幾種調濕劑在文物展示中應用觀察

□ 苗春景

幾種調濕劑在文物展示中應用觀察

□ 苗春景

環境溫濕度是文物預防性保護的基礎內容，調濕劑的發展與應用為小空間濕度的調節提供了便利。本文就使用模擬展示盒，將三種調濕劑置于展覽環境不同工況下獲得的數據進行分析，就展柜氣密性、調濕劑性能、濕度穩定性等進行了討論，目的是為調濕劑的應用提供非實驗室環境下的經驗借鑒。

文物 預防性保護 調濕劑 相對濕度 氣密性

自上世紀30年代提出文物預防性保護概念以來，其理念及研究已從文物保存環境控制領域擴展到博物館建設與運行管理、文物保存與展覽、文物提取工具與包裝等文物活動的全過程，而大量的文物保護工作是通過對文物保存環境的控制和改善，達到長久保護和保存的目的[1]。但從操作層面來看，由于受到館舍條件、資金、技術、人員素養等因素的影響，最基本的溫濕度保護措施的落實在館際間存在較大的差異。就溫濕度而言，相對濕度管控更為重要[2]，一是因為相對濕度隨著溫度的變化而變動，實現恒濕比恒溫更困難；二是不同質地的文物對溫度的要求可采用同一標準[3]，而對相對濕度的要求差別很大，比如對紙質文物適宜的相對濕度可能對青銅器造成危害。調濕劑的開發與應用使得同一空間內形成不同相對濕度小空間變得極為方便[4]，這為不同質地文物的適宜相對濕度管控提供了便利。本文就溫度變化比較小（日內波動在1℃以內），幾種調濕劑在展覽實況條件下的應用情況進行總結，目的是為條件相似博物館開展調濕劑應用提供借鑒。

一、觀察條件的確定

（一）環境特征與觀察位置選擇

太原地處黃土高原，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高溫潮濕，氣候特征典型。當場館配置舒適性空調設備后，其場館環境特征是溫度適宜（18～25℃）、夏秋潮濕、冬春干燥，這是北方大多數博物館的溫濕度環境現狀。我院是新建館舍，設置有分區域溫濕度調節控制設備，但由于受到設備能力、建筑物結露等因素制約，濕度無法常年穩定在文物適宜的范圍內，盛夏濕度偏高，隆冬濕度偏低。這種環境下若使用調濕劑保持濕度，調濕劑處于持續放濕或持續吸濕的工況。

采用模擬展示盒（柜）觀察調濕劑在展示環境實況下應用結果，展示盒的放置位置除考慮環境溫濕度外，還應該考慮空氣的流動性，當展柜放置調濕劑后，勢必在展柜內外形成濕度差，這種差異所產生的水蒸汽分壓差異，形成水分子的對流，流動的空氣加速了這種對流。我們選擇三層西北展廳北側背通道回風口處放置展示盒進行觀察，有以下優點：不影響展廳布置，便于長期觀察；溫濕度與展廳趨勢一致，具有環境真實性；空氣流動速度大于展廳，觀察結果更具可靠性。

（二）調濕劑的選用

國外的調濕劑研究起步較早，實例應用效果也比較多。近幾年國內從事調濕劑研究的機構比較多，紛紛推出各自的調濕劑。依據相關學者的經驗，結合相關資訊，我們選擇了三種調濕劑進行觀察，他們是上海衡元高分子材料有限公司提供的樣品、時代象天科貿有限公司提供的德國ProSorb樣品、日本富士硅化學株式會社提供的ART SORB樣品，為方便論述，下文分別簡稱為樣品A、樣品B、樣品C。各樣品的特征見表1。

（三）溫濕度測量記錄儀器

采用宇問公司生產的DWL-20型溫濕度記錄儀，測量范圍：-35℃至 80℃；0%至 100%RH精 度 ：0.1℃ ；0.1%RH 誤 差 ：±0.3℃ ；±3%RH采樣周期：10min 實際觀察記錄儀間的偏差：＜1℃；＜2%RH。

表1 調濕劑各樣品參數

二、模擬展示盒的確定

文物的濕度保持須進行空間隔離，這與展示時保護文物的做法一致，但增加了氣密性要求，模擬展柜就是基于這一要求制作。

（一）模擬展示盒的制作與氣密性保證

依據文物展示的通透性和制作的可加工性，我們選擇透明亞克力作為模擬展示盒的制作材料，形狀為活動上底六面體，尺寸為400㎜×300㎜×250㎜。固定五面采用專用膠水粘接，上端四周外接50㎜寬的整體邊緣，用于固定活動上底。

保持與外界不同的濕度，展示盒必須有良好的密封性，以阻隔與外界的水分子交換。通常展示柜的氣密性檢測采用示蹤氣體法[5]，由于條件所限，加之模擬展示盒體積比較小，我們采用滿水試驗方法來確定盒體的密封性，上蓋與盒體間的密封性與展示盒間的氣密一致性一同考慮。

