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浅析藏文档案常用藏纸的纤维及其造纸工艺对比

2021-08-03 277 上传者：管理员

摘要：西藏手工纸是中国传统造纸工艺的重要组成部分,藏纸档案文献也具有极高的科学研究价值,本文从纤维组成和微观分子结构角度,通过显微观察、红外分析和元素测定等方法,对1份约700年前的古代档案藏纸和5种现代藏纸的纤维理化性质和元素成分进行研究。确定现代拉达克、尼木、不丹和金东藏纸主要由瑞香或结香属的纤维构成,古代藏纸和现代金东狼毒草纸主要由狼毒草根部纤维构成,并且能够观察到手工制浆的工艺痕迹。根据纤维中纤维素、半纤维素、木质素和总结晶度指数,以及现代与古代藏纸中整体元素比例和主要原料成分差异等相关信息,可以确定古代藏纸制造工艺已相对成熟,而现代藏纸制造技术和纤维性能均得到了提升与发展。

关键词：
传统工艺
微观结构
纸张纤维
西藏手工纸
造纸工艺
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西藏手工造纸是中国传统造纸技术中独具特色的门类之一，于2006年成功入选中国首批国家级非物质文化遗产名录。[1]西藏手工纸纤维细长，吸水、吸墨性能优良，且由于加入瑞香狼毒草纤维而具有天然防虫和经久不腐等特点[2]，是该地区经文卷册、档案文件和书籍写印的常用纸张载体，在宗教、文化、政治等领域发挥着重要作用[3]。

约公元7至公元10世纪，西藏造纸技术逐渐经由以下三条路线从中亚向周边地区传播[4]：第一条是途经中亚的陆上丝绸之路，第二条是从西藏翻越喜马拉雅山到尼泊尔的高原山地，后又传入印度；第三条则是海上丝绸之路。在喜马拉雅山南麓的不丹，大部分的民间造纸工艺也是从西藏传承而来，至今还保留着中国唐宋时期的传统工艺。

自然环境和交通条件的限制，使得西藏当地从业者与内陆信息交流闭塞，因此现存的藏纸生产形式多数仍以家庭作坊为主，并沿袭传统手工捣料制浆的手法，工艺上几乎没有明显革新。为应对现代机械造纸行业的强烈冲击，尼木和金东等地逐步出现改良后的手工藏纸，但其他周边地区的生产工艺仍濒临失传。

目前，国内外关于西藏手工纸的研究主要集中于藏区文化传承[5]、传统造纸技术[6]、纸浆纤维组成[7]和档案馆藏经书手稿装帧等讨论[8][9][10]，鲜有从分子水平探讨不同产区藏纸理化性能和纤维结构的研究，也缺乏古代藏纸与现代藏纸的对比分析。同时，在对藏纸档案、典籍进行修复保护过程中，也需预先对所选用的纸张进行充分且深入的检测和对比分析。因此，本研究选取了西藏周边地区和国家的五种常见西藏手工纸与一份约700年前的古代藏纸为样本，通过对其进行纤维鉴定、分子结构和元素组成等方面的表征，判断传统与现代藏纸生产工艺的传承与变革，为非物质文化遗产和藏纸古籍档案的保护提供可靠依据。

1、实验材料与方法

1.1 实验样品

本实验共计选取了六种生产于西藏不同地区的档案手工纸(见表1)。其中纸样A～E均在2017年抄造，作为西藏纸质文献和手稿的修复用纸，其纤维均未经化学漂白剂处理，在自然光照条件下暴晒漂白。纸样F来自中国人民大学信息资源管理学院的一张保存至今约700年的古代档案藏纸，取剥落纸样作为样品，测试后归库。将上述所有样品分别放入聚乙烯袋，保存在4℃的暗箱中。考虑到古纸的稀缺价值，本实验仅涉及无损或微损检测。

1.2 测试表征

1.2.1 纤维染色

在载玻片上将每种纸样中的纤维用Herzberg染色剂进行染色，置于OlympusBX43显微镜下观察，放大倍率为10×。

1.2.2 纤维形貌分析

对每种纸样进行表面喷金，使用扫描电子显微镜(Hitachi，SU8010)观察纤维微观形貌。

1.2.3 纤维红外分析

使用红外光谱仪(Shimadzu，IRPrestige-21)对纸样纤维进行扫描分析，峰位从400cm-1到4500cm-1，分辨率为4cm-1。

1.2.4 纸张元素分析

使用装配有金靶阳极的X射线荧光光谱仪(Niton，XL3T980)，在氦气环境下，对每种纸样的顶部、中部和底部进行整体元素测量，获得平均数据。

2、实验结果与分析

2.1 藏纸纤维鉴定和形貌分析

西藏档案所用的手工纸以瑞香科狼毒草以及其他多种瑞香属和结香属的植物根茎、韧皮纤维等为主要原料，这些植物在青藏高原地区分布非常广泛。瑞香科狼毒草因其根部具有刺激的毒性，被当地造纸工业选作造纸基本原料，因此赋予了藏纸长期不被虫蛀、能长期保存等特点。上述植物原材料与内陆手工纸多采用的竹皮、楮皮和青檀皮等纤维截然不同，且具有显著差异。

