几种调湿剂在文物展示中应用观察

□ 苗春景

几种调湿剂在文物展示中应用观察

□ 苗春景

环境温湿度是文物预防性保护的基础内容，调湿剂的发展与应用为小空间湿度的调节提供了便利。本文就使用模拟展示盒，将三种调湿剂置于展览环境不同工况下获得的数据进行分析，就展柜气密性、调湿剂性能、湿度稳定性等进行了讨论，目的是为调湿剂的应用提供非实验室环境下的经验借鉴。

文物 预防性保护 调湿剂 相对湿度 气密性

自上世纪30年代提出文物预防性保护概念以来，其理念及研究已从文物保存环境控制领域扩展到博物馆建设与运行管理、文物保存与展览、文物提取工具与包装等文物活动的全过程，而大量的文物保护工作是通过对文物保存环境的控制和改善，达到长久保护和保存的目的[1]。但从操作层面来看，由于受到馆舍条件、资金、技术、人员素养等因素的影响，最基本的温湿度保护措施的落实在馆际间存在较大的差异。就温湿度而言，相对湿度管控更为重要[2]，一是因为相对湿度随着温度的变化而变动，实现恒湿比恒温更困难；二是不同质地的文物对温度的要求可采用同一标准[3]，而对相对湿度的要求差别很大，比如对纸质文物适宜的相对湿度可能对青铜器造成危害。调湿剂的开发与应用使得同一空间内形成不同相对湿度小空间变得极为方便[4]，这为不同质地文物的适宜相对湿度管控提供了便利。本文就温度变化比较小（日内波动在1℃以内），几种调湿剂在展览实况条件下的应用情况进行总结，目的是为条件相似博物馆开展调湿剂应用提供借鉴。

一、观察条件的确定

（一）环境特征与观察位置选择

太原地处黄土高原，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高温潮湿，气候特征典型。当场馆配置舒适性空调设备后，其场馆环境特征是温度适宜（18～25℃）、夏秋潮湿、冬春干燥，这是北方大多数博物馆的温湿度环境现状。我院是新建馆舍，设置有分区域温湿度调节控制设备，但由于受到设备能力、建筑物结露等因素制约，湿度无法常年稳定在文物适宜的范围内，盛夏湿度偏高，隆冬湿度偏低。这种环境下若使用调湿剂保持湿度，调湿剂处于持续放湿或持续吸湿的工况。

采用模拟展示盒（柜）观察调湿剂在展示环境实况下应用结果，展示盒的放置位置除考虑环境温湿度外，还应该考虑空气的流动性，当展柜放置调湿剂后，势必在展柜内外形成湿度差，这种差异所产生的水蒸汽分压差异，形成水分子的对流，流动的空气加速了这种对流。我们选择三层西北展厅北侧背通道回风口处放置展示盒进行观察，有以下优点：不影响展厅布置，便于长期观察；温湿度与展厅趋势一致，具有环境真实性；空气流动速度大于展厅，观察结果更具可靠性。

（二）调湿剂的选用

国外的调湿剂研究起步较早，实例应用效果也比较多。近几年国内从事调湿剂研究的机构比较多，纷纷推出各自的调湿剂。依据相关学者的经验，结合相关资讯，我们选择了三种调湿剂进行观察，他们是上海衡元高分子材料有限公司提供的样品、时代象天科贸有限公司提供的德国ProSorb样品、日本富士硅化学株式会社提供的ART SORB样品，为方便论述，下文分别简称为样品A、样品B、样品C。各样品的特征见表1。

（三）温湿度测量记录仪器

采用宇问公司生产的DWL-20型温湿度记录仪，测量范围：-35℃至 80℃；0%至 100%RH精 度 ：0.1℃ ；0.1%RH 误 差 ：±0.3℃ ；±3%RH采样周期：10min 实际观察记录仪间的偏差：＜1℃；＜2%RH。

表1 调湿剂各样品参数

二、模拟展示盒的确定

文物的湿度保持须进行空间隔离，这与展示时保护文物的做法一致，但增加了气密性要求，模拟展柜就是基于这一要求制作。

（一）模拟展示盒的制作与气密性保证

依据文物展示的通透性和制作的可加工性，我们选择透明亚克力作为模拟展示盒的制作材料，形状为活动上底六面体，尺寸为400㎜×300㎜×250㎜。固定五面采用专用胶水粘接，上端四周外接50㎜宽的整体边缘，用于固定活动上底。

保持与外界不同的湿度，展示盒必须有良好的密封性，以阻隔与外界的水分子交换。通常展示柜的气密性检测采用示踪气体法[5]，由于条件所限，加之模拟展示盒体积比较小，我们采用满水试验方法来确定盒体的密封性，上盖与盒体间的密封性与展示盒间的气密一致性一同考虑。

