故宫棚壁糊饰修复用竹纸老化性能评价

摘要

纸张的力学性能以抗张强度为最主要的表征指标,按照GB/T 12914—2008《纸和纸板抗张强度的测定》的要求,通常需要使用抗张拉力仪进行测试,但这种方法所需样品尺寸较大(长度大于180 mm,宽度约15 mm)、损耗样品量较多(平均消耗10个样品能获得1个有效数据),不适合用于测试珍贵的纸质文物。利用静态热机械分析仪(TMA)微损取样、灵敏精确的特点,首次将其用于纸质文物的力学测试,尝试建立微小取样测试的新方法。以故宫棚壁糊饰修复用手工竹纸为研究对象,依据故宫乾隆花园的实际环境监测结果设计老化条件,对手工竹纸进行紫外、干热和湿热加速老化实验,采用TMA测试老化前后竹纸样品的抗张强度,结合SEM、红外光谱分析样品的微观形貌与化学结构的变化情况,分析竹纸的老化特点。结果表明:TMA能够有效测出老化后强度较低的手工竹纸的力学强度,其中,湿热老化后竹纸保留的抗张强度最高(上升1.01%),干热老化次之(下降15.11%),紫外老化后强度最低(下降63.85%);通过SEM观察到湿热、干热老化样品的纤维结构无明显变化,紫外老化样品的纤维结构出现明显断裂破损;红外光谱分析表明紫外组样品在1 715 cm^(-1)出现吸收峰,纤维素氧化生成羰基,900~1 200 cm^(-1)处纤维素指纹区的一些吸收峰强度变弱,纤维素的糖苷键大量断裂,说明该组样品纤维素降解程度最为严重,纸张强度下降程度最为显著;三种测试结果能够相互印证。除此之外,TMA所需试样尺寸仅在毫米级别(长度10~20 mm、宽度约1 mm),远小于常规拉力仪试样尺寸,测试精度高,仅需约7个样品就能达到较好的重复性,所需样品量仅为常规拉力仪方法的0.5%,是一种微损精确的测试方法。研究表明TMA对低强度纸张具有良好的适用性,有望将其开发成脆弱纸质文物力学性能表征的新方法。