造紙術的進步

 

       造紙的流程在這兩千年沒有太大的變化,經過漫長的改良而造就我們現今的造紙技術。而技術的大躍進,可歸功於這項技術傳入歐洲後不久,在原料擊打的步驟以及模組的製作上,有明顯的改良。 以下我們就這兩項造紙步驟上的進步來探討這項工藝將近兩千年的轉變,最後再探討手工紙與機製紙的差異。

 

原料及研磨方式演變   

       造紙術始於中國,其原料一開始有桑樹皮,大麻,竹子等等。擊打的方式很傳統,先將原料扔進石臼(mortar) 中,加上適當比
例的水後,再以手持杵(pestle) 或是大頭錘(mallet) 將原料打擊成纖維狀。接著,造紙術傳入阿拉伯後,使用亞麻破布為原料。他們將布料以成堆的方式浸泡於水中使其發酵,再放入木頭灰燼中加熱,加熱後的破布裝成袋後再放到流動的水中去除大量的植物鹼和一些雜質。步驟完成之後,才將原料即打成纖維狀。阿拉伯人一開始的擊打方式與中國相同,之後,演變為較省力,triphammer擊打的方式。雖然不同國家其可以取得得原料有所不同,但是將原料及打成纖維的方式還都是類似的。以上這些手工的擊打方式,在現在許多較古老的手工製紙工廠,還延續使用著。

       造紙術傳入歐洲後過不久,西班牙人約於西元1151 年發明了沖擊機,它利用水力驅動輪軸,再帶動一排木製大頭錘,不停的上下擊打在放有處理過的破布之凹槽上。其方式類似傳統手工方式,但是效率卻遠遠勝出。在接下來近500 年,此種研磨方式僅有細微的改變。十七世紀後,荷蘭人發明了更有效率的機器漂打機。它將裝有破布的槽上放置一圓柱狀不斷滾動的的滾筒,滾筒上裝有鐵刀片,當原料經過槽的底部與滾筒接觸時,破布即被切成更細小且研磨成纖維狀。此機器使得破布可以不用事先經過處理(例如:發酵)即可使用,大大降低了造紙時間與成本。

       然而,手工擊打的纖維較漂打機的長,強壯,且堅韌。因此,其類似手工擊打效果的衝擊機並沒有完全被新的機器取代,現今
在日本,造紙廠為了要仿製手工紙的優點,還是使用改良過的衝擊機。

 

模組的改變           

       現代的紙張置於亮處,可經由紙張表面( 尤其是背面) 隱約看見模子本身的圖案,這是由於模子的金屬線網所造成,其模子有兩種形式:一為平行線狀(laid),一為編織網狀(wove)。兩千年以來,模組的變化不大,尤其在模子的形式方面,就僅僅有上述這兩種型態,而主要改變的是模組是否可拆卸、模組製成材料上的變化。

       據推測,中國蔡倫造紙術一開始,以竹子為材料當框,中間支撐紙漿的模子(mould-covering) 為鬆散粗糙的織衣(woven cloth),這種外框與模子相連的模組,紙漿在模子上自行乾造以後才可以與模組分離。接著,發明了外框與內部的模子分開的模組,模子是由細竹子平行緊密排列(laid),再由絲線等細繩將之串起之竹簾製成,竹簾放在框架上再浸漬於紙漿槽中撈起,紙漿在竹簾上成形後,便可以將竹簾從框中拿起,模組的外框則可以接續下一個造紙動作,因此大大提高了造紙效率;濕紙張由竹簾取下後,一張張的堆疊在一起,此種模組製造出來的紙張上,可以看的到竹子排列的痕跡。目前東方的手工紙製造方式,還是使用此種模式。十二世紀後,造紙術傳入西班牙後不久,由於植物材料難以取得,金屬的模組很快的取代了植物模組,且為了容易使破布為原料的紙漿順利成形,模子與外框又變回緊密相連的形式(rigid-mould)。紙張工業技術的改良可歸功於十八世紀下半葉,活躍的Whatman 父子兩人的努力。父子倆於西元1756 年發明了網紋模組(wove mould),有別於之前的平行模組(Laid mould),網紋模組可以給紙張較大的支撐力,製造出來的紙張比較光滑平順,更利於繪畫、書寫及印刷的使用。除了模組的改變之外,值得一提的是,東西方手工紙有一大不一樣的地方,西方的紙張由模子取下堆疊時,每一個紙張中間都會插入毛氈,東方則無,因此西方手工紙製成後,除了可以看見模子的紋路外,毛氈的紋路也特別明顯。

 

