木质文物病害及预防

2021-12-26田兴玲

全面腐蚀控制 2021年8期

贾政常铮田兴玲

（1. 中国文化遗产研究院，北京 100029；2. 北京联合大学，北京 100101）

1 木质文物保存状况研究现状

吴东波等对于国内外的处理饱水木质文物的冷冻干燥法的研究进行了介绍，重点论述了以聚乙二醇（PEG）为保护剂的应用并且对不同的发展趋势进行了阐述，认为这是目前一种保护饱水竹木漆器的简便快捷的方法[1,2]；陈庚龄等认为由于糟朽木器本身的脆弱性，极易受到埋藏环境与馆藏环境等的影响，导致受损与腐蚀[3]；曹盛葆认为现阶段脱水保护不够完善，而流水保养法是保养与贮藏饱水木器的较好手段[4]；王晓琪主要介绍了两种饱水木质文物保存状况的检测方法，包括物理观察和化学测试两种[5]；魏象等通过测定对比古代木材与现代木材的吸湿及解吸特性，了解水汽对木质文物的影响，为保存木质文物的环境做参考[6]；胡晓伟等实践后认为溴甲烷常压熏蒸方法是对大量木质文物进行杀虫灭菌保护的高效，快捷的方法[7]；费利华对古船的保存环境做了检测调查，其中温湿度，照明情况，空气洁净程度等影响较大，并且根据预防性保护的要求提出了建议[8]；李峥嵘，徐天昊等分析了庆王府内木质彩绘的馆藏环境，认为射灯造成的局部温度高与空气湿度影响较大，并结合文物保护规范提出了建议[9]。

1.1 病害类型

（1）生物病害

生物病害通常表现为糟朽，涂料脱层变色，断裂，表面污染等[10]。最直观的生物病害来自虫蛀，经过虫蛀的木质文物，通常在表面或者内部留下虫孔。情况严重的虽然表面损害并不明显，但内部已经遍布虫孔，甚至呈现海绵状，致使木材及其松软，机械强度大为下降，导致变得异常糟朽。木材害虫一般为蛀木甲虫, 体形较小, 有天牛，小蠹，粉蠹，长小蠹等科[10]。

但更多的危害来自细菌与真菌。水环境下的木质文物经常受到细菌的侵蚀，其中主要包括侵蚀细菌，钻管细菌和空化细菌三大类型。侵蚀细菌会通过侵蚀细胞壁造成内腔表面的沟槽；钻管细菌会通过分解植物细胞壁致使木质文物颜色变深及变软；空化细菌则会空腔化细胞壁[11,12]。

木材作为木质文物的主要材质，其中含有三种天然高分子聚合物分别为纤维素，半纤维素和木质素，这三种成分为霉菌的生长提供营养。霉菌的生长会致使菌落周围发生酸化，加速高分子的水解。而霉菌本身的滋生会导致木质文物表面发生霉变变色，文物信息丢失。还会侵蚀木材，直观地导致木材纤维强度变低，甚至腐烂糟朽[10]。常见分解木质材料的有木霉属，青霉属，曲霉属等霉菌[10]；

（2）物理病害

失水干裂：木质文物主要材质为木材，本身具有吸湿性，会发生解湿和吸湿，此过程中木材会向外蒸发水分或者从空气中吸收水分，从而导致整个木材的尺寸和体积发生变化，其中饱水木质文物变化更明显[13]。由于各个方向上脱吸水性能的不一致,加上木材内部与外表水分分布不均匀，文物出土后如未及时采取科学的脱水保护处理, 随着保存环境的改变，干燥时失水速度过快，引起木纤维结构表面强度的破坏，造成器物表面产生裂隙[13]。

变形起翘：由于木材本身结构特点，会导致材质内部和表面水分分布不均。如果在干燥过程中保存环境发生变化，会导致木质文物内部和表面应力分布不均，当内外应力差距较大，则会导致木质文物表面发生翘曲变形[13]。

残损断裂：受多种因素影响，木质文物在埋葬环境中造成纤维结构严重破坏、强度降低、从而引起内部断裂[13]。由于木材的糟朽，外加之表面受力不均衡，最后使得木材局部强度丧失。

残损断裂：木质文物在埋葬环境中受多种因素影响，造成纤维结构严重破坏、强度降低、从而引起内部断裂[13]。由于木材的糟朽，外加之表面受力不均衡，最后使得木材局部强度丧失；

（3）化学病害

化学病害主要表现为木质文物外观变黄，变脆甚至粉化，表面彩绘层剥落等[14]。环境中的水分，有害气体，粉尘，污物等都会对木质文物造成影响，产生化学病害。空气中的水蒸气和酸性气体如二氧化硫，氯化氢，二氧化碳等，会使纤维素发生强烈的水解作用，致使纤维强度降低，甚至可以使木材粉末化，并且此过程不可逆[10]。而灰尘中通常含有金属粉尘，微生物，以及具备酸碱性的化学微粒等。从而使表面颜色暗淡，形成污垢层及造成后期保护修复机械性的损害与化学腐蚀。

