略述现代科技手段在手工书画用纸老化现象上的研究成果「都是书画纸」
今天神州网小怡分享略述现代科技手段在手工书画用纸老化现象上的研究成果「都是书画纸」一文，希望对您有帮助。
手工书画纸作为高级文化用纸，存在着悠久的历史。手工书画纸的原料多采用构皮、桑皮、竹、青檀皮、稻草等。选择不同的原料就有着不同的造纸工艺，一般而言，手工书画用纸的工艺比较复杂，造出的纸颜色洁白、质地细腻、强度、韧度也较大，常被用于书画创作、书画装德、古籍修复等特殊用途。本文主要从造纸传统工艺及材料的角度上略述现代科技手段在手工书画用纸老化现象上的研究成果。
一、历朝主要造纸工艺及原材料
（一）汉
中国的造纸术发明于西汉初年,至东汉蔡伦时期以后,在造纸技术、材料选择方面己基本趋于完善。汉代造纸技术奠定了中国造纸术的基本模式[1],造纸工艺在汉代纸的基础上不断改进和提高,并且随着造纸工艺的不断改善,纸越来越多的被用来充当绘画板面材料。
现在所见最早的纸,是1986年在甘肃天水市附近的放马滩古墓葬中出土的西汉初文帝、景帝时期（公元前179~前141纸）绘有地图的麻纸,这是目前发现的世界上最早的植物纤维纸。据科学测定得出均为麻纸,他们质地较粗,可见造纸水平还比较不成熟。
该纸的表面较为平整、密实,纸上用墨线绘有山、川、崖、路等,用笔婉转与方硬相结合,而且线条在纸面上并没有出现泅墨的现象,说明它经过了挤压技术,因而变得紧密、结实。表明了在汉文、景时期,纸初造时的极易泅墨现象已经被注意并加以解决,这对于书画的发展是有利的。
东汉时期的造纸技术相对于西汉有了更进一步的发展,如兰州伏龙坪出土的东汉书信就是很好的例子,这张纸原垫于铜镜之下,故呈圆形,推测为家书的残片。该纸以麻类为原料并通过施胶、研光[2]等加工技术,使纸张厚薄均匀,较西汉时期的纸张而言其适宜书写程度更高。所谓“研光”就是用光滑的研石、螺壳、碗口等碾磨纸面,将纸面凸凹不平处磨平,使纸张光滑坚紧而“施胶”在早期主要以淀粉和入纸浆中或涂刷于纸张表面,有利于增强纸张的熟度和韧性[2]。
（二）魏晋南北朝
魏晋南北朝时期的纸在加工技术方面,新技术颇多,如抄纸工具的改进、混料纸张的出现、研光技术的发展、施胶以及染纸技术的出现等。在原料的使用方面选择性就更大了。除了之前的褚皮、麻类之外,还增加了桑皮、藤皮等,晋时出现了剡藤纸,以产于剡藤县（今浙江嵘县）而得名。剡藤纸有细、白、薄、轻、韧的特点,莹润光泽,坚滑而不凝笔。同时也出现了用两种树皮纤维混合抄造的纸[3]。而对于原料的深加工程度也更高了,其中以麻纸最甚。当时的麻纸主要以大麻纤维制成,质地坚韧、耐水浸,是很好的书写用纸。
研光、施胶技术在魏晋南北朝时期同样发展得很快。研光和施胶技术能够加大纸的紧密度,改善纸的吸墨性。新疆吐鲁番哈拉和卓旧城出土（1982年）的后秦白雀元年纸,通过显微镜能清楚地看到淀粉颗粒,可以得知纸的正面涂有淀粉糊剂,并经细石研光,该纸为迄今发现的最早的施胶纸[4]。
两晋南北朝时期出现了染纸技术并且发展得很快。东晋著名的医药学家葛洪利用黄檗汁染色,发明出了我国最早的染色加工纸——黄麻纸。葛洪最初是想利用黄栗的杀虫性能,制取一种能驱虫的纸。但未曾想到,在既获得驱虫的功能上也得到了染色的独特效果,可谓意外收获了。经书所用的纸张大都是经过染潢之后的麻纸。
（三）隋唐
