艺苑交流 | 纸的原料变迁及保存性
纸的原料变迁及保存性
小宫英俊
纸是人类发明的一种非常优秀的材料。纸和纸板是人类生活的基本耗材，也是生活必需品。没有纸和纸板的现代生活是无法想象的。可以说人类的文化也是纸的文化。
纸的用途大致可以分为三类。
1）书写、记录材料
2）包装材料
3）吸收材料
针对这三种用途，纸都具有相应的性能。没有比纸更便宜、更便于使用的材料了。
纸由可再生的植物纤维（基本是木纤维）制造而成，同时又可以回收再利用，这是它优于其他消耗性材料的地方。
在短期内不会出现比纸更为基本的消耗性材料和生活必需品，纸的优越性在近期内还是无法取代的。1988年，全世界一共生产了2亿2600万吨的纸和纸板。日本生产了2462万吨，位于世界第二。位于世界第一的美国生产了6948万吨。如图1所示，北半球的发达国家生产了76.6%的纸。（美国30.7%，日本10.9%）（1）。
图1
纸的消费量又如何呢？图2展示了1988年的国民人均纸消费量。美国是311.3kg，日本是203.9kg（2）。 纸的消费量与一个国家的经济情况（GNP）是成正比的。随着世界经济的发展，纸的消费量也在增加。可以预见，未来全世界纸和纸板的需求依然会上升。
图2
1934年（昭和9年）日本的人均纸消费量是13.2kg，美国是51.3kg，比起当时，纸张的消费量增长不少。
纸曾经是一种奢侈品，在古代日本，纸曾被用作馈赠之礼。而现在，我们的身边充斥着纸。是什么时候开始变成这样的呢，我们从纸的历史和原料的变迁来看看吧。
1）中国造纸原料的变迁
中国的造纸术自发明以来约有2000年的历史。在其间，造纸原料连同造纸技术经历了怎样的变化发展呢？
根据后汉书，公元105年蔡伦用树皮（楮树皮等）、麻头（大麻）、弊布（麻的破布）、渔网等造出了纸，并献给当时的皇帝汉和帝。根据潘吉星的《中国造纸技术史》，汉代的造纸情况推定如图3。
图3
从图片左上开始：
先把用作原料的破布和树皮等细细切碎，在河流中冲洗。
再将木材和草烧成灰，入水搅拌制成灰水。
把原料放入灰水中蒸煮。
把煮过的原料放入石臼中，用石碓叩打。
把敲打过后的原料分散融入水中。
用帘子抄纸。
帘子和纸一起干燥。
把纸从帘子上分离开，完成工序。
可以看到，现代造纸法的原理和工序在当时就已经初见雏形。
其后，中国又出现了以竹为原料的竹纸。在中国古代的技术百科全书、宋应星的《天工开物》（1637年）中，记载了竹纸的制作流程。（图4）
当今的中国也依然用竹、芦苇、艾草等原料来造纸。
图4
2）日本造纸原料的变迁
据传，造纸术于610年由高丽僧云徵传入日本，当时的原料是用麻。在奈良时代也存在麻纸，但最为常见的材料是还是楮皮、雁皮等树皮（韧皮）。
古代的日本也会用麻来制作衣服，但当时的衣料本身就很缺乏，根本没有可以用来做纸的碎片。另外，麻纸不是太好用，因此在日本，主要是以韧皮纤维为原料的手抄和纸发展了起来。
手抄和纸具有强韧、优美的特点，在世界上也享有盛名。但手抄和纸并未能走出家庭式作坊生产的领域，在明治维新之后，随着欧洲机械造纸技术的传入，造纸原料也转变为木棉的碎布、之后又转变为稻杆。（使用木材纸浆的优点以及和纸的优缺点将在后面论述。）
3）欧洲造纸原料的变迁
图5
彼时正逢欧洲文艺复兴、古登堡又发明了活字印刷机，纸的需求量也因此大为增加。当然，这时的纸还是手工抄制的。
1798年，法国的罗贝特发明了抄纸机，后又对抄纸机做了进一步改良。在欧洲及美国，纸张的原料以麻（亚麻）的碎片为主。 工业革命后，木棉的碎片也被用作造纸原料。由于纸的需求量和产量大增，原材料供应不足曾经成为当时欧洲和美国社会的一大难题。
19世纪后半期，出现了用木材造纸的技术，造纸原料的供应才稳定下来。
同时，由于当时化学工业的技术进步，碱、亚硫酸盐、硫化钠被用于制作纸浆，漂白粉、氯被用于纸张漂白，再加上机械工业的发展，造纸机也逐步得到改良，纸及纸浆工业也开始走上近代产业化发展的道路。
不得不提到的是，在19世纪末发明的纸浆制造法中，硫酸盐制纸浆法直至110年后的今天也依旧是化学纸浆制造法的主流。
从20世纪开始，木材成为造纸的主要原材料，目前全世界94%的纸浆都来源于木材。
