纸质文物老化过程中的温湿度控制

徐栋

摘 要：纸质文物老化对纸质文物的病害形成有重要影响，温湿度在老化过程中起着重要的作用，不适宜的温湿度环境会加速纸质文物的老化，诱发纸质文物病害的发生，降低纸质文物的保存年限。文章通过探究温湿度对纸质文物老化过程中的影响，阐述适宜温湿度对纸质文物保存的重要性。

关键词：纸质文物；老化；温湿度

纸质文物是指收藏机构所收藏的、由纸和写印色料所构成的文物，包括传统书画作品、古籍、文献档案等。纸质文物由于存世时间较长，都存在不同程度的老化问题。纸质文物老化后，往往以不同形式的病害表现出来，严重影响文物的安全。纸质文物保护始终是馆藏文物保护中的难点之一。温度、湿度、光照、酸碱度均会影响化学反应的速率，其中温湿度在纸张老化反应中起到更为关键的作用。

1 纸张的构成及病害生成机理

纸张是由随机散乱的纤维排列而成，是具有一定结合力、多相、非均质、多孔的网状有机材料。其基本组成成分为纤维素（C6H10O5）n，含有少量半纤维素、木质素。纸质文物病害发生时，直观上表现为纸张强度下降、发黄、变脆乃至断裂，本质上是纸张的组成成分发生了化学变化。

纤维素是纸张组成的最主要成分，它是由葡萄糖组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂，主要来源于植物的细胞壁。纤维素的每个分子单元上有三个羟基，它们具有很好的亲水性，且有膨润性，但不溶于水，它在纸张性能中起主导作用。纤维素的分子结构如图1所示。

在一定的条件，纤维素就会发生水解、氧化反应。水解、氧化反应使纤维素长链逐渐变短，纤维素链的长短对纸张强度起至关重要的作用，纤维素链越长，聚合度越高，纸张强度越大。纸张的纤维素聚合度一般都在1000以上，当聚合度降至200时，纸张就严重脆化，纸质文物进入高危状态[1]。在实验室条件下，可以根据纸张聚合度特性，用铜乙二胺粘度法判断纸张老化程度，反应原理如下（en代表乙二胺分子NH2CH2CH2NH2）：

2C6H10O5+2[Cu（en）2]（OH）2→[（C6H8O5）2Cu][Cu（en）2]+2（en）+4H2O

半纤维素是植物中与纤维素共存的多糖结构，由多种物质组成，主要包括木糖（C5H10O5）、甘露糖（C6H12O6）、阿拉伯糖（C5H10O5）等。半纤维素中的羟基比纤维素中的羟基更具有游离性，因而半纤维素的吸水、膨润性大于纤维素。适量的半纤维素能提高纸张的柔韧性和纸张强度，但半纤维素含量过高会导致纸张易吸水变形，使纸张稳定性变差。

木质素是由香豆醇、松柏醇、芥子醇等物质组成的一种復杂酚类聚合物，通过C-O、C-C键链接的立体网状分子。在分子结构上含有多种活性官能团，化学性质极其活泼，活性官能团中的羰基（-C=O-）及其共轭双键结构的生色基团及助色基团氧化降解，会生成多种有色混合物，使得纸张发黄。

2 温湿度对纸张老化的影响

2.1 温度对纸张老化的影响

温度是化学反应速率的重要影响因素。温度越高化学反应速率就越快，温度每升高5℃纸张降解反应速率就会增加两倍[2]。纤维素、木质素等在高温下，化学反应速率加快，分子结构破坏更为剧烈，表现为纸张加速发黄，强度、耐折度韧性、弹性变差[3]。同时，各种微生物的代谢活动也会增强，大量繁殖会消耗纸张中的养分，其代谢产物会加速纸张的老化。

当然，温度也不是越低越好。首先，馆藏纸质文物还有展览需求，过低的保存温度往往不切实际。其次，温度过低时，空气中的湿度下降，导致纸张僵化发脆，失去其原有的韧性与活力。并且脆化的纸质文物容易断裂掉渣，甚至碎掉，会导致无法修补而造成永久性的破坏。极端的低温甚至结冰会快速破坏纸张的内部结构，并造成其他次生危害。