隋唐时期的造纸工艺在魏晋南北朝的基础上有了显著提高。随着造纸术日臻成熟,纸的种类之多、产量之广是前代不能比拟的,纸的质量也达到了相当高的水平。当时的皮纸、藤纸有了进一步的发展,麻纸生产则更加兴旺。宣州的宣纸、江西临川的薄滑纸、扬州的六合笺、广州的竹笺等、都是纸类中上等品。
藤纸在隋唐时期的品质更加提高。藤纸是一种品质上等的书画用纸,具有细密、白净、轻薄、柔韧的特点,润滑而不凝笔,在唐代被画家所重视。野生藤皮的需求量之大,致使藤皮用尽,野生藤皮纸在唐代遂不生产了。
皮纸在唐代的发展是对书画用纸影响最大的。皮纸中的褚皮纸质柔软、洁白,备受书画家欢迎。唐代皮纸原料除褚皮外,又增加了桑皮、木芙蓉皮等。混合皮纸的原料也渐趋丰富。由于皮纸的原料主要是褚、桑、檀等诸树的表皮纤维,制作工艺要求精密,所以纸质厚而坚韧,具有麻纸所没有的优点,更适合于书写和绘画。
纸上加工技术在唐代得到全面发展。在纸面上均匀地施上一层蜡质,可使纸张更加细密、光滑,从而降低纸张的吸水性,恰好可用于适应当时盛行的用笔精细的工笔画。
唐代有经过施胶技术来生成熟纸的方法,其施胶效果远远超过前代。所谓施胶,是把某种胶液刷在纸面上,以改变纸张的吸水性能的一种加工纸的方法。四川所产麻纸不用浆糊施胶,而用动物胶,唐代得诏就是用这样的纸。唐代施动物胶与魏晋南北朝时期的淀粉糊剂法在原理上比较相似,但填淀粉主要针对纸张中较大的空隙进行填补,目的是使纸张更加光滑、平整。
（四）五代十国
五代十国虽然在历史上延续的时间并不长,但这一时期纸张技术还是有明显的进步。唐五代不但发展了汉晋以来的麻纸制造技术,还完善了皮纸的造纸技术,从而使宣纸大批生产。从五代开始,皮纸超越麻纸成为用纸主流。五代抄纸技术不断得到改善,抄纸用帘纹逐渐变细,纸浆中植物粘液的使用得到推广,使纸的质量不断提高。无论是厚薄匀度、坚韧密度等都是前代纸所无法比拟的。纸张的形制尺寸不断放大，己生产像会府纸、番肠阳白、澄心堂纸等超长纸张。
（五）宋元
宋元在继承唐五代造纸术的基础上,逐步成熟。主要特点是,造纸原料来源进一步扩大,材料加工程度更加精细,纸张尺幅尤其是书画用纸的幅面明显增大,抄纸技术更加讲究。如果说唐、五代是书画用纸使用的生发期,那么宋元则是书画用纸的繁荣期,皮纸作为主要的书画用纸格局也在此时期开始形成。
宋代的造纸原料在褚、麻的基础上,增加了竹、稻麦杆等。竹纸的发展可以说是造纸史上的一次飞跃,使原料的选择由植物茎杆的韧皮部到整个茎杆,且竹纸有平面光滑莹洁而且易受墨的特点。选择以稻麦杆为原料也是在这一跨越中应运而生的,稻麦秆的加入为之后明清以青檀皮加稻草为原料的宣纸的发明创造了条件。
造纸原料漂白技术在宋元时期也取得了长足的发展。至宋元时期,原料漂白技术在前人的基础之上从麻纺织技术中借鉴了日光漂白法。“天然氧漂法”是利用日光中的紫外线进行界面化学反应产生的臭氧,对纤维中的木素和色素进行氧化,使有色基因变成无色基因,从而得到白色的纸浆。经过日光漂白抄成的纸张久不变色,也不发脆,适宜保存。
施胶技术在唐代已经出现,宋元时期取得了进展，所用施胶料一般为动物明胶或植物胶如松香胶。宋元时期为使胶粒子在纸的纤维上沉淀，开始加入沉淀剂,最常用的是明矾宋元时的生纸,大都在纸面加以睡、浆,与后来明清时的生宣纸相比,准确的定义应该属“半生”。
（六）明清
明清是传统造纸技术的成熟和完善时期,也是书画用纸的定型期。从这一时期开始,中国的书画用纸总体进入混料纸时代。皮纸技术、竹纸技术在实践中不断得到发展和总结,加工纸技术在明代已趋于完备。
