【摘要】
影響圖書紙張劣化之原因甚多，一般可分為內在、外在兩大因素。就外在因素而言，即指圖書紙張受周遭環境影響，如溫度、濕度、紫外線、污染物、氣體等，而造成圖書紙張變劣；就內在因素所指，則是抄紙漿料內之雜質及填加之化學成份，如樹脂、半纖維素、木質素、次氯酸、二氧化氯、過氧化物等，年久後促成圖書紙張劣化。因而圖書劣化的基本原因，便乃是在此內外因素相互作用下，促成了水解、氧化反應，而造成圖書紙張纖維劣損。所以此篇所撰之主題，便是期盼圖書館館員能有所理解，圖書紙張纖維在前述內外兩大因素交互影響下，所發生之水解、氧化作用，對紙張纖維所造成傷害之嚴重性，進而盼其謀求研究停止或減緩紙張纖維水解及氧化之方法產生，以使圖書文獻得以藏用久遠。
一、前言
「圖書」是人類文化知識的結晶，也是社會文明之代表，身負典藏文化重責的圖書館，必須要以務實、科學、有組織、有系統之方式，予以保存維護，使其得以永續不綴。
自中國古代圖書形制發展以來，由藏書樓時代算起甚至更久以前，人類便在圖書典藏之實際工作中不斷累積經驗，這些珍貴的零散的經驗也不斷的被歸納整合及傳承，時至今日由於中西圖書館事業的蓬勃發展，在整個圖書館學界中，乃逐漸形成一門新的學科，稱「圖書維護學」，該學科之研究在國外備受各國政府所重視，各先進國家在其大型圖書館中，亦多設有圖書維護專責單位，並有學術單位開設維護課程，從事研究及推廣；至於國內近年由於受到西方圖書館學研究發展之影響，「圖書維護學」亦也開始較受圖書館及學界所重視，並時有舉辦演講、開設課程之行動付諸實施（註1）。
「圖書維護學」並非研究圖書內容，而係是研究圖書材料內外之物理、化學性以及其他劣變性，同時也探討圖書典藏處所之周遭環境，藉以尋求適當方法，來維護保存圖書的一門技術性、科學性學科，例如圖書裝訂方式之探討、中性材料之研究、館舍規劃之標準、恆溫濕之調控、紫外線污染物之防制、霉菌蟲害之預防、歷代圖書形制之了解、以及對已破損圖書所需採取何種妥當修復方式、和對現存圖書提供延年益壽之秘方等，諸如此些均是「圖書維護學」所研究之範疇。又由於圖書製作所用材料，多半係以紙質為主要材料，所以此篇簡述之內容，也便以紙張之主要構成原料「植物纖維」的劣化原因為主要討論對象，也希望讀者能從此基本認知，來防止圖書劣化。
二、紙張纖維的認知
我國造紙事業雖歷經一千八百餘年之演進，惟其原料係以「纖維」為主要材料，確是歷久而未有變換。現今一般又可分為「植物纖維」及「人造纖維」兩種，然因「人造纖維」製造不易且成本較高，故難以全面推廣，而「植物纖維」因取自於大自然方便省錢，所以乃成為我國造紙原料之主要來源。植物纖維之細胞壁主要又由纖維素、半纖維素以及木質素三者所構成，對種類不同之植物，其三者所含比例亦有差別，惟以纖維素含量多之植物纖維為抄紙原料，所抄出紙張之品質最為優良，抄紙原料中若滲有較多之半纖維素或木質素之漿料，則因在抄作紙張過程中，因為有漂白氯化（註2）及去除木質素、半纖維素劣質原料之需要，而須使用較多化學品進行處理，又因半纖維素和木質素本身化學穩定性甚差，所以在此情況下，半纖維素、木質素便會在受各種化學品處理後，極易引起色變情形。並經實驗半漂白紙漿與漂白紙漿證明，半漂白紙漿中所殘留之木質素，是影響紙張劣化原因之一，尤其在經氯化後（註2），殘留木質素變色更是明顯，因其結合氯後會逐漸形成鹽酸，會分解碳水化合物，因而導致紙張之變色；至於充分漂白紙漿，其變色較不受木質素影響，而是以半纖維素影響最大，約佔全部變色比例50％至80％之間，若再受紫外線照射，則更會加速紙張黃色化。所以由上述說明可以確知半纖維素和木質素在紙張中之殘存量，是會對紙張在長久保存中造成不利影響。