对有机质文物质地破坏、产生影响的还有光，因此光辐射也会对木质文物产生影响，尤其是紫外光的破坏性更大。光辐射损害主要有三个方面：热效应，加速化学反应和发生光化学反应，最终导致文物发生老化变质[11]。

1.2 病害产生原因分析

1.2.1 材质本身因素

木材作为天然的生物材料，其本身的材质与结构就决定了它更容易受到各类损害。木材基本有木质素纤维素，半纤维素等组成，并且为多孔结构。由于纤维素分子吸水膨胀，失水收缩，因此使木材拥有了湿胀干缩的特性[13]。

木质文物本身耐久性差，容易受到光热等物理因素的影响，在埋藏环境中酸，碱，盐，有害气体等化学物质也会对木材产生腐蚀作用，细菌，霉菌等微生物会对木材产生分解作用，蛀虫也会造成物理上的直接破坏，这些因素会导致木材机械强度下降，内部结构发生变化等，最终表现为表面的裂隙，糟朽，起翘，孔洞等病害。

同正常木材相比，饱水木材对于水分要更敏感，其含水率可高达300%以上，因此湿胀干缩的表现会明显不同[15]。由于饱水木材自身结构的特殊性，木材内部与外表的水分分布不均，文物出土后，由于环境突然改变，干燥所导致的失水过快会导致木材内部与表面应力分布不均，致使木材表面单位面积的压力较大，从而造成木材表面发生开裂现象[15]。

1.2.2 环境因素

（1）温湿度

由于木质文物本身的敏感性，会因温湿度的不同产生变化，因此很受气候环境影响，尤其是大型不可移动文物。温度过高或温度过低会导致木材内部水分化学反应速率快慢，加速文物损坏，由于这种热胀冷缩可能也会导致病害的产生，湿度过低会造成木材干缩，导致开裂起翘；湿度过高会导致木材吸水膨胀，发生变形，并导致木材表面微生物的生长[17]；

（2）盐类

对于沉船类文物，盐类也对其造成了不可忽视的影响，沉船中如含有大量盐类则会造成船体的粉化脱落，海水中所含的盐分对木质文物起到一定的腐蚀作用，其中的金属离子等也起到催化作用。可溶盐的侵蚀作用主要表现为对木材成分的降解，出水后主要表现为对木材的结构破坏[15]。开放的环境中可溶盐依然会导致发生潮解和结晶，这个过程伴随着吸热与放热，并且发生明显的体积变化，进而导致木材发生胀缩，引发木质文物的粉化或崩裂等现象。除此可溶盐的存在也会导致木材的酸化，不利于保存[15]；

（3）水下微生物

长期处于水下或海底的木质文物，会持续的受到微生物的降解腐蚀，但由于长期处在高压低温低氧的环境中，腐蚀的过程是十分缓慢的[15]。微生物的影响一般分为两类，一是木质纤维受微生物侵蚀发生降解，二是微生物所产生的分泌物或色素与木材中的有机物发生反应导致变色[15]。

1.2.3 人为因素

（1）光辐射

光辐射主要指文物受到的光照度及紫外线等所造成的辐射，虽然国内外都制定了相关标准，馆藏文物也会受到影响。木质文物属于对光敏感的文物，光辐射会使木材发生光降解，加速了木质文物的开裂，糟朽等，并且这种破坏是长期累积的，刚开始不明显但是时间越长损害越大[10]；

（2）空气污染

我国的空气质量仍然存在问题，空气中广泛存在各种酸性气体，氧化性气体与颗粒物等，这些气体会导致文物酸化，纤维强度下降，加速文物本身已经存在的化学反应[17]。

1.2.4 作用机理

（1）物理作用

物理变形主要指木质文物在吸附或退吸某种液体时，导致木材细胞的湿胀或干缩，从而导致物理形变。水主要以自由水，吸附水和化学水三类存在于木材中。其中自由水的含量最多[14]。木材脱水过程中，首先蒸发的也是自由水；吸附水存在于细胞壁的纤维丝间，吸附水平均含量约为30%。在自由水完全蒸发之后，木材中的吸附水才会减少；化学水主要存在于木材的化学成分中，它与木材纤维素分子间形成化学键结合，因此结合比较牢固，在低温的热处理条件下也无法去除，所以此种水含量最少[14]。

健康木材的湿胀是由于细胞壁中的吸附水增加，膨胀开，使木材的细胞壁的尺寸增大，导致整个木材尺寸胀大。因此木材的湿胀只发生在吸附水增加的过程，在自由水增加的时候，并不发生。而其逆过程则是失水干缩过程。

饱水木材在干燥时，若自由水完全蒸发而吸附水尚在饱和状态，此为纤维饱和点。对于健康木材，含水率在饱和点以上时，基本不会发生收缩；在饱和点以下时，则开始收缩。并且含水率越低，收缩越多。当含水率降为0时，收缩程度达到最大。该过程具有可逆性[15]。

但糟朽木材则不同，在含水率高于饱和点，甚至在刚开始失去自由水的时，就开始发生收缩[14]。完全脱水后，则会产生严重的收缩形变，收缩程度也较健康木材大很多。并且此过程不可逆，木材的糟朽程度越大，收缩率也越大[14]。

