杭州富阳图书馆 绪论
| 内容出处： | 《中国科学技术史：造纸与印刷卷》 图书 |
| 唯一号： | 110120020230000967 |
| 颗粒名称： | 绪论 |
| 页数： | 30 |
内容
纸和印刷术以及火药、指南针并称为中国古代科学技术的四大发明，在推动中国和全世界文明的发展中起了巨大作用。就其社会影响而言，恐非任何其他古代发明所能比拟，可以说这是震撼世界的四大发明，将世界史引入新的时代。英国17世纪学者培根（Francis Bacon，1569～1626）在《新工具》（Novum Organum，1620）一书中指出纸和印刷术、火药、指南针的发明，其明显可见的力量、效能和后果是：
已经改变了整个世界的面貌和事物的状态，第一种发明表现在学术方面，第二种在战争方面，第三种在航海方面。从这里又引起无数的变化，以致任何帝国、任何宗教、任何名人在人事方面似乎都不及这些机械发明更有力量和影响。①
19世纪时，马克思（Karl Marx，1818～1883）在《机器·自然力和科学的应用》（Die Maschinen.Die Anwendung der Naturlichen Kraft und der Wissenschaften，1863）中也指出：
火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术变成了新教的工具，总的说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆②。
20世纪英国史家韦尔斯（Herbert George Wells，1866～1946）在《世界史纲》（TheOutlineofHistory，1919）中设题为《纸是怎样解放了人类的思想》专节，其中解释说，印本书的出现，在文艺复兴时代的欧洲刺激了自由讨论的发展，阅读的知识迅速传播，群众中读书的人数增加。欧洲文学的真正历史由此开始，各国形成标准民族语言作为文献用语，代替各地方言，它们像希腊文、拉丁文那样能负担哲学上的讨论③总之，纸和印刷术解放了人类的思想，成为文艺复兴、宗教改革和科学革命兴起的必要前提。
通过中外学者的潜心研究业已证明，对人类史有如此重要意义的上述四项伟大发明都完成于中世纪时期的中国。本书则专门研究其中两大发明即造纸与印刷术在中国的起源、发展以及在全世界各国的影响和传播。
本书分四大单元：第一单元有六章（第1～6章），论述造纸术在中国的起源和发展。第二单元设五章（第7～11章），探讨印刷术在中国的起源和发展。我们所研究的对象侧重传统技术，讨论的时间下限定于19世纪的清末，20世纪的造纸和印刷不在讨论范围之内。中国是个多民族国家，除汉族外，其他各兄弟民族也参与造纸和印刷活动，并作出应有的贡献。因此，第三单元设三章（第12～14章），讨论中国境内维吾尔族、藏族、党项族、女真族、满族、蒙古族、瑶族、纳西族、彝族和壮族等十个少数民族地区的造纸和印刷。第四单元专门研究中国造纸术和印刷术在世界五洲列国的传播和影响，涉及的国家有亚洲的朝鲜、日本、越南、印度、巴基斯坦、孟加拉、缅甸、泰国、柬埔寨、印度尼西亚、菲律宾、中亚古国粟特、康国、石国、西亚阿拉伯地区的伊朗、伊拉克、叙利亚。非洲的埃及、摩洛哥。欧洲的西班牙、意大利、法国、德国、瑞士、奥地利、波兰、俄罗斯、英国、瑞典、挪威、丹麦。美洲的墨西哥、美国、加拿大以及大洋洲的澳大利亚等30多个国家，分三章（第15～17章）予以叙述。除以上各专业章节外，另设本章，为造纸、印刷技术史绪论。
本章作为全书的绪论，主要讨论纸的定义、成纸的科学原理和纸的加工原理、印刷术的定义和有关印刷原理及概念，最后简短回顾一下前人研究概况，并叙述造纸、印刷技术史的研究方法，再就中国造纸、印刷技术史分期问题陈述己见。
本书取纪传体，以综合叙述各历史时期总的状况为主，再列出各个事物的现状。使人对各阶段造纸、印刷有综合了解，欲知各单独事物的历史发展脉络，可将各章中对历代该事物现状的叙述加以串联，因此本书是有关中国造纸及印刷技术通史体例的专著。
第一节 纸的定义和成纸的科学原理
一 纸的科学定义
纸本质上是文化用品，千余年间成为全人类通用的书写、印刷材料。中国是纸的发源地，最先受惠于纸的应用。由于纸本书籍的迅速增加，使中国文教事业空前发展，从中央到地方各种公私学校兴起，读书识字的人增加，佛教、儒学也以新的势头发展。社会上文学、史学、哲学和科学技术著作与无纸的先秦时代相比，以几何级数激增，历代所遗留下来的以纸为载体的文化典籍，数量上为全球之冠。在中世纪漫长岁月里，已使得中国在科学文化方面居于世界领先地位。
纸还是中国特有的书法和绘画作品的载体，纸的使用大大促进了这两门艺术的发展。书画家可以在柔韧受墨的纸上任意挥毫，完成艺术杰作。作家、诗人、史学家和科学家可以写出宏篇巨著，形成中国丰富的纸文化遗产。随着造纸业的发展和纸产品的扩大，纸和纸制品不再只作文房用具，而是广泛用于日常生活和工农业生产领域中，成为其他材料的代用品，如纸灯、纸伞、纸衣、纸帽、纸帐、纸被、纸鸢、纸扇、纸牌、纸枕、纸花、纸屏风、纸杯、纸砚、纸箫等都在不同时期相继问世。还有糊窗纸及壁纸、剪纸，用作室内装饰材料。日常交际用名片，互通姓名。新年时贴春联，节日时放烟火，婚嫁时交换庚贴，送葬时烧纸钱、纸马、纸车、纸人。商店所售商品皆以纸包装，各种公私账簿、文书契约、证件和票据皆以纸制成。甚至去厕所解手也要用纸。纸和纸制品已进入千家万户，成为日常不可缺少的用品。早在唐代（618～907）中国就已进入了纸的时代。纸和造纸术还传入其他国家，沿着传播路线形成的纸张之路（PaperRoute）还是对外经济文化交流的纽带。
中国纸制品在社会生活中的普及情况，后来也在其他国家中再现。在现代科学技术发达的时代，纸的应用范围越益扩大。例如工业中的绝缘纸、电缆纸、过滤纸、隔音纸、油毡纸、计算机用纸；农业中的育苗纸、青贮纸、蚕种纸、水果保鲜纸等；军事工业中的海图纸、防火纸、半导体纸等，都相继推出，新的品种还在不断研制。由此可以看出，纸在传播先进思想、发展科学文化和教育事业以及促进工农业生产、丰富和美化人类生活方面，过去、现在和未来都起着很大的作用。
什么是纸？在研究造纸技术史时，这个问题要首先解决。与此有关的是如何理解中国古代文献中“纸”字的含义，中国早期的纸是何形制、由什么原料制成？在没有对纸作出科学定义之前，古人对纸的概念有不同理解，与现在理解差距很大。我们只能用现代概念给纸下科学定义。这里不妨可以列举由当代专家执笔的一些百科全书和专业作品中为纸所规定的定义。1963年版《美国百科全书》中把纸理解为“从水悬浮液中捞在帘上形成由植物纤维交结成毡的薄片”①。1966年版《韦氏大词典》中认为“纸是由破布、木浆及其他材料制成的薄片，用于书写、印刷、糊墙和包装之物”②。1951年版《大苏维埃百科全书》中认为“纸是基本上用特殊加工、主要由植物纤维层组成的纤维物，这些植物纤维加工时靠纤维间产生的联结力而相互交结”③。1979年版中国《辞海》将纸定义为“用以书写、印刷、绘画或包装等的片状纤维制品。一般由经过制浆处理的植物纤维的水悬浮液，在网上交错组合，初步脱水，再经压榨、烘干而成”④。美国纸史家亨特（Dard Hunter，1883～1966）对纸下的定义是“在平的多孔模具上由成浆的植物纤维形成粘结起来的薄片状物质”。接着又补充说，“作为真正的纸，此薄片必须由打成浆的[植物]纤维制成，使每个细丝成为单独的纤维个体；再将纤维与水混合，利用筛状的帘将纤维从水中提起，形成薄层，水从帘的小孔流出，在帘的表面留着交织成片的纤维。此相互交织的纤维的薄层就是纸”⑤。日本技术史家南种康博说纸“是以植物纤维为必要原料，于水中使之络合，干燥后恢复弹性，并将纤维粘着在一起，成为具有薄片形状和一定强度的物质”⑥。概括起来，各种著作虽然说法不同，仍有某些共同点，最主要的是指出纸必须由植物纤维制成薄片状。但用这样一句话还不能勾画出纸与其它物质相区别的唯一特征，因此还要对纸的定义作附加的规定。有的专家在定义中概括了纸的形成过程，还有的补充了纸的用途。这样，定义才能周全。
看来很有必要根据现代科学概念，吸取已有各家的提法，为纸下个定义：传统上所谓的纸，指植物纤维原料经机械、化学作用制成纯度较大的分散纤维，与水配成浆液，使浆液流经多孔模具帘滤去水，纤维在帘的表面形成湿的薄层，干燥后形成具有一定强度的由纤维素靠氢键缔合而交结成的片状物，用作书写、印刷和包装等用途的材料。我们的这个定义虽然文字较多，却把构成纸这个概念的各种因素都考虑在内了，也吸取了现有各种定义的可取之处。如果再简洁一点，纸是植物纤维经物理-化学作用所提纯与分散，其浆液在多孔模具帘上滤水并形成湿纤维层，干燥后交结成的薄片状材料。这个定义适用于古今中外一切手工纸和机制纸。现代工业虽然制成以矿物纤维和化学合成纤维为原料的类似纸的材料，但严格讲不是传统意义上的纸，而只是纸的新式代用品。所以我们特意加上“传统上所谓的纸”这一限制词，使定义更加严密。
因为本书只研究传统纸的历史，而不研究现代纸。为了使纸与其它材料区别开，我们强调：对植物纤维原料的物理-化学处理，造纸是机械过程和化学过程的结合，此其一。纸是纤维素大分子借氢键缔合交织而成的，就是说纤维间产生的联结力，不是物理学上的力，而是化学力，而且这种联结可用化学结构式表示，此其二。因此，不难看出，我们这里所提出的定义，包括纸这一概念或技术术语所包含的四项要素：①原料：必须是植物纤维，而非动物纤维、无机纤维或人造纤维，用植物纤维以外原料所制成者，不是传统意义上的纸。②制造过程：植物纤维原料经化学提纯、机械分散、成浆、抄造及干燥定型等工序处理而成者为纸，未经这些工序，用另外途径而成者，也不是传统意义上的纸。③外观形态：表面较平整、体质柔韧，基本由分散纤维按不规则方向交结而成，整体呈薄片状。④用途：书写、印刷及包装等。只有同时满足这些条件的，才能称之为纸。否则，便不是纸。
二 评古今中外对纸的定义的误解
无论在过去或现在，由于人们没有弄清或规定纸的确切定义，结果将一些不是纸的材料当成纸，造成概念上的混淆和造纸起源上的种种误解。如凌纯声认为太平洋沿岸各国及大洋岛屿上各民族造的所谓“树皮布”（tapa）是纸，并将纸的起源与“树皮布文化”联系在一起，甚至认为宋代名纸金粟笺也是由“树皮布”制成①。此“树皮布”是将树皮剥下后用槌敲打，浸水后再捶打和揉软，将一段段树皮用捶羶法（felting）打制成较长一片，可缝制成衣服。“树皮布”由韧皮部纤维束构成，其连接成片是用机械力强打在一起的，没有化学力的结合。这一切，与纸的定义背道而驰，因此，“树皮布”根本不是纸。把久负盛名的北宋金粟笺说成是用原始方法制成的“树皮布”，贬低了宋代纸工的技术成就。所谓的“树皮布”，与造纸起源并没有关系。如果有，为什么很早以来太平洋沿岸其他民族包括美洲印地安人善于制tapa，竟不会造纸？另一方面，如果tapa可视为纸，那就会在起源问题上存在多元论，很多其他国家或地区都成了“发明”纸的地方了。墨西哥作者伦斯（Hans Lenz）正是利用凌纯声的观点，声称墨西哥是造纸术的一个起源地②。
把中国史书中的“榻布”说成是中美洲印地安人造的tapa，也是没有根据的。“榻布”一词初见于《史记》（前90）卷129《货殖列传》，书中谈到通都大邑人们经营货物而致富时说：“其帛絮、细布千钧，文彩千匹，榻布、皮革千石”。裴骃（401～473在世）③的《史记集解》引《汉书音义》曰：“榻布，白叠也”，即棉布。张守节（750～820在世）《史记正义》引颜师古（581～645）《汉书注》曰：“[榻布乃]粗厚之布也。其价贱，故与皮革同重耳，非白叠也。答者厚之貌也。按白叠木绵所织，非中国（中原）有也。”榻布又作答布，是《史记》载中原地区物质财富时与其他物品并列的，显然指与丝帛、细布对应的粗厚麻布，也可能指粗棉布，汉代棉布近年曾于新疆出土④。总之，榻布是用纺织方法织成的粗厚布，不是用原始方法打制的“树皮布”，尽管其发音与tapa相近。将榻布释为纸，更错上加错。将tapa称为“树皮布”，也是不科学的，因“布”通指麻棉等纤维纺织品，而tapa并不是布，只能称为树皮毡。树皮毡可以写字，正如树皮可写字一样，但都不是纸。凌纯声又引《后汉书》
（450）卷116《西南夷传》所说“织绩木皮，染以草实”，也认为是tapa，又是个错误。“织绩木皮”指以树皮纤维（不是皮质）织成布，这才是真正意义上的树皮纤维布或树皮布，如楮布。纸、树皮布与树皮毡是三种不同的物品，不能混为一谈。树皮毡与tapa为同一物，与树皮布相比在技术上相差一个层次。要将纸、树皮布、树皮毡及tapa这些概念严格区分开来（图1）。
从历史上看，对“纸”的概念的理解经历了很长一段发展演变过程。先秦文献中很少有“纸”字出现，那时书写材料是简牍和缣帛，称为简札和帛素，包装材料用丝、布等。“纸”在汉代文献中出现较多，小篆作紙。最初解释此字的，是东汉文字学家许慎（约58～147）的《说文解字》（121），这是现存中国较早的汉字字典。较通行的版本是清代学者段玉裁（1735～1815）的《说文解字注》（1807）。许慎写道：“纸，絮一〓也。从系，氏声”①。即“纸”字会意从糸，发声从氏（zhi）“絮”通指粗丝绵，也指类似绵絮的植物纤维，如麻絮。“〓”（shan）与“箦”通，指竹帘或竹席。在许慎时代，植物纤维纸尤其麻纸已大行于世，因此他应清楚了解纸的原料及制法，为纸下的定义也很简练，只用了五个字“纸，絮一〓也”。就是说，纸是于水中击麻纤维时落在竹帘上的纤维薄片。我们认为这应是《说文解字》之本义。在这里他提到造纸的原料纤维和抄纸的工具竹帘或竹席。这个简明定义，使人想起前引1963年版《美国百科全书》的提法：“纸是从水悬浮液中捞在帘上形成由植物纤维交结成毡的薄片”。其他版本《说文》中的“〓”作“苫”，虽音同而义不同，“苫”指草席，是不能承受纤维的，还是“〓”字用得正确。
继许慎之后，服虔（128～192在世）《通俗文》中也认为“方絮曰纸”。问题仍在于对絮作何理解。此字固可理解为丝质物，亦可理解为植物性材料。后种理解指植物纤维洁白细腻如丝絮，这更好地解释了许慎对纸定义的含义。反之，把絮理解为丝质物，对纸的定义便有了另外的解释，从而与现代纸的定义冲突，也不符史实。历史事实是从西汉时起造纸一直用植物纤维，并不用丝絮即动物纤维，而人们常将植物纤维纸美称为“丝纸”、“絮纸”或“茧纸”②。因此“絮一〓也”及“方絮曰纸”中的絮只能是植物纤维。纸字之所以有“糸”旁，是因为它由纤维所组成，纤维外观又像丝絮的关系。
前引段玉裁《说文解字注》卷13上解释许慎对纸所下定义时，又发挥说，造纸起源于漂絮：“按造纸昉于漂絮，其初丝絮为之，以〓荐而成之。今用竹质、木皮为纸，亦有緻密竹帘荐之是也。..‘纸，絮一〓也’，谓絮一〓成一纸也。”段玉裁提出漂絮对造纸思想有启发，是个创见，但认为最初的纸以“丝絮为之”，便不尽然。20世纪以来有的作者沿用段玉裁之说，认为最初的纸是“絮纸”，其后才改用植物纤维造纸①②，但段氏旧说欠妥，已如前述。为替“絮纸”找文献证据，有人③引班固（32～92）《汉书》（100）卷97《赵皇后传》中提到的“赫蹏”，认为即为絮纸。班固说，汉成帝元延元年（前12）皇后赵飞燕之妹赵昭仪，为毒死宫女曹伟能，派狱丞籍武送去：“裹药二枚赫蹏，书曰：告伟能，努力饮此药。不可复入，汝自知之”④。结果宫女被毒死，不再入宫。颜师古（581～645）注《汉书》引应劭（143～198在世）《风俗通》（175）曰：“赫蹏，薄小纸也。”
又引孟康（194～250在世）《汉书注》曰：“蹏犹地也，染纸、素令赤而书之，若今黄纸也”⑥。
据此，赫蹏（hedi）是薄小纸或红色写字纸，并未指出是絮纸，文献是讲得很清楚的。如果再离开应劭、孟康文字本义，从《说文》中“繫，蹏也，一曰恶絮”的说法加之于“赫蹏”这一术语中，认为西汉纸由恶絮借漂絮法造成，未必合乎史实，也与纸的定义相违。我们所见的所有西汉纸，概为麻纸⑥。
古人还有种颇为流行的意见，认为早期“纸”字指丝织物。李昉（925～996）《太平御览》（983）卷605引王隐（281～353在世）《晋书》曰：“魏太和六年（232），博士河间[人]张揖（190～254在世）上《古今字诂》。其《巾部》云：‘纸，今帋也，其字从巾。古之素帛，依书长短，随事截绢，枚数重沓（将数枚叠在一起），即名幡纸。[故]字从糸，此形声也。后汉和帝元兴（105）中，中常侍蔡伦（约61～121）以故布捣剉作纸，故字从巾，是其音虽同，糸、巾为殊，不得言古纸为今纸’⑦。由此可见，张揖于232年提出的说法，认为东汉时蔡伦以前的“古纸”是丝织物，将数枚书写用丝绢叠在一起称为“幡纸”；而他认为蔡伦后的“今纸”以故麻布为原料捣剉而成。为将两者区别开，张揖主张创用新字“帋”来称呼“今纸”，其字从巾；而“古纸”仍称“纸”，其字从糸。表面看来，似乎讲得头头是道，因而颇有影响。“”字在南北朝至隋唐（5～10世纪）确与“纸”字同时使用过，如新疆出土北凉承平十五年（457）《菩萨藏经》，末尾写“廿六帋半”。敦煌石室唐人写经末尾也写有“用帋××张”。但宋以后，“帋”字便没有通用下去，人们多用“纸”字，只是偶而有人使用。这是因为宋代学者对张揖之说开始产生怀疑。
然南北朝时，张说确有影响，其追随者之一便是史学家范晔（398～445）。范晔在《后汉书》（450）卷105《蔡伦传》中说：“自古书契多编以竹简，其用缣帛者谓之纸”⑧。在他看来，从东汉蔡伦时代以后，纸才开始从麻头、故布为之。由于元代以后《后汉书》列为“正史”，此意见影响更大，甚至在今天还有少数人信奉，因此需予以评论。
首先要指出，张揖建议用“帋”来称呼纸是可取的，这个字正确表示纸由破布所造。但他以蔡伦时代为分界线，将纸说成有古今之分，既无文献依据，又无事实为证，而是人为划分的。在汉以前古籍中，“纸”字少见，自然不可能将裁下的绢称为“幡纸”。如果说蔡伦前“古纸”是丝织物用于书写者，则早已有了“帛”、“素”等专名。“幡纸”一词出现于蔡伦时代之后，而非之前。这个词最早见于荀悦（148～209）《汉记》，而荀悦几乎是张揖的同时代人，这时早已有了植物纤维纸。因此张揖的说法便失去成立的前提。
如果认为纸字从糸，便说早期纸均丝织物，亦不能在文字学上服人。糸旁的字固然不少与丝有关，也有无关者。如“〓”（jì）指毡类，为羊毛制品。“絺”为细葛布，“紵”为麻类，“絰”为丧服所用麻料，等等。这些字均见于《说文解字》，指植物纤维或别的动物纤维，并不指丝。至于范晔所说“其用缣帛者谓之纸”，未免过于武断，无任何依据。缣帛是缣帛，纸是纸，不可将不同概念混为一谈。反驳张揖、范晔之说最有力的证据是化验蔡伦前的纸均为麻纸，而非丝制品。张、范之所以出错，一是没见过汉纸实物，不知是何形制：二是对纸的概念缺乏正确理解。他们天天用纸，却不知蔡伦前纸与他们所用者实无本质不同。却将他们以前的纸误解为丝织物。
蚕丝纤维主要由丝素及丝胶组成，二者都是动物蛋白质高分子化合物，与构成纸的纤维素大分子氢键缔合物有不同的化学结构及性能。丝纤维只有借丝胶的粘结才能成为似纸薄片，当丝纤维脱胶后分散于水中敲打（漂絮）后，用多孔席承受滤水时，只能成为一片没有强度的丝渣，还不是纸。用胶粘结丝渣成为有强度的薄片，也不是纸。中国古代造纸也不用此法。
上村六郎指出，根据实验，按古书记载所造的绢绵纸，如不加粘着剂，则干燥后仍为原来的真绵，即令压紧，也不呈现纸的样子①。德国作者兰克尔（Adolf Renker）也认为丝料实际上没有植物纤维缠结及密联的粘性，用丝纤维造纸在技术上是可疑的②。法国人阿里保（Henri Alibaux）同意兰克尔的意见，并指出迄今未看到用纯丝纤维造出的纸③。用丝纤维造纸，在经济上也是不合算的。钱存训认为所谓“蚕丝纸”，多出于语源上的猜测，而无足够科学上的证据。他正确地把所谓“絮纸”称为假纸（quasi-paper）④不过，1982年笔者在美国纽约市一家小纸厂参观时，厂主说他们用现代科学手段制造了蚕丝纸，但不到2英尺见方的一张当时售价就达20美元，用这些钱可在中国买1匹（100张）好的安徽宣纸。在古代，即使用纽约的方法造出丝纸，恐怕也不会有人肯买。更何况纽约的纸，不是传统意义上的纸，因为它不符合本节开始时所述的纸的定义，只能称为quasi-paper。中国古书所说“丝纸”者，多徒有其名。如谷应泰（1620～1690）《博物要览》云：“高丽纸以绵茧造成，色白如绫，坚韧如帛”⑤。但康熙帝玄烨（1654～1722）却有高见：“世传朝鲜国纸为蚕茧所作，不知即楮皮也。..朕询之使臣，知彼国人取楮树去外皮之粗者，用其中白皮捣、煮造好纸，乃绵密滑腻有似蚕茧，而世人遂误传耶”⑤。凡古代所标“绵纸”、“蚕茧纸”的书画，经化验均为皮纸。
