浅谈基于植物染料视角纺织品文物预防性保护

黄昭瑜 　吴海涛　付文斌　孙丽娟

摘 要：文章聚焦纺织品文物染料信息，介绍纺织品文物常用植物染料种类及上染工艺，从染料与纤维结合方式、显色及变色机理等方面，阐述纺织品文物保存过程中褪色、变色原因，从预防性保护角度提出保存建议。

关键词：植物染料；纺织品文物；预防性保护；微环境；光老化

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2023.06.015

古代劳动人民利用来源于植物的棉、麻及动物的丝、毛天然纤维，根据不同类型纤维的應用特点制作相应用途的纺织品。纺织品文物属有机质文物属类，经漫长的时光流逝，受到保存环境中诸多因素协同作用的影响，出土及传世的纺织品数量较少。纺织品文物承载大量历史文化信息，其制作工艺、设计理念、美学思想表达等极具研究展览价值。颜色信息是纺织品文物予人最为直观的冲击，色彩缤纷的丝线通过不同的组织形式技法织造成绚丽多姿的纺织品。我国古代染色利用的天然染料主要有无机矿石染料、有机植物染料、有机动物染料，其中植物染料广泛应用于纺织品纤维染色。植物染料的本身性质决定了纺织品文物颜色的不稳定性，极易在不良环境中出现变色、褪色等现象，需采取环境控制等预防性保护措施应对颜色变化导致的文物信息流失、文物价值下降等问题。

1 植物染料分类

古人通过各种工艺方法从植物的花、叶、果实、树皮、根等部位提取色素物质，使其与天然纤维结合并显色，该过程是植物染料染色工艺实现的基本过程。常见植物染料上染通常分为红、黄、蓝、黑等单种色系，其补色的橙、绿、紫等色系虽然亦有少数几种植物染料直接上染，但一般使用套染混色，使基本色系在一定区间内色相波动。

1.1 颜色分类

红色染料：一是茜草，它是我国使用最早的红色植物染料，在诗经中已有由茜草上染衣物的文字记载，纺织品文物染料检测表明使用茜草染色的年代较早、分布范围较广。安徽六安战国墓葬出土荒帷、长沙马王堆汉墓出土丝织品、新疆汉晋毛纺织品、北魏刺绣花卉纹袖头、青海海西州出土唐代纺织品、清宫纺织品的红色颜料中均检测出茜素、茜紫素等色素物质①。茜素是一种以配糖体存在于茜草根部的蒽醌类化合物，能在不同媒染剂、不同染色工艺的作用下形成由浅黄-红-黑的不溶性色淀固着于纤维显色。二是苏木，晋代嵇含的《南方草木状》已有记载辽代契丹贵族墓中橙红蚕丝绢条为苏木与小檗碱类黄。色染料套染而成，清宫红色纺织品检测出苏木为染料来源②，染色工艺通常采用媒染。三是红花，红花原产于非洲，由汉代张骞出使西域后传入我国。唐宋时期已广泛用于染红，明《天工开物》中详细记载了“红花饼”的提炼工艺。至清代，红花仍是天然纤维上染红色的重要染料来源。红花素具有苯乙烯结构，能够直接与天然纤维结合，是一种直接染料，色泽鲜艳，根据染色深浅能染出莲红、桃红、银红、水红等红色。