对于糟朽木材，由于其中的纤维素大量被降解，使细胞壁失去支撑。在失去自由水时，由于水的表面张力，与细胞壁接触的部分会产生向液体内部的作用力，作用力会通过分子间作用力从水分子表面传递给细胞壁，导致细胞壁结构的坍塌[14]。因此糟朽木材在失去自由水的阶段就开始收缩。由于这种结构的坍塌是破坏性的，是不可逆的；

（2）化学作用

化学腐蚀主要指在一定的温湿度条件下，受到光照，微生物侵蚀，化学污染物等因素的影响，导致木材中纤维素的降解，从而使得木质结构机械强度降低，造成木质文物外观酥脆，剥落等现象的发生[14]。

其中光辐射会导致纤维素发生化学键断裂，断裂的部分活性较高，会先形成氧化物，再分解成游离基[3]。这个过程会导致木质文物发生氧化，导致文物发黄，酥脆，甚至会导致彩绘褪色。而且游离基性质不稳定，会不断与纤维素分子发生反应，产生新的游离基。即使停止光照，这个反应也会持续到木材完全腐蚀[3]。

微生物侵蚀是微生物分泌各种生物酶来分解木质成分中的有机物导致的。一般情况下微生物分泌的纤维素酶能使纤维素发生水解，生成单糖葡萄糖[3]。葡萄糖再次发生氧化所产生的能量可供微生物生存繁衍，这个过程导致对文物进一步的侵蚀[3]。

化学污染物的影响主要来自空气中存在的酸性气体，如SO2，甲醛等。这类酸性气体与木质文物表面的水分结合生成了具有腐蚀性的酸[14]。酸电离出氢离子，致使木材中的纤维素发生水解，导致木材表面受损。

1.3 预防病害的保存方法

（1）控制保存环境

木质文物由于木材的敏感性，对于保存环境的温湿度要求较高。为了防止木质文物发生形变与滋生微生物等病害，木质文物保存库环境的温度一般应控制在15～20℃之间，相对湿度控制在45%～60%之间。并且要保持稳定，温湿度反复变化会使得木材热胀冷缩，木材弹性下降，更容易产生病害[17]；

（2）防光

木质文物属于对光敏感类文物，需要进行避光保存，即对存放地点应对光照度进行限制，或者至少采取过滤紫外线的措施。通常需要限制日光的射入，而滤光措施则采用在玻璃及灯管上涂刷紫外线吸收剂，并且安装红外智能感光系统和加强工作人员监管力度来降低光照度[17]；

（3）洁净空气

灰尘会造成机械性损害，污染文物表面，而有害气体则会腐蚀文物表面，加速文物老化。因此需要采取一定的过滤措施。保存环境尽量保持封闭，在通风口处设置过滤装置进行滤尘，并且采用碱性物质进行过滤，通过中和反应产生盐类来将酸性物质从空气中分离，配合空气净化器可以大幅降低有害气体及灰尘浓度[17]。除此要在保证保存环境干净的情况下减少库房与室外环境的自由流通；

（4）设置缓冲层

对于大型木质文物，为了防止在放置时由于自重所导致的形变损坏，需要在底部设置缓冲层。细沙是较好的选择，一方面起到了缓冲的作用，一方面细沙作为无机物也不易滋生微生物[16]；

（5）防腐

木质文物作为有机物，微生物的危害是不可忽视的，因此防腐是重要的一环。真菌为木材中微生物的主要病害，而细菌主要起到促进作用，多种微生物类群共同作用完成了对木质有机物的侵蚀[15]。其中已受到损害而失活的木材是微生物的主要目标，而健康的木材并不易受侵蚀。目前化学防腐剂直接接触处理是常见的手段。主要包括油类防腐剂，油载防腐剂和水载防腐剂三类[15]其中喷淋，真空注射，热冷槽，涂刷和吊瓶注射等为现阶段的主要手段，使用时要根据木材种类，实际情况和保存环境选择适合的方式[15]；

（6）防霉

木质文物的防霉问题常常与防腐一同出现，有色孢子为霉变的主要原因，这种孢子常常生长在木材表面或接近表面的浅层，所以通过在浸渍液中添加防霉剂是主要的解决方法，其中四硼酸钠，非水溶性无机锌盐制剂等是常使用的溶剂[15]。除了试剂的选择，处理方式与环境也同样重要。根据环境不同分为大气处理方法和加压处理法。而大气处理方法一般考虑使用溶液渗透和蒸汽熏蒸。其中常见的木质文物熏蒸剂[7]为环氧乙烷（（CH2）2O），溴甲烷（CH3Br），硫酰氟（SO2F2）；

（7）杀虫

虫害对于木质文物是很大的危害，但需要在杀虫的同时保证文物，人和环境三者的安全。N2，CO2杀虫技术是较常见的手段，通过将密闭空间中的氧气浓度降到很低的水平，并保持较长的一段时间，最终使害虫窒息死亡[10]。