除了制作一般的纸张外,也有十分精致的高级皮纸,宣德纸是著名的书画用纸。它由江西西山官局所造之纸演变而来,西山官局纸以褚皮为原料,纸质洁白匀细、坚韧厚实。宣德纸优良的品质,使其成为明代各种加工纸的原料,如瓷青笺伙洒金笺、五色金粉笺、蜡笺等。这些笺纸纸面大都布有蜡质,墨色不容易被留住。
径县纸即著名的安徽径县宣纸,是明清时期著名的纸品,是以青檀皮和沙田稻草为主要原料、杨桃藤汁为纸药的书画用纸。径县宣纸的发明,进一步丰富了书画艺术的表现技法,其优良的纸质一直影响至今。
二、手工书画用纸的成分和老化现象分析
（一）手工书画用纸的成分分析
由上可知，我国历朝历代的手工书画用纸大多由植物纤维、填料、胶料、色料等组成。我国常用的造纸植物纤维有：稻草、麦草、芦苇、竹、木材、麻类、棉花等，废棉、废布、废麻、废纸等，这些也是造纸的主要原材料。在制造纸浆的过程中，将植物纤维经理加工处理，去掉植物纤维中含有的木质素、果胶、树脂、脂肪等其他成分，仅保留纤维素和半纤维索等有效成分。纸张的性质，在一定条件下取决于所选用的植物纤维的物理化学性能，以及制浆方法[5]。
相互交织的纤维构成的纸，有许多空隙，汉处常采用物理压制的方式来减小空隙，以适应书画创作使用的要求。后代则常添加填料填塞，以增加柔韧性，减少纸的透明度和伸缩性，使表面均匀，常用的填料有高岭土、滑石粉、石膏粉等。
加入胶料是为了填塞纸张表面的间隙，减少纸张中的毛细管作用，提高纸张的抗水性，施胶后还能起到改善纸张的光泽、强度和防止纸面起毛等作用。我国书画用纸多加入动物胶或植物胶，常用的胶料有骨胶、松香、明矾、淀粉等。但施胶过量会影响纸张的吸墨性能。
植物纤维有一定的颜色，经漂白后仍不纯白，而是略带一些浅黄或浅绿色，不能满足造白纸的要求，因此要增白处理。造白纸常用的“天然氧漂法”。在制造有色纸时，也需要使用色料，大都使用植物染料，如抄经常用的黄麻纸便是用黄檗汁染的色。
（二）手工书画用纸老化现象分析
纸张的性能分为四类：第一类，物理性能，包括定量、厚度、紧度、透气度、施胶度和吸收性等；第二类，光学性能：包括白度、不透明度等；第三类，机械性能（机械强度）：包括抗张强度、耐破度、耐折度和撕裂度等；第四类，化学性能：包括化学成分的含量、水分、PH值、灰分、铜价和粘度等[6]。纸张的老化现象就是纸张性能下降的表现。
纸张中存在易氧化变质的成分是纸张发生变化，随着时间的推移出现发黄、变脆、边缘部分被降解、纸张中间出现色斑等情况[7]的罪魁祸首。以致使纸张无法使用、记载文字丢失等，并且随时间的增长变化更加严重。在微观表现为纤维素、半纤维素和木质素的化学结构发生变化；宏观表现上纸张泛黄，白度下降；机械强度下降；铜价上升；酸度上升PH值减小[6]。
三、手工书画用纸性能下降时内部成分的变化
在外界各种不利环境作用下，纸张主要化学成分发生不可逆的化学变化，从而使纸张性能下降。
纸张主要化学成分的变化包括维素和半纤维素水解[8]、氧化、氧化降解、光解、光氧化作用；木质素氧化和光解反应。其中纤维素>半纤维素>木质素（表示分子稳定性，不宜老化程度）。纸张生产过程中残留的酸、施胶明矾、金属离子等有害物质也会导致纸张老化。
（一）纸张中纤维素
