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蔡倫到底是怎麽發明紙的?

就原料而言。蔡倫采用植物纖維,主要是廢麻和樹皮為原料,從而達到大幅度降低成本的目的。

《後漢書·蔡倫傳》說,“倫為壹念,用樹皮、麻頭、吾布、漁網為紙”。其中麻頭、布、漁網都是麻纖維。術語“麻頭”是指廢繩頭或紡織廢料;我們的布指的是亞麻破布和舊衣服,因為古代的衣服壹般都用亞麻;漁網是指已經破舊到不能再用的漁網。在古代,麻線被用來編織漁網。所以這三種都是麻纖維裏的廢物。蔡倫發現,這些廢棄的東西其實比新的麻類材料更有利於造紙。

樹皮,也就是樹皮,這裏指的是粒皮。中國的山谷樹可以長遍大江南北;現在學名構樹,古人也叫構樹。谷物樹皮的纖維比大麻更細更結實。自蔡倫以來,谷物樹皮已成為制造高質量紙張的良好原料。古人因此稱紙為“君先生”或“君”。但粒皮所含的果膠和木質素比大麻多幾倍,所以加工特別困難。除了糧皮,桑皮也是較早用於造紙的壹等原料,但在《蔡倫》的記載中並沒有。由於粒皮的加工難度較大,蔡倫在麻紙上取得突破後使用粒皮是合理的。

從《倫乃造壹》的編號可以推斷,蔡倫不是以麻纖維為原料創作的,而是以廢棄的麻纖維和糧食樹皮為原料創作的。著眼於利用廉價的植物纖維造紙,大麻可能會進壹步想到谷物樹皮或其他樹皮。

從加工方面來說。根據植物纖維的特性和手工作坊生產的要求,蔡倫以賦予產品優異性能為目標,設計了自己的工藝流程。

蔡倫在手工作坊裏生產紙張,其加工技術可以參考劉茜對名稱的解釋:

蔡倫經常把布銼平、搗實、造紙。

許多科技史學者認為,《名釋》中與手工有關的三個動詞大體代表了蔡倫的工藝過程。《史明》的作者劉茜是東漢末年北海縣(位於山東省濰坊市西南)人。當時他的地位接近蔡倫,他的理論更可信。再比如,惠東《後漢書集註》引用《晉書》說:“蔡倫銼,夯舊布舊網,造紙術。”再如張巍?的《古今言》中說:“蔡倫常為中國政府所奉。”西晉張華《博物誌》說:“蔡倫開始煮樹皮造紙。”這些較早的文獻記載,內容非常接近,可以相輔相成,不矛盾。根據這些記載,可以說明蔡倫造紙的加工工藝如下。

1.切割脫膠。

《人名解釋》和《古今字》中提到的“檔”,就是砍掉或剁碎的意思。據《說文》:“檔,痛。”《玉片》:“檔,是。”文件,在今天的造紙過程中,大致是切割材料。

造紙原料往往太長,無法加工;尤其是大麻,其纖維太長,無法切成細料,無法加工成合格的紙張。所以破布、舊衣服、漁網、樹皮都需要剁碎。切割可以切斷原料中的纖維,使纖維長度滿足造紙的要求。這既便於脫膠,也便於進壹步加工。

張華《博物誌》說:“蔡倫開始煮樹皮造紙。”。樹皮紙為什麽要“煮”?原因是樹皮沒有煮過,不方便脫膠。這種“始煮”證明了蔡倫在造紙中對脫膠工藝的開拓和創新,也說明了他具有自覺重視脫膠的科技理念。

脫膠仍然是造紙過程中必不可少的工序之壹。脫膠的目的是從大麻或樹皮中的造紙纖維中分離出果膠和木質素。在古代,分離的方法是脫膠完成後在流水中反復漂洗。造紙纖維比較純凈,不含雜質,最好脫膠徹底。大麻脫膠是中國古人的常識。詩經。東門池曰:“東門池可漚。”這種漚制就是生物發酵脫膠。用麻紗編織必須事先漚麻,這是婦孺皆知的常識。所以蔡倫用麻造紙,脫膠時只需要用這種漚法。蔡倫首先發現谷物樹皮的纖維是很好的造紙原料。但樹皮脫膠比大麻難多了,於是蔡倫發明了“煮樹皮”脫膠的方法。民間的漚制是加入草木灰等堿性物質來加速脫膠。既然蔡倫有自覺重視脫膠的科技意識,用這種方法也是合理的,只是沒有記載可考。在造紙過程中,“煮”的目的是通過加熱使原料快速徹底脫膠。漂洗後,可獲得無雜質的純凈造紙纖維。

通過切割和脫膠獲得合格純凈的造紙纖維是改善紙張性能的關鍵工藝之壹。

2.搗碎果肉。

文獻中多次提到蔡倫在造紙中使用了“搗”的方法。這種搗碎意味著搗碎紙漿,這意味著與今天造紙工業中的打漿相同。

據史料記載,《蔡倫》中搗漿的工具是石臼。晉代羅漢寫《襄州物語》:“耒陽縣北有漢皇門蔡倫宅,宅西有石臼。雲是紙臼。”南朝宋盛宏之《荊州記》:“棗陽縣蔡倫宅百步,有臼,名蔡子池。”這種石臼原本是漢代就已經存在很久的打飯工具。漢代石臼攪米的動力包括人力、畜力和水力。蔡倫用石臼搗漿,按理說也可以用畜力和水力。蔡倫的紙臼在《史記》中常被視為造紙術的標誌。看來打漿的技術要麽是蔡倫首創的,要麽是在他手裏成熟的。這是造紙技術的重大突破。

