荆州博物馆馆藏明清刻本纸张原料及制作工艺分析

方 媛，陈亦奇，毛 芳，龚德才

(1. 中国科学技术大学科技史与科技考古系，安徽合肥 230026； 2. 湖北省博物馆，湖北武汉 430077； 3. 荆州博物馆，湖北荆州 434020)

0 引 言

刻本作为我国古代文化信息的载体材料，对研究古代社会制度和文明发展程度而言极具价值，而明清刻本的手工纸张则是这些历史信息与文化内涵得以传承的重要物质基础[1]。据文献记载，在手工纸张制作过程中，涂布、加填等工艺处理可以填充纤维间的缝隙，改善纸的平滑度、白度、透光等，是造纸过程中非常重要的技术手段[2]。荆州博物馆馆藏的这四套明清刻本制作工艺精湛，纸张整体泛黄，部分刻本破损严重，亟待修复，本研究对四套刻本纸张进行了造纸原料及纸张制作工艺分析，并取现代纸张样品进行对比研究，经过本次研究发现四套刻本纸张都经过了加填及涂布处理。

目前对明清刻本的研究主要集中在对版本、作者考辨等文化内涵层面上的研究，对其纸张工艺发展变化的研究较少，如李圣华对明初诗文大家张羽诗文集的版本考略[3]。本研究使用纤维测量仪、扫描电子显微镜能谱仪等对纸张原料及制作工艺进行分析，并与现代手工竹纸进行工艺上的对比分析，结合文献对当地古代造纸工艺的研究提供了参考资料，也为博物馆修复文物用纸选择及文物资料的补充提供可靠依据。

1 实验样品及分析方法

1.1 实验样品

选取荆州博物馆馆藏四套明清刻本，其中明代刻本两套，清代刻本两套，选取文物自然脱落的约为0.5 cm2的残片为实验样品。刻本纸张均表面泛黄，其上字迹清晰，存在折痕、破损及污渍，部分破损严重，亟待保护修复。文物馆藏总登记号、刻本全称及文物长、宽度如表1所示，文物对应样品编号依序为1、2、3、4。文物实物图如图1所示，从左到右、从上至下依次对应表格中四套刻本。

表1 文物基本情况Table 1 Basic information of cultural relics

图1 刻本实物图Fig.1 Pictures of ancient books

选取现代手工竹纸三种，产地为浙江省富阳市，对应编号依序为5、6、7号。

1.2 实验分析方法

1.2.1纤维形态分析 选取表1中样品编号为1到4的四件样品，进行纤维分析，取少量样品放入4 mL离心管中加蒸馏水浸泡，并置于ZHP-100智能恒温震荡培养箱(上海三发科学仪器有限公司)中，震荡使纤维分散(震荡频率120 r/min，温度20 ℃，时间24 h)。将震荡好的分散态纤维用镊子夹取到载玻片中心处，滴加1到2滴由氯化锌溶液和碘溶液配制而成的Herzberg染色剂进行染色，并使纤维在染色剂中均匀分散，盖上盖玻片，置于纤维测量仪下观察纤维形态及染色情况。

1.2.2扫描电子显微镜能谱(SEM-EDS)分析 选取与表1中样品编号为1到4的四件样品(单件约0.1 cm2)及三件现代手工纸样品(单件约0.25 cm2)进行喷铂处理(喷铂时间为120 s，电流38 mA)，使其导电后，使用肖特基场发射扫描电子显微镜能谱仪(SU8220型，日本电子公司JEOL)观察样品纤维间填充物情况，并对填充物成分进行定点分析(取点数=3)。受样品数量限制，为得到更准确的古代样品填料及涂层成分，进行第二次能谱检测，选取表1中样品编号为1到4的四件样品(单件约0.4 cm2)于高温炉中550 ℃灼烧4 h，所得灰分采用扫描电镜+能谱(蔡司EVO10，布鲁克XLASH)进行面分布分析。

1.2.3纸张厚度、定量检测 为修复推荐用纸提供参考，选取文物编号为2：2833、2：2842、2：2861、2：2874的四套文物开展无损检测，进行纸张厚度、定量的检测。取样品使用达莫CHY-C2A型纸张厚度仪、分析天平(精确到0.01 g)、标准尺(精确到0.01 cm)进行检测及计算，实验参考国标GB/T 451.2—2005《纸和纸板定量的测定》和GB/T 451.3—2002《纸和纸板厚度的测定法》。

