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纸短情长:造纸技术发展简史
作者:管理员    发布于:2020-04-23 23:41:38    文字:【】【】【

  1彩3主管QQ:5544867 为您提供注册、登录、客户端、计划、挂机下载等服务。如果我们在人类的文明中,评选出最为重要的几种材料,那么除了钢铁、布料这些热门选项外,纸恐怕也是一个有力的竞争者。作为中国四大发明中最为重要的一项,纸现在已经在人类社会中无处不在。推动人类知识进步的科学论文,英文就叫paper;美国看似强大,实则外强中干,是paper tiger;曹雪芹呕心沥血,一把辛酸泪,最终不过是满纸荒唐言。多少人喜怒哀乐、辛苦劳作、呕心沥血、起早贪黑,可能就是为了某一张纸,它可能是十年寒窗苦换来的那张文凭,可能是埋头苦干换来的车水马龙的都市中某个角落里那个属于你的小两房的证明,可能是余生多多指教的甜蜜羁绊,更可能是帮助某个可怜的贫困孩子圆梦的红色毛爷爷。纸,或许定义我们的全部。欢迎收看大型娱乐节目回到2049第四季第20集《纸短情长:造纸技术发展简史》。

  人类离不开纸。在纸张尚未发明的文明黑暗时代,我们对这一阶段历史的认识都是模糊的。除了没有成熟的文字外,人类也缺少能够长久记录并留存的物质媒介,这正是这段历史缺失的重要原因。其实,在人类文明的幼年,甚至可能是在语言产生之前,人类就已经开始了对信息的记录。从最开始拿一条绳子打两个节来记录隔壁吴老二欠我两头牛的结绳记事,到后来的殷商巫医烧龟壳来预测历史的进程,渐渐地,人类从无文字时代进入到了有文字时代。不过,这时候的信息记录媒介非常有限,而且不保险。比如史前时代的潘博士从周半仙那里要来了一个生发的方子,由于没有地方记录,他把药方写在地上准备第二天抓药。但是,过夜的一场大雨就能毁掉潘博士的秀发梦。那时候可用的材料,除了前面所说的龟甲外,剩下的候选,无非就是人类当时可以得到的几种有限的材料,比如石头、青铜,以及像美索不达米亚平原上的苏美尔人那样,用陶片来记录楔形文字。不过,这些记录用的材料要么十分昂贵,要么就是记录的方法十分困难与复杂,难以大规模地使用。

  而随着人类文明的进一步发展,人类认识世界与改造世界的能力越发强大,人类也开始探索使用其他的材料来记录信息。在我国古代,最常见的就是竹简,竹简在很多的影视作品中都有出现,一般是是竹条或者木条,经过烘烤干燥后,使用绳索或者皮条将它们编织起来得到的。竹简盛行的时代,正是奠定中华文明基础的百家争鸣时代,中国人的词典中从此多了很多跟竹简有关的词汇,比如形容勤学的韦编三绝、形容学问高的学富五车,指代历史的丹心照汗青,电影拍完大功告成的杀青,都来自竹简的生产与使用。虽然竹简便宜好用,但是竹简有两个致命的缺陷,一是重量太大,二是会朽烂,难以长久与大量地记录信息。

  除了竹简之外,另一个重要的材料就是缣帛,随着中国桑蚕养殖与纺织业的大发展,我国古代人民可以获得丝帛这种结实、耐用、轻便的材料,按理说,丝帛可以成为优秀的信息记录材料。但是这种丝帛太贵了,仅仅达官贵人才用得起,在大多数人温饱都不能满足的古代社会,大规模使用缣帛显然也不是一个好主意。

  那么人类是否能够像服装那样,使用天然物质来生产自己所需要的记录信息的材料呢?其实,利用植物纤维来制作书写媒介的技术,在很早之前就已经掌握了。其中最为著名的当属莎草纸。早在公元前3000年,人类文明先行者之一的古埃及便已经有莎草纸出现。这种莎草纸是使用一种生长于尼罗河三角洲的特殊植物——纸莎草制成的。纸莎草茎高可达3米多,粗细与人的手腕相当,茎部富含纤维。

