现代图书保护技术

现代图书保护技术是建立在科技发展基础上的一门新兴的技术，是应用现代科学仪器和设备，研究文献的损毁规律及其保护方法，对文献进行原生性保护的科学。现代图书保护技术是一门涉及物理、化学、生物和造纸等学科的交叉性学科。主要包括：建立现代化、智能化书库建筑；采用现代空调技术，控制库房的温湿度；采用空气净化技术和监测仪器，严格监控库房内各种有害气体如NO2、SO2、TVOC等的指标，控制书库环境的空气质量；采用防紫外线技术控制库房内照明，防止光对图书的损坏；采用物理、化学方法进行有害生物防治；采用纸张脱酸技术进行文献纸张的去酸处理；采用除氧封存、充氮保护技术，延缓纸张的老化损毁速度，延长文献的保存寿命；采用现代化的分析仪器如透射电子显微镜、扫描电子显微镜、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱、电子能谱、X射线衍射仪等分析纸张结构和成分，从而对其采取科学的保护和修复方法；制定文献保护的各项标准，使文献保护工作规范化、标准化等。

1、图书纸张的耐久性及其损毁原因
图书纸张的损毁可分为自然损毁和非自然损毁，自然损毁是图书在正常保存条件下，纸张材料因受到内部和外部各种物理、化学因素的作用而发生的缓慢变质，即纸张的老化现象。非自然损毁是由于保管和使用不善而发生的虫蛀、霉蚀、鼠啮、烬毁、水浸、磨损等损害。
图书纸张的耐久性，是图书制成材料在长期保存过程中抵抗理化损坏作用保持原有性能的能力，也就是纸张抵抗自身发生老化变质的能力。纸张的耐久性与纸张的保存寿命有很大的相关性，耐久性好的纸张保存寿命就长，耐久性差的纸张保存寿命就短。
纸张的耐久性可以通过加速老化实验的方法进行测定。一般用干热老化作为模拟自然老化的方法对纸张进行耐久性实验。通常用干热老化后纸的特性强度保留率（%）表示纸的耐久性，保留率值越高，则表示纸的耐久性越强。

影响图书纸张耐久性的因素
影响耐久性的因
特点及耐久性
素
种毛纤维
种毛纤维是指植物的冠毛纤维，用于造纸的主要是棉花纤维，种毛纤维是一种耐久性最高的造纸原料。
韧皮纤维
韧皮纤维是指植物韧皮部分的纤维，如檀皮、雁皮、楮皮、桑皮等。特点是纤维长，长宽比大，耐久性高。明代以前的古籍用纸多为以此为原料抄造的手工纸。
木质纤维
木质纤维是指植物的木质部分的纤维，特点是木质素高于种毛纤维和韧皮纤维，耐久性界于韧皮纤维和茎杆纤维之间。
造纸原料
茎杆纤维
茎杆纤维是指植物茎杆的纤维，有竹子、稻草等。特点是纤维素含量少，木质素含量高，纤维短细，耐久性差。明代后期和清代的古籍多为以竹类纤维为原料抄造的手工纸。
纤维素
化学性质非常稳定的天然高分子化合物，是纸张的主要成分。纤维素含量高的纸张耐久性好。
木质素
一种很不稳定的化合物，木质素的存在会加速纸张的变质，特别是新闻纸中含木质素较多，故老化速度很快。
纸张成分
半纤维素
一种很不稳定的物质，纸张中含量过高也会降低纸张的耐久性。
手工造纸
采用我国传统手工技术进行造纸的方法，多用于生产宣纸、毛边纸等书画用纸。我国古籍的用纸多为手工纸，寿命可达500-2000年。
化学浆造纸
采用化学制浆进行造纸的方法，主要用于生产胶版纸、铜版纸等，寿命一般为200-500年。
造纸方法
机械浆造纸
采用机械制浆进行造纸的方法，主要用于生产新闻纸，寿命只有50-100年。
特性
纸张的酸性
酸是影响纸张耐久性的最主要因素，酸性越强，耐久性越差。纸张的pH值每降低一个数值，其保存寿命就会下降2-5倍。
2、古籍的酸化
