徐方圓，吳來明，施超歐，賀 冰

(1. 館藏文物保存環(huán)境國(guó)家文物局重點(diǎn)科研基地(上海博物館)，上海 200231； 2. 華東理工大學(xué)，上海 200237)

博物館照明對(duì)蘇木染色絲綢的影響研究

徐方圓1，吳來明1，施超歐2，賀 冰2

(1. 館藏文物保存環(huán)境國(guó)家文物局重點(diǎn)科研基地(上海博物館)，上海 200231； 2. 華東理工大學(xué)，上海 200237)

蘇木是古代常見的一種紅色植物染料，為了從保護(hù)角度探討蘇木染色絲綢的照明需求，研究了博物館照明常用的LED燈、鹵素?zé)?、熒光燈?duì)它的褪色影響，從光照與其他環(huán)境因素入手，嘗試構(gòu)建了針對(duì)蘇木染色絲綢的“變色因子”指標(biāo)。研究結(jié)果顯示，LED的“變色因子”大于傳統(tǒng)的鹵素?zé)襞c熒光燈的，低色溫照明的“變色因子”略小于高色溫照明的；照度越高，“變色因子”越大；其他環(huán)境因素對(duì)“變色因子”也有很大影響。因此針對(duì)蘇木染色絲綢文物的展陳照明，建議選用鹵素?zé)艋虻蜕珳氐臒晒鉄艉蚅ED燈，并應(yīng)控制展陳照明的照度。同時(shí)展陳環(huán)境中的其他環(huán)境因素也不容忽視。研究結(jié)果為指導(dǎo)博物館在對(duì)蘇木染絲綢文物的照明選擇方面提供了依據(jù)，同時(shí)為客觀評(píng)價(jià)各種環(huán)境因素對(duì)染色絲綢的影響提供一種可借鑒的方法。

博物館照明；蘇木；染色絲綢；褪色；變色因子

0 引 言

中國(guó)古代人民尚紅、愛紅，給予紅色一定的特殊感情，因此紅色植物染料在古代被大量運(yùn)用和開發(fā)。蘇木、紅花、茜草是典型的紅色植物染料。其中以蘇木染色技法便于操作，色彩艷麗豐富、價(jià)格實(shí)惠而被廣大勞動(dòng)人民所鐘愛，在紅色植物染料中具有非常重要的作用[1]。蘇木屬于苯并吡喃類天然染料，其色素的主要成分是蘇木素，蘇木素結(jié)構(gòu)中含有大量羥基，易溶于水，相對(duì)分子質(zhì)量較小，染色直接性低，色牢度差，且在不同的pH值條件下有變色行為，呈現(xiàn)黃棕、紅褐、紫等顏色，其染色織物的穩(wěn)定性較差[2]。

流傳下來蘇木染的織物在博物館展出的時(shí)候必定會(huì)受到光照的影響。光照是引起文物發(fā)生劣化的重要環(huán)境因素之一[3]。如何選擇博物館照明，有效減少光照對(duì)文物的損傷是文物預(yù)防性保護(hù)的重要內(nèi)容。從文物保護(hù)角度出發(fā)，影響光照對(duì)文物損傷的光照指標(biāo)主要有照度、累積照度、色溫和光源的發(fā)光光譜[4]。在GB/T 23863—2009《博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]中對(duì)這些指標(biāo)均有一些規(guī)定。用植物染料染色的絲織物是屬于對(duì)光特別敏感的一類文物，在《博物館照明設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求其照度<50lx，累積照度<50000lx·h/年，色溫<3300K。光源的種類是影響光源發(fā)光光譜的重要因素，博物館陳列照明中主要的光源種類有熒光燈、鹵素?zé)艉蚅ED燈。由于各種光源的發(fā)光原理不同，其發(fā)光光譜有很大的差別，對(duì)文物的損傷程度也有差異[4]。已有一些研究表明，目前新型的LED燈對(duì)染色絲綢的影響大于傳統(tǒng)的鹵素?zé)鬧4,6,7]。但這些研究均只是從定性的角度做了一些判斷，還缺少定量的分析。