  古埃及人把采集而来的纸莎草取茎并削掉外皮后,留取中间部分较为柔软的内芯。再将内芯部分切成40厘米左右的长条,并切成薄片。之后将得到的内芯薄片,在水中浸泡6天,除去其中的糖分,接下来就可以进行下一步了。首先是把这些长条形的薄片并排放置一层,再在上面垂直放置另一层。然后将这两层叠在一起的长条,在湿润状态下转移到两层亚麻布中间,通过外力的捶打,挤出薄片中的水份,并将两层薄片仅仅地压在一起。在这一步操作结束后,搞一个重物放在上面继续压一段时间,将莎草纸压缩得更紧密、更干燥。最终所得的薄片就是莎草纸成品了。

  与传统的泥板、竹简、金属、石头等那些天然的书写材料相比,莎草纸非常轻便、柔软,是非常好的书写材料,所以迅速地从古埃及传播到整个欧洲。但是这种莎草纸的缺点也是非常明显的。首先就是纸张的强度太差,一点也不结实,而且不能折叠,长途运输非常易碎。造成这个现象的主要原因,就是长条型薄片之间,完全通过植物组织中的胶质汁液粘连,强度很差。其实,你哪怕像凉席那样经纬之间交织起来也挺好,但是莎草纸不可能通过这种需要密集劳动的方式来生产。其次,莎草纸非常不耐潮。在潮湿的环境中,莎草纸中薄片之间的粘结力变弱,于是纸张就会起翘甚至破碎。而且潮湿环境会导致微生物的滋生,尤其是这种天然的物质,非常受微生物的喜爱,于是莎草纸就发霉了。埃及那种干燥的环境,这样一个问题还不算严重,但是当莎草纸被引进到潮湿阴冷的欧洲后,这些问题凸显出来了。

  由于过于脆弱,这种莎草纸需要像宝贝一样给供起来,但有时候也难遂人愿。所以为了保存重要的信息,防止莎草纸的损坏造成的信息丢失,就需要反复抄写备份。比如,罗马皇帝泰特里库斯为了记录并宣扬罗马帝国的光辉历史,命令每年官方的抄写员,都需要将所保存的书写在莎草纸上的历史著作抄写十遍。这种重复备份的方法显然是极不现实的。不仅费劲,其实信息也会失真,你可以想象一下,在莎草纸上写这么一句话:黄博士是直男,特别喜欢漂亮小姐姐。今天损坏了少一个字,明年少一个字,抄来抄去估计最后就变成了:黄博士是小姐姐。事实上,当年的罗马帝国从古埃及掠夺了不少的莎草纸文献资料,并精心保存在自己的图书馆中。但是,这些资料在短短地一百年内就已经发生损坏。另外,还有一个问题就是,莎草纸的生产非常依赖纸莎草,而纸莎草这种作物,仅适合在尼罗河三角洲地区生长,所以西方所使用的莎草纸长期被古埃及垄断,这同样限制了莎草纸的大规模应用。后来又由于战乱,欧洲能够从古埃及进口的莎草纸产量暴跌,于是欧洲人不得不去寻找新的记录媒介,就在这一背景下,羊皮纸出现了。

  羊皮纸是使用整张的羊皮或者小牛皮做成的。将新鲜的羊皮经过清洗与石灰水浸泡后,去除皮上的毛发与油脂,然后将处理过的羊皮在木框上进行强力拉伸,并用刀进一步把皮面削薄。处理过后的羊皮继续保持拉伸状态并干燥,最后就可以获得一整张可以使用的羊皮纸了。同莎草纸相比,羊皮纸有着独特的优势。首先,羊皮纸的强度与耐久性要远高于莎草纸,防水防油又有弹性。另外,羊皮的来源十分广泛,只要可以养羊就有羊皮,并不限于具体的气候环境,同时也可以用其他的动物皮代替。可以说,羊皮纸各方面都好,但是唯一的缺点就是成本太高,不仅是将羊皮加工成羊皮纸的人工成本,关键是羊皮本身也贵啊,再有钱也不够这么消耗的。比如说,如果使用羊皮纸来抄写一本《圣经》,需要使用200-300张羊皮制作的羊皮纸才够。所以羊皮纸注定跟我国古代的缣帛一样,是高大上的奢侈品,一般只有在极为郑重的场合,比如宗教、法律等情况下才会使用。