手工紙到機製紙      

       十八世紀後期到十九世紀初,英國開始工業革命,工業革命對歐洲造紙業也產生了巨大的影響,使手工製紙轉變為先進的機器製紙。而手工紙與機製紙最大的差別在於紙張成形的步驟由機器取代人工。第一台造紙機為法國人Nicholas-Louis Robert 於西元1798 年左右發明成功,此機器的製紙模子有固定的寬,但是由於機器不斷滾動,所以可以製造各種長度的紙張。然而,Robert與贊助人之間有專利金等糾紛,再加上正當法國大革命社會動盪不安,此機器並沒有在法國繼續研發製造。此技術之後移轉到英國人的手中,幾年後,Fourdrinier 兄弟依據Robert 的機器為原型,加以改良,西元1803 年第一台「長網造紙機」(Fourdrinier)問世,「Fourdrinier」這個詞往後就被當成專指機製紙使用。西元1809 年後,英國人John Dickinson 發明了另一種型態,滾軸式的(cyliner) 造紙機,有別於長網造紙機其紙張是在平台上成形,滾軸式的造紙機的滾輪上覆有金屬製的編織網線(wire mesh),滾輪的一半浸漬在紙漿槽中,當滾輪滾動時,利用真空原理將紙漿由槽中帶到滾輪上成形後取下後加壓,其後切成預計的大小後,與手工製紙方式一樣,懸掛在通風的閣樓自然風乾。西元1821 年後,發明了中心可加熱的滾軸(drying culinder) 後,造紙的效率又更上一層樓。

 

機製紙模仿手工紙     

       大約在西元1970 年後,發明了可模仿手工製紙效果之機器,此機器稱為cylinder-mould 或cylinder and vat 機器,機器即是上段所描述的滾軸式造紙機經改良而成。濕紙張在浸漬於紙漿槽中緩慢滾動的滾軸上成形後,傳送到覆有毛氈的平台上,再由另一滾輪加壓等後續處理步驟,這種機器模仿手工所製作出來的紙張稱為模製紙(cyilnder-mould made paper 或mould-made paper)。它融合了機製紙品質均勻,手工紙紙張強韌等的優點,以下針對模製紙的特色做更詳細的說明。

模製紙的特色

       模製紙其實為機製紙的一種,我們現今所講的機製紙是專指Fourdrinier 機器所造出來的紙,而模製紙與其製造原理大同小異,主要的差別在於其設計的目的是為了模仿手工紙的優點。模製紙的英文為mould-made paper 或是cylinder mouldmade paper,主要是由於其製作方式,是在紙漿槽上放置一滾筒,滾筒的一半浸漬於槽中,一半露出。滾筒表面具有金屬網紋( 類似手工紙的網紋模組),滾筒緩慢滾動時將紙漿由槽中帶起( 因緩慢滾動,紙的纖維隨意排列,紙張強度也近似手工紙一樣強韌),接著,成形的濕紙張被傳送到覆有毛氈的檯面上,再由其他滾輪進行加壓,擠去多餘的水分。此時紙張已經有正反兩面之分,接觸滾筒( 背面) 的一面稱作網紋面(wire side);而接觸毛氈( 正面) 的一面稱作felt side。這種表面紋理也是模仿手工紙而來。值得注意的是,手工紙與模製紙的水印會出現在紙張的wire side 面;而在機製紙中,因為製作的方式不同,水印會出現在felt side一面,且紋路較不明顯。

       如果使用不透水的材質將金屬網紋的滾筒表面切割成不同區域,區域的大小視預製成的紙張而定,則紙張是被一張一張製作成型的,此種方式製造出來的紙張具有四個毛邊,這與手工製紙所製造出來的毛邊類似。然而並非所有的模製紙都具有這種設計,大多數的模製紙的滾筒上並沒有被切割出不同區域,因此所造出來的紙一開始僅有對向的兩邊為毛邊,而另為兩邊是由手工方式撕開所模仿而成的。

       而在原料方面,棉絨(cotton linter,棉花種子上的短棉毛) 或是棉花碎布(cotton rag,由棉花種子上的長棉毛製成) 一直都是手工紙及模造紙標準的使用原料。棉花碎布的纖維較長,但是現今在造紙工業上已經較少使用,而現在市售水彩紙若說明以破布(rag) 為原料,其實指的即是棉絨。棉因其具有100% 純纖維素(cellulose),比其他材料更耐久。因此,以價錢以及品質考量結果,模造紙是現今經濟價值最優良的的水彩用紙。   

 

古代與現代手工紙的差別

       從造紙術發明至今,造紙原理與步驟並沒有多大的變化。主要改變的是現代手工紙的製造步驟,除了抄紙等還為傳統人工步驟
外,許多步驟已經被機器所取代了。下表列出過去與現在手工紙製造過程之差異。