STSE視野中的“紙化學(xué)”點(diǎn)滴

龔源

摘要：基于STSE（社會(huì)、科學(xué)、技術(shù)和環(huán)境）視野，對(duì)“紙化學(xué)”進(jìn)行點(diǎn)滴透視，拓展知識(shí)視野，感受以紙為載體的新認(rèn)識(shí)和新發(fā)明等，正視與紙相關(guān)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：紙；化學(xué)；透視

文章編號(hào)：1008-0546（2014）03-0093-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

造紙術(shù)是中國(guó)古代四大發(fā)明之一。紙的制造過(guò)程包含很多化學(xué)原理、生產(chǎn)技術(shù)和工藝等，彰顯古代勞動(dòng)人民的聰明才智。紙的發(fā)明和廣泛使用，在交流思想、傳播文化、發(fā)展科學(xué)技術(shù)以及推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面所起的作用是不可估量的。

在我們生活中，與紙有關(guān)的化學(xué)問(wèn)題也有很多，但由于公眾缺乏必要的知識(shí)，于是，就對(duì)“紙化學(xué)”的認(rèn)識(shí)十分膚淺，甚至存在偏差和謬誤。下面從STSE角度予以點(diǎn)滴透視，以期收到“窺一斑而知全豹”之效。

一、透視文化寶庫(kù)中的造紙技術(shù)元素

我國(guó)古代的詩(shī)詞歌賦凝練精悍，飽含智慧，其中不乏與紙的制造歷史相關(guān)的成語(yǔ)典故。仔細(xì)咀嚼品味，不僅可以增長(zhǎng)文化知識(shí)，也能豐富歷史知識(shí)，并會(huì)強(qiáng)烈感受到人類文明進(jìn)步的脈搏律動(dòng)。下面就擇取案例剖析。

“學(xué)富五車”：語(yǔ)本《莊子·天下》：“惠施多方，其書五車?！蔽遘囍肝遘嚂?，形容讀書多，學(xué)問(wèn)淵博。在紙尚未發(fā)明之前，古人多在獸骨、龜甲、青銅器上記錄事物。從春秋戰(zhàn)國(guó)到西漢，人們開始用竹簡(jiǎn)、木簡(jiǎn)作書寫材料即把字寫在竹片或木片上，然后用皮革之類串編起來(lái)，這樣書寫既不方便，又不便于攜帶，動(dòng)輒船裝車?yán)Ｔ囃葡胍幌?，五車竹?jiǎn)記錄的文字量又有多少呢？恐怕還比不上現(xiàn)在的一小本書吧。后來(lái)，絲織品的出現(xiàn)，雖然也兼作書寫材料，但價(jià)格昂貴，不易普及。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索和實(shí)踐，人們終于發(fā)明了用麻繩頭、破布、舊漁網(wǎng)等廢舊材料制成的植物纖維紙。

“學(xué)富五車”這一成語(yǔ)精辟深刻，它鞭策著我們這些后來(lái)人對(duì)知識(shí)應(yīng)追求不輟，同時(shí)我們也由衷贊賞祖先的偉大創(chuàng)造，感嘆造紙技術(shù)的突破所爆發(fā)出的巨大能量，心底油然而生一種民族自豪感和傳承創(chuàng)新的責(zé)任感、緊迫感。

“信口雌黃”：雌黃即雞冠石，其成分是三硫化二砷，是一種黃色顏料。古人用黃紙寫字，如果寫錯(cuò)了就用雌黃來(lái)涂抹，然后改寫，于是人們把胡亂篡改稱為雌黃，后來(lái)逐漸引申為不顧事實(shí)，隨口亂發(fā)議論。也許有人會(huì)問(wèn)：古人何須用黃紙？北宋宋祁《宋景文公筆記》“釋俗”條更說(shuō)：“古人寫書，盡用黃紙，故謂之‘黃卷。”這種“黃紙”是用黃檗汁染過(guò)的，顏色發(fā)黃，其中的化學(xué)藥物成分可以防蟲蛀。這種染紙法在造紙技術(shù)上稱為“入黃”或“染黃”。紙卷大多經(jīng)過(guò)“入黃”，有的是先寫后染，也有的先染后寫?？v觀歷史，我國(guó)很早就有使用藥物以保護(hù)書籍紙張的記載，例如后魏賈思勰的《齊民要術(shù)》中，就有“染潢及治書法”一節(jié)，專門詳盡敘述了用黃檗汁染書的方法。從現(xiàn)存古本抄卷看，不少盡管已經(jīng)破損斷爛，但鮮有被蟲蛀蝕的現(xiàn)象，可見這種防蛀法在延長(zhǎng)書卷保存年限上是顯著的和行之有效的。