  也就是说,尽管古代西方各国因为莎草纸与羊皮纸的使用,使得记录历史成为了可能,但本质上,这些材料仍然是无法满足日常使用的。这一问题直到公元8世纪才被来自中国的纸张所取代,而这就涉及到我们中国造纸术的发明了。

  事实上,由于年代太过久远,我们现在早已无法知晓造纸术的起源究竟来自何处。不过,有人认为中国造纸术很可能起源于华南地区。考古发现,华南地区早在6000多年前就已经开始了对树皮的大规模使用,通过对树皮进行清洗、干燥与捶打,可以制作像布匹一样的树皮布。而且即使到了今天,岭南地区也还保留着制造树皮布的传统手艺。不过在当时,这种树皮布主要的用途,是作为服装材料而非记录文字,毕竟那个年代的岭南哪有什么文字,有纸也不会写,七天憋出六个字这是何苦呢。

  当然了,这个树皮布还算不上是纸,但它却给了我国先民以启示。那就是树皮中的纤维,确实可以给人类提供一种廉价、结实的书写材料。实际上,人类早就有使用树皮来进行书写的历史。公元前5世纪的时候,南美洲的玛雅人就开始使用脱毛榕木的内树皮来制作纸张。还比如之前穷的时候,东北地区的人会把白桦树皮剥下来当纸用。这些例子都说明,使用树皮中的纤维,确实可以用来制造用于书写的纸张。

  不过,前面所有这些提到的纸张,都与后来公认的纸有着质的不同。无论是莎草纸还是树皮纸,它们的生产仍然受限于原料的大小,纸张的内部纤维结构,其实仍然维持着植物中的状态,并未发生本质的改变,这就导致人类无法制造更为轻便、大小可以随意调整的纸张。所以我们斗胆,把中国造纸术真正产生之前的的时代称为“伪纸时代”,而造纸术发明以后的时代称为“真纸时代”。那真纸到底“真”在哪呢?这就不得不从纸张的成分说起了。

  纸张的主体成分是纤维素,纤维素是一种长链的多糖类聚合物,表面有大量的羟基,而这些羟基容易形成氢键。所以在纤维素分子链之间,会发生彼此的结合,并形成原纤维,原纤维之间经过进一步的结合,就形成了丝状的纤维。植物中的纤维,按照植物内部的生长规则存在,但这种天然的结构并不一定适用于纸张的要求。所以在真纸时代,需要将植物组织进一步打碎,并在水中形成分散的植物纤维悬浮液,这就是纸浆。经过上述处理所得到的纸浆,经过合适的筛网的过滤,可以得到一层被过滤下来的纤维。在这堆纤维内部,纤维之间的以杂乱无章的的形式交织在一起。这些杂乱无章的纤维之间将重新建立起氢键,从而维持一定的强度。这一层纤维交织物经过干燥和挤压,去除剩余的水分后,便能得到纸张成品了。

  而这种对纸张纤维处理方法的根本性改变,就是中国造纸术的贡献了。一提到造纸术,我们总是会不由自主地想到蔡伦,并认为纸是他发明的。但是这种说法其实并不准确,蔡伦确实在造纸过程中有着重要的作用,造纸术中的蔡伦就好比蒸汽机中的瓦特,但他并不是纸张的最初发明者,而仅仅是一个总结前人经验并进行重要改进的人。实际上,早在远远早于蔡伦时期的几百年前,我国就已经有了纸张存在的证据。

  1957年,在西安东郊的灞桥砖瓦厂,工人们在挖坑取土的时候发现了一座古墓。砖瓦厂的相关领导当场做出重要指示,表明要请示领导。经过汇报后,被派来进行发掘的考古工作者发现,在墓中的一枚青铜镜上,衬着一些麻类纤维纸的残片。这种纸后来被命名为“灞桥纸”。后来的研究发现,灞桥纸的年代大约是汉武帝时期。而此时距离蔡伦出生还有接近两百年的时间。灞桥纸的存在表明,中国造纸术的发明时间肯定不晚于西汉。

