平衡機

[拼音]：zhaozhi jishu shi

[英文]：history of paper-making technology

造紙術是中國古代最偉大的發明之一，是人類文明史上的一項傑出的成就。紙的發明及應用對社會歷史的記載與儲存，對文化思想的交流與傳播，發揮了重要作用。在紙還沒有發明以前，古埃及人曾用紙莎草（Papyrus），古印度人用貝樹葉，古巴比倫人用泥磚，古羅馬人用蠟板，歐洲人則用中亞細亞人制作的小山羊皮等當作記事材料。在中國，商代用甲骨，西周用青銅器，春秋時則用竹簡、木牘、縑帛等作為記事材料。上述材料或笨重、或昂貴、或來源較少，具有這樣或那樣的缺點，不能完全適應社會文化發展的需要，因而促進了造紙術的發明和發展。

造紙術的發明與傳播

中國是世界上最早養蠶織絲的國家。古人以上等蠶繭抽絲織綢，剩下的惡繭、病繭等則用漂絮法制取絲棉。漂絮完畢，篾席上會遺留一些殘絮。當漂絮的次數多了，篾席上的殘絮便積成一層纖維薄片，經晾乾之後便可剝離下來，其表面平滑與縑帛似，而價格較低廉，可用於書寫。這種漂絮的副產物數量不多，在古書上稱它為“赫蹏”或“方絮”。清代段玉裁(1735～1815)在《說文解字注》裡曾說明：“按造紙昉於漂絮，其初絲絮為之，以薦而成之。”“昉”是“開始”的意思；“薦”是一種操作法，即用篾席等工具把絲絮從水中撈起。這表明了中國造紙術的起源同絲絮有著淵源關係，也證實了古代漢語詞彙中的紙字，出現於真正較完整的造紙術（包括製漿、打漿、抄紙等3個基本的工藝過程）發明之前。

漢代農業發達，經濟繁榮，國力強盛，文化事業蓬勃發展，對書寫材料的需要日感迫切。但是，竹簡笨重，縑帛昂貴，方絮稀少，不敷使用，於是一種變革傳統書寫材料的願望便萌生了。據南北朝人范曄(398～446)所著《後漢書·蔡倫傳》記載:“自古書契多編以竹簡，其用縑帛者謂之為紙，縑貴而簡重，並不便於人。倫乃造意，用樹膚、麻頭及敝布、魚網以為紙。元興元年奏上之，帝善其能，自是莫不從用焉。”這段文字說明，在蔡倫以前用於書寫的紙實際上多是竹簡、縑帛；而在東漢元興元年（ 105）蔡倫發明的植物纖維紙才是真正的紙。20世紀中葉以來，中國新疆、陝西、甘肅等地在考古發掘中，多次出土了若干被認為是西漢麻紙的片狀纖維物，因而有人認為造紙術的發明可能在比蔡倫更早的西漢時期。可是，這類考古新發現的片狀纖維物上均無可辨識的書寫文字，對它們的化驗分析結果的解釋也不盡相同，加上考古斷代上的可靠性等問題，迄今對西漢時是否已發明了造紙術尚存在著很大爭論。《後漢書·蔡倫傳》上關於造紙術的發明人與時間的記載，仍為舉世公認。

自從造紙術被髮明之後，紙張便以新的姿態進入社會文化生活之中，並逐步在中國大地傳播開來。東漢中正二年(185)，山東地區出現了造紙能手。《三輔決錄》記載有:“左伯，字子邑，東萊人（今山東省掖縣），擅名漢末，甚能造紙。”左伯紙和張芝筆、韋誕墨，都是公元2～5世紀文人墨士們喜愛的書寫用品。史曾稱讚“子邑之紙，妍妙輝光”。但是，漢代的書寫材料仍以簡牘和縑帛為主，紙張則處於次要地位。晉代，封建社會的經濟有了一定程度的發展，文化也發達起來，對紙張的需要量增加。公元317年，晉文帝司馬睿遷都金陵(今南京)，隨即使造紙術從黃河流域傳到長江流域和江南一帶。江南山青水秀，植物繁多，適於造紙。因為有了較多較好的紙，讀書、抄書、藏書之風遂得以盛行。據《隋書·經籍志》上記載，晉初的289年，官府藏書有29945卷；到南朝宋元嘉八年（431）藏書已有64582卷；南朝梁元帝(552～555)時，在江陵的藏書已有70000餘卷。與此同時，私人藏書也日漸增多。這些都是造紙術不斷傳播，促進文化事業發展的結果。西晉葛洪(281～341)為保護紙張和書卷免遭書蟲（又名蠹魚，即毛衣魚）蛀蝕，發明了“入潢”之法，就是把紙用黃檗汁浸染一下，得到能防蛀蝕的黃麻紙（黃色的麻紙），提高了紙的實用性。東晉元興二年(403)，太尉桓玄（369～404）下令：“古無紙，故用簡，非主於敬也，今諸用簡者，皆以黃紙代之。”他用政令形式推廣用紙，加快了紙張在國內的生產和流傳。

