一張紙中的歷史和化學奧秘！上

（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）

1931年9月18日，東北三省一夜之間淪入日寇之手，中國近現代史上最大的災難即將來臨。儘管全面抗戰尚未開始，但南方諸省的手工業已經遭受了滅頂之災。

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作為毛竹的主產地，浙贛閩三省長期以來都是中國造紙業最發達的地區。二十世紀初，中國的造紙業正處於手工向機械化轉型的階段，但直到九一八事變前夕，手工造紙的產量仍然高達七成。雖然這些紙的品質一般，連報紙都印刷不了，但農村地區對廁紙以及祭祀用紙的大量需求，還是勉強可以讓從業者維持生計，而東北地區正是重要的目標市場。

然而東北淪陷之後，日本很快就在這裡建立了造紙廠，工業紙逐步驅離了本地市面上的南方竹紙，並進一步南下闖入華北，傳統手工紙的市場急劇萎縮，從業者很快便陷入虧損，數十萬人因此從小資產階級被迫轉成了無產階級。

在造紙術這個領域，中國古代的手工業者可謂是全世界同行的老師。史料記載，東漢的蔡倫是紙的發明人，但實際上，不少證據也表明，西漢時代就已經出現了原始的紙，袁翰青先生經過考證，認為合理的誕生的過程是漂絲工藝啟迪了造紙之術。

最早的紙張其實是蠶絲，是動物蛋白纖維，而非是植物纖維，這也能很好的解釋為什麼紙的部首會是「糹」。當然，蔡倫對於造紙而言也是功不可沒，其最偉大的貢獻也許就是在此基礎上發揚光大，讓紙張成了一種可以流行起來的「商品」。

漢朝衰落之後，朝鮮、日本這些近鄰最先取經中原，學會了造紙術；唐朝時期，對外交流日益頻繁，吐蕃及東南亞地區也先後學會了造紙術。相傳在唐帝國與阿拉伯帝國之間發生的一場戰爭之後，阿拉伯人從幾名戰俘那裡學會了造紙術，從此這一技術一路西去，12世紀時經由伊比利亞半島進入歐洲大陸，而到了16世紀，又隨著新大陸的殖民者們流傳到了美洲。

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然而，地球是圓的，在經歷了文藝復興與工業革命之後，歐洲人在19世紀來到了中國，帶來先進的造紙機與造紙理論，與曾經的老師「切磋」造紙之術。

毫無懸念，在造紙方面固步自封了千餘年的老師，這一次敗下陣來，除了宣紙等少數紙品更適合毛筆書寫之外，其他方面劣勢明顯。於是，在轟轟烈烈的洋務運動中，一些開明的地方總督大人們便引進了造紙機，學習西方技藝開始生產紙張。

然而，對於近代化學幾乎一竅不通的晚清工匠們，即便學會了如何操作造紙機，也並不能造出質量優異的紙張來。傳統造紙業所使用的竹漿與石灰，並不怎麼適用於這些機械，所以為了能將這些機器開動起來，這些洋務工廠只好從歐洲國家進口木漿、燒鹼還有漂白劑等各種化學品。

說起來，紙的化學成分並不算複雜，主要其實就是纖維素，一種由葡萄糖串聯起來的鏈狀高分子。

在自然界中，纖維素可謂是最高產的有機物，粗粗估算下來，各類農作物、花草、海藻以及森林每年可以產生上百億噸纖維素，稱其為人類取之不盡的原材料庫，怕是也不為過。

不過，各類植物生產出的纖維素並不純凈，而是和其他一些物質雜糅在一起，形成秸稈或是樹榦。對於植物而言，鏈狀的纖維素就如同是鋼筋一般，將它們支撐起來，屹立於風雨之中，高聳在岩石之上。不過，柔韌的纖維素也需要幾個幫手提供剛性才能勝任，其中最主要的兩種叫半纖維素和木質素。如果說纖維素是直鋼筋，那麼半纖維素就好比是各種鋼筋彎頭，至於木質素，就是富有粘合力的混凝土了，這樣混合形成的秸稈，才像是構建高樓大廈的鋼筋混凝土。

所以說，造紙的過程就如同是從堅硬的鋼筋混凝土中剝離出直鋼筋，再將它們堆積排列起來，紮成一塊塊鋼筋網。顯然，這並不那麼容易實現。

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扮演「混凝土」的木質素，是造紙術中極難對付的大敵，在手工造紙時代，無論是抄紙法還是澆紙法，都必須通過浸泡、蒸煮、捶打的工藝，一點點地將木質素去除。

然而，木質素呈現黏膠狀，僅通過水洗搓揉的方式，還是很難脫除乾淨，於是經過長期實踐，古代中國人終於發現鍋灰是個不錯的清洗劑，只不過沒人可以說清楚這其中的原理。

其實從化學的角度來說，這也很好理解。木質素主要是些多酚類物質，呈現酸性，而鍋灰中含有不少碳酸鉀，恰是鹼性，可以將木質素中和，膠狀的分子也就更容易溶到水中。

後來，隨著石灰開採技術逐漸成熟，鹼性更強的石灰粉取代了鍋灰，成為造紙過程中更為常用的一種中和劑。

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不過，到了19世紀，西方的鍊金術已成明日黃花，元素周期表出現了雛形，而經典酸鹼理論也在這段時期建立了起來。歐洲人學會了生產氫氧化鈉，這種被翻譯為「燒鹼」的物質，比起石灰中氫氧化鈣而言，不僅鹼性強，而且中和之後還不會產生沉澱，也就不會在紙張上形成污點。

然而近代化學對於造紙術的推動作用還不止於此。包括木質素在內的很多有機物都有顏色，這對於成品紙張來說可不是什麼好事，尤其是書寫用紙，如果不夠白，看起來可就不那麼舒心了。

古代人為了造出白紙，只好將造好的紙放在太陽下曝晒，利用紫外線的威力實現漂白。然而藉助於化學知識，漂白就不那麼困難了，只需要一點氯氣，土黃色的紙張便可以很快就呈現雪白色。

不過氯氣使用和運輸都不怎麼方便，因此氯氣與氫氧化鈉反應而來的次氯酸鈉就派上了大用場，只是有一點，在使用次氯酸鈉時，還需要來點硫酸進行酸化，這樣漂白作用才更有效。當然，這背後的化學知識也並不難解釋，次氯酸鹽的漂白作用源於其強氧化性，而酸化過程正可以對此進行加強。

不過，即便有了這些新鮮的洋玩意兒，這些洋機器也只有吃下洋木漿，才能吐出「本土」的機製紙，這也令當時的紙工們頗為不解。其實，每一種植物打出的漿液，儘管主要成分類似，都是纖維素、半纖維素及木質素的混合物，但纖維的長度等參數，對於造紙機的設計來說，就是需要重點考慮的因素了。

這看似簡單的問題，對於當時國弱民貧的晚清政府來說，雖有能工巧匠也不能奈何分毫。直到新中國成立之後，才出現了針對竹漿設計的造紙機。

編輯：劉偉瓊

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