Herzberg染色剂会与植物纤维中的木质素相结合，根据木质素的不同含量，通常会将不同的植物纤维染成色彩不一的效果，所以常用于鉴定纸张纤维的成分来源。[11]将染色后的藏纸纤维(图1)与标准纤维图谱[12]相对照，可知六种藏纸均主要由瑞香/结香属的纤维组成，其中，纸样A～D中混有少量桑皮纤维和狼毒草纤维，而其他两种纸样基本上仅由狼毒草纤维构成。染色后的桑皮纤维会呈棕黄色，且纤维两端常为尖锐分叉状，其顶端有时会出现小球状凸起；纤维外层具有水平条纹的透明膜包裹，该膜几乎不会与Herzberg染色剂相互作用，因此显微镜观察下颜色微弱，这是桑皮纤维的显著特征。

同时，制浆时充分地捶打和碾压纤维，会使该区域的颜色逐渐消失。整根狼毒草纤维会被浸染成浅黄色。西藏手工纸选料一般会使用狼毒草的茎和根，根纤维形态长度不一，但细长柔软且宽度均匀，类似于木材的韧皮部纤维；茎纤维的平均长度较为均一，但比根纤维的平均长度略短。通过测量每种纸样中的200根纤维的平均尺寸，可以得出六种藏纸中纤维平均长度约为3.25mm，平均宽度约为12.68m，主要以根部纤维为主。古代藏纸F中的纤维更加纤细，且长度明显不均一。

此外，Herzberg染色剂能够区分纸浆类型，漂白和未漂白的化学纸浆都会逐渐转变成蓝色，而未经漂白的手工纸浆在浸泡和蒸煮后仍将保持纤维的染黄效果。根据电镜图(图2)可以看出，几乎所有的样品都保持浅黄色，除了纸样D中出现少量纤维染成蓝色的迹象。因此，初步可以判断纸样D，即金东纸样中包含化学纸浆成分；而包括古代藏纸F在内的其他五种藏纸，可初步认为属于手工捶打制浆。

手工纸的纤维尺寸和分布密度对于纸张性能具有显著影响，较长的纤维可以提供更宽大的联结面积和更均匀的应力分布，从而使得纸张更加坚韧耐折，易于提高拉伸强度。如红外图(图3)所示，扫描电镜下的纸样A～D，纤维大都饱满劲直，网状结构清晰且交错紧密；而在纸样E和F中的纤维外观干瘪皱缩且纤长，这与一些文献中对狼毒草料的描述基本一致。[13]经测量，纸样中纤维的平均尺寸长约3.5mm且直径约13.7m，与上述Herzberg染色测试分析结果相近。

根据电镜图(图2)中显示的胶联效果不同，这六种藏纸可分为两组：纸样A～D中的纤维交错，凝胶状物质填充度不均一，形成的网格空隙较大；而纸样E具有明显的薄膜状胶联痕迹，且完全填充纤维之间的空隙。对于古代藏纸F，其纤维纤细，残留的胶联状态与纸样E相近，但仍观察到明显的自然老化效果，纤维层之间存在局部分层和剥离。

藏纸的生产工艺与内陆地区传统宣纸、竹纸等手工纸的生产工艺具有一定相似性，大体都经过了选料、浸泡、蒸煮、石、打浆、捞纸、晒纸等基本工序。同时，西藏手工纸所特有的浇纸工艺与传统的抄造工艺有明显差异。浇纸工艺是将提前制备的纸浆倒入由木架纱网构成的纸帘中，然后将帘子缓慢放入水槽，将浆料均匀摇晃分散后，提起纸帘过滤残留的水，便可以浇造出一张湿纸进行自然晾晒。然而，藏纸所使用的长纤维在浇造过程中总会产生絮凝团聚现象，由电镜图也可以基本看出，六种纸样的纤维会出现局部分散不均的现象，所以这就增加了人工调控的难度，抑制了浇纸工艺的发展，阻碍了藏纸传统技术的传承。

