技術史 — 印刷術

陳鍾誠
世界歷史
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10 min readAug 3, 2018

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— 紙、筆、印刷術

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莎草紙

莎草紙(英語:Papyrus)是古埃及人廣泛採用的書寫介質,它用當時盛產於尼羅河三角洲的紙莎草的莖製成。大約在公元前3000年,古埃及人就開始使用莎草紙,並將這種特產出口到古希臘等古代地中海文明地區,甚至遙遠的歐洲內陸和西亞。莎草紙消亡以後,製作莎草紙的傳統技術也因缺乏記載而失傳。

對古代寫在莎草紙上手稿的研究,或稱為紙莎草學,是古希臘羅馬歷史學家的基本工具。

古代莎草紙是由生長在尼羅河三角洲的一種「紙莎草」加工而成的,世界上其它地方並無此草,因此無法大批量生產,原料的局限性使得莎草紙價值昂貴而不易普及。

古埃及人最初是將紙捲成捲軸使用的,後來為了方便,就裁為一張張的以便製成抄本,這樣,書本就出現了。現在莎草紙偶爾還用於繪畫,但水質的顏料會使紙張變形。

莎草紙對乾燥氣候的依賴性很高。只適合於氣候乾燥的地方使用,比如埃及和西亞各國,在埃及的乾燥氣候下可以很好的保存。但是它在潮濕的環境下很容易被黴菌毀壞。若空氣中水分稍重,紙張就會受潮破損,無法書寫,也無法保存。因此,當希臘和義大利曾大量引進使用的莎草紙最終大都損壞的時候,在埃及還能發現保留下來的紙草書卷,例如Elephantine papyri、在奧克西林庫斯(Oxyrhynchus)的著名發現以及拿戈瑪第經集(Nag Hammadi Codex)。

由於莎草紙的使用局限性太多,在羊皮紙牛皮紙盛行後逐漸式微,終因東方造紙術的傳播而退出了歷史舞台。

20世紀工程師哈桑拉賈(Hassan Ragab)從法國引種回埃及的紙莎草,經過無數測試,於1962年重新發明了新的莎草紙製法,方法如下:

生產莎草紙的原料是紙莎草的莖。先將莎草莖的硬質綠色外皮削去,把淺色的內莖切成40厘米左右的長條,再一片片切成薄片。切下的薄片要在水中浸泡至少6天,以除去所含的糖分。之後,將這些長條並排放成一層,然後在上面覆上另一層,兩層薄片要互相垂直。此兩層薄片亦常以相互交叉的方式編織成網格狀,形似織物。將這些薄片平攤在兩層亞麻布中間趁濕用木槌捶打,將兩層薄片壓成一片並擠去水分,再用石頭等重物壓(現在一般用機器壓制衡),乾燥後用浮石磨光就得到莎草紙的成品。由於只使用紙的一面,在書寫的一面要進行施膠處理,使墨水在書寫時不會洇開。

中國紙

據《後漢書·宦者列傳》所記載,自古以來,書籍文檔都是用竹簡來做書寫載體的,後來出現了質地輕柔的縑帛,但是用縑帛製紙的費用很高昂,而竹簡又笨重,於是蔡倫想進行技術創新,改用樹皮、破布、麻頭和魚網等廉價之物造紙,大大降低了造紙的成本,為紙的普及準備了條件。

漢和帝元興元年(105年),蔡倫把改進造紙術的成果報告給皇帝,皇帝對蔡倫的才能非常讚賞,並把改進過的造紙技術向各地推廣,漢安帝元初元年(114年),朝廷封蔡倫為龍亭侯,所以後來人們都把紙稱為「蔡侯紙」。後來任職長樂太僕。元初四年(117年),漢安帝選調學者整理文獻,並令蔡倫監管負責。

蔡倫在任小黃門時,由於掌權的竇太后的授意,參與誣陷漢安帝的祖母宋貴人及其子太子劉慶(漢安帝之父),導致劉慶被廢為清河王,宋貴人及其妹妹服毒自殺。之後蔡倫又成為竇太后媳婦鄧太后的得力助手。後鄧太后駕崩,漢安帝得以親政,於是蔡倫被命令到廷尉那裡去自首。蔡倫為了避免受辱,在洗浴全身並換上整潔的衣冠後服毒自殺。蔡倫死後,葬於自己的封地龍亭(位於現在的陝西省漢中市洋縣)。