黄色染料：一是栀子，是我国古代中原地区广泛使用的黄色染料，春秋时期已大量使用栀子染色，宋《汉官仪》记载栀子用于染色“御黄”。长沙马王堆汉墓出土丝织品检测出栀子色素成分，青海海西州出土唐代纺织品的黄色丝线检测出栀子特征成分栀子酮苷，清宫纺织品黄色丝线检测出藏红花酸、芦丁、槲皮素等栀子染色证据③。二是槐米，又称槐子，是豆科槐属国槐的花蕾，是古代染黄色的典型媒染染料。清代档案记载“明黄色”鹿皮染料配方即由槐子、黄椂木、白矾按比例调配组成④。明清黄色系出土、传世文物染料检测常见槐米显色成分—芦丁⑤，又称槐花素，属类黄酮类结构，是植物染料中色牢度较好的一种。三是黄檗，又名黄柏，东汉魏伯阳《周易参同契》言“若檗染为黄”，《天工开物》有黄檗染色鹅黄、豆绿、蛋青色的记载。在纺织品文物染料检测中，辽代墓葬出土绢布为显黄的黄檗和显红的苏木套染而成；新疆尉犁县克亚克库都克烽燧遗址出土的唐代丝织品样品检测显示为黄檗上染黄色，也有黄檗与靛蓝套染的绿色样品；明清纺织品文物中黄檗使用直接染色或套染更为常见⑥。黄檗为芸香科黄檗属乔木，其树皮、芯材中存在生物碱类显色物质—小檗碱，小檗碱是现在唯一已知的天然阳离子染色素。

蓝色染料：靛蓝蓝染，是我国最早使用也是记录最为详尽的蓝色染色方法，《大戴礼记·夏小正》已有夏朝规律种植蓝草用于染色的记载，春秋时期楚国设置有主持靛蓝生产的“蓝尹”官职，《齐名要术》《天工开物》等书籍中对蓝草的种植、制靛及工艺改良有清晰的描述。汉代马王堆汉墓出土的蓝色麻织物即用靛蓝染色，除矿物染料蓝外，历朝历代纺织品文物蓝色染料检测基本为靛蓝成分。而今，我国西南云贵的少数民族仍然大量使用靛蓝为基础染料配合染缬、夹缬、蜡缬等印花方法进行传统服饰的染色及制作。靛蓝是靛族染料的代表，属于吲哚类化学结构。提取于菘蓝、蓼蓝、槐蓝、马蓝等蓝草植物。

黑色染料：黑色植物染料历史悠久。秦、魏、晋贵族尚黑，出土于新疆罗布泊楼兰的魏晋毛纺织品中的黑色纤维检测出鞣花酸结构，推测与单宁类物质染色相关；至东晋、唐代，黑色成为平民常服色彩，称为“皂衣”，所以黑色又称皂色。橡椀子（栎树皮、壳斗）、栗壳、乌桕、鼠尾草、五倍子中均含有丰富的鞣质，与铁盐络合反应生成单宁酸亚铁黑色沉淀附着于纤维，呈黑色。珠江三角洲地区的特色面料“香云纱”即使用薯莨单宁与河泥中的铁离子螯合染黑。

紫色染料：我国古代植物染料中能直接上染紫色的较少，紫草为记载和使用较广的一种。郭璞的《尔雅·释草》中有“紫草根染紫”的记载。陕西西安大唐西市博物馆馆藏唐代紫地莲瓣纹绫紫色纤维检测出紫草显色物质。紫草为多年生草本，其根部含有紫草素、乙酰紫草素等萘醌类物质，能在明矾、皂矾等媒染剂作用下形成较深的紫红色。

绿色染料：常见的绿色植物染料为鼠李，现有资料显示其应用在宋元之后。故宫养心殿壁布及清代传世纺织品平纹绿地纱床罩均检测出鼠李显色物质⑦。其染料色素存在于嫩果实、叶和茎中，可直接上染，也可与绿矾媒染得到更鲜艳的绿色。主要显色成分为大黄素、大黄酚等，经高温氧化易变为黄色。套染显绿更为常见，黄色染料与蓝色染料（如黄檗、槐米、姜黄与靛蓝）套染能得到需要的各色光绿色⑧。

