DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-025-01794-9
تاريخ النشر: 2025-05-27
المؤلف: Wenjie Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات الحفظ والدراسات
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير الرطوبة النسبية (RH) على الشيخوخة والتدهور لمخطوطات أوراق النخيل، التي تعد قطع أثرية ثقافية مهمة مصنوعة من أوراق النخيل. باستخدام تقنيات مثل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وامتصاص بخار الديناميكي (DVS)، والتحليل الحراري الميكانيكي (TMA)، وطيف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FT-IR)، وتفريق الأشعة السينية (XRD)، تكشف الأبحاث أن مستويات الرطوبة القصوى تؤثر سلبًا على المخطوطات. على وجه التحديد، تؤدي الظروف الجافة إلى الانحناء، والتشقق، وانخفاض القوة الميكانيكية، والتدهور الكيميائي، بينما تعزز الرطوبة العالية نمو الفطريات، مما يهدد السلامة الهيكلية. المخطوطات التي تم الحفاظ عليها عند 50% RH لم تظهر أي ضرر كبير، مما يشير إلى أن هذا المستوى هو الأمثل للحفاظ عليها.
تؤكد النتائج على أهمية فهم كل من العوامل الداخلية، مثل التركيب الكيميائي للسليلوز، والهيميسليلوز، واللجنين، والظروف البيئية الخارجية في عملية تدهور هذه المخطوطات. بينما ركزت الأبحاث السابقة على تحليل المواد وتقنيات الإنتاج، تسلط هذه الدراسة الضوء على الاستكشاف غير الكافي للتأثيرات البيئية على الشيخوخة. تسهم النتائج في المعرفة الأوسع لاستراتيجيات الحفظ الوقائي لمخطوطات أوراق النخيل، مما يبرز الحاجة إلى التحكم الدقيق في الرطوبة لضمان حمايتها والحفاظ عليها على المدى الطويل.
الطرق
في هذه الدراسة، كانت العينات التجريبية تتكون من مخطوطات أوراق النخيل المستمدة من مقاطعة يونان، الصين، والتي تم إعدادها وفقًا لطرق تقليدية معترف بها كتراث ثقافي غير مادي وطني. تم الحصول على العينات من أوراق نخيل تاليفوت الصحية (Corypha umbraculifera L.) التي خضعت لسلسلة من المعالجات، بما في ذلك الغلي، والغسيل، والتجفيف بالهواء، والتقليم، والتسطيح. للتركيز على تأثيرات الرطوبة النسبية على الخصائص الفيزيائية والكيميائية لأوراق النخيل، لم يتم تطبيق أي معالجات إضافية مثل الكتابة أو التلوين، مما يمنع أي تأثير من الأصباغ أو المواد اللاصقة على النتائج.
تم توثيق الخصائص الشكلية لمخطوطات أوراق النخيل المعالجة، مما كشف عن عدم تجانس كبير في خصائصها الفيزيائية والهيكلية. عرضت السطح العلوي نسيجًا طوليًا بارزًا، بينما عرض السطح السفلي أنماطًا عرضية أوضح، كما هو موضح في الأشكال المرفقة. تؤكد هذه النتائج على الميزات الهيكلية الفريدة لمخطوطات أوراق النخيل، والتي يمكن مقارنتها بتلك الخاصة بمواد أخرى قائمة على السليلوز مثل الورق والخشب.
النتائج
توضح نتائج الدراسة التغيرات الشكلية والمحلية في العينات التي خضعت للشيخوخة لمدة 200 يوم تحت ظروف رطوبة متغيرة (10% RH، 30% RH، 50% RH، 70% RH، و90% RH) عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 25 درجة مئوية. أظهرت العينات غير المعمرة انحناءً طبيعيًا لأعلى مع فرق ارتفاع أقصى قدره 0.62 مم، يُعزى إلى خصائص نمو أوراق النخيل وطرق المعالجة. بشكل ملحوظ، أظهرت العينات التي عُمرت عند 10% RH تشققات شديدة، مع زيادة فرق الارتفاع الأقصى إلى 4.08 مم، بينما أظهرت تلك عند 30% RH تشققات أصغر وأقل وضوحًا وفرق ارتفاع قدره 2.4 مم. يرتبط هذا التشوه بالطبيعة غير المتجانسة لمواد السليلوز، التي تعاني من انكماش عرضي أكبر أثناء التجفيف، مما يؤدي إلى إجهاد ضاغط وتشققات نتيجة لذلك.