就目前造紙業常用漿料所含之植物纖維而論，按其取材原料之不同，其纖維組成成份亦不相同，我們概可分為以下四種：
（一）種絲纖維原料──如棉花，其植物纖維中含百分之九十以上纖維素，是屬優良造紙原料，惟若用於造紙一途，則在經濟效益之考量下，是不划算的，故其都被用於高價值產品之紡織業。
（二）韌皮纖維原料──如大麻、亞麻、黃麻、桑皮、雁皮、楮皮、檀皮等均屬之，其中麻類植物纖維中，僅含有百分之一至百分之十五少量木質素，是屬於抄紙之優良原料，其所抄作之紙張若在適當環境中自然保存，當可存放長久。至於樹皮類原料，其植物纖維中，更含高量纖維素，例如我國明清以前之「宣紙」，便是以青檀樹皮單一纖維充作原料（註3），所抄出紙張色澤潔白、紙紋美麗、經久不變，並具有長纖維、拉力強、抗蟲蛀等優點，故有「紙壽千年」、「紙中之王」等美譽。
（三）草纖維原料──因該類原料含有百分之十二至百分之三十四木質素，如稻草、玉米杆、麥草、蔗渣等，此類單一纖維所抄作之紙張亦不適用於圖書，一般較多用於家庭用紙方面，或是與其他纖維原料混合抄紙。填加蔗渣原料抄作紙張也是臺灣造紙工業一大特色，所抄家庭用紙基重甚輕而紙面均勻拉力甚強，日本琉球大學大學院工學研究科，也曾派研究生來台研究蔗渣混合紙漿抄紙技術。
（四）木材纖維原料──此類原料含有百分之十七至百分之三十二大量木質素，如闊葉木之楊樹、樺樹、楓樹；針葉木之松樹、杉樹等。都需經過化學藥品處理除去木質素，方可作為抄紙原料，但因處理過程之漏失，也常會有殘存木質素留存於紙漿原料中，所抄出之紙張一旦經光及化學藥品作用後，極易造成紙張劣化，並且經機器打漿後之木材纖維長度也極易變短，而影響紙張之耐折、撕破強度。
所以由前述我們可以了解，各類纖維原料因材質之不同，其所含纖維素、半纖維素及木質素三者比例都不盡相同，然此三者相互間所含有之比例，往往又都是代表紙張之耐久性及優良性與否，尤其半纖維素、木質素更是對紙張保存會有負面效益，只有纖維素才是抄紙最佳原料，所以我們了解這個道理，只要能充分掌握纖維素優點，及摒棄半纖維素、木質素之劣性，如此便能充分做好圖書維護之工作。
三、紙張纖維素的水解反應
紙張纖維素的水解反應，必須要在水、溫度與催化劑三者合一之情況下才能進行。此處所謂催化劑（註4）係指有機酸、無機酸及酶，其在高溫及水的配合下，會使纖維素之水解反應速度加快，而促使紙張組成纖維遭受破壞，降低紙張纖維聚合度，進而影響紙張撕破耐折強度，並造成紙張纖維脫膠，脫膠後之紙張若再經乾燥，則就極易形成粉屑狀，而造成圖書館工作人員在管理及修復上諸多不便。所以紙張纖維素的水解反應，實際上就是水、溫度、酸與共同作用下的結果。