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        木質(zhì)文物的真空充氮消殺技術(shù)探析

        2020-08-04 02:27:22孫南南
        絲綢之路 2020年2期
        關(guān)鍵詞:充氮木器消殺

        孫南南

        (深圳博物館,廣東 深圳 518026)

        文物是承載人類文明的紐帶。由于構(gòu)成材料以及不利環(huán)境因素的影響,文物常遭受各種病害,其中木質(zhì)、紙質(zhì)、紡織品等有機質(zhì)文物極易遭受蟲害、霉害,尤其是一些征集來的文物,自身攜帶霉菌和蟲卵,直接進入庫房,不僅自身繼續(xù)遭受破壞,還會波及其他藏品,并且這種生物損害對文物的影響往往不可逆。因此,對這類文物通常要采取消殺措施,防止文物繼續(xù)遭受生物侵害。常用的消殺方法有化學法和物理法?;瘜W法包括化學品直接噴灑法以及藥物熏蒸法。直接噴灑常用的普受推廣的滅菌劑,主要成分為十二烷基二甲基芐基氯化銨,殺蟲劑主要成分為生物烯丙菊酯,對成蟲和蟲卵具有觸殺作用,藥效快,持效性長。該方法缺點是有一定化學品殘留。藥物熏蒸法目前更多采用安全無毒環(huán)保的肉桂醛、香茅醛、檸檬醛等植物熏蒸劑。消殺時必須要做好密封操作。物理法目前備受廣泛應(yīng)用的是真空充氮消毒法,其原理是通過設(shè)備真空室內(nèi)多次抽氣排氣步驟,將密閉空間內(nèi)的空氣置換為高壓氮氣,在缺氧環(huán)境下蟲體體內(nèi)的水份被不斷的抽出蒸發(fā),破壞其蛋白質(zhì),蟲體內(nèi)液體分子在外界與蟲體內(nèi)的壓差不斷增大的情況下沖破蟲體表面,使其死亡。這種方法安全環(huán)保,操作簡便,可以根據(jù)待消殺文物的種類以及蟲害霉害的狀況,靈活設(shè)置時間。一般來講,一個72h的消殺周期就可以消滅99%的成蟲、幼蟲、蟲卵、蟲蛹以及好氧性菌。真空會造成脫水,對于木器而言,外界的溫濕度變化以及體內(nèi)水分是決定木器性能的關(guān)鍵因素之一,需要通過實驗驗證真空充氮消殺過程對木器是否有影響。

        一、實驗部分

        (一)實驗材料及方法

        用兩個溫濕度計,分別放置在真空室內(nèi)和室外,測試溫濕度。選取一塊表面無涂層的老紅木,加工成若干20mm*20mm*40mm的棒狀,部分進行消殺。

        (二)改造前溫濕度變化曲線

        下圖為一個消殺周期內(nèi)兩個溫濕度計記錄的數(shù)據(jù)。

        圖1-1 溫度曲線一

        圖1-2 濕度曲線一

        從圖中可以看出,真空室外溫度變化除因空調(diào)等外界環(huán)境原因有一個突變,其余部分比較平穩(wěn),濕度變化也比較平穩(wěn)。真空室內(nèi)溫度有三個突變,但溫度變化范圍較小。設(shè)備運行初期濕度變化較大,最高可到55%,最低可到25%,相差30個單位,之后保壓狀態(tài)下濕度平穩(wěn)無波動,但相對室外濕度較低,只有40%—42%。一般來說,木器保存環(huán)境相對濕度范圍應(yīng)控制在50%—60%。木器對溫濕度的變化比較敏感,過于潮濕溫暖的環(huán)境易于滋生和繁殖細菌和霉菌,而過于干燥,環(huán)境水分會跌破器物保持與外界平衡的自身水分閥值,導致器物破裂、變形。因此這樣的溫濕度突變現(xiàn)象以及低濕度值的保持不利于木器的保存。

        (三)含水率測試

        正常狀態(tài)下的木材都含有一定量的水分,含水率是導致木材開裂、變形的重要影響因素,按照國家標準,利用烘干法測試含水率公式如下。

        W=(m1-m0)/m0×100%

        其中,W為木材含水率,m1為試樣試驗時的質(zhì)量,m0為試樣全干時的質(zhì)量。測試前將試樣上的木屑、碎片清除干凈,烘箱溫度保持在103±2℃,每1小時測試樣品重量,直到最后兩次稱重差值不超過試樣質(zhì)量的0.5%,此時認為樣品已全干。其中,1、2號樣品未經(jīng)消殺,3、4號樣品經(jīng)過消殺。測試結(jié)果如下。