على النقيض من ذلك، تطورت العينات التي عُمرت في ظروف رطبة (70% RH و90% RH) نموًا كبيرًا للفطريات، خاصة عند 90% RH، مما أدى إلى وجود فطري أكثر كثافة. على الرغم من أن نمو الفطريات والتورم الناتج عن الرطوبة خفف من التشوه العام للانحناء، إلا أنهما ساهموا في نسيج سطحي غير متساوي. من المثير للاهتمام أن العينات التي عُمرت عند 50% RH لم تتأثر بالتشققات أو الأضرار الميكروبية، محافظةً على شكل مشابه لذلك الخاص بالعينات غير المعمرة. تؤكد هذه النتائج على التأثير الحاسم للرطوبة النسبية على السلامة الهيكلية والتدهور البيولوجي للمواد القائمة على السليلوز.
المناقشة
توضح قسم المناقشة في ورقة البحث النتائج المستخلصة من تجربة الشيخوخة المحاكية التي أجريت على عينات خضعت لظروف رطوبة نسبية (RH) متغيرة على مدى 200 يوم. تم تحليل العينات للتغيرات الشكلية والفيزيائية الكيميائية، مما كشف عن اختلافات كبيرة في الخصائص بناءً على بيئة الشيخوخة. بشكل ملحوظ، أظهرت العينات التي عُمرت في ظروف رطبة (70% و90% RH) أضرارًا شكلية شديدة، بما في ذلك التشققات ونمو الفطريات، مما أثر سلبًا على لمعانها وثبات لونها. كانت فروق اللون (ΔE) ومعدلات تقليل اللمعان أعلى بكثير في هذه العينات مقارنة بتلك التي عُمرت في ظروف أكثر جفافًا، مما يشير إلى أن الرطوبة تسرع بشكل كبير من عمليات التدهور.
سلطت التقييمات الشكلية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) الضوء على السلامة الهيكلية للعينات، حيث أظهرت الأسطح العلوية أضرارًا أكثر وضوحًا بسبب تعرضها للعوامل البيئية. كما وجدت الدراسة أن زوايا الاتصال السطحية وطاقة السطح للعينات تختلف مع ظروف الشيخوخة، حيث تؤدي البيئات الرطبة إلى زيادة المحبة للماء والامتزاز الرطوبي. تم دعم ذلك أيضًا من خلال اختبارات امتصاص بخار الديناميكي، التي أظهرت أن العينات التي عُمرت في ظروف رطبة كانت تحتوي على محتوى رطوبة توازني أعلى، مما يشير إلى زيادة القابلية لامتصاص الرطوبة. بشكل عام، تؤكد النتائج على التأثير الحاسم للعوامل البيئية على الشيخوخة والحفاظ على مخطوطات أوراق النخيل، مما يبرز الحاجة إلى إدارة دقيقة لمستويات الرطوبة للتخفيف من التدهور.
DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-025-01794-9
Publication Date: 2025-05-27
Author(s): Wenjie Zhang et al.
Primary Topic: Conservation Techniques and Studies
Overview
The study investigates the impact of relative humidity (RH) on the aging and degradation of Palm Leaf Manuscripts, which are significant cultural artifacts made from palm leaves. Utilizing techniques such as Scanning Electron Microscopy (SEM), Dynamic Vapor Sorption (DVS), Thermomechanical Analysis (TMA), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), and X-ray Diffraction (XRD), the research reveals that extreme humidity levels adversely affect the manuscripts. Specifically, dry conditions lead to bending, cracking, reduced mechanical strength, and chemical degradation, while high humidity fosters fungal growth, compromising structural integrity. Manuscripts maintained at 50% RH exhibited no significant damage, indicating this level as optimal for preservation.