我们认为，从字源学角度看，“纸字发声字根“”砥（dǐ）字，”氏最初脱胎于“，又读zhǐ本义为细磨石，见《书经·禹贡》：“砺砥砮丹”，《传》曰：“砥细于砺，皆磨石也”。将“砥”的石旁改以糸，则形容纸的植物纤维白细如蚕丝，纸表面又平滑如砥石。如汉人刘熙（约66～141在世）《释名》（约100）所说：“纸，砥也，平滑如砥”。因之，“纸”字的会意（糸）和谐声（氐）正体现了这种材料的特性。纸字从糸，也不能说与丝绢全无关系，它是作为缣帛的代用品或替身而问世的。二者有不少共性：柔软，平滑受墨，着色力强，易于舒卷，又可随意剪裁、粘接，便于携带，容字量大，色白，又皆由纤维所成。但也有异点：在原料、制造、价格、强度和化学构成上都不同。
纸字的字根来源于它所代替的原来材料名称，这种情况中外皆然。例如纸在日本语中读作力ミ（kami），导音于“简”（力ン，kan，古汉语发音为kam）。在英语中作paper，法语、荷兰语及德语作papier，西班牙语为papel，均源自希腊语παπυρoζ或拉丁语papyrus，而papyrus则是古埃及莎草（Cyperus papyrus）粘联成供书写用的薄片。意大利语称纸为carta，源自拉丁语charta，同样指莎草片，只不过是其意译，而非音译。所有这一切，并不说明莎草片就是纸，或欧洲真正的纸由莎草纤维制成。顺便说，现在人们将埃及的papyrus译为“纸草纸”，是不准确的，应称之为莎草片。欧洲语对纸的称呼中，只有俄语例外，称纸为бyмaгa（bumaga），此词从бoмбyк（bombuk）演变而来，而bombuk又源自中古波斯语pambak，原意是棉。
19世纪以前，欧洲各国大都以破布的麻纤维造纸，很少用棉。欧洲史中的“棉纸”，如同中国史中的“绵纸”或“絮纸”一样，出于字源上的误会。问题出在8～9世纪时叙利亚的班毕城（Bambyciha）盛产麻纸，于是班毕纸（charta Bambycina）成为欧洲人称呼纸的名称。后来将Bambycina误传为bombycina（棉），二音发音很近，于是人们将阿拉伯和欧洲早期麻纸称为“棉纸”。19世纪末，维也纳大学植物学教授威斯纳（Julius von Wiesner，fi.1853～1913）对中国魏晋古纸和早期阿拉伯纸作了显微分析后，证明均由麻类破布所造，这才消除了因“棉纸”误称所带来的各种不正确认识①。由此可见中外对纸这个词义的认识都经历了同样曲折的过程。
三 传统造纸原料
造纸与制造莎草片、树皮毡和贝叶片不同，实际上是化学过程和机械过程的结合，造纸植物纤维原料不但经历了外观形态上的物理学变化，而且还经历了组成结构上的化学变化。纸工就像魔术师那样，把废旧脏乱的破布变成洁白平滑的纸。造纸术的发明反映了中国古代化学和机械工程两方面的综合成就。在讨论造纸技术史以前，有必要把这项重大发明所赖以实现的科学原理说清楚，这涉及到现代纤维素化学和制浆造纸工艺学的一系列基本原理。尽管这些原理只是近百年来特别是近50年来才得以充分阐明，但2000多年前的造纸技术先辈们在生产实践基础上逐步发展起来的一整套造纸工艺、操作技术和设备构造，却符合现代科学理论原理，并成为其源远流长的历史渊源。还要指出，中国不但只是为世界提供造纸的现成的技术经验，还有不少总结这些经验的理论思维模式和学理性的探讨。有些先进的造纸设备的设计，事先要有完整的技术构思；有的试剂的引用，包含着深刻的学理，古人虽不能用现代术语说明，却也用朴素语言道出其中的奥妙。中国造纸技术的科学宝库像富集的金矿那样，需要花大力气去系统发掘，使其金光闪现于世。
纸的原料取自植物纤维，而中国是植物纤维原料最丰富的国家之一，在960万平方公里的广阔领土内，各地区可供造纸的资源很多。1959年孙宝明、李钟凯二先生发表的《中国造纸植物原料志》一书，收录草本类87种、竹类49种、皮料类74种、麻类32种、废料类10种，共得252种。另有胶料类38种，都适用于手工造纸。这当然是不完全的记录，实际上可资利用的原料决不限于此。但此书的确描述出中国造纸植物原料的大体轮廓。在过去手工造纸时代，麻类（主要取于破布）、木本韧皮（楮皮、桑皮、藤皮、结香皮、青檀皮等）、竹类、稻麦草以及其它种类繁多的野生植物，是取之不尽的造纸植物原料来源，而又充分利用了这些资源。在植物学中，所谓纤维指韧皮纤维及被子植物中两端作纺锤状的细长细胞而言。但在造纸学中，则将凡属于细长细胞，构成纸浆主要成分者，统称之为纤维。
我们可将造纸原料大体分为两大类。第一大类为韧皮纤维，存在于植物的韧皮部，再可细分为草本与木本两种。草本如各种麻类，多为一年生植物；木本多为多年生植物，如楮（构）、桑、藤、结香、青檀等。第二大类是茎杆纤维，多属单子叶植物，其维管束（纤维与导管结合而成的束状组织）散生于基本组织中，不易用机械方法将维管束分离，故一般用其茎杆之全部。茎杆类还可再细分为一年生及多年生两种，一年生的稻、麦等及多年生的各种竹类。上述各种植物纤维在显微镜下所观察到的微观形态，如图2所示。而其植物外貌形态，则散见于以下各章。将造纸用植物纤维样品取来后，分出其单根纤维，再在显微镜下投影测定其长度及宽度，所得数据如表1所示。
不同原料的纤维长宽度不同，所造出的纸质量也各异。一般说，造纸用长纤维比短纤维好，细长纤维比短粗纤维好。这就是说，每种纤维中单个纤维平均长度越大越好，纤维的平均长宽比越大越好。所谓“平均”，是相对而言，通常从样品中抽出100根单个纤维，分别测其长宽度，再从中取平均值，不可能也无必要对无数纤维逐一测量。细长纤维之所以是上好原料，因为在打浆（舂捣）过程中纤维要被断开，但长纤维裂断后仍有足够长度，而且两端分丝帚化，成纸时组织紧密，纸的拉力强度大。同时，细长纤维的比表面大，相互之间交缠效果好。短纤维被打断后的长度更小，两端虽也能帚化，但因其偏短，使纸的拉力强度相对小些，因此造纸纤维以细而长者为最佳。
值得注意的是，中国从一开始发明造纸术时，就选中至今仍堪称优质原料的麻类纤维。从表1中可以看出，麻类纤维最佳，大麻纤维平均长宽比为1000，苧麻为3000，遥遥领先。其次是皮料，楮皮纤维长宽比为290，桑皮为463，青檀皮为276，瑞香皮为222。再其次是竹类，纤维平均长宽比为123～133。最次的是草类，稻草纤维长宽比为114，麦杆为102。取两个极端作一比较，苧麻纤维长宽比竟比麦杆高出29倍以上。因此古代造高级文化纸多用麻类及皮料纤维，草类则用于造包装纸、卫生纸及葬仪用“火纸”。竹类纤维相对说属于短纤维，但中国竹材资源丰富，竹纸成本低，这是其一大优点。正如以下第五、六章所述，古人为改善竹纸性能，常有意在竹浆中添加一些麻类或皮料等细长纤维，目的在降低生产成本的前提下，尽可能增加纸的拉力和紧密度。还常将麻纤维搀入皮料纸浆中，也出于同样的技术经济上的考虑。正如同纺织业中的混纺那样，造纸业的混抄或混合原料制浆，是完全符合科学原理和经济学原则的，此后为各国所效法。
四 植物纤维成纸的科学原理
如果对造纸纤维再作深入一步的微观观察，就会发现纤维主要由纤维素所构成，而纤维素是植物细胞壁的基础组成成分。从现代纤维素化学观点来看，亦即从分子的层次来看，纤维素是由许多d-葡萄糖基（d-glucoside，C6H10O5）相互间以1-4-β甙键（1-4--glucosidicbonds）联结而成的高分子多糖体（polysac
haride）①②。因此，可以把纤维素视作葡萄糖基的长链状高聚物，一般可用通式（C6H10O5）表示。式中的n值大小称为聚合度，它标志分子链的长短。如苧麻（Boehmeria nivea）的纤维素分子聚合度为8580，这就是说，苧麻的每个纤维素分子由大约8580个葡萄糖基（glucosyls）聚合成一长链状高聚物。对不同原料而言，平均聚合度有大有小。聚合度越大，说明纤维越长，反之亦然。草类纤维之所以短，正因其纤维素分子聚合度低所致。自然，聚合度还与纤维素分子的分子量成正比。聚合度大者，分子量亦相应增大。如亚麻（Linum usitatissimum）平均分子量为335000，即33.5万。这也说明为什么在尺寸及厚度相同时，麻纸较重，皮纸次之，竹纸较轻。纤维素分子的化学结构可用不同方式表示，我们此处用英国有机化学家、诺贝尔化学奖得主霍沃思（Walter Norman Ha-worth，1883～1950）给出的式子（式1）。
从上述霍沃思结构式中可以看到，在纤维素链状高分子化合物中每个结构单元（葡萄糖基）都有三个羟基（hydroxyl，OH），因此每一纤维素分子都有三倍于聚合度的羟基，其总数达到数以万计之多（式2-A），例如苧麻纤维素分子含25740个羟基，接近2.6万个。这些羟基具有很大的亲水性，因而当植物纤维被提纯并分散于水的介质中时，其纤维素分子中所含无数羟基就会吸水，而使纤维润胀（式2-B）。当纤维素分子相互间靠近时，相邻的两个分子结构中的氧原子O就会把水分子H-O-H拉在一起，而水分子像是把两个纤维素分子联结起来的纽带那样，在纤维素分子间架起无数“水桥”（式2-C）。这就是纸浆用帘子捞出，并滤去、压去多余水分后，在帘上形成湿纸层时所处的状态。靠水桥联结纤维素分子，并不是很牢固的，因此湿纸层的物理强度不大。
可是将湿纸通过烘干而使水分蒸发掉以后，纤维素组织受到一种强大的表面张力作用，大大缩小纤维素分子相互间的距离。而当距离缩小到2.75埃（A，1埃等于一亿分之一公分）以下时，纤维素分子间的联结就不再靠水桥了，而是靠其分子中的无数羟基OH间形成的氢键（hydrogenbonds）而缔合（式2-D）。所谓氢键，是在化合物中所含极性羟基中的氧原子O吸引另一羟基的氢原子H而形成的一种化学键。氢键的键能为5～8千卡/克分子，比一般分子间力即范德华力（Van der Waal force）的能量还要大2～3倍，是纤维素分子间所发生的主要作用形式。原则上讲，纤维分子的所有羟基都能形成氢键。而正是靠这种氢键缔合，才使纤维分子相互间紧密交结成为具有一定强度的薄片即纸张。湿纸干燥脱水过程，也就是形成氢键的过程。从这个意义上看，成纸过程是个化学过程。氢键的形成是成纸机理的关键步骤。
我们再看看前面提到丝纤维，其主要成分丝素是由各种氨基酸构成的蛋白质类型的动物性高分子化合物。氨基酸相互间以肽键（pentide bonds，—CO—NH—）相联结，因而在化学结构上与植物纤维素分子有原则上的不同。在缫丝过程中，将蚕茧经水煮、脱去丝胶后，得到较纯的丝纤维，但其丝素分子间不能像纤维素分子那样靠氢键缔合而成纸。所谓“絮纸”、“茧纸”之说，从成纸化学机理判断，是缺乏科学根据的。古书中著录的“蚕茧纸”，实为植物纤维纸之误称。当蚕吐丝结茧时，如将其置于平板上来回走动，也会结成由丝纤维构成的薄片状茧，但这毕竟不是纸。同样，脱胶后的生丝或絮丝，再加粘结剂，也可制成类似纸的薄片，但这只靠机械力起作用，没有化学力作用，也不是纸。这类薄片最怕水煮或与热水相遇，很快又成为无联结力的丝纤维。真正的纸遇到热水，如不捣碎，干燥后仍然是纸，而且需脱胶（主要是果胶）后才能成纸。用纯丝纤维借抄造法是不能成纸的，那么可否将其混入纸浆中抄成纸呢？答案是肯定的，因为这时丝纤维是作为纸浆中的填充物而出现在纸上，使纸面有生丝的光泽。从这个意义上，也许倒可名为丝纸。由于丝质昂贵，人们并不肯这样作。
第二节 制浆理论及纸的加工原理
一 植物原料脱胶理论
造纸过程之所以包括化学过程，还表现在对纤维原料的化学提纯方面。为了使纤维素分子借氢键缔合成纸，而不受任何干扰，首要的一条是制得较纯的纤维素，不含有其它杂质，而实际上植物造纸原料中除纤维素外，还含有一些其它化学成分，例如灰分、果胶质（pectin）、木素（lignin）、蛋白质、半纤维素（多缩戊糖poly-pentose）和色素等。表2列出了中国常见造纸原料的化学成分①②③。从造纸原料成分来看，自然含纤维素越多越好，含其余非纤维素杂质越少越好。主要的杂质是果胶和木素，最有害而难以除去的杂质是木素。从表2中可见，麻类的化学成分最合理想，因含纤维素最多，达到近70％～83％；所含木素又最少，为2％～4％。其次是皮料，含纤维素40％～55％，含木素9％～14％。竹类和草类又次之，含纤维素36％～45％，木素含量高达14％～31％。有趣的是，不同原料中化学成分上的优劣次序，是与物理指标（长宽度及长宽比）的优劣次序相一致的，也与制成纸的质量高低相表里，更与技术处理上的易难有密切关系。不管从何种标准来看，原料等级次序总是麻类皮料→竹类→草类。
原则上讲，造纸原料中一切非纤维素成分都对纸的质量产生不良影响。其中半纤维素是由不同的单糖（monoses）基构成，主要是β-吡喃式木糖基的聚合物（polymers of xylose of β-pyrone type）。当它在纸浆中增加时，会使造出的纸机械强度降低，其化学结构如式3所示。果胶是部分或完全甲氧基化的多半乳糖酸（methoxylized galac-tonicacids），或曰果胶酸（pectic acid），其结构可以下式表之：果胶如不除去，会使纤维粗硬成束，式3半纤维素结构舂捣时不易分丝帚化，而且在原料蒸煮时消耗时间和碱液。果胶容易被碱性溶液分解，也可被丝状菌类微生物通过发酵过程的生物化学作用而降解。其甙键裂开后，降解成半乳糖（galactose）、阿拉伯胶糖（arabinose）和醛酸等。凡以植物纤维为原料的工业，无论是纺织或造纸，都要对纤维原料实行脱胶处理，但以棉花为原料者例外。
式4果胶结构式中国古代一般用沤制的方法，即生物发酵法脱胶。例如，织布的麻类，剥下皮后要放在水池中沤制一段时间，通过微生物发酵，除去果胶，还可除去麻中所含的部分单宁、色素、蛋白质和半纤维素等杂质。以这种麻布（自然是破布）为原料造纸，因事先已经过脱胶，所以造麻纸时可省去这道工序。这样的纤维叫熟纤维。未经脱胶处理的叫生纤维。如果以皮料等生纤维造纸，则必须对刚剥下的皮在池塘中沤制，以脱去有色的外表皮及纤维中的果胶，才能提高下一步碱液蒸煮的效率，改善纸的质量。
发酵过程要经过几个阶段：①准备阶段：原料在池中吸水后润胀，部分有机物和无机物在水中溶解，此时池水呈浅黄色。同时原料中带入的胞子菌类开始发酵，水中发出气泡，池水颜色渐深，温度开始上升。②果胶发酵阶段：前一阶段的胞子菌得到适当条件而繁殖，放出果胶霉（pectinase）及其它霉，分解果胶，温度继续上升，此时是发酵的有效时期。③终止阶段：此时原料变软，分离出纤维，水色变深，呈棕色至棕灰色。经过几天后，皮壳松动。沤制时，池水以中性（pH＝6～7）为好，温度为37～42℃。原料应以石压在水下，不宜露在空气中。用水量以没过物料为度，约为物料重的10倍。如事先对原料用清水煮过，则沤制效果更好。发酵液可循环使用，亦可放走一部分，留下一部分，起发酵助剂作用。所需时间依季节而定，一般为7～10天，有时延长到15天或更久。通过果胶霉的作用，果胶先降解为半乳糖、阿拉伯胶糖，醛酸，再进一步发酵成丁酸、乙酸和二氧化碳，反应是放热反应：C48H68O40（果胶）＋10H2O→4CHO（CHOH）4·COOH（醛酸）＋C6H10O5（阿拉伯胶糖）＋C5H10O5（木糖）＋C6H12O6（半乳糖）＋CH3OH＋2CH3COOH
C6H12O6→CH3（CH2）2·COOH＋2CO2＋2H2＋xKCal
C6H10O5→CH3（CH2）2COOH＋2CO2＋H2O＋xKCal
如前所述，木素对造纸为害最大，而皮料和竹料中却含有相当可观量的木素。它的存在会大大降低纸的强度和寿命，而且还很容易氧化形成色素，造不出洁白的纸。木素不除，造出的纸容易老化、变色并发脆。现在大体上已知道木素是一种含一些芳香基的大分子，其分子量为840，其化学结构可以不同的式子表达，早期有阿德勒（E.Adler）提供的式子①，此处用弗劳登伯格（K.Freudenberg）的式子：
式5 木素的化学结构，K.Freudenberg式，Me＝CH3
二 造纸原料蒸煮理论
为使造纸纤维提纯，在原料脱胶后，还要在碱性溶液中蒸煮，这样可使木素发生破坏降解，形成可溶性物质，从而达到排除的目的。除此之外，通过蒸煮还可使原料所含油脂溶解，破坏天然色素，将单宁、蛋白质、淀粉等溶解，再借蒸煮后的洗涤，将所有这些杂质排入河水中。但蒸煮最重要的目的是用化学降解法除去木素。中国从汉代以来就采用碱液蒸煮处理原料的技术，以提纯供造纸用的纤维素，以后也为各国所效法。古人当然不知道这些学理，但懂得怎样提纯纤维造出洁白的纸。所用的蒸煮液是石灰和草木灰水这种弱碱溶液。各种草木灰中的含碱量如表3所示：
将草或树枝晒干，堆起烧成灰，再用热水浸渍，即得草木灰水。以稻草灰水为例，其中总碱量（以氧化钾K2O计）为59.7克/升，氢氧化物（以氢氧化钾KOH计）36.6克/升，碳酸盐（以碳酸钾K2CO3计）42.5克/升②。石灰水是将石灰石或青石煅烧后得到的石灰以适量清水消化而成，含氢氧化钙Ca（OH）2。草木灰水中除含氢氧化物（主要是KOH）外，还含碳酸盐（主要是K2CO3）。如果将草木灰水再以石灰苛化，还可提高总碱量。反应式如下：
中国传统造纸生产中通常将草木灰与石灰并用于蒸煮过程，其妙处就在于此。
古时用草木灰、石灰液蒸煮，虽然溶液呈碱性，但没有近代用纯苛性钠NaOH的作用剧烈，因此蒸煮时不致使纤维素遭到更大的破坏。如表4所示，经蒸煮后原料中所含的木素由蒸煮前的25％～28％一下子降至1.5％～2％，而半纤维素由25％～28％降至11％～12％。中国古代制高级皮纸有时经两次蒸煮，再加一次日光漂白（如明代宣德纸及清代安徽〓县纸），则木素及其它杂质几乎可以除尽，得到化学纯（99～100％）的纤维素。这种纸称为玉版宣，如玉那样洁白。蒸煮时间各地不一，一般为一周左右，不停地举火。蒸煮后的锅内溶液呈黑褐色，原料在河水中反复漂洗，方成洁白之色。但所有有色杂质全排入河中，因此可以说造纸工业是对环境造成污染的工业。纸的洁白，以河水污染为代价，中外都是如此。为造纸，还要砍伐大量竹、木及其他野生植物，有时将整片地区植物砍光，因而造成生态平衡的破坏。
如前所述，中国古代制高质量皮纸，在对原料作碱液蒸煮后，还要进行天然漂白。将原料摊放在山坡或平地上，任其受日晒雨淋，时间持续达几十天之久。漂白实际上是蒸煮过程的延续，其目的主要是为了脱去残余的木素及其它有色杂质，使纤维白度增加、化学成分纯净。日光自然漂白的原理是借助大气中臭氧O3强烈的氧化作用，使木素及色素氧化。臭氧容易自发地分解，放出原子氧和大量能，是强烈的氧化剂，足以使木素降解，使色素受到破坏或变成无色易溶物。将纸料堆放在山上漂白，可能因高空中臭氧含量比地面上多的缘故。除此之外，古时还将原料用石灰浆浸透，再堆起来受日晒一段时间，称为“浆沃”。这个步骤在某种意义上也含有漂白的意义。总之，古人为除尽杂质，采取了双保险的办法，既借助于人工造成的化学力，又借助于天然产生的化学力，对非纤维素杂质进行双管齐下的排除，以保证万无一失。
三 制浆及抄纸原理
造纸原料经化学提纯后，还不能直接造纸，必须再经过打浆的机械处理。目的在于使纤维素润胀和细纤维化。因为在未处理前，原料中还有许多缠绕起来的纤维束，即使分散开的纤维也留有光硬的外壳，纤维素中的羟基被束缚在内，不能充分暴露出来发挥其作用。为了抄出匀细而紧密的纸，还要使过长的纤维断裂和分丝，否则易使纸疏松、多孔、表面粗糙。打浆的原理是用机械力将纤维细胞壁和纤维束打碎，将过长纤维切短，提高纤维的柔软性和可塑性。经细纤维化之后，还增大其比表面和游离的羟基数。实验证明，纤维的结合力与打浆度成正比，打浆与未打浆的纤维结合力相差10倍。中国古代以杵臼、踏碓和石碾、水碓为打浆工具，杵臼与踏碓借人力驱动，石碾以畜力为动力，而水碓则以水力为动力，通过传动装置驱动碓，连碓则可使数碓同时运转，在18世纪出现打浆机之前，这是最先进的打浆工具。
纤维经机械舂捣后，表面产生很多绒毛，发生分丝帚化（图3），增加比表面，更多的极性羟基暴露出来，便于形成氢键。为精工细作，有时要对原料反复舂捣。
