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纸质文物结构与成分分析
发布人:重庆考古  2014-09-11
——-以重庆红岩革命历史博物馆馆藏一级文物为例
 

    抗日战争期间,重庆是中国抗战大后方的政治、经济、文化中心和世界反法西斯战争远东指挥中心,同时,作为中共中央南方局所在地,它又是抗日民族统一战线的重要阵地,留下了大量弥足珍贵的纸质文物。重庆红岩革命历史博物馆于2014年选取具有典型病害的重庆大学“六一”事件后援会宣言等4件馆藏一级文物(见表1),采用超景深三维显微光学仪、纤维分析仪、傅里叶红外光谱分析仪、高效液相色谱与质谱仪等进行了分析检测,以研究其病害现状,并据此制定保护修复方案及预防性防护措施,以期有效保护这批珍贵的纸质文物。

  分析方法与结果

  1.纸张含水率的测定

  采用便携式含水率测定仪对纸张进行无损分析测定,得知4件文物的纸张含水率为11.1%~11.3%之间。

  2.纸张纤维的测定

  用Nicolet 8700型傅里叶变换红外光谱仪分析纸张纤维的官能团结构,并用XWY-Ⅵ型纤维测量仪对纸张纤维进行观察,以鉴定其纤维的种类。

  00860-1:纤维细短,两端尖削,中段宽度变化不大,多呈圆柱状,薄壁细胞含量大,有锯齿状表皮细胞及导管分子,且导管壁上没有交叉场纹孔,据此鉴定其纤维原料为草类。

  00860-3:纤维细短,两端尖削,中段宽度变化不大,多呈圆柱状,薄壁细胞含量大,有锯齿状表皮细胞及导管分子,且导管壁上没有交叉场纹孔,据此鉴定其纤维原料为草类。

  01542-3:纤维经碘-氯化锌染色剂染色后呈红棕色,纤维壁上有明显的横节纹,非纤维状的杂细胞很少,没有锯齿状细胞,据此鉴定其纤维原料为韧皮类纤维。

  00710-3:纤维经碘-氯化锌染色剂染色后呈黄色,纤维较为僵硬,很少有弯曲的现象,平均宽度为9微米,平均长度约为1.28毫米,石细胞比较多,表皮细胞都平滑无齿痕,据此鉴定其纤维原料为竹纤维。

  3.视频显微镜分析

  采用VHX-1000E视频显微镜对纸张样品的加工工艺进行分析,以确定其是否加填或施胶处理。

  分析发现00860-1和00860-3、00710-3的纸张内部及表面均有许多颗粒状物质填充,表明样品经过加填处理。纸张纤维表面出现大量裂痕,保存状况不佳。推断00860-1可能是用了高岭土、白垩细粉作为加填或施胶处理,00860-3和00710-3可能是用了白垩细粉作为加填或施胶处理。

  01542-3的纸张很纯净,纤维之间没有其他物质夹杂,纤维之间有许多空隙,说明该纸张未经后续的加工处理。纸张纤维表面出现大量裂痕,保存状况不佳。

  4.扫描电镜—能谱分析

  采用JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜对其进行扫描电镜能谱(SEM-EDS)元素组成的分析。

  分析结果显示,00860-1中的Si(硅)、Al(铝)、Ca(钙)的含量较高,Au(金)的含量也较高。00860-3和00710-3中,Ca(钙)的相对含量较高,Au(金)的含量也较高。


文物00860-3


01542-3


00860-3显微图


01542-3显微图


00860-3显微分析图

结论与讨论

  1.纸质文物含水率

  含水率直接影响到纸质文物的保存,潮湿的环境不仅会使纸张变潮而发生水解,而且会使耐水性差的字迹渗化褪色,模糊不清,还有利于微生物的生长繁殖,促使纸张霉烂、虫蛀、变质。另外还会加重其他有害物质如大气中的酸性气体如二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等被纸张的吸收程度,形成腐蚀性极强的无机酸,某些纸张中残留的明矾更易水解生成酸,从而加速纸张的损坏。而湿度太小会使纸质文物变形、纤维素断裂。因此,纸张的保存需要适宜的湿度。研究显示,纸质文物适宜保存在相对湿度50%~65%的环境中,此时纸张的含水率在7%左右。

  由样品含水率测试结果可知,这批纸质文物的含水率偏高,这与长期处于重庆这样的潮湿环境下有关,可通过控制保存环境相对湿度来调整文物本身的含水率。

  2.纸质文物的纤维组成

  根据之前的观察结合文献调查,草纤维的特征纤维细短,壁上有横节纹;杂细胞多;有锯齿表皮细胞,锯齿头较平,纤维细长,有锯齿状表皮细胞,锯齿头钝尖。断定00860-1和00860-3这两件样品全部为草纤维。样品01542-3在纤维测量仪下观察到纤维显棕红色,细且长,表面十分光滑,保存完好,无分丝帚化现象。纤维外壁有一层透明胶衣,在端部尤为明显,并且有横节纹。结合文献,断定是皮纤维。样品00710-3 是竹纤维。

  3.纸张文物保存状况

  经纤维测量仪观测,样品纤维多数已经断裂成短的纤维段,几乎很难见完整的纤维,且有成堆的絮状物出现,表明纸张保存状况不佳。从纸张的外观上也可以看出,纸张呈棕褐色,有的已经残破不堪。

  4.加填或施胶

  在典型的造纸工艺过程中,木灰、石灰被用于蒸煮试剂,原材料也通常在阳光下进行漂白处理。在W. J. Barrow 对古纸进行的能量色散X射线实验中发现,纸张含有碳酸钙,表明了石灰浆的老化稳定性较优良。现在造纸采用大规模的机器生产,所生产的纸张都经过数种乃至十几种化学助剂的处理,这些残留的化学药剂给纸张的性能带来许多副作用,使纸张耐老化性大大降低,较难长久保存。古代纸张由于造材考究,制作精细,基本未添加化学助剂,因此上述危害较小。查阅文献可知,古代造纸一般加入高岭土、滑石粉、白垩细粉等作为填料,以提高纸张的平滑度、白度、不透明度和均匀度,改善吸墨性,降低吸湿性。

  通过扫描电镜分析可知,样品00860-1和00860-3的纤维之间被许多矿物性细小颗粒充填,由于这层物质的掩盖,致使在电镜下拍照时,只能隐约看见纤维。由此判断在造纸过程中加入了填料,除了Si、Al、Ca的含量较高,Au的含量也较高,据此推断填料为高岭土与白垩细粉。而样品00710-3中Ca的相对含量较高,其Au的含量也较高,判断其填料为白垩细粉。

  通过本次实验,探明了这批纸张原料成分主要以草、皮、竹纤维为主,因纤维的降解断裂,纸张的强度明显降低。在这批纸张的制作过程中,所使用的填料主要是以高岭土、白垩细粉为主,部分纸张经过了施胶处理。建议采用控制库房温湿度及传统书画装裱技术和丝网加固等方法保护这批珍贵的纸质文物。

来源:中国文物报(2014年9月5日7版)


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