“信口雌黃”這一成語(yǔ)警示我們言行應(yīng)以實(shí)為據(jù)，不能節(jié)外生枝，憑空捏造。在品味成語(yǔ)的引申意義之余，我們也懂得了古人是如何發(fā)揮聰明才智對(duì)紙質(zhì)書籍進(jìn)行保護(hù)的，從而真實(shí)地、完好地把文明與歷史延續(xù)，澤被后世。其實(shí)，在科技高度發(fā)達(dá)的今天，祖先們的有些做法依然會(huì)給我們保護(hù)紙質(zhì)文物帶來(lái)諸多靈感和啟發(fā)。

由此可見，成語(yǔ)雖短小，其內(nèi)涵卻是如此博大精深，奧妙無(wú)窮，讓人倍受啟迪，心懷敬畏。

二、透視紙科技中的創(chuàng)新元素

隨著科技進(jìn)步，人們也賦予了紙諸多高科技元素，一些科技含量高的新概念紙以及以紙為載體的新發(fā)明、新創(chuàng)造也就應(yīng)運(yùn)而生了。紙科技的不斷創(chuàng)新不僅提升了現(xiàn)代人的生活品質(zhì)，同時(shí)也把相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品附加值做大做強(qiáng)做到最大化。下面就舉兩例。

1. 石頭紙——紙家族的新丁

有報(bào)道說(shuō)，在2010年“兩會(huì)”期間，政協(xié)委員們領(lǐng)到的會(huì)議通知、日程表、便簽紙等都是以碳酸鈣為主要原料的“石頭紙”。所謂“石頭紙”是從其制取的原料角度來(lái)命名的，就是以磨成粉末的大理石[（CaCO3]為主要原料，加上15%的聚乙烯和5%的粘合劑做成的。這種紙防水、堅(jiān)固、不易燃燒，最重要的是不用破壞森林來(lái)造紙，具有綠色、低碳等顯著特點(diǎn)?！笆^紙”外觀看起來(lái)與普通紙沒什么區(qū)別，但寫上字泡在水里，十分鐘后拿出來(lái)，用手抹一下，字不但不會(huì)模糊暈開，而且把水擦干后照樣可以繼續(xù)寫字。如果同時(shí)燃燒“石頭紙”和普通紙，普通紙一下子就燒完了，但“石頭紙”的火焰卻慢慢變小，最后才熄滅。

石頭造紙技術(shù)是由香港龍盟科技紙業(yè)發(fā)明，已經(jīng)在世界多國(guó)申請(qǐng)專利，現(xiàn)在多應(yīng)用于制造筆記本，紙袋，餐盒等。在人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)保的當(dāng)今社會(huì)，這項(xiàng)新技術(shù)將日益受到世人的矚目和青睞。

2. 紙電池——能源領(lǐng)域的“奇葩”

紙電池又稱軟電池。芬蘭籍華人科學(xué)家張霞昌及其團(tuán)隊(duì)于2003年開始研發(fā)紙電池，并獲得60萬(wàn)歐元資助，經(jīng)過(guò)努力，他與芬蘭同事一起創(chuàng)辦了Enfucell 公司。該團(tuán)隊(duì)于2008年11月生產(chǎn)了一種紙電池，它是基于傳統(tǒng)的紙張印刷術(shù)，將鋅、鎳或其他金屬涂在紙的一面，而錳氧化物或其他氧化物涂在紙的另一面，含有電解液的薄層紙被用作隔離器和傳導(dǎo)體，紙內(nèi)的離子流過(guò)水和氧化鋅組成的電解質(zhì)，電池總反應(yīng)為：Zn +2MnO2+H2O[=]ZnO+2MnO（OH）。這種1.5V電池可以恒定速率產(chǎn)生電流，且成本與普通紙張相當(dāng)。

新型紙電池堪稱能源領(lǐng)域的“奇葩”。 它與傳統(tǒng)電池相比在能源存儲(chǔ)和充電壽命周期等方面都有良好的表現(xiàn)，它可以剪裁、彎曲、折疊和可塑，對(duì)環(huán)境友好，而且價(jià)格便宜。這種紙電池可用于智能卡、音樂(lè)賀卡、電子標(biāo)簽、電子報(bào)紙、射頻識(shí)別器（RFID）、手機(jī)、手提電腦等產(chǎn)品，其潛在價(jià)值十分可觀。目前全世界僅美國(guó)、芬蘭、以色列等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家開發(fā)出了紙電池。