将分散的纤维与水在槽内配成纸浆后，才能抄纸。因其不溶于水，因此纸浆实际上是一种悬浮液。为了使槽内纸浆均匀，靠不停的搅拌仍难免使纤维发生絮聚现象，结果有的部分浓度大，而有的部分稀薄，无法抄出厚薄均一的纸。为此古人最初在纸浆中加入淀粉糊剂，以提高浆液粘稠度，改善纤维悬浮状态。继而又易之以植物粘液，即从某些植物的根、茎或叶部提取粘液质，放入纸浆中，作为纤维的悬浮剂，从而防止了纤维下沉和絮聚。常用的植物粘液来自杨桃藤（Actindia chinensis）和黄蜀葵（Hibiscus manihot），其主要成分是d-半乳糖醛酸（d-galacturonic acid）及鼠李糖（rhamnose）构成的聚糖醛酸甙（polyuronide）。它在水溶液中呈有丝状高分子电解质的性状①②。关于其作用机理，详见以下第五章第四节，此处不再细述。
纸工们将植物粘液称之为“纸药”。纸药水配入纸浆后，才可用多孔筛状抄纸器捞纸，滤去水分后，形成湿纸层，这时在无数纤维素分子间架起水桥。再干燥去水后，分子间借氢键缔合形成纸。抄纸器有固定式罗面筛、帘条筛和拆合式帘条筛（帘床），这是平面形抄纸器。中国至迟在17世纪康熙年间用圆筒形铜网抄纸器抄“圆筒侧理纸”，成为19世纪欧洲出现的圆网造纸机的先驱。成纸的机理已于第一节中谈到。明万历廿五年（1597）重刊本《江西省大志》卷八《楮书》云：造纸工人“虽隆冬炎夏，手足不离水火。谚云：片纸非容易，措手七十二”③。两千多年前，中国造纸者就利用水与火、机械力和化学力的交互作用，以植物纤维造出了纸。
四 纸的加工理论原理
纸造出后，一般说可直接作书写、包装、印刷等用途。但如果用毛笔在纸上作水墨画、工笔画、设色画，或写小楷时，有时发生走墨、洇彩现象，影响了艺术创作。其所以如此，因为纸的微观物理结构表明，在纤维间存在孔隙和微细毛细管系统，只有将其堵塞住，才不致走墨、洇彩。因此要对纸作加工或后处理，最简便的方法是用光滑的细石在纸上压擦，用机械力将纤维孔隙及毛细管压扁，此方法称为砑光，近代叫抛光。亦可用粉浆将纸稍微润湿，再用木槌反复捶之，古时称浆硾，亦可堵塞部分纤维间孔隙。但较为有效的技术措施是对纸进行施胶处理，这样可增加纸对液体透过性的阻抗能力。施胶分为纸表施胶及纸内施胶两种，最初的施胶剂是淀粉糊，后来用动物胶和明矾。纸表施胶是将施胶剂用毛刷均匀刷在纸面上，在纸未发明前用简牍写字也用表面施胶①。
魏晋南北朝及隋唐用纸，多以淀粉剂作纸表施胶，宋以后改用动物胶及明矾。这样一来，纸表形成一层覆盖膜，再予砑光，则用笔自如。缺点是逐张处理费工时，有时薄膜容易脱落。纸内施胶可避免这些缺点，即将动物胶用水化开，得到胶水，再加入明矾作沉淀剂，最后将胶矾水配入纸浆中搅匀，抄出纸后胶粒自然沉淀在纤维间隙中，大大提高纸的不洇性和不透水性。如用淀粉剂，还可增加纤维间的结合力。经施胶处理的纸称为熟纸，否则是生纸。图4表明纸在施胶前后的对比。生、熟纸皆可用，因用途及个人习惯而异。有的画家画山水，用生纸泼墨，但画工笔白描必用熟纸。
为增加纸的外观美感，或改善其某种性能，古代用各种植物染料将纸染成色笺。如用黄柏（Phel-lodendron amurense）染成黄纸，因染料内含小柏碱（berberine），还使纸兼有抗蛀性能。为提高纸的白度、平滑度、不透明性，降低吸湿性，古代还以矿物粉借胶粘剂涂于纸的表面，形成外表坚固的保护层（图5），写字作画亦很舒畅。其涂料一般用烧石膏（CaSO4，硫酸钙）、白垩（CaCO3，碳酸钙）和高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）等白色细粉。
这种涂布纸古代叫粉笺。还在白纸或色纸上涂蜡，以增加纸的防水性，称为蜡笺。如果在纸上先涂白粉，再刷上色，最后再上蜡，便成了彩色粉蜡图5粉料涂布纸的横切面微观图笺。古代还将金粉、金片装饰在纸上，便成为洒金笺，如果再在色纸上用泥金画出图案，则称金花纸。古人为使纸本身具有潜在的美，还在抄纸帘上用线编出凸起的图案，与帘纹一起出现在纸上，称为花帘纸，即西方所谓的水纹纸（watermarks paper）。亦可用木板雕刻出复杂图案，再用力压在纸上，便成了砑花纸。唐代以后，加工纸花样繁多，技术复杂，有关原理及操作将在各有关章中叙述，此处不能逐一列举。纸的加工含有如下几层意义：①改善纸的性能，扩大其应用范围；②增加纸的外在和潜在的美，使其向高档艺术品方向发展；③对纸采取保护性技术措施，延长纸本用品的寿命。
第三节 印刷的定义和有关原理、概念
一 评中外对印刷概念的不同理解
纸作为文字载体在传播思想和科学、文化教育方面所起的历史作用，自不待言。但在一个相当长的历史时期内纸本读物仍靠手写而成，成千上万的人每天要埋头于案边逐字逐句地抄写，花费无数时间和劳动，但每次只能完成一部书的一份，欲得副本，仍需重行抄写。为了从这种笨重劳动中解放出来，中国人又发明了雕版印刷术和活字印刷术。靠着这种机械复制方法，一部书制版完毕后，就能印出成千上万份副本，大大加速了书籍生产所需的时间，且降低了成本。又因印刷前经过文字校对、用工整的字体排印，使印本书比手抄本错误更少，也易于阅读，尤其重要的是其流通量甚大，以至可以进入寻常百姓之家。
纸和印刷的紧密结合，如虎添翼，使文献知识的普及以前所未有的势头迅即扩展到社会每个角落，产生了如前引培根、马克思和韦尔斯等人所说的那种巨大的社会效益。就中国而言，纸和印刷术是促成大唐帝国以高度文明的发达国家屹立于世界的重要因素之一。唐代宗教、儒学、文学艺术、史学、哲学和科学技术等都获得全面而均衡的发展，向世界各处放射出灿烂的文明之光。如果说印本书在欧洲为资本主义取代中世纪贵族封建制起过催化作用的话，那么在中国则有所不同，它为巩固并完善当时制度、促进社会文教昌盛和经济繁荣方面功不可泯，经五代至宋，这种效益越发明显。例如科举制度在唐宋时更趋完善，通过各级考试将掌握知识的人（包括来自民间的士人）选拔到文官队伍中担任行政职务，总比西方社会中那些靠武力和血统而从事统治的不学无术的执政官要好些。印本书正是促成科举制完备和发展的动因，因为它能提供科举考试所需的标准读物，为社会培养大量知识人材。又如官方发行的纸币和各种财务票据，的确曾便利于商品交易，促进商品经济的发展，随后上述两种制度都被西方所仿行。
什么是印刷术呢？在考察其起源和发展之前，首先要将其定义弄清。由于定义内涵不同，时而引出关于起源地及起源时间上岐见的发生。我们应承认，印刷术是在有了纸之后才出现的，并以纸的存在为前提，这个历史事实必须在下定义时首先要考虑的。印刷品常常以书籍形式表现出来，但印刷技术史与书籍史还是有区别的，书史可将书的起源上溯到甲骨、金石、莎草片文献等，它们都是纸出现以前的书写纪事材料，与印刷术并无任何渊源关系。印刷术与印章的使用有某种历史关连，但钤印本身并不是印刷活动，因为印章在无纸时代已经有了，可见对印刷术下出确切的定义实属必要。还要指出，近代印刷术虽从古代印刷术发展而来，但二者有明显差异，印刷史作者应事先明确自己的研究对象。本书只限于研究传统印刷技术，这就规定了我们所讨论的范围和时间跨度。
中外各有关著作对印刷术给出了不同的定义，外延和内涵有很大差别。《辞海》指出，印刷术是根据文字或图画原稿制成印刷品的技术。又说中国早期将图画和文字刻在木板上，用水墨印刷①。这个定义是不周延的。1980年版《新不列颠百科全书》说，“传统上一直将印刷术（printing）定义为在压力下将一定量着色剂用于特殊的表面，以形成文字或图画载体的技术”②。但没有指出特殊的表面是什么，文字与图画如何在压力下通过着色剂转移到载体。1980年版《美国百科全书》写道：“印刷术是在纸、布或其他表面上复制（reproducting）文字和图画的技术，虽然在印刷方法中有相当多的变化，但印刷术典型地包括将反体字从印板或类似载有反体字表面上转移到要印成的材料上的压印过程”③。这个定义比前述更具体些，包括技术内容。
《大日本百科事典》1980年版说，印刷术（いんさつ）定义为制造印刷物的技术，即用复制技术生产印刷物，将墨加于一定的版上，再将其转移到纸和其他材料上，从而使图画、文字达到多次复制的技术④。这个定义虽具体，但涵盖面较广，因为“纸和其他材料”包括纸、高分子合成物、木材、玻璃及陶瓷制品等，反映现代印刷术内容。1980年日本印刷学会编《印刷书志百科辞典》，将印刷术定义为依原稿作成版面，用墨在纸或其他材料上印出文字或图画的技术⑤。1954年俄文版《百科全书》说印刷术是在纸和其他材料上用着色剂以印刷形式多次获得复制件的技术⑥。同书另一处又对“印刷形式”（пeчaтнaяфopмa）作了解说，却未能将此放在印刷术定义中一起叙述出来。
刘国钧给出的印刷术定义较好：将文字制成印板，在板上加墨后印在纸上成为读物的方法。又说，传统上的印刷术包括雕版印刷和活字印刷，雕版印刷或整版印刷是将文字反刻在整块板或其他材料上，和墨刷印；活字印刷是先制成单独的反体字，再拼成整版，加墨刷印⑦。这是从技术角度所下的定义，还包括印刷的目的。1973年版《现代汉语词典》所下的定义是：将文字、图画等作成板，涂以油墨印在纸上，近代印刷多用各种印刷机，中国手工印刷多用棕刷蘸墨刷在印板上，然后覆以纸，再用干净棕刷在纸背上用力擦过，所以叫作印刷⑧。钱存训对印刷术下的定义是，用墨从反体形象在纸或其他表面上复制的过程，至少包括三个基本因素：①事先刻成含有被印物反体凸面形象的平板；②制成反体形象；③将其转移到要印的表面上⑨。这也是从技术上给出的定义。
二 论印刷的定义和内涵
上述九种定义大体上反映中外作品有关印刷这一概念含义的一些提法。上述有的定义是从现代印刷所含内容作出的，但现代印刷与古代传统印刷在过程及方法上存在很大差异，就是同用机器方式生产，也有许多变化，下定义时必须考虑到这一点。而本书研究的是传统手工生产方式的印刷，应当像《新不列颠百科全书》那样，在定义中强调“传统”（traditionally）一词。现代印刷术定义不能完全用于传统印刷，比如现代印刷材料有纸、高分子合成物、陶瓷、玻璃等，而古代很少用这些材料，主要是用纸。现代凸版印刷包括木板、电铸板、铅板、照相凸版、塑料板、橡胶板、电子刻板、光聚板等，而古代没有这些材料。凹版印刷有照相凹板、电子雕版，古时亦无有，珂〓版（collotype）也同样如此。因此必须从历史实际情况出发，找出适合古代实际的印刷定义。就是说，对印刷这一概念的内涵、外延加以限定，同时又能勾画出传统印刷的本质特征，以便与不属印刷范畴的其他事物相区别。
重要一点是，定义中对印刷材料、过程和目的都要有明确规定，否则便会引起概念混乱。如印刷载体将布、泥和缣帛包括进去，则印刷术的外延就突然扩大，结果印花布、封泥也成了“印刷品”，这样就使印刷起源问题节外生枝。同样，如不规定印刷过程与目的，则钤印也成了印刷过程。由此看到前述定义中，有的是相当含糊的，容易造成误解；有的外延又过于扩大，不适于古代；有的较为合理，但仍需进一步限定概念的外延。需拟订适于本书讨论对象的定义。
考虑到上述这些情况之后，我们认为传统上所说的印刷术，包括雕版印刷和活字印刷：雕版印刷是按原作品文字、图画在一整块木板上刻成凸面反体，于板面上涂着色剂，将纸覆盖于板上，用刷的压力施于纸的背面，从而显示正体文字、图画作读物的多次复制技术；活字印刷是将原作品稿文字在硬质材料上逐个制成单独凸面反体字块，再按原稿内容将单独字块拼合成整版，以下程序与雕版印刷相同。二者的不同只在印板的制造方式上。雕版印刷是印刷术的最初表现形式，活字印刷是从雕版印刷的技术基础上发展起来的，后来又由这两种印刷演变成其他技术形式，因此雕版印刷是一切印刷之母。但在传统印刷定义中至少应包括雕版印刷及活字印刷。
在我们所提出的定义中，有三项要素，兹特说明如下：①印刷材料：印刷品物质载体主要是纸，雕版板材为木或金属，主要是木板，活字由粘土、木、金属或合金制成；着色剂主要是墨汁，彩色印刷用各种染料、颜料。②过程和方法：在整块木板上按书稿文字、图画刻成凸面反体，凸面要求平整；各活字拼版也要板面平整。再在板上涂墨、覆纸、刷印。③目的：制成的产品主要用途是作读物，一次复制成许多份内容及形象完全相同者，其次用作装饰材料、纸币、证件、票据等。由这三项要素构成的印刷术定义，基本上反映了历史上中国传统印刷的实质及传世或出土的古代印刷品的实际情况。这个定义也大体上适用于近代以前外国传统印刷的情况，虽然在印板形制及操作上可能略有不同。我们在印刷定义中将载体限定为纸，因为这是传统印刷中的典型材料，也是本书主要研究对象。如果有人指责这个定义是狭义的，我们愿意接受指责，本书不想研究广义印刷术。这是为什么在定义中将“纸或其他材料”中的“其他材料”删去的原因。
三 印刷的技术特点
从我们给出的定义来看，印刷与造纸不同，它基本上由一些机械过程构成，主要借物理学的力作用于原料，而很少有化学力起作用。因此各种原材料在加工处理过程中只有形态上的变化，而无本质上的变化，即令用金属或合金铸活字也同样如此。但以粘土烧泥活字或以瓷土烧陶活字，中间有化学变化，除此，任何印刷都没有化学作用，是不会对环境造成污染的工业，与造纸业每日向河流排污水、污物适成对照。但印刷业，尤其雕版及木活字要消耗大量硬质木材，造成大批树木被砍伐。
木雕版和活字版是现代印刷机的祖先，活字印刷又是现代印刷的始祖。这两项机械发明都是在中国完成的，活字印刷是从雕版印刷演变出来的，是经历了技术探索和经验积累的阶段后完成的。宗教是刺激印刷术产生的因素，中外恐都是如此。早期印刷品多是单张的佛像，后来由单张印刷品发展到多张印刷品，具有书籍的形式。对文字或图像进行复制的思想和实践，由来已久。所谓复制，是用同一字模或图模用着色剂反复并多次再现模上文字或图像的过程。为此模型上的文字或图像必须呈反体，复制后才能成为正体。印章的使用便基于这一原理，中国先秦时已普遍使用各种材料的印章，印章与雕版印刷的产生有密切关系，这表现在汉语中“印刷术”一词含有“印”字。“印”表示具有反体字或图的模板，“刷”表示用着色剂将模板上字或图以正体形式转移到纸上的过程。这个词造得很巧妙。模板又称印板，因此“印刷”一词既包括印刷主要设备，又包括操作方法。
早期雕版印刷品是单张的上图下文式的宗教画，随着印刷术的发展已能刊印篇幅较长的佛经，早期印本书像手抄本书那样取卷子形式，将许多印张粘连成一长卷，用轴卷起来。后来将印张从中缝对折起来，使字迹露在外面，具有独立印本书的各种形式。印本佛经在社会上广泛流通后，印刷术便用于出版儒家经典和其他著作，使用范围大为扩大。除出版以文字为主的书外，还出版含有插图的书或以图为主的画册，从而形成版画艺术，这是中国工艺美术中受大众喜爱的品种。由于刻工能将画家们的画稿准确地刻在印板上，印出后体现原画风格，又能复制成多份，很多画家都愿提供画稿，从而使版画艺术水平进一步提高。早期印本用字多为模仿著名大书法家字迹的手书体，显得生动优美，给人以艺术享受。所有这一切，使中国印本书本身也是艺术品，印刷术与艺术获得完美的结合。但由于手书体较难雕刻，而各刻书者偏爱不同流派的书法家书体，结果出现字体不一的印本书。宋元明以后形成标准的印刷字体，刻工约定俗成，社会上印刷字体逐步归于统一，这是印刷技术史中一项很大的进步。印刷术虽然原理简单，但印刷形式却多种多样，雕版印刷既可表现文字，又可表现复杂的画面，活字印刷又分泥活字、木活字、金属活字、陶活字等，而雕版又可与活字版结合印出图文并茂的作品。
四 彩色印刷原理
为使版画呈现彩色，早期多用人工将色料填在线条轮廓之内。与此同时，单纯文字印本除以墨印外，还印以朱色，宋元时又出现了朱墨双色套印本。方法是分别刻出要印成黑字和红字的两块印板，各涂上墨汁及朱砂颜料，再分别刷印于同一纸上，便显出朱墨两色文字，彩色套印技术也是中国的发明。根据双色套印原理和方法，又发展成多色套印技术，印出三色、四色以至五色。将多色套印技术用于版画，便成为木板水印或饾版技术，在明末获得很大发展，因而使过去单一墨色印刷品进入了五色缤纷的彩色印刷时代。饾版根据画稿的要求设色深浅浓淡、阴阳向背进行分色，刻成多块印板，再依色调多次迭印在一张纸上，堆砌拼合成一多色调的完整画面。由于刻工按画稿忠实地刻版，又依原作设色进行分色，再按画家使用的色料迭印，因此印出的彩色版画几乎与原作乱真。这是传统印刷术发展中所取得的最高成就。
还应指出的是，唐、五代中国纸工发明的砑花纸，后来又被印刷工移植到印刷业中，称为拱花。砑花或拱花是一种不着墨的刻版印刷技术，在木板上刻出各种山水、花鸟、虫鱼图案，借压力压印于纸上，并不上墨，结果印板上凸出的线条表现图案的花纹轮廓。在技术原理上类似现代的凹凸印刷（embossing），有时以凹凸两块印板压印，使要显现的图案如同浮雕，具有立体感。明末印刷技术大师胡正言（约1582～1674）在刊印《十竹斋笺谱》（1645）时将饾版与拱花两种技法结合在一起，使印刷技术进入新的艺术境界。
第四节 关于造纸、印刷技术史的研究
一 纸史的原始资料及研究历程
中国造纸技术有两千多年发展史，1000多年前已出现有关造纸史著作，因而研究造纸技术史有丰富的资料，包括实物资料和文献资料。这些资料可分为以下几大类：第一类是古纸标本，现在能看到地下出土及传世的大量古纸，在年代上已形成完整系列，从汉代直到清代（公元前2世纪到公元19世纪）所有朝代的纸都一应俱全，毫无空缺。这是研究纸史的最重要实物资料。第二类是造纸工具、设备，包括出土的实物模型、古书中的插图、古代造纸遗址中的残留物等，在偏远的山区还能看到明清以来使用的全套生产设备。第三类是有关造纸的专著，如苏易简（958～996）《文房四谱·纸谱》（986）、费著（约1303～1363）《蜀笺谱》（约1360）、宋应星（1587～1666？）《天工开物·杀青》（1637）、黄兴三（约1850～1910在世）《纸说》（约1881）等。第四类是类书，如虞世南（558～638）《北堂书钞》（630）、欧阳询（557～641）《艺文类聚》（620）、徐坚（659～729）《初学记》（700）、李昉（925～996）《太平御览》（983）、解缙（1369～1415）《永乐大典》（1407）及陈梦雷（1651～1741）、蒋廷锡（1669～1723）《古今图书集成》（1726）等，都设有《纸部》，是造纸史料汇编（但《永乐大典·纸部》已散佚）。第五类是文史、地方志、笔记、文物考古著作等，数量大，含有许多珍贵的技术史料，其中王宗沐（1523～1591）、陆万垓（1525～1600在世）《江西省大志·楮书》（1597）可视为单独造纸论著。施宿（约1147～1213）《嘉泰会稽志》（1202）、严如煜（1759～1826）《三省边防备览》（1822）、汪舜民（1440～1507在世）弘治《徽州府志》（1502）、屠隆（1542～1605）《考槃馀事》（约1600）等都有专章论纸。第六类是外国有关造纸方面的古书及文史著作，如郑麟趾（1350～1420在世）的《高丽史》（1395）、李圭景（1788～1862？）《五洲衍文长笺散稿》（约1857）、藤原忠平（880～947）的《延喜式》（927）、丹羽桃溪（1762～1822）绘《纸漉重宝记》、萨阿利比（Abu-Mansur‘Abd-al-Malikal-Tha‘alibi，960～1038）的《世界明珠》（Yalimatal-Dahr）和阿曼（JostAmann，1539～1591）绘《百职图》（DasSt?ntebuch，Frankfurta/M1568）等。
19～20世纪以来中外学者发表有关中，国纸史文章为数不少，至笔者六十年代研究这一课题时，所涉猎的汉文、日文文章不下150篇、西文（英、法、德、俄文）不下90篇。最初研究者多是西方和日本的汉学家，如法国人儒莲（StanislasJulien，1799～1873）将《天工开物》中造纸卷译成法文，在西方有很大影响。德国的夏德（FriedrichHirth，1845～1927）、日本的桑原隲藏（1870～1931）等都有文章发表，尤其奥地利植物学家威斯纳（Julius von Wies-
ner，fl.1853～1913）对出土中国古纸的化验，属经典研究，英国学者赫恩勒（Rudolf Hoernle）对此作了综合介绍。美国学者亨特（Dard Hunter，1883～1966）关于造纸技术通史
的杰作（Papermaking；The history and technique of an ancient craft，1945）对中国造纸技术作了比前人更全面的考察。另一美国学者卡特（Thomas Francis Carter，1882～1925）在印刷史专著中设专章谈中国纸史。继威斯纳之后，对中国古纸作分析化验和实物研究的有克拉帕顿（Robert Clappeton，1934）、潘吉星（1964）、加藤晴治（1964）、哈德斯-施泰因豪泽（M.Hardes-Steinhauser，1969）和戴仁（Jean-PierreDrège，1981）等。町田诚之、小栗舍藏关于造纸中植物粘液的研究，揭示了使用“纸药”的科学原理。
