云南纳西族东巴纸耐久性初探

张美丽 汤书昆 陈 彪

(1.中国科学技术大学科技史与科技考古系，安徽合肥，230026;

2.中国科学技术大学手工纸研究所，安徽合肥，230026)

如今相传于世的东巴经多达几万册，分藏于世界许多国家的图书馆和研究机构。而大多情况下流传于民间的经书并没有特殊存放，却依然保存完好，这在很大程度上应该归功于东巴纸良好的耐久性能。纸张耐久性一般是指纸张在使用以及保存过程中，抵抗外界理化因素的损坏和保持原有理化性能 (白度、机械强度等)的能力。东巴纸优异的耐久性对民族宗教中具有神圣内涵的经书来说是一种特别的福音，是东巴经长久保存的一大保障。据传东巴纸保存年代越久，其古香之色越醇厚，亦有“纸寿千年”之说。尽管前人普遍认为纳西族东巴纸的纸质优良、耐久性良好，但都只是停留在定性的认识上，至今仍无相关的科学实验报道。本实验采用干热加速老化［1］实验方法对两种东巴纸的耐久性进行研究。

为了更好地分析东巴纸的耐久性，本实验选取了两种东巴纸，并与中国宣纸集团公司的古法宣纸和市面购得的静电复印纸进行对比分析样本，在干热加速老化实验后分别进行白度、耐折度、抗张强度和红外光谱分析。

1 实验

1.1 实验样品

实验样品概况如表1所示。

1.2 实验原理与测试

1.2.1 实验原理

影响纸张耐久性的因素主要有3个［2］:一是造纸植物纤维原料的质量;二是纸张各组分的理化性质;三是制浆造纸的工艺过程。纸张在使用与保存过程中易受到外界环境中湿度、温度、光照、微生物等影响，在外观、性质、结构等方面逐渐发生不可逆的变化，即发生了老化。纸张老化表现在3个方面:变色(泛黄)、强度下降 (变脆易碎)以及化学性质的变化 (铜价上升、黏度下降等)。因此，通过测定在一定的外界条件下保存一定时间后，纸张样品相关性能

表1 实验样品概况

1.2.2 性能测试

依据纸张耐久性测试国家标准 GB/T464.1—1989，在105℃恒温箱中进行为期30天干热加速老化实验。本次实验测试环境控制在室温 (25±2)℃，相对湿度 (50±2)%［3］，相关性能指标的测定均按照我国造纸工业测试方法标准进行。

测试纸张白度、耐折度、抗张强度所用的实验仪器分别为杭州品享科技有限公司PN—48A型白度颜色测定仪、PN-NZ135型耐折度测定仪、PN-TT300型纸张抗张力试验机。

采用美国Nicolet公司生产的Nicolet8700型傅里叶变换红外光谱仪进行红外光谱分析，进一步从微观上分析纸张耐久性的变化。

2 结果与讨论

2.1 白度变化

图1所示为纸样白度随老化时间变化的结果。指标的变化，可以用来评价纸张耐久性的优劣。一般是通过干热老化前后纸张的各种性能指标值的保留率来评价纸张耐久性。计算公式如式 (1)所示。

图1 纸样白度随老化时间变化的结果

由图1可见，老化前，静电复印纸白度最高，古法宣纸次之，两种东巴纸白度均较低。这是由于静电复印纸采用了化学漂白且加入了荧光增白剂，古法宣纸采用多次的碱液蒸煮和长时间的天然漂白，使得其白度在老化前也高达71.9%。采用碱液蒸煮原料，能够去除造纸原料中的木素和果胶等杂质。但有研究表明，通过加碱性物质蒸煮去除杂质效果十分有限，尤其是只经过一次蒸煮工序，倘若不进行漂白处理，很难达到纸张色泽洁白的效果［4］，这可能是导致老化前两种东巴纸白度偏低的原因，如起始白度 (正面)分别只有44.6%和43.1%。经过30天的老化实验后，4种纸样的白度都有下降，其中静电复印纸白度值下降幅度最大。原因可能是静电复印纸的酸性造纸方式对成纸纤维造成了较大损伤，部分纤维在高温老化环境下，加速了氧化和降解［5］，产生有色物质，使白度发生较大幅度的下降。从实验结果可以看出，采用不同工艺抄出的纸张其白度变化幅度是不同的，但有一个共同点就是:在整个老化实验中白度的变化都是在老化初期变化程度较大但最终都趋于平缓。

总之，强烈的化学漂白和增白剂的加入可以大幅度提高纸张白度，但对白度的耐久性造成一定影响，实验中静电复印纸的白度在老化条件下下降最快就是很好的说明。古法宣纸采用的是传统的多级蒸煮方法，然后放在露天环境下，历经风吹日晒，雨淋多日。经过多次弱碱蒸煮后，浆料中的易氧化生成有色物质的木素等非纤维素杂质的含量较少，在老化实验中白度变化较小。香格里拉白地东巴纸采用的是碱性较弱的草木灰，丽江中和东巴纸使用的是碱石灰，均只进行一次蒸煮，制作工艺较为粗糙，使得纸张白度较低。但可能是因其在弱碱性条件，对纤维素的损伤较小，使得两种东巴纸尽管白度不高但却表现出较好的白度耐久性。在实验中发现，两种东巴纸正面和反面的白度存在一定的差异，分析原因可能是纸的干燥方式不同所引起的。东巴纸采取较为原始的造纸方法，纸张较厚，纸在半干时都有砑光这一工序，正面被风吹日晒，背面贴着木板或钢板，使得东巴纸正反两面不仅有平滑度的区别也有白度的差异。