（二）模擬展示盒間氣密一致性確保

在非實驗室條件下進行比較性觀察，工況一致性極為重要。為此，我們在展示盒的制作上采取了以下措施∶（1）在盒體上端增加一體邊緣用于密封，避免由于四個立面高度差異產生的密封性差異；（2）密封結合面寬度增加至50㎜，用面密封提高密封性能；（3）在盒體與上蓋間襯墊一體硅膠密封墊，改善亞克力板材間的密封性；（4）每邊設置3條緊固螺栓，用相同扭矩緊固螺栓，確保緊固程度一致。

（三）高密封條件下氣密一致性驗證

將等量同一調濕劑放置在三個展示盒內，放置硅膠密封墊，螺栓按6N·m的扭矩緊固，在相同外部環境下記錄相對濕度變動曲線圖（表2-1）。由表2-1可見，經過20天觀察，三個展示盒的濕度曲線幾乎重合，說明氣密一致性良好。

（四）低密封條件下氣密一致性驗證

將上述展示盒去掉密封墊，螺栓扭矩降低到4N·m的條件下再次進行5天的氣密一致性測試，相對濕度變動曲線見表2-2，可見三條曲線走勢一致，同一時點濕度差異在2%RH以內，表明展示盒間氣密一致性良好。

三、觀察結果

調濕劑的用量不同品牌有不同的推薦，為便于計量、觀察比較，三種樣品每次各取100g放入展示盒，同時放入記錄儀進行觀察。

（一）調濕劑放濕情況

在45%RH環境下放置調濕劑并封閉展示盒48小時濕度變化情況（表3）。由于展示盒封閉時的環境濕度低于調濕劑的標稱濕度，封閉后，調濕劑釋放水分，相對濕度上升，這體現了調濕劑的快速放濕性能。由圖可見，前1小時三者濕度快速上升，樣品A在52%RH附近出現顯著拐點，此后緩慢上升約24小時達55.5%RH平衡狀態；樣品B在50%RH附近出現顯著拐點此后緩慢上升約22小時達54.0%RH平衡狀態；樣品C曲線斜率逐步降低，拐點并不顯著，經約29小時達59.5%RH的平衡狀態。

（二）高密封潮濕環境下調濕劑應用情況

表4-1是三種樣品在6月12日至9月7日間為期88天的相對濕度變化記錄曲線，表4-2是同期展示盒外的溫濕度變化曲線。由兩表可見，在環境溫度大體不變，相對濕度在43%～73%RH幅度內波動時，三個展示盒內的相對濕度都沒有相應的波動，這表明三種調濕劑都起到明顯的作用。表中可見三種調濕劑的差別主要有：（1）與標稱濕度的差異：樣品A-2.6%～-4.8%；樣品B-4.5%～-7.0%；樣品C+0.8%～-1.5%。（2）波動幅度：樣品A2.2%；樣品B2.5%；樣品C2.3%。

（三）低密封干燥環境下調濕劑應用情況

表5-1是10月13日至11月30日47天觀察期外部環境的溫濕度情況記錄，表5-2是三種調濕劑樣品展示盒內相對濕度情況記錄。由表5-1可見，環境溫度由22℃逐步降低得到17℃，相對濕度最高53%RH，最低27.8%RH，呈波動式下降趨勢。展示盒內相對濕度雖有波動，但與環境相對濕度波動沒有相關性，再次證明三種調濕劑皆可靠有效。由表5-2可見三種調濕劑的差別為：（1）樣品A波動范圍56.8%～50.7%%RH；樣品B波動范圍53.8%～46.4%RH，呈下降趨勢；樣品C波動范圍57.2%～59.7%RH，呈下降趨勢。（2）以標稱濕度偏差5%RH為標準保持時間，樣品A17天；樣品B0天；樣品C47天。（3）以各樣品最高值偏差5%RH為標準保持時間，樣品A37天；樣品B40天；樣品C47天。

四、比較與討論

（一）氣密性

在本次觀察中，高密封條件下三種調濕劑使用近三個月，濕度波動不大于2.5%，而在低密封條件下，一個半月就有兩種調濕劑濕度波動大于5%，可見密封性對調濕劑使用的重要性。用示蹤氣體法等方法定量測試展柜的換氣次數，定量描述氣密性是表示展柜氣密性的有效指標，但受條件所限，本文未能就實驗觀察的密封性進行定量描述。下列措施有助于提高展柜的密封性能：（1）選擇易加工材料：玻璃（含改性玻璃）由于其性能優越被廣泛應用于展示柜，但不易加工，制作高密封性展柜比較困難；亞克力易加工，但存在易劃痕、易老化變濁等缺點。本次觀察采用亞克力材料制作模擬展示盒取得了比較好的密封性、氣密一致性，如果通過覆膜改善易劃痕性，通過添加劑改善其透明度穩定性，在中小尺寸展柜應用是極具潛能的。（2）采用面密封：加大接觸面積，形成有效面密封，是改善密封性能的簡單易行的方法。（3）減少密封面的拼接縫：拼接產生的不平整是密封性不良的重要原因，即使彈性密封墊的拼接也會造成密封性降低。