  不过,这种灞桥纸虽然出现时间很早,但仍存在着不少的问题。由于受限于不完善的工艺,灞桥纸的质地并不均匀,表面也并不均匀平整,如果用这个纸来写情书,肯定撩不到小妹妹,实在是有点上坟烧报纸糊弄鬼的感觉。另外,当时的造纸原料是构树皮与麻等几种有限的植物,来源较为单一。纸张的强度也不行,而且由于生产技术的限制,纸张的生产效率还比较低。这就是蔡伦改进造纸术之前的情况。

  时代呼唤大新闻的出现,于是蔡伦出手了。当时的太监大总管“中常侍”蔡公公的仕途可谓平步青云,他除了在宫里有编制以外,还兼任着位列九卿的“尚方令”一职。所谓的“尚方令”,就是负责皇宫制造的“尚方”这一机构的一把手。皇帝赐给钦差大臣的“尚方宝剑”,其实就是指由皇家制造局尚方制造的大宝剑。可见,当时蔡伦的地位相当于大汉常委,是负责大汉工业生产的分管领导。当蔡公公了解到当时造纸术所存在的问题时,对尚方局的同志们做出了重要指示,表示要发扬艰苦奋斗、勇于攻关的大汉精神,努力为皇帝陛下提供更好的纸品。

  在经过多次的实验与改进后,终于在元兴元年,也就是公元105年,蔡伦所领导的科研小组向汉和帝展示了技术攻关的成果。皇帝大喜,这尼玛我大汉是要科教兴国,建立知识创新型社会啊,赏赏赏,并且发布诏书,要在全国进行技术推广。可以说,经过蔡伦等人的改进的造纸术,基本解决了之前造纸术所存在的问题,造纸术这才真正成为了一种可以不受限制地生产轻薄柔韧纸张,且价格低廉、取材广泛的新技术,使用这种技术生产的纸就被称为“蔡侯纸”。

  可惜的是,这种造纸技术的具体技术细节,在史料中并没有详细记载,仅仅是寥寥数语。假如我们怀着恶意揣测一下,这些技术突破真的是蔡伦做出来的吗?我们对此表示怀疑,首先,技术的突破不是一个人在短期内就能实现的,更何况蔡伦手下尚方局里网罗了多少全国的能工巧匠,汉朝的哪一个东西他们没做过?我们相信,这些当时的专业技术工人,肯定要比蔡伦更懂得造纸技术的细节。你们说像蔡伦那种大领导,每天都很忙的,哪有那些时间和精力去做这个技术改进和实验?估计是蔡伦给手下工人开会,说你们怎么实现我不管,反正我就要便宜、好看、好用、结实的纸,下面这些干活的匠人只能没日没夜干出成果,然后蔡伦拿着这些成果跟皇上一汇报,皇上高兴一赏,史官也不懂,研究成果随便记录下就行了,反正又没人在乎。

  所以在造纸术发展历史中的蔡伦,已经跟历史中真实的蔡伦没什么关系了,蔡伦已经变成了一个符号和一个代表,他代表的是当时为了改进这些技术而不断思考、不断尝试的工匠们,代表了我国古代聪明勤劳的广大劳动人民。

  虽然“蔡侯纸”的具体技术细节我们不知道,但是中国的造纸术在这一基础上逐渐发展,并形成了完整的造纸技术,这些造纸的过程与原理,几千年来基本未再发生变化,一直沿用至今。具体来看,造纸过程大致可以分为两大步骤,一是将原料制作成纸浆的打浆过程,二是使用纸浆制造纸张产品的抄纸过程。

  首先是打浆过程。打浆过程从本质上来说,就是将植物组织中的原有纤维结构完全打乱,并去除其中杂质的过程。打浆的过程可以将植物中成捆的纤维结构完全打散,使其成为完全散开的丝状纤维,这一过程被称为“纤维帚化”,也就是让纤维束像扫帚一样散开。改进的造纸术大幅度拓展了造纸的材料,所使用的原料除了之前的麻与构树外,还可以使用其他种类的植物,比如树皮、藤条、竹子,麦秆,甚至是由麻线制成的破渔网,都可以作为造纸原料。