造紙術的傳播

造紙術在七世紀初傳入日本和印度,可能在7世紀以前就已經西傳至西亞地區,早在公元650年造紙術就傳入中亞的撒馬爾罕。到了公元707年紙張已在阿拉伯半島麥加被阿拉伯人使用。794年巴格達出現由中國工匠建立的造紙作坊,造紙術由此傳到阿拉伯地區。公元800年世紀傳入埃及,逐漸取代莎草紙,到十世紀中,完全取代莎草紙。

12世紀初傳入西班牙,最初由阿拉伯人在克薩蒂瓦建立了造紙廠,1157年基督徒在比達隆建立造紙廠。義大利在12世紀就用阿拉伯人輸入的紙,到1268年才在布里亞諾建立第一座造紙廠,其後,在1293年波洛尼亞、帕多瓦、熱那亞等地相繼出現造紙廠。14世紀傳入法國,1348年特魯瓦出現法國第一家造紙廠。德國從13世紀已經由義大利進口紙張,1390年在義大利人協助下在烏爾曼·施特羅梅爾建立第一座造紙廠。荷蘭在1586年在多德雷赫特建立造紙廠。英國在14世紀初由義大利進口紙張,1495年約翰·泰特(John Tate)在芬·迪頓建立第一所造紙廠,到了17世紀末,英國約有百來家造紙廠。俄羅斯在1575年建立第一家造紙廠,到18世紀初,俄羅斯已有23家造紙廠。

美洲第一家造紙廠建立在墨西哥城附近的庫爾華坎(Culhuacan),美國第一家造紙廠於1690年在費城附近建立,1729年英國人在費城附近的切斯特克里克建立著名的「長春藤造紙廠」。1803年美國人在加拿大魁北克省的聖安德路斯鎮建立第一家造紙廠

印刷術

印刷術最早可是追溯到公元前三千年兩河流域人民使用 滾筒印章 製造印刷品,主要用作裝飾品和巫術。

雕版印刷 最早是出現在中國,現存最早文獻和最早的雕版印刷實物是在唐朝初期 (西元600年),

大約在1045年,畢昇 發明了《膠泥活字》印刷術,用以取代《雕版印刷術》。與畢昇同時代的沈括在 《夢溪筆談》 中有詳細記載:

畢昇用黏土製成字模,每字一模刻在突面反體,深度為1-2毫米,然後用火煅燒。製版時,在四邊有框的鐵板上放一層松脂、蠟及紙灰,在鐵框上排放鐵條,在兩根鐵條間植以活字,植滿後再置另一鐵條,再行植字,直至整版植滿為止。以火烘鐵板使松脂等融化,冷卻使活字固定在鐵板上。趁未冷前,以一平板在上面按平活字,印版即製成。

元代 王禎 (1260–1330)改良之後成為《木版活字》,並發明《轉輪排字架》,方便找字。1298年製造3萬餘木活字,排印《旌德縣誌》100部。王禎的時代很快又有人將《木版活字》改為《金屬活字》,只是金屬不易沾墨,常常印壞。

1440年左右,古騰堡 的《鉛活字版印刷》出現並且很快在歐洲傳播。

1469年在威尼斯成立第一家印刷社,1500年該城就有印刷廠417家。1476年, 威廉·卡克斯頓 在英格蘭成立第一家印刷社°在1539年,西班牙人Juan Pablos在墨西哥的墨西哥城。Stephen Day於1628年在美國麻塞諸塞海灣地區建立了北美第一家印刷社,並協助成立了劍橋出版社。

網版印刷

今天的書籍通常採用 膠印技術 (又名柯式印刷) ,有時也採用凸版印刷(主要用於報紙或目錄冊的印刷,但比較少有)。

早在20世紀10年代,一些試驗光活性化學物質的打印機就使用著名的光化學光活化交聯或硬化鉀,鈉或銨鉻酸鹽和重鉻酸鹽化學品與膠水和明膠化合物的特性。 Roy Beck,Charles Peter和Edward Owens研究並試驗了用於光反應模板的鉻酸鹽敏化乳液。這三位開發人員將通過向行業引入照片成像模板來證明商業絲網印刷行業的革命,儘管接受這種方法需要很多年。商業絲網印刷現在使用的敏化劑比重鉻酸鹽更安全,毒性更低。目前,存在大量選擇的預敏化和“用戶混合”敏化乳化劑,用於產生光反應性模板。

後來組建國家絲網學會的一群藝術家,包括WPA藝術家Anthony Velonis,在20世紀30年代創造了Serigraphy這個詞,以區分絲網印刷的藝術應用和工藝用途。“Serigraphy”是一個複合詞,由拉丁語“sēricum”(絲綢)和希臘語“graphein”(寫或畫)。