总的说，中国学者起步研究较晚，发表专题研究的有姚士鳌（字从吾，1894～1976）、劳榦、袁翰青（1907～1994）、张子高（1886～1976）、王明、潘吉星、许鸣岐等人。姚士鳌先生对造纸术西传史作了精湛的考查，在此基础上出现了李书华（1890～1979）的有关作品。季羡林、戈代（P.K.Gode）对中国造纸术在印度的传播作了研究。鉴于有关中国造纸技术史专著迟迟没有出现，笔者从六十年代起作一系列专题研究，然后于1979年发表《中国造纸技术史稿》（文物出版社），是该领域内第一部系统研究专著，1980年又以日文出版。此后不久，台湾陈大川也有造纸史专著出版。1985年，钱存训为李约瑟（Joseph Needham1900～1995）《中国科技史》执笔《纸与印刷》卷时，有专章讨论纸的各个方面。近年来日本纸，史家如寿岳文章、关义城、町田诚之、竹尾荣一、久米康生等人所编著的作品都涉及中国造纸技术。
二 印刷史的原始资料及研究历程
印刷术是在造纸产生之后约八百年才兴起，有关史料较少。大体说分以下几大类：第一类是历代印刷品，这是反映各时代印刷情况的实物标本。传世和出土的早期雕版刊本多属唐、五代的佛教印刷品，分藏于世界各地，此后宋元、明清刊本甚多，总数达数十万至百万之众，绝大多数刊于明清。宋代活字印刷品时有出土，但多数为明清各种活字本，从历代印本对比中，能触及到技术发展的脉搏。刊本中的序和题记等记事，具有史料价值。其装订形式的演变也反映这一技术的发展实态。第二类是传世和出土的印刷工具、设备，包括木雕板、活字块等，出土的雕板早期者有宋元时期的，还有元代回鹘文木活字，传世还有清代泥活字，更多的是明清，尤其是清代的各种木雕板，包括大量藏文雕板。在有关博物馆内还可见到清代的各种刻刀、棕刷等。第三类是有关印刷技术的古书，如沈括（1031～1095）《梦溪笔谈》（1088）卷18关于活字印刷的原始记载，王祯（1260～1330在世）《农书》（1313）所附《造活字印书法》和金简（1724？～1795）《武英殿聚珍版程式》（1776）等，后两者对木活字技术作了详细说明。可惜，没有论述雕版技术的专著流传下来。第四类是其他古书，包括文史、地方志、笔记、文集、类书、版本目录著作和家谱等，如司空图（837～908）《司空表圣文集》、王溥（922～982）《五代会要》（961）、陆容（1436～1496）《菽园杂记》（1475）及胡应麟（1551～1602）《少室山房笔丛》卷114《经籍会通》（1598）等。外国古书如吴士连（1439—1499在世）《大越史记全书》（1479）、李奎报（1168～1241）《东国李相国全集》及拉施特丁（Rashid al-Din Fadl Allāh，1247～1318）的《史集》（Jami al-Tawārikh，1311）等。
印刷史料与造纸相比，相对说更为分散，研究起来有一定难度，但19～20世纪以来所发表的中外文文章反而不少。前述法国汉学家儒莲1847年发表的《关于木雕版、石版印刷及活字印刷的技术资料》①，是较全面介绍中国印刷术史的早期作品。20世纪初，叶德辉（1864～1927）《书林清话》（1911）和孙毓修（字留庵，1864～1930在世）《中国雕版源流考》（1916）二书是系统研究中国印刷史的两部专著，但研究方法仍未脱旧史范畴。稍后，王国维（1877～1927）在二十年代关于五代、宋及西夏刊本的专题文章考证精密，收入《海宁王静安先生遗书》（1936）。美国汉学家卡特的经典著作《中国印刷术的发明和它的西传》（Theinven-tion of printing in China and its spread westward）初版刊于1925年，后由美国汉学家富录特（Luther Carrington Goodrich，1894～1986）增订的第二版于1955年发表。富录特、法国汉学家伯希和（Paul Pelliot，1878～1945）、美籍德裔汉学家劳费尔（Berthold Laufer，1874～1934）等人对印刷史素有兴趣，留下不少论文。
50年代，版本学家毛春翔、屈万里与昌彼得，书史家刘国钧等人的书都与印刷史有关。张秀民的《中国印刷术的发明及其影响》（1958）、《中国印刷史》（1989）和有关论文是继叶德辉、孙毓修专著之后的最新系统研究。关于版画，有郑振铎（1898～1958）、王伯敏等人编的专著。日本学者岛田翰、中山久四郎、长泽规矩也和川濑一马等人的大部头著作中包括不少中国印刷史料。庄司浅水编的《世界印刷文化史年表》（1936）是简明而有用的工具书。可见中国印刷史方面的书比造纸史书要多些，但这些书较少专门研究印刷技术，而对技术本身的研究正是要给予重视的。卢前（1905～1951）、蒋元卿、钱存训、张秉伦等人的作品涉及到具体的印刷技术问题，步入了技术史研究的轨道。钱存训的著作前已提及，其中印刷部分体现中外研究最新成果，殊多创见。因篇幅所限，此处无法逐一列举造纸、印刷史方面的研究作品。对上述及没有述及的其他作品，本书以后在适当地方都要提及并加以引用。
三 造纸与印刷技术史的研究方法
纸和印刷术密不可分，研究其中一项总要涉及另一项。鉴于纸史研究比较薄弱、空白部分较多，我们便把研究重点首先放在纸史方面，特别偏重对纸史中技术部分的研究，解决造纸技术起源及其发展问题，探讨各种纸原料、制造技术及所用设备以及各种加工技术在历代的演变，纸在社会上用途的推广和在印刷中应用等。重要的是根据大量文献和实物资料将中国历代造纸技术史料加以总结与系统化。与纸史相比，印刷史研究有较好的基础，前人留下的现成书籍较多，涉及的专业问题较少，但仍有许多工作有待开展，例如关于印刷技术起源问题还需要重新作综合探讨，对各种印本书用纸的系统分析化验前人较少作过，而对雕版及活字版技术所涉及的某些技术问题还未得到妥善解决。至于对中国境内各少数民族地区造纸及印刷技术的研究，或者过去未曾触及，或者有待深入与扩大研究范围。
关于造纸和印刷术的外传，先前对西传作了较多研究，其他路线的传播较少触及，同时很少从具体技术影响上作进一步分析，而分析中国对外国造纸、印刷的具体技术影响和技术传递过程才是更本质的问题。另一方面，过去研究技术外传，限于中世纪时期，时间下限多定在1400年左右。然而事实表明，就是在近代，中国造纸及印刷技术仍产生国际影响。所有上述这些问题，都是在本书内试图逐一解决的。在纸史方面，拙著《中国造纸技术史稿》基本上已涉猎了与纸有关的各个方面，但有的部分还待深入展开，近20年来因新资料的发现，认识有所提高，急需增订重写。另一方面，也需要将过去对印刷史的零散研究系统化，因而构成本卷。将造纸与印刷合写在一部书内，是钱存训先生开创的先例，这种体例能使关系最为密切的这两大发明放在一起研究。书中还在钱先生原有基础上对造纸与印刷术为什么首先完成于中国这个理论问题作了进一步分析。
在从事课题研究时，我们力图采用新的研究方法，即将①文献考证、②考古发掘、③古代实物标本的分析化验、④模拟实验、⑤传统技术调查、⑥中外技术比较和⑦技术原理探讨这七个方面结合起来作交叉的综合研究，同时还结合有关社会历史背景进行分析。经验证明这种综合研究方法是行之有效的，适合于科学史这门处在社会科学与自然科学之间的边缘学科的特点，现分述于下。
历史研究首先要掌握大量中外文献资料，特别是原始文献，但这些资料相当分散，要将分散史料串联起来，从史学、科学和文献学角度综合推敲，作文字校勘、技术辨别、年代考证，对所记内容真伪、是非作出相应判断。凡书不可不信，亦不可尽信。如有的书说湿纸叠到千万张或至丈余高，始碓之，便不可信。“千万”应作“千馀”，“丈”应缩小三倍，在技术上才合理。又如有的书说藏族人嘉木祥于元仁宗（1312～1320）时刊刻藏文《大藏经》，经查考后得知“嘉木祥”意思是活佛（蒙古语读呼图克图），不是人名，一世嘉木祥协巴多吉（1648～1721）为清康熙（1662～1722）时人，在元仁宗之后三百余年。再经考证才查明藏文版《甘珠尔》（不含《丹珠尔》）始于明永乐九年（1411）奉成祖勅命刊行，现拉萨布达拉宫所藏实物亦证实此点。
除收集并考证文献外，还要注重对传世和出土造纸和印刷实物资料的收集和科学研究，密切注意考古发掘动态及各地文物收藏情况。由威斯纳于1880年代开创的对出土纸本文物的科学检测方法，20世纪有新的发展，通过光学和电子显微镜检验、化学分析、物理指标测定，能确切了解古纸原料种类、成分、制造及加工情况，提供文献缺乏记载的大量技术信息，亦能订正文献记载之误。例如关于造纸与印刷技术起源的探讨，在很大程度上要依赖于对考古出土古纸及古代印刷品的实物研究，因为文献记载或者误记漏记，或者相互矛盾，在这种情况下考古实物资料就起了决定性作用。宋代是否有木活字一度引起怀疑，近年西夏文木活字印本佛经的出土打破了这种疑团。又如史载絮纸、蚕茧纸，经化验为皮纸。
中国各地和少数民族地区仍保留用传统手工方式造纸和印刷生产的场所，在不同程度上使用从古代沿用下来的设备和技术。对传统技术的调查有助于了解古代技术，例如，通过调查，了解造麻纸传统技术后，为探讨古代麻纸技术提供线索；了解现在刻工用传统方法刻书技术，可以追溯古人如何使用刀具刻版的程序。
在检验古书记载、复原古代技术时，还要用模拟实验方法。例如古书说晋代“侧理纸”以海苔为之，“其理纵横斜侧”，如照抄原书，便会继续传讹。我们通过模拟实验证明，以海苔为料造不出这种纸，古代所谓侧理纸是以麻料制成纸浆，再加入海苔为填加剂，所造之纸表面有绿色苔丝，纵横斜侧。如以石发代之，则纹理呈黑色，即所谓发牋。用模拟实验方法在对汉代麻纸生产进行技术复原是绝对必要的。要了解唐代硬黄纸是如何制造的，也只有借模拟实验才能得知。北京荣宝斋的师傅们用模拟实验方法解开短版即木版水印技术的全部秘密，在复制古代艺术名作方面正广为应用。张秉伦用模拟实验方法研究泥活字技术，获得文献上所未记载过的许多技术细节。研究古代印本书装订形式演变时，很难以原物为试验对象，因为多属珍贵文物。如果用废旧纸作成仿制品，在实践过程中就能体验到不同装订形式的优劣及装订技术的细节。这时就会认为卷轴装、旋风装这种圆筒形书籍形式势必要被扁平形或方册形取代的道理。
造纸、印刷史领域内，将中国与外国的实物与技术作比较研究，有助于了解中国，还可了解外国，更可得出中外技术交流的具体概念。例如19世纪以前的欧洲麻纸一般较厚重、帘条纹较粗，与9～10世纪阿拉伯纸相像，而阿拉伯纸又与隋唐北方或西北麻纸属于同一类型，这就说明最初向阿拉伯地区传授技术的是中国北方纸工。同样，朝鲜高丽纸和日本和纸也保有中国北方麻纸的特点。欧洲早期壁纸正如漆器一样，图案有中国画的画风，受中国影响是明显可见的。欧洲早期木雕版印刷物在版式、装订上与中国印本书很相似，也是一版含两个半页，单面刷墨，再向内对折。刻工顺板材纹理向自己的方向斜角下刀刻版，完全模仿中国的做法。欧洲在通用金属活字之前，有使用木活字的历史，而其制法与宋元木活字一样。通过中外比较所揭示的技术传递现象，正是技术交流所促成的。中国技术外传后虽还产生变异，但小异中仍有大同之处。
研究技术史还要用现代科学观点评价和解释古人的技术活动，并对古书所载作出判断，说明其道理，此法为传统史学所欠缺。只有这样，才能明了古人通过经验积累和世代传授自觉进行的制造、加工工艺是有科学依据的，应很好地予以总结。另一方面，如果不借用现代科学知识判断古代事物或古书记载，便反而造成新的误解，歪曲了古代技术活动的实质。例如宋代著名的金粟笺，经我们化验为高级桑皮纸经技术加工而成，有人说它是原始的树皮毡（tapa），便无科学道理。又有的书说纸工垒石为墙，墙内点火烘纸，从技术原理上分析，“石”当改为“砖”。因石质传热效率低，受火易断裂，只有用砖并刷以石灰构成平滑烘面才能烘纸。明代技术家华燧（1439～1513）的“活字铜板”应如何理解，必须靠现代科学知识，不能单从字面含义去解释。有人将“范铜板锡字”及“范铜为板、镂锡为字”理解为将锡活字植于铜制印版上，便没有考虑到有关科学原理。实际上华燧的金属活字应是以铜锡合金铸造出来的，他所说“活字铜板”应是“铜活字板”。如将“镂锡为字”理解为逐个以锡块刻出几十万字，便错上加错。问题在于古人用词不妥，应改正过来，不能迁就错误用词作错误解释，详见以下第十一章。又如徐志定（1690～1753在世）1719年所刊“泰山磁版”《周易说略》，有人断为上了釉的瓷活字版或整块瓷版，都未用现代科学观点分析。实际上上了釉的瓷活字烧成后极易变形，又无法修整，且成本很高，而以整块瓷板烧造，在技术上更行不通。唯一可能是以高岭土或瓷土于900℃左右烧成陶活字，以其色白，故活字版称“瓷版”。以上逐一举例叙述每一研究方法，实际上它们都是相辅相成，有内在联系的，应同时综合运用。
四 造纸、印刷技术史的分期
本书既以纪传体或通史形式写作，就要考虑到将中国造纸、印刷技术史划分成若干阶段，这就涉及到分期问题。造纸与印刷是由数以百万计的人参加的重要群众性社会生产活动，而纸、纸制品和各种印刷品又与全国亿万人的物质生活及精神生活有密切关系，上自帝王下至臣民，无不用之，因此造纸、印刷在不同历史阶段的发展与该阶段社会的发展密切相关，受社会发展水平所制约，又反过来影响社会的发展水平。它好比一面镜子，能反映出社会经济状况的兴衰。大凡在经济、文化繁荣之世，造纸和印刷术的发展便进入高潮，而王朝更替后，新王朝建立初期，也是促进技术发展的时期。纸与印刷品作为社会文化产物，具有鲜明的时代性和地域性，在不同时期、不同地区随社会的发展而发展。纸和印刷品还受社会政治、法律、教育、宗教信仰、风俗习惯、民族特点、语言文字、对外关系和地理环境等诸多因素的影响。因此对造纸、印刷史的研究和分期，要充分考虑到其社会背景的变迁。然而技术作为生产力，还有其自身发展规律。各时代的造纸、印刷还与该时代科学技术总的发展水平有关，王朝更替和统治兴衰并不一定导致技术本身的改观或影响到其发展进程，因技术发展不但有阶段性，还有继承性，后一时期技术总是在前代已有基础上发展，并出现革新和改进，通过世代积累达到新的发展水平，不受社会环境影响。就是说，在漫长的历史时期，虽然造纸和印刷两大生产领域总的生产模式没有因朝代的更替而发生根本性改变，但由于在技术、设备上的改进和发明而引起的量变，足以能使我们看出几个发展程度不同的阶段的存在。对传世与出土实物的系统考察，也能使人感觉到不同阶段的产物在技术上确是处于不同的技术层次上。
在考虑到社会史的发展段落和技术史自身发展的阶段性之后，我们把中国造纸技术史划分为五个阶段：第一阶段是造纸术的兴起阶段，为前3～后3世纪，相当两汉时期（前206～后220），以下还可再分为西汉（前206～后24）和东汉（25～220）两个时期，共426年。如果将纸人格化，这相当其童年和少年时期。造纸作为新兴独立的手工业部门出现，初具技术体系的规模，但不够完备，有待发展。第二阶段是造纸术发展阶段，时间上为3～6世纪，相当魏晋南北朝（220～588），共368年。属于青年时代，整个造纸生产技术体系基本定型。第三阶段是造纸术大发展阶段，6～10世纪，相当隋唐五代（581～960），共379年。造纸生产技术体系定型之后，又向纵深及横广两个方向发展，属历史上重要黄金时代，造纸在这一阶段与印刷结合，并从中国走向世界。第四个阶段是造纸术的成熟阶段，10～14世纪，相当于宋元（960～1368），共408年。在全面继承前一阶段成就的基础上，造纸生产体系已趋成熟，在技术和设备上有新的改进。第五阶段也是本书研究的最后一个阶段，是造纸术集大成阶段，14～20世纪，相当明清（1368～1911），共543年，持续时间最长。从汉代发展起来的造纸技术至此时已集历史上之大成，历代成就都集中表现出来。在明永乐（1403～1424）、宣德（1426～1435）年及清康熙（1662～1722）、乾隆（1736～1799）年出现两次造纸技术上的最高峰，但乾隆以后手工纸便日趋衰落，西方机制纸已涌入中国市场。1930年以后，手工纸为机制纸取代，但不等于说手工纸从此再无存在的价值。
同样，我们把中国印刷技术史划分为三个阶段。第一阶段是印刷术的兴起与早期发展阶段，印刷术的起源大致在5～6世纪，早期发展阶段为7～10世纪。鉴于对起源的研究仍待开展，有关史料也有待发掘与鉴定，因而先从早期发展阶段开始研究，这一阶段相当于唐、五代（618～907），共289年，主要是雕版印刷作为新兴独立手工业生产部门出现，初具技术体系规模，但仍不完备。可细分为唐（618～907）及五代十国（907～960）两个时期。五代十国时期，由于统治者的有力支持，使印刷业成为政府兴办的新兴支柱产业，因而获得迅速发展。第二阶段是印刷术大发展阶段，即10～14世纪，相当宋辽金元（960～1368）时期，简称宋元。此阶段内整个印刷生产技术体系业已定型与完备，完成一系列技术革新。除雕版印刷外，又发明了活字印刷技术，泥活字、木活字都用于印书，在这一阶段末期又有了使用金属活字的实践，印刷术从中国走向世界，这是中国印刷史中的黄金时代。第三阶段是印刷术的成熟与集大成阶段，为14～20世纪，相当明清（1668～1911），历时543年。自从印刷术发明以来历代一切成就都集中在这一时期表现出来，且有新的发展。也可将这个阶段再细分为明（1368～1644）及清（1644～1911）两个时期。明中叶至明末（16～17世纪）及清康熙（1662～1722）、乾隆（1736～1799）年间出现了两次印刷技术上的最高峰，乾隆以后近代机器印刷技术引入中国。1920年起铅活字印刷逐步取代传统印刷，但传统技术的最后一项硕果木版水印技术仍继续发展，民间的木版年画也还拥有市场。
本书研究前述五个阶段的中国造纸技术史，从公元前206年至公元1911年，历时2117年。又研究三个阶段的中国印刷技术史，从618年至1911年，历时1293年。每个阶段都用单独一章加以叙述。这里所提出的分期，基本符合造纸、印刷史发展的阶段性，也与社会史分期的段落一致，这样作较便于写作。技术史分期与社会史分期从理论上说也应大致相对应，因为如前所述，技术的发展本来与社会发展关系紧密。但技术作为推动社会的积极动力，其自身变革有时不与社会变迁完全吻合。严格按技术发展规律分期，有时就要与社会史分期脱节，也与本丛书其他卷体例不一，似以现在这样的处理为宜。
最后要说明的是，造纸原理和工艺过程较复杂，原材料与工具设备种类较多，加工技术多种多样，且麻纸、皮纸、竹纸等制造工艺又各不相同。整个造纸生产体系中技术项目甚多，而造纸技术在不同阶段中的发展不但表现在新的工艺过程、设备以及加工技术等方面的革新和发明上，还表现在对原有生产体系中各技术项目的一系列改进上。因之每一阶段中的技术都不是前一阶段技术的单纯重复和继承，总要有不同程度的新的发展。且造纸已经体现了工场手工业的经营规模，因此对所有这一切只能在有关章中对该阶段的技术加以描述。反之，印刷原理及工艺过程则较简单，原材料与工具设备种类较少，雕版印刷与活字印刷只表现在制版、拆版方式上的不同，刷墨、装订工序基本一致。整个印刷生产体系中技术项目总和比造纸要少得多，雕版技术在不同阶段中的发展只表现在刻版技巧、刻刀工具和刷墨、装订的改进上，总的说属于技术上的量变过程，不涉及整个制造工艺的本质改变，因之下一阶段常常重复前一阶段的工艺过程。活字技术在不同阶段中的发展表现在不同活字材料的选用与制造以及排版、拆版、收字有关的工具设备与技术的改进上，像雕版技术一样也不涉及制造工艺上的本质改变。正因如此，不必在每一阶段的有关章中都设专节谈技术问题，这样作势必造成前后重复叙述。我们把技术问题集中于第八章中作总的叙述，这一安排是与造纸部分有所不同的。只有套色印刷在工艺过程上有全新的改变，金属活字有不同于其他活字的特点，对此将在第十一章中讨论其技术问题。印刷工场场地占地面积较小，为室内作业，所需工种和工人人数不多，但要求熟练程度较高，一般说数人至数十人即足矣，体现作坊手工业的经营规模。造纸工场是化学污染工业，都设于乡间河流岸边或山区近水源处，而印刷工场对环境污染较少，多设于大城市或县镇内，这又表现了这两大工业的不同。
已经改变了整个世界的面貌和事物的状态，第一种发明表现在学术方面，第二种在战争方面，第三种在航海方面。从这里又引起无数的变化，以致任何帝国、任何宗教、任何名人在人事方面似乎都不及这些机械发明更有力量和影响。①