  在传统的植物组织中,主要成分是纤维状的纤维素,以及纤维之间的木质素。在这其中,木质素是一种硬而脆的物质,所以含有较多木质素的木头一般也都比较坚硬。于是,为了获得分散的纤维,就需要通过物理或者化学的方法,破坏植物中木质素的结构,一般有三种方法。第一种方法是机械制浆法,就是将原料通过机械方法进行粉碎后,经过热水的蒸煮来实现。这种方法主要是通过机械的方法破坏植物中的木质素结构,但是并没有去除这些木质素,所以得到的纸浆产量比较高,但是纸浆中的木质素杂质比较多。由于纸张的强度主要取决于纤维素之间的氢键,这些粉碎的木质素的存在,将影响纤维之间氢键的形成,所以使用这种机械制浆法得到的纸浆所做成的纸一般都不太结实。不过,由于机械制浆法操作简单、价格低廉,所以一般用于强度要求并不高的场合。比如报纸就是由机械制浆法得到的纸浆生产的。此外,木质素含量比较高的纸张中,木质素在紫外线的作用下,会与空气中的氧气发生氧化反应,生成黄色的酮类和醌类物质。所以很多老报纸都是泛黄的颜色,就是因为其中的较高含量的木质素所导致的。

  第二种方法是化学制浆法,通过向原料中添加部分化学物质,一般是碱类与亚硫酸盐等物质,来获得纸浆。添加这些物质后,可以消耗掉纸浆中的木质素,所以通过化学方法得到的纸浆,纤维素含量一般都比较高,相应地所得到的纸浆产量就比较低了。由于纤维素含量比较高,纤维之间的形成的氢键,较少受到木质素的干扰,所以这样的纸张强度一般都不错,而且不易变色。化学制浆法一般用于生产纸张要求较高的场合,比如铜版纸、打印纸等文化用纸。

  当然了,这种化学制浆法在现在,都是用纯度较高的化工产品来进行,但是在生产力较为低下的古代,哪有什么化工产品,当时人们使用的一般都是石灰水与草木灰等碱性物质来代替,相应地,其对木质素的去除效果较差,所以一般还要结合使用机械打碎,这便是第三种制浆方法,也就是化学机械制浆法。事实上,古代的造纸技术,基本上都是采用这种方式来实现。其中有时候,也会使用发酵法来代替碱性物质的添加。在我们之前的节目《衣冠楚楚》中介绍到,人类为了利用亚麻中的纤维来做布料,使用加水沤渍的方法,来得到较为纯净的麻丝。这种沤渍的方法,就是依靠水中滋生的微生物来吃掉部分木质素,从而实现木质素的去除过程。由于化学机械制浆法是一种介于机械制浆法与化学制浆法之间的方法,所以所得到的纸浆质量以及木质素含量,都介于两种方法之间。

  纸浆制造完毕以后就是抄纸过程了。这个过程相对较为简单,其基本的原理就是使用方形的筛网,在纸浆池中捞出部分的浆料。这部分浆料经过筛网的过滤后,就可以得到较为成型的纸张了。不过这还没有完,此时的纸张还处于润湿的状态,纤维之间的结合并不紧密,纸张非常脆弱,所以就需要对得到的纸页进行压榨,帮助其排掉更多的水分,进一步提高强度。最后,还要将得到的纸张进行长时间的晾晒或烘干,最终得到纸张的成品。

  可以说,造纸术自从汉代被发明以来,人类的信息传递与记录的门槛被大大地降低,读书写字不再是贵族们的专属活动,中华文明的历史也被史官们老老实实地记录在白纸黑字上。由于汉字超高的信息密度与文字的统一,中国人开始同写一种字,同读一本书,中华文明的历史进程被大大地推进了。

  而随着中华文明的强势崛起,造纸术也开始了向西的传播。公元8世纪,中东倒爷阿拉伯人从强盛的大唐学来了这套神秘的东方技术,经过一段时间的消化吸收后,成功掌握了一整套造纸的工艺,并做起了二道贩子,进一步向更西边的东欧和北非传播。当时的这些地方,仍然使用昂贵的羊皮纸与受限于材料的莎草纸,信息的记录与传递成本非常昂贵,这下好了,当看到中国的造纸术后,欧洲的人们对阿拉伯人表示:你们给我搞的这个东西啊,excited!

