一、 温度

  温度乃表示空气中冷热程度的指针，是物体热能的量度，热能是

促进有机质文物变质的一种能量形式，当温度越高，原子、分子相撞的机会就越多，化学反应就加快，科学实验证明： 在化学反应中，温度升高10℃，其反应速率将增加二倍，而对纸质文物，温度升高5 ℃，变质速率就会增加二倍，即使在高温下放置短时间，也会使纸变黄、发脆。从下表可以看出，温度越高，纸张半衰期越短，反之，温度越低，半衰期越长。（表二）

              表 二   温度对纸张耐久性的影响

美国巴洛（Barrow）教授，曾对温度与耐折强度之间关系做过专题研究，将同一种纸分别放在60℃、80℃、100℃的温度下，进行加速老化试验，测定其老化后的耐折强度，其结果如（表三）。

            表三             温度与耐折强度关系

老化天数	T℃	耐折强度
25	60	200
25	80	50
3	100	50

从上表可以看出，高温将加速纸张变质，低温可延缓纸张的寿命。

温度忽高忽低，对纸质文物的保护也是不利的，温度忽高，蒸发到空气中的水汽量就增加，空气就过于潮湿；反之，温度忽低，蒸发到空气中的水汽也就忽然减少，空气就过于干燥。由于温度忽高忽低，则会造成纸张中的纤维忽胀、忽缩，而影响纸张纤维的抗张强度。

二、湿度

湿度是表示空气中水汽含量或干湿的程度。潮湿的环境不仅会使纸张变潮而发生水解，而且会使耐水性差的字迹湮化褪色，模糊不清。还有利于微生物的生长繁殖，促使纸张霉烂、虫蛀、变质。另外会加速其它有害物质（如大气中酸性气体CO₂、NO₂、SO₂   等），极易被潮湿纸张中的水份所吸收，形成腐蚀性更强的无机酸，以及明矾更易水解生成硫酸，而加速纸张的损坏。

三、光照

光是一种能引起视觉感应的电视波，根据光源不同，可分为 自然光和人工光。自然光即天然光（阳光），是人类正常生活中所必须的，它随着大气环境随时在变化而不稳定的照明光源。据数据介绍，自然光的能量分布：

紫外线（290-400nm）约5﹪；可见光（400-780nm）约45﹪；

红外线（780-3200nm）约50﹪。

 光具有二象性、波动性和微粒性，即具有电磁波的性质，同时它具有能量微粒或量子组成。光对纸质文物是有损害的，假如把纸质文物（报纸或书）放在阳光或紫外灯下直接照射，就会发现纸张变黄、发脆，甚至粉碎。相反把纸质文物放在柜子或箱子里情况就不一样，仍保持原貌，纸色洁白如玉，完好无恙。从苏州瑞光塔出土的「妙法莲花经」，已近千年仍完好如初，有力说明光照与否，是主要原因之一。

光对纸质文物的危害，一般认为是光的热作用与光化学作用造成的。

（一）（一）   光的热作用

光的微粒称为光子，每一个光子都有一定的能量，其公式为：ε＝hυ式中h是一个常数，为普朗克恒量（6.624×10^-27尔格•秒）。

υ表示光的频率（υ=C∕λ）

则公式为：ε＝h C∕λ称普朗克光量子能量公式，

C表示光速，为3×10⁸m/sec，λ表示波长。

根据J.Ladewijks介绍，纤维素断裂的ε值位于58.6×10³卡/mol（断裂C-C键的能量）与80×10³卡/mol（断裂线性饱和键的能量之间）。

从公式中可以算出，波长短于486nm的光线即可断裂C-C键，短于385 nm的紫外线即可断裂线性饱和键。

由此可知波长越短、频率越高，能量越大，辐射热就越强，因此紫外线短波对纸质文物的危害最为严重。

据资料介绍，纸张在太阳高度角为40度时，照射50个小时，就变黄、发脆。在没有遮挡的空间，太阳高度角为73.2度，温度40℃时，物体每平方米/小时受到阳光辐射所产生的热能值为756千卡。这种光辐射热作用于纸张时，就会引起纸张的理化反应，当温度高于30℃时，就会加速纸张变黄、发脆。