三、透視紙品中的熒光劑

近年來(lái)，媒體頻頻曝光衛(wèi)生紙、餐巾紙、方便面桶、打印紙、紙杯、學(xué)生作業(yè)本等紙質(zhì)產(chǎn)品中的熒光劑含量超標(biāo)。對(duì)此專家表示，幾乎所有白色的紙張中都含有熒光劑。不僅如此，我們的衣服、唇膏等一些生活用品中也都含有這種“增白神器”，可以說(shuō)熒光劑對(duì)人們的影響已經(jīng)滲透到生活的各個(gè)角落。endprint

東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的專家組曾對(duì)南京市面上的8種作業(yè)本進(jìn)行熒光劑抽樣檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)人員把8種作業(yè)本依次放入紫外線分析儀照射，結(jié)果表明，8種作業(yè)本一“照” 全含熒光劑，并且紙張?jiān)桨?，熒光劑含量就越高?/p>

那么，紙張中為什么要加熒光劑呢？專家介紹說(shuō)：“如果純粹用天然原漿來(lái)制作紙制品，色度肯定達(dá)不到要求，商家就必須想盡辦法在紙張加工時(shí)，讓紙張顏色發(fā)白，就需要添加熒光增白劑。”

有資料表明，熒光劑種類很多，有一種叫做DCB的熒光劑，為吡唑啉衍生物，其發(fā)色基為[—C][N][N—][CH2CH2] 能發(fā)出藍(lán)綠色熒光，增白時(shí)可吸附于物體表面，其吸收波長(zhǎng)為350nm的紫外光線，反射約為450nm的藍(lán)色光線，產(chǎn)生略帶藍(lán)光的潔白悅目的增白效果。

據(jù)專家介紹，熒光劑是一種相對(duì)安全的化學(xué)物質(zhì)，目前國(guó)內(nèi)外都沒有足夠的數(shù)據(jù)表明熒光劑對(duì)人體有確切的毒害作用。但據(jù)醫(yī)學(xué)臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)，熒光物質(zhì)可以使細(xì)胞產(chǎn)生變異性，如果對(duì)熒光劑接觸過(guò)量，可能有潛在的健康威脅。為了安全起見，專家建議家長(zhǎng)為孩子選購(gòu)作業(yè)本時(shí)，先在亮光下觀察紙張的顏色，如果紙張?zhí)住⑻?，最好別買。偏黃的紙相對(duì)來(lái)說(shuō)是安全的。另外，家長(zhǎng)也要教育孩子，不要把作業(yè)本放在嘴里，防止熒光劑直接被孩子吞服。生活中也應(yīng)盡量減少與過(guò)度潔白的紙張及其他物品接觸的機(jī)會(huì)。

四、透視紙質(zhì)文物保護(hù)中的化學(xué)因素

紙質(zhì)文物的保護(hù)是一個(gè)精細(xì)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。普通紙張的主要成分是纖維素，纖維素在一定條件下能發(fā)生水解反應(yīng)，而且水解生成小分子糖類物質(zhì)，就為菌類生長(zhǎng)提供足夠的營(yíng)養(yǎng)。同時(shí)，纖維素結(jié)構(gòu)中還存在-CH2OH和-OH，對(duì)氧化劑和紫外線較為敏感，能被漂白粉、過(guò)氧化氫、臭氧等氧化，生成含醛基、羰基和羧基的氧化纖維素，正是生成了氧化纖維素才使得紙質(zhì)文物變黃、變脆，機(jī)械強(qiáng)度降低。另外，早期紙張生產(chǎn)中，常采用紙張表面涂敷明礬的工藝，以填補(bǔ)其表面的微孔，防止墨跡擴(kuò)散。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，這種紙張會(huì)逐漸變脆、破損，嚴(yán)重威脅到文物的保存。經(jīng)檢驗(yàn)分析，原因是明礬中的Al3+水解呈酸性，導(dǎo)致在酸性環(huán)境下纖維素水解程度加劇。如何盡可能降低H+濃度就成為搶救性保護(hù)紙質(zhì)文物的關(guān)鍵所在?？茖W(xué)家試驗(yàn)了很多種方法，其中有一種是在紙質(zhì)材料上適量噴灑Zn（C2H5）2，原理是Zn（C2H5）2可與水反應(yīng)生成ZnO和C2H6，ZnO可與H+反應(yīng)，降低了H+濃度，于是，就減緩了紙質(zhì)文物的腐蝕速率。

