馆藏文物保存环境应用技术研究.doc

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1、馆藏文物保存环境应用技术研究馆藏文物保存环境应用技术研究 2011年08月02日馆藏文物保存环境应用技术研究 主要完成单位：上海博物馆 华东理工大学 复旦大学 主要完成人：吴来明 蔡兰坤 徐方圆 解玉林 周 浩 孔令东 罗曦芸 “馆藏文物保存环境应用技术研究”是“十一五”国家科技支撑计划项目“文化遗产保护关键技术研究”三项课题之一，主要基于文物预防性保护原则，立足博物馆文物藏展实际状况和潜在需求，针对馆藏文物保存微环境的主要危害因素，分6个专题开展综合研究，建立了基于洁净概念的文物保存微环境评估体系的理念和内容框架，形成了具有自主知识产权的博物馆微环境采样检测、连续监测、材料评价、湿度调控、空

2、气净化、集成控制等系列技术及相关应用产品。 馆藏文物保存环境，亦称为博物馆环境、文物微环境，是指收藏与展示各类可移动文物的相对独立的空间，包括文物库房、展厅、展柜、储藏柜（箱、盒）等小空间。博物馆环境中与文物本身具有直接而密切关系的温湿度、污染气体、光辐射、虫害和霉菌等环境因素，对文物保存有着至关重要的影响。 自1930年在意大利罗马召开的关于艺术品保护国际研讨会上首次提出“预防性保护”概念以来，已经在国际范围内达成了预防性地从源头上保护珍贵文物的共识，即通过对博物馆环境的有效监测与控制干预，最大限度地防止或减缓环境因素对文物材料的破坏作用，达到长久保存珍贵馆藏文物的目的。 虽然现代环境科学和

3、技术获得了飞速发展，但当前我国馆藏文物预防性保护管理意识淡薄，博物馆环境质量不高，基础研究不足。污染物浓度普遍较高、温湿度波动幅度较大、环境监测和控制技术手段缺乏等问题，已经成为馆藏文物遭受劣化损害的主要原因。因此，迫切需要引进新的理念，研究建立适合行业特点的环境监测方法、评估体系、调控技术和控制指标。 本项目针对馆藏文物保存微环境的主要危害因素，分6个专题开展综合研究，建立了基于洁净概念的文物保存微环境评估体系的理念和内容框架，形成了具有自主知识产权的博物馆微环境采样检测、连续监测、材料评价、湿度调控、空气净化、集成控制等系列技术及相关应用产品。研究成果已在上海世博会文物展馆和国内多家博物馆

4、示范应用，具有显著的社会效益和经济效益，为抑制环境因素对文物的危害作用，预防性保护博物馆珍贵文物，提升我国馆藏文物保护与传承的能力提供了技术支撑。 主要研究成果 通过跨领域、跨行业、跨部门的多学科联合与产学研相结合攻关，本项目在理论、技术、应用上获得一批创新性研究成果。共获得新产品、新材料、新工艺、新装置、计算机软件等成果16项；建立2个馆藏文物保存环境相关试验基地；形成2条调控功能材料产品中试生产线；发表论文45篇；申请国家专利12项；颁布实施行业标准1项、研制征求意见稿5项，另发布和备案8项企业标准；培养硕士研究生21名。 基于洁净概念的文物保存微环境评估体系研究 根据文物预防性保护原则，

5、借鉴现代工业洁净室和生物洁净室技术管理体系，从多因素低浓度气态分子污染物监测与净化、湿度优先控制、技术规范等方面比对研究，建立了基于洁净概念的文物保存微环境评估体系的理念及其内容框架；倡导通过有效的质量管理、监测、评估、调控干预，抑制各种环境因素对文物的危害作用，努力使文物处于一个“稳定、洁净”安全生存环境，尽可能阻止或延缓文物的物理和化学性质改变乃至最终劣化，达到长久保存馆藏文物的目的理念；阐述文物预防性保护的“稳定”性，主要是指控制温度、湿度在适宜指标下的平稳性，防止出现较大幅度的波动，而“洁净”概念，则是指控制博物馆文物藏、展环境下的特征污染物浓度达到规定值以内；提出尽快建立馆藏文物保存

6、环境监测长效机制建议和建设全国馆藏文物保存环境监测管理平台方案，努力提升我国馆藏文物预防性保护能力。 博物馆微环境痕量污染气体“无动力扩散采样仪器分析”检测技术研究 污染气体数值检测是环境质量评价和有效调控的基础。馆藏文物保存微环境中污染物检测具有安防要求高、环境空间小、污染气体种类特殊及极限浓度低等行业特殊性，而现行的室内人居环境空气质量监测技术方法和标准，难以应对博物馆文物保存微环境的监测的需求。 项目组针对痕量酸性、碱性污染气体的检测，设计出新型无动力扩散采样器，获得实用新型专利授权1项；规范了无动力扩散采样和实验室分析流程，建立了一整套g/m3（ppb）级痕量酸性、碱性污染气体“无动力