在明治初期，欧美的机械造纸法就已经传入日本。明治7年（1874年）就有了机械造纸的记录，当时使用的材料是木棉的碎片。明治11年（1878年），使用了草杆和碎布混合的纸浆。第一次使用木材制作亚硫酸纸浆的，是明治22年（1889年）在王子制纸气田工场。碎木纸浆（机械纸浆）的制作则始于明治23年（1890）年。至今，日本99%的纸浆都是木材纸浆。
4）非木材纸浆的使用
只要是植物纤维都能用来造纸。从工业原料的角度来说，理想的原料需要能够大量、稳定的供给、同时价格低廉、还能制出优质的纸张。
自古以来，亚麻、木棉、草杆等非木材的材料都被用于制作纸浆。
1981年，全世界总生产纸浆中的原料比例如下。
木材纸浆 68.9%
非木材纸浆 5.8%
古纸浆 25.3%
这里面的非木材纸浆包括了草杆（稻杆、麦秆等）、甘蔗渣、各种麻、苇、竹、马尼拉麻、 棉绒等。非木材纸浆的主要生产国为中国、印度、台湾、中南美、东南亚等国家和地区。日本的和纸原料楮、结香、雁皮所占比例都很少，没有被纳入统计。
（日本手抄和纸的生产量每年只有数百吨、不到千吨，因此未被纳入统计。）
为了防止全世界森林资源的枯竭，今后增加非木材造纸原料的比例也是非常重要的。
（3）和纸的优点和缺点
手抄和纸在在全世界都得到很高的评价，下面我谈谈和纸的优点和缺点。
和纸在制作过程中会尽量保留所使用的原料——天然的韧皮纤维的特质。
与西方的纸张相比，和纸的优点在于有光泽、柔软、具有透明性、和更好的透气性。同时具有弹性好、韧性强、耐久性强的优点。
另一方面，和纸具有生产性弱，品质差异大、印刷适应性差的缺点。用和纸很难做出优质的印刷品。
楮、结香、雁皮（白皮）的收取率都在原本枝条的6%以下。（木材纸浆根据种类不同，化学纸浆的收取率约为50%，机械纸浆的收取率则可达到约95%。）
煮白皮的时候，使用古代所所用的草木灰水不伤纤维，但如果用氢氧化钠等化学制剂，虽然能较快溶解不纯物、效率比较高，却会伤害纤维，使得纸的光泽度和强度下降。漂白也一样，如果依照古法用雪晒和川晒(3)，虽然不伤纤维但也很难得到纯白的纸。如果使用漂白粉或氯漂白等进行化学漂白的话，虽然效率高，纸也会更白，但同时也会伤害纤维。敲打纤维时，如果用机械也会是纤维受到损伤，但如果用传统的手工敲打则不会。采用自然干燥的纸密度较低，并且柔软有光泽，这是因为敲打之后变软的纤维虽然外观上没有变化，但纤维的内部组织会膨胀并纤丝化。通过自然干燥，由于过程比较缓慢，纤维内部便不会产生严重的扭曲变形。但如果通过加热进行急速干燥的话，纤维内部会产生更大的变形，也会加剧纤维的损伤，使得纸的强度下降。同时，加热干燥会造成半纤维素角质化，虽然可以增加纸张强度，却会使纸失去光泽。因此，和纸最理想的干燥方式还是自然风干，但这也限制了和纸的产量。
另外，手抄和纸是手工生产，品质难免会有差别。因此仅能当做允许品质差异存在的手工艺品，而不适于用作工业材料。
同时，和纸的原材料也难以保证，大部分需要靠进口。
上述这些原因，使得和纸只能作为一种工艺品，而无法成为工业材料。想要得到优质的和纸，需要花费许多功夫。
（4）手抄和纸的特征
纸受环境的湿度影响会伸缩。通常来说我们身边的纸（机械造纸）都是横向伸展多过纵向伸展。正是这种原因，湿度的变化才会导致纸张变形、卷边。这被称为纸张尺寸的稳定性。
纸是大量的短纤维平铺汇集在一起，相互缠绕形成的。吸收水分后，纤维纵向的长短变化较小，而横向的粗细变化较大。这就是纸会横向膨胀的原因。工业造纸的纸张纤维会按照同样的方向排列，这种排列方向被称为纸张的丝缕方向（或纸纹方向）。
但是手抄纸的纤维是随机排列的，不存在方向性，因此湿度变化不易导致纸张卷曲变形。也就是说，手抄纸的尺寸稳定性更好。
虽然还有其他因素会影响尺寸稳定性，但丝缕方向是最大的一个原因。
做版画时，需要把纸张多次喷湿，并且会多次与带有水分的木板大面积接触，因此需要尺寸稳定性更好的纸。
越前的奉书纸适合用作版画纸，就是因为抄纸时采用了“溜漉法”（又称“积浆抄纸法”），使得纤维的排列完全随机。一般来说“流漉法”（又称“流浆抄纸法”）抄纸时会纵向摇摆帘子，所得到的纸丝缕方向会更明显。日文中用“撕破横纸”（横紙破り）来形容蛮不讲理的人，就是因为流漉法抄出的和纸丝缕方向明显，使得纸张纵向易撕破，而横向不易撕破得来的。
（5）纸的保存性
