在修复前对退化纸质文物进行预加固的前体：磷钨酸钡的机理研究

拯救古纸为何重要

从家书到数百年前的古籍，人类大量记忆都记载在纸上。但纸张本身会逐渐劣化：变黄、变脆，遇到触碰或在修复时遇水就可能散裂。本文研究了一种在修复前温和加固严重退化纸张的新方法，使用一种无机化合物——磷钨酸钡。目标是帮助修复人员在不造成进一步损伤的情况下，抢救脆弱的文献和艺术品。

易碎且遇水即损的纸张问题

随着时间推移，纸张的主要成分——纤维素在潮湿、热、光、酸、微生物和虫害的共同作用下会断裂，导致纸张变弱。对于严重损坏的纸张，常规保护措施（如洗涤、去酸或衬托新托纸）通常需要使用水性浆糊或水浴。具有讽刺意味的是，这些水分会使已脆弱的纤维膨胀、分离并解体，将纸页变成纸浆。传统的干修复虽然避免了用水，但技术要求高且无法去除酸性。因此，修复人员需要一种方法，在进行湿法处理前赋予退化纸张足够的临时强度以安全操作。

一个两步的化学辅助方法

这里研究的方法是一种“预加固”处理，不在水中进行，而是在酒精类溶剂中操作，这些溶剂对纸张的膨胀作用小得多。首先，用乙醇溶解的磷钨酸溶液刷涂纸张，使其渗入纤维素纤维网络。干燥后，再涂布在甲醇中的氢氧化钡溶液。在纸张内部二者接触处发生反应，原位生成微小、不溶的磷钨酸钡颗粒。早期的实践工作显示，这种原位沉积可以防止腐朽的纸页散裂并阻止水溶性墨迹扩散，但其微观机理尚不清楚。

细察：纤维与颗粒如何相互作用

为探究显微层面发生了什么，研究者使用了以羧基化纤维素纳米纤维为模型体系——这些是高度精细、经化学改性的纤维素细丝在水中的分散体。他们将这些纳米纤维与磷钨酸混合，观察到酸分子强烈吸附到纤维素上，与纤维的羟基和羧基形成多点氢键。光谱学和电子显微镜表明，这种相互作用将原本分散的纳米纤维拉拢在一起，形成更致密的片状结构：磷钨酸充当了多点连接剂，重排并聚集了纤维素网络。当随后加入氢氧化钡时，它与已结合的磷钨酸反应，在酸附着的位置生成磷钨酸钡颗粒，将定向的氢键替换为更各向同性的离子键。

由松散网状到对水的致密屏障

将同样的化学处理应用于真实纸张时，新形成的磷钨酸钡沉淀会嵌入并覆盖在退化纤维之间和表面。显微图像显示，未经处理或仅经水浸泡的退化纸张呈现松散蓬松的结构，孔隙增大，而经处理的纸张即使在浸入水中后仍保持致密、互锁的纤维结构。接触角和渗透测量表明，随着磷钨酸钡沉积量增加，纸张对水的吸收速度和总吸水量都有所下降。力学测试证实，经处理后老化宣纸的湿拉伸强度在纸张主方向和横向都有显著提升，纸张的酸性也得到部分中和。

对保护书面遗产的意义

简而言之，这项工作表明，在退化纸张内部形成磷钨酸钡，能将易碎、亲水的纤维毯转变为更致密、更耐水的网络。这种化学物质像微观脚手架和孔隙填料：将被削弱的纤维束拉拢在一起，填充会吸水的微小毛细孔，并帮助纸张在湿法修复步骤中保持完整。尽管目前的结果主要适用于富含纤维素的纸张，并且尚未完全回答长期可逆性的问题，但它为一种已在实践中帮助修复严重退化文献的技术提供了清晰、以实验证据为基础的机理解读。该研究也为将类似策略推广到其他纤维素基遗产材料提供了路径图。

引用: Zhu, Y., Luo, Y., Li, Y. et al. Study on the pre-consolidation mechanism of barium phosphotungstate before mounting-repairing of degraded paper historical relics. npj Herit. Sci. 14, 145 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02402-0

关键词: 纸张修复, 文化遗产, 纤维素纤维, 预加固, 磷钨酸钡