纤维素的直链结构有利于纸张耐久性。直链分子之间容易靠近，分子间作用力（范德华力）大，耐久性好。纤维素分子之间能形成氢键，有利于纸张的耐久性。纤维素分子间成千上万个氢氧基靠近到2.6nm的距离内时，一个纤维素分子链上（－OH）中的H原子与另一个纤维素分子链上（－OH）的O原子互相吸引形成氢键。靠静电引力相结合（OH……O）。分子链越长，氢键结合越多，键能总和越大对纸张强度贡献越大。由于氢键的作用，若干个纤维素分子排列整齐有序，相互靠的很近，形成的结晶状态称为结晶区[9]。结晶区内有害物质和水分难以侵入，纤维素分子不易产生有害反应，提高纸张耐久性。
影响纤维素氧化的因素有：氧化剂的种类与数量、光、水分（空气湿度或纸张含水量）、温度等。影响纤维素水解的因素有：水分（空气湿度或纸张含水量）、酸的催化能力与种类、微生物分泌的胞外酶、温度、纤维的种类等[10]。
（二）纸张中的半纤维素
半纤维素是由木糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖等非均一单糖脱水聚合形成的高分子化合物。聚合度较纤维素小，有支链。分子间除了有C1和C4的—OH脱水外，还有C1和C6的—OH脱水形成的甙键相连。与纤维素相比，半纤维素容易发生水解、氧化和光解反应。难以产生氢键和结晶区，从而容易溶于碱溶液。它吸水膨胀，呈现粘滑性，便于打浆，易使纤维解离。半纤维素的稳定性要比纤维素差，适量的半纤维素可以提高纸张强度[4]。
（三）纸张中的木素
木素是十多个或二十多个苯基丙烷为结构单元相互连接而成的三维空间立体网状高分子化合物，在天然情况下，它与纤维素、半纤维素一起，形成植物骨架的主要成分，在数量上仅次于纤维素。
木素是由四种醇单体（对香豆醇、松柏醇、5-羟基松柏醇、芥子醇）形成的一种复杂酚类聚合物，是由高度取代的苯基丙烷单元随机聚合而成的高分子。木素不溶于水，常温下不溶于稀碱、稀酸溶液，高温下能与一定浓度的酸和碱作用而溶解（如碱木素、磺化木素均溶于水），将网状立体结构的不溶性木素大分子降解为易溶性的小分子并溶解于蒸煮液中，使纤维细胞分离开来且变得比较疏松柔软。化学纸浆去除木素以此为原理。另外，木素还能被某些氧化剂氧化，这一性质在被应用于造纸漂白工艺之中。
木素的结构及其复杂。木素功能团化学性质不稳定，反应能力强，容易形成氧化木素，氧化后苯环结构受到破坏，生成大量低分子化合物，纸张发黄、发脆、易碎。
参考文献
[1]潘吉星《中国科学技术史·造纸印刷卷》,科学出版社1998年8月第1版
[2]张秉伦、方晓阳、樊嘉禄著《中国传统工艺全集—造纸与印刷》大象出版社,2005年第1版,第139~141页
[3]刘仁庆《纸的发明、发展和外传》中国青年出版社,1986年第1版第48页
[4]张秉伦、方晓阳、樊嘉禄著《中国传统工艺全集—造纸与印刷》大象出版社,2005年第1版,第126页
[5]纪培红,鞠成民.造纸工艺与技术[M].第三版.北京:中国轻工业出版社,2005.55～61
[6]王心琴,浅析纸张老化的原因[J].档案与建设.1997,(9):33～35
[7]陈夫山.纸的老化及其耐久性能[J].北方造纸,1997,(3):25～27
[8]王晓芳,吴敏.一株纤维素分解菌的分离与筛选[J].生物技术,2001,11(2):27～30
[9]邬义明.植物纤维化学[M].第三版.北京:中国轻工业出版社,1993.177～178
[10]赵莹,王深喜.纤维素酶活力测试探讨[J].染整技术,2008,30(8):40～49