  公元12世纪初,阿拉伯人的一支,北非的摩尔人在现在的西班牙地区,建立了第一个造纸厂,廉价耐用的纸张迅速取代了之前的材料,占领了整个欧洲市场。当时的欧洲,普遍都处于蒙昧的神棍中世纪时代,纸张没啥别的用处,无非就是被用来抄写《圣经》。以往,《圣经》都被书写在昂贵的羊皮纸或牛皮纸上,所以只有教士与贵族阶层才能阅读《圣经》。这种对《圣经》的垄断,可以让他们按照自己的需要来解释《圣经》,从而帮助他们更好地统治底层人民。但是,这种对《圣经》的垄断,由于造纸术以及后来的印刷术出现,终于被逐渐打破。平常人也可以拥有、阅读《圣经》,也开始逐渐有了自己对《圣经》的理解与想法,于是,人民开始对教会代表的神权产生了质疑。后面就是马丁路德的宗教改革,并进一步催生了文艺复兴,人权开始逐步战胜神权,欧洲迎来了繁荣的思想解放与地理大发现。可以说,没有来自中国的造纸术与印刷术,就没有西方现代文明。

  当然了,伴随着文艺复兴与近现代科学体系的创立,社会的发展也开始反哺造纸技术。随着社会生活水平的提高,西方世界对纸张的消费量开始大幅度提高,传统的造纸技术越来越难以满足社会的需求,造纸术也开始了技术上的突破。

  17世纪中叶,荷兰出现了专门对原料进行剪切、打碎、搅拌溶解等一系列操作的荷兰式打浆机。打浆机的出现使大规模生产纸浆成为了可能。不过,抄纸过程仍然限于手工操作,所以纸张产量仍然受到限制。

  抄纸的突破要等到18世纪末期。1797年,法国人路易斯-尼古拉斯-罗伯尔最先提出了连续化造纸机的构想。他主要的想法就是:如果将造纸过程中的搅拌、过滤、压缩、烘干等过程由一套机器来连续化完成,那么就可以大幅度地提高纸张的生产效率。现在我有个点子,就缺一个程序员了,不过罗伯尔当时还只是法国一家造纸厂的工人,自己是没这个能力的,也不知道是幸运还是不幸,造纸厂老板达都听说了这个事后,明确表示了资瓷,并提供资金帮助他建造了一台造纸机的原型机,一年后,罗伯尔成功获得了造纸机的专利。虽然这台原型机的性能不敢恭维,每分钟仅能生产9米长的纸,但看到了纸机的优势以及广阔前景后,两人开始为造纸机的知识产权展开了撕逼大战。经过一系列撕逼以后,双方决定,老板达都付给罗伯尔2万5千法郎,买断造纸机的专利与原型机。要论套路,罗伯尔哪里玩得过老板,协议达成后,老板达都迟迟没有付给罗伯尔专利转让费,同时让自己的小舅子,英国人甘布尔把专利转让给了英国的福德里尼尔兄弟。

  福德里尼尔三兄弟拥有一个生产信纸与文具的家族企业,他们在获得了达都与甘布尔的专利后,连同他们厂里的机械师布莱恩-唐金,一起对罗伯尔的原型机进行了大幅度改进,并最终制造出第一台可用于工业化生产的长网造纸机,并在1801年获得了英国的专利权。

  这时候的罗伯尔也已经回过味来了,急忙通过法律手段收回了授予达都的专利权,但这已经于事无补,你的专利是收回去了,但是福德里尼尔三兄弟的造纸机,那就是人家自己的。最终无奈之下,罗伯尔被迫转行去当老师,并在贫困交加中死去。虽然老板的这一套操作并不地道,但毕竟人类拥有了可以真正大规模生产纸张的机器,也标志着造纸工业时代的来临。福德里尼尔改进版的造纸机,直到现在也在造纸工业中使用,可以说福德里尼尔哥仨奠定了现代造纸工业的基础。