19世纪时，马克思（Karl Marx，1818～1883）在《机器·自然力和科学的应用》（Die Maschinen.Die Anwendung der Naturlichen Kraft und der Wissenschaften，1863）中也指出：
火药、指南针、印刷术——这是预告资产阶级社会到来的三大发明。火药把骑士阶层炸得粉碎，指南针打开了世界市场并建立了殖民地，而印刷术变成了新教的工具，总的说变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的最强大的杠杆②。
20世纪英国史家韦尔斯（Herbert George Wells，1866～1946）在《世界史纲》（TheOutlineofHistory，1919）中设题为《纸是怎样解放了人类的思想》专节，其中解释说，印本书的出现，在文艺复兴时代的欧洲刺激了自由讨论的发展，阅读的知识迅速传播，群众中读书的人数增加。欧洲文学的真正历史由此开始，各国形成标准民族语言作为文献用语，代替各地方言，它们像希腊文、拉丁文那样能负担哲学上的讨论③总之，纸和印刷术解放了人类的思想，成为文艺复兴、宗教改革和科学革命兴起的必要前提。
通过中外学者的潜心研究业已证明，对人类史有如此重要意义的上述四项伟大发明都完成于中世纪时期的中国。本书则专门研究其中两大发明即造纸与印刷术在中国的起源、发展以及在全世界各国的影响和传播。
本书分四大单元：第一单元有六章（第1～6章），论述造纸术在中国的起源和发展。第二单元设五章（第7～11章），探讨印刷术在中国的起源和发展。我们所研究的对象侧重传统技术，讨论的时间下限定于19世纪的清末，20世纪的造纸和印刷不在讨论范围之内。中国是个多民族国家，除汉族外，其他各兄弟民族也参与造纸和印刷活动，并作出应有的贡献。因此，第三单元设三章（第12～14章），讨论中国境内维吾尔族、藏族、党项族、女真族、满族、蒙古族、瑶族、纳西族、彝族和壮族等十个少数民族地区的造纸和印刷。第四单元专门研究中国造纸术和印刷术在世界五洲列国的传播和影响，涉及的国家有亚洲的朝鲜、日本、越南、印度、巴基斯坦、孟加拉、缅甸、泰国、柬埔寨、印度尼西亚、菲律宾、中亚古国粟特、康国、石国、西亚阿拉伯地区的伊朗、伊拉克、叙利亚。非洲的埃及、摩洛哥。欧洲的西班牙、意大利、法国、德国、瑞士、奥地利、波兰、俄罗斯、英国、瑞典、挪威、丹麦。美洲的墨西哥、美国、加拿大以及大洋洲的澳大利亚等30多个国家，分三章（第15～17章）予以叙述。除以上各专业章节外，另设本章，为造纸、印刷技术史绪论。
本章作为全书的绪论，主要讨论纸的定义、成纸的科学原理和纸的加工原理、印刷术的定义和有关印刷原理及概念，最后简短回顾一下前人研究概况，并叙述造纸、印刷技术史的研究方法，再就中国造纸、印刷技术史分期问题陈述己见。
本书取纪传体，以综合叙述各历史时期总的状况为主，再列出各个事物的现状。使人对各阶段造纸、印刷有综合了解，欲知各单独事物的历史发展脉络，可将各章中对历代该事物现状的叙述加以串联，因此本书是有关中国造纸及印刷技术通史体例的专著。
第一节 纸的定义和成纸的科学原理
一 纸的科学定义
纸本质上是文化用品，千余年间成为全人类通用的书写、印刷材料。中国是纸的发源地，最先受惠于纸的应用。由于纸本书籍的迅速增加，使中国文教事业空前发展，从中央到地方各种公私学校兴起，读书识字的人增加，佛教、儒学也以新的势头发展。社会上文学、史学、哲学和科学技术著作与无纸的先秦时代相比，以几何级数激增，历代所遗留下来的以纸为载体的文化典籍，数量上为全球之冠。在中世纪漫长岁月里，已使得中国在科学文化方面居于世界领先地位。
纸还是中国特有的书法和绘画作品的载体，纸的使用大大促进了这两门艺术的发展。书画家可以在柔韧受墨的纸上任意挥毫，完成艺术杰作。作家、诗人、史学家和科学家可以写出宏篇巨著，形成中国丰富的纸文化遗产。随着造纸业的发展和纸产品的扩大，纸和纸制品不再只作文房用具，而是广泛用于日常生活和工农业生产领域中，成为其他材料的代用品，如纸灯、纸伞、纸衣、纸帽、纸帐、纸被、纸鸢、纸扇、纸牌、纸枕、纸花、纸屏风、纸杯、纸砚、纸箫等都在不同时期相继问世。还有糊窗纸及壁纸、剪纸，用作室内装饰材料。日常交际用名片，互通姓名。新年时贴春联，节日时放烟火，婚嫁时交换庚贴，送葬时烧纸钱、纸马、纸车、纸人。商店所售商品皆以纸包装，各种公私账簿、文书契约、证件和票据皆以纸制成。甚至去厕所解手也要用纸。纸和纸制品已进入千家万户，成为日常不可缺少的用品。早在唐代（618～907）中国就已进入了纸的时代。纸和造纸术还传入其他国家，沿着传播路线形成的纸张之路（PaperRoute）还是对外经济文化交流的纽带。
中国纸制品在社会生活中的普及情况，后来也在其他国家中再现。在现代科学技术发达的时代，纸的应用范围越益扩大。例如工业中的绝缘纸、电缆纸、过滤纸、隔音纸、油毡纸、计算机用纸；农业中的育苗纸、青贮纸、蚕种纸、水果保鲜纸等；军事工业中的海图纸、防火纸、半导体纸等，都相继推出，新的品种还在不断研制。由此可以看出，纸在传播先进思想、发展科学文化和教育事业以及促进工农业生产、丰富和美化人类生活方面，过去、现在和未来都起着很大的作用。
什么是纸？在研究造纸技术史时，这个问题要首先解决。与此有关的是如何理解中国古代文献中“纸”字的含义，中国早期的纸是何形制、由什么原料制成？在没有对纸作出科学定义之前，古人对纸的概念有不同理解，与现在理解差距很大。我们只能用现代概念给纸下科学定义。这里不妨可以列举由当代专家执笔的一些百科全书和专业作品中为纸所规定的定义。1963年版《美国百科全书》中把纸理解为“从水悬浮液中捞在帘上形成由植物纤维交结成毡的薄片”①。1966年版《韦氏大词典》中认为“纸是由破布、木浆及其他材料制成的薄片，用于书写、印刷、糊墙和包装之物”②。1951年版《大苏维埃百科全书》中认为“纸是基本上用特殊加工、主要由植物纤维层组成的纤维物，这些植物纤维加工时靠纤维间产生的联结力而相互交结”③。1979年版中国《辞海》将纸定义为“用以书写、印刷、绘画或包装等的片状纤维制品。一般由经过制浆处理的植物纤维的水悬浮液，在网上交错组合，初步脱水，再经压榨、烘干而成”④。美国纸史家亨特（Dard Hunter，1883～1966）对纸下的定义是“在平的多孔模具上由成浆的植物纤维形成粘结起来的薄片状物质”。接着又补充说，“作为真正的纸，此薄片必须由打成浆的[植物]纤维制成，使每个细丝成为单独的纤维个体；再将纤维与水混合，利用筛状的帘将纤维从水中提起，形成薄层，水从帘的小孔流出，在帘的表面留着交织成片的纤维。此相互交织的纤维的薄层就是纸”⑤。日本技术史家南种康博说纸“是以植物纤维为必要原料，于水中使之络合，干燥后恢复弹性，并将纤维粘着在一起，成为具有薄片形状和一定强度的物质”⑥。概括起来，各种著作虽然说法不同，仍有某些共同点，最主要的是指出纸必须由植物纤维制成薄片状。但用这样一句话还不能勾画出纸与其它物质相区别的唯一特征，因此还要对纸的定义作附加的规定。有的专家在定义中概括了纸的形成过程，还有的补充了纸的用途。这样，定义才能周全。
看来很有必要根据现代科学概念，吸取已有各家的提法，为纸下个定义：传统上所谓的纸，指植物纤维原料经机械、化学作用制成纯度较大的分散纤维，与水配成浆液，使浆液流经多孔模具帘滤去水，纤维在帘的表面形成湿的薄层，干燥后形成具有一定强度的由纤维素靠氢键缔合而交结成的片状物，用作书写、印刷和包装等用途的材料。我们的这个定义虽然文字较多，却把构成纸这个概念的各种因素都考虑在内了，也吸取了现有各种定义的可取之处。如果再简洁一点，纸是植物纤维经物理-化学作用所提纯与分散，其浆液在多孔模具帘上滤水并形成湿纤维层，干燥后交结成的薄片状材料。这个定义适用于古今中外一切手工纸和机制纸。现代工业虽然制成以矿物纤维和化学合成纤维为原料的类似纸的材料，但严格讲不是传统意义上的纸，而只是纸的新式代用品。所以我们特意加上“传统上所谓的纸”这一限制词，使定义更加严密。
因为本书只研究传统纸的历史，而不研究现代纸。为了使纸与其它材料区别开，我们强调：对植物纤维原料的物理-化学处理，造纸是机械过程和化学过程的结合，此其一。纸是纤维素大分子借氢键缔合交织而成的，就是说纤维间产生的联结力，不是物理学上的力，而是化学力，而且这种联结可用化学结构式表示，此其二。因此，不难看出，我们这里所提出的定义，包括纸这一概念或技术术语所包含的四项要素：①原料：必须是植物纤维，而非动物纤维、无机纤维或人造纤维，用植物纤维以外原料所制成者，不是传统意义上的纸。②制造过程：植物纤维原料经化学提纯、机械分散、成浆、抄造及干燥定型等工序处理而成者为纸，未经这些工序，用另外途径而成者，也不是传统意义上的纸。③外观形态：表面较平整、体质柔韧，基本由分散纤维按不规则方向交结而成，整体呈薄片状。④用途：书写、印刷及包装等。只有同时满足这些条件的，才能称之为纸。否则，便不是纸。
二 评古今中外对纸的定义的误解
无论在过去或现在，由于人们没有弄清或规定纸的确切定义，结果将一些不是纸的材料当成纸，造成概念上的混淆和造纸起源上的种种误解。如凌纯声认为太平洋沿岸各国及大洋岛屿上各民族造的所谓“树皮布”（tapa）是纸，并将纸的起源与“树皮布文化”联系在一起，甚至认为宋代名纸金粟笺也是由“树皮布”制成①。此“树皮布”是将树皮剥下后用槌敲打，浸水后再捶打和揉软，将一段段树皮用捶羶法（felting）打制成较长一片，可缝制成衣服。“树皮布”由韧皮部纤维束构成，其连接成片是用机械力强打在一起的，没有化学力的结合。这一切，与纸的定义背道而驰，因此，“树皮布”根本不是纸。把久负盛名的北宋金粟笺说成是用原始方法制成的“树皮布”，贬低了宋代纸工的技术成就。所谓的“树皮布”，与造纸起源并没有关系。如果有，为什么很早以来太平洋沿岸其他民族包括美洲印地安人善于制tapa，竟不会造纸？另一方面，如果tapa可视为纸，那就会在起源问题上存在多元论，很多其他国家或地区都成了“发明”纸的地方了。墨西哥作者伦斯（Hans Lenz）正是利用凌纯声的观点，声称墨西哥是造纸术的一个起源地②。
把中国史书中的“榻布”说成是中美洲印地安人造的tapa，也是没有根据的。“榻布”一词初见于《史记》（前90）卷129《货殖列传》，书中谈到通都大邑人们经营货物而致富时说：“其帛絮、细布千钧，文彩千匹，榻布、皮革千石”。裴骃（401～473在世）③的《史记集解》引《汉书音义》曰：“榻布，白叠也”，即棉布。张守节（750～820在世）《史记正义》引颜师古（581～645）《汉书注》曰：“[榻布乃]粗厚之布也。其价贱，故与皮革同重耳，非白叠也。答者厚之貌也。按白叠木绵所织，非中国（中原）有也。”榻布又作答布，是《史记》载中原地区物质财富时与其他物品并列的，显然指与丝帛、细布对应的粗厚麻布，也可能指粗棉布，汉代棉布近年曾于新疆出土④。总之，榻布是用纺织方法织成的粗厚布，不是用原始方法打制的“树皮布”，尽管其发音与tapa相近。将榻布释为纸，更错上加错。将tapa称为“树皮布”，也是不科学的，因“布”通指麻棉等纤维纺织品，而tapa并不是布，只能称为树皮毡。树皮毡可以写字，正如树皮可写字一样，但都不是纸。凌纯声又引《后汉书》
（450）卷116《西南夷传》所说“织绩木皮，染以草实”，也认为是tapa，又是个错误。“织绩木皮”指以树皮纤维（不是皮质）织成布，这才是真正意义上的树皮纤维布或树皮布，如楮布。纸、树皮布与树皮毡是三种不同的物品，不能混为一谈。树皮毡与tapa为同一物，与树皮布相比在技术上相差一个层次。要将纸、树皮布、树皮毡及tapa这些概念严格区分开来（图1）。
从历史上看，对“纸”的概念的理解经历了很长一段发展演变过程。先秦文献中很少有“纸”字出现，那时书写材料是简牍和缣帛，称为简札和帛素，包装材料用丝、布等。“纸”在汉代文献中出现较多，小篆作紙。最初解释此字的，是东汉文字学家许慎（约58～147）的《说文解字》（121），这是现存中国较早的汉字字典。较通行的版本是清代学者段玉裁（1735～1815）的《说文解字注》（1807）。许慎写道：“纸，絮一〓也。从系，氏声”①。即“纸”字会意从糸，发声从氏（zhi）“絮”通指粗丝绵，也指类似绵絮的植物纤维，如麻絮。“〓”（shan）与“箦”通，指竹帘或竹席。在许慎时代，植物纤维纸尤其麻纸已大行于世，因此他应清楚了解纸的原料及制法，为纸下的定义也很简练，只用了五个字“纸，絮一〓也”。就是说，纸是于水中击麻纤维时落在竹帘上的纤维薄片。我们认为这应是《说文解字》之本义。在这里他提到造纸的原料纤维和抄纸的工具竹帘或竹席。这个简明定义，使人想起前引1963年版《美国百科全书》的提法：“纸是从水悬浮液中捞在帘上形成由植物纤维交结成毡的薄片”。其他版本《说文》中的“〓”作“苫”，虽音同而义不同，“苫”指草席，是不能承受纤维的，还是“〓”字用得正确。
继许慎之后，服虔（128～192在世）《通俗文》中也认为“方絮曰纸”。问题仍在于对絮作何理解。此字固可理解为丝质物，亦可理解为植物性材料。后种理解指植物纤维洁白细腻如丝絮，这更好地解释了许慎对纸定义的含义。反之，把絮理解为丝质物，对纸的定义便有了另外的解释，从而与现代纸的定义冲突，也不符史实。历史事实是从西汉时起造纸一直用植物纤维，并不用丝絮即动物纤维，而人们常将植物纤维纸美称为“丝纸”、“絮纸”或“茧纸”②。因此“絮一〓也”及“方絮曰纸”中的絮只能是植物纤维。纸字之所以有“糸”旁，是因为它由纤维所组成，纤维外观又像丝絮的关系。
前引段玉裁《说文解字注》卷13上解释许慎对纸所下定义时，又发挥说，造纸起源于漂絮：“按造纸昉于漂絮，其初丝絮为之，以〓荐而成之。今用竹质、木皮为纸，亦有緻密竹帘荐之是也。..‘纸，絮一〓也’，谓絮一〓成一纸也。”段玉裁提出漂絮对造纸思想有启发，是个创见，但认为最初的纸以“丝絮为之”，便不尽然。20世纪以来有的作者沿用段玉裁之说，认为最初的纸是“絮纸”，其后才改用植物纤维造纸①②，但段氏旧说欠妥，已如前述。为替“絮纸”找文献证据，有人③引班固（32～92）《汉书》（100）卷97《赵皇后传》中提到的“赫蹏”，认为即为絮纸。班固说，汉成帝元延元年（前12）皇后赵飞燕之妹赵昭仪，为毒死宫女曹伟能，派狱丞籍武送去：“裹药二枚赫蹏，书曰：告伟能，努力饮此药。不可复入，汝自知之”④。结果宫女被毒死，不再入宫。颜师古（581～645）注《汉书》引应劭（143～198在世）《风俗通》（175）曰：“赫蹏，薄小纸也。”
又引孟康（194～250在世）《汉书注》曰：“蹏犹地也，染纸、素令赤而书之，若今黄纸也”⑥。
据此，赫蹏（hedi）是薄小纸或红色写字纸，并未指出是絮纸，文献是讲得很清楚的。如果再离开应劭、孟康文字本义，从《说文》中“繫，蹏也，一曰恶絮”的说法加之于“赫蹏”这一术语中，认为西汉纸由恶絮借漂絮法造成，未必合乎史实，也与纸的定义相违。我们所见的所有西汉纸，概为麻纸⑥。
古人还有种颇为流行的意见，认为早期“纸”字指丝织物。李昉（925～996）《太平御览》（983）卷605引王隐（281～353在世）《晋书》曰：“魏太和六年（232），博士河间[人]张揖（190～254在世）上《古今字诂》。其《巾部》云：‘纸，今帋也，其字从巾。古之素帛，依书长短，随事截绢，枚数重沓（将数枚叠在一起），即名幡纸。[故]字从糸，此形声也。后汉和帝元兴（105）中，中常侍蔡伦（约61～121）以故布捣剉作纸，故字从巾，是其音虽同，糸、巾为殊，不得言古纸为今纸’⑦。由此可见，张揖于232年提出的说法，认为东汉时蔡伦以前的“古纸”是丝织物，将数枚书写用丝绢叠在一起称为“幡纸”；而他认为蔡伦后的“今纸”以故麻布为原料捣剉而成。为将两者区别开，张揖主张创用新字“帋”来称呼“今纸”，其字从巾；而“古纸”仍称“纸”，其字从糸。表面看来，似乎讲得头头是道，因而颇有影响。“”字在南北朝至隋唐（5～10世纪）确与“纸”字同时使用过，如新疆出土北凉承平十五年（457）《菩萨藏经》，末尾写“廿六帋半”。敦煌石室唐人写经末尾也写有“用帋××张”。但宋以后，“帋”字便没有通用下去，人们多用“纸”字，只是偶而有人使用。这是因为宋代学者对张揖之说开始产生怀疑。
然南北朝时，张说确有影响，其追随者之一便是史学家范晔（398～445）。范晔在《后汉书》（450）卷105《蔡伦传》中说：“自古书契多编以竹简，其用缣帛者谓之纸”⑧。在他看来，从东汉蔡伦时代以后，纸才开始从麻头、故布为之。由于元代以后《后汉书》列为“正史”，此意见影响更大，甚至在今天还有少数人信奉，因此需予以评论。
首先要指出，张揖建议用“帋”来称呼纸是可取的，这个字正确表示纸由破布所造。但他以蔡伦时代为分界线，将纸说成有古今之分，既无文献依据，又无事实为证，而是人为划分的。在汉以前古籍中，“纸”字少见，自然不可能将裁下的绢称为“幡纸”。如果说蔡伦前“古纸”是丝织物用于书写者，则早已有了“帛”、“素”等专名。“幡纸”一词出现于蔡伦时代之后，而非之前。这个词最早见于荀悦（148～209）《汉记》，而荀悦几乎是张揖的同时代人，这时早已有了植物纤维纸。因此张揖的说法便失去成立的前提。
如果认为纸字从糸，便说早期纸均丝织物，亦不能在文字学上服人。糸旁的字固然不少与丝有关，也有无关者。如“〓”（jì）指毡类，为羊毛制品。“絺”为细葛布，“紵”为麻类，“絰”为丧服所用麻料，等等。这些字均见于《说文解字》，指植物纤维或别的动物纤维，并不指丝。至于范晔所说“其用缣帛者谓之纸”，未免过于武断，无任何依据。缣帛是缣帛，纸是纸，不可将不同概念混为一谈。反驳张揖、范晔之说最有力的证据是化验蔡伦前的纸均为麻纸，而非丝制品。张、范之所以出错，一是没见过汉纸实物，不知是何形制：二是对纸的概念缺乏正确理解。他们天天用纸，却不知蔡伦前纸与他们所用者实无本质不同。却将他们以前的纸误解为丝织物。
蚕丝纤维主要由丝素及丝胶组成，二者都是动物蛋白质高分子化合物，与构成纸的纤维素大分子氢键缔合物有不同的化学结构及性能。丝纤维只有借丝胶的粘结才能成为似纸薄片，当丝纤维脱胶后分散于水中敲打（漂絮）后，用多孔席承受滤水时，只能成为一片没有强度的丝渣，还不是纸。用胶粘结丝渣成为有强度的薄片，也不是纸。中国古代造纸也不用此法。
上村六郎指出，根据实验，按古书记载所造的绢绵纸，如不加粘着剂，则干燥后仍为原来的真绵，即令压紧，也不呈现纸的样子①。德国作者兰克尔（Adolf Renker）也认为丝料实际上没有植物纤维缠结及密联的粘性，用丝纤维造纸在技术上是可疑的②。法国人阿里保（Henri Alibaux）同意兰克尔的意见，并指出迄今未看到用纯丝纤维造出的纸③。用丝纤维造纸，在经济上也是不合算的。钱存训认为所谓“蚕丝纸”，多出于语源上的猜测，而无足够科学上的证据。他正确地把所谓“絮纸”称为假纸（quasi-paper）④不过，1982年笔者在美国纽约市一家小纸厂参观时，厂主说他们用现代科学手段制造了蚕丝纸，但不到2英尺见方的一张当时售价就达20美元，用这些钱可在中国买1匹（100张）好的安徽宣纸。在古代，即使用纽约的方法造出丝纸，恐怕也不会有人肯买。更何况纽约的纸，不是传统意义上的纸，因为它不符合本节开始时所述的纸的定义，只能称为quasi-paper。中国古书所说“丝纸”者，多徒有其名。如谷应泰（1620～1690）《博物要览》云：“高丽纸以绵茧造成，色白如绫，坚韧如帛”⑤。但康熙帝玄烨（1654～1722）却有高见：“世传朝鲜国纸为蚕茧所作，不知即楮皮也。..朕询之使臣，知彼国人取楮树去外皮之粗者，用其中白皮捣、煮造好纸，乃绵密滑腻有似蚕茧，而世人遂误传耶”⑤。凡古代所标“绵纸”、“蚕茧纸”的书画，经化验均为皮纸。
我们认为，从字源学角度看，“纸字发声字根“”砥（dǐ）字，”氏最初脱胎于“，又读zhǐ本义为细磨石，见《书经·禹贡》：“砺砥砮丹”，《传》曰：“砥细于砺，皆磨石也”。将“砥”的石旁改以糸，则形容纸的植物纤维白细如蚕丝，纸表面又平滑如砥石。如汉人刘熙（约66～141在世）《释名》（约100）所说：“纸，砥也，平滑如砥”。因之，“纸”字的会意（糸）和谐声（氐）正体现了这种材料的特性。纸字从糸，也不能说与丝绢全无关系，它是作为缣帛的代用品或替身而问世的。二者有不少共性：柔软，平滑受墨，着色力强，易于舒卷，又可随意剪裁、粘接，便于携带，容字量大，色白，又皆由纤维所成。但也有异点：在原料、制造、价格、强度和化学构成上都不同。