其中水與溫度問題，在圖書館經營中，我們可以歸納為溫、濕度之調控，所以如何控制藏書處之恆溫恆濕、如何防止不當溫濕情況之發生，以避免館藏圖書遭受水解破壞，是館員需有之認知；至於水解反應中的「酸」發生在紙張之主要來源，係究於近百年來由於人類造紙方式之改變，紙漿原料多由早期的麻、皮原料，而演變改由近期的木材纖維充斥所取代，並在近代酸性造紙法的盛行，使用大量明礬、松脂、硫酸鋁等酸性添加物，及在光線、空氣污染中酸性有害物充斥之空間內，交互影響而促成紙張酸性物產生，進而在高溫濕之作用下，使得紙張遭受水解及腐蝕；而紙張中「酶」的發生，則是來自空氣中霉菌的分泌物，所以紙張一旦長「霉」若再配以高溫及潮濕，便會促使紙張纖維遭受水解脫膠而呈現粉屑狀。因此如何有效抑止紙張水解反應發生、如何有效控制典藏空間適當溫濕、如何有效淨化書庫環境空氣品質、如何防止紫外線照射，以防止紙張纖維因水解反應所造成無法回復之憾事，諸如此些均是館員必須知道之重要事情。
四、紙張纖維素的氧化反應
纖維素是由葡萄糖基所組成，又稱無水葡萄糖基體，當葡萄糖基受到氧化劑作用時，纖維素便會生成一群氧化混合物，我們稱之為「氧化纖維素」，由於其分子結構含氧量會較原纖維素為多，而增加其化學活性，進而促使紙張纖維聚合強度降低，而造成紙張纖維素品質的低落，最後導致紙張發生黃變。舉凡自然界有機體都有其一定壽命，皆會隨時間增長而漸漸呈現劣化狀態，此是自然不變之定律，所以紙張自然劣化也是無可厚非之事，而在一般常態下紙張也都會進行緩慢的氧化反應，但在氧化劑、光照及溫濕三者刻意的交互影響下，便會促使纖維素氧化反應加速進行，以下乃就該三者交互作用所產生之結果及方式簡述如下。
就氧化劑而言，其是促成氧化纖維素發生之主要媒因，其產生種類繁多，一般常見者有氧化氮(NOx)、二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)、臭氧(O3)、二氧化碳(CO2)、氧(O2)、氯氣(CI2)、次氯酸(HClO)等，其主要發生原因，係由工業、汽車、燃燒石化燃料所排放之活潑有害氣體、和空氣本身所含之氧化物、以及紙張抄作過程中所添加之氧化性漂白劑等有關。
至於光線對紙張纖維之破壞，經實驗證明，紙張本身之氧化作用是比較緩慢，但經光線照射發生光合水解作用，並在前述氧化劑助長下而產生特有能量，此能量經紙張纖維吸收後，便會發生纖維素的分解氧化，而使纖維素分子鏈斷裂，降低紙張纖維相互間之聚合度，最後便會造成紙張纖維硬化分裂，而失去紙張固有之撓曲強度，使紙張迅速遭受破壞，而嚴重影響圖書裝訂之完整。德國柏林實驗所，在其研究報告也曾指出，凡纖維類紡織品接受三個月不斷日照，紡織品便會失去耐久性百分之九十五，至於紙張則尤甚（註5）。
最後再看高溫濕與氧化反應之關係，在紙張纖維的氧化過程中，若有大量潮濕參與時，則不僅會發生氧化問題，同時也會引起水解反應，而促使紙張纖維硬化斷裂，若當溫度也升高時，則此種反應更會加速進行，而導致紙張變色、紙力衰退，而使圖書劣化狀況更加明顯。所以我國古代藏書樓常有之「曝書」工作，雖不是直接於陽光下照射進行，惟實際也是一種傷書作法，尤其當圖書受潮後在充分光線下曝晒，無疑是使外在的氧化劑、高溫濕與充分的光照同時作用反應於紙張上，加速紙張的氧化與水解。所以圖書館若遇潮濕書情況發生時，必須考慮在減緩圖書紙張之水解及氧化速度條件下來處理，多年前美國加州柏克萊大學東亞圖書館，便曾因地下室水管破裂，而使善本圖書遭受水淹，該館於事發之後處理方式，首先將水淹圖書裝入塑膠袋內，並以攝氏零下27度冷凍保存，以減緩水解及氧化作用進行，再於真空下陸續進行紙張脫水，至圖書八、九分乾後，再放置涼乾上架。