（二）模拟展示盒间气密一致性确保

在非实验室条件下进行比较性观察，工况一致性极为重要。为此，我们在展示盒的制作上采取了以下措施∶（1）在盒体上端增加一体边缘用于密封，避免由于四个立面高度差异产生的密封性差异；（2）密封结合面宽度增加至50㎜，用面密封提高密封性能；（3）在盒体与上盖间衬垫一体硅胶密封垫，改善亚克力板材间的密封性；（4）每边设置3条紧固螺栓，用相同扭矩紧固螺栓，确保紧固程度一致。

（三）高密封条件下气密一致性验证

将等量同一调湿剂放置在三个展示盒内，放置硅胶密封垫，螺栓按6N·m的扭矩紧固，在相同外部环境下记录相对湿度变动曲线图（表2-1）。由表2-1可见，经过20天观察，三个展示盒的湿度曲线几乎重合，说明气密一致性良好。

（四）低密封条件下气密一致性验证

将上述展示盒去掉密封垫，螺栓扭矩降低到4N·m的条件下再次进行5天的气密一致性测试，相对湿度变动曲线见表2-2，可见三条曲线走势一致，同一时点湿度差异在2%RH以内，表明展示盒间气密一致性良好。

三、观察结果

调湿剂的用量不同品牌有不同的推荐，为便于计量、观察比较，三种样品每次各取100g放入展示盒，同时放入记录仪进行观察。

（一）调湿剂放湿情况

在45%RH环境下放置调湿剂并封闭展示盒48小时湿度变化情况（表3）。由于展示盒封闭时的环境湿度低于调湿剂的标称湿度，封闭后，调湿剂释放水分，相对湿度上升，这体现了调湿剂的快速放湿性能。由图可见，前1小时三者湿度快速上升，样品A在52%RH附近出现显著拐点，此后缓慢上升约24小时达55.5%RH平衡状态；样品B在50%RH附近出现显著拐点此后缓慢上升约22小时达54.0%RH平衡状态；样品C曲线斜率逐步降低，拐点并不显著，经约29小时达59.5%RH的平衡状态。

（二）高密封潮湿环境下调湿剂应用情况

表4-1是三种样品在6月12日至9月7日间为期88天的相对湿度变化记录曲线，表4-2是同期展示盒外的温湿度变化曲线。由两表可见，在环境温度大体不变，相对湿度在43%～73%RH幅度内波动时，三个展示盒内的相对湿度都没有相应的波动，这表明三种调湿剂都起到明显的作用。表中可见三种调湿剂的差别主要有：（1）与标称湿度的差异：样品A-2.6%～-4.8%；样品B-4.5%～-7.0%；样品C+0.8%～-1.5%。（2）波动幅度：样品A2.2%；样品B2.5%；样品C2.3%。

（三）低密封干燥环境下调湿剂应用情况

表5-1是10月13日至11月30日47天观察期外部环境的温湿度情况记录，表5-2是三种调湿剂样品展示盒内相对湿度情况记录。由表5-1可见，环境温度由22℃逐步降低得到17℃，相对湿度最高53%RH，最低27.8%RH，呈波动式下降趋势。展示盒内相对湿度虽有波动，但与环境相对湿度波动没有相关性，再次证明三种调湿剂皆可靠有效。由表5-2可见三种调湿剂的差别为：（1）样品A波动范围56.8%～50.7%%RH；样品B波动范围53.8%～46.4%RH，呈下降趋势；样品C波动范围57.2%～59.7%RH，呈下降趋势。（2）以标称湿度偏差5%RH为标准保持时间，样品A17天；样品B0天；样品C47天。（3）以各样品最高值偏差5%RH为标准保持时间，样品A37天；样品B40天；样品C47天。

四、比较与讨论

（一）气密性

在本次观察中，高密封条件下三种调湿剂使用近三个月，湿度波动不大于2.5%，而在低密封条件下，一个半月就有两种调湿剂湿度波动大于5%，可见密封性对调湿剂使用的重要性。用示踪气体法等方法定量测试展柜的换气次数，定量描述气密性是表示展柜气密性的有效指标，但受条件所限，本文未能就实验观察的密封性进行定量描述。下列措施有助于提高展柜的密封性能：（1）选择易加工材料：玻璃（含改性玻璃）由于其性能优越被广泛应用于展示柜，但不易加工，制作高密封性展柜比较困难；亚克力易加工，但存在易划痕、易老化变浊等缺点。本次观察采用亚克力材料制作模拟展示盒取得了比较好的密封性、气密一致性，如果通过覆膜改善易划痕性，通过添加剂改善其透明度稳定性，在中小尺寸展柜应用是极具潜能的。（2）采用面密封：加大接触面积，形成有效面密封，是改善密封性能的简单易行的方法。（3）减少密封面的拼接缝：拼接产生的不平整是密封性不良的重要原因，即使弹性密封垫的拼接也会造成密封性降低。