為科學(xué)評(píng)價(jià)光照對(duì)植物染色絲綢的影響，本研究以蘇木染絲綢為例，以色差為評(píng)價(jià)指標(biāo)，嘗試定量化分析各種光照條件對(duì)蘇木染絲綢的褪色影響。為指導(dǎo)博物館在對(duì)蘇木染絲綢文物的照明選擇方面提供依據(jù)，同時(shí)為客觀評(píng)價(jià)各種環(huán)境因素對(duì)染色絲綢的影響提供一種可借鑒的方法。

1 實(shí)驗(yàn)樣品及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

絲綢坯布為杭州米賽絲綢有限公司市售電力紡，委托中國(guó)絲綢博物館，按古代傳統(tǒng)方法用蘇木染色[7]。經(jīng)色差儀檢測(cè)，各種染色樣品的色彩均勻度較高，色差ΔE<0.5。按實(shí)驗(yàn)要求，將樣品裁剪成多塊5cm×5cm的小塊，并標(biāo)記正反面?zhèn)溆谩?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)中搭建的光模擬老化裝置與《從光譜角度研究博物館照明對(duì)染色絲綢的影響》[4]文中的一致，選用的具規(guī)格型號(hào)如表1所示。除熒光燈外，本實(shí)驗(yàn)所用燈具均可以無級(jí)調(diào)光。

表1 實(shí)驗(yàn)燈具

1.3 檢測(cè)儀器

色差儀，CM-700d，柯尼卡美能達(dá)日本。分光照度計(jì)，CL-500A，柯尼卡美能達(dá)日本。數(shù)字照度計(jì)，XYI-Ⅲ，杭州新葉。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

調(diào)整燈光亮度，用數(shù)字照度計(jì)檢測(cè)樣品所受到的照度值；用色差儀定期檢測(cè)樣品，分別檢測(cè)各樣品的色差。為了減少試驗(yàn)的誤差，每次測(cè)試時(shí)樣品下墊一張80g/m2的A4空白紙張， 每個(gè)樣品選不同的檢測(cè)位置測(cè)3次取平均值。

本實(shí)驗(yàn)在七個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行了六批次的實(shí)驗(yàn)。每個(gè)裝置中的燈具不同，每批次實(shí)驗(yàn)樣品的照度也不同。通過色差指標(biāo)，研究了不同照度下，不同光源對(duì)蘇木染色絲綢樣品的褪色影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 蘇木染色絲綢的褪色特性

蘇木染色絲綢在各種實(shí)驗(yàn)燈光下的變色曲線如圖1所示。由圖1可見，隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的色差基本呈線性增加。

圖1 蘇木染色樣品在各種燈光下的變色情況

結(jié)合蘇木染色樣品的光反射率曲線(圖2)，紅色曲線是光照前樣品的，藍(lán)色曲線是光照后樣品的。由圖2可見光照前后雖然樣品的色差變化比較明顯，但是其光反射率曲線并沒有太明顯變化，只是在450～600nm的波段反射率略有上升。從光譜角度考慮，被反射的光被人眼接受，形成顏色；被吸收的光中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的部分以熱量形式散發(fā)到環(huán)境中，而其中波長(zhǎng)較短的部分則參與染料的褪色反應(yīng)。由于蘇木染料在褪色前后反射率曲線變化不大，因此只要外界光源的光譜穩(wěn)定，被吸收的能量就變化不大。如果其他實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件也穩(wěn)定，則其褪色曲線則會(huì)如圖1所示呈現(xiàn)線性增加的趨勢(shì)。

圖2 蘇木染色樣品光反射率曲線

2.2 蘇木樣品變色因子的理論構(gòu)建

由上述討論可知，蘇木染料的褪色隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)而線性增加。從理論上說，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)色差為零，因此該曲線應(yīng)該過原點(diǎn)。變色曲線的斜率則是實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件對(duì)蘇木染色絲綢褪色的速度。本研究中定義樣品的“實(shí)驗(yàn)時(shí)間-色差”曲線的斜率為樣品的變色因子D。針對(duì)蘇木染色樣品，在實(shí)驗(yàn)條件恒定的情況下，該變色因子基本為一定值。變色因子數(shù)值小，則說明該實(shí)驗(yàn)條件對(duì)樣品的損傷小，有利于樣品的保護(hù)。