纸字的字根来源于它所代替的原来材料名称，这种情况中外皆然。例如纸在日本语中读作力ミ（kami），导音于“简”（力ン，kan，古汉语发音为kam）。在英语中作paper，法语、荷兰语及德语作papier，西班牙语为papel，均源自希腊语παπυρoζ或拉丁语papyrus，而papyrus则是古埃及莎草（Cyperus papyrus）粘联成供书写用的薄片。意大利语称纸为carta，源自拉丁语charta，同样指莎草片，只不过是其意译，而非音译。所有这一切，并不说明莎草片就是纸，或欧洲真正的纸由莎草纤维制成。顺便说，现在人们将埃及的papyrus译为“纸草纸”，是不准确的，应称之为莎草片。欧洲语对纸的称呼中，只有俄语例外，称纸为бyмaгa（bumaga），此词从бoмбyк（bombuk）演变而来，而bombuk又源自中古波斯语pambak，原意是棉。
19世纪以前，欧洲各国大都以破布的麻纤维造纸，很少用棉。欧洲史中的“棉纸”，如同中国史中的“绵纸”或“絮纸”一样，出于字源上的误会。问题出在8～9世纪时叙利亚的班毕城（Bambyciha）盛产麻纸，于是班毕纸（charta Bambycina）成为欧洲人称呼纸的名称。后来将Bambycina误传为bombycina（棉），二音发音很近，于是人们将阿拉伯和欧洲早期麻纸称为“棉纸”。19世纪末，维也纳大学植物学教授威斯纳（Julius von Wiesner，fi.1853～1913）对中国魏晋古纸和早期阿拉伯纸作了显微分析后，证明均由麻类破布所造，这才消除了因“棉纸”误称所带来的各种不正确认识①。由此可见中外对纸这个词义的认识都经历了同样曲折的过程。
三 传统造纸原料
造纸与制造莎草片、树皮毡和贝叶片不同，实际上是化学过程和机械过程的结合，造纸植物纤维原料不但经历了外观形态上的物理学变化，而且还经历了组成结构上的化学变化。纸工就像魔术师那样，把废旧脏乱的破布变成洁白平滑的纸。造纸术的发明反映了中国古代化学和机械工程两方面的综合成就。在讨论造纸技术史以前，有必要把这项重大发明所赖以实现的科学原理说清楚，这涉及到现代纤维素化学和制浆造纸工艺学的一系列基本原理。尽管这些原理只是近百年来特别是近50年来才得以充分阐明，但2000多年前的造纸技术先辈们在生产实践基础上逐步发展起来的一整套造纸工艺、操作技术和设备构造，却符合现代科学理论原理，并成为其源远流长的历史渊源。还要指出，中国不但只是为世界提供造纸的现成的技术经验，还有不少总结这些经验的理论思维模式和学理性的探讨。有些先进的造纸设备的设计，事先要有完整的技术构思；有的试剂的引用，包含着深刻的学理，古人虽不能用现代术语说明，却也用朴素语言道出其中的奥妙。中国造纸技术的科学宝库像富集的金矿那样，需要花大力气去系统发掘，使其金光闪现于世。
纸的原料取自植物纤维，而中国是植物纤维原料最丰富的国家之一，在960万平方公里的广阔领土内，各地区可供造纸的资源很多。1959年孙宝明、李钟凯二先生发表的《中国造纸植物原料志》一书，收录草本类87种、竹类49种、皮料类74种、麻类32种、废料类10种，共得252种。另有胶料类38种，都适用于手工造纸。这当然是不完全的记录，实际上可资利用的原料决不限于此。但此书的确描述出中国造纸植物原料的大体轮廓。在过去手工造纸时代，麻类（主要取于破布）、木本韧皮（楮皮、桑皮、藤皮、结香皮、青檀皮等）、竹类、稻麦草以及其它种类繁多的野生植物，是取之不尽的造纸植物原料来源，而又充分利用了这些资源。在植物学中，所谓纤维指韧皮纤维及被子植物中两端作纺锤状的细长细胞而言。但在造纸学中，则将凡属于细长细胞，构成纸浆主要成分者，统称之为纤维。
我们可将造纸原料大体分为两大类。第一大类为韧皮纤维，存在于植物的韧皮部，再可细分为草本与木本两种。草本如各种麻类，多为一年生植物；木本多为多年生植物，如楮（构）、桑、藤、结香、青檀等。第二大类是茎杆纤维，多属单子叶植物，其维管束（纤维与导管结合而成的束状组织）散生于基本组织中，不易用机械方法将维管束分离，故一般用其茎杆之全部。茎杆类还可再细分为一年生及多年生两种，一年生的稻、麦等及多年生的各种竹类。上述各种植物纤维在显微镜下所观察到的微观形态，如图2所示。而其植物外貌形态，则散见于以下各章。将造纸用植物纤维样品取来后，分出其单根纤维，再在显微镜下投影测定其长度及宽度，所得数据如表1所示。
不同原料的纤维长宽度不同，所造出的纸质量也各异。一般说，造纸用长纤维比短纤维好，细长纤维比短粗纤维好。这就是说，每种纤维中单个纤维平均长度越大越好，纤维的平均长宽比越大越好。所谓“平均”，是相对而言，通常从样品中抽出100根单个纤维，分别测其长宽度，再从中取平均值，不可能也无必要对无数纤维逐一测量。细长纤维之所以是上好原料，因为在打浆（舂捣）过程中纤维要被断开，但长纤维裂断后仍有足够长度，而且两端分丝帚化，成纸时组织紧密，纸的拉力强度大。同时，细长纤维的比表面大，相互之间交缠效果好。短纤维被打断后的长度更小，两端虽也能帚化，但因其偏短，使纸的拉力强度相对小些，因此造纸纤维以细而长者为最佳。
值得注意的是，中国从一开始发明造纸术时，就选中至今仍堪称优质原料的麻类纤维。从表1中可以看出，麻类纤维最佳，大麻纤维平均长宽比为1000，苧麻为3000，遥遥领先。其次是皮料，楮皮纤维长宽比为290，桑皮为463，青檀皮为276，瑞香皮为222。再其次是竹类，纤维平均长宽比为123～133。最次的是草类，稻草纤维长宽比为114，麦杆为102。取两个极端作一比较，苧麻纤维长宽比竟比麦杆高出29倍以上。因此古代造高级文化纸多用麻类及皮料纤维，草类则用于造包装纸、卫生纸及葬仪用“火纸”。竹类纤维相对说属于短纤维，但中国竹材资源丰富，竹纸成本低，这是其一大优点。正如以下第五、六章所述，古人为改善竹纸性能，常有意在竹浆中添加一些麻类或皮料等细长纤维，目的在降低生产成本的前提下，尽可能增加纸的拉力和紧密度。还常将麻纤维搀入皮料纸浆中，也出于同样的技术经济上的考虑。正如同纺织业中的混纺那样，造纸业的混抄或混合原料制浆，是完全符合科学原理和经济学原则的，此后为各国所效法。
四 植物纤维成纸的科学原理
如果对造纸纤维再作深入一步的微观观察，就会发现纤维主要由纤维素所构成，而纤维素是植物细胞壁的基础组成成分。从现代纤维素化学观点来看，亦即从分子的层次来看，纤维素是由许多d-葡萄糖基（d-glucoside，C6H10O5）相互间以1-4-β甙键（1-4--glucosidicbonds）联结而成的高分子多糖体（polysac
haride）①②。因此，可以把纤维素视作葡萄糖基的长链状高聚物，一般可用通式（C6H10O5）表示。式中的n值大小称为聚合度，它标志分子链的长短。如苧麻（Boehmeria nivea）的纤维素分子聚合度为8580，这就是说，苧麻的每个纤维素分子由大约8580个葡萄糖基（glucosyls）聚合成一长链状高聚物。对不同原料而言，平均聚合度有大有小。聚合度越大，说明纤维越长，反之亦然。草类纤维之所以短，正因其纤维素分子聚合度低所致。自然，聚合度还与纤维素分子的分子量成正比。聚合度大者，分子量亦相应增大。如亚麻（Linum usitatissimum）平均分子量为335000，即33.5万。这也说明为什么在尺寸及厚度相同时，麻纸较重，皮纸次之，竹纸较轻。纤维素分子的化学结构可用不同方式表示，我们此处用英国有机化学家、诺贝尔化学奖得主霍沃思（Walter Norman Ha-worth，1883～1950）给出的式子（式1）。
从上述霍沃思结构式中可以看到，在纤维素链状高分子化合物中每个结构单元（葡萄糖基）都有三个羟基（hydroxyl，OH），因此每一纤维素分子都有三倍于聚合度的羟基，其总数达到数以万计之多（式2-A），例如苧麻纤维素分子含25740个羟基，接近2.6万个。这些羟基具有很大的亲水性，因而当植物纤维被提纯并分散于水的介质中时，其纤维素分子中所含无数羟基就会吸水，而使纤维润胀（式2-B）。当纤维素分子相互间靠近时，相邻的两个分子结构中的氧原子O就会把水分子H-O-H拉在一起，而水分子像是把两个纤维素分子联结起来的纽带那样，在纤维素分子间架起无数“水桥”（式2-C）。这就是纸浆用帘子捞出，并滤去、压去多余水分后，在帘上形成湿纸层时所处的状态。靠水桥联结纤维素分子，并不是很牢固的，因此湿纸层的物理强度不大。
可是将湿纸通过烘干而使水分蒸发掉以后，纤维素组织受到一种强大的表面张力作用，大大缩小纤维素分子相互间的距离。而当距离缩小到2.75埃（A，1埃等于一亿分之一公分）以下时，纤维素分子间的联结就不再靠水桥了，而是靠其分子中的无数羟基OH间形成的氢键（hydrogenbonds）而缔合（式2-D）。所谓氢键，是在化合物中所含极性羟基中的氧原子O吸引另一羟基的氢原子H而形成的一种化学键。氢键的键能为5～8千卡/克分子，比一般分子间力即范德华力（Van der Waal force）的能量还要大2～3倍，是纤维素分子间所发生的主要作用形式。原则上讲，纤维分子的所有羟基都能形成氢键。而正是靠这种氢键缔合，才使纤维分子相互间紧密交结成为具有一定强度的薄片即纸张。湿纸干燥脱水过程，也就是形成氢键的过程。从这个意义上看，成纸过程是个化学过程。氢键的形成是成纸机理的关键步骤。
我们再看看前面提到丝纤维，其主要成分丝素是由各种氨基酸构成的蛋白质类型的动物性高分子化合物。氨基酸相互间以肽键（pentide bonds，—CO—NH—）相联结，因而在化学结构上与植物纤维素分子有原则上的不同。在缫丝过程中，将蚕茧经水煮、脱去丝胶后，得到较纯的丝纤维，但其丝素分子间不能像纤维素分子那样靠氢键缔合而成纸。所谓“絮纸”、“茧纸”之说，从成纸化学机理判断，是缺乏科学根据的。古书中著录的“蚕茧纸”，实为植物纤维纸之误称。当蚕吐丝结茧时，如将其置于平板上来回走动，也会结成由丝纤维构成的薄片状茧，但这毕竟不是纸。同样，脱胶后的生丝或絮丝，再加粘结剂，也可制成类似纸的薄片，但这只靠机械力起作用，没有化学力作用，也不是纸。这类薄片最怕水煮或与热水相遇，很快又成为无联结力的丝纤维。真正的纸遇到热水，如不捣碎，干燥后仍然是纸，而且需脱胶（主要是果胶）后才能成纸。用纯丝纤维借抄造法是不能成纸的，那么可否将其混入纸浆中抄成纸呢？答案是肯定的，因为这时丝纤维是作为纸浆中的填充物而出现在纸上，使纸面有生丝的光泽。从这个意义上，也许倒可名为丝纸。由于丝质昂贵，人们并不肯这样作。
第二节 制浆理论及纸的加工原理
一 植物原料脱胶理论
造纸过程之所以包括化学过程，还表现在对纤维原料的化学提纯方面。为了使纤维素分子借氢键缔合成纸，而不受任何干扰，首要的一条是制得较纯的纤维素，不含有其它杂质，而实际上植物造纸原料中除纤维素外，还含有一些其它化学成分，例如灰分、果胶质（pectin）、木素（lignin）、蛋白质、半纤维素（多缩戊糖poly-pentose）和色素等。表2列出了中国常见造纸原料的化学成分①②③。从造纸原料成分来看，自然含纤维素越多越好，含其余非纤维素杂质越少越好。主要的杂质是果胶和木素，最有害而难以除去的杂质是木素。从表2中可见，麻类的化学成分最合理想，因含纤维素最多，达到近70％～83％；所含木素又最少，为2％～4％。其次是皮料，含纤维素40％～55％，含木素9％～14％。竹类和草类又次之，含纤维素36％～45％，木素含量高达14％～31％。有趣的是，不同原料中化学成分上的优劣次序，是与物理指标（长宽度及长宽比）的优劣次序相一致的，也与制成纸的质量高低相表里，更与技术处理上的易难有密切关系。不管从何种标准来看，原料等级次序总是麻类皮料→竹类→草类。
原则上讲，造纸原料中一切非纤维素成分都对纸的质量产生不良影响。其中半纤维素是由不同的单糖（monoses）基构成，主要是β-吡喃式木糖基的聚合物（polymers of xylose of β-pyrone type）。当它在纸浆中增加时，会使造出的纸机械强度降低，其化学结构如式3所示。果胶是部分或完全甲氧基化的多半乳糖酸（methoxylized galac-tonicacids），或曰果胶酸（pectic acid），其结构可以下式表之：果胶如不除去，会使纤维粗硬成束，式3半纤维素结构舂捣时不易分丝帚化，而且在原料蒸煮时消耗时间和碱液。果胶容易被碱性溶液分解，也可被丝状菌类微生物通过发酵过程的生物化学作用而降解。其甙键裂开后，降解成半乳糖（galactose）、阿拉伯胶糖（arabinose）和醛酸等。凡以植物纤维为原料的工业，无论是纺织或造纸，都要对纤维原料实行脱胶处理，但以棉花为原料者例外。
式4果胶结构式中国古代一般用沤制的方法，即生物发酵法脱胶。例如，织布的麻类，剥下皮后要放在水池中沤制一段时间，通过微生物发酵，除去果胶，还可除去麻中所含的部分单宁、色素、蛋白质和半纤维素等杂质。以这种麻布（自然是破布）为原料造纸，因事先已经过脱胶，所以造麻纸时可省去这道工序。这样的纤维叫熟纤维。未经脱胶处理的叫生纤维。如果以皮料等生纤维造纸，则必须对刚剥下的皮在池塘中沤制，以脱去有色的外表皮及纤维中的果胶，才能提高下一步碱液蒸煮的效率，改善纸的质量。
发酵过程要经过几个阶段：①准备阶段：原料在池中吸水后润胀，部分有机物和无机物在水中溶解，此时池水呈浅黄色。同时原料中带入的胞子菌类开始发酵，水中发出气泡，池水颜色渐深，温度开始上升。②果胶发酵阶段：前一阶段的胞子菌得到适当条件而繁殖，放出果胶霉（pectinase）及其它霉，分解果胶，温度继续上升，此时是发酵的有效时期。③终止阶段：此时原料变软，分离出纤维，水色变深，呈棕色至棕灰色。经过几天后，皮壳松动。沤制时，池水以中性（pH＝6～7）为好，温度为37～42℃。原料应以石压在水下，不宜露在空气中。用水量以没过物料为度，约为物料重的10倍。如事先对原料用清水煮过，则沤制效果更好。发酵液可循环使用，亦可放走一部分，留下一部分，起发酵助剂作用。所需时间依季节而定，一般为7～10天，有时延长到15天或更久。通过果胶霉的作用，果胶先降解为半乳糖、阿拉伯胶糖，醛酸，再进一步发酵成丁酸、乙酸和二氧化碳，反应是放热反应：C48H68O40（果胶）＋10H2O→4CHO（CHOH）4·COOH（醛酸）＋C6H10O5（阿拉伯胶糖）＋C5H10O5（木糖）＋C6H12O6（半乳糖）＋CH3OH＋2CH3COOH
C6H12O6→CH3（CH2）2·COOH＋2CO2＋2H2＋xKCal
C6H10O5→CH3（CH2）2COOH＋2CO2＋H2O＋xKCal
如前所述，木素对造纸为害最大，而皮料和竹料中却含有相当可观量的木素。它的存在会大大降低纸的强度和寿命，而且还很容易氧化形成色素，造不出洁白的纸。木素不除，造出的纸容易老化、变色并发脆。现在大体上已知道木素是一种含一些芳香基的大分子，其分子量为840，其化学结构可以不同的式子表达，早期有阿德勒（E.Adler）提供的式子①，此处用弗劳登伯格（K.Freudenberg）的式子：
式5 木素的化学结构，K.Freudenberg式，Me＝CH3
二 造纸原料蒸煮理论
为使造纸纤维提纯，在原料脱胶后，还要在碱性溶液中蒸煮，这样可使木素发生破坏降解，形成可溶性物质，从而达到排除的目的。除此之外，通过蒸煮还可使原料所含油脂溶解，破坏天然色素，将单宁、蛋白质、淀粉等溶解，再借蒸煮后的洗涤，将所有这些杂质排入河水中。但蒸煮最重要的目的是用化学降解法除去木素。中国从汉代以来就采用碱液蒸煮处理原料的技术，以提纯供造纸用的纤维素，以后也为各国所效法。古人当然不知道这些学理，但懂得怎样提纯纤维造出洁白的纸。所用的蒸煮液是石灰和草木灰水这种弱碱溶液。各种草木灰中的含碱量如表3所示：
将草或树枝晒干，堆起烧成灰，再用热水浸渍，即得草木灰水。以稻草灰水为例，其中总碱量（以氧化钾K2O计）为59.7克/升，氢氧化物（以氢氧化钾KOH计）36.6克/升，碳酸盐（以碳酸钾K2CO3计）42.5克/升②。石灰水是将石灰石或青石煅烧后得到的石灰以适量清水消化而成，含氢氧化钙Ca（OH）2。草木灰水中除含氢氧化物（主要是KOH）外，还含碳酸盐（主要是K2CO3）。如果将草木灰水再以石灰苛化，还可提高总碱量。反应式如下：
中国传统造纸生产中通常将草木灰与石灰并用于蒸煮过程，其妙处就在于此。
古时用草木灰、石灰液蒸煮，虽然溶液呈碱性，但没有近代用纯苛性钠NaOH的作用剧烈，因此蒸煮时不致使纤维素遭到更大的破坏。如表4所示，经蒸煮后原料中所含的木素由蒸煮前的25％～28％一下子降至1.5％～2％，而半纤维素由25％～28％降至11％～12％。中国古代制高级皮纸有时经两次蒸煮，再加一次日光漂白（如明代宣德纸及清代安徽〓县纸），则木素及其它杂质几乎可以除尽，得到化学纯（99～100％）的纤维素。这种纸称为玉版宣，如玉那样洁白。蒸煮时间各地不一，一般为一周左右，不停地举火。蒸煮后的锅内溶液呈黑褐色，原料在河水中反复漂洗，方成洁白之色。但所有有色杂质全排入河中，因此可以说造纸工业是对环境造成污染的工业。纸的洁白，以河水污染为代价，中外都是如此。为造纸，还要砍伐大量竹、木及其他野生植物，有时将整片地区植物砍光，因而造成生态平衡的破坏。
如前所述，中国古代制高质量皮纸，在对原料作碱液蒸煮后，还要进行天然漂白。将原料摊放在山坡或平地上，任其受日晒雨淋，时间持续达几十天之久。漂白实际上是蒸煮过程的延续，其目的主要是为了脱去残余的木素及其它有色杂质，使纤维白度增加、化学成分纯净。日光自然漂白的原理是借助大气中臭氧O3强烈的氧化作用，使木素及色素氧化。臭氧容易自发地分解，放出原子氧和大量能，是强烈的氧化剂，足以使木素降解，使色素受到破坏或变成无色易溶物。将纸料堆放在山上漂白，可能因高空中臭氧含量比地面上多的缘故。除此之外，古时还将原料用石灰浆浸透，再堆起来受日晒一段时间，称为“浆沃”。这个步骤在某种意义上也含有漂白的意义。总之，古人为除尽杂质，采取了双保险的办法，既借助于人工造成的化学力，又借助于天然产生的化学力，对非纤维素杂质进行双管齐下的排除，以保证万无一失。
三 制浆及抄纸原理
造纸原料经化学提纯后，还不能直接造纸，必须再经过打浆的机械处理。目的在于使纤维素润胀和细纤维化。因为在未处理前，原料中还有许多缠绕起来的纤维束，即使分散开的纤维也留有光硬的外壳，纤维素中的羟基被束缚在内，不能充分暴露出来发挥其作用。为了抄出匀细而紧密的纸，还要使过长的纤维断裂和分丝，否则易使纸疏松、多孔、表面粗糙。打浆的原理是用机械力将纤维细胞壁和纤维束打碎，将过长纤维切短，提高纤维的柔软性和可塑性。经细纤维化之后，还增大其比表面和游离的羟基数。实验证明，纤维的结合力与打浆度成正比，打浆与未打浆的纤维结合力相差10倍。中国古代以杵臼、踏碓和石碾、水碓为打浆工具，杵臼与踏碓借人力驱动，石碾以畜力为动力，而水碓则以水力为动力，通过传动装置驱动碓，连碓则可使数碓同时运转，在18世纪出现打浆机之前，这是最先进的打浆工具。
纤维经机械舂捣后，表面产生很多绒毛，发生分丝帚化（图3），增加比表面，更多的极性羟基暴露出来，便于形成氢键。为精工细作，有时要对原料反复舂捣。
将分散的纤维与水在槽内配成纸浆后，才能抄纸。因其不溶于水，因此纸浆实际上是一种悬浮液。为了使槽内纸浆均匀，靠不停的搅拌仍难免使纤维发生絮聚现象，结果有的部分浓度大，而有的部分稀薄，无法抄出厚薄均一的纸。为此古人最初在纸浆中加入淀粉糊剂，以提高浆液粘稠度，改善纤维悬浮状态。继而又易之以植物粘液，即从某些植物的根、茎或叶部提取粘液质，放入纸浆中，作为纤维的悬浮剂，从而防止了纤维下沉和絮聚。常用的植物粘液来自杨桃藤（Actindia chinensis）和黄蜀葵（Hibiscus manihot），其主要成分是d-半乳糖醛酸（d-galacturonic acid）及鼠李糖（rhamnose）构成的聚糖醛酸甙（polyuronide）。它在水溶液中呈有丝状高分子电解质的性状①②。关于其作用机理，详见以下第五章第四节，此处不再细述。
纸工们将植物粘液称之为“纸药”。纸药水配入纸浆后，才可用多孔筛状抄纸器捞纸，滤去水分后，形成湿纸层，这时在无数纤维素分子间架起水桥。再干燥去水后，分子间借氢键缔合形成纸。抄纸器有固定式罗面筛、帘条筛和拆合式帘条筛（帘床），这是平面形抄纸器。中国至迟在17世纪康熙年间用圆筒形铜网抄纸器抄“圆筒侧理纸”，成为19世纪欧洲出现的圆网造纸机的先驱。成纸的机理已于第一节中谈到。明万历廿五年（1597）重刊本《江西省大志》卷八《楮书》云：造纸工人“虽隆冬炎夏，手足不离水火。谚云：片纸非容易，措手七十二”③。两千多年前，中国造纸者就利用水与火、机械力和化学力的交互作用，以植物纤维造出了纸。