古籍的酸化，是指古籍纸张的酸性逐渐增强的现象。纸张的酸化程度以pH
值来度量，pH值越低酸性越强。实验研究证明，图书纸张的酸性是影响图书保存寿命的重要因素，是图书纸张发生老化变质的主要原因。研究发现，只要纸内含有酸性，即使文献只藏不用或使其处在良好的保管条件下，也不能抑制纸的变质。文献纸张的酸性越强，纸张的老化速度越快，保存寿命越短。
值得注意的是，古籍文献纸张已经开始发生酸化。中国古籍文献纸张，都是以韧皮、麻类、稻草、竹子等为原料经十几道工序手工抄造而成，纸张原呈中性或微碱性，pH在7.0-8.0范围内。20世纪60年代，经我国有关部门对近60种古籍文献纸张检测，结果pH平均为7.6，其中皮纸为8.3，竹纸为6.9，均在中性或微碱性范围。但是，近期通过对古籍文献酸性的检测发现，我国古籍文献的pH值已普遍低于7.0，即呈现酸化。pH值平均为5.9，其中皮纸为6.2，竹纸为5.2。与20世纪中期检测数据对比，pH值下降了1.7个数值。以下是古籍特藏文献纸张酸性和老化程度的检测结果。
表1、古籍特藏文献纸张酸性检测结果
未酸化
pH≥6.8
轻度酸化
pH6.3-6.7
中度酸化
pH 5.0-6.2
严重酸化
pH<5.0
藏品种类
数量
（册）
主要
纸种
数量
（册）
比例
（%）
数量
（册）
比例
（%）
数量
（册）
比例
（%）
数量
（册）
比例
（%）
平均
pH
宋元善本
58
皮纸
0
0
17
29
37
64
4
7
5.9
敦煌遗书
13
麻纸
2
15
3
23
8
62
0
0
6.1
赵城金藏
10
皮纸
0
0
7
70
3
30
0
0
6.4
明代善本
63
皮纸
22
35
15
24
17
27
9
14
6.2
永乐大典
10
皮纸
2
20
8
80
0
0
0
0
6.5
清代善本
65
竹纸
5
8
10
15
33
51
17
26
5.5
四库全书
80
皮纸
26
33
53
66
1
1
0
0
6.7
普通古籍
200
手工
15
8
8
4
45
23
132
66
4.8
地方志
80
竹纸
14
18
11
14
13
16
42
53
5.2
家谱
80
皮纸
15
19
17
21
23
29
25
31
5.7
总计
659
101
15.3
149
22.6
180
27.3
229
34.7
5.9
古籍酸化的原因：研究证明，古籍文献纸张中的酸，主要来自环境污染产生的酸性气体。纯净的空气是由氮气、氧气、少量的二氧化碳，以及氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体组成，并不含有酸性气体。由于现代工业的兴起和发展以及人类的活动，，使得环境的污染日益严重，特别是酸性气体排放大量增加，不仅危害人类的健康，也导致了古籍文献的酸化。

二氧化硫（SO2）被古籍文献纸张吸附后，遇到纸内的水分，便与水发生反应生成亚硫酸（H2SO3），亚硫酸（H2SO3）在空气中被氧化成硫酸（H2SO4）；二氧化氮（NO2）遇到纸内的水分，便与水发生反应生成硝酸（HNO3），氯气（Cl2）被古籍文献纸张吸附后，遇到纸内的水分，便与水发生反应生成盐酸（HCl）。以上三种酸性气体在古籍文献中生成的硫酸（H2SO4）、硝酸（HNO3）、盐酸（HCl）等无机酸都是活性常数很高的强酸，会很快导致古籍文献纸张的酸化，对古籍文献的破坏作用非常大。