（二）   光的化学作用

纸张在光的照射下，所进行的化学反应称为光化学反应。我们了解纸张的主要原料是植物纤维，植物纤维的主要成份是纤维素、半纤维素和木质素。

1.    纤维素

    纤维素 (C₆H₁₀O₅)n，是由300-3000个葡萄糖分子脱水聚合成的长键大分子化合物。在光照射下，会加速纤维素水解为葡萄糖分子 (C₆H₁₂O₆)。在有氧存在时，会发生光氧化反应，加速其氧化作用，生成容易粉碎的氧化纤维素，降低纸张的抗张强度。

2.    半纤维素

    半纤维素是多聚糖分子的混合物，在光照射下，会加速水解，容易生成溶于水的木糖、甘露糖等。其反应式如下：

      (C₅H₈O₄)n ＋ nH₂O → nC₅H₁₀O₅

         多聚木糖      水      木糖

      (C₆H₁₀O₅)n ＋ nH₂O → mC₆H₁₂O₆

          多聚甘露糖   水     甘露糖

而木糖、甘露糖在光照和氧的作用下，很容易被氧化生成羰基发色团和羧基助色团，半纤维素的返黄就是受这些取代基团的影响而产生的。

3.    木质素

    木质素为碳氢化合物，其分子具有芳香族的特性，它的结构单体是苯基丙烷。主环是苯基，

    侧键是丙烷衍生物。苯基上可连一个，也可以连两个甲氧基（-OCH₃），还可以连羟基（-OH）或酚醚键。在光照射下将会加速其氧化过程，温度越高，氧化越快，氧化后变为褐色的氧化纤维素，促使纸张强度降低，变黄、发脆。

G.J.Leary发现，光氧化作用是纸张返黄的基本反应。中野淮三等认为：

木质素吸收一定波长的光幅照射后，形成激发态分子，继游离基生成之后，产生过氧游离基。其反应如下：

L ^hv→  L^˙  → L*

L^˙ + O₂  → LOO*

过氧游离基从木质素中夺取氢原子，生成氢化氧化物及木质素游离基：

LOO* + L－H  → LOOH + L*

式中L及L－H均为木质素分子

木质素游离基又参与L^˙ + O₂  → LOO*的氧化反应。

G.Gellerstedt等人研究了紫外线对木素模型物的影响，发现主要的化学反应是氧化消除木素模型物的侧键，同时生成与颜色有关的琨型结构化合物。

木质在光氧化过程中生成的发色团和助色团以及木质素中存在的琨型结构的低分子碎解物，这些将对纸张的返黄产生重要影响。

四、有害气体（空气污染）

空气污染问题随着工农业生产、交通运输业的发展，以及城市的扩大、人口的增加而日趋严重。它不仅危害人身体健康，同时也影响着珍贵的文化遗产长期保存。空气污染是指空气中出现了通常不存在的物质。它们会使空气的自然组成发生改变的固体、液体或气体物质。空气污染物的来源可分为：工业企业排放、汽车的排放、家庭炉灶排放。（见表四）

              表 四  空气污染物的来源

 除了上述这些污染物，还有粉尘的微粒状物质。（见表五）

           表 五    粉尘物质的种类及大小

粉尘物质	大小（微米）
一般粉尘	0.004-200
砂尘	20-200
煤粉	1-200
香烟的烟	0.1-0.2
油烟	0.3-1
花粉	20-60
水泥粉尘	10-150

    空气污染物对纸质文物有危害的污染物：主要有酸性气体（SO₂、CO₂、H₂S等）、氧化性气体（NO₂、Cl₂、O₂等）和粉尘。

（一）   酸性气体

二氧化硫（SO₂ ），是一种无色有恶臭、刺激性，活泼的有毒气体。易溶于水，在常温、常压下，一体积水能溶解四体积二氧化硫。当空气中的二氧化硫达到0.5-1/1000000克浓度时，就可与纸张中的水份作用，生成亚硫酸：

          SO₂ + H₂O → H₂SO₃

           二氧化硫  水   亚硫酸

亚硫酸与二氧化硫一样，既有氧化性又有还原性。能与一些有机色素结合生成无色的化合物，对纸质文物的字迹、颜色有影响。亚硫酸很不稳定，与空气中氧化作用，就会生成硫酸：

        2H₂SO₃ + O₂ →2H₂SO₄

硫酸是一种强酸，当纸质文物中含有硫酸时，将加速纸张纤维素水解速度，降低纤维素大分子键的活化能（配糖键），由于纤维素水解，配糖键破裂，聚合度降低，成为水解纤维素。如继续水解，当纤维素的聚合度降低到700以下时，纸张的机械性能 （耐折、抗拉、耐破、撕度）也随着下降。致使纸张变脆。若纤维素的聚合度降低到200以下时，纸张就会酥化成粉末。