        表1-1 含水率測試Table 1-1 Water content test

        從表中可以看出,經(jīng)過真空充氮消殺處理的樣品,含水率有一定程度的減小,但不排除偶然因素,因此本測試僅有一定的參考意義。

        (四)順紋抗彎強度測試

        一般的木器木構(gòu)件易發(fā)生彎曲變形,對于抗彎強度來說,控制著木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極限時的應(yīng)力,而不是順紋抗拉比例極限時應(yīng)力。根據(jù)國家標準[6],抗彎強度測試公式如下。

        抗彎強度σ=3F*L/(2b*h2)

        式中,F(xiàn)為最大負荷值,L為跨度,b、h為試樣寬與高。本測試采用設(shè)備為SANS微機控制萬能力學試驗機。由于可以預(yù)判一次消殺可能對木器力學性能影響甚小,而實際文物保護中,很多木器在展廳或者庫房放置,也是每隔一段時間也要進行一次消殺,因此選擇5、6號樣品未經(jīng)消殺,7、8號樣品經(jīng)過一次消殺,9、10號樣品經(jīng)過三次消殺。測試結(jié)果如下。

        表1-2 抗彎強度測試Table 1-2 Bending strength test

        從表中可以看出,經(jīng)過多次真空充氮消殺,試樣塊抗彎強度有小幅度的降低。

        二、設(shè)備的改進

        (一)溫濕度模塊的安裝與調(diào)試

        通過實驗數(shù)據(jù)可以看出,真空充氮消殺過程對木材性能有一定影響,原因可能在于突然的溫濕度變化會造成木質(zhì)材料由細胞壁內(nèi)吸附水量的變化引起的濕脹干縮變形。本文選取的實驗材料是一塊狀況還算穩(wěn)定的木質(zhì),而對于一些本身糟朽嚴重的木器,其影響恐怕是成倍增長,因此有必要對設(shè)備進行改進,最有效的方法是安裝溫濕度模塊。模塊組件圖如下。

        木器最適宜的濕度范圍是50%-60%,溫度控制在15℃~20℃之間,在這一范圍內(nèi)可以保證木器最安全。溫濕度模塊安裝后在顯示屏上可以設(shè)置需要的溫濕度數(shù)值,并且設(shè)置加濕器缺水報警提示燈,否則易造成干燒,導致加濕器失效。顯示屏添加溫濕度模塊后照片如下。

        (二)改造后溫濕度變化曲線

        將設(shè)備濕度設(shè)置為50%,一個消殺周期內(nèi)兩個溫濕度計記錄的數(shù)據(jù)如下。

        圖2-1 模塊

        圖2-2 加濕器報警指示燈Fig2-2 Humidifier alarm indicator

        圖2-3濕度參數(shù)設(shè)置Fig 2-3 Humidity parameter setting

        從圖中可以看出,安裝溫濕度模塊后,溫度的變化趨勢與改造前沒有太大變化,變化范圍在2℃左右。濕度仍然有三個突變,但最高數(shù)值63%到最低數(shù)值35%,差值為28個單位,較改造前有減小。濕度趨于平穩(wěn)后,穩(wěn)定在52%,相較改造前的情況,這一濕度更適合木器的保存。

        圖2-4 溫度曲線一

        圖2-5 濕度曲線二

        (三)木材性能測試

        設(shè)備添加溫濕度模塊后,選擇與前文相同材質(zhì)的試樣,其中11、12、15、16號樣品未經(jīng)真空充氮消殺,13、14、17、18號樣品經(jīng)過三個周期的真空充氮消殺。測試結(jié)果如下所示。

        表2-1 木材性能測試Tabl e 2-1 Woo dper for man cetesting

        從表中可以看出,設(shè)備經(jīng)過改造后,經(jīng)過真空充氮消殺的試樣塊含水率與抗彎強度發(fā)生的變化相對之前要小,可以認為受到的影響變小了。

        三、結(jié)論

        真空充氮消毒是一種清潔、安全、高效的殺蟲滅菌措施,在文物消殺方面已得到廣泛應(yīng)用。但是,對于木器這類有機質(zhì)文物,這種消殺措施存在破壞文物本體結(jié)構(gòu)的風險。本文通過實驗驗證了這種風險的存在,真空充氮消殺處理對樣品含水率、抗彎強度均產(chǎn)生了一定的影響,力學性能有下降的趨勢。對于一些糟朽較嚴重的木質(zhì)文物,采取真空充氮消殺處理可能會產(chǎn)生無法挽回的破壞。通過采取對設(shè)備添加溫濕度模塊的改造措施,保證消毒室內(nèi)濕度達到文物安全保存的環(huán)境參數(shù),減小濕度突變差值,提升文物對環(huán)境的適應(yīng)性,可以盡量保證文物本體的安全。因此安裝溫濕度模塊是極有必要的,這一技術(shù)應(yīng)該值得推廣。

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