當(dāng)然，紙質(zhì)文物保管應(yīng)多管齊下，多措并舉，綜合施治。應(yīng)該對(duì)文物所處的環(huán)境加以嚴(yán)格控制，如溫度、濕度、空氣、光源等。有關(guān)研究表明，紙質(zhì)文物的保護(hù)一般選擇如下條件：溫度控制在18℃左右；相對(duì)濕度約為60%；自然通風(fēng)和過(guò)濾空氣保證環(huán)境的潔凈；避免紫外線照射等等。

五、透視“接地氣”的土法造紙術(shù)

目前，各種紙品充斥市場(chǎng)，如普通紙、宣紙、再生紙等，琳瑯滿目，應(yīng)有盡有，彰顯人類造紙技藝水平的高超。如果說(shuō)這些紙品的制造技藝過(guò)于“陽(yáng)春白雪”，與普通百姓的認(rèn)知相去甚遠(yuǎn)的話，那么看得見摸得著的“接地氣”的土法造紙術(shù)其實(shí)就在身邊。比如，在我國(guó)很多農(nóng)村地仍舊沿襲著以燒“紙錢”的方式祭奠先人的風(fēng)俗習(xí)慣，而草紙是制造“紙錢”的重要材料，這就給土法造紙營(yíng)造了巨大的生產(chǎn)和利潤(rùn)空間，于是造紙小作坊就千年不絕，生生不息。筆者曾帶領(lǐng)課外興趣小組的同學(xué)實(shí)地參觀考查本地農(nóng)村造紙小作坊，體驗(yàn)了這種土法造紙的過(guò)程。

草紙的制作過(guò)程大致如下：

1. 將富含粗纖維的植物秸稈（如麥草、稻草等）約350斤放入水池中，再加入石灰約80斤，浸泡20天。

2.撈出，放在地鍋的蒸籠上用蒸汽蒸約6小時(shí)。

3.用打漿機(jī)把處理好的植物秸稈打碎，加入蒲棒絨約8斤，摻勻磨漿。

4.把磨好的漿液裝入紗布，在清水池中反復(fù)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，備用。

6.取適量提取物，均勻平鋪在一種細(xì)竹編制成的席子上，初步晾曬，待晾至六成干，揭掉。

7.根據(jù)尺寸，將粗紙一層一層地摞在一起，用石頭等重物壓住，擠去其中的殘留水。

8.再將粗紙一張一張地分開，貼在墻上風(fēng)干，即得成品。

活動(dòng)結(jié)束后，同學(xué)們都感慨萬(wàn)千：我國(guó)的造紙技術(shù)之所以日臻提升，得益于厚重的接地氣的文明積淀和升華。盡管土法造紙技術(shù)粗疏，工藝簡(jiǎn)陋，效率低下，但作為一項(xiàng)文明古國(guó)對(duì)人類的杰出貢獻(xiàn)至今仍讓人驕傲自豪，作為后來(lái)人應(yīng)不斷傳承，發(fā)揚(yáng)光大并創(chuàng)新出彩。

當(dāng)然，我們也應(yīng)清醒地看到，這些造紙小作坊盡管在某種程度上可能仍將繼續(xù)滿足著百姓的現(xiàn)實(shí)需求，獲取巨大的生產(chǎn)利潤(rùn)，但不可否認(rèn)，嚴(yán)重的環(huán)境污染和對(duì)封建迷信活動(dòng)的推波助瀾等負(fù)面效應(yīng)，都讓其難辭其咎。規(guī)?；a(chǎn)、綠色化生產(chǎn)、提高原材料利用率、增加產(chǎn)品附加值才是其唯一出路，同時(shí)整個(gè)社會(huì)要營(yíng)造一種移風(fēng)易俗的新風(fēng)尚。只有這樣，造紙業(yè)才會(huì)健康蓬勃成長(zhǎng)。

紙是人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦薪佑|最多的物品之一，與紙有關(guān)的問(wèn)題牽涉社會(huì)、科學(xué)、技術(shù)、環(huán)境等方面，可謂是無(wú)時(shí)不在，無(wú)處不在。作為普通公民要了解一些必要的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，無(wú)論是從提高個(gè)人生活質(zhì)量角度，還是提升全民素質(zhì)角度來(lái)說(shuō)都是大有裨益的。同時(shí)，隨著人們對(duì)紙產(chǎn)品需求量的激增，也倒逼科技工作者不斷追求紙產(chǎn)品卓越的創(chuàng)新責(zé)任感和緊迫感。我們也期待紙科技迅速崛起壯大，快速成長(zhǎng)為中華科技大廈的中流砥柱。

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