科研速报 |中国科大手工纸研究组在竹纸文物保护领域取得新进展
纸张作为主要的书写载体在人类文明发展进程中发挥重要的作用，大量保留至今的古籍、手稿和书画等文物具有珍贵的艺术、科学等价值。然目前我国大量的竹纸文物已产生严重的老化糟朽问题，亟待保护。中科大科技史与科技考古系手工纸研究组与合肥微尺度物质科学国家研究中心热分析技术研究团队合作，长期开展竹纸文物保护的理论研究，在制作技艺对竹纸老化的内在影响、竹纸的老化行为机制以及老化程度的微损评估等方面进行了深入系统地研究，相关成果已发表在材料导报、科学通报等知名核心期刊上（论文链接：https://doi.org/10.1360/TB-2022-0360；https://doi.org/10.11896/cldb.21040180）。
由于纸张纤维含有丰富的亲水基团，对水分等极性溶剂具有较强的亲和力。在长期的自然存放过程中，纸张与空气中的水分不断发生作用，对文物的寿命产生严重影响。近日，中科大手工纸研究组对不同老化模式下传统手工竹纸的吸湿行为特性进行深入研究，研究成果以“Investigating the moisture sorption behavior of naturally and artificially aged bamboo paper with multi-analytical techniques”为标题发表在《Journal of Cultural Heritage》上，该期刊为SCI与A＆HCI双收录期刊，国际文化遗产保护领域顶级期刊。
该工作首次利用动态水蒸汽吸附方法(DVS)研究了自然老化与人工老化竹纸的水分吸附行为，基于Guggenheim-Anderson-deBoer(GAB)与Hailwood-Horrobin (H-H)等温吸附模型探讨老化竹纸的水分吸附特性的变化规律，并通过相关检测方法分析老化竹纸的微观结构状态，阐明其吸湿性质变化的内在机理，为探讨竹纸类文物的最佳保存湿度条件以及制定科学合理的保护修复方案提供理论依据。
图一 未老化及不同老化模式下竹纸的吸湿与解吸速率.(a)干热老化;(b)湿热老化;(c)自然老化
图二 未老化及不同老化模式下竹纸在等温吸附过程中单层和多层吸附的水含量. (a)干热老化;(b)湿热老化;(c)自然老化
图三 不同竹纸的SEM图像. (a) untreated;(b) dry heat-90 d;(c) moist heat-24 d;(d) No.XF3
研究结果表明，老化作用并未改变竹纸的水分吸附机制，但在老化过程中竹纸内部羟基等亲水基团的相对含量下降，造成纸张表面的有效吸附位点减少，从而影响其单层吸附和多层吸附能力。此外，老化竹纸的物理结构遭受破坏，一定程度上影响了纸张的毛细吸附能力。由于自然老化竹纸的纤维破裂程度较大，产生新的孔隙结构是其毛细吸附能力高于未老化和人工老化样品的重要原因。根据竹纸吸湿-解吸最低速率的湿度范围(40~50% RH)，及其单分子层饱和吸附的对应湿度(50% RH)，竹纸类文物的储存湿度条件应控制在50% RH附近，有助于保持纸张的稳定性。
该项研究由中国科学技术大学科技史与科技考古系陈彪副教授与合肥微尺度物质科学国家研究中心丁延伟教授级高级工程师联合研究团队合作完成。博士研究生谭静为第一作者，陈彪副教授与丁延伟教授级高级工程师为论文的共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、科学技术部国家重点研发计划、安徽省高等学校省级质量工程项目重点项目等支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.culher.2023.03.004