蔡倫搗碎紙漿,和現在造紙廠的打漿,科學原理是壹樣的。對於蔡倫的敲打,《造紙科技史》做出這樣的評價:

澆註,即機械打漿,是使纖維相互形成紙頁的關鍵工序。.....(搗碎的纖維)經過脫水和幹燥,形成纖維和強度交織的紙。區分出土的麻纖維和紙,要看有沒有被打過。機械打漿是造紙中消耗大量電能的工序,蔡倫通過捶打成功解決了這壹關鍵問題。

植物纖維的切斷和脫膠是造紙過程中成功的第壹步。然而,僅此還不能制造出合格的紙張。未搗碎的纖維在脫水幹燥後不能緊密纏結,導致纖維松散,缺乏必要的強度。這種情況下,纖維雖然可以層壓成薄片,變成紙狀,但因為纖維松散,經不起滾動折疊,透水性強,所以無法書寫。只有當造紙纖維被充分搗碎時,纖維才能在脫水和幹燥後緊密地相互纏繞在壹起。如此形成的紙張可具有精致的表面、必要的強度和適當的吸水性,並成為可書寫的耐用紙張。因此,沒有充分的打漿,不可能用造紙纖維制造出合格的紙。古代文獻反復強調蔡倫造紙中的“搗”,就是這個道理。

抄造紙漿是抄造合格紙張和改善紙張性能的另壹個關鍵工序。

3.造紙和紙藥。

東漢劉茜在《名解》中提到的“搗抄紙”的“抄”,就是今天造紙工業中仍在使用的名稱抄紙。這是造紙的最後壹道重要工序。

造紙工具是造紙窗簾。充分搗碎的纖維均勻地懸浮在水中。使用造紙幕簾從水中吸取纖維。纖維在窗簾上迅速過濾水分,然後變成濕紙頁,幹燥後又變成紙。據說在蔡倫之前,人們用壞絲綿做絮紙,他們可能使用了壹種類似造紙窗簾的工具。許慎的《說文解字(十三)》把“紙”解釋為“壹個絮”。許慎的紙是棉卷紙。這個“茅草”,也就是草的茅草,是用稻草做的窗簾,也有人說是茅草做的窗簾,人們用茅草在水中捕魚,復制絲綿纖維,做成絮紙。阿清作家段玉裁認為這個“故事”是壹個0的錯誤,然後將其解釋為竹簾。書史專家教授同意段的觀點。這些意見是有用的。然而,造紙窗簾可以由稻草或竹子制成;可能北方用草編,南方用竹編。對於造紙來說,無論是草編還是竹編,對造紙窗簾的要求都是壹樣的,就是能在水中均勻的撈出纖維,並能快速過濾掉窗簾上纖維中的水分。那麽,蔡倫用造紙窗簾嗎?答案是肯定的。因為不僅是史明,後漢《史記》所引《晉書》也說蔡倫“抄紙”。這個“抄”壹定是指用紙抄簾抄,沒有其他可能。蔡倫的造紙簾,大概與許慎的《賦》有關,大概有所改進和創新,具體情況不詳。

在造紙過程中,另壹個重要的工序是使用紙藥。古代紙藥是從壹些新鮮植物中提取的壹種粘稠的汁液。造紙纖維被搗碎後變成紙漿。只有在紙漿中加入紙藥,才能使纖維均勻地懸浮在水中,不發生積累和沈澱。紙藥的奇妙作用有:壹是促進造紙幕布抄來的纖維在幕布上均勻分布,避免紙張厚薄不均;二是濕紙片疊在壹起後再擠壓脫水,不會互相粘連,仍可壹頁壹頁打開。所以沒有造紙藥就有造紙簾,不可能連續造紙。日本的造紙史專家,如山下佑司教授和渡辺由紀教授,都認為紙藥是蔡倫發明的。這種說法是可信的。因為不需要紙藥,解決不了造紙廠不間斷的手工生產。這樣出兩張樣紙也不錯。如果要進行連續的手工生產,就必須使用紙藥,沒有第二種方法。據文獻記載,自蔡倫發明“蔡侯紙”後,立即出現了“天下萬物都得用”的局面。此後,朝廷開始供應官員所需的紙張,全國各地的文人墨客都用紙抄寫書信。如果東漢的造紙廠不用紙藥的話,產量肯定是非常有限的。怎麽會有“天下無不為用”的熱鬧局面?怎樣才能基本滿足全國的需求?所以自蔡倫以來的東漢造紙廠都得用紙藥,沒有別的辦法。方上造紙廠生產中的紙藥問題應由蔡倫解決。這是壹個推論,我相信是合理的。

與紙藥配套的造紙簾為造紙廠連續手工生產提供了關鍵技術。

綜上所述,蔡倫的造紙工藝,包括原料和加工,已經成為壹套完整成熟的生產技術。采用這種生產工藝,可以在車間生產出合格的“蔡侯紙”。其中,有三大問題需要從科技上解決:壹是降低產品成本;二是保證產品性能和質量;三是在造紙廠實現連續不間斷生產。誠然,蔡倫不可能不借鑒別人的科技成果。而能解決上述問題的壹套完整成熟的生產技術,在蔡倫之前是不存在的。所以這種完整成熟的生產技術是蔡倫自己的發明。

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