  造纸机之所以可以实现高速的抄纸过程,主要的工作原理便是将分步式的造纸过程,转变为连续化生产,纸浆在经过传送带的传送过程中,实现连续的过滤与压榨。

  福德里尼尔纸机的原理,就是将纸浆均匀喷涂在传送带上后,使传送带经过一段长而平直的筛网,在纸浆随着传送带向前运动的过程中,实现纸浆的过滤。经过过滤后的纸浆已经基本成型,经过后续的压榨,在纸机末端产出成型的纸张。由于这种纸机筛网长而平直,所以也被称为“长网造纸机”。长网造纸机也是现在用途最为广泛的造纸机,拥有较高的生产效率,但是其体积过于庞大,一般在大型造纸厂中使用。

  另一种类型的造纸机是“圆网造纸机”,由英国人约翰-迪金森于1809年发明。这种造纸机是将长直的筛网用圆型滚筒筛网代替,具有更加小巧的结构。不过,圆网造纸机由于圆筒形筛网的过滤效率有限,所以生产效率不高,一般适用于产量较小的小作坊。

  可能你已经发现了,这时候的纸机,甭管是长网的还是圆网的,它们仅仅能够实现纸浆的过滤与压榨,后续的烘干过程还无法实现。终于在1820年,高温蒸汽烘缸被发明以后,现代的造纸机才初具雏形。经过这么多年的改进,现在的福德里尼尔纸机每分钟最高已经可以生产1200米的纸张,折合成时速是72千米,这速度在市内肯定要超速罚款扣分了。

  也和历史上所有的事情一样,人类对技术的突破,是永无止境的。后来人们发现,无论是长网造纸机还是圆网造纸机,本质上都是让纸浆从一侧进行脱水。而纸浆的脱水速度,将决定整个纸机的生产效率。那么是否可以让纸浆从两侧同时脱水来提高造纸速度呢?

  于是,人们开始考虑是否可以用左右两面筛网左右夹击,来实现两侧脱水。1969年,这种新型的造纸设备,在加拿大魁北克北岸造纸厂首次正式应用,这种类型的造纸机被称为“夹网式造纸机”。经过不断发展,现在这种夹网式造纸机的产纸速度,已经可以达到每分钟2000米,时速120公里,已经可以上高速了,而且要时不时注意前方有测速拍照。

  除了硬件设备的突破,人类还在纸浆浆料中打起了主意。由于抄纸时的过滤过程,本质上是让纤维之间结合在一起,并实现脱水过程。那么是否有可能通过化学方法,进一步促进这一过程呢?答案当然是有的。

  研究发现,制造好的纸浆内部成分十分复杂。除了纸张的主体纤维素组成的纤维外,还有制浆时残留的木质素、以及被机械打碎的小纤维絮体,以及其他各种乱七八糟的小杂质。纸浆的脱水过程,其实就是主体的纸浆纤维之间形成交织的网络,而这些网络将拦截其中的各种细小的杂质。这一步正是造成纸浆脱水速度下降的根本原因。所以,如果通过添加少量的添加剂,将这些分散开的细小杂质吸附在一起,就可以提高纸浆的脱水速度。这种提高纸浆过滤速度的添加剂被称为“助滤剂”。助滤剂的使用,可以进一步提高纸机的生产速度,同时可以使后面需要烘干的水分更少,进一步减少能耗。在现代造纸工业中,除部分特殊情况外,一般都要向纸浆中添加助滤剂。此外,为了抑制纸浆中气泡对抄纸的影响,还需要加入“消泡剂”。

  当然了,除了纸张的生产速度,纸张的质量也是非常重要的。同样是纸,为什么小姐姐用过的手纸要比黄博士的名片还要贵?归根结底还是要靠纸张的质量说话,而且随着纸张用途越来越广泛,人类对纸张的要求也越来越高,具有不同性能的纸张也是人们需要的,毕竟我们不用美金擦屁股,除了穷之外,娇嫩的那里也是需要格外柔软的呵护的。