2.2 藏纸纤维红外分析

纸张纤维的理化性质不同，一方面与纤维宏观尺寸有关，另一方面与纤维分子水平上的成分差异有密切联系。天然纤维主要是由纤维素、半纤维素和木质素构成。其中，天然纤维原料中的半纤维素会提高纤维素与木质素的联结强度，使得单根纤维更具韧性，但在纸浆中往往会使得成品纸的应力不均。[14]所以，在造纸过程中会通过捶打浸泡等手段去除半纤维素，从而可以减少拉伸载荷下的切应力传递，降低纸张的机械损伤。由红外图(图3)能看出，1391cm-1和1394cm-1处振动谱带只出现于纸样B和F中，而这个范围属于半纤维素面内C-H键弯曲振动。所以对比古代纸样F可知，在现代西藏手工造纸工艺中，大部分纤维原料处理得较为彻底，能够明显去除半纤维素，使得纤维素的比例得以增加，提高了纸张的柔顺性和应力均匀性。

木质素的主要类型有三种：紫丁香基木质素（S）、愈疮木基木质素（G）和对羟基苯基木质素（H），其中，可以根据S/G的比例来对植物纤维类型进行分类。[15]通常可以在1342-1273cm-1范围内检测到S环（纤维素C6处的CH2伸缩振动）和G环（纤维素C6处的C-C和C-O伸缩振动以及C-O-H弯曲振动）。纸样A～D的S环和G环伸缩振动出现在大约1275cm-1和1320cm-1波数处，而纸样E和F则移动到了1275cm-1和1340cm-1。由此可以得出，木质素主要成分在六种纸样中表现出两种不同的纤维来源，这与Herzberg染色测试的结果基本一致，纸样A～D中主要以瑞香和结香属纤维为主，而纸样E和F中以狼毒草纤维为主。同时，红外S/G信号响应较低，意味着西藏手工造纸过程中对木质素成分清除得较为彻底，使得纤维素含量相对较高，提升了藏纸耐久性等良好性能。

在对藏纸纤维进行纤维素成分红外分析时，C-H键的对称伸缩振动稳定在2880～2930cm-1;-OH羟基稳定在3300～3700cm-1，该波数区域一般是羟基形成分子内氢键的伸缩振动，这对纤维素的理化性能和纤维的机械性能有很大的影响。[16]纸样D在该羟基区域的红外吸收相比其他纸样出现明显的蓝移，表明纸样D的纤维素分子内氢键效能较弱。对于纸样F，可以看出该古代藏纸中的狼毒草纤维虽然经过约700年的自然老化，其纤维素分子间氢键的状态仍可与现代藏纸状态相近。

纤维素通常具有两个主要结构：无定形区和结晶区。无定形区的纤维素呈现无规则的松散排列，使得该区域容易受到酸性物质的侵蚀而加速降解。结晶区的纤维素是高度有序的大分子链，化学性质更为稳定。通过Nelson和O'Connor的文章[17][18][19][20]得知，在红外图中1375cm-1和2900cm-1处的吸收信号对纤维素中结晶区与无定形区的含量比例响应强烈，并将1375cm-1（面内C-H弯曲振动）和2900cm-1(C-H对称伸缩振动）的吸收强度组合成总结晶度指数公式TCI=I1375/I2900，以此来对比纤维素的结晶度差异。借鉴此方法分析六种藏纸的纤维结晶度差异，同时应当明确该方法仅得出经验对比值，而不是纤维素结晶度的绝对值。笔者总结并比较了六种藏纸纤维的纤维素总结晶度指数（表2）。

六种藏纸的总结晶度指数根据数值可以大致分为两组：纸样A～D纤维整体的总结晶度指数明显高于以狼毒草纤维为主的纸样E和F，其中，古代藏纸纸样的纤维结晶度指数最低。由此可见，红外测试印证了上述Herzberg染色和扫描电镜这两种分析手段得到藏纸纤维组成的分组归类结论是基本可靠的，同时，考虑到古代藏纸经历过长时间的自然老化，能保证和现代藏纸纤维属性高度的相似，也说明了传统的西藏手工制浆技术对纤维已经具有相对成熟的处理，而现代手工制浆效果也得到了提升。

另外，从红外光谱中可以获得两个比较明显的信号，分别是稳定在875～895 cm-1的CaCO3特征峰和1440～1468 cm-1的CO32-伸缩振动与CH2的弯曲振动的重叠峰，由此可以进一步推断藏纸中存在一定含量的CaCO3碱储量。

2.3 藏纸元素分析

为了进一步了解古代和现代藏纸的具体差异，在纤维分析的基础上，对六种纸样整体进行了XRF的元素分析，试图通过纸张内部元素比例上的差异，来推测造纸工艺上的区别。六种纸样利用XRF检测到的元素，并按元素周期表的顺序进行排列(表3)。其中，硅、氯、钙、铁是所有纸样中共有的四种元素。