四 纸的加工理论原理
纸造出后，一般说可直接作书写、包装、印刷等用途。但如果用毛笔在纸上作水墨画、工笔画、设色画，或写小楷时，有时发生走墨、洇彩现象，影响了艺术创作。其所以如此，因为纸的微观物理结构表明，在纤维间存在孔隙和微细毛细管系统，只有将其堵塞住，才不致走墨、洇彩。因此要对纸作加工或后处理，最简便的方法是用光滑的细石在纸上压擦，用机械力将纤维孔隙及毛细管压扁，此方法称为砑光，近代叫抛光。亦可用粉浆将纸稍微润湿，再用木槌反复捶之，古时称浆硾，亦可堵塞部分纤维间孔隙。但较为有效的技术措施是对纸进行施胶处理，这样可增加纸对液体透过性的阻抗能力。施胶分为纸表施胶及纸内施胶两种，最初的施胶剂是淀粉糊，后来用动物胶和明矾。纸表施胶是将施胶剂用毛刷均匀刷在纸面上，在纸未发明前用简牍写字也用表面施胶①。
魏晋南北朝及隋唐用纸，多以淀粉剂作纸表施胶，宋以后改用动物胶及明矾。这样一来，纸表形成一层覆盖膜，再予砑光，则用笔自如。缺点是逐张处理费工时，有时薄膜容易脱落。纸内施胶可避免这些缺点，即将动物胶用水化开，得到胶水，再加入明矾作沉淀剂，最后将胶矾水配入纸浆中搅匀，抄出纸后胶粒自然沉淀在纤维间隙中，大大提高纸的不洇性和不透水性。如用淀粉剂，还可增加纤维间的结合力。经施胶处理的纸称为熟纸，否则是生纸。图4表明纸在施胶前后的对比。生、熟纸皆可用，因用途及个人习惯而异。有的画家画山水，用生纸泼墨，但画工笔白描必用熟纸。
为增加纸的外观美感，或改善其某种性能，古代用各种植物染料将纸染成色笺。如用黄柏（Phel-lodendron amurense）染成黄纸，因染料内含小柏碱（berberine），还使纸兼有抗蛀性能。为提高纸的白度、平滑度、不透明性，降低吸湿性，古代还以矿物粉借胶粘剂涂于纸的表面，形成外表坚固的保护层（图5），写字作画亦很舒畅。其涂料一般用烧石膏（CaSO4，硫酸钙）、白垩（CaCO3，碳酸钙）和高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）等白色细粉。
这种涂布纸古代叫粉笺。还在白纸或色纸上涂蜡，以增加纸的防水性，称为蜡笺。如果在纸上先涂白粉，再刷上色，最后再上蜡，便成了彩色粉蜡图5粉料涂布纸的横切面微观图笺。古代还将金粉、金片装饰在纸上，便成为洒金笺，如果再在色纸上用泥金画出图案，则称金花纸。古人为使纸本身具有潜在的美，还在抄纸帘上用线编出凸起的图案，与帘纹一起出现在纸上，称为花帘纸，即西方所谓的水纹纸（watermarks paper）。亦可用木板雕刻出复杂图案，再用力压在纸上，便成了砑花纸。唐代以后，加工纸花样繁多，技术复杂，有关原理及操作将在各有关章中叙述，此处不能逐一列举。纸的加工含有如下几层意义：①改善纸的性能，扩大其应用范围；②增加纸的外在和潜在的美，使其向高档艺术品方向发展；③对纸采取保护性技术措施，延长纸本用品的寿命。
第三节 印刷的定义和有关原理、概念
一 评中外对印刷概念的不同理解
纸作为文字载体在传播思想和科学、文化教育方面所起的历史作用，自不待言。但在一个相当长的历史时期内纸本读物仍靠手写而成，成千上万的人每天要埋头于案边逐字逐句地抄写，花费无数时间和劳动，但每次只能完成一部书的一份，欲得副本，仍需重行抄写。为了从这种笨重劳动中解放出来，中国人又发明了雕版印刷术和活字印刷术。靠着这种机械复制方法，一部书制版完毕后，就能印出成千上万份副本，大大加速了书籍生产所需的时间，且降低了成本。又因印刷前经过文字校对、用工整的字体排印，使印本书比手抄本错误更少，也易于阅读，尤其重要的是其流通量甚大，以至可以进入寻常百姓之家。
纸和印刷的紧密结合，如虎添翼，使文献知识的普及以前所未有的势头迅即扩展到社会每个角落，产生了如前引培根、马克思和韦尔斯等人所说的那种巨大的社会效益。就中国而言，纸和印刷术是促成大唐帝国以高度文明的发达国家屹立于世界的重要因素之一。唐代宗教、儒学、文学艺术、史学、哲学和科学技术等都获得全面而均衡的发展，向世界各处放射出灿烂的文明之光。如果说印本书在欧洲为资本主义取代中世纪贵族封建制起过催化作用的话，那么在中国则有所不同，它为巩固并完善当时制度、促进社会文教昌盛和经济繁荣方面功不可泯，经五代至宋，这种效益越发明显。例如科举制度在唐宋时更趋完善，通过各级考试将掌握知识的人（包括来自民间的士人）选拔到文官队伍中担任行政职务，总比西方社会中那些靠武力和血统而从事统治的不学无术的执政官要好些。印本书正是促成科举制完备和发展的动因，因为它能提供科举考试所需的标准读物，为社会培养大量知识人材。又如官方发行的纸币和各种财务票据，的确曾便利于商品交易，促进商品经济的发展，随后上述两种制度都被西方所仿行。
什么是印刷术呢？在考察其起源和发展之前，首先要将其定义弄清。由于定义内涵不同，时而引出关于起源地及起源时间上岐见的发生。我们应承认，印刷术是在有了纸之后才出现的，并以纸的存在为前提，这个历史事实必须在下定义时首先要考虑的。印刷品常常以书籍形式表现出来，但印刷技术史与书籍史还是有区别的，书史可将书的起源上溯到甲骨、金石、莎草片文献等，它们都是纸出现以前的书写纪事材料，与印刷术并无任何渊源关系。印刷术与印章的使用有某种历史关连，但钤印本身并不是印刷活动，因为印章在无纸时代已经有了，可见对印刷术下出确切的定义实属必要。还要指出，近代印刷术虽从古代印刷术发展而来，但二者有明显差异，印刷史作者应事先明确自己的研究对象。本书只限于研究传统印刷技术，这就规定了我们所讨论的范围和时间跨度。
中外各有关著作对印刷术给出了不同的定义，外延和内涵有很大差别。《辞海》指出，印刷术是根据文字或图画原稿制成印刷品的技术。又说中国早期将图画和文字刻在木板上，用水墨印刷①。这个定义是不周延的。1980年版《新不列颠百科全书》说，“传统上一直将印刷术（printing）定义为在压力下将一定量着色剂用于特殊的表面，以形成文字或图画载体的技术”②。但没有指出特殊的表面是什么，文字与图画如何在压力下通过着色剂转移到载体。1980年版《美国百科全书》写道：“印刷术是在纸、布或其他表面上复制（reproducting）文字和图画的技术，虽然在印刷方法中有相当多的变化，但印刷术典型地包括将反体字从印板或类似载有反体字表面上转移到要印成的材料上的压印过程”③。这个定义比前述更具体些，包括技术内容。
《大日本百科事典》1980年版说，印刷术（いんさつ）定义为制造印刷物的技术，即用复制技术生产印刷物，将墨加于一定的版上，再将其转移到纸和其他材料上，从而使图画、文字达到多次复制的技术④。这个定义虽具体，但涵盖面较广，因为“纸和其他材料”包括纸、高分子合成物、木材、玻璃及陶瓷制品等，反映现代印刷术内容。1980年日本印刷学会编《印刷书志百科辞典》，将印刷术定义为依原稿作成版面，用墨在纸或其他材料上印出文字或图画的技术⑤。1954年俄文版《百科全书》说印刷术是在纸和其他材料上用着色剂以印刷形式多次获得复制件的技术⑥。同书另一处又对“印刷形式”（пeчaтнaяфopмa）作了解说，却未能将此放在印刷术定义中一起叙述出来。
刘国钧给出的印刷术定义较好：将文字制成印板，在板上加墨后印在纸上成为读物的方法。又说，传统上的印刷术包括雕版印刷和活字印刷，雕版印刷或整版印刷是将文字反刻在整块板或其他材料上，和墨刷印；活字印刷是先制成单独的反体字，再拼成整版，加墨刷印⑦。这是从技术角度所下的定义，还包括印刷的目的。1973年版《现代汉语词典》所下的定义是：将文字、图画等作成板，涂以油墨印在纸上，近代印刷多用各种印刷机，中国手工印刷多用棕刷蘸墨刷在印板上，然后覆以纸，再用干净棕刷在纸背上用力擦过，所以叫作印刷⑧。钱存训对印刷术下的定义是，用墨从反体形象在纸或其他表面上复制的过程，至少包括三个基本因素：①事先刻成含有被印物反体凸面形象的平板；②制成反体形象；③将其转移到要印的表面上⑨。这也是从技术上给出的定义。
二 论印刷的定义和内涵
上述九种定义大体上反映中外作品有关印刷这一概念含义的一些提法。上述有的定义是从现代印刷所含内容作出的，但现代印刷与古代传统印刷在过程及方法上存在很大差异，就是同用机器方式生产，也有许多变化，下定义时必须考虑到这一点。而本书研究的是传统手工生产方式的印刷，应当像《新不列颠百科全书》那样，在定义中强调“传统”（traditionally）一词。现代印刷术定义不能完全用于传统印刷，比如现代印刷材料有纸、高分子合成物、陶瓷、玻璃等，而古代很少用这些材料，主要是用纸。现代凸版印刷包括木板、电铸板、铅板、照相凸版、塑料板、橡胶板、电子刻板、光聚板等，而古代没有这些材料。凹版印刷有照相凹板、电子雕版，古时亦无有，珂〓版（collotype）也同样如此。因此必须从历史实际情况出发，找出适合古代实际的印刷定义。就是说，对印刷这一概念的内涵、外延加以限定，同时又能勾画出传统印刷的本质特征，以便与不属印刷范畴的其他事物相区别。
重要一点是，定义中对印刷材料、过程和目的都要有明确规定，否则便会引起概念混乱。如印刷载体将布、泥和缣帛包括进去，则印刷术的外延就突然扩大，结果印花布、封泥也成了“印刷品”，这样就使印刷起源问题节外生枝。同样，如不规定印刷过程与目的，则钤印也成了印刷过程。由此看到前述定义中，有的是相当含糊的，容易造成误解；有的外延又过于扩大，不适于古代；有的较为合理，但仍需进一步限定概念的外延。需拟订适于本书讨论对象的定义。
考虑到上述这些情况之后，我们认为传统上所说的印刷术，包括雕版印刷和活字印刷：雕版印刷是按原作品文字、图画在一整块木板上刻成凸面反体，于板面上涂着色剂，将纸覆盖于板上，用刷的压力施于纸的背面，从而显示正体文字、图画作读物的多次复制技术；活字印刷是将原作品稿文字在硬质材料上逐个制成单独凸面反体字块，再按原稿内容将单独字块拼合成整版，以下程序与雕版印刷相同。二者的不同只在印板的制造方式上。雕版印刷是印刷术的最初表现形式，活字印刷是从雕版印刷的技术基础上发展起来的，后来又由这两种印刷演变成其他技术形式，因此雕版印刷是一切印刷之母。但在传统印刷定义中至少应包括雕版印刷及活字印刷。
在我们所提出的定义中，有三项要素，兹特说明如下：①印刷材料：印刷品物质载体主要是纸，雕版板材为木或金属，主要是木板，活字由粘土、木、金属或合金制成；着色剂主要是墨汁，彩色印刷用各种染料、颜料。②过程和方法：在整块木板上按书稿文字、图画刻成凸面反体，凸面要求平整；各活字拼版也要板面平整。再在板上涂墨、覆纸、刷印。③目的：制成的产品主要用途是作读物，一次复制成许多份内容及形象完全相同者，其次用作装饰材料、纸币、证件、票据等。由这三项要素构成的印刷术定义，基本上反映了历史上中国传统印刷的实质及传世或出土的古代印刷品的实际情况。这个定义也大体上适用于近代以前外国传统印刷的情况，虽然在印板形制及操作上可能略有不同。我们在印刷定义中将载体限定为纸，因为这是传统印刷中的典型材料，也是本书主要研究对象。如果有人指责这个定义是狭义的，我们愿意接受指责，本书不想研究广义印刷术。这是为什么在定义中将“纸或其他材料”中的“其他材料”删去的原因。
三 印刷的技术特点
从我们给出的定义来看，印刷与造纸不同，它基本上由一些机械过程构成，主要借物理学的力作用于原料，而很少有化学力起作用。因此各种原材料在加工处理过程中只有形态上的变化，而无本质上的变化，即令用金属或合金铸活字也同样如此。但以粘土烧泥活字或以瓷土烧陶活字，中间有化学变化，除此，任何印刷都没有化学作用，是不会对环境造成污染的工业，与造纸业每日向河流排污水、污物适成对照。但印刷业，尤其雕版及木活字要消耗大量硬质木材，造成大批树木被砍伐。
木雕版和活字版是现代印刷机的祖先，活字印刷又是现代印刷的始祖。这两项机械发明都是在中国完成的，活字印刷是从雕版印刷演变出来的，是经历了技术探索和经验积累的阶段后完成的。宗教是刺激印刷术产生的因素，中外恐都是如此。早期印刷品多是单张的佛像，后来由单张印刷品发展到多张印刷品，具有书籍的形式。对文字或图像进行复制的思想和实践，由来已久。所谓复制，是用同一字模或图模用着色剂反复并多次再现模上文字或图像的过程。为此模型上的文字或图像必须呈反体，复制后才能成为正体。印章的使用便基于这一原理，中国先秦时已普遍使用各种材料的印章，印章与雕版印刷的产生有密切关系，这表现在汉语中“印刷术”一词含有“印”字。“印”表示具有反体字或图的模板，“刷”表示用着色剂将模板上字或图以正体形式转移到纸上的过程。这个词造得很巧妙。模板又称印板，因此“印刷”一词既包括印刷主要设备，又包括操作方法。
早期雕版印刷品是单张的上图下文式的宗教画，随着印刷术的发展已能刊印篇幅较长的佛经，早期印本书像手抄本书那样取卷子形式，将许多印张粘连成一长卷，用轴卷起来。后来将印张从中缝对折起来，使字迹露在外面，具有独立印本书的各种形式。印本佛经在社会上广泛流通后，印刷术便用于出版儒家经典和其他著作，使用范围大为扩大。除出版以文字为主的书外，还出版含有插图的书或以图为主的画册，从而形成版画艺术，这是中国工艺美术中受大众喜爱的品种。由于刻工能将画家们的画稿准确地刻在印板上，印出后体现原画风格，又能复制成多份，很多画家都愿提供画稿，从而使版画艺术水平进一步提高。早期印本用字多为模仿著名大书法家字迹的手书体，显得生动优美，给人以艺术享受。所有这一切，使中国印本书本身也是艺术品，印刷术与艺术获得完美的结合。但由于手书体较难雕刻，而各刻书者偏爱不同流派的书法家书体，结果出现字体不一的印本书。宋元明以后形成标准的印刷字体，刻工约定俗成，社会上印刷字体逐步归于统一，这是印刷技术史中一项很大的进步。印刷术虽然原理简单，但印刷形式却多种多样，雕版印刷既可表现文字，又可表现复杂的画面，活字印刷又分泥活字、木活字、金属活字、陶活字等，而雕版又可与活字版结合印出图文并茂的作品。
四 彩色印刷原理
为使版画呈现彩色，早期多用人工将色料填在线条轮廓之内。与此同时，单纯文字印本除以墨印外，还印以朱色，宋元时又出现了朱墨双色套印本。方法是分别刻出要印成黑字和红字的两块印板，各涂上墨汁及朱砂颜料，再分别刷印于同一纸上，便显出朱墨两色文字，彩色套印技术也是中国的发明。根据双色套印原理和方法，又发展成多色套印技术，印出三色、四色以至五色。将多色套印技术用于版画，便成为木板水印或饾版技术，在明末获得很大发展，因而使过去单一墨色印刷品进入了五色缤纷的彩色印刷时代。饾版根据画稿的要求设色深浅浓淡、阴阳向背进行分色，刻成多块印板，再依色调多次迭印在一张纸上，堆砌拼合成一多色调的完整画面。由于刻工按画稿忠实地刻版，又依原作设色进行分色，再按画家使用的色料迭印，因此印出的彩色版画几乎与原作乱真。这是传统印刷术发展中所取得的最高成就。
还应指出的是，唐、五代中国纸工发明的砑花纸，后来又被印刷工移植到印刷业中，称为拱花。砑花或拱花是一种不着墨的刻版印刷技术，在木板上刻出各种山水、花鸟、虫鱼图案，借压力压印于纸上，并不上墨，结果印板上凸出的线条表现图案的花纹轮廓。在技术原理上类似现代的凹凸印刷（embossing），有时以凹凸两块印板压印，使要显现的图案如同浮雕，具有立体感。明末印刷技术大师胡正言（约1582～1674）在刊印《十竹斋笺谱》（1645）时将饾版与拱花两种技法结合在一起，使印刷技术进入新的艺术境界。
第四节 关于造纸、印刷技术史的研究
一 纸史的原始资料及研究历程
中国造纸技术有两千多年发展史，1000多年前已出现有关造纸史著作，因而研究造纸技术史有丰富的资料，包括实物资料和文献资料。这些资料可分为以下几大类：第一类是古纸标本，现在能看到地下出土及传世的大量古纸，在年代上已形成完整系列，从汉代直到清代（公元前2世纪到公元19世纪）所有朝代的纸都一应俱全，毫无空缺。这是研究纸史的最重要实物资料。第二类是造纸工具、设备，包括出土的实物模型、古书中的插图、古代造纸遗址中的残留物等，在偏远的山区还能看到明清以来使用的全套生产设备。第三类是有关造纸的专著，如苏易简（958～996）《文房四谱·纸谱》（986）、费著（约1303～1363）《蜀笺谱》（约1360）、宋应星（1587～1666？）《天工开物·杀青》（1637）、黄兴三（约1850～1910在世）《纸说》（约1881）等。第四类是类书，如虞世南（558～638）《北堂书钞》（630）、欧阳询（557～641）《艺文类聚》（620）、徐坚（659～729）《初学记》（700）、李昉（925～996）《太平御览》（983）、解缙（1369～1415）《永乐大典》（1407）及陈梦雷（1651～1741）、蒋廷锡（1669～1723）《古今图书集成》（1726）等，都设有《纸部》，是造纸史料汇编（但《永乐大典·纸部》已散佚）。第五类是文史、地方志、笔记、文物考古著作等，数量大，含有许多珍贵的技术史料，其中王宗沐（1523～1591）、陆万垓（1525～1600在世）《江西省大志·楮书》（1597）可视为单独造纸论著。施宿（约1147～1213）《嘉泰会稽志》（1202）、严如煜（1759～1826）《三省边防备览》（1822）、汪舜民（1440～1507在世）弘治《徽州府志》（1502）、屠隆（1542～1605）《考槃馀事》（约1600）等都有专章论纸。第六类是外国有关造纸方面的古书及文史著作，如郑麟趾（1350～1420在世）的《高丽史》（1395）、李圭景（1788～1862？）《五洲衍文长笺散稿》（约1857）、藤原忠平（880～947）的《延喜式》（927）、丹羽桃溪（1762～1822）绘《纸漉重宝记》、萨阿利比（Abu-Mansur‘Abd-al-Malikal-Tha‘alibi，960～1038）的《世界明珠》（Yalimatal-Dahr）和阿曼（JostAmann，1539～1591）绘《百职图》（DasSt?ntebuch，Frankfurta/M1568）等。
19～20世纪以来中外学者发表有关中，国纸史文章为数不少，至笔者六十年代研究这一课题时，所涉猎的汉文、日文文章不下150篇、西文（英、法、德、俄文）不下90篇。最初研究者多是西方和日本的汉学家，如法国人儒莲（StanislasJulien，1799～1873）将《天工开物》中造纸卷译成法文，在西方有很大影响。德国的夏德（FriedrichHirth，1845～1927）、日本的桑原隲藏（1870～1931）等都有文章发表，尤其奥地利植物学家威斯纳（Julius von Wies-
ner，fl.1853～1913）对出土中国古纸的化验，属经典研究，英国学者赫恩勒（Rudolf Hoernle）对此作了综合介绍。美国学者亨特（Dard Hunter，1883～1966）关于造纸技术通史
的杰作（Papermaking；The history and technique of an ancient craft，1945）对中国造纸技术作了比前人更全面的考察。另一美国学者卡特（Thomas Francis Carter，1882～1925）在印刷史专著中设专章谈中国纸史。继威斯纳之后，对中国古纸作分析化验和实物研究的有克拉帕顿（Robert Clappeton，1934）、潘吉星（1964）、加藤晴治（1964）、哈德斯-施泰因豪泽（M.Hardes-Steinhauser，1969）和戴仁（Jean-PierreDrège，1981）等。町田诚之、小栗舍藏关于造纸中植物粘液的研究，揭示了使用“纸药”的科学原理。
总的说，中国学者起步研究较晚，发表专题研究的有姚士鳌（字从吾，1894～1976）、劳榦、袁翰青（1907～1994）、张子高（1886～1976）、王明、潘吉星、许鸣岐等人。姚士鳌先生对造纸术西传史作了精湛的考查，在此基础上出现了李书华（1890～1979）的有关作品。季羡林、戈代（P.K.Gode）对中国造纸术在印度的传播作了研究。鉴于有关中国造纸技术史专著迟迟没有出现，笔者从六十年代起作一系列专题研究，然后于1979年发表《中国造纸技术史稿》（文物出版社），是该领域内第一部系统研究专著，1980年又以日文出版。此后不久，台湾陈大川也有造纸史专著出版。1985年，钱存训为李约瑟（Joseph Needham1900～1995）《中国科技史》执笔《纸与印刷》卷时，有专章讨论纸的各个方面。近年来日本纸，史家如寿岳文章、关义城、町田诚之、竹尾荣一、久米康生等人所编著的作品都涉及中国造纸技术。