唐代是中國造紙術發展史上的鼎盛時期。特別是唐太宗“貞觀之治”(627～649)的年代，社會經濟全面發展，國力強盛，文化興旺，大大地推動了造紙術向縱深方向發展。據《新唐書·地理志》、《通典·食貨志》等書記載，當時的造紙業幾乎遍及中國各地，常州、杭州、越州（今浙江紹興）、婺州（今浙江省內）、衢州（今浙江省內）、宣州（今安徽皖南地區）、歙州（今安徽屯溪）、池州（今安徽省內）、江州(今江西省內)、信州（今江西上饒）、衡州（今湖南省內）、益州（今四川成都）、韶州（今廣東韶關）、蒲州(今山西永濟)、鉅鹿郡（今河北省內）等地，都出產紙張。它們之中有官辦的，也有民營的。隨著紙張產區的迅速擴大，紙產量也很快增加。從唐代整理和疏注、編纂和撰寫的數千卷古籍中，可以想見需用的紙張數量是不小的。造紙術的發展反過來又促進了唐代文化的繁榮。如當時抄經、獻經之風盛起;書法藝術繁榮;以紙寫詩作畫逐漸流行。現存的唐代文書中，除了漢文之外，還有其他少數民族文字，如蒙文、藏文、回紇文、西夏文等，說明造紙術已傳播到少數民族地區。

明清兩代是中國手工造紙術的成熟階段。經歷了長期的生產實踐與積累，中國手工造紙業中的許多技法已經形成了固定的“程式”，如灰醃、晒白、捶搗、撈紙、晒紙等。反映了紙工們“手口相傳”的較高的技藝水平。

公元4世紀起，中國發明的造紙術向其他國家和地區傳播，公元384年，造紙術傳入朝鮮半島；610年東傳日本。751 年開始向西傳入大食國（由阿拉伯人佔領）的撒馬爾罕（Samarkand，今屬蘇聯烏茲別克境內）；793年傳入報達（Baghdad，今伊拉克的巴格達）；795年傳入大馬色（Damascus，今敘利亞的大馬士革）；900年傳入開羅；1100年傳入摩洛哥的非斯（Fez）。1150年，西班牙在柴狄伐(Xativa)建起歐洲第一個造紙廠。1189年，造紙術傳入法國的赫洛爾；1276年傳入義大利的蒙第法諾；1320年傳入比利時；1350年傳入瑞士；1390年傳入德國的紐倫堡；1498年傳入英國的斯梯門夫；1576年傳入俄國的莫斯科；1690年傳入美國的費城；1698年傳入挪威的奧斯陸；1803年傳入加拿大的溫哥華；1868年傳入澳大利亞的墨爾本。在經過了1700多年的漫長歲月後，至19世紀中葉，中國發明的造紙術已傳遍世界，成為全人類共有的科學財富。而且中國造紙術的基本工藝至今仍然是現代造紙技術的基礎。

手工紙的技術演進

中國古代造紙術的最大成就之一，是對價廉而豐富的植物纖維原料的利用。漢代造紙所用的原料多是麻類（麻頭）、破布、樹皮。晉代以後，造紙術傳到南方，藤皮、稻草、麥秸、楮皮、桑皮等被大量地利用起來。唐宋年間，如宋代蘇易簡在《文房四譜》中所述：“蜀（四川）中多以麻為紙……江、浙間多以嫩竹為紙。北土(河北)以桑皮為紙。剡溪(浙江)以藤為紙。海人（廣東）以苔為紙。浙人以麥面、稻稈為之……。”紙的原料至少有7種以上。明、清以降，造紙原料集中為竹子、稻草和樹皮等。除了選好原料之外，中國造紙術還總結了就地取材、 適時砍伐、 多次處理、精心加工等許多處理原料的經驗。例如，當竹紙獲得大量發展之後，竹紙的製造，逐漸形成了一整套從竹的栽培到收集的方法，根據老嫩、乾溼、良莠等彼此分開的原則，使之做到物盡其用。因而，竹紙的生產經久不衰。廢紙也是中國古時的造紙原料之一。明宋應星在《天工開物》中說：“其廢紙洗去朱墨汙穢，浸爛入槽再造，全省從前煮浸之力，依然成紙……名曰還魂紙。”