（二）調濕劑平衡時間、平衡濕度及放置條件

調濕劑使用初期1小時內濕度會明顯向標稱濕度回歸，這體現了調濕劑的快速吸放濕能力，約24小時后濕度基本穩定，可稱之為平衡時間，此時相應的相對濕度可稱之為平衡濕度。本次觀察中三種調濕劑快速放濕能力雖有不同，但刻意追求并沒有實際意義，一來快速放濕時間與濕度保持時間相比前者很短暫，二來實際應用中濕度變化是漸變的過程。三種調濕劑的平衡時間雖有幾個小時的差別，考慮到越接近平衡時間相對濕度變化越小的情況以及實際工作中的便利性，我們可以將24小時確定為調濕劑平衡濕度觀察點，用于調濕劑性能的初步確認。調濕劑使用說明都要求將調濕空間相對濕度調節到標稱濕度再放置調濕劑，但在現實應用中頗有困難，特別是環境濕度高于標稱濕度時。本次觀察中，在低于標稱值15%RH和接近標稱濕度的條件下放入調濕劑，除平衡時間不同外，其他差異并不明顯。本次觀察調濕劑用量數倍于推薦用量，可以認為增加調濕劑用量有助于將偏離平衡濕度較大的濕度調節到平衡濕度，但能否達到標稱濕度仍取決調濕劑的特性。

（三）調濕劑的標稱濕度與平衡濕度

以文物適宜的相對濕度值來選擇調濕劑的標稱濕度是通常的做法，而適宜指標可根據文物長期保存環境中溫濕度的平均值來確定[6]。但標稱濕度與平衡濕度往往并不一致，本次觀察中，三種調濕劑的平衡濕度與標稱濕度之間的偏差分別為樣品A-4.5%，樣品B-6.0%，樣品C-0.5%。為此，在購買使用前需與供貨商溝通，有條件時可以進行小樣測試。實際應用中不僅要考慮品牌間的差異，還要考慮批次之間的差異。

（四）調濕劑的穩定性、更換周期及用量

在調濕劑的作用下，相對濕度達到平衡濕度后會圍繞中心值上下波動，波動幅度大小表明調濕劑的濕度穩定能力，可簡稱為濕度穩定性。在本次觀察中，三種調濕劑實現的相對濕度波動幅度差別較小，在2.2%～2.5%之間，可以認為三種調濕劑的濕度穩定性基本一致。當相對濕度波動的中心值形成明顯的上升或下降趨勢時，表面調濕劑的調濕能力有所下降，當中心值達偏離5%時，一般認為應該更換，可稱之為更換周期。更換周期不僅與調濕劑性能有關，與調濕劑用量、空間氣密性等密切相關，實際中并無確定的更換周期。在本次觀察中，高密封條件下近3個月濕度偏差小于5%；而在低密封條件下，40天就有2種調濕劑濕度偏差大于5%。增加調濕劑的用量有利于相對濕度的保持，減少調濕劑更換帶來的不便，本次觀察采用數倍于推薦量的調濕劑，實際中可據具體條件選擇使用量。

（五）調濕劑的形狀

本次觀察使用的調濕劑形狀有顆粒狀、纖維板兩種，而且顆粒度也不相同，這些一般會影響到調濕性能[7]。在觀察條件下，除體積差異外，未能發現形狀與特性明確的相關性。

[1]王方《故宮古建筑內溫濕度問題初探》，《文物保護與考古科學》2014年第3期，85～93頁。

[2]吳來明、徐方圓、黃河《博物館環境監控及相關物聯網技術應用需求分析》，《文物保護與考古科學》2011年第3期，96～102頁。

[3]羅曦蕓、吳來明、張文清、夏瑋、曹嘉洌《館藏文物保存環境調濕材料研究進展》，《文物保護與考古科學》2009年，S1，11～17 頁。

[4]徐方圓、吳來明、解玉林、白寧《文物保存環境中溫濕度評估方法研究》，《文物保護與考古科學》2012年，S1，6～12 頁。

[5]陳元生、解玉林《博物館文物保存環境質量標準研究》，《文物保護與考古科學》2002年，S1，152～191頁。

[6]徐方圓、解玉林、吳來明《文物保存微環境用調濕材料調濕性能研究》，《文物保護與考古科學》2009年，S1，18～23 頁。

[7]李治、程小蘇、曾令可、王慧、周黎明、鄧偉彬、韓鑫《影響調濕材料調濕性能的主要因素分析》，《中國陶瓷工業》2014年第1期，28～32頁。

[8]徐方圓、吳來明、解玉林、黃河《用示蹤氣體法檢測文物展柜換氣率技術研究》，《文物保護與考古科學》2012年第 2期，1～5頁。

山西博物院資助，項目編號1509）

（作者工作單位：山西博物院）