二 印刷史的原始资料及研究历程
印刷术是在造纸产生之后约八百年才兴起，有关史料较少。大体说分以下几大类：第一类是历代印刷品，这是反映各时代印刷情况的实物标本。传世和出土的早期雕版刊本多属唐、五代的佛教印刷品，分藏于世界各地，此后宋元、明清刊本甚多，总数达数十万至百万之众，绝大多数刊于明清。宋代活字印刷品时有出土，但多数为明清各种活字本，从历代印本对比中，能触及到技术发展的脉搏。刊本中的序和题记等记事，具有史料价值。其装订形式的演变也反映这一技术的发展实态。第二类是传世和出土的印刷工具、设备，包括木雕板、活字块等，出土的雕板早期者有宋元时期的，还有元代回鹘文木活字，传世还有清代泥活字，更多的是明清，尤其是清代的各种木雕板，包括大量藏文雕板。在有关博物馆内还可见到清代的各种刻刀、棕刷等。第三类是有关印刷技术的古书，如沈括（1031～1095）《梦溪笔谈》（1088）卷18关于活字印刷的原始记载，王祯（1260～1330在世）《农书》（1313）所附《造活字印书法》和金简（1724？～1795）《武英殿聚珍版程式》（1776）等，后两者对木活字技术作了详细说明。可惜，没有论述雕版技术的专著流传下来。第四类是其他古书，包括文史、地方志、笔记、文集、类书、版本目录著作和家谱等，如司空图（837～908）《司空表圣文集》、王溥（922～982）《五代会要》（961）、陆容（1436～1496）《菽园杂记》（1475）及胡应麟（1551～1602）《少室山房笔丛》卷114《经籍会通》（1598）等。外国古书如吴士连（1439—1499在世）《大越史记全书》（1479）、李奎报（1168～1241）《东国李相国全集》及拉施特丁（Rashid al-Din Fadl Allāh，1247～1318）的《史集》（Jami al-Tawārikh，1311）等。
印刷史料与造纸相比，相对说更为分散，研究起来有一定难度，但19～20世纪以来所发表的中外文文章反而不少。前述法国汉学家儒莲1847年发表的《关于木雕版、石版印刷及活字印刷的技术资料》①，是较全面介绍中国印刷术史的早期作品。20世纪初，叶德辉（1864～1927）《书林清话》（1911）和孙毓修（字留庵，1864～1930在世）《中国雕版源流考》（1916）二书是系统研究中国印刷史的两部专著，但研究方法仍未脱旧史范畴。稍后，王国维（1877～1927）在二十年代关于五代、宋及西夏刊本的专题文章考证精密，收入《海宁王静安先生遗书》（1936）。美国汉学家卡特的经典著作《中国印刷术的发明和它的西传》（Theinven-tion of printing in China and its spread westward）初版刊于1925年，后由美国汉学家富录特（Luther Carrington Goodrich，1894～1986）增订的第二版于1955年发表。富录特、法国汉学家伯希和（Paul Pelliot，1878～1945）、美籍德裔汉学家劳费尔（Berthold Laufer，1874～1934）等人对印刷史素有兴趣，留下不少论文。
50年代，版本学家毛春翔、屈万里与昌彼得，书史家刘国钧等人的书都与印刷史有关。张秀民的《中国印刷术的发明及其影响》（1958）、《中国印刷史》（1989）和有关论文是继叶德辉、孙毓修专著之后的最新系统研究。关于版画，有郑振铎（1898～1958）、王伯敏等人编的专著。日本学者岛田翰、中山久四郎、长泽规矩也和川濑一马等人的大部头著作中包括不少中国印刷史料。庄司浅水编的《世界印刷文化史年表》（1936）是简明而有用的工具书。可见中国印刷史方面的书比造纸史书要多些，但这些书较少专门研究印刷技术，而对技术本身的研究正是要给予重视的。卢前（1905～1951）、蒋元卿、钱存训、张秉伦等人的作品涉及到具体的印刷技术问题，步入了技术史研究的轨道。钱存训的著作前已提及，其中印刷部分体现中外研究最新成果，殊多创见。因篇幅所限，此处无法逐一列举造纸、印刷史方面的研究作品。对上述及没有述及的其他作品，本书以后在适当地方都要提及并加以引用。
三 造纸与印刷技术史的研究方法
纸和印刷术密不可分，研究其中一项总要涉及另一项。鉴于纸史研究比较薄弱、空白部分较多，我们便把研究重点首先放在纸史方面，特别偏重对纸史中技术部分的研究，解决造纸技术起源及其发展问题，探讨各种纸原料、制造技术及所用设备以及各种加工技术在历代的演变，纸在社会上用途的推广和在印刷中应用等。重要的是根据大量文献和实物资料将中国历代造纸技术史料加以总结与系统化。与纸史相比，印刷史研究有较好的基础，前人留下的现成书籍较多，涉及的专业问题较少，但仍有许多工作有待开展，例如关于印刷技术起源问题还需要重新作综合探讨，对各种印本书用纸的系统分析化验前人较少作过，而对雕版及活字版技术所涉及的某些技术问题还未得到妥善解决。至于对中国境内各少数民族地区造纸及印刷技术的研究，或者过去未曾触及，或者有待深入与扩大研究范围。
关于造纸和印刷术的外传，先前对西传作了较多研究，其他路线的传播较少触及，同时很少从具体技术影响上作进一步分析，而分析中国对外国造纸、印刷的具体技术影响和技术传递过程才是更本质的问题。另一方面，过去研究技术外传，限于中世纪时期，时间下限多定在1400年左右。然而事实表明，就是在近代，中国造纸及印刷技术仍产生国际影响。所有上述这些问题，都是在本书内试图逐一解决的。在纸史方面，拙著《中国造纸技术史稿》基本上已涉猎了与纸有关的各个方面，但有的部分还待深入展开，近20年来因新资料的发现，认识有所提高，急需增订重写。另一方面，也需要将过去对印刷史的零散研究系统化，因而构成本卷。将造纸与印刷合写在一部书内，是钱存训先生开创的先例，这种体例能使关系最为密切的这两大发明放在一起研究。书中还在钱先生原有基础上对造纸与印刷术为什么首先完成于中国这个理论问题作了进一步分析。
在从事课题研究时，我们力图采用新的研究方法，即将①文献考证、②考古发掘、③古代实物标本的分析化验、④模拟实验、⑤传统技术调查、⑥中外技术比较和⑦技术原理探讨这七个方面结合起来作交叉的综合研究，同时还结合有关社会历史背景进行分析。经验证明这种综合研究方法是行之有效的，适合于科学史这门处在社会科学与自然科学之间的边缘学科的特点，现分述于下。
历史研究首先要掌握大量中外文献资料，特别是原始文献，但这些资料相当分散，要将分散史料串联起来，从史学、科学和文献学角度综合推敲，作文字校勘、技术辨别、年代考证，对所记内容真伪、是非作出相应判断。凡书不可不信，亦不可尽信。如有的书说湿纸叠到千万张或至丈余高，始碓之，便不可信。“千万”应作“千馀”，“丈”应缩小三倍，在技术上才合理。又如有的书说藏族人嘉木祥于元仁宗（1312～1320）时刊刻藏文《大藏经》，经查考后得知“嘉木祥”意思是活佛（蒙古语读呼图克图），不是人名，一世嘉木祥协巴多吉（1648～1721）为清康熙（1662～1722）时人，在元仁宗之后三百余年。再经考证才查明藏文版《甘珠尔》（不含《丹珠尔》）始于明永乐九年（1411）奉成祖勅命刊行，现拉萨布达拉宫所藏实物亦证实此点。
除收集并考证文献外，还要注重对传世和出土造纸和印刷实物资料的收集和科学研究，密切注意考古发掘动态及各地文物收藏情况。由威斯纳于1880年代开创的对出土纸本文物的科学检测方法，20世纪有新的发展，通过光学和电子显微镜检验、化学分析、物理指标测定，能确切了解古纸原料种类、成分、制造及加工情况，提供文献缺乏记载的大量技术信息，亦能订正文献记载之误。例如关于造纸与印刷技术起源的探讨，在很大程度上要依赖于对考古出土古纸及古代印刷品的实物研究，因为文献记载或者误记漏记，或者相互矛盾，在这种情况下考古实物资料就起了决定性作用。宋代是否有木活字一度引起怀疑，近年西夏文木活字印本佛经的出土打破了这种疑团。又如史载絮纸、蚕茧纸，经化验为皮纸。
中国各地和少数民族地区仍保留用传统手工方式造纸和印刷生产的场所，在不同程度上使用从古代沿用下来的设备和技术。对传统技术的调查有助于了解古代技术，例如，通过调查，了解造麻纸传统技术后，为探讨古代麻纸技术提供线索；了解现在刻工用传统方法刻书技术，可以追溯古人如何使用刀具刻版的程序。
在检验古书记载、复原古代技术时，还要用模拟实验方法。例如古书说晋代“侧理纸”以海苔为之，“其理纵横斜侧”，如照抄原书，便会继续传讹。我们通过模拟实验证明，以海苔为料造不出这种纸，古代所谓侧理纸是以麻料制成纸浆，再加入海苔为填加剂，所造之纸表面有绿色苔丝，纵横斜侧。如以石发代之，则纹理呈黑色，即所谓发牋。用模拟实验方法在对汉代麻纸生产进行技术复原是绝对必要的。要了解唐代硬黄纸是如何制造的，也只有借模拟实验才能得知。北京荣宝斋的师傅们用模拟实验方法解开短版即木版水印技术的全部秘密，在复制古代艺术名作方面正广为应用。张秉伦用模拟实验方法研究泥活字技术，获得文献上所未记载过的许多技术细节。研究古代印本书装订形式演变时，很难以原物为试验对象，因为多属珍贵文物。如果用废旧纸作成仿制品，在实践过程中就能体验到不同装订形式的优劣及装订技术的细节。这时就会认为卷轴装、旋风装这种圆筒形书籍形式势必要被扁平形或方册形取代的道理。
造纸、印刷史领域内，将中国与外国的实物与技术作比较研究，有助于了解中国，还可了解外国，更可得出中外技术交流的具体概念。例如19世纪以前的欧洲麻纸一般较厚重、帘条纹较粗，与9～10世纪阿拉伯纸相像，而阿拉伯纸又与隋唐北方或西北麻纸属于同一类型，这就说明最初向阿拉伯地区传授技术的是中国北方纸工。同样，朝鲜高丽纸和日本和纸也保有中国北方麻纸的特点。欧洲早期壁纸正如漆器一样，图案有中国画的画风，受中国影响是明显可见的。欧洲早期木雕版印刷物在版式、装订上与中国印本书很相似，也是一版含两个半页，单面刷墨，再向内对折。刻工顺板材纹理向自己的方向斜角下刀刻版，完全模仿中国的做法。欧洲在通用金属活字之前，有使用木活字的历史，而其制法与宋元木活字一样。通过中外比较所揭示的技术传递现象，正是技术交流所促成的。中国技术外传后虽还产生变异，但小异中仍有大同之处。
研究技术史还要用现代科学观点评价和解释古人的技术活动，并对古书所载作出判断，说明其道理，此法为传统史学所欠缺。只有这样，才能明了古人通过经验积累和世代传授自觉进行的制造、加工工艺是有科学依据的，应很好地予以总结。另一方面，如果不借用现代科学知识判断古代事物或古书记载，便反而造成新的误解，歪曲了古代技术活动的实质。例如宋代著名的金粟笺，经我们化验为高级桑皮纸经技术加工而成，有人说它是原始的树皮毡（tapa），便无科学道理。又有的书说纸工垒石为墙，墙内点火烘纸，从技术原理上分析，“石”当改为“砖”。因石质传热效率低，受火易断裂，只有用砖并刷以石灰构成平滑烘面才能烘纸。明代技术家华燧（1439～1513）的“活字铜板”应如何理解，必须靠现代科学知识，不能单从字面含义去解释。有人将“范铜板锡字”及“范铜为板、镂锡为字”理解为将锡活字植于铜制印版上，便没有考虑到有关科学原理。实际上华燧的金属活字应是以铜锡合金铸造出来的，他所说“活字铜板”应是“铜活字板”。如将“镂锡为字”理解为逐个以锡块刻出几十万字，便错上加错。问题在于古人用词不妥，应改正过来，不能迁就错误用词作错误解释，详见以下第十一章。又如徐志定（1690～1753在世）1719年所刊“泰山磁版”《周易说略》，有人断为上了釉的瓷活字版或整块瓷版，都未用现代科学观点分析。实际上上了釉的瓷活字烧成后极易变形，又无法修整，且成本很高，而以整块瓷板烧造，在技术上更行不通。唯一可能是以高岭土或瓷土于900℃左右烧成陶活字，以其色白，故活字版称“瓷版”。以上逐一举例叙述每一研究方法，实际上它们都是相辅相成，有内在联系的，应同时综合运用。
四 造纸、印刷技术史的分期
本书既以纪传体或通史形式写作，就要考虑到将中国造纸、印刷技术史划分成若干阶段，这就涉及到分期问题。造纸与印刷是由数以百万计的人参加的重要群众性社会生产活动，而纸、纸制品和各种印刷品又与全国亿万人的物质生活及精神生活有密切关系，上自帝王下至臣民，无不用之，因此造纸、印刷在不同历史阶段的发展与该阶段社会的发展密切相关，受社会发展水平所制约，又反过来影响社会的发展水平。它好比一面镜子，能反映出社会经济状况的兴衰。大凡在经济、文化繁荣之世，造纸和印刷术的发展便进入高潮，而王朝更替后，新王朝建立初期，也是促进技术发展的时期。纸与印刷品作为社会文化产物，具有鲜明的时代性和地域性，在不同时期、不同地区随社会的发展而发展。纸和印刷品还受社会政治、法律、教育、宗教信仰、风俗习惯、民族特点、语言文字、对外关系和地理环境等诸多因素的影响。因此对造纸、印刷史的研究和分期，要充分考虑到其社会背景的变迁。然而技术作为生产力，还有其自身发展规律。各时代的造纸、印刷还与该时代科学技术总的发展水平有关，王朝更替和统治兴衰并不一定导致技术本身的改观或影响到其发展进程，因技术发展不但有阶段性，还有继承性，后一时期技术总是在前代已有基础上发展，并出现革新和改进，通过世代积累达到新的发展水平，不受社会环境影响。就是说，在漫长的历史时期，虽然造纸和印刷两大生产领域总的生产模式没有因朝代的更替而发生根本性改变，但由于在技术、设备上的改进和发明而引起的量变，足以能使我们看出几个发展程度不同的阶段的存在。对传世与出土实物的系统考察，也能使人感觉到不同阶段的产物在技术上确是处于不同的技术层次上。
在考虑到社会史的发展段落和技术史自身发展的阶段性之后，我们把中国造纸技术史划分为五个阶段：第一阶段是造纸术的兴起阶段，为前3～后3世纪，相当两汉时期（前206～后220），以下还可再分为西汉（前206～后24）和东汉（25～220）两个时期，共426年。如果将纸人格化，这相当其童年和少年时期。造纸作为新兴独立的手工业部门出现，初具技术体系的规模，但不够完备，有待发展。第二阶段是造纸术发展阶段，时间上为3～6世纪，相当魏晋南北朝（220～588），共368年。属于青年时代，整个造纸生产技术体系基本定型。第三阶段是造纸术大发展阶段，6～10世纪，相当隋唐五代（581～960），共379年。造纸生产技术体系定型之后，又向纵深及横广两个方向发展，属历史上重要黄金时代，造纸在这一阶段与印刷结合，并从中国走向世界。第四个阶段是造纸术的成熟阶段，10～14世纪，相当于宋元（960～1368），共408年。在全面继承前一阶段成就的基础上，造纸生产体系已趋成熟，在技术和设备上有新的改进。第五阶段也是本书研究的最后一个阶段，是造纸术集大成阶段，14～20世纪，相当明清（1368～1911），共543年，持续时间最长。从汉代发展起来的造纸技术至此时已集历史上之大成，历代成就都集中表现出来。在明永乐（1403～1424）、宣德（1426～1435）年及清康熙（1662～1722）、乾隆（1736～1799）年出现两次造纸技术上的最高峰，但乾隆以后手工纸便日趋衰落，西方机制纸已涌入中国市场。1930年以后，手工纸为机制纸取代，但不等于说手工纸从此再无存在的价值。
同样，我们把中国印刷技术史划分为三个阶段。第一阶段是印刷术的兴起与早期发展阶段，印刷术的起源大致在5～6世纪，早期发展阶段为7～10世纪。鉴于对起源的研究仍待开展，有关史料也有待发掘与鉴定，因而先从早期发展阶段开始研究，这一阶段相当于唐、五代（618～907），共289年，主要是雕版印刷作为新兴独立手工业生产部门出现，初具技术体系规模，但仍不完备。可细分为唐（618～907）及五代十国（907～960）两个时期。五代十国时期，由于统治者的有力支持，使印刷业成为政府兴办的新兴支柱产业，因而获得迅速发展。第二阶段是印刷术大发展阶段，即10～14世纪，相当宋辽金元（960～1368）时期，简称宋元。此阶段内整个印刷生产技术体系业已定型与完备，完成一系列技术革新。除雕版印刷外，又发明了活字印刷技术，泥活字、木活字都用于印书，在这一阶段末期又有了使用金属活字的实践，印刷术从中国走向世界，这是中国印刷史中的黄金时代。第三阶段是印刷术的成熟与集大成阶段，为14～20世纪，相当明清（1668～1911），历时543年。自从印刷术发明以来历代一切成就都集中在这一时期表现出来，且有新的发展。也可将这个阶段再细分为明（1368～1644）及清（1644～1911）两个时期。明中叶至明末（16～17世纪）及清康熙（1662～1722）、乾隆（1736～1799）年间出现了两次印刷技术上的最高峰，乾隆以后近代机器印刷技术引入中国。1920年起铅活字印刷逐步取代传统印刷，但传统技术的最后一项硕果木版水印技术仍继续发展，民间的木版年画也还拥有市场。
本书研究前述五个阶段的中国造纸技术史，从公元前206年至公元1911年，历时2117年。又研究三个阶段的中国印刷技术史，从618年至1911年，历时1293年。每个阶段都用单独一章加以叙述。这里所提出的分期，基本符合造纸、印刷史发展的阶段性，也与社会史分期的段落一致，这样作较便于写作。技术史分期与社会史分期从理论上说也应大致相对应，因为如前所述，技术的发展本来与社会发展关系紧密。但技术作为推动社会的积极动力，其自身变革有时不与社会变迁完全吻合。严格按技术发展规律分期，有时就要与社会史分期脱节，也与本丛书其他卷体例不一，似以现在这样的处理为宜。
最后要说明的是，造纸原理和工艺过程较复杂，原材料与工具设备种类较多，加工技术多种多样，且麻纸、皮纸、竹纸等制造工艺又各不相同。整个造纸生产体系中技术项目甚多，而造纸技术在不同阶段中的发展不但表现在新的工艺过程、设备以及加工技术等方面的革新和发明上，还表现在对原有生产体系中各技术项目的一系列改进上。因之每一阶段中的技术都不是前一阶段技术的单纯重复和继承，总要有不同程度的新的发展。且造纸已经体现了工场手工业的经营规模，因此对所有这一切只能在有关章中对该阶段的技术加以描述。反之，印刷原理及工艺过程则较简单，原材料与工具设备种类较少，雕版印刷与活字印刷只表现在制版、拆版方式上的不同，刷墨、装订工序基本一致。整个印刷生产体系中技术项目总和比造纸要少得多，雕版技术在不同阶段中的发展只表现在刻版技巧、刻刀工具和刷墨、装订的改进上，总的说属于技术上的量变过程，不涉及整个制造工艺的本质改变，因之下一阶段常常重复前一阶段的工艺过程。活字技术在不同阶段中的发展表现在不同活字材料的选用与制造以及排版、拆版、收字有关的工具设备与技术的改进上，像雕版技术一样也不涉及制造工艺上的本质改变。正因如此，不必在每一阶段的有关章中都设专节谈技术问题，这样作势必造成前后重复叙述。我们把技术问题集中于第八章中作总的叙述，这一安排是与造纸部分有所不同的。只有套色印刷在工艺过程上有全新的改变，金属活字有不同于其他活字的特点，对此将在第十一章中讨论其技术问题。印刷工场场地占地面积较小，为室内作业，所需工种和工人人数不多，但要求熟练程度较高，一般说数人至数十人即足矣，体现作坊手工业的经营规模。造纸工场是化学污染工业，都设于乡间河流岸边或山区近水源处，而印刷工场对环境污染较少，多设于大城市或县镇内，这又表现了这两大工业的不同。
附注
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⑦宋·李昉，《太平御览》（983）卷605，第3册。2724页（北京：中华书局，1960）；又见清·许瀚注疏《古今字诂》，瑞安陈氏排印本（1934）。
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① Stanislas Julien，Documentssurl'artd'impremeràl'aidedesplantsaubois，desplanchesaupierreetdestypesmobiles，JournalAsiatique，1847，4ser. ，vol. 9，p. 508 （Paris）.
知识出处
《中国科学技术史：造纸与印刷卷》
出版者：科学出版社
本书利用最新考古发掘资料，对出土文物的检验、传统工艺的调查研究和中外文献的考证，系统论述中国造纸及印刷技术的起源发展以及外传的历史，从而揭示出中国“四大发明”中两项发明的系统历史。全书共三编十七章，内容深入浅出，资料翔实，别具特色。
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