防止古籍酸化的措施：古籍的酸化主要是由环境污染造成，防止古籍文献的酸化必须从治理环境污染入手。对于大气环境主要依靠国家及城市对环境污染的治理，降低大气环境中有害气体的含量。但是，由于经济的发展，提高人民生活水平的需要，以及国家财力和技术水平的限制，大气环境不可能在短时间内达到非常理想的水平，这就需要图书馆在古籍文献储藏的小环境上下工夫。目前，可以采取以下措施将古籍书库中的有害气体含量降至最低水平，甚至完全隔绝有害气体与古籍文献的接触。
（1）制定古籍文献储藏环境的相关标准，规定古籍书库空气质量标准。目前，美英等一些发达国家都已相继制定了文献储藏环境标准，规定了严格的有害气体限制含量，国际标准化组织也颁布了相关标准。我国的古籍书库标准也在制定过程中，相信一定会促进我国古籍保护工作的发展。
（2）对古籍书库采取空气净化措施。可以在空调系统内加装空气净化设备，滤除书库空气中的有害气体，提高书库环境空气质量。我国对此已有比较成熟的技术，只要增加一定的投入就可以很大程度地解决问题。我馆“应用纳米光触媒
技术改善书库空气质量的研究”也正在进行中。
（3）对一些极为珍贵的古籍文献采取绝氧封存措施。目前主要有除氧封存、氮气库封存等技术，可以使古籍文献与外界环境隔绝，完全与酸性有害气体脱离接触，避免古籍文献的进一步酸化。我馆进行的“应用充氮封存技术保护珍贵古籍的研究”已经通过专家鉴定，今后必将在古籍的保护工作中发挥重要作用。
古籍文献的去酸：古籍文献的酸化，将严重影响古籍纸张的耐久性，降低古籍的保存寿命，因此对已经酸化的古籍需要进行去酸处理，以提高古籍纸张的耐久性。去酸是指采用特定的碱性试剂中和文献纸张内的酸性物质的过程。研究证明，对于已经酸化的图书，经去酸处理后，耐久性会明显提高，一般可增加保存寿命2-5倍以上。古籍文献的pH值低于6.2就应进行去酸处理；如果pH值低于5.0，就必须进行去酸处理。
3、书库的温湿度控制
温湿度是影响纸质文献制成材料保存寿命的重要因素。适宜的温湿度可以延缓文献的老化变质，抑制虫霉的孳生，延长文献的保存寿命。在一定温度范围内，按一般化学反应规律，温度每升高10℃，反应速度增加1～3倍。湿度是表示空气中水汽含量多少的物理量。在高湿度环境下，图书中的胶粘剂等有机物质是霉菌的良好营养源，从而间接导致图书的变质损坏。但如果湿度太低，纸张中的水分全部失去，其柔韧性将显著降低，就会使纸张纤维变得容易折断，降低了纸张的力学强度，从而不利于图书的保护。保证书库恒温恒湿是保护图书的第一步。世界各国都制定了相应标准。IFLA标准委员会认为：“书和手稿应保持在18℃以下的恒定温度下，只要能控制住湿度，较低的保存温度是可取的，甚至更有利。书库的温度超过25℃就会出现危险，而书库的湿度以50～55％为宜”。国家图书馆制定了《图书馆纸质文献储藏环境温湿度要求》，在兼顾使用和保存的前提下，标准规定善本特藏书库的温度为16-22℃ ，湿度为45-60％。1987年国家图书馆建馆之际，善本书库统一安装了空调系统，控制书库的温湿度。2003年国家图书馆再次对善本书库进行了空调改造。已基本达到库房温湿度标准。
4、光照和紫外线的控制
光线对于图书保存与使用都是有害的。光对图书的危害除了它的热效应能使有关化学反应加快速度外，更重要的是体现在光化学反应上。光线能够损害任何物体。文献载体是由植物纤维、粘合剂、染料和颜料等多种材料组成的，这些材料的分子中都含有吸收不同波长光线的原子团，它们吸收光能后在光的作用下能发生光化作用，长期的光化作用能引起染料变色与褪色，纤维的脆化，从而加速了纸张的老化。
