互动科普

影响图书寿命的因素

影响图书保存寿命的因素主要有：温度、湿度、光、有害气体、微生物和酸等。下面分别介绍它们的影响机制。

温度

温度是物质分子、原子无规则运动的宏观表现，是用来衡量物体冷热程度的物理量。

纸张的主要成分为纤维素，纤维素会在有害物质的存在下发生水解和氧化反应。而化学反应的速度与温度密切相关。根据描述化学反应速率与温度关系的阿伦尼乌斯公式，温度每升高10℃，化学反应的速度将提高2～4倍。有研究表明，在38～98℃的范围内，温度每升高15℃，纸张老化速度平均增加到原来的3.8倍。另一方面，保存环境的温度升高，还会加速有害生物的生长和繁殖，从而带来微生物对图书的损害。微生物的损害方式将在后面专门介绍。

湿度

湿度是表示物质含水量的。影响图书保存的湿度是指空气中的湿度。湿度有相对湿度和绝对湿度之分。绝对湿度是指一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，单位通常是克/立方米。一定温度下，绝对湿度存在一个上限，就是达到饱和状态时的湿度。相对湿度是绝对湿度与最高（饱和时的）湿度之比，表示的是水蒸气的饱和度有多高。

水在纸张中的存在形式有3种，即化学键结合、吸附和结构渗透。化学键结合是指水和纤维素分子之间可以形成氢键，吸附是指水的单分子层覆盖在纤维表面，结构渗透是指水在纸张毛细管中的渗透。正常情况下，纸张的含水量在7%±2%。当保存环境的湿度发生变化时，纸张发生吸湿或解吸，其含水量与环境的含水量之间存在一个动态平衡。

纸张保存环境最理想的湿度（相对湿度）为50%。环境湿度超过65%时，纸张就会发生吸湿，纤维膨胀，机械强度降低。实验表明，当相对湿度由40%增加到80%时，纸张抗张强度降低25%；相对湿度由50%增加到90%时，纸张抗张强度降低42%。相对湿度过大时，纸张易黏结成“砖”，带来更大的损害。相对湿度太高还有利于有害生物的繁殖，增加有害生物对图书的侵蚀。微生物的机体含有70%～90%的水分，同时其新陈代谢也必须有水分参加。图书害虫体内含水量一般占50%～90%，它们的生理活动离不开水。

而相对湿度太低时，也不利于纸张的保存，因为纸张会脱水收缩，变得僵硬发脆。纸张脆化破碎，图书就失去使用价值了。

温度和湿度对图书纸张耐久性还具有协同效应，即两者的综合作用大于它们独立的作用之和。有研究证实，设定温度为15℃、相对湿度为50%条件下的纸张的寿命为1，如果湿度不变，那么温度升高10℃，纸张寿命就降低为1/5；如果温度不变，相对湿度升高20%，纸张的寿命就降低为1/2。但如果温度升高10℃和相对湿度升高20%同时发生，则纸张的寿命会降低为不到1/10。

光

光是图书利用和保存过程中必不可少的环境因素。纸张的主要成分纤维素是一种高分子化合物，它是由成千上万个葡萄糖通过1,4-糖苷键连接而成的。波长为340纳米的紫外线的能量与纤维素糖苷键中C-O键的键能相当，因此太阳光中的紫外线照射到图书纸张上，就会使C-O键断裂，纤维素聚合度降低。这种光降解反应，会导致纸张老化受损。光的这种破坏作用具有累积性，也就是说其破坏力是光的能量与其作用时间的乘积。

另外，在光热辐射的作用下，纸张吸热后温度升高，这也会对纸张造成破坏。还有，空气中的氧气在光的作用下会形成氧原子、臭氧分子等，这些具有强氧化能力的物质作用于纸张，使纤维素氧化，会降低其物理强度。

空气污染物

空气中的污染物按形态和来源可以分成有害气体、灰尘、气溶胶及光化学烟雾等。其中有害气体主要包括含硫化合物（SO₂、H₂S等）、含碳化合物（CO、CO₂）、含氮化合物（NO、NO₂）、卤素化合物（HF、HCl及Cl₂）及部分碳氢化合物。各类空气污染物对图书的危害虽有一定差别，但都会使纸张纤维分子聚合度下降，改变其化学结构，对纸张产生破坏作用。

有害气体中以二氧化硫（SO₂）和二氧化氮（NO₂）的破坏最为普遍和重要。其中SO₂在大气中分布广、危害大，主要来源于含硫煤和石油的燃烧及硫酸厂、冶金厂等工业企业的废气排放。部分SO₂可与空气中的水反应生成亚硫酸，在金属盐的催化下被氧化成硫酸。纸张材料会吸收空气中的硫酸或者亚硫酸，或吸收空气中的三氧化硫或者二氧化硫后再与纸中的水形成硫酸或者亚硫酸。最终的结果都是会增大纸张的酸度，促进纸张纤维的酸性降解，加快图书的老化变质。有实验表明，纸张在2～9ppm（ppm是浓度的单位，表示百万分之一）的SO₂中放置240小时后，机械强度可降低40%。NO₂也可增大纸张酸性，对纸张纤维造成破坏，同时因其强氧化性可使纸张纤维发生氧化而强度降低。

灰尘对图书纸张的破坏主要体现在以下几个方面。首先是增加图书材料的磨损，使纸张表面起毛，影响字迹的清晰度。其次，灰尘还会增大酸对图书的影响，因为一方面某些灰尘颗粒本身就可能具有酸性，另一方面灰尘具有粒径小、比表面大、吸附能力强等特点，可使空气中的酸性有害物质吸附或者沉积于纸张的表面，对纸张造成酸性损坏。再有，有些成分复杂的灰尘颗粒吸收了空气中的水分后形成胶状物，继续吸收水分后会分解产生胶黏状物质，使图书发生黏结，成为“书砖”。最后，灰尘中常带有霉菌孢子，遇到适宜的条件容易滋生霉菌，破坏图书。

（本文发表于《科学世界》2015年第10期）