木質(zhì)文物的真空充氮消殺技術(shù)探析

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(jī)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(jìn)入庫房，不僅自身繼續(xù)遭受破壞，還會(huì)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(xué)法和物理法。化學(xué)法包括化學(xué)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(diǎn)是有一定化學(xué)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(shí)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?dú)猓谌毖醐h(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(shí)間。一般來講，一個(gè)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(huì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證真空充氮消殺過程對木器是否有影響。

一、實(shí)驗(yàn)部分

（一）實(shí)驗(yàn)材料及方法

用兩個(gè)溫濕度計(jì)，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(jìn)行消殺。

（二）改造前溫濕度變化曲線

下圖為一個(gè)消殺周期內(nèi)兩個(gè)溫濕度計(jì)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(gè)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(gè)突變，但溫度變化范圍較小。設(shè)備運(yùn)行初期濕度變化較大，最高可到55%，最低可到25%，相差30個(gè)單位，之后保壓狀態(tài)下濕度平穩(wěn)無波動(dòng)，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(xì)菌和霉菌，而過于干燥，環(huán)境水分會(huì)跌破器物保持與外界平衡的自身水分閥值，導(dǎo)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(dǎo)致木材開裂、變形的重要影響因素，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，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(yàn)時(shí)的質(zhì)量，m0為試樣全干時(shí)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(shí)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(shí)認(rèn)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)的應(yīng)力，而不是順紋抗拉比例極限時(shí)應(yīng)力。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)[6]，抗彎強(qiáng)度測試公式如下。

抗彎強(qiáng)度σ=3F*L/(2b*h2)

式中，F(xiàn)為最大負(fù)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(jī)控制萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)。由于可以預(yù)判一次消殺可能對木器力學(xué)性能影響甚小，而實(shí)際文物保護(hù)中，很多木器在展廳或者庫房放置，也是每隔一段時(shí)間也要進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)度有小幅度的降低。

二、設(shè)備的改進(jìn)

（一）溫濕度模塊的安裝與調(diào)試

通過實(shí)驗(yàn)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(huì)造成木質(zhì)材料由細(xì)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(shí)驗(yàn)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(yán)重的木器，其影響恐怕是成倍增長，因此有必要對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，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(bào)警提示燈，否則易造成干燒，導(dǎo)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(gè)消殺周期內(nèi)兩個(gè)溫濕度計(jì)記錄的數(shù)據(jù)如下。

圖2-1 模塊

圖2-2 加濕器報(bào)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(gè)突變，但最高數(shù)值63%到最低數(shù)值35%，差值為28個(gè)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(gè)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(qiáng)度發(fā)生的變化相對之前要小，可以認(rèn)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(jī)質(zhì)文物，這種消殺措施存在破壞文物本體結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)。本文通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種風(fēng)險(xiǎn)的存在，真空充氮消殺處理對樣品含水率、抗彎強(qiáng)度均產(chǎn)生了一定的影響，力學(xué)性能有下降的趨勢。對于一些糟朽較嚴(yán)重的木質(zhì)文物，采取真空充氮消殺處理可能會(huì)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(dá)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。