The findings underscore the importance of understanding both internal factors, such as the chemical composition of cellulose, hemicellulose, and lignin, and external environmental conditions in the degradation process of these manuscripts. While previous research has focused on material analysis and production techniques, this study highlights the insufficient exploration of environmental influences on aging. The results contribute to the broader knowledge of preventive conservation strategies for Palm Leaf Manuscripts, emphasizing the need for careful humidity control to ensure their long-term protection and preservation.
Methods
In this study, the experimental samples comprised Palm Leaf Manuscripts sourced from Yunnan Province, China, prepared according to traditional methods recognized as a National Intangible Cultural Heritage. The samples were derived from healthy talipot palm leaves (Corypha umbraculifera L.) that underwent a series of treatments, including boiling, washing, air-drying, trimming, and flattening. To focus on the effects of relative humidity on the palm leaves’ physical and chemical properties, no additional treatments such as writing or coloring were applied, thus preventing any influence from pigments or adhesives on the results.
The morphological characteristics of the processed Palm Leaf Manuscripts were documented, revealing significant anisotropy in their physical and structural properties. The upper surface exhibited a prominent longitudinal texture, while the lower surface displayed clearer transverse patterns, as illustrated in the accompanying figures. These findings underscore the unique structural features of Palm Leaf Manuscripts, which are comparable to those of other cellulose-based materials like paper and wood.
Results
The results of the study illustrate the morphological and localized feature changes in samples subjected to aging for 200 days under varying humidity conditions (10% RH, 30% RH, 50% RH, 70% RH, and 90% RH) at a constant temperature of 25 °C. The unaged samples displayed a natural upward curvature with a maximum height difference of 0.62 mm, attributed to the growth characteristics of palm leaves and processing methods. Notably, samples aged at 10% RH exhibited severe cracking, with a maximum height difference increasing to 4.08 mm, while those at 30% RH showed smaller, less visible cracks and a height difference of 2.4 mm. This deformation is linked to the anisotropic nature of cellulose-based materials, which experience greater transverse shrinkage during drying, leading to compressive stress and resultant cracking.
In contrast, samples aged in humid conditions (70% RH and 90% RH) developed significant mold growth, particularly at 90% RH, which resulted in a denser fungal presence. Although mold growth and moisture-induced swelling mitigated overall bending deformation, they contributed to an uneven surface texture. Interestingly, samples aged at 50% RH remained unaffected by cracks or microbial damage, maintaining a morphology similar to that of the unaged samples. These findings underscore the critical influence of relative humidity on the structural integrity and biological degradation of cellulose-based materials.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the findings from a simulated aging experiment conducted on samples subjected to varying relative humidity (RH) conditions over 200 days. The samples were analyzed for morphological and physicochemical changes, revealing significant differences in properties based on the aging environment. Notably, samples aged in humid conditions (70% and 90% RH) exhibited severe morphological damage, including cracks and mold growth, which adversely affected their gloss and color stability. The color difference (ΔE) and gloss reduction rates were markedly higher in these samples compared to those aged in drier conditions, indicating that moisture significantly accelerates degradation processes.
Morphological assessments using scanning electron microscopy (SEM) highlighted the structural integrity of the samples, with the upper surfaces showing more pronounced damage due to their exposure to environmental factors. The study also found that the surface contact angles and surface energy of the samples varied with aging conditions, with humid environments leading to increased hydrophilicity and hygroscopicity. This was further supported by dynamic vapor sorption tests, which demonstrated that samples aged in humid conditions had higher equilibrium moisture content, indicating a greater susceptibility to moisture absorption. Overall, the findings underscore the critical impact of environmental factors on the aging and preservation of palm leaf manuscripts, emphasizing the need for careful management of humidity levels to mitigate deterioration.