2 结果与讨论

2.1 纤维形态观察结果讨论

图2样品1到4的纤维形态图。4个样品经Herzberg染色剂染色后呈色较淡，均呈黄色，图中可观察到4个样品的纤维僵直，且末端尖削，纤维壁光滑，周围有大导管分子，杂细胞较少。其中，样品1经测量纤维平均宽度在10.00 μm左右，平均长度在1.56 mm左右。样品2的纤维平均宽度在10.00 μm左右，平均长度在1.34 mm左右。样品3纤维平均宽度在10.00 μm左右，平均长度在1.62 mm左右。样品4纤维平均宽度在18.00 μm左右，平均长度在1.98 mm左右。样品1至4均符合竹纤维特征，结合相关文献，推测这四套古籍纸张原料均为竹纤维[4-7]。由此可知，该批文物样品纸张原料为竹浆。

图2 样品1～4的纤维形态图Fig.2 Fiber morphology of Sample 1 to 4

明清时期，竹浆成为造纸的主要原材料之一，竹纸在文化用纸方面亦是主流[8-9]。湖北属长江中下游平原地区，乃自古以来有名的鱼米之乡，土地丰饶、物种繁多，荆州古时称作江陵，据《江陵县志》记载，地方品种和引进品种有慈竹、淡竹、水竹等13种竹类，竹浆造纸原料丰富[10]，从地理条件上看，推断纸张造纸原料有可能来自当地。

据文献记载，“隋唐时期的主要造纸生产集中地有长安……荆州(湖北江陵)……等36处。”“明清时的造纸槽坊大多集中于南方的江西、福建、浙江、安徽、广东、四川等省……湖南、湖北、云南以及山东、河南、甘肃等省亦产纸，产量较小。”[6]因此，湖北荆州至迟自隋唐以来，一直作为全国产纸地之一。不仅如此，在明代时荆州有一种荆川纸，亦是竹纸，载于明代科学家方以智的《物理小识》卷八，谈到“后唐澄心堂纸绝少，松江谭笺或仿宋藏经笺，渍荆川连[纸]，芨禙蜡砑者也[11]。”是说湖北荆州产的荆川连纸借白芨糊裱背，使之厚重，再加蜡质并砑光，可以制成松江谭笺或仿宋藏经笺。书中载，“松江潭笺别本作谭笺，荆川纸别本作荆州(今湖北)纸。从明代起湖南、湖北二省产纸量突然大增，至清代仍然保持这个势头。”[6]由此可见，湖北荆州在明清时期的造纸业是较为繁荣的。

造纸地区与印刷业集中地往往是相互紧邻的，宋元时期，荆州临近的襄阳就作为雕版印刷的全国刻书地点之一[6]。荆州的印刷业可追溯至五代时期，据《江陵县志》载，荆州是当时的荆南国都，“荆南国历经四世五主，建都江陵县。”[10]因此，在五代十国时期的荆州本身也存在较为繁荣的印刷业。据文献记载，明清时期，湖北设立了官书局，翻刻殿版书并出版其他书，总共有一千多种，包括经史子集各方面的书[6]。

2.2 SEM观察结果讨论

图3是文物样品1到4的SEM图，图4是现代手工纸张样品5到7的SEM图。

由图3和图4可以观察到，现代样品纤维平整无断裂，形态良好，而古代文物样品纤维自然老化迹象明显，裂纹、裂痕较多。所有样品纸张正反面纤维表面及间隙均附着少量颗粒物，结合相关文献推断以上样品的纸张均经过加填处理[5-7]。所有样品正反面均存在纤维覆盖的情况，在放大倍数为400倍、标尺为100 μm的扫描电镜下，观察到其覆盖程度不一，结合相关文献对古代纸张涂布显微形态的研究，推断以上样品均经过涂布处理[5-7]。