色差=D×實(shí)驗(yàn)時(shí)間

(1)

變色因子D受實(shí)驗(yàn)過程中各種環(huán)境因素的綜合影響。在本研究中重點(diǎn)關(guān)注光照對(duì)樣品的褪色影響，因此在不考慮光照與其他環(huán)境因素之間的耦合作用的前提下，將該變色因子分拆成光照影響因子和其他環(huán)境因素影響因子兩部分。變色因子表達(dá)式如式(2)所示。

D=L+H

(2)

式中，D為變色因子；L為光照引起的變色因子；H為其他環(huán)境因素引起的變色因子。

其他環(huán)境因素主要包括溫濕度，污染氣體等。在本實(shí)驗(yàn)中，所有實(shí)驗(yàn)裝置均放置在同一間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，每次實(shí)驗(yàn)過程中各實(shí)驗(yàn)裝置中的其他環(huán)境因素基本一致，僅光照情況有明顯的不同；但每批次之間環(huán)境因素會(huì)有所差異。因此針對(duì)上式，其他環(huán)境因素引起的變色因子H可以假定每批次一致，但批次與批次之間是有差異的。

根據(jù)倒易律，文物由于光照所產(chǎn)生的劣化影響與其所接受的累積照度有關(guān)，即與其照度與時(shí)間的乘積正相關(guān)，則光照引起的變色因子L可表示為：

L=A×E

(3)

式中，L為光照引起的變色因子；A為光譜系數(shù)；E為照度(lx)。

由式3可知，照度越高，則變色因子越高。式中的系數(shù)A可以認(rèn)為是與光譜輻照相關(guān)的數(shù)據(jù)。燈光發(fā)出的光譜一部分被物體反射，進(jìn)入人眼，形成顏色，另一部分則被物體吸收，產(chǎn)生褪色等一系列的化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于蘇木染色的絲綢樣品，由于其在褪色過程中光反射率曲線基本不變，因此在本次實(shí)驗(yàn)中系數(shù)A可以認(rèn)為是只與光照的發(fā)光光譜有關(guān)的數(shù)據(jù)。不同的燈具有不同的發(fā)光光譜，因此本實(shí)驗(yàn)中系數(shù)A僅與燈具有關(guān)。

圖3是各種實(shí)驗(yàn)燈光的光譜圖，每種燈光光譜曲線下的面積即為其發(fā)射的總能量。通過物體的反射率曲線可計(jì)算出燈光發(fā)出的光照射到物體上后被物體吸收的能量，該能量與其照度成正比。針對(duì)蘇木染色絲綢樣品，可以得出每勒克斯照度下被樣品吸收的能量(單位吸收能量)。由于光的粒子性，長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子能量較低，被樣品吸收后只能起到加熱的作用，并不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而短于某一波長(zhǎng)的光子則都能被用來發(fā)生化學(xué)褪色反應(yīng)。對(duì)于某一特定的褪色反應(yīng)，這一特定波長(zhǎng)可根據(jù)褪色化學(xué)反應(yīng)的活化能計(jì)算出。如果知道該特定波長(zhǎng)，即可得出每勒克斯的各種燈光對(duì)某一樣品產(chǎn)生褪色的能量(單位反應(yīng)能量)。該能量與式3中的光譜系數(shù)有一定的正相關(guān)性。

圖3 實(shí)驗(yàn)用各種燈光的光譜圖

不同樣品由于其特定波長(zhǎng)不同，反射率曲線也不同，因此會(huì)有不同的光譜系數(shù)。針對(duì)蘇木染色絲綢樣品，假設(shè)其特定波長(zhǎng)為580nm，則計(jì)算得到的各種實(shí)驗(yàn)燈光的單位吸收能量和單位反應(yīng)能量如表2所示。

從表2中可以看出，雖然鹵素?zé)魡挝晃漳芰孔畲?，但其單位反?yīng)能量最低；其他燈光的單位吸收能量基本相當(dāng)；但低色溫的燈光其單位反應(yīng)能量較低。

