STSE视野中的“纸化学”点滴

龚源

摘要：基于STSE（社会、科学、技术和环境）视野，对“纸化学”进行点滴透视，拓展知识视野，感受以纸为载体的新认识和新发明等，正视与纸相关的现实问题。

关键词：纸；化学；透视

文章编号：1008-0546（2014）03-0093-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

造纸术是中国古代四大发明之一。纸的制造过程包含很多化学原理、生产技术和工艺等，彰显古代劳动人民的聪明才智。纸的发明和广泛使用，在交流思想、传播文化、发展科学技术以及推动社会进步等方面所起的作用是不可估量的。

在我们生活中，与纸有关的化学问题也有很多，但由于公众缺乏必要的知识，于是，就对“纸化学”的认识十分肤浅，甚至存在偏差和谬误。下面从STSE角度予以点滴透视，以期收到“窥一斑而知全豹”之效。

一、透视文化宝库中的造纸技术元素

我国古代的诗词歌赋凝练精悍，饱含智慧，其中不乏与纸的制造历史相关的成语典故。仔细咀嚼品味，不仅可以增长文化知识，也能丰富历史知识，并会强烈感受到人类文明进步的脉搏律动。下面就择取案例剖析。

“学富五车”：语本《庄子·天下》：“惠施多方，其书五车。”五车指五车书，形容读书多，学问渊博。在纸尚未发明之前，古人多在兽骨、龟甲、青铜器上记录事物。从春秋战国到西汉，人们开始用竹简、木简作书写材料即把字写在竹片或木片上，然后用皮革之类串编起来，这样书写既不方便，又不便于携带，动辄船装车拉。试推想一下，五车竹简记录的文字量又有多少呢？恐怕还比不上现在的一小本书吧。后来，丝织品的出现，虽然也兼作书写材料，但价格昂贵，不易普及。经过长期摸索和实践，人们终于发明了用麻绳头、破布、旧渔网等废旧材料制成的植物纤维纸。

“学富五车”这一成语精辟深刻，它鞭策着我们这些后来人对知识应追求不辍，同时我们也由衷赞赏祖先的伟大创造，感叹造纸技术的突破所爆发出的巨大能量，心底油然而生一种民族自豪感和传承创新的责任感、紧迫感。

“信口雌黄”：雌黄即鸡冠石，其成分是三硫化二砷，是一种黄色颜料。古人用黄纸写字，如果写错了就用雌黄来涂抹，然后改写，于是人们把胡乱篡改称为雌黄，后来逐渐引申为不顾事实，随口乱发议论。也许有人会问：古人何须用黄纸？北宋宋祁《宋景文公笔记》“释俗”条更说：“古人写书，尽用黄纸，故谓之‘黄卷。”这种“黄纸”是用黄檗汁染过的，颜色发黄，其中的化学药物成分可以防虫蛀。这种染纸法在造纸技术上称为“入黄”或“染黄”。纸卷大多经过“入黄”，有的是先写后染，也有的先染后写。纵观历史，我国很早就有使用药物以保护书籍纸张的记载，例如后魏贾思勰的《齐民要术》中，就有“染潢及治书法”一节，专门详尽叙述了用黄檗汁染书的方法。从现存古本抄卷看，不少尽管已经破损断烂，但鲜有被虫蛀蚀的现象，可见这种防蛀法在延长书卷保存年限上是显著的和行之有效的。

“信口雌黄”这一成语警示我们言行应以实为据，不能节外生枝，凭空捏造。在品味成语的引申意义之余，我们也懂得了古人是如何发挥聪明才智对纸质书籍进行保护的，从而真实地、完好地把文明与历史延续，泽被后世。其实，在科技高度发达的今天，祖先们的有些做法依然会给我们保护纸质文物带来诸多灵感和启发。

由此可见，成语虽短小，其内涵却是如此博大精深，奥妙无穷，让人倍受启迪，心怀敬畏。

二、透视纸科技中的创新元素

随着科技进步，人们也赋予了纸诸多高科技元素，一些科技含量高的新概念纸以及以纸为载体的新发明、新创造也就应运而生了。纸科技的不断创新不仅提升了现代人的生活品质，同时也把相关产业的产品附加值做大做强做到最大化。下面就举两例。