图3 样品1～4的SEM图Fig.3 SEM images of Sample 1 to 4

图4 样品5～7的SEM图Fig.4 SEM images of Sample 5 to 7

在造纸工艺上，表面涂布技术最早出现在魏晋南北朝时期，其方法是将白色矿物质细粉用胶粘剂或淀粉糊涂刷于纸的表面，使得纸张的白度、平滑度、吸墨性、紧密度得到显著提高，又可减少其透光度，因此可增加手工纸的印刷适性。涂布在显微镜下的形态为纤维被整体覆盖，表面涂布所使用的白色矿物粉原料通常为白垩、滑石粉和高岭土等[5-6]。据文献记载，加入填料的目的是填充纤维间的缝隙，改善纸的平滑度、白度、不透明度及透气性，并兼有节约纤维原料的作用[6]。经过加填的纸张在显微镜下的形态为纤维表面及间隙存在颗粒物。

2.3 能谱检测结果讨论

据文献记载[2，5]，沤煮材料所使用的原料主要为石灰、草木灰，古代造纸时通常会并用；填料所使用的原料主要为白垩，滑石粉也较多作为填料；表面涂布时使用的白色矿物粉原料主要为白垩，其次为石膏，除此之外，石灰、高岭土以及滑石粉也有应用。

图5、图6分别为文物样品1至4的第一次能谱检测结果图。

图5 样品1～2的SEM-EDS能谱图Fig.5 SEM-EDS spectra of Sample 1 and 2

图6 样品3～4的SEM-EDS能谱图Fig.6 SEM-EDS spectra of Sample 3 and 4

表2为文物样品1到4的第二次能谱检测结果汇总表，其中质量百分数与原子百分数均为归一化分析后的结果。由于样品量少且取样困难，在进行一次扫描电镜显微镜能谱分析后，余量无法满足其他测试所需样品量，因此对样品进行第二次电镜能谱分析，使实验数据更加准确。

表2 样品1～4的第二次SEM-EDS能谱表Table 2 The second SEM-EDS results of Sample 1 to 4 (%)

结合样品1到4的两次能谱检测图表可知，样品1到4纸张所含元素为C、O、N、Ca、Si、Cl、Al、Mg等，推断纸张在原料沤煮时使用石灰(主要成分为CaO)和草木灰(主要成分为K2CO3)，在制作过程中加填白垩(主要成分为CaCO3)或滑石粉[H2Mg3(SiO3)4]，涂布原料为高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)研磨而成的矿物粉，也可能添加滑石粉[H2Mg3(SiO3)4]或白垩(主要成分为CaCO3)[5-6]。

样品1、2、3、4均含有石灰和草木灰，据《天工开物》记载明代福建竹纸技术中沤竹时以石灰浆浸十日沃之，再以石灰和草木灰分别进行二次蒸煮[13]，可使纸浆纤维更加洁白柔软[2，6]。这是因为所用的蒸煮液是草木灰或石灰等弱碱溶液，其作用为脱去竹料中含有的相当可观的木素及其他非纤维素成分如果胶、灰分等，木素会使纸张老化、变色并发脆，果胶会使纤维粗硬成束[6]，而当两者并用可增加总含碱量，更有利于除去木素[2]。

这四件样品的加填材料均为白垩或滑石粉，这两种填料在造纸工艺中是很常见的。滑石粉，即水合硫酸镁，其白度高、密度大、折光指数高，是片状粒子，有利于在纸页中留存和改善纸张不透明度、平滑度和印刷适性[12]；白垩的主要成分碳酸钙在造纸中应用甚广，既可以作为填料，亦是主要的涂布材料，作用与滑石粉相似，可改善纸张不透明度及透气度[5]。在涂布材料的选择上，四件样品均含高岭土，高岭土多作涂料用，六角形片状体的高岭土涂布后经砑光处理，可使其平行于纸面，从而产生较好的光泽度及印刷适应性[5]。

这四套刻本的工艺相似，纸张原料均为竹浆，在工艺上与纸张原料选取上存在一致性。荆州的竹浆造纸原料丰富，本身有自五代十国延续至明清时期的印刷业，结合四套刻本的原料与工艺上存在的一致性，推断本研究中的馆藏四套刻本文物很有可能是在当地生产印刷。

表3为现代手工样品5～7的能谱检测结果汇总表，表中质量百分比为归一化分析后的结果。样品所含元素为C、O、N、Ca、Si、Mg等，结合样品5、6、7的各项分析检测，推断纸张在原料沤煮时均使用石灰(主要成分为CaO)和草木灰(主要成分为K2CO3)，在制作过程中均加填白垩(主要成分为CaCO3)或滑石粉[H2Mg3(SiO3)4]，使用白垩(主要成分为CaCO3)研磨而成的矿物粉进行涂布[5-6]。

