文教与化学

10.1　纸 第十章节 10.2　墨、墨水和油墨 10．3　笔 文教与化学 10.4 文物与化学 　 10. 5：思考题

10.1　纸 　　造纸术是我国古代四大发明之一。纸是传播文化、记载历史的重要工具，是经济建设各部门的重要材料。 纸用纤维（有植物纤维、合成纤维、矿物纤维、玻璃纤维等）和辅助材料（胶料、填料、化学助剂、染料、明矾等）加工而成。 　　　按原料不同一般可将纸分为木浆纸、棉浆纸、竹浆纸、草浆纸和混配浆纸；按色泽可分为本色纸、白色纸和彩色纸；按包装可分为平板纸和卷筒纸；按用途可分为印刷用纸、书写用纸、绘图绘画用纸、宣传用纸、生活用纸和包装用纸等。

一、造纸技术简介 　　造纸工业的原料主要为植物纤维，一般经过化学制浆（除去木质素）、打浆并加入胶、染料、填料（如松香胶、白陶土、石蜡胶，硫酸铝、滑石粉、硫酸钡）等制成。不同的纸，其原料和制造工艺也不同。 纸的实用功能以书写和印刷为主，要求纤维细腻、均匀，填料精致、平整，以防洇水。 　　　还有各种纸制品，主要有餐具、实验服、连衣裙、袜子、家具、壁纸等。

　二、复写纸 　　　复写纸又名印蓝纸、蓝靛纸和碳素纸，是一种常用的复印工具。复写纸是将一种易于脱离的油溶性涂料在韧薄的纸上晾干而成的。复写纸的颜色取决于所用的颜料，一般有黑、蓝、红等几种，可供书写和打印一式多份的文件、报表及写单据、开发票等。复写纸有手写复写纸和打字复写纸两种，颜色可根据要求选择。

三、晒图纸 　　晒图纸俗称“蓝图纸”，是一种化学涂料加工纸，专供各种工程设计、机械制造晒图之用。 晒图纸按使用方法有湿法晒图纸（亦称重氮盐晒图纸、氨熏晒图纸）和半湿法晒图纸等品种。 ㈠　晒图纸的原料与制造 1．原料 　　原料由原纸和感光涂料两部分组成。原纸要求纸质洁白坚韧，厚薄均匀，拉力一致，抗水性强，无渗透性，无黑色斑痕和绉纹，呈微酸性，不含还原性及氧化性成分。 涂料分重氮感光涂料和铁盐感光涂料两种。重氮感光涂料以凡拉明蓝盐（RT）为主，辅以草酸、硫酸铝、树胶、酸性湖蓝等组成。铁盐感光涂料以柠檬酸铁铵（主要起感光作用）、赤血盐（铁氰化钾，起显色作用）和树胶等组成。

2．制备 生产工艺流程大致为： 原纸--→涂料配方--→涂布--→干燥--→检验分切--→包装--→成品  3．晒蓝图的原理  FeC6H5O7·（NH4）3C6H5O7(柠檬酸铁铵)　 　　　　　　　　　　　　　　　　NH4）2(Fe(CN)6)（蓝色） K3(Fe(CN)6)（赤血盐）　 曝光 （青铜绿色） 未曝光Fe(Fe(CN)6) 水洗　（白色）  

四、水写显色纸 　　水写显色纸是在纸上涂以着色底层涂料，再以白色涂料罩面，能以水代墨书写显色的加工纸，可供学习毛笔书画使用，有干净方便、节约纸张、墨水和提高兴趣等优点。 ㈠ 原料 1．纸基体。应选用有一定厚度、强度，纤维组织均匀，无折无皱无斑点，能承受3次涂布加工，并可反复多次使用的优质纸。常用100克/米2　8开图画纸。 2．底层涂料。由颜料（水溶性、水分散性颜料，如炭黑、中性水彩玫瑰红）、基料（三聚氰胺甲醛树脂）等组成。 3．罩面涂料。由白色颜料（如高岭土）、基料（聚丙烯酸乳化液（含固量20～40%）、六甲氧基三聚氰胺树脂、甘油等）。

10.2 墨、墨水和油墨 墨分墨汁、有色墨水和油墨几种。 一、墨 10.2　墨、墨水和油墨 墨分墨汁、有色墨水和油墨几种。 一、墨 　　旧时常将炭黑与胶混合制成固体墨，然后加水在砚台上磨成汁，再用于书画。如著名的徽墨，属于文房四宝中的一宝。现时大多制成墨汁或炭素墨水。这是用烟灰或炭黑悬浮在溶有胶性物质的水中制成的。由于碳的化学性质稳定，故字画可长久保存。 二、墨水 　　　凡是用来表现文字或符号的一切液体可统称为墨水。为了满足书写或印刷到其它非纸基质的要求，人们逐渐发明或制造了适合其它用途的各种墨水。