中國造紙術中的生產工藝，諸如發酵製漿和分級蒸煮、日光漂白、高濃打漿、流漉法撈紙等，直到17世紀前，一直處於世界造紙技術的前列。

發酵製漿源於漚麻，工藝比較簡單。即將麻頭放入塘水裡浸泡，經過自然發酵，除去水溶性果膠等物質，製成麻縷，這是生料發酵法。由於採用這種辦法難以得到較高質量的紙漿，於是向漚料中加進一些石灰（漢代叫脣白或脣灰），藉以強化化學作用，促進纖維離解。後來又改為加熱蒸煮，用提高溫度的方法來改善製漿效果。再後又利用草木灰（其中含有較多的碳酸鈉）與石灰水的混合液來處理原料，更多地除去原料中的雜質。為了進一步提高紙漿質量，以便抄出好紙，又改成先用上述混合液多次蒸煮，然後再把所得的半熟料加以堆集發酵（半熟料發酵）。至此，製漿方法就逐步地發展成為漚料、石灰處理、鹼性蒸煮、半熟料發酵等多級（段）處理。發酵製漿的生產成本低，對纖維損傷輕；多次（分級）蒸煮則可以得到優質的紙漿。不過，這種製漿方法的勞動強度大，生產效率低，難以滿足現代化生產的需要。

日光漂白是古代一個十分經濟和實用的漂白方法。其具體操作方法是，把蒸煮後洗乾淨了的紙漿(原色)，攤放在向陽的山坡上；經過幾個月的雨過天晴太陽晒，晒完之後再雨淋，直到紙漿變白為止。此法的基本原理是：利用太陽光中的紫外線照射和大氣中的氧氣或臭氧的氧化作用，使纖維中的木素和色素結構產生化學變化，髮色基因溶出或轉化為無色基因，從而得到白色的紙漿。經過日光漂白的紙漿，其白度可高達80～90度，且抄成的紙張久不變色，也不發脆，耐久性好。但是，這種漂白方法的作用緩慢，生產週期太長，而且需要佔用很大的曝晒場地，耗費勞力多，不能適應大生產的需要。

打漿是造紙過程中的一項重要工序。最初可能是仿照漂絮法，使用木棒捶打麻縷。但棒打的力量有限，後來便借用農業生產上的某些器具，兼作造紙工具，如用舂米的石臼搗打紙漿。杵臼打漿的纖維切斷少，“帚化”效果好，改善了打漿質量，但是勞動強度大。到宋代，利用水力推動的打漿裝置──水碓問世，從而提高了打漿效果。

撈紙，就是手執竹簾從“紙槽”中把懸浮著的纖維撈起，多餘的水則從簾縫漏掉；纖維在簾子上交織成均勻的溼紙，經乾燥即成紙張。中國最早的撈紙工具是篾席或葦蓆，後來改用篩模。篩模撈紙，須經濾水、晒乾等操作，方可揭取。這種抄紙法是一模一紙（即一個篩模，一次只能抄一張紙），效率很低；同時需要準備許多個篩模，頗不經濟。自晉代起，撈紙工具發展為竹簾。一張竹簾能反覆使用，可抄造溼紙千萬張。這種竹簾撈紙法，在手工造紙業中一直沿用至今。為使纖維在紙槽中均勻分散、懸浮，以利於抄造勻薄的溼紙頁，且便於“紙帖”分開以進行乾燥，人們又發明了在撈紙前向紙槽中加入植物膠液，這就是明代宋應星在《天工開物·殺青》中所說的“紙藥水汁”。常用的植物膠液有楊桃藤、黃蜀葵、刨花楠、青桐梗、白榆皮、油粉根等的膠液。這些膠液滑潤、透明、無味，對纖維有良好的分散效能。