表3 样品5～7的SEM-EDS能谱表Table 3 SEM-EDS results of Sample 5 to 7 (%)

在造纸工艺上，明清时期的古籍所使用的手工竹纸与现代手工竹纸较为一致，沤煮材料均为石灰和草木灰，填料含白垩或滑石粉，涂布材料上现代竹纸主要采用白垩，由此推测明清手工竹纸的工艺已经相当成熟。

2.4 纸张厚度、定量分析讨论

纸张厚度、定量分析结果如表4所示，根据纸页重量与面积计算出纸张定量。结合所有样品厚度与重量的定量分析结果可知，虽然样品1的纸页面积更大，经涂布处理后的纸张厚度是样品2的两倍，但其纸张定量较样品2更小，因此两者可以保持近似的重量。对成系列的古籍而言，合适的定量可使古籍不过重，利于其移动与保存。同为涂布纸，样品1与样品4的纸张定量接近，而样品4比样品1的纸页厚度更小，说明随着涂布技术的发展，至清代时造纸所运用的涂布技术已经相当成熟，可使纸表涂料均匀分布，涂层不过厚。

表4 纸张厚度、重量检测结果汇总Table 4 Summary of test results of paper thickness and weight

2.5 修补推荐用纸讨论

选择修补用纸以薄厚程度均一、色泽近似、帘纹一致、纸张较轻为佳[14]。这四套馆藏刻本文物年代跨越大，保存情况不同，部分残损情况较为严重，可能并存生物污染如霉菌，需要进行清洗，必要时需要对修补用纸进行染色。由于清洗后纸张白度可能会产生变化，因此侧重点在于选取厚度、帘纹一致、定量较小的修补用纸，需要具有一定的抗张强度。结合纤维鉴定结果表明四套刻本纸张原料均为竹浆，因此选择竹纸作为修补用纸。

竹纸的主要原料是嫩竹，主要品种有：毛边纸、连史纸、毛太纸、玉扣纸、元书纸等[15]。根据我国修复用手工纸的生产现状研究显示：福建长汀的玉扣纸近乎停产；江西铅山县鹅湖乡的连史纸在2010年开始为国家图书馆定制生产，福建姑田镇的连史纸供不应求；浙江富阳元书纸质地较粗厚，主要用作习字[16]。因此，选取购买较为容易的四川夹江竹纸和福建长汀毛边纸进行比较，并根据《中国档案修表技术》一书中修裱用纸的四项理化性能参数制得表5[15]。

表5 手工纸理化性能Table 5 Physical and chemical properties of handmade paper

此外，考虑到帘纹受不同造纸厂工艺特点影响，同种类型的手工纸的帘纹亦有不同，在选择具体的修补用纸种类后可根据实际需求，对可产出较合适帘纹的造纸厂通过寄送纸样的方式进行选择，故不作为参数。

由表4～5可知，四川夹江对方纸的厚度与这四套刻本最为接近，定量最小，具有一定的抗张强度，因此推荐为修补用纸。

3 结 论

1) 湖北省荆州博物馆明版《泾臬藏稿》刻本文物与明版《明臣传》刻本文物纸样分析结果表明，纸张原料为竹浆，均经过加填、涂布处理；清版《冯山阁增辑留青新集》刻本文物与清版《天门县志》刻本文物纸样分析结果表明，纸张原料均为竹浆，均经过加填、涂布处理。这四套刻本在纸张原料、沤煮用料与填涂用料上存在一致性。结合相关文献记载及刻本纸张原料与工艺分析，推断这四套刻本很有可能是在当地生产印刷。

2) 在造纸工艺上，明清时期的古籍所使用的手工竹纸与现代手工竹纸较为一致，沤煮材料均为石灰和草木灰，填料为白垩或滑石粉，涂布材料上现代竹纸主要采用白垩，由此推测明清手工竹纸的工艺已经相当成熟。在纸张定量相近时，清代刻本比明代刻本的纸页厚度更小，结合SEM的观察结果，推断至清代时所运用的涂布技术已经相当成熟，可使纸表涂料均匀分布，涂层不过厚。

3) 考虑到选取现代手工纸应与文物纸张原料相同、颜色协调，结合刻本文物的实际情况及多种手工纸的理化性能对比，选取四川夹江对方纸作为修补推荐用纸。