蓝黑墨水的主要成分是染料、单宁酸、没食子酸及硫酸亚铁。呈酸性，遇碱全变质。书写后色泽由蓝变黑，字迹悦目、牢固。 （一）常用水写墨水 1.蓝黑墨水(即鞣酸铁墨水) 蓝黑墨水的主要成分是染料、单宁酸、没食子酸及硫酸亚铁。呈酸性，遇碱全变质。书写后色泽由蓝变黑，字迹悦目、牢固。 配方如下表 组成药品及规格 高级墨水（克/升） 普通墨水（克/升） 酸性墨水蓝（色力100%） 直接湖蓝5B（色力100%） 硫酸亚铁（淡绿色纯净结晶） 硫酸（工业品，油状液体） 单宁酸（工业一级品） 没食子酸（针状粉末） 甘油（无色粘稠液体） 苯酚（即石炭酸） 8 3 7 2.5 6 2 10 1 5

纯蓝墨水为染料墨水之一种，色泽纯蓝。对酸性稳定，遇碱性变色。字迹鲜艳悦目，尤为青年和学生所乐用，但不适于书写档案文件。 2．纯蓝墨水 纯蓝墨水为染料墨水之一种，色泽纯蓝。对酸性稳定，遇碱性变色。字迹鲜艳悦目，尤为青年和学生所乐用，但不适于书写档案文件。 配方如下表 配方如下表 组成药品 高级纯蓝墨水（克/升） 普通纯蓝墨水（克/升） 酸性墨水蓝（主色） 酸性大红G(调色) 硫酸(稳定剂) 苯酚（防腐剂） 甘油(润湿剂) 8 0.2 1.84 1.0 10 6.7 0.25 5

3．黑色墨水 黑色墨水的主要成分是高级黑色染料，呈碱性，适宜于金笔和蘸水笔用，作书写记帐、登记卡片、写笔记和信件。字迹深黑醒目。 配方（克/升）为： 直接耐晒黑　　　　40　　　苯酚　　　2 乙二醇　　　　　　20　　　拉开粉　　0.3

碳素墨水有普通碳素墨水和绘图碳素墨水之分，供书写档案之用。字迹坚牢、耐水，永不褪色。绘图碳素墨水供针管笔用。 4．碳素墨水 　　碳素墨水有普通碳素墨水和绘图碳素墨水之分，供书写档案之用。字迹坚牢、耐水，永不褪色。绘图碳素墨水供针管笔用。 配方（克/升）为： 组成药品 碳素墨水 绘图碳素墨水 炭黑 苯酚 甘油 乙二醇 增稠剂 30 3 50 8 40 10

（二）化学改正液 1．误迹改正液 改正液可用于改正包括圆珠笔在内的手写、打字、印刷、复印等的误迹。用时将改正液涂覆于要改正的误迹上。液体迅速干燥并与纸张结合在一起形成薄膜，即可将改正的字书写或打印上去。 ①配方 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 组成 加入量（份） 钛白粉 （金红石型） 乙丙橡胶 环乙烷 石油醚 16   4 27.5 2.5 (金红石型) 氯化聚乙烯 正已烷 15 3.5 31.5 硫化锌 聚乙烯乙基醚 甲基环已烷 辛　烷 硬脂酸锌 40 13 12.5 0.5

选择上表三种配方之一种，将原料按配比混合，置于球磨机中研磨后，过滤、静置即成。 2．速效消字灵 ②制法和用法 选择上表三种配方之一种，将原料按配比混合，置于球磨机中研磨后，过滤、静置即成。 2．速效消字灵 本品为由非溶液型A剂和速干性溶液B剂组成新型双组分速效消字灵。具有消字快、纸面不变色、使用方便等特点，适用于墨水、油墨的消字褪色。 配方 实 例 A　　剂　 B　　剂　 　　　原　料 重量(份） 　原　料 重量（份） 1 漂白粉（有效氯60%） 乙丙橡胶 甲苯 100 20 4 丙酮 糠醛 十二烷基硫酸钠 乙二醇一甲醚 5 0.5 2 次氯酸钠（有效氯12%） 80 拉开粉BX