（二）调湿剂平衡时间、平衡湿度及放置条件

调湿剂使用初期1小时内湿度会明显向标称湿度回归，这体现了调湿剂的快速吸放湿能力，约24小时后湿度基本稳定，可称之为平衡时间，此时相应的相对湿度可称之为平衡湿度。本次观察中三种调湿剂快速放湿能力虽有不同，但刻意追求并没有实际意义，一来快速放湿时间与湿度保持时间相比前者很短暂，二来实际应用中湿度变化是渐变的过程。三种调湿剂的平衡时间虽有几个小时的差别，考虑到越接近平衡时间相对湿度变化越小的情况以及实际工作中的便利性，我们可以将24小时确定为调湿剂平衡湿度观察点，用于调湿剂性能的初步确认。调湿剂使用说明都要求将调湿空间相对湿度调节到标称湿度再放置调湿剂，但在现实应用中颇有困难，特别是环境湿度高于标称湿度时。本次观察中，在低于标称值15%RH和接近标称湿度的条件下放入调湿剂，除平衡时间不同外，其他差异并不明显。本次观察调湿剂用量数倍于推荐用量，可以认为增加调湿剂用量有助于将偏离平衡湿度较大的湿度调节到平衡湿度，但能否达到标称湿度仍取决调湿剂的特性。

（三）调湿剂的标称湿度与平衡湿度

以文物适宜的相对湿度值来选择调湿剂的标称湿度是通常的做法，而适宜指标可根据文物长期保存环境中温湿度的平均值来确定[6]。但标称湿度与平衡湿度往往并不一致，本次观察中，三种调湿剂的平衡湿度与标称湿度之间的偏差分别为样品A-4.5%，样品B-6.0%，样品C-0.5%。为此，在购买使用前需与供货商沟通，有条件时可以进行小样测试。实际应用中不仅要考虑品牌间的差异，还要考虑批次之间的差异。

（四）调湿剂的稳定性、更换周期及用量

在调湿剂的作用下，相对湿度达到平衡湿度后会围绕中心值上下波动，波动幅度大小表明调湿剂的湿度稳定能力，可简称为湿度稳定性。在本次观察中，三种调湿剂实现的相对湿度波动幅度差别较小，在2.2%～2.5%之间，可以认为三种调湿剂的湿度稳定性基本一致。当相对湿度波动的中心值形成明显的上升或下降趋势时，表面调湿剂的调湿能力有所下降，当中心值达偏离5%时，一般认为应该更换，可称之为更换周期。更换周期不仅与调湿剂性能有关，与调湿剂用量、空间气密性等密切相关，实际中并无确定的更换周期。在本次观察中，高密封条件下近3个月湿度偏差小于5%；而在低密封条件下，40天就有2种调湿剂湿度偏差大于5%。增加调湿剂的用量有利于相对湿度的保持，减少调湿剂更换带来的不便，本次观察采用数倍于推荐量的调湿剂，实际中可据具体条件选择使用量。

（五）调湿剂的形状

本次观察使用的调湿剂形状有颗粒状、纤维板两种，而且颗粒度也不相同，这些一般会影响到调湿性能[7]。在观察条件下，除体积差异外，未能发现形状与特性明确的相关性。

[1]王方《故宫古建筑内温湿度问题初探》，《文物保护与考古科学》2014年第3期，85～93页。

[2]吴来明、徐方圆、黄河《博物馆环境监控及相关物联网技术应用需求分析》，《文物保护与考古科学》2011年第3期，96～102页。

[3]罗曦芸、吴来明、张文清、夏玮、曹嘉洌《馆藏文物保存环境调湿材料研究进展》，《文物保护与考古科学》2009年，S1，11～17 页。

[4]徐方圆、吴来明、解玉林、白宁《文物保存环境中温湿度评估方法研究》，《文物保护与考古科学》2012年，S1，6～12 页。

[5]陈元生、解玉林《博物馆文物保存环境质量标准研究》，《文物保护与考古科学》2002年，S1，152～191页。

[6]徐方圆、解玉林、吴来明《文物保存微环境用调湿材料调湿性能研究》，《文物保护与考古科学》2009年，S1，18～23 页。

[7]李治、程小苏、曾令可、王慧、周黎明、邓伟彬、韩鑫《影响调湿材料调湿性能的主要因素分析》，《中国陶瓷工业》2014年第1期，28～32页。

[8]徐方圆、吴来明、解玉林、黄河《用示踪气体法检测文物展柜换气率技术研究》，《文物保护与考古科学》2012年第 2期，1～5页。

山西博物院资助，项目编号1509）

（作者工作单位：山西博物院）