1.2 上染工艺分类

直接染色：某些植物色素能直接溶解于水中与纤维共浴，纤维在溶液中充分溶胀，染料分子渗入与纤维分子接近，吸附于纤维间隙后固着显色，这类植物染料属于染料分类中的直接染料。直接染料分子的结构特点是线性、芳环共平面性及含有能与纤维分子形成氢键的基团，如具有水溶性的黄酮类衍生物。红花、鼠李、荩草、黄檗、栀子等属直接染料类型。直接染料与纤维的结合方式以范德华力、氢键的分子间作用力形式存在，能量较低，一般在41.8kJ/mol以下。一些植物染料天然的存在形式为天然色素化合物，需要在酸、碱环境中溶解，与纤维共浴后根据溶液pH的改变析出固着显色。在此过程中色素分子能与纤维形成离子键结合。离子键能较氢键高，以此类作用力与纤维结合的染料牢固度也较高。例如在酸性染液中，蛋白质纤维带有正电荷，会对染料阴离子产生库仑引力，染料因库仑力的作用而被纤维吸附，发生离子键形式的结合。

媒染染色：由于大多数天然染料对织物纤维并无亲和性，其化学结构上却具有羟基、甲氧基、羰基、羧基等能络合配位的结构基团存在。大量植物染料染色的主要方法为媒染染色，常用的媒染剂有明矾、青矾、皂矾、胆矾等，媒染法引入金属离子为桥梁，使染料与天然纤维生成离子键、配价键。配价键键能较高，在纤维中有固定吸附位置，使得染料与纤维结合较直接染料更紧密，各方面色牢度较好。许多直接植物染料亦可使用媒染法提高上染率与染色牢度。根据不同色素分子类型与纤维的亲和方式，媒染方法可分为先染后媒染法、先媒后染法、同浴法等。

还原染色：靛蓝是還原显色类植物染料的代表。其上染过程需要在还原剂的作用下，靛蓝染料溶解于碱液中转变为水溶性的隐色体，通过扩散作用进入纤维内部后在空气中被氧化成不溶性的靛蓝显色。由于靛蓝分子内部结构稳定，分子间存在复杂而强烈的氢键，层与层之间也具有较弱的分子间氢键。内部稳定氢键能够抑制碳碳双键由于光照导致的异构化，也有优异的耐光性，且不溶于水、稀酸和碱溶液，除摩擦色牢度外各种色牢度优良。

2 纺织品文物变色原因

2.1 染料显色机理

太阳光是各种颜色光线的混合，光的颜色决定于光的频率。人眼可感知到的部分为可见光，其波长一般为780nm～400nm。相同光源照射到不同颜色物质上显色不同，是不同结构发色基团对不同波段光线进行选择性吸收的结果。一般共轭体系才能吸收紫外-可见区的光波，例如苯分子在255nm处即存在特征吸收峰，多环芳烃的苯型吸收光谱向长波方向转移。色素分子即通过复杂的有机结构吸收特定光波显色。染料显色遵循色彩的减法混色原理，即随参混组分数量的增加，不断吸收日光中某一部分的光波，反射剩余其他的色光，混合色的明亮度不断降低，最终形成暗色或黑色。植物染料染色中的复染加深颜色浓度和套染显出互补色都是运用了此原理。

2.2 变色影响因素

物理因素：纺织品文物在常年的使用保存过程中，纤维本体糟朽劣化，诸如使用摩擦、折叠卷曲类物理磨损会导致附着有染料分子的表层纤维脱落，造成视觉上染料的颜色变浅、褪色。

化学因素：由于染料显色是复杂有机分子结构选择性吸收不同波段光线的结果，各种因素导致的分子结构变化均会影响染料基团的显色。光、热、氧化剂、水油浸渍、酸碱性溶液作用能使染料与纤维之间的成键断裂，在溶液浸渍、潮湿条件下导致文物染料部分出现渗色、掉色现象；光、热、有机污染物、还原剂、氧化剂、空气污染物、酸碱等能作用染料母体的发色体系部分，使染料分子产生变色，如分子结构改变形成同分异构体，或结构进一步被破坏导致不可逆的变色现象，最终表现为文物颜色的变色、褪色。