三、油墨 油墨是具有一定流动度的浆状胶粘体。 油墨可分为液体油墨（溶剂）和浆状 油墨（胶、铅印）两大范畴。 印刷油墨是一种为印刷出版服务的工业性产品，可用于印刷报刊、书籍、杂志、画报、钞票和邮票等。几乎所有的物质，如纸张、塑料、玻璃、木材、布匹、尼龙、皮革和金属等均可用油墨印刷。

可用于誊印、铅印、胶印等。还可以经加水混合研磨和过滤后制成书写用墨汁或墨水。 （一）常用油墨的配制 1．墨色水基油墨 可用于誊印、铅印、胶印等。还可以经加水混合研磨和过滤后制成书写用墨汁或墨水。 配方 原　　料 配比（份） 551型黑色油墨 107＃调墨油 6＃汽机油 薄荷油 碳　黑 漂白粉 水 1.0 2.2 7.0 0.14 0.9 0.16 5.42 食用香精 甘　　油 华　　蓝 青莲色源 抹　　灰 皂化油 荧光剂 0.06 0.12 0.2

2．红色水基油墨 本品用途与黑色水 基油墨相同。 ①配方 配比（份） 原 料 红色油墨 107＃调墨油 6＃汽机油 薄荷油 漂白粉 水 　原　　料 配比（份） 原　　料 红色油墨 107＃调墨油 6＃汽机油 薄荷油 漂白粉 水 食用香精 1.00 2.66 0.66 0.14 5.00 0.08 甘　　油 金光红 洋红6B 抹　灰 洗发膏 荧光剂 0.16 0.46 0.40 0.12 0.20  

（二）油墨清洗剂 本品用于清洗印刷油墨、厨房油污等，并用作油污防护膜。它具有安全、味香、对皮肤无刺激等特点。 ①配方（%） 　　浸湿剂JFC　　　　　90～95 　　磷酸三丁酯　　　　　0.5～2.0 　　甘　　油　　　　　　5.0～7.0 　　食用香精　　　　　　 适量

②制法 在10～35℃条件下，将上述物料进行混合，使其成为均匀的淡黄色粘稠液体即可。 ③用途 使用时将此剂涂于手上，3～5分钟后即干燥，形成干性柔软薄膜，能防止油墨渗入手表皮，具有良好的护肤作用。工作毕，直接用水清洗即可洗净，故本品是印刷工人良好的防护用品。

10．3 笔 北宋著名的书画家苏东坡名句：“信手拈来 世已惊，三江滚滚笔头倾” 古代文房四宝中 “笔”居首位，突出了笔的重要性。 一、毛笔 10．3　笔 　　北宋著名的书画家苏东坡名句：“信手拈来 世已惊，三江滚滚笔头倾” 古代文房四宝中 “笔”居首位，突出了笔的重要性。 一、毛笔 我国远在3000多年前的商代就使用毛笔写字绘画。毛笔因制作笔头的原料不同分为羊毫和狼毫两种。羊毫笔真正用山羊毛制作的不多，大多是用免毛制成的。狼毫则是用鼬鼠（俗称黄鼠狼）尾巴上的毛制作而成的。 羊毫质软、弹性柔弱，适用于写浑厚丰满或潇洒磅薄的字。而狼毫质硬、弹性较强，适应写挺拔刚劲或秀丽齐整的中小楷字。 　新买的毛笔笔尖上有胶，应用清水把笔毛浸开，将胶质洗净再蘸墨写字。写完字后洗净余墨，把笔毫理得圆拢挺直，套好笔帽放进笔筒。

二、铅笔 常见的铅笔有两种，一是用木材 固定铅笔芯的铅笔；一是把铅笔芯 装入细长塑料管并可移动的活动铅笔。 铅笔的核心部分是铅笔芯。铅笔芯是由石墨掺合一定比例的粘土制成的。 当掺入粘土较多时铅笔芯硬度增大， 笔上标有Hard的首写字母H。反之则 石墨的比例增大，硬度减小，黑色增强， 笔上标有Black的首写字母B。

三、钢笔 　　笔头用各含5％～10％的Cr、Ni合金组成的特种钢制成的笔。铬镍钢抗腐蚀性强，不易氧化，是一种不锈钢。钢笔有蘸水钢笔和自来水钢笔两类。 钢笔中最上等的是金笔。金笔的笔头用黄金的合金制成。我国生产的金笔有两种，一种是含Au 58.33％，Ag 20.835％， Cu 20.835％通常称之为14K；另一是含Au 50％，Ag 25%，Cu 25％俗称五成金，亦称12K。金笔经久耐磨，书写流利、耐腐蚀性强、书写时弹性特别好，是一种很理想的硬笔。 其次是铱金笔。铱金笔的笔头用铱的合金制成。该笔既有较好的耐腐蚀性和弹性，还有经济耐用的特点，是我国自来水笔中产量最多、销售最广的笔。