  影响纸张质感与性能的因素,除了前面提到的纸浆里面本身的成分的比例外,纸张内部纤维之间的结合强度与交织的紧密程度也是很重要的。早在传统的造纸技术中,人类就已经开始通过添加浆糊来增强纸张的强度。我们知道,浆糊本质上就是经过高温糊化的淀粉,而淀粉是有多个羟基的多糖类物质。淀粉经过高温糊化后,埋藏在内部的羟基将被释放出来,跟纸浆纤维形成氢键。也就是说,这里加入的淀粉,在纸浆中成为了纤维之间的月老,将两根纤维,当然也可能是多根纤维绑在一起,让他们生生世世永不分离。经过淀粉的作用后,所形成的纸张的强度有明显的增加,纸也更加结实耐破。像浆糊这样的增加纸张强度的物质,被称为“干强剂”,淀粉就是最古老的干强剂。此外还有明胶,也就是猪皮冻的主要成分。当然了,随着技术的发展,这些天然干强剂的性能开始无法满足要求,现在逐渐被其他水溶性的合成高聚物,比如聚丙烯酰胺所取代。现在的纸张在干强剂的帮助下,已经可以达到相当高的强度。美国俄亥俄州的一个监狱中,曾有狱警在一名囚犯身上搜出一把怪异的匕首。这把匕首是这个囚犯利用厕所里的手纸,经过反复多次的挤压与烘干得到的。能达到伤人的程度,这其中恐怕少不了纸张中干强剂的功劳。

  除了干强剂以外,自然还有“湿强剂”,一般是聚酰胺环氧类物质。它的主要性能是在纸张湿润的状态下,提高纸张的强度。我们都知道,比较差的面巾纸一般遇水后很容易破,但是添加湿强剂的纸张,则可以在湿润状态下提高纸张的强度。

  此外,根据纸张的具体用途,还需要向纸张中加入特定的添加剂以达到相应的效果。比如我们常见的高档的铜版纸,就是通过在纸张表面涂布一层白色涂料,来实现表面的光滑平整与洁白。另外,虽然纤维素本身无色,纯净的纤维也是白色的,但是由于纸浆里面的复杂成分,纸张很难呈现纯白色,而是颜色有些暗沉。于是,为了让纸张更加洁白,就需要向纸张中加入部分白色的无机物质,比如二氧化钛或者碳酸钙。此外,为了进一步强化铜版纸的光滑度与防水性能,还要向纸张中加入胶粘剂与施胶剂。当然还有可以改变纸张颜色,生产彩色纸的染料。

  得益于现代工业机械与化学科学,人类现在已经开发出种类繁多、性能各异且价格低廉的不同纸制品,而且实现了大规模自动化生产。纸这一有着几千年历史的发明,其用途现在已经超越了最早的书写与记录功能。现在的纸张,可以是我们每次剁手后的废纸箱,可以是外卖小哥递给我们的纸碗,可以是棉柔呵护我们最隐秘部位的清洁用品,可以是贴在墙上的墙纸,可以是老烟民每天吸到肺里的卷烟纸,甚至可以是飞行器与房子。毫无疑问,与陶器、钢铁、皮革、布料、塑料一样,纸是人类文明最为重要的一种材料之一。

  而这一切,我们都要感谢两千多年前我们的老祖宗。中国是个伟大的民族,中国人民是伟大的人民。感谢他们馈赠给整个人类的礼物,更感谢那些能够被记录在纸上的风流时代。尽管现在电子技术的跨越性进步,已经使无纸化生活逐渐成为可能,但是就像人们总是对实体书有一种特殊的情结一样,我们同样缅怀那些可以将人类的文明之火压缩成一串串文字,并被沉淀着人类智慧的纸张所承载的岁月。在那些轻薄的纸上,写满了男耕女织、丝路繁忙,写满了霓虹闪烁、歌舞升平,更写满了我们人类的烙印与宿命。纸香墨飞,词赋满江,豪杰英气,大千锦亮。岁月如歌,纸短情长。

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