印刷商的國家環境援助中心說:“絲網印刷可以說是所有印刷工藝中最通用的。由於基本的絲網印刷材料價格實惠且易於獲得,因此它經常被用於地下環境和亞文化,以及非專業外觀。 DIY文​​化絲網已成為電影海報,唱片專輯封面,傳單,襯衫,廣告中的商業字體,藝術品和其他地方的重要文化美學。

平版印刷

平版印刷是基於油和水互斥的原理的手動工藝。

圖像用油基的媒介放在印版表面上;然後用酸將油「燒入」印版表面中。在印刷時,表面先覆上水,水份留在非油性的表面,但不會留在油性的部分;然後用輥子塗布油性油墨,油墨只附著在表面油性的部分。

平版印刷是由波西米亞的阿羅斯·塞尼菲爾德於1798年發明的,這是凸版印刷自15世紀發明以來第一種新的印刷工藝。在平版印刷的早期年代,使用一種平滑的石灰石(limestone),因此平版印刷的英文名稱lithography或lithos來源於古希臘的「石頭」一詞。在油基的圖像放到石頭表面後,用酸蝕入石頭的表面下,再塗上阿拉伯膠的水溶液,其只附著在無油的表面上,然後密封起來。在印刷的時候,水附著在阿拉伯樹膠的表面,但不附著在油性部分,而印刷時使用的油性墨則相反。

在平版印刷發明後的幾年裡,這個印刷工藝用於印刷多色的圖像,在19世紀稱為彩色平版印刷(Chromolithography),這個時期的許多精美的彩色平版印刷品和出版物現在還存放在美國和歐洲的博物館中。每一種顏色使用一塊石頭印版。主要的難題是如何使圖像套印準確。

參見: 平版印刷的發明,作者Alois Senefelder,(英文譯本,1911年)

今天,平版印刷使用的是鋁版。印版已經用刷子刷出砂目,或稱為「粗糙化」處理,然後塗上平滑的一層感光膠。將所需的圖像的照相陰圖放在印版上進行曝光,在感光膠上形成陽圖圖像。感光膠經過化學處理後去除未曝光的感光膠部分。印版裝在印刷機上的滾筒上,用水輥在印版上滾過,將水份附著在印版的粗糙部分或稱非圖文部分。然後用墨輥在印版上滾過,只將油墨附著在印版的平滑的部分或稱圖文部分。

如果這個圖像直接傳送到紙張上,則產生正讀的圖像,但是紙張就會濕了。現在採用的方法是用覆有橡皮布的滾筒滾過印版表面,能擠去水份,轉印上油墨。實際的原因並非如此,只是橡皮布具有彈性,能更好地轉印圖像而已,它同樣能傳遞水份,但現在用的水分變少了,可以忽略不計。

滾筒滾過紙張,將油墨轉印在紙張上。因為圖像是先轉印在橡皮布滾筒上,這個工藝也稱為「膠印」,這個詞的英文Offset printing有轉印的意思,指的是圖像先轉印到橡皮布滾筒再轉印到紙張上的過程。

多年來,這項工藝有很多創新和技術上的改進。包括利用幾塊印版一次走紙印出多色圖像的印刷機、達格倫(Dahlgren)輸墨系統,其排除了潤版的步驟(而是潤版步驟組合到輸墨過程中)。

在輸入端,桌面出版的進步使得幾乎每個人都能製作出專業質量的版式,照排機的發展也使印刷廠能夠跳過照相製版的中間步驟;照排機能夠直接從計算機的圖像製成軟片。從21世紀以來,直接製版機又排除了軟片的需要,可以直接在印版上成像。

其實目前平版印刷使用的PS版,是鋁鋅合金做的。而且也不需要「粗造化」處理。整個版子是由親水的底板塗上一層親墨的感光層做成的,當菲林放在PS版上曝光後,曝光部分的感光層經過化學處理就被除去,露出親水的底板。

半導體平版印刷也被稱為光刻,它被用於集成電路等微晶片加工。由於它是加工微米及奈米級尺度設備的最好方法之一,也被用於微機電系統加工。光刻在各種材料的微加工上都有應用,其中在矽片上的應用已經相當成熟。近年來興起的無掩模光刻和奈米壓印光刻也開始被逐步應用。

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陳鍾誠
世界歷史

程式人、說書人、雜誌編輯、網站經營、金門大學教師