四、圆珠笔 笔尖是个小钢珠，把小钢珠嵌入一个小圆柱体型铜制的碗内，后连接装有油墨的塑料管， 油墨随钢珠转动由四周流下。   五、粉笔     粉笔是由硫酸钙的水合物（俗称生石膏）制成的。也可加入各种颜料做成彩色粉笔。在制作过程中把生石膏加热到一定温度使其部分脱水变成熟石膏，然后将热石膏加水搅拌成糊状，灌入模型凝固而成。其主要反应为 2CaSO4·2H2O 2CaSO4·H2O+3H2O 　（生石膏）　　　　　（生石膏） 控制好温度，利用生、熟石膏的互变性质还可制造模型、塑像以及医用的石膏绷带等。

10.4 文物与化学 一、 文物考证 1950年，美国芝加哥大学的W·F·Libby教授创立了14C断代法，并因此而荣获诺贝尔化学奖。 　一、 文物考证 1950年，美国芝加哥大学的W·F·Libby教授创立了14C断代法，并因此而荣获诺贝尔化学奖。 1．基本原理 活的有机体中14C/12C之比保持恒定，而死的有机体中14C的含量由于衰变而逐渐减少。

2．实例 （1）原来认为河套人、峙峪人、资阳人和山顶洞人等的活动年代为5万年或5万年以上，但应用14C断代法证明其均在4万年以内，甚至山顶洞人可晚到1万多年。这一研究结果表明旧石器晚期文化变迁和进展速度比考古工作者原先想象的要快。 （2）一些考古工作者原认为在汉代时就已把煤用于冶铁。后来从铁器中l4C的鉴定结果推断，我国在宋代才开始把煤炭用于冶铁。尽管汉代冶铁遗址中发现有煤,但并未用于炼铁。

（3）20世纪40－50年代,在欧洲古董市场, 曾有售价很高的“战国陶俑”出现，人们难辨其真假。 后来，英国牛津实验室采用一种化学中的热分析方法—热释光技术进行鉴定，结果证明是近代制作的赝品。测定的原理为：古陶的热释光强度与本身受到辐射的时间(即烧成时间) 成正比。因此，测量古陶样品的热释光强度，就可以计算出古陶烧成的年代。 （4）1965年在湖北楚墓中出土的越王勾践剑。专家们应用X-射线荧光分析方法推测该剑身由铜锡合金所铸，并经过了硫化处理。人们应用化学方法可以研究、考证文物的制作工艺。

二、文物腐蚀与保护 文物腐蚀及损害过程不仅仅是一个化学过程。除去人为因素的破坏，也可能有细菌侵蚀、虫蛀等生物作用，或如变形、开裂等机械因素等等。 关于文物腐蚀过程的化学，一个最熟悉的例子可能是铁器的腐蚀，这个过程起码涉及一个众所周知的电池反应： 正极：2 O2+H2O+2e2OH-　， 负极：Fe-2eFe2+ 对于纸质文物，酸性环境显然是有害的。因为纸张在中性或偏碱性时，其耐久性、耐折性等机械性能及抗霉性和化学稳定性都比较好，但空气中的氮氧化合物、二氧化硫等都是酸性气体，它们都易使纸质文物的酸性增大，而对纸质文物造成损害。 壁画颜料中的铅白[Pb2(OH)2CO3]由于受空气中硫化氢气体的作用而变成黑色的硫化铅，会严重影响画面的色泽。若用过氧比氢处理，就可使黑色的硫化铅氧化成白色的硫酸铅。

三、收藏品 1．金石 ①古钱币、兵器（刀、箭） 主成分为铜合金及银，收藏中的共同问题是是生锈、倒光，原因是生成氧化物（氧化铜）、硫化物（硫化银）、水合物（铜绿，碱式碳酸铜；铁锈，氧化铁、碱式碳酸铁）等； 应将它们保存于干处，研究表明在绝对无水的空气中，即使是活泼的铁放几年也不会生锈，因此在放置这些珍品的盒中应放些脱水硅胶；如已发黑，可用蘸少许醋酸或氨水的棉球在表面揩擦以除去氧化层，也可用1%的热皂液搓洗后用硫代硫酸钠溶液将其湿润再拭净，即可使之锃亮如新。还可用氢氧化钠与铝或锌与稀硫酸生成的氢气使氧化物还原，待干净后涂油或塑料膜。