1. 石头纸——纸家族的新丁

有报道说，在2010年“两会”期间，政协委员们领到的会议通知、日程表、便签纸等都是以碳酸钙为主要原料的“石头纸”。所谓“石头纸”是从其制取的原料角度来命名的，就是以磨成粉末的大理石[（CaCO3]为主要原料，加上15%的聚乙烯和5%的粘合剂做成的。这种纸防水、坚固、不易燃烧，最重要的是不用破坏森林来造纸，具有绿色、低碳等显著特点。“石头纸”外观看起来与普通纸没什么区别，但写上字泡在水里，十分钟后拿出来，用手抹一下，字不但不会模糊晕开，而且把水擦干后照样可以继续写字。如果同时燃烧“石头纸”和普通纸，普通纸一下子就烧完了，但“石头纸”的火焰却慢慢变小，最后才熄灭。

石头造纸技术是由香港龙盟科技纸业发明，已经在世界多国申请专利，现在多应用于制造笔记本，纸袋，餐盒等。在人们越来越重视环保的当今社会，这项新技术将日益受到世人的瞩目和青睐。

2. 纸电池——能源领域的“奇葩”

纸电池又称软电池。芬兰籍华人科学家张霞昌及其团队于2003年开始研发纸电池，并获得60万欧元资助，经过努力，他与芬兰同事一起创办了Enfucell 公司。该团队于2008年11月生产了一种纸电池，它是基于传统的纸张印刷术，将锌、镍或其他金属涂在纸的一面，而锰氧化物或其他氧化物涂在纸的另一面，含有电解液的薄层纸被用作隔离器和传导体，纸内的离子流过水和氧化锌组成的电解质，电池总反应为：Zn +2MnO2+H2O[=]ZnO+2MnO（OH）。这种1.5V电池可以恒定速率产生电流，且成本与普通纸张相当。

新型纸电池堪称能源领域的“奇葩”。 它与传统电池相比在能源存储和充电寿命周期等方面都有良好的表现，它可以剪裁、弯曲、折叠和可塑，对环境友好，而且价格便宜。这种纸电池可用于智能卡、音乐贺卡、电子标签、电子报纸、射频识别器（RFID）、手机、手提电脑等产品，其潜在价值十分可观。目前全世界仅美国、芬兰、以色列等少数几个国家开发出了纸电池。

三、透视纸品中的荧光剂

近年来，媒体频频曝光卫生纸、餐巾纸、方便面桶、打印纸、纸杯、学生作业本等纸质产品中的荧光剂含量超标。对此专家表示，几乎所有白色的纸张中都含有荧光剂。不仅如此，我们的衣服、唇膏等一些生活用品中也都含有这种“增白神器”，可以说荧光剂对人们的影响已经渗透到生活的各个角落。endprint

东南大学化学化工学院的专家组曾对南京市面上的8种作业本进行荧光剂抽样检测实验。实验人员把8种作业本依次放入紫外线分析仪照射，结果表明，8种作业本一“照” 全含荧光剂，并且纸张越白，荧光剂含量就越高。

那么，纸张中为什么要加荧光剂呢？专家介绍说：“如果纯粹用天然原浆来制作纸制品，色度肯定达不到要求，商家就必须想尽办法在纸张加工时，让纸张颜色发白，就需要添加荧光增白剂。”

有资料表明，荧光剂种类很多，有一种叫做DCB的荧光剂，为吡唑啉衍生物，其发色基为[—C][N][N—][CH2CH2] 能发出蓝绿色荧光，增白时可吸附于物体表面，其吸收波长为350nm的紫外光线，反射约为450nm的蓝色光线，产生略带蓝光的洁白悦目的增白效果。

据专家介绍，荧光剂是一种相对安全的化学物质，目前国内外都没有足够的数据表明荧光剂对人体有确切的毒害作用。但据医学临床实验证实，荧光物质可以使细胞产生变异性，如果对荧光剂接触过量，可能有潜在的健康威胁。为了安全起见，专家建议家长为孩子选购作业本时，先在亮光下观察纸张的颜色，如果纸张太白、太亮，最好别买。偏黄的纸相对来说是安全的。另外，家长也要教育孩子，不要把作业本放在嘴里，防止荧光剂直接被孩子吞服。生活中也应尽量减少与过度洁白的纸张及其他物品接触的机会。