7、扩散采样仪器分析”技术，检测灵敏度较现有标准方法提高50%。制定发布行业技术标准馆藏文物保存环境质量监测技术规范1项，研制“氨的测定”和“甲酸、乙酸的测定”2项技术规范并立项列入行业标准制定计划。在近40家文博单位进行应用检测，初步构建了博物馆环境信息数据库。 基于洁净概念的文物保存微环境连续监测与评估技术研究 空气中气态悬浮分子污染物（Airborne Molecular Contaminants，AMCs）对文物具有很强的破坏作用。实时监测AMCs水平并及时作出风险评估，指导文物保存“稳定、洁净”环境调控，深入研究环境因素作用机制，是当今国际博物馆环境监测技术的发展方向。 项目组以开发基于

8、聚合物膜修饰电极的石英晶体微天平（Quartz Crystal Microbalance，QCM）方法的AMCs连续监测与评估技术为目标，研制获得高选择、灵敏、稳定的聚苯胺膜修饰石英晶振片电极及其传感器，申请发明专利1项；建立一套“简化功能的QCM测试系统”及实验室研究装置，初步研发出石英晶体微天平测试系统，监测灵敏度和选择性满足博物馆典型AMCs连续在线监测需要，总体技术水平达到国际先进；研究提出基于洁净概念的AMCs监测评估体系框架，起草相关技术规范（草案）1项。 博物馆藏展材料快速评估筛选技术研究 博物馆藏展材料所散发的污染物是造成当前文物保存环境质量低下、引发文物劣化的最主要因素之一。

9、为了从源头上控制文物微环境质量，迫切需要建立一种比现用Oddy测试法更为快速、简便、准确的藏展材料实验评估技术。 项目组筛选采用真空镀膜技术制备标准化、易评测、反应敏感的银与铜金属薄膜试片，申请发明专利1项；改进测试容器，获得实用新型专利授权1项；研制出腐蚀试片图像采集装置及计算机分级评判软件系统，申请发明专利、获得软件著作权登记证书各1项；研究制订薄膜试片腐蚀检测指标和分级评判标准，建立了一整套实验周期减半（14天）、可评测的博物馆藏展材料快速评估筛选“薄膜试片测试法”，起草相应的检测技术及质量评估规范，应用于100多种藏展材料的快速评估筛选。 博物馆微环境调控用壳聚糖基等功能材料研究 为满

10、足我国众多文物收藏单位改善营造“稳定、洁净”的馆藏文物保存环境需求，摆脱进口产品价格昂贵局面，迫切需要研发具有自主知识产权的高效、低成本的被动型湿度调节材料和污染气体吸附材料。 项目组基于壳聚糖天然高分子材料改性和复配，开发出5种高性能壳聚糖基调湿剂、甲醛吸附剂和复合吸附调湿剂产品，形成50公斤/批中试生产线1条。调湿剂的湿容量在RH3050%下分别为27%和10%，在RH5070%下为36%和43%，优于进口调湿剂产品；吸附剂可净化密闭空间中的甲醛浓度低于100g/m3，性能优于活性炭。研制的1种高效纤维调湿板，湿容量在RH3070%下超过15%，优于进口调湿纸的10%指标，并建立了50公斤

11、/批的中试生产线，所有产品均通过文物环境安全性检测和国家检验部门检验。另研发文物保护专用无酸纸样品及其加工工艺。本研究任务共申请发明专利4项，立项研制行业标准2项，发布企业标准4项。 基于生物质净化文物保存微环境污染物集成技术研究 当前的人居室内环境空气净化技术研究及其净化器产品发展迅速，但针对博物馆展陈微环境低浓度污染气体的净化技术和净化器产品仍是空白，迫切需要研发专用小型净化设施，提升文物微环境调控能力。 项目组通过筛选木屑、稻壳、竹屑、秸秆等生物质炭净化性能，研发了以生物质炭净化为主，复合预氧化材料、臭氧脱除剂，耦合光催化技术，对微环境中氮氧化物具有明显净化效果的集成工艺技术，申请发明专

12、利1项；开发试制两款集成式专用小型空气净化器样品，获得实用新型专利授权1项，制定发布企业标准1项。检验该技术及装置在文物保存微环境下对NOx净化效果稳定在97%以上，同时对有机酸等其他典型污染物也具有良好的净化效果（90%）。 博物馆微环境多功能控制集成技术研究和一体化设施研发 高质量、可有效调控微环境质量的文物储藏/展示柜设施，是实现“基于洁净概念的文物保存微环境”的技术关键。因此需要通过实验研究提出一系列展柜质量提升解决方案，研发多功能环境调控系统及其质量管理规范。 项目组面向研发符合文物展陈预防性保护需求、综合考虑微环境调控的文物展柜系统和方案，从文物展柜的制作材料、密封结构、开启方式、