在所有的光线中，对图书损害最大的是紫外线，因此防光的重点是防止紫外线照射。在库房建筑方面，应采用无窗结构。使用有窗户的库房时应采取措施阻止阳光线直射图书，也可采用具有紫外线过滤功能的玻璃。应尽可能使用过滤紫外线的照明灯具。应尽量减少珍贵图书的展览时间，减少照明时间。
5、图书有害生物防治
虫害、霉菌是危害图书的一个重要因素。某些害虫能直接蛀食图书载体，使图书严重破损。霉菌能够分泌纤维素酶，加速纸张纤维素的水解。纤维素酶能在常温下起催化作用，其催化效率比一般催化剂高 10 万甚至亿倍。霉菌在繁殖过程中，分泌出带色的物质，使图书表面出现了灰、紫、棕、褐等不同颜色的斑点，影响了图书的使用，也降低纸张、字迹的耐久性。
常用的的防治虫菌的方法有：化学消毒杀虫灭菌法，如甲醛、还氧乙烷、五氯酚钠等；辐射杀菌如紫外线、x射线、r射线、远红外线、钴—60、微波；臭氧灭霉法；充氮杀虫等等。国家图书馆采用低温冷冻法进行杀虫。在所有的重要图书在入库前都将在零下22℃～25℃下，冷冻7天，然后方能入库，从而达到杀虫的目的。这也是目前一项最简单、有效的图书杀虫方法。
○ 常见的图书害虫的形态特征(图谱)
○黑皮蠹
属 蛸翅目，皮蠹科。
别名 黑鲣节虫，日本鲣节虫，毛毡黑皮蠹。
分布 全国各地均有发现。
危害 食性复杂，蛀食皮、毛、羽毛及其制品，茯苓、瓜蒌皮、大黄等中药
材及烟叶、化纤织品、塑料笔杆、油彩铅管、昆虫标本。
形态特征 成虫：体长2.8-6毫米，宽1.5-2.8毫米。倒卵形，赤褐色至黑色。全体密生褐色至黑色细毛。头部扁圆形，口器赤褐色，触角棍棒状11节，末端三节膨大，雌虫末节长为9、10两节长的1-1.5倍；而雄虫为3-4倍。跗节5-5-5式。 幼虫：老熟时体长8-10毫米。圆锥形，除头外12节，第一节最大，至尾端逐渐缩小，体壁骨化部分赤褐色，节间乳白色，密生赤褐色毛。尾部无臀叉，有长毛一束。
生活习性 一般一年繁殖一代。幼虫越冬、抗寒、耐饥、耐干力均强，喜潮湿，因环境条件不同而多次脱皮长大或缩小。
防治方法 可用磷化铝、硫酰氟熏蒸。毛织品类用精萘、樟脑、对位二氯化苯防蛀。工业库内可喷洒可湿性六六六或敌敌畏防虫，还可采用充氮降氧化防治。
（附成虫、幼虫照片）
○ 烟草甲
属 蛸翅目，窃蠹科。
别名 苦丁茶蛀虫，烟草标本虫。
分布 辽宁、北京、河北、河南、山东、江苏、上海、浙江、安徽、福建、广东、广西、贵州、云南等地。
危害 烟叶、卷烟、中药材、干果、干菜动植物标本及皮、毛制品、丝、毛织品、图书、档案等。
形态特征 成虫：体长2.5-3毫米，椭圆形。赤褐色，密生黄褐色细毛。头部隐于前胸下，能上抬。触角锯齿状11节。前胸背板从背面看为半圆形，前胸后缘与蛸翅基部等宽。蛸翅上无刻点，跗节5-5-5式。 幼虫：老熟时约4毫米，身体弯如C形。近似圆筒形，有皱纹，头黄褐色，其余均为乳白色。体密生稀而短的白色细毛。 卵：长约0.4-0.5毫米，长椭圆形，淡黄白色，表面光滑。 蛹：长约3毫米，宽1.5毫米，乳白色。
生活习性 一年繁殖三至六代。以幼虫耐饥性强，有假死性老熟后在被害物中作白色薄茧化蛹。
防治方法 皮、毛制品、毛织品科放精萘、樟脑、对位二氯化苯等防虫，可
使用磷化铝、溴甲烷、六酰氟等熏杀或充氮降氧方法防虫。
（附成虫、幼虫照片）
○花斑皮蠹
属 蛸翅目，皮蠹科。
分布 吉林、辽宁、内蒙、山西、河北、北京、天津、陕西、甘肃、新疆、山东、江苏、上海、浙江、福建、江西、湖南、湖北、四川等地。
危害 丝、毛织品、皮毛制品、干果。中药材予知子、蒲黄等以及塑料笔杆、象牙、铅皮、昆虫标本、图书、档案等。