一般来说，纸质文物的适宜保存温度为18～22℃，在这个温度范围内，纸张的老化速度能够得到有效控制[4]。总之，纸质文物保存环境的温度必须保持在一定范围内，且避免温度的快速波动[5]，这样才能有效控制纸张的老化速度。

2.2 湿度对纸张老化的影响

高湿环境下，纸张内的纤维素会水解老化，纸张的机械强度降低，容易产生纸张的粘连、印刷字迹模糊甚至缺失的情况，不利于纸质文物的保存。同时，潮湿的环境容易滋生细菌，纸张的含水量增加，附着在纸张上的微生物更容易繁殖，导致纸张发霉、长毛、变色。微生物分泌的酸性物质还会进一步加快纸张的老化速度。因此，过高的湿度对纸质文物保存非常不利，特别是与温度条件一起作用的时候，对纸张的破坏性是致命的。所以，高湿度环境对纸质文物的老化影响非常大。

在低湿环境下，纸张中的水分易过度蒸发，不能保持正常的含水量，会导致纤维素内部结构遭到破坏，使纸张中的纤维素变脆、变硬、机械强度下降，使纸张加速老化。长期作用下，纸质差的一些材料就会粉末化。因此，过分干燥也不利于纸质文物的长期保存。

纸质文物的湿度一般在45%～55%之间，保证湿度不要太高以免引起纸张的发霉降解，也不能太低，太低会降低纸张的韧性。同时要保证湿度的相对恒定，避免湿度大幅波动，避免对纸张造成破坏，而加剧纸张的老化[6]。

2.3 温湿度的交互影响纸质文物的老化

在实际情况下，温湿度虽然相互独立，但又不可割裂开来。温度的变化会引起饱和湿度的相应变化，饱和湿度的变化又会引起相对湿度的变化，相对湿度又影响着纸质文物的含水率。因此，在控制纸质文物老化的过程中，要对温湿度进行统筹控制，要根据纸质文物的实际情况，科学设定温湿度（图2）。

3 纸张老化速率控制的措施

3.1 更加稳定相对温和的温湿度

纸质文物除了长期保存的需求外，还有定期展览、流动的需求。不能一味要求严苛的保存条件，还要兼顾在不同场合下，温湿度有不同变化的实际情况。在纸质文物适宜的温湿度下，应结合本地气候特征和文物的实际情况，制订相对温和且容易保持的温湿度环境，并同时避免温湿度的频繁变化。

3.2 温湿度的主动监控及干预

建立预防性保护系统，实时监控纸质文物的保存环境的温湿度状态。根据监控的特征指标，在老化反应速率尚未加快之前，及时主动地干预，控制恶化态势。对大量馆藏纸质文物进行分类，根据纸张制作原料、工艺、老化方式的不同，针对性制订保护方案。有必要的应进行保护修复处理，来阻断纸质文物老化的链式反应。

总之，纸质文物的老化反应虽然不可逆转，但是可以通过有效调控、主动干预降低老化反应速率。要结合纸质文物本身特征及保存环境的实际情况，进行有效合理的控制，以达到纸质文物更好的保护效果，实现对纸质文物长久保存的目的。

参考文献

[1]孙礼春，王景翰.纸张的老化及检验[J].江苏警官学院学报，2005，20（2）：171.

[2]刘家真.古籍保护原理与方法[M].北京：国家图书馆出版社，2015.

[3]王心琴.浅析纸张老化的原因[J].档案与建设，1997（09）：33-35.

[4]莫冀鸣.图书馆库房环境对纸质文献老化的影响[J].学理论，2014（26）：147.

[5]张金萍，郑冬青，朱庆贵，等.热老化模式对纸张性能的影响[J].文物保护与考古科学.2013，25（3）：16-19.

[6]刘江浩，高少红，王岩，等.环境湿度对纸张含水量及纸张力学性能的影响[J].北京印刷学院学报.2013（04）：5-7.