五、結論
任何化學反應的發生，都基於某些特定條件的運作下才能進行，紙張纖維遭受水解、氧化也是一樣，必須要具備前述之各項媒介方能進行，所以為免紙張遭受破壞變劣，我們只需排除促使反應發生之條件，在圖書館經營上密切注意控制藏書處所之溫濕度、紫外線、塵屑、霉菌、有害氣體、以及鼓勵業者改換抄紙漿料與酸性填料，則圖書保存自可在自然常態下延長典藏時間，除上述控制項目外，我們亦尚需注意館內之偷盜、蟲害、水火及讀者不當使用和館員錯誤管理等情況發生，當可更確保圖書保存時間之延長。
【附註】
- 註1：近年來由於圖書館界的先進同道，對圖書資料維護的認知與重視，已漸可看到有關圖書資料維護方面的研究性論文及文章，在圖書館專業性刊物中出現。並改制後之世界新聞傳播學院，新設圖書資訊學系，更勇於突破傳統課程之窠臼，以配合社會資訊急速發展之脈動，而開設若干適切課程，其中「圖書資料保存與維護」系選課程(1)，更是中國圖書館教育史上所首創，以期加強圖書館專業人員於維護知識方面之認知，俾便圖書資料能夠得以受到完善之保存及充份被使用。
(1)「世界新聞傳播學院圖書資訊學系課程規劃」，中國圖書館學會會訊，三卷三期（民84年9月），頁15。
- 註2：「氯化」(Chlorination)主要作用係除去紙漿中之木質素。蒸煮時木質素之變質使紙漿帶有深暗之顏色，但蒸煮過程中不易將木質素完全除去，因此欲使紙漿變白，必須另予處理，故漂白實即蒸煮之延續，蒸煮與漂白合併而言，即「除去木質素」之作用。
參考資料：朱志燿編，製漿造紙學 第二冊（台北：紙業新聞社，民62年），頁160。
- 註3：依據明代宣紙取樣化驗結果，其中含有青檀皮漿纖維為100％，換句話說，就是明朝時期，拿來造宣紙的是單一樹皮原料，宣紙中摻入稻草漿，則是清朝晚期以後之事，據說清朝晚期，由於檀皮原料缺乏，抄紙者便在攤晒皮料的過程中，夾雜一些稻草，居然抄出令畫家在下筆作畫上十分滿意的宣紙，從此摸出了用檀皮和稻草兩種原料搭配來抄造宣紙的技法，這是一種說法；另一種說法是清乾隆以後，抄紙者以稻草摻假降低成本。孰對孰錯，留存此疑，待人考證。惟據從事此行之人所言，用兩種原料（皮和草）按最優比例配方抄紙，可以截長補短，甚至得到繪畫效果，比單純用全皮料抄出的紙還要好，惟筆者認為，使用者在使用筆墨時潤筆效果，是有可能雙料抄作的宣紙，效果上會比較好。但在長久保存時，單料的宣紙，其撕破、耐折強度會較優，其耐侯性、耐久性也較強。
參考資料：劉仁慶編，宣紙與書畫（北京：輕工業，民國76年），頁23、32。
- 註4：所謂催化劑係為改變化學反應而添加的一種物質，可使反應速度加快者，稱為「正催化劑」，減慢者稱為「負催化劑」，而自身的組成及重量在反應前後均不改變。
參考資料：顧翼東主編，化學辭典（台北：建宏出版社，民83年），頁986。
- 註5：楊時榮編著，圖書維護學（台北：南天書局，民國81年），頁211。