藏纸的优势特征是具有良好的吸水性和较低的反射光强度，影响二者的因素很多，而填料是至关重要的因素。因为二氧化硅具有比表面积大和孔隙率高的特征，所以其亲水性和吸墨性能良好，并且能够减弱反射光强度，提升阅读的舒适感。同时，二氧化硅光滑细腻，其表面的羟基能够与纤维素保持良好的物理支撑作用，从而增强纸张抗张强度和耐折度。生产过程中，二氧化硅可使纸浆增稠消泡，促进纤维均匀分散，减弱沉降作用，由此成为造纸领域中的基础原料。[21]所以，根据检测得到的结果，可以推测古代和现代藏纸样品中的硅元素会有一部分以二氧化硅填料的形式存在。

传统造纸很少会使用到现代化学试剂，藏纸的生产也是如此。对于纤维的漂白基本是依靠自然阳光的长时间暴晒，这种方法相对温和，对纤维的损害较小。[22]因此，氯元素的引入可以判断并不是由于漂白所使用化学脱色剂引起的。在唐代，西藏就已经普遍沿袭了中原地区用石灰法对造纸原料的煮制工艺，当时在民间基本采用草木灰、石灰和蛤壳灰等原料。在植被茂密的藏东区，现在仍然采用草木灰水蒸煮，促使纤维分离脱色的工艺流程；而在藏中区，则一般采用盐湖碱(或称土碱、盐卤)来蒸煮纤维。

添加的盐湖碱的主要成分是碱金属卤化物盐，其中阴离子主要是氯离子和硫酸根离子，而阳离子主要是金属离子，例如钠、镁、钾等，并且还包括多种金属微量元素，例如锌、锰、铁等。[23][24]由于当地造纸自然环境的不同，也导致所使用的海盐、湖盐和井盐的具体成分比例不同。因此，可以推测部分氯和硫元素以及含量极少的锌、铁、锰等金属元素是以蒸煮纤维时引入的盐碱形式存在的，同时各种类型藏纸的特定元素含量和分布与当地土壤成分和水文条件密切相关。

藏纸具有持久的保存寿命。根据红外检测结果分析和钙元素的最高占比来看，可以推测藏纸中的钙元素主要以碳酸钙的形式存在。石灰的主要成分是CaO或Ca(OH)2，是中国传统造纸工艺中最为广泛使用的填料，它可以促进纤维素从原料中稳定分离，并有效改善纸张的白度和不透明度，在自然环境中石灰会缓慢转化为碳酸钙，作为纸张中延缓酸化的碱储量残留在纤维之间，长期保持纤维的理化稳定性。古代藏纸F大约生产于700年前，单从碳酸钙碱储量的角度来看，仍然可以保持一定的钙含量，表明古代西藏手工造纸已经关注到纸张耐酸性和长期稳定保存的相关问题。

古代藏纸区别于现代藏纸的最明显元素是铝元素。铝元素的引入可以有多种途径，除在蒸煮过程中添加的盐碱外，还有引入明矾KAl(SO4)2·12H2O的可能。明矾可以用于提高纸浆的截留率，从而改善纸张的平整度。但是，铝元素无论从何种来源引入，在长期自然降解的过程中，其离子形式的化合物都会吸收空气中的水分发生水解反应，从而生成酸性物质加速纸张的酸化，使得纸张泛黄变脆，降低纸张的抗张强度和耐折度。从表3中可以看出，现代纸样A～E中的铝元素明显消失，这一现象表明是现代与古代藏纸的造纸原料关于铝离子化合物的选择与使用有明显的变化。

3、结论

本文通过显微观察、红外分析和元素测定等方法，对古代和现代档案藏纸的纤维性质和元素成分进行研究。确定了现代拉达克、尼木、不丹和金东藏纸仍然延续手工制浆的生产工艺，纸张纤维主要是由瑞香属或结香属的植物和狼毒草根部纤维构成。同时，根据现代与古代藏纸中纤维分子结构、元素比例和主要原料的成分差异，可以确定古代西藏手工造纸工艺已相对成熟，而现代生产技术和纤维性能均有提升和发展。

参考文献:

[1]达尔文·尼夏,达瓦.尼木传统藏纸工艺调查[J].西藏艺术研究,2013(4):60-64.

[2]孙颖.传统瑞香狼毒藏纸造纸工艺研究现状[J].兰台世界,2013(5):70-71.

[3]索朗仁青,齐美多吉.浅析传统藏纸生产工艺及开发前景[J].西藏大学学报(汉文版),1996(1):22-25.

[5]肖静.藏纸与藏文化的互动[J].中国民族博览,2015(5):41-42.

[7]蔡梦玲,张美芳.藏文档案修复常用藏纸的性能研究[J].档案学通讯,2018(4):103-107.

[10]赵跃飞.西藏经版档案馆:雕版印刷的活化石[J].档案管理,2019(1):71-72.

文章来源：贾明浩,黄晓霞,蔡梦玲,张美芳,达珍,胡钢.藏文档案常用藏纸的纤维及其造纸工艺对比分析[J].档案学研究,2021(04):116-122.