形态特征 成虫：体长2.4-4毫米，宽1.2-1.8毫米。椭圆形，深褐色有光泽。体上密生淡褐细毛，触角棍棒状11节，末三节膨大，末节为第10节的3倍长，蛸翅近基部、中部及近端部各有一条显着的红褐色花斑，斑上生有白色细毛。跗节5-5-5式。幼虫：体长6-7毫米，纺锤形，黄褐色，节间淡黄色，生有稀疏的褐色粗短毛，腹末两侧向上斜生成束黄褐色枪头状刚毛，尾端有一束较长褐色毛。 卵：长约0.7毫米，乳白色，肾脏形。
生活习性 一年繁殖一至二代，幼虫越冬，喜黑暗潮湿，耐饥耐寒性极强，在环境恶劣条件下幼虫期可达三年以上。
防治方法 毛织品制品可放精萘、樟脑、对二氯苯防虫，库内可喷撒林丹粉、溴氢菊酯、敌敌畏防虫，还可用磷化铝、硫酰氟、溴甲烷熏蒸沙虫。
（附成虫、幼虫照片）
○档案窃蠹
属 蛸翅目，窃蠹科。
别名 属窃蠹。
分布 四川、广东、浙江、福建、江苏等地。
危害 消化纤维素，危害图书、档案、胶合板、纤维板、纸箱。
形态特征 成虫窄椭圆形，栗褐色，体长2.2-2.5毫米。头部球形，触角棕黄色，共9节，端部三节向内侧膨大，端部略呈三角形。第一节比较粗大，第二至第六节较细小，第七、第八节呈三角形。前胸背板呈方形，宽大于长。前缘两
侧向下卷，前缘侧角小于后缘侧角。蛸翅基和前胸背板宽度相等，体侧有狭窄的腰盾。背面凸起，密被细白毛。腹部背面可见8节，腹面明显可见第三、四、五、七节，第六节腹片较短。前缘凹下，隐藏于第五腹片下。 卵长椭圆形，长约0.3毫米，一段较细，乳白色，不透明。幼虫蛴螬形，乳白色。老熟时长约3.5毫米。被有色疏毛。头部棕黄色，触角3节，口器棕褐色，有小眼一对，唇基弧形骨化，额的口上片边缘强烈骨化，每侧有一透明圆斑。胸部三节较粗大，前胸尤为明显。腹末数节弯向腹面，末节腹面有两尾足状突起。蛹乳白色，长约3毫米，宽约1毫米。头向下，前胸背板后缘角向两侧隆起，蛸翅伸达第三腹节中部，腹部末节两侧有一小肉刺。
生活习性 此虫一年一代，以幼虫在虫道内越冬，翌年三月中旬（广州）或五月中旬（成都）老熟幼虫在虫道中化蛹，蛹期约半各月，四月上旬（广州）或六月上旬（成都）出现成虫，以上午八、九时羽化最多。成虫期一个月左右，以爬行为主，很少飞翔，又趋暗性。蛹羽化后2-3天进行交配，上午八、九时为最多，交配长达2-3小时，姿态成一字形。交配后3-5天产卵，卵较散，多产于图书档案皱褶、装订线等处。产卵量50-60粒左右，卵期10-20天。孵化的幼虫会钻入寄生内部危害，可穿透整卷的档案和整册的图书。虫道为条沟状，宽约2毫米。此虫在广州地区无越冬现象。
（附成虫、幼虫照片）
○书虱
属 啮虫目，书虱科。
别名 米虱。
分布 河北、北京、河南、江苏、上海、浙江、江西、湖北、湖南、广东、广西、四川、陕西等地。
危害 皮布、胶鞋、纸包装、本册、纸糊制品、中药材以及卷烟、古书、动植物标本。
形态特性 成虫：体长1-1.5毫米，扁平长椭圆形，柔软，黄白色或黄褐色。无翅，头大，复眼黑色，触角丝状，胸部窄于头部，腹部较肥大，后足腿扁平膨大。成虫跗节3-3-3式，若虫2-2-2式。
生活习性 每年繁殖六代。若虫、成虫性活泼，爬行迅速，喜生活于潮湿、黑暗处。其生命力不强。
防治方法 库房保持清洁卫生、干燥通风。库内垛底、走道、墙角科喷洒林丹粉、溴氰菊酯、可湿性六六六、乳剂二二三或敌敌畏防虫。
（附成虫、幼虫照片）
6、现代去酸技术
纸张中酸的来源有二种。一、手工纸张中的酸主要来源于大气污染物的二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX），二氧化硫、氮氧化物与空气中的水反应生成硫酸，硝酸等强酸性物质；二、近代机械造纸中的酸来源于酸性造纸工艺。在酸性造纸中，化学纸浆中加入了硫酸铝，硫酸铝水解生成硫酸。纸张中的酸性物质促进了纸张纤维的水解，加速了纸张的老化，是影响纸张寿命的关键因素。因此纸张的去酸显的尤为重要。