硫化氢（H₂S）是一种无色、有臭蛋气味的有害气体。它的密度比空气略大，能溶于水，在常温、常压下，1体积的水能溶解2.6体积的硫化氢，它溶于水后便成为氢硫酸。氢硫酸是一种弱酸，容易氧化，在光照下被氧化成单质硫。氢硫酸不仅有漂白作用，使文字、绘画材料褪色，而且促使纤维素催化水解、降解，使纸张遭到破坏。

（二）   氧化性气体

氮氧化物是（NO、NO₂、NO₃）的总称。其中二氧化氮（NO₂）能溶于水，是一种红综色恶臭有毒的气体，与水反应生成硝酸。

        3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

    二氧化氮  水     硝酸   一氧化氮

硝酸是一种强酸，又是一种很强的氧化剂，不仅使纸张纤维素起酸化降解作用，而且促使纸张纤维素的氧化作用，使纸张变成脆弱而成粉状，降低其牢固程度。

氯气（Cl₂）为黄绿色有刺激性气体，易溶于水，在常温、常压下，1体积的水能溶解3体积的氯气，溶解水中生成盐酸和次氯酸。

        Cl₂ + H₂O   → HCl + HclO

        氯    水      盐酸  次氯酸

次氯酸不稳定，在光照下容易分解放出初生态氧

        HClO  ^光照 → HCl + O↑

所以氯气是两性气体，既有酸性，又有氧化性。因此氯气能使纸张纤维素起氧化作用，又会使纸质文物的文字、绘画颜料受到影响。

臭氧（O₃）是一种氧化性气体，它的漂白作用可通过羟基游离基型反应实现。R.G.Rice等认为，在水解中，1 mol臭氧分解可生成大约0.5 mol的羟基游离基。反应的第一步是O₃光解生成激发态原子氧O（1^D），原子氧与水分子反应生成羟基游离基：

O₃ ^hv→  O₂ + O（1^D）

O（1^D）+ H₂O → 2HO

生成的（HO）是气相中最强的氧化剂，它可能会直接氧化发色团而引起褪色：

C＝C + HO^‧→ C－C

臭氧对纸张纤维素具有十分强烈作用，它能切断碳键上的双键，使纸张文物发黄、变脆、颜料褪色。

（三）   粉尘

粉尘是悬浮在空气中的矿物和有机物质的微粒。它来源于自然界以及人类的生产和生活的活动中。其组成十分复杂，有各种烟雾、矿石粉以及孢子等。

粉尘的形状多种多样，颗粒亦有大有小，广布在空气中，但在不同的环境中，其含量不一，分布亦不均匀。一般而言，城市大于农村，工业区大于生活区。据资料介绍：城市一立方厘米空气中约有10万以上的微粒。大西洋一立方厘米空气中约有1千多微粒。远离居民和工业区的深山，十立方厘米的空气只有几十微粒。

当粉尘落到纸质文物上（如绘画、书籍），随着文物的整理、使用、翻阅，会引起粉尘颗粒对纸张磨擦，使之起毛甚至穿洞，影响字迹的清晰度。

若纸质文物受潮时，粉尘中的粘土（Al₂O₃‧3SiO₂‧2H₂O）就会起水解，分解出胶状的氢氧化铝〔Al（OH）₂〕使纸张粘连在一起，形成纸砖而难以揭开。

当粉尘落到纸质文物表面时，由于粉尘易吸收空气中水份，在纸张表面形成一层相对湿度较空气高的灰层，不仅为有害气体的渗入提供了条件，而且增强了带有酸性、碱性的粉尘微粒的酸化程度。破坏纸张的纤维素，对纸质文物有腐蚀、酸化作用。粉尘中如含有霉菌孢子，又是霉菌孢子的传播和繁殖的场所，易使纸张霉烂，而遭受损坏。

五、昆虫

    危害纸质文物的昆虫，据资料介绍有70多种，最常见、危害最大数量最多的是蠹鱼、烟草甲、皮蠹和白蚁等。

（一）   蠹鱼：又称衣鱼、书鱼或银鱼，因为它的身体扁而长，尾分歧，形状似鱼而得名。（图）蠹鱼属昆虫纲，缨尾目，衣鱼科。以纸张和淀粉为食物。喜欢栖于阴暗、潮湿或密闭处，畏光、遇光则惊逸，一般夜间出来活动，在书库、办公室中常见的一种书籍害虫。