2.3 各種實(shí)驗(yàn)條件下蘇木樣品的變色因子分析

本實(shí)驗(yàn)在七個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行了六批次的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，做出“實(shí)驗(yàn)時(shí)間-色差”曲線，用過原點(diǎn)的線性擬合，計(jì)算出各種實(shí)驗(yàn)條件下的變色因子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 各種燈光的單位吸收能量與單位反應(yīng)能量

表3 不同實(shí)驗(yàn)條件下的變色因子

由上所述可知，影響變色因子的因素有光源種類不同引起的光譜系數(shù)差異，照度以及其他環(huán)境因素。以下分別對(duì)其影響情況作一些分析。

2.3.1 光源種類的影響 由表3可知，第三批次實(shí)驗(yàn)和第四批次實(shí)驗(yàn)中各種燈光的照度基本一致，因此其變色因子主要由各種燈光的光譜差異造成。在第三批次實(shí)驗(yàn)中，變色因子從小到大依次為Ultras 鹵素?zé)?OSRAM熒光燈3000K

從變色因子的具體數(shù)值比較，計(jì)算同批次中各種燈光的變色因子與鹵素?zé)糇兩蜃拥谋戎?，結(jié)果如表4所示。

LED燈的變色因子是鹵素?zé)舻?倍，熒光燈的變色因子略小于LED。由于色溫差異引起的變色因子差異較小。以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)論與表2中各種燈光的單位反應(yīng)能量一致，較好地解釋了各種燈光光譜不同對(duì)樣品褪色的影響。

第一、二、五、六批次實(shí)驗(yàn)中，熒光燈的照度明顯偏低，但其余燈光的照度基本接近。比較其變色因子可知，大部分LED的變色因子大于鹵素?zé)舻淖兩蜃?，但第五批次?shí)驗(yàn)中兩者的差異不大；低色溫LED的變色因子小于高色溫LED的變色因子。

表4 各批次實(shí)驗(yàn)中變色因子與同批次Ultras鹵素?zé)糇兩蜃拥谋戎?/p>

2.3.2 照度的影響 由表3可知，第一、二、三批次實(shí)驗(yàn)中熒光燈的照度基本一致，第四、五、六批次實(shí)驗(yàn)中熒光燈的照度也基本一致。因此，將各種燈光的變色因子與同批次內(nèi)OSRAM熒光燈 4000K的變色因子作比較，得出兩者之間的比值，結(jié)果如表5所示。

第三、四批次實(shí)驗(yàn)中各種燈光的照度基本一致，此時(shí)鹵素?zé)舻淖兩蜃邮菬晒鉄舻囊话?，而LED的變色因子略高于熒光燈的變色因子。比較其他批次實(shí)驗(yàn)，鹵素?zé)舻淖兩蜃优c4000K熒光燈的變色因子的比值均大于0.7；第二批次鹵素?zé)舻恼斩仁菬晒鉄舻?倍多，其變色因子的比值達(dá)到了1.2；第五批次鹵素?zé)舻恼斩仁菬晒鉄舻?倍多， 其變色因子的比值超過了2。LED變色因子與4000K熒光燈變色因子的比值也同樣有類似規(guī)律，即照度越高，其變色因子越大，這與變色因子的理論推導(dǎo)相一致。

表5 各批次實(shí)驗(yàn)中變色因子與同批次OSRAM熒光燈 4000K變色因子的比值

2.3.3 其他環(huán)境因素的影響 其他環(huán)境因素對(duì)變色因子的影響比較復(fù)雜，本次實(shí)驗(yàn)中沒有專門對(duì)其他環(huán)境因素進(jìn)行有效控制，因此也無法得到確切的數(shù)值。但是通過批次之間變色因子的比值也能得到一些定性的結(jié)論。

由表3可以注意到第一、二、三批次中熒光燈的照度基本一致；第四、五、六批次中熒光燈的照度也基本一致，且是第一、二、三批次的一半。同種光源，相同照度下，其變色因子的差異主要來自于其他環(huán)境因素的影響。由于第五批次實(shí)驗(yàn)中熒光燈的變色因子總體較低，將各批次中熒光燈的變色因子與第五批次熒光燈變色因子作比較，得出兩者之間的比值，結(jié)果如表6所示。

