我们已经知道,纤维素的大分子链通过水解以后,变成了葡萄糖小分子,利用这一性质可以制糖和发酵成糖化饲料等。
如果我们不使大分子链断裂,而仍然保持原来纤维素的结构骨架,那就可以进一步来造纸和制造人造纤维。这是因为纤维素不但分子量大,而且其长链分子平行地排列,互相交织、纠缠起来,也可以借氧环上的羟基彼此以氢键横向相联,成为一捆捆纤维素束,使纤维素具有很好的机械强度及化学稳定性。
造纸是中国古代四大发明之一。它和火药、指南针、印刷术一样传遍了五洲四海,对人类社会和文化发展作出了伟大的贡献。
早在二千多年前的我国西汉时代,就已有了纸张。一九五七年从陕西省西安市霸桥出土的墓葬文物——霸桥纸,可以推知在公元前140~87年西汉武帝时,我国劳动人民已能用大麻纤维来造纸。到了公元89~105年东汉和帝时,由于文化发展的需要,蔡伦集中了劳动人民造纸的丰富经验,在漂麻造纸的基础上,提出了“用树肤、麻头及敝布、鱼网以为纸”的设想,并引入了春持新技术,为造纸术作为一种新型的独立手工业开辟了广泛的、迅速发展的道路。
造纸的原料很多,目前我国除少数工厂用木材作原料外,大部分都用含纤维素的农林产品及野生植物,如芦苇、竹子、稻麦稭等,也有用旧麻、破布等为原料的。
造纸过程就是将原料切成一定大小的小片和NaOH(同时加入Na2SO3等药剂)一起蒸煮,把原料中木质素、半纤维素、树脂等非纤维素成分溶解除去(否则会影响纸张的强度、颜色、平滑度等),而让纤维素分离出来,制成纸浆。经过筛选、漂白、机械作用,使纤维素长度合适,浆色洁白,最后把它铺成薄层(称为抄纸),经辊压、烘干即成纸张。剩下的造纸液可以用来制造新型的有机肥料——胡敏酸铵。
在打浆和抄纸过程中,植物纤维要受到切断、压费、摩擦等作用,使纤维细胞壁上出现了“突破口”,水分子就乘机涌入,使纤维润胀,于是分子链上有更多的羟基暴露出来,这些—OH在水中和水分子形成氧桥,当纸浆平稳地流入抄纸机的网部后,形成了湿纸层,由于辊压、烘干作用,使与纤维素大分子中羟基形成氧桥的水分子脱去,纤维间加紧靠拢,羟基之间缩短到极小的距离,于是氢键就形成了(见图2-2)。
借助氢键的作用,我们就可以制造具有一定强度的纸。