（二）   烟草甲：又称苦丁茶蛀虫或烟草标本虫，属鞘翅目，窃蠹科。以纸张纤维素和淀粉为食料。成虫有假死性，善飞喜黑暗。白天多静不动，黄昏或阴天到处飞翔。

（三）   白蚁：是属于世界性害虫之一，在热带、亚热带都有分布，据报导世界上有白蚁2600种，我国白蚁主要分布于长江以南。白蚁喜温湿、阴暗、宁静，怕光怕震动，在通风不良的地方生长繁殖。白蚁的危害，古今中外闻名。韩非子《喻老篇》云：「千丈之堤，以蝼虫之穴溃」。白蚁危害的特点：一是隐蔽性，二是广泛性和严重性。它会使房屋倒塌，江堤穿洞漏水，书柜、纸质文物遭虫毁坏。

由此可见，昆虫对纸质文物的危害，是十分严重的，有的将书籍蛀蚀成洞，由里向外形成不规则孔道，有的将绘画、书籍蛀成碎片，使整幅画、整本书遭到破坏。

六、霉菌

霉菌是丝状真菌、多细胞的低等植物，凡生长在营养基质上，而形成绒毛状、蜘蛛网状或絮状菌的真菌，称为霉菌。它分布极广，种类很多，约有4万种左右。常见危害纸质文物的霉菌有曲霉属、短梗孢属、枝孢莓属、青莓等霉菌。

霉菌是由细长的菌丝与孢子所组成。菌丝的主要作用是吸取养料，孢子的作用是繁殖后代。纸质文物中存在着大量的霉菌孢子，能否对纸质文物造成危害，取决于环境条件（即温度、湿度、光线、PH值），当然养料和氧是不可缺少的因素。

当纸质文物感染霉菌时，霉菌就会以纸、淀粉浆糊、胶料以及油墨等作为养料，毁掉纸质文物制成材料。据试验，霉菌在3个月内能毁坏纤维的10-60﹪，由于纸的纤维素被破坏，而引起纸的机械强度降低。据资料介绍，长了霉的书在5天内纸的坚劳性，降低了50﹪。

霉菌在吸取营养过程中，会分解出有机酸，使纸张的酸性剧裂增加。试验证明长了霉的书籍纸张，在几个月内酸性增加了两倍。

霉菌孢子在生长、繁殖过程中，会分泌出各种色素，以致在绘画、书籍上出现各种颜色的斑点（红、黄、灰、紫、棕、黑、褐等色）。这些斑点不仅污染绘画、书籍，掩盖图案、字迹，而且使纸张变脆、腐烂。

霉菌在纸上繁殖时，使纸纤维变得湿润和胶粘，以致造成书页粘结。尤其在高湿、堆压的情况下，粘结成纸砖，难以揭开。

七、人为损害

    纸质文物（古书、绘画），由于长期观赏、翻阅次数过多，有时翻书粗心，撕裂书页，往往造成书籍断线、中缝开裂、书口破损等现象。还有人读书、看画时漫不经心，有的指甲抓破书页、画面，有的拿画不戴手套，致使汗渍、油腻污染绘画。有的人甚至为收集对自己有用的资料，截取书页中的篇页和插图，造成古书残缺。有的古书和绘画在修复、装裱中，由于使用不合适材料或手工技术不精，而造成损坏。另外还有人为的战争、偷盗等情形，亦常使文物造成无可挽回的损失。

当然各种灾害（如火灾、水灾、地震等）因素所造成的损失更为严重，就不一一叙述了。

八、酸化

在博物馆、图书馆、档案馆中，收藏着历史遗留下来的浩如烟海的纸质文质、图书、档案。这些珍贵文化遗产都是用手工纸或机械纸书写、印刷而成的。然而，随着时间的消逝，人们发现用手工纸书写、印刷的图书、档案历经几百年、甚至上千年仍留传于世。用机械纸书写、印刷的图书、报纸却遭到了严重的“自毁”，有的像酥糖一样，一触即成粉屑。1824年英国专家Murray在一本书中写到「我有一本1816年牛津出版的《圣经》，从未使用过，但已成为粉末。」1825年另一位英国人Thomas-Hansard写到「整整一批已装订的库存本，在仓库的书架上成了碎片。」1957年，巴洛（Barrow）实验室对1900～1949年出版的500本书进行了纸张寿命研究，其结果如下：