2.2 耐折度变化

耐折度对于评价纸张的耐久性具有较大参考价值，据研究表明［6-7］，在纸张机械强度众多指标中耐折度是反映人工加速老化最为灵敏的指标。纸张耐折度的决定因素主要有纤维本身的强度、柔韧性、平均长度和纤维间的结合力大小等［8］。相对而言，古法宣纸采用的青檀皮纤维以及静电复印纸采用的木浆纤维长度较短，而东巴纸采用的构皮、麻类以及荛花纤维皆长而有韧性，且纤维之间紧密交织，使得两种东巴纸的耐折度较大，尤其是丽江中和东巴纸采用的是混合原料，因此实验过程中设置的耐折度弹簧张力也有差异。古法宣纸、静电复印纸初始张力均设为4.9 N，香格里拉白地和丽江中和东巴纸初始张力分别设为9.8 N和14.7 N。4种纸样的测量结果见图2。本实验中耐折度选取纵向的测定结果进行分析。

图2 纸样耐折度随老化时间的变化

图2所示为各纸样耐折度随老化时间的变化情况。由图2可以看出，经过30天的老化实验之后，4种纸样的耐折度都出现了一定幅度的下降，但相比而言，古法宣纸、香格里拉白地东巴纸、丽江中和东巴纸耐折度的下降幅度基本一致，耐折度的耐久性能明显优于静电复印纸。实验表明，静电复印纸、古法宣纸、香格里拉白地东巴纸、丽江中和东巴纸耐折度保留率依次为 55.6%、73.8%、75.5%、82.9%。分析原因可能是古法宣纸的加工工艺的处理条件温和，使成纸纤维基本没有受到伤害，以及古法宣纸的生产过程中无金属杂质掺入和保持中性或弱碱性的状态，多次弱碱蒸煮工艺和天然漂白工艺等因素促成了古法宣纸较高的耐久性，但其耐折度老化前较低，原因可能是由于原料中20%左右的沙田稻草的纤维较短，影响了耐折度。静电复印纸抄造时加入了填料，而填料的加入会大大降低纸张的耐折度，使得老化前静电复印纸耐折度就很低;另一方面静电复印纸为酸性抄造，在酸性条件下已经对纤维造成了损伤，另外酸性加速了纤维素链的断裂，使得在老化实验中耐折度急剧下降［9］。两种东巴纸，采用的荛花、构皮、麻类纤维长而细，且交织紧密，使得老化前耐折度均较高。两种东巴纸采用较温和的碱液蒸煮方式，去除了易氧化易降解的杂质且对纤维造成的损伤较小，从而使两种东巴纸耐折度的耐久性较好。

2.3.3 红外光谱分析

实验使用红外光谱对纸张耐久性进行分析，图3～图6分别是古法宣纸、静电复印纸、丽江中和东巴纸、香格里拉白地东巴纸老化前和老化30天后的红外谱图。

图6 香格里拉白地东巴纸老化前后的红外光谱图

从图3～图6可看出，纸样原料都是植物纤维，化学成分相似，因而它们的红外光谱谱图形状也相似。3400 cm-1左右为O—H的伸缩振动吸收峰是所有纤维素的特征谱带;2900 cm-1左右是C—H的伸缩振动吸收峰;1680 cm-1左右的吸收峰归属为C═O的伸缩振动峰;1250 cm-1为木素酚羟基和游离羟基的吸收峰［10］;1082 cm-1左右的强吸收峰可归属为C—O的伸缩振动;993 cm-1附近的吸收峰是纤维中醚键的特征峰;840 cm-1为环状C—O—C不对称面外伸缩振动产生的特征峰;668 cm-1为羟基—OH面外变形振动吸收峰［11-16］。通过谱图可以看出，4种纸样在老化前和老化30天实验结束的曲线基本相似，但也有两方面的变化，首先老化前后吸收峰基本都向高波数方向移动，表明在高温老化环境下功能团发生了变形或基团的键长有了不同程度的伸缩从而引发纤维素结构的改变，损害了纤维素分子间的结合，导致在宏观上表现为老化后各项性能指标下降［17］，其次在特征吸收峰如1680 cm-1左右的是纤维素氧化生成的—CHOO中吸收峰增加，其1250 cm-1附近吸收峰强度减弱，说明木素发生了降解，900～1150 cm-1醚键吸收峰的增强也是纤维素发生降解的另一个表现，纤维素氧化生成羧基之前一般会有生成醚键的中间状态，醚键化合物不稳定最终氧化成羧基。另外，4种纸样老化开始时，—CHOO中C═O的吸收峰的位置有些差异，有研究表明，羰基的吸收峰位置与木素和纤维素的相对含量有关，两者的比值越大，吸收峰就会向更低的波数移动［18］。总之，4种纸样老化前后曲线特征吸收峰强度变化的绝对值大小可以用来表征纸样老化程度，从曲线看静电复印纸变化最大，其次是香格里拉白地东巴纸，再次是古法宣纸，最后是丽江中和东巴纸。

3 结论

现代机制纸强烈的化学漂白尽管能在短时间内达到使纸张白净的效果，但对纤维造成一定程度的损伤，使得纸张的耐久性降低。云南纳西族东巴纸沿袭一贯传承下来的制作工艺，既没有使用化学漂白剂，也没有古法宣纸长期摊晒这一工序，虽然其纸张颜色偏暗色，但实验结果表明其耐久性优良。通过对机制静电复印纸与3种手工纸的耐久性对比分析可知，手工纸精工细作，其耐久性均优于机制纸。

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