纸是一种只要注意保存条件就能保存很久的材料。正仓院里所保存的纸的相片，看起来跟最近的纸并无差别。在博物馆看到的天平时代的经书也彰显出纸张的强韧。和纸优良的保存性可以说是世界闻名的。
欧洲的纸也是以前的纸保存性更好。
全世界图书馆都面临着19世纪后半期以后的纸严重老化的问题。其原因就在于酸性纸的普及。
为什么19世纪后半期以后的纸更容易老化呢。这就涉及到纸的保存性。
一般来说，纸张老化的原因有下面几个：
1）酸性物质
2）纤维素中的反应基
3）热
4）光
5）虫
6）霉
下面就每个因素进行说明。
酸性物质
纸在老化的过程中会变得不经折。经过多次耐折强度试验，我们发现纸的酸性值高（PH值小）时耐折度下降。第一个表是美国的巴罗发表的《各个年代纸张PH值与耐折强度》。可以看到，PH4.2以下的纸在经过一定的年代后耐折度会急速下降，PH5以上的纸即使经过较长时间耐折度也不会下降。
酸性是纸张老化的首要原因。水容易被墨和水分渗透，自古以来为了延迟或阻止渗透就有给纸上矾的做法。
1807年，德国的Moritz Illig发明了松香施胶剂。他把松脂放入强碱中溶解，再加入经过叩解的原料（纸浆），再加入明矾，使得松脂能够附着在纤维上。再后来，硫酸铝替代了明矾，并被造纸厂广泛使用，成为造纸工业中一种不可或缺的重要药剂。
松香施胶剂在欧洲、美国迅速普及，到了19世纪后半期，造纸厂基本都采用了松香施胶剂。
硫酸铝溶于水之后，加水分解呈酸性。因此，用了松香施胶剂的纸在弱酸性环境被生产出来，纸张中残留的硫酸盐使得纸张呈酸性（pH值在3-5之间）。这种方法生产的纸被称为酸性抄纸。随着时间的推移，残留在纸张中的硫酸盐会分解纤维素，纸张就会变得脆弱。19世纪后半期以来，纸张生产都用到了松香施胶剂。这一时期，由于造纸原料基本变为木材纸浆、同时采用了酸性抄纸法，纸张的劣化也便突显了出来。
中性抄纸使用了酸碱值为中性或碱性的中性施胶剂，并使用碳酸钙做造纸填料。这种纸更适于保存。日本的中性纸也越来越多了。
和纸能够长久保存也是因为它是中性抄纸，通常不使用施胶剂。在和纸上面涂上胶矾水（在动物胶里加入明矾），pH值会轻微下降，使得保存性能也相应下降。
纤维素中的反应基
伴随着19世纪化学工业的发展，纸浆的氯漂白、漂白粉也应用到造纸工艺中。在纸浆漂白的过程中，纤维素会酸化，从而生成羧酸基和醛基，这些物质会分解纤维素，使其劣化。过度漂白也成为纸张劣化的原因。
热 纸是有机物，因此低温保存有利于抑制劣化反应。
光 紫外线对纸张劣化的影响尤为显著。
虫 损坏纸张的主要害虫有：窃蠹科、蠹鱼、蟑螂、白蚁、黑毛皮蠹等。
霉 多发于梅雨季节。霉会分解纤维素，使其劣化。
（6）纸的保存对策
纸的保存对策和图书的保存对策是一样的。
酸性纸的中和（脱酸）处理
这一方法不能使已经劣化的纸张恢复原有的强度，但能够延缓纸张进一步劣化。图书的中和处理并不是一件简单的事，尤其是图书馆中数量巨大的书籍该如何中和处理，是一个大问题。
低温保存与低湿度
温度15~20℃ 湿度 50~60%最为适宜。
熏蒸
用氯化乙烯、溴乙烷熏蒸能够有效防虫、防菌，但处理药物具有危险性，需要考虑如何防止其产生公害。
纸的博物馆采用了一种简易的熏蒸处理。把资料放入比较大的聚乙烯袋子中，再放入文化财产专用杀虫剂（DDVP）进行防虫处理。
（7）小结
纸张既怕水、又怕火、还容易受到虫和霉的侵蚀，是一种脆弱的物品。但同时纸也是人类发明的一种非常伟大的材料。人类的文明通过纸来建造、通过纸来记录。即使记录的媒介发生了改变，综合来说纸张还是具备优秀的性能，相信未来也不会轻易消失。同时，作为一种包装材料和吸收材料，应该也很难找得到纸的替代品吧。
最后，盼本文能够为纸的使用和保存提供些微参考。
（1）译者：根据日本制纸联合会官网最新公布数据（2019年），世界生产量为4亿1245万吨，其中生产量第1位为中国，达到1亿零866万吨（占26.3%），第2位是美国，生产量为6912万吨（占16.8%）。日本第3位，生产量为2539万吨（占6.2%）。
（文章翻译编辑源自《大学版画学报》No.20，如需转载，请联系我们。）
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