紙張作為主要的書寫載體在人類文明發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮重要的作用，大量保留至今的古籍、手稿和書畫等文物具有珍貴的藝術(shù)、科學(xué)等價(jià)值。然目前我國(guó)大量的竹紙文物已產(chǎn)生嚴(yán)重的老化糟朽問題，亟待保護(hù)。中國(guó)科大科技史與科技考古系手工紙研究組與合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心熱分析技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)合作，長(zhǎng)期開展竹紙文物保護(hù)的理論研究，在制作技藝對(duì)竹紙老化的內(nèi)在影響、竹紙的老化行為機(jī)制以及老化程度的微損評(píng)估等方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究，相關(guān)成果已發(fā)表在材料導(dǎo)報(bào)、科學(xué)通報(bào)等知名核心期刊上（論文鏈接：https://doi.org/10.1360/TB-2022-0360；https://doi.org/10.11896/cldb.21040180）。
由于紙張纖維含有豐富的親水基團(tuán)，對(duì)水分等極性溶劑具有較強(qiáng)的親和力。在長(zhǎng)期的自然存放過程中，紙張與空氣中的水分不斷發(fā)生作用，對(duì)文物的壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。近日，中國(guó)科大手工紙研究組對(duì)不同老化模式下傳統(tǒng)手工竹紙的吸濕行為特性進(jìn)行深入研究，研究成果以“Investigating the moisture sorption behavior of naturally and artificially aged bamboo paper with multi-analytical techniques”為標(biāo)題發(fā)表在《Journal of Cultural Heritage》上，該期刊為SCI與A＆HCI雙收錄期刊，國(guó)際文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域知名期刊。
該工作首次利用動(dòng)態(tài)水蒸汽吸附方法(DVS)研究了自然老化與人工老化竹紙的水分吸附行為，基于Guggenheim-Anderson-deBoer(GAB)與Hailwood-Horrobin (H-H)等溫吸附模型探討老化竹紙的水分吸附特性的變化規(guī)律，并通過相關(guān)檢測(cè)方法分析老化竹紙的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)，闡明其吸濕性質(zhì)變化的內(nèi)在機(jī)理，為探討竹紙類文物的最佳保存濕度條件以及制定科學(xué)合理的保護(hù)修復(fù)方案提供理論依據(jù)。
圖一 未老化及不同老化模式下竹紙的吸濕與解吸速率.(a)干熱老化;(b)濕熱老化;(c)自然老化
圖二 未老化及不同老化模式下竹紙?jiān)诘葴匚竭^程中單層和多層吸附的水含量. (a)干熱老化;(b)濕熱老化;(c)自然老化
圖三 不同竹紙的SEM圖像. (a) untreated;(b) dry heat-90 d;(c) moist heat-24 d;(d) No.XF3
研究結(jié)果表明，老化作用并未改變竹紙的水分吸附機(jī)制，但在老化過程中竹紙內(nèi)部羥基等親水基團(tuán)的相對(duì)含量下降，造成紙張表面的有效吸附位點(diǎn)減少，從而影響其單層吸附和多層吸附能力。此外，老化竹紙的物理結(jié)構(gòu)遭受破壞，一定程度上影響了紙張的毛細(xì)吸附能力。由于自然老化竹紙的纖維破裂程度較大，產(chǎn)生新的孔隙結(jié)構(gòu)是其毛細(xì)吸附能力高于未老化和人工老化樣品的重要原因。根據(jù)竹紙吸濕-解吸最低速率的濕度范圍(40~50% RH)，及其單分子層飽和吸附的對(duì)應(yīng)濕度(50% RH)，竹紙類文物的儲(chǔ)存濕度條件應(yīng)控制在50% RH附近，有助于保持紙張的穩(wěn)定性。
該項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技史與科技考古系陳彪副教授與合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心丁延偉教授級(jí)高級(jí)工程師聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)合作完成。博士研究生譚靜為第一作者，陳彪副教授與丁延偉教授級(jí)高級(jí)工程師為論文的共同通訊作者。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科學(xué)技術(shù)部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目重點(diǎn)項(xiàng)目等支持。
論文連接：https://doi.org/10.1016/j.culher.2023.03.004
（科技史與科技考古系、科研部）