　②雕塑 主成分为碳酸钙（大理石）或硫酸钙（石膏）。 大理石品种很多如“汉白玉”（纯碳酸钙）、 “东北红”（含钴）、“紫豆瓣”（含铜或锰）、“海涛”、“艾叶青”（含铁）等，硫酸钙在吸水后变成含结晶水的生石膏而硬化成型。 一般雕塑品以洁白素净为美，切忌用湿抹布揩擦，不宜沾上汁渍油污，如有油垢可用肥皂水加少量氨水浸泡去除；如斑块渗透很深，可挖去外部后用水调合石膏粉填补，干后砂平；如色调仍不一，可将全像加涂一层稀石膏水；如不慎断损，可用熟石膏粉调鸡蛋清粘合。 ③纪念章、印章、标牌 这是一类金属和瓷质兼备物。金属制品中主要是铜质者易生铜绿，铝质者易生黑斑等。保存时注意干燥，用纸或布包妥后，盒中宜放防腐剂如萘丸等。

①邮票等 2．书画 其基质均为纸，收藏中存在的问题是揭取、去污、修补及保存。为防止撕坏，最好是“水揭”，将目的物浸泡于凉水中，利用遇水收缩的差异将保存品与粘附物分开，取出晾干；这类收藏品的污渍主要有油渍及印泥油，可用棉签蘸汽油擦拭除去；蜡渍则可将其夹于两张吸水纸中间，电慰斗烫片刻即可除去；揭薄或破裂，可用硝酸纤维溶液涂于背面，待溶剂挥发后成膜即可复原；保存时为防止粘连，应充分干燥。为防止返潮，宜在盒内放置爽身粉或硅胶适当吸收水分。为防霉或虫蛀，宜定期通风（但切忌日晒）并夹入防腐纸片（用吸水纸饱吸每毫升酒精含1克百里香酚的溶液阴干而得）

②油画。通常用快干油（亚麻仁油、 核桃油、罂粟油）调和各种颜料绘于 布、木板、厚纸板或金属板上；陈设 时应避光，以防变色、龟裂；须防潮， 以防画布变形、发霉、腐烂，配置的 框架色调、花饰宜与画面匹配；保存时须干透、防尘。 3．照片 照片收藏中容易出现底片灰雾、发霉、发黄、褪色等问题。 （1）底片灰雾 底片灰雾是由于、磨擦或沾上汗渍、水渍造成的，有时还会产生折痕。处理办法是用酒精轻轻擦洗油污，再用氨水揩拭底片的正反两面，使底片药膜膨胀，徐徐晾干后收缩，灰雾及轻度折痕即可消除，宜用软纸隔开包好。

（2）底片发霉 发霉是由于摸底片留下蛋白质及油污，存放处潮湿，显影定影后未洗净，残留物使片基起化学作用，致霉菌繁殖。消除办法是将底片水浸15分钟使霉斑松动，重复显影、定影过程使霉质除去，在水中用棉轻擦去污，最后在5%醋酸中过一遍，水洗净晾干。 （3）照片发黄 主要原因是定影液温度过高（释出硫，生成硫化银）、过浓（浓度超45%时对卤化银的溶液作用减弱）、过期（硫代硫酸钠分解成亚硫酸盐、硫酸盐，生成相应的银盐斑渍）。纸中的色素由于存放时漂白剂的失效而复泛。克服办法是改善定影操作并充分洗净，用稀的双氧水浸泡漂白。

（4）照片褪色 褪色是由于色素在空气中水分和氧气的作用下分解，乳剂被紫外线作用进一步使色素变质而使彩色平衡破坏所致。为防止褪色应使照片避光直照。 不论正、负片由于片基为纤维，均应保存于阴凉干燥处以防受潮膨胀变形，最好放硅胶吸水； 为防虫蛀，保存盒内放防腐剂和杀虫剂 ；摸底片及照片最好戴纱手套 或隔一层细绸以避油污及汗渍； 影集要不时翻动以防粘结。

第五节 思考题 思考与练习题. 1． 造纸的主要原料有哪些？其主要生产过程如何？ 第五节　思考题 思考与练习题. 1．  造纸的主要原料有哪些？其主要生产过程如何？ 2．  复写纸、晒图纸、水写显色纸分别是什么样的纸？它们各自有哪些特点？ 3．  墨、墨水和油墨的主要化学原料是什么？各有哪些代表性的品种？ 4．  常用的笔有哪些类型？它们的化学成分如何？ 5．  14C代断法的化学原理是什么？请举例说明14C代断法在文物考证中的应用。 6．  文物腐蚀的化学原理怎样？从化学角度解释怎样有效地保护文物？ 7．  了解金石、书画及照片收藏中防霉或防污等方法。