四、透视纸质文物保护中的化学因素

纸质文物的保护是一个精细复杂的系统工程。普通纸张的主要成分是纤维素，纤维素在一定条件下能发生水解反应，而且水解生成小分子糖类物质，就为菌类生长提供足够的营养。同时，纤维素结构中还存在-CH2OH和-OH，对氧化剂和紫外线较为敏感，能被漂白粉、过氧化氢、臭氧等氧化，生成含醛基、羰基和羧基的氧化纤维素，正是生成了氧化纤维素才使得纸质文物变黄、变脆，机械强度降低。另外，早期纸张生产中，常采用纸张表面涂敷明矾的工艺，以填补其表面的微孔，防止墨迹扩散。后来人们发现，这种纸张会逐渐变脆、破损，严重威胁到文物的保存。经检验分析，原因是明矾中的Al3+水解呈酸性，导致在酸性环境下纤维素水解程度加剧。如何尽可能降低H+浓度就成为抢救性保护纸质文物的关键所在。科学家试验了很多种方法，其中有一种是在纸质材料上适量喷洒Zn（C2H5）2，原理是Zn（C2H5）2可与水反应生成ZnO和C2H6，ZnO可与H+反应，降低了H+浓度，于是，就减缓了纸质文物的腐蚀速率。

当然，纸质文物保管应多管齐下，多措并举，综合施治。应该对文物所处的环境加以严格控制，如温度、湿度、空气、光源等。有关研究表明，纸质文物的保护一般选择如下条件：温度控制在18℃左右；相对湿度约为60%；自然通风和过滤空气保证环境的洁净；避免紫外线照射等等。

五、透视“接地气”的土法造纸术

目前，各种纸品充斥市场，如普通纸、宣纸、再生纸等，琳琅满目，应有尽有，彰显人类造纸技艺水平的高超。如果说这些纸品的制造技艺过于“阳春白雪”，与普通百姓的认知相去甚远的话，那么看得见摸得着的“接地气”的土法造纸术其实就在身边。比如，在我国很多农村地仍旧沿袭着以烧“纸钱”的方式祭奠先人的风俗习惯，而草纸是制造“纸钱”的重要材料，这就给土法造纸营造了巨大的生产和利润空间，于是造纸小作坊就千年不绝，生生不息。笔者曾带领课外兴趣小组的同学实地参观考查本地农村造纸小作坊，体验了这种土法造纸的过程。

草纸的制作过程大致如下：

1. 将富含粗纤维的植物秸秆（如麦草、稻草等）约350斤放入水池中，再加入石灰约80斤，浸泡20天。

2.捞出，放在地锅的蒸笼上用蒸汽蒸约6小时。

3.用打浆机把处理好的植物秸秆打碎，加入蒲棒绒约8斤，掺匀磨浆。

4.把磨好的浆液装入纱布，在清水池中反复淘洗，以除去石灰水。

5.再把所得到的提取物重新放入清水池，备用。

6.取适量提取物，均匀平铺在一种细竹编制成的席子上，初步晾晒，待晾至六成干，揭掉。

7.根据尺寸，将粗纸一层一层地摞在一起，用石头等重物压住，挤去其中的残留水。

8.再将粗纸一张一张地分开，贴在墙上风干，即得成品。

活动结束后，同学们都感慨万千：我国的造纸技术之所以日臻提升，得益于厚重的接地气的文明积淀和升华。尽管土法造纸技术粗疏，工艺简陋，效率低下，但作为一项文明古国对人类的杰出贡献至今仍让人骄傲自豪，作为后来人应不断传承，发扬光大并创新出彩。

当然，我们也应清醒地看到，这些造纸小作坊尽管在某种程度上可能仍将继续满足着百姓的现实需求，获取巨大的生产利润，但不可否认，严重的环境污染和对封建迷信活动的推波助澜等负面效应，都让其难辞其咎。规模化生产、绿色化生产、提高原材料利用率、增加产品附加值才是其唯一出路，同时整个社会要营造一种移风易俗的新风尚。只有这样，造纸业才会健康蓬勃成长。

纸是人们日常生活和工作中接触最多的物品之一，与纸有关的问题牵涉社会、科学、技术、环境等方面，可谓是无时不在，无处不在。作为普通公民要了解一些必要的相关学科知识，无论是从提高个人生活质量角度，还是提升全民素质角度来说都是大有裨益的。同时，随着人们对纸产品需求量的激增，也倒逼科技工作者不断追求纸产品卓越的创新责任感和紧迫感。我们也期待纸科技迅速崛起壮大，快速成长为中华科技大厦的中流砥柱。

参考文献

[1] 何法信等.化学史纲要[M].南宁：广西人民出版社，1996：74-75

[2] 汪多仁.纺织用化工新产品与新技术[M].南京：江苏科学技术出版社，2001：202-203endprint