為了使紙張更加美觀並改善質量，使之適於各種用途，中國在古時就常對原紙進行再加工。再加工的方式包括染色、灑金、印花、塗蠟、砑光、加米糊、浸膠礬等。在其過程中，相應地使用染料、填料、膠料、明礬等輔助劑。

紙張的尺寸由小變大，也從一個側面反映出造紙技術水平的提高。漢代的紙用於寫信，長度可能只有一漢尺(合今約24cm)；晉代的紙“高一尺許，而長尺有半”（1晉尺合今約25cm），即寬25cm，長38cm；唐代的紙寬25～29cm，長42～52cm；宋代紙的尺寸與唐代紙的相近；明代竹紙一般長2～4尺（1明尺合今32cm）;清代宣紙可以撈制的長度為1丈6尺（1清尺合今約33cm），這種幅長約5m的手工紙，實為罕見的佳品。

古代手工紙的用途很多，主要供書寫、繪畫、印刷等文化之用，此外還有生活及其他用紙，如用於糊窗、糊牆、包裝以及扎紙花、剪鞋樣、糊燈籠、編鈕釦、制鞭炮、做雨傘和紙扇等。

中國古代的紙全由手工操作而成，故現在稱其為手工紙，以區別於近代發展起來的用機械生產的機制紙。中國現代生產的手工紙品種不多，它們與古代的手工紙在製法和質量方面也是有區別的。

機制紙的興起與發展

12世紀中葉，當西班牙建立起歐洲第一個造紙廠的時候，仍然是沿用中國的傳統手工造紙術。18世紀工業革命以後，歐洲的商品生產和科學技術獲得了空前規模的發展。動力和機械業的發展，特別是19世紀電能的廣泛應用，加速了造紙業由手工操作朝向機械化生產的轉變。1750年，荷蘭人發明了荷蘭式打漿機。1798年，法國人N.L.羅貝爾發明了長網造紙機，1804年在英國正式投產。1809年，英國人J.迪金森發明了圓網造紙機。1812年，英國人T.科布發明了長網造紙機上的伏輥。1823年，英國人T.克朗普頓發明了造紙機的蒸汽烘缸。1827年，德國人奧赫勞澤發明了長網揚克紙機。這些早期的造紙機械，為實現抄紙過程的連續化，降低勞動強度，提高生產效率，以及生產“無限長”的捲筒紙創造了條件。進入20世紀以後，造紙機在紙機抄速、紙幅寬度和自動控制技術等方面都有了飛速的發展。單臺生產能力達到日產數百噸的大型造紙機已非罕見。

中國機制紙起步較晚。1884年由華商開辦的中國第一家機制紙廠──上海機器造紙局建成投產，標誌著中國機制紙工業的發端。這個企業系由粵人曹子揮於1882年發起籌辦，主要裝置有購自英國1877年出產的長網多烘缸造紙機一臺，以及切布機、軋竹機及鍋爐等裝置，採用破布、繩麻、廢紙和竹料等製造漂白施膠的洋式紙張。職工200人，日產量僅2噸。過去一般認為中國第一家機制紙廠為美商創辦的上海華章造紙廠是不正確的，該廠系1898年由洋商集資45萬兩銀在上海陸家嘴籌建，1901年才投產，不獨晚於上海機器造紙局，也晚於廣東商人鍾星溪於1890年在廣州鹽步鎮建成投產的廣州巨集遠堂機器造紙公司。

造紙機的生產能力不斷提高，對紙漿的數量和質量要求也都提高了，這就要求提高紙漿製造的水平。1839年，德國人P.皮耶特發明用蒸球蒸煮破布漿，開闢了高溫高壓制漿的新途徑，縮短了製漿時間，穩定了成漿質量。1844年，德國人F.G.凱勒發明了磨木機，為利用木材製取不用化學藥劑的機械漿開拓了新途徑。1853年，英國人C.瓦特發明用燒鹼(NaOH)蒸煮木漿。1867年，美國人B.C.蒂爾曼發明亞硫酸鹽法制漿。1884年，德國C.F.達爾發明用硫酸鹽法生產牛皮漿。上述發明奠定了現代製漿技術的基礎。此後，製漿原料逐漸地集中於木材。因為木材資源豐富而集中，運輸和貯存都比較方便，有利於大批量生產，所以世界上許多國家都以木材為主要的造紙原料。木材的利用既是造紙技術發展的必然結果和標誌之一，也為造紙業的進一步發展創造了重要的物質條件。20世紀中葉以後，草類原料的利用技術也得到了較快的發展。中國經不懈地努力，在草類原料的開發利用技術上，取得不少經驗，草類紙漿的產量居世界首位。

