一張紙中的歷史和化學奧秘！下

（作者：孫亞飛，清華大學化學系博士，科普作者，原創作品，轉載請註明出自知識就是力量微信公眾號）

不過，話說回來，除了本土的工匠之外，這些紙張中也還有一點中國傳統的成分，那就是一種被稱為紙葯的物質。

明代成書的《天工開物》，記載了當時的各類手工技術，其中就濃墨寫到了「紙葯」。據記載，所謂紙葯，其實就是一些植物的粘液，尤其指的是藤蔓類的植物。

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紙葯是在紙張打漿之後加入，而這時的漿液主要由纖維素與水構成。然而，纖維素不溶於水，密度卻又要高於水，所以只要靜置一會兒，紙漿中的纖維素就會發生沉澱，呈現絮凝，如此造出的紙張，就會不那麼均勻。而加入紙葯之後，漿液就會變得粘稠，纖維素也就能夠穩定地懸浮於液體之中，只不過這其中的道理，古人雖知其然卻不知其所以然。

其實，從植物中提取的這些紙葯，用現代科學眼光看來就是一些水溶性的高分子。這類高分子有個獨門絕技，就是可以增加水溶液的粘度，而高粘度不僅能讓紙漿保持均勻，在用紙簾撈出紙張之時也有助於延緩濾水的速度，而這個過程，足以讓工匠們有時間挑揀出一些雜質。

不過，既然這些高分子有粘性，那麼由此造出的紙張就容易粘合到一起，最終的產品質量也就不容樂觀。不過所幸的是，只需過一遍熱水，這些粘液就能被洗去，紙張也就不會因此粘連了。

在造紙機剛剛引進到清帝國之時，第一種人工高分子材料——硝化纖維素才剛剛問世，所以不同於其他物質，紙葯並沒有新型的替代品，所以還是只能採用這些天然的植物粘液。

植物粘液雖然好用，卻也不是完美無缺，一來是這些植物原料的產量與品質受季節影響大，這個月剛用得好好的，可能下個月就斷貨了；還有一個問題就是這些天然原料的耐熱性不佳，在造紙的過程中就有可能會失效。所以說，如果有了合適的替代品，這些天然「紙葯」的配方也會逐漸退出歷史舞台。

1953年，高分子材料技術已經逐步走向成熟，日本的一位科學家在對「紙葯」進行了充分研究之後，採用聚乙二醇替代天然紙葯，大獲成功。在這種人工紙葯的輔助之下，紙漿中的纖維素能夠均勻地懸浮，過濾的效果也令人滿意，唯一的不足就是容易產生氣泡。

如今，常見的紙葯幾乎都已是人工材料，在聚乙二醇的基礎又有了改進，通常是聚丙烯醯胺、改性澱粉這類高分子，季節的更迭不再是問題，而且也能更好地耐受高溫。

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實際上，現代造紙工藝遠比一百年前更複雜，為了讓紙張的品質更優異，幾乎各個環節都有化學助劑的參與：蒸煮原料時，會加入蒽醌作為催化劑，這樣有助於使一些還原糖轉化為糖酸，進一步有助於纖維素的脫離；漂白的過程中則會加入一些尿素，從而可以讓纖維素在漂白過程中不至於過度降解。

而介於紙張在受潮之後強度下降的問題，現代造紙術中還採用了濕補強劑，通常是脲醛樹脂這類的高分子，紙張經過這麼處理之後，就會變得不那麼容易受潮，受潮之後也不至於毫無強度……粗粗統計下來，從樹木被砍倒到最終的成品紙，需要二十餘種助劑才能實現，而這有賴於如今成熟的化學原理及技術。

有了這樣不受制於一時一地的生產技術，古老的紙張如今仍然活躍在歷史舞台，是人類社會中最重要的材料之一。每一年，這顆星球上都會生產多達4億噸的各類紙張，用於書寫、印刷與包裝，當然廚房衛生間里也是少不了它們的身影。也許只有這些紙的存在，才能讓我們真正體會到什麼叫做「文明」。

但，文明也是有代價的。

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2012年7月，正是一年中長江流域最炎熱的時期。然而就是在月末的一天，位於長江尾的小城市啟東，卻發生了一件震驚全國的大事，近十萬人潮不顧烈日灼射，湧上街頭，只為迫使當地政府改變一個決定：不要將造紙污水直排入海。