纤维黄化：由于纺织品文物的材质一般为棉、麻、丝毛天然纤维，在加工、服用和贮藏的过程中本身就会受到环境、加工过程试剂、所含杂质的综合影响，产生纤维发脆、强力降低、使用性能和外观质量下降的老化现象，其外观表现为泛黄，纤维黄化也是纺织品文物颜色变化的原因之一。

套染变色：如上文所述，古代纺织品文物在上染特定颜色时会使用两三种染料套染的形式显色，如靛蓝与黄檗能套染显绿。在相同的保存环境中，不同染料的显色基团对环境因素的敏感程度不同，化学基团也会产生不同程度的变化，这就导致套染部位外观颜色会朝色牢度较好的颜色方向偏移，颜色发生改变。综上所述，引起纺织品文物色泽改变的原因错综复杂，且相互协同作用，因此要减缓纺织品变色老化速率，应对文物本体及其环境采取综合控制措施。

3 纺织品文物预防性保护

预防性保护概念是以“不改变文物原状”及“最低限度干预”原则为出发点，基于长期的文物保护工作实践需要，区别于文物腐蚀、糟朽后被动的抢救性保护措施，主动干预，是为文物提供一个稳定、洁净的保存环境，从而降低保存过程中文物信息损失，延长文物保存寿命，建立文物保存长效保护机制。为此国际国内针对环境不同敏感类型文物提出相应环境因素标准，规定文物保存场所各种类温湿度、光照限制量、空气污染物控制标准等。应用中需结合实际使文物逐步适应，并控制环境达到最佳推荐状态。

3.1 环境控制

保存展览光源：纺织品文物属对光特别敏感类文物，光对文物产生的损伤遵循倒易定律这一经验法则，即E（总曝光量）=I（照度）*t（时间）⑨，严格来说对纺织品文物保存的最佳要求为避免光照。但基于文物利用及展陈需求，博物馆规定照度标准需小于50lx，年总照度不超过1.5·105lx/h，以求在文物保护与利用中找到平衡点。紫外线会使染料及纤维本身有机物C、H、O、N间单键断裂，造成不可逆的损伤，使织物褪色、泛黄、糟朽、粉化，直至最终损坏，故应完全避免。不同色系染料也会因对可见光区域光线吸收能量不同而具有不同的色牢特性，研究表明植物染料各色系色牢度大致为黄色系＜红色系＜紫色系＜蓝色系。对比不同色温、不同类型光源对染色丝绸颜色变化的影响，低色温光源比高色温光源对植物染料变色影响较小，相同照度下卤素灯、去蓝光LED灯更适合于植物染料上染纺织品颜色的保存及展览，荧光灯次之，普通LED灯对植物染料变色影响最大⑩。红外光线对文物的影响以使物体升温产生热老化的方式表现，也需要采取一定措施规避。

温湿度：纺织品文物的博物馆馆藏推荐温度日较差为20±5℃，相对湿度55±5%。过高的湿度会使纺织品开始吸收空气中的水分，纤维的湿涨可能导致染料、空气中有害气体的溶解，也是虫霉繁殖的必要条件。过低的湿度会引起纤维的失水脆化。温度升高会催化纺织品文物老化过程，骤降的温度会直接影响环境湿度的快速变化，温湿度的快速大幅波动比维持一个不那么标准的温湿度数值对文物本体的破坏更大。

空气污染物：SOx、NOx、O3等空气污染物对植物染料褪色有显著影响，在有水分参与的情况下，这些还原性气体能溶于水形成酸性物质使纤维本体发生水解反应。灰尘是空气中的颗粒污染物，积落纺织品上不仅会改变其外观色彩形成污迹，也是其他空气污染物如硫酸盐、硝酸盐、氯化物及霉菌孢子的载体，这些复杂的有机无机物质在一定条件下构成光化学反应的中间环节，与多种纺织品文物病害相关联。