脆弱：39%，只能有限使用，阅读时容易造成撕破、在书架上最多能持续25年。

低强度：49%，估计有25～50年寿命，其中2%使用寿命可能会超过50年。

高强度：1%。

从研究报告可以看出，二十世纪中期以前出版的书几乎97%～99%使用不到本世纪末。法国国立图书馆、检查藏书10000万册，其中一触即碎的就有9万多册，即将粉化的有67万册。处于危险状态的有66万册，世界各地图书馆都有类似情况，对于这种现象，人们曾迷惑不解，直到1912年，Hielmsater把纸浸泡于硫酸铝、硫酸钾、醋酸铝溶液中，然后，取出进行加速老化试验。从测试数据说明：纸张“自毁”是由硫酸铝存在引起的。1925年Konler和Han研究也得出同样结论。由于机械纸中含有硫酸铝，水解后呈酸性，这就是纸张“自毁”的根本原因。

（一）纸张酸化的原因

纸张在缓慢的陈化过程中，其酸化程度是与变质速度有着直接关系，引起纸张酸化有内在因素，也有外在环境因素。现从以下几方面进行分析。

　　1.机械纸都以木材、稻草为原料制作而成，这些原料中都含有木质素─非纤维材料类，原料本身就呈酸性或者在氧化、水解时产生酸性衍生物。

　　2.造纸原料中含有许多杂质，（如脂肪、蜡、胶等）。为了提纯，经常用氯气、氢氧化钠、硫酸钠、硫酸氢钙等药物进行处理，必然会有残留药剂沉积在纸张中。微量的氯化物能加速明矾对纸变质作用。因为硫酸铝与微量的氯化物能加速明矾对纸变质作用。而硫酸铝与氯发生反应生成氯化铝，微量的氯化铝在炎热、潮湿条件下生成盐酸，使纸张酸化。

　　3.造纸过程中，用明矾、动物胶、淀粉作为填料，由于水解中间产生硫酸。这是纸张酸化主要原因之一。

　　4.纸张在贮存过程中，由于空气中有害气体如二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、二氧化氮等侵蚀，并在微量金属离子的催化下，与水反应生成硫酸、亚硫酸、碳酸。这一切又促使纸张酸化。

　　5.用酸性的或含氧化物的油墨、墨水颜料印刷和书写。也是纸张酸化增加原因之一。

　　6.另外微生物的生长，霉菌分泌色素而形成酸。

总之，造成纸张酸化的原因还有很多，就不一一赘述了。必须指出诸种因素皆不是独立的进行，而是相互作用、相互促进的。

（二）纸张酸化造成的危害

众所周知，纸的主要化学成份是纤维素的组合。纤维素大分子中基环间的葡萄糖柑键。当酸的水溶液作用于纤维素时，使葡萄糖柑键发生断裂，并造成聚合度降低，其结果使纸变质发脆。在水解过程中，酸是催化剂，它能降低葡萄柑键断裂的活化能，而提高水解速度。水解速度随着氢离子浓度成一定比例的增加，也就是PH值越低，酸性越强，水解速度越快。纸的变质表现在宏观上是变色，在微观上便是结构的破坏（即机械强度的下降）。

美国专家Kohler和Hall所做试验也证实了这一点，他们把纸样分别浸在Al₂（SO₄）₂、HCl、H₂SO₄的不同浓度梯级中，然后取出试样，在干燥环境中加热到100℃，经72小时加速老化，测其耐折强度.
       我们也进行过纸张抗拉强度与PH值的关系试验：把道林纸分别浸入不同PH值溶液中，然后取出，在相同条件下干燥，进行数据测定，其结果也得到证实。纸的抗拉强度随PH值的变化而变化. 

从上图可看出，无论是明矾Al₂（SO₄）₃、盐酸 HCl、硫酸H₂SO₄都会引起纸张的降解，使纸张耐折强度下降。另外从图中所示的规律，就更清楚地说明纸张所含酸的浓度与耐折强度之的关系。

从图中看出：原耐折度均为400次的纸，用不同浓度的酸处理后再进行老化，在相同时间和温度（100℃）条件下，纸张耐折强度的损失随酸的浓度不同而表现不同，PH值为6.2～9.7者，经过两天的老化后，其耐折强度只发生微弱的变化，仍保持400次左右。耐折度保留了95%。

而PH值为4.5～4.8的纸，经过两天老化后，耐折度迅速降到200次以下，耐折度仅保留15－35%。从理论和实践都证明纸张中酸的存在，是纸张“自毁”的根源。