去酸的原理主要是采用碱性的物质来中和纸张中的酸性物质，通常选用弱碱性物质或缓冲溶液。但是在实际操作过程中要考虑很多因素：如操作简单易行，成本低，不能对图书造成新的损害等等。在选择去酸剂时还要考虑去酸剂碱性不能太强，不能与图书的其它部分如字迹、油墨、染料等发生不利的化学反应，还要有一定的碱保留量，从而防止未来的酸化。
按照去酸剂的物相可分为气相去酸法和液相去酸法。按单次去酸的处理量可分为单页去酸法和批量去酸法。
目前去酸的主要技术有：酸式碳酸镁去酸技术；缓冲溶液去酸技术；氢氧化钙—酸式碳酸镁去酸技术；甲基碳酸镁去酸技术；二乙基去酸技术；吗啉去酸技术；环己胺碳酸酯去酸技术等。
7、除氧封存、充氮封存技术
为了更好的保护图书，免受外界环境的影响，可以采用除氧封存、充氮封存等措施进行保护。
除氧封存是将图书放在无害的塑料袋内，利用真空泵将藏书袋内抽成真空，然后密封保存。在真空的条件下，各种微生物都因缺氧不能生存，各种化学物理
变化也得到延缓，从而延长图书的保存寿命。
充氮封存是将图书放在除氧充氮的库房内。氮气在常温下化学性质极不活泼，很难发生化学反应。因此充氮保存的图书能够延缓老化，延长保存寿命。
8、现代仪器设备分析
纸张是图书的主要载体。图书保护的一项重要任务就是延长纸张的使用寿命。纸张的主要成分是纤维，但是在造纸过程中还添加了一种或多种物料，作为胶料、填料、染色剂、涂料、浸泽剂等，用来提供多种特殊用途所需要的性质。并且在历史上，造纸工艺也发生过很多次变化，更增加了研究纸张的难度。现在，许多现代化仪器和分析方法的出现为解决这一系列问题提供了可能。分析纸张成分不仅有利于保护图书，同时也为图书的修复提供了重要的信息。
纸张分析中所用到的分析仪器主要有：透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（IR）仪、紫外光谱（UV）仪、荧光光谱仪、色谱仪、电子能谱（XPE）仪、X射线衍射仪（XRD）等。
透射电子显微镜是以电子束为照明光源的显微镜。由于电子束在外部磁场或电场的作用下可以发生弯曲，形成类似于可见光通过玻璃时的折射现象，并利用透过样品的电子束来成像。透射电子显微镜的分辨本领大大优于光学显微镜。透射电子显微镜一般可以放大十到几十万倍。有些现代电子显微镜的分辨率已经可达0．1nm。在纸的检测中，透射电子显微镜在研究微细形态和微细结构方面最有成效，例如研究填料或颜料、涂布层的详细情况以及纤维内部的特性等，为研究纸张内部结构和纸张修复提供依据。
扫描电子显微镜使用聚焦电子束在试样表面逐点扫描成像。能够放大15～200 000倍，场深较大，用于纸张表面的分析，图像具有立体感、真实感、易于识别和解释等特点。
红外光谱仪、紫外光谱仪和荧光光谱等光谱仪是用来鉴别物质、发现新元素和确定它的化学组成的重要依据。每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的谱线又叫做原子的特征谱线。特征谱线为光谱分析技术的应用、研究和发展，提供了可靠的基础和保障。光谱分析就是使用分光镜、分光仪、单色仪、摄谱仪、投影仪、记录仪和计算机等光谱仪器和分析仪器，通过对各类
光谱的产生、拍摄、观察、记录等手段对物质进行定性或定量的检测、分析与研究。光谱分析仪可用于纸张中各种成分的定性及定量鉴定。