表6 各批次實(shí)驗(yàn)中熒光燈的變色因子與第五批次熒光燈變色因子的比值

由表6可知，第一、二、三批次間熒光燈的變色因子相差不超過2倍，而四、五、六批次中熒光燈的變色因子相差均超過了2倍。這說明其他環(huán)境因素對(duì)變色因子影響明顯，在低照度下其他環(huán)境因素對(duì)變色因子的影響要大于高照度下的影響。在高照度下光照是主控環(huán)境因素，而在低照度下，其他環(huán)境因素對(duì)變色因子的影響則變大。

3 結(jié) 論

綜上所述，蘇木染色絲綢在模擬光照實(shí)驗(yàn)中逐漸發(fā)生褪色反應(yīng)，由于其褪色前后樣品的反射率曲線相差不大，因此其色差-實(shí)驗(yàn)時(shí)間的曲線呈一次線性關(guān)系。本研究定義了該線性關(guān)系的斜率為變色因子，理論上分析了變色因子的影響因素。在本次實(shí)驗(yàn)中，光源種類、照度和其他環(huán)境因素對(duì)變色因子均有一定的影響?？梢缘贸鲆韵陆Y(jié)論：

1) 從光源種類分析，鹵素?zé)舻淖兩蜃幼钚。挥蠰ED燈的一半；熒光燈的變色因子略小于LED燈；高色溫?zé)艄獾淖兩蜃痈哂诘蜕珳氐淖兩蜃印?/p>

2) 照度越高，其變色因子越高。

3) 其他環(huán)境因素對(duì)蘇木染色絲綢樣品的影響也不容忽視，在低照度下其他環(huán)境因素的影響明顯高于高照度下其他環(huán)境因素的影響。

由上述結(jié)論，針對(duì)蘇木染色絲綢文物的展陳照明可以提出如下建議：

1) 盡量采用鹵素?zé)粽彰?，如選用熒光燈或LED燈照明應(yīng)選擇低色溫的。

2) 應(yīng)盡量降低文物展陳的照度。

3) 不可忽略其他環(huán)境因素的影響，在控制展陳燈光照明的同時(shí)，對(duì)展陳環(huán)境的溫濕度、污染氣體等其他因素也要進(jìn)行控制。

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(責(zé)任編輯 謝 燕)

The effect of museum lighting on fading ofCaesalpiniasappandyed silk

XU Fang-yuan1, WU Lai-ming1, SHI Chao-ou2, HE Bin2

(1.KeyScientificResearchBaseoftheMuseumEnvironment,StateAdministrationforCulturalHeritage,ShanghaiMuseum,Shanghai200231,China; 2.EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)

Caesalpiniasappan(sappan) is a commonly used ancient red vegetable dye. With the aim of protecting sappan wood dyed silk, the effect of light on fading was investigated by light aging tests.The lamps tested are those commonly used in museums, and include LED, fluorescent and halogen lamps. To evaluate the effects of both light and other environmental factors, a discoloration factor index system is established. The results show that the discoloration effect of LED lamps is greater than the effects of conventional halogen and fluorescent lamps; the discoloration effect of low color temperature is slightly less than that for high color temperature lighting; also the higher the illuminance, the bigger the discoloration effect.Other environmental factors also have a great influence on discoloration. The use of suitable halogen,or low color temperature fluorescent lamps and LED lighting forCaesalpiniasappandyed silk showcases.The level of illumination of showcase lighting should be controlled. Meanwhile, other environmental factors in showcase can not be ignored.

Museum lighting；Caesalpiniasappan； Dyeing silk； Fade effect； Discoloration factor

2016-06-02；

2016-09-07

國(guó)家文物局文物保護(hù)科學(xué)和技術(shù)研究課題資助(20120206)

徐方圓(1980—)，男，2005年碩士畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，副研究館員，研究方向?yàn)槲奈锉Ｗo(hù)科學(xué)，E-mail：xu_fangyuan@163.com

1005-1538(2017)01-0008-06

G264

A