虫霉：棉、麻、丝、毛天然纤维是虫霉的食物来源，老化水解的纤维素、蛋白质是霉菌的天然培养皿。在温暖湿润的环境下，隐藏在库房角落、纺织品纤维中处于休眠状态的虫卵、蛹得以孵化，使文物产生虫蛀病害。霉菌得以繁殖，其代谢产生有色霉斑对文物外观产生影响，同时分泌黏液使纺织品相互粘连，分泌有机酸进一步分解破坏文物本体。在实际文物保存过程中，上述环境因素协同作用，对文物的损伤比单一因素作用所产生的损伤严重得多。

3.2 保存方法及建议

保存展览环境光源应充分排除紫外线，选择密闭无窗的库房存放光敏感的纺织品文物，有窗户的存放空间应安装遮阳罩、百叶窗等遮光措施，玻璃表面涂刷紫外线吸收剂或粘贴防紫外膜。展览观赏用人工光源，最好选用在保障显色效果下低色温的卤素灯及去蓝光LED灯。严格控制照度，减少照射时间，控制纺织品文物受到的总辐照度在颜色变化结点以下。温湿度的监控调节可以通过温湿度仪及空调、加湿除湿设备实现。定期巡查打扫保存环境卫生，清理环境积尘，放置祛虫防霉药物对纺织品文物的长期保存也至关重要。恒温恒湿低氧充氮的密闭箱体是理想的纺织品文物保存展览空间，但受场所、经费、人员等现实因素的制约，精细到个体文物微环境的控制可能在实际工作中更可行。针对纺织品文物需要避光、缓冲温湿度、减少有害气体及预防虫霉的需要，可以定制无酸纸盒或囊匣对纺织品文物进行长期保存。

注释

①李玉芳，魏书亚，王亚蓉.应用超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱及二极管阵列联用技术对唐代纺织品上植物染料的分析和测定[J].中国科学：技术科学，2016，46（6）：625-632.

②柏小剑.潮湿墓葬环境出土丝织品的植物染料鉴定技术研究[D].合肥：中国科学技术大学，2014.

③李玉芳.几种常见中国古代天然植物染料的分析鉴定研究[D].北京：北京科技大学，2020.

④⑧王允丽，王春蕾.清代纺织品中明黄色色彩研究[J].故宫博物院院刊，2022（5）：122-132，139.

⑤陈磊.基于表面增强拉曼光谱快速鉴定和分析纺织品文物中天然染料的研究[D].杭州：浙江理工大学，2018；张云，陈杨，崔筝，等.黄色缂丝绣联句幡的科学分析[J].中国文物科学研究，2020（1）：91-96.

⑥张林玉.古代纺织品中染料成分的鉴定和染色工艺的探究[D].北京：北京化工大学，2017.

⑦张云，陈杨，崔筝，等.黄色缂丝绣联句幡的科学分析[J].中国文物科学研究，2020（1）：91-96.

⑨贺冰，徐雪萍，徐方圆，等.模拟光老化研究黄色植物染料染色丝绸的光致褪色[J].文物保护与考古科学，2016，28（3）：30-39.

⑩张殿波，赵丰，周旸，等.不同照明条件下靛蓝染色真丝织物的光老化速度及褪色机制分析[J].蚕业科学，2011，37（1）：69-75；馮荟，翁鸣，刘剑.博物馆丝织品染料常规光老化研究[J].丝绸，2018，55（1）：14-17；胡玉兰，刘剑，赵丰，等.基于微型光纤光谱技术的有氧和抑氧条件下植物染料染色丝织品的褪色研究[J].丝绸，2019，56（9）：1-7；徐方圆，吴来明，徐雪萍，等.从光谱角度研究博物馆照明对染色丝绸的影响[J].文物保护与考古科学，2016，28（1）：24-32.