鹼法蒸煮的廢液中含有大量的植物原料降解後的有機物和若干化學藥品，所以若把廢液直接排入河流，不僅會汙染水體，而且也是資源的浪費。為此，人們從N.呂布蘭制鹼法中得到啟示，逐步發展了從鹼法制漿的廢液中回收鹼。19世紀硫酸鹽法制漿投產後，鹼回收技術引起了人們的關注，並發展成鹼回收工程。1927年，美國人瓦格納設計並建成了第一臺比較完整的噴霧式鹼回收爐。此後不久，大型湯姆遜(Tomlinson)爐在美國問世，它成為現代回收爐的基本爐型。現代，鹼回收成為製漿過程中的一個重要組成部分（見製漿黑液鹼回收）。

漂白技術直接影響著紙漿和紙張的外觀和內在質量，它的發展也是製漿技術發展中的一個重要方面。1799年，英國人S.坦南特發明了漂白粉。此後，又出現了貝爾曼(Bellmer)漂白機等漂洗裝置。1930年，在解決了貯存容器和運輸車輛等問題之後，氯氣被直接應用於漂白紙漿。與此同時，發展了塔式多段連續漂白裝置及相應的操作工藝。1947年，二氧化氯(ClO2)作為一種優質漂白劑在生產漂白漿中獲得實際應用。80年代研製出的氧鹼漂白、過氧化氫(H2O2)漂白以及諸如低亞硫酸鈉等還原性的漂白劑，都獲得了實際應用。這些漂白技術，對提高紙漿的白度、減少返黃現象、降低漂白廢水的汙染均有一定的成效。此外，置換漂白也開始用於生產。

為了製造各種不同效能的紙張，需要對紙漿進行打漿。最早用於機制紙生產的打漿裝置，是荷蘭式打漿機。這是一種槽式打漿機，在橢圓形槽內安裝著水平的打漿刀輥（飛刀輥）和固定的底刀。後來，荷蘭式打漿機有了許多改良型，如伏特式（Voith）打漿機、尼牙加拉式(Niagara)打漿機、荷裡式(Horne)打漿機等，但它們的基本結構都是一樣的。為了提高打漿效率，增加刀片與原料纖維的接觸面積，減少紙漿在打漿機內迴圈時的能源消耗，並使打漿過程由間歇式改為連續化，人們又發明了圓柱精漿機。1859年，英國人喬丹把刀輥與底刀由水平式變成傾斜式，設計出了錐形精漿機。其後，刀片的斜度進一步發展到與軸垂直，這便成了可以連續打漿的圓盤磨(disc refiner)。總之，打漿裝置及其技術，是沿著連續、節能、高效的方向發展的。

為了提高文化用紙的書寫效能和印刷質量，也為了滿足用紙部門的某些特殊需要，機制紙的紙加工技術，也有了飛速的發展。大量的化學助劑被用於造紙工業中（見造紙用助劑）。1807年，英國人伊林發明松香膠施膠法，解決了紙張在書寫時的洇水問題。1854年，英國人W.H.珀金使用苯胺染料製造色紙，為生產多種花色的紙張做出了貢獻。1890年塗布紙誕生，開始使用的膠粘劑是明膠。1900年幹酷素被用於加工紙。1920年和1947年，天然膠乳和合成膠乳（如苯乙烯丁二烯膠乳）先後用於紙加工中。

20世紀後期，隨著科學技術的進步，要求某些特種用紙應具有防水、防火、防油、耐酸鹼、耐光照等效能。於是，一些非植物纖維跨進了造紙行列，成為造紙纖維原料的另一來源。非植物纖維通常是指無機纖維（石棉、玻璃絲）、合成纖維（聚酯纖維、聚醯胺纖維）、金屬纖維（鋁絲、鋼絲）等。但迄今為止，非植物纖維用於造紙的比例還很小。從長遠發展看，植物纖維仍將是最主要的造紙原料。

參考書目

R.W.Sindall， Paper Technology，Lond on，1920.

D.Honter， Papermaking (The History and Technique of an Ancient Craft)，New York，1947.

成田潔英編：《紙業提要》，丸善株式會社， 東京，昭和十七年。