13、锁紧机构、照明系统、调控技术、监测评估、美化装饰、模块设计等方面进行集成研究；研制出4种开启方式、6种专业照明形式、高密封度和中等密封度结构的文物展柜；开发制氮调湿自控系统、展柜升降开启控制系统；提出并示范金属展柜“内胆式”设计与“脱卸式”装饰模式；集成被动调控材料、主动循环净化、超低氧保存、无线传感监测等技术，形成多种文物保存微环境调控展柜系统；制订相应的产品质量检测标准、功能监测技术规范。进行多项示范应用。 发现、发明和创新点 创新诠释文物预防性保护理念的技术内涵，提出“基于洁净概念的文物保存微环境评估体系”内容框架，倡导通过有效的监控与整治形成“稳定、洁净”的文物安全生存环境，提升并强化

14、馆藏文物预防性保护理念。 发明一种新型无动力扩散采样器，建立博物馆文物保存微环境适用g/m3（ppb）级痕量污染气体“无动力扩散采样仪器分析”检测技术，方便博物馆微环境低浓度特征污染气体精确检测。 发明一种导电聚合物膜修饰石英晶振片电极及其传感器，研发一套博物馆环境主要气态悬浮分子污染物（AMCs）连续监测石英晶体微天平（QCM）测试系统，提出相应评估体系框架，有望进一步形成实用监测仪器。 建立一套具有3项知识产权的博物馆藏展材料“薄膜试片法”快速评估筛选技术，形成相应的评估技术规范，有效解决了当前博物馆藏展材料预防性评估筛选中面临的实验周期偏长、目测判断差异等问题。 发明多种博物馆微环境调控

15、用高效壳聚糖基调湿剂、甲醛吸附剂和复合吸附调湿剂材料，以及植物纤维调湿板，并均形成批量化生产规模。建立低浓度甲醛静态吸附实验装置并发明相应的检测方法，形成微环境调控功能材料技术规范。摆脱了依赖进口、使用无标准、难于广泛使用的局面。 发明文物保护专用无酸纸制备方法，在国内率先试制成功文物保护专用无酸纸，并起草相应产品技术规范。 集成生物质碳和光催化等净化技术，发明馆藏文物保存微环境中低浓度氮氧化物高效净化技术，试制出多功能模块化专用小型空气净化器，能够有效净化低浓度氮氧化物和酸性污染气体。 首次通过系统的实验和试制，从展柜制作材料、开启方式、密封结构、锁紧机构、照明系统、美化装饰、调控措施、实时

16、监测等方面，集成提出提升文物展柜密封性、控制展柜内微环境洁净、平稳湿度波动、应用无氧保存等解决方案，形成相关技术规范，对预防保护馆藏文物具有积极的支撑指导意义。 应用课题研究提出的基于洁净概念的文物保存微环境理念和其中11项研究成果，已经在上海世博会中国国家馆、城市足迹馆、世博会博物馆和2008年北京奥运会“奇迹天工”文物展等7项重大活动和一批博物馆中实施示范工程，效果显现。科技示范应用项目研究成果已经通过相关国家质检部门的测试，其中有11项科研成果进行了科技示范和应用。 无动力扩散采样器及建立的“无动力扩散采样-仪器分析”检测技术、研制发布的行业标准馆藏文物保存环境质量检测技术规范（WW/T

17、0016-2008），已经对近40家文博单位进行了环境检测评估，使各单位比较充分地了解了文物保存环境的现状，为实施环境调控提供科学依据。 藏展材料快速评估筛选“薄膜试片法”成套技术，对国内多家博物馆拟用的100多种文物藏展装饰装修材料进行评估筛选，从源头上保障文物保存微环境的“洁净”状态，防止藏展材料散发污染气体对文物的破坏作用。 多种调湿剂和吸附剂等被动调控功能材料，多功能高密封展柜系统，充氮、净化、调湿等集成技术，已经为敦煌研究院承担的“文物出土现场保护移动实验室”项目研发的车载文物保存密封柜充氮系统、法门寺博物馆真身佛指舍利展示保存柜、中国科技馆“奇迹天工中国古代发明创造文物展”、2010年上海世博会中国国家馆、城市足迹馆及世博会博物馆450多件（套）文物保存环境监控以及云南省博物馆“滇青铜器”展提供技术支撑，实施5个示范工程，示范应用2500公斤被动调控功能材料，获得预期效果；同时还完成湖北省博物馆战国时期丝织品展厅超低氧（充氮）展柜系统及陕西省志丹县永宁镇马头山道教真身泥塑保护方案2项示范工程设计并通过专家论证，待付诸实施。