同年，我國的造紙總量突破1億噸。抗議排污的人群中，既有指點江山的學生，也有誨人不倦的老師，還有餐風飲雨的漁民，甚至不少基層公務員也參與其中，只為了給市民們討個公道。

與以往污染事件不同的是，這一次的污染源距離市民遊行的地點足有110公里，那是一家由日本投資的大型造紙廠，每天排放十多萬噸污水，沒有辦法徹底處理，只好開挖一條巨型管道，同時接納沿途的一些污水，直到匯入大海。

在環境意識日益增強的今天，如此公然污染近海的行為，遭到市民們的反對，實屬必然。面對他們的維權行為，當地政府最終妥協，答應了市民要求，並且也沒有追究活動組織者的責任。顯然，在這件事上，控制污染是唯一正確的途徑，可既然如此，為何企業最初會與地方政府達成那麼傷天害理的排污方式呢？

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說到底，就是因為造紙業的水污染問題解決起來，成本實在是太高了。

前面提到，造紙術其實就是將纖維素從植物殘渣中提取出來，這就必然會拋棄大量的非纖維素成分，主要是一些木質素與半纖維素，它們溶解或懸浮在水中，從造紙廠中源源不斷地排放出來。每生產一噸紙，差不多就要排放40噸廢水，因此造紙污染是個十分嚴峻的問題。

更嚴峻的是，以木質素為代表的這些污染物，自然降解時會消耗大量的氧氣，如果排入水體，必然會導致水中的溶解氧不足，魚蝦也會面臨生存壓力，這也就難怪啟東的漁民們會對排污的計劃如此敏感了。

不僅如此，在造紙過程中需要添加很多種添加劑，其中大部分也進入到了廢水之中，它們對於水體和土壤的危害也是不容小覷，比方說所有造紙廠都會大量添加的氫氧化鈉，如果不進行回收，毫無疑問會污染周邊大片土地。

如今，鹼的回收並無太大的技術性困難，並且可以提取燒鹼、白泥等等材料反哺工業，但成套設備的投資卻不是一筆小的數目，因此不少企業目前並沒有安裝這樣的處理裝置，結果自然是污水橫流。

然而，污水耗氧量太大的問題依然需要技術方面的創新。近年來，更多的人將這一問題的答案交給了生物化學的方法，採用真菌、細菌或是酶對這些有機物進行降解。這其中最有發展前景的還要說是生物厭氧發酵技術，通過微生物的作用，這些還原性的有機物可以被發酵為沼氣，不需要消耗太多的氧氣，產物還可以用來燃燒發電，當然是一舉兩得的好辦法。

不過，這種方法無論是從成本控制還是技術難度而言，都還稱不上完全成熟，比方說微生物必須在適當的溫度條件下發揮最大效力，但室外溫度會隨著季節而變化，冬季的發酵時間會大大延長，這顯然不利於工業生產，而給污水池保溫又是一個耗費大量能源的工作。

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除了環境污染，造紙術還給地球帶來了另一個壓力，那就是局部生態系統可能變得更脆弱。

為了能夠更大規模地獲得造紙原料，3-5年的速生林已經成為上個世紀重點發展的資源。然而，人類無節制地發展，導致大片森林被迫換上了這些速生林，也帶來了更多生態隱患。由於生長速度遠快於一般樹種，速生林需要施更多的肥，也需要更多的水實現植物的蒸騰作用，土地養分也因此嚴重透支。

同時，有些速生林還會產生化感作用，比方說桉樹，就會生成一些特殊的化學物質，從而與其他個體或種群之間產生聯繫。不少化感物質對於競爭性植物來說都是毒藥，也就是說，種過桉樹之後，土壤成分發生了變化，生物多樣性也會因此受到影響。

所以說，造紙術雖然顯著推動了文明發展，但由此帶來的環境問題，卻是令人有些始料未及的。不過話說回來，這些問題也並非是技術的原罪，究其根本也還是有些人的貪婪在作祟，只不過，這些人的貪，卻需要全體人類為之買單。

更讓人感到有些傷感的是，儘管紙的產量還在連年增長，但它最引以為傲的功能——知識傳播，如今卻呈現「無紙化」的趨勢，比方說這篇文章，談的是紙，可最先實現的傳播載體卻是液晶顯示屏。這樣的變化趨勢究竟是利是弊，也許只有幾百年之後的未來人才能評價，不過閑來無事之時，泡開一杯綠茶，翻開一本由紙裝訂而成的書，恐怕也不失為一種消遣的良方吧。

編輯：劉偉瓊

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