木质文物的真空充氮消杀技术探析

孙南南

（深圳博物馆，广东 深圳 518026）

文物是承载人类文明的纽带。由于构成材料以及不利环境因素的影响，文物常遭受各种病害，其中木质、纸质、纺织品等有机质文物极易遭受虫害、霉害，尤其是一些征集来的文物，自身携带霉菌和虫卵，直接进入库房，不仅自身继续遭受破坏，还会波及其他藏品，并且这种生物损害对文物的影响往往不可逆。因此，对这类文物通常要采取消杀措施，防止文物继续遭受生物侵害。常用的消杀方法有化学法和物理法。化学法包括化学品直接喷洒法以及药物熏蒸法。直接喷洒常用的普受推广的灭菌剂，主要成分为十二烷基二甲基苄基氯化铵，杀虫剂主要成分为生物烯丙菊酯，对成虫和虫卵具有触杀作用，药效快，持效性长。该方法缺点是有一定化学品残留。药物熏蒸法目前更多采用安全无毒环保的肉桂醛、香茅醛、柠檬醛等植物熏蒸剂。消杀时必须要做好密封操作。物理法目前备受广泛应用的是真空充氮消毒法，其原理是通过设备真空室内多次抽气排气步骤，将密闭空间内的空气置换为高压氮气，在缺氧环境下虫体体内的水份被不断的抽出蒸发，破坏其蛋白质，虫体内液体分子在外界与虫体内的压差不断增大的情况下冲破虫体表面，使其死亡。这种方法安全环保，操作简便，可以根据待消杀文物的种类以及虫害霉害的状况，灵活设置时间。一般来讲，一个72h的消杀周期就可以消灭99%的成虫、幼虫、虫卵、虫蛹以及好氧性菌。真空会造成脱水，对于木器而言，外界的温湿度变化以及体内水分是决定木器性能的关键因素之一，需要通过实验验证真空充氮消杀过程对木器是否有影响。

一、实验部分

（一）实验材料及方法

用两个温湿度计，分别放置在真空室内和室外，测试温湿度。选取一块表面无涂层的老红木，加工成若干20mm*20mm*40mm的棒状，部分进行消杀。

（二）改造前温湿度变化曲线

下图为一个消杀周期内两个温湿度计记录的数据。

图1-1 温度曲线一

图1-2 湿度曲线一

从图中可以看出，真空室外温度变化除因空调等外界环境原因有一个突变，其余部分比较平稳，湿度变化也比较平稳。真空室内温度有三个突变，但温度变化范围较小。设备运行初期湿度变化较大，最高可到55%，最低可到25%，相差30个单位，之后保压状态下湿度平稳无波动，但相对室外湿度较低，只有40%—42%。一般来说，木器保存环境相对湿度范围应控制在50%—60%。木器对温湿度的变化比较敏感，过于潮湿温暖的环境易于滋生和繁殖细菌和霉菌，而过于干燥，环境水分会跌破器物保持与外界平衡的自身水分阀值，导致器物破裂、变形。因此这样的温湿度突变现象以及低湿度值的保持不利于木器的保存。

（三）含水率测试

正常状态下的木材都含有一定量的水分，含水率是导致木材开裂、变形的重要影响因素，按照国家标准，利用烘干法测试含水率公式如下。

W=（m1-m0）/m0×100%

其中，W为木材含水率，m1为试样试验时的质量，m0为试样全干时的质量。测试前将试样上的木屑、碎片清除干净，烘箱温度保持在103±2℃，每1小时测试样品重量，直到最后两次称重差值不超过试样质量的0.5%，此时认为样品已全干。其中，1、2号样品未经消杀，3、4号样品经过消杀。测试结果如下。

表1-1 含水率测试Table 1-1 Water content test

从表中可以看出，经过真空充氮消杀处理的样品，含水率有一定程度的减小，但不排除偶然因素，因此本测试仅有一定的参考意义。

（四）顺纹抗弯强度测试

一般的木器木构件易发生弯曲变形，对于抗弯强度来说，控制着木材抗弯比例极限的是顺纹抗压比例极限时的应力，而不是顺纹抗拉比例极限时应力。根据国家标准[6]，抗弯强度测试公式如下。

抗弯强度σ=3F*L/(2b*h2)

式中，F为最大负荷值，L为跨度，b、h为试样宽与高。本测试采用设备为SANS微机控制万能力学试验机。由于可以预判一次消杀可能对木器力学性能影响甚小，而实际文物保护中，很多木器在展厅或者库房放置，也是每隔一段时间也要进行一次消杀，因此选择5、6号样品未经消杀，7、8号样品经过一次消杀，9、10号样品经过三次消杀。测试结果如下。

表1-2 抗弯强度测试Table 1-2 Bending strength test

从表中可以看出，经过多次真空充氮消杀，试样块抗弯强度有小幅度的降低。

二、设备的改进

（一）温湿度模块的安装与调试

通过实验数据可以看出，真空充氮消杀过程对木材性能有一定影响，原因可能在于突然的温湿度变化会造成木质材料由细胞壁内吸附水量的变化引起的湿胀干缩变形。本文选取的实验材料是一块状况还算稳定的木质，而对于一些本身糟朽严重的木器，其影响恐怕是成倍增长，因此有必要对设备进行改进，最有效的方法是安装温湿度模块。模块组件图如下。

木器最适宜的湿度范围是50%-60%，温度控制在15℃～20℃之间，在这一范围内可以保证木器最安全。温湿度模块安装后在显示屏上可以设置需要的温湿度数值，并且设置加湿器缺水报警提示灯，否则易造成干烧，导致加湿器失效。显示屏添加温湿度模块后照片如下。

（二）改造后温湿度变化曲线

将设备湿度设置为50%，一个消杀周期内两个温湿度计记录的数据如下。

图2-1 模块

图2-2 加湿器报警指示灯Fig2－2 Humidifier alarm indicator

图2-3湿度参数设置Fig 2－3 Humidity parameter setting

从图中可以看出，安装温湿度模块后，温度的变化趋势与改造前没有太大变化，变化范围在2℃左右。湿度仍然有三个突变，但最高数值63%到最低数值35%，差值为28个单位，较改造前有减小。湿度趋于平稳后，稳定在52%，相较改造前的情况，这一湿度更适合木器的保存。

图2-4 温度曲线一

图2-5 湿度曲线二

（三）木材性能测试

设备添加温湿度模块后，选择与前文相同材质的试样，其中11、12、15、16号样品未经真空充氮消杀，13、14、17、18号样品经过三个周期的真空充氮消杀。测试结果如下所示。

表2-1 木材性能测试Tabl e 2-1 Woo dper for man cetesting

从表中可以看出，设备经过改造后，经过真空充氮消杀的试样块含水率与抗弯强度发生的变化相对之前要小，可以认为受到的影响变小了。

三、结论

真空充氮消毒是一种清洁、安全、高效的杀虫灭菌措施，在文物消杀方面已得到广泛应用。但是，对于木器这类有机质文物，这种消杀措施存在破坏文物本体结构的风险。本文通过实验验证了这种风险的存在，真空充氮消杀处理对样品含水率、抗弯强度均产生了一定的影响，力学性能有下降的趋势。对于一些糟朽较严重的木质文物，采取真空充氮消杀处理可能会产生无法挽回的破坏。通过采取对设备添加温湿度模块的改造措施，保证消毒室内湿度达到文物安全保存的环境参数，减小湿度突变差值，提升文物对环境的适应性，可以尽量保证文物本体的安全。因此安装温湿度模块是极有必要的，这一技术应该值得推广。