晨憶科普:中國古代膠黏劑的由來

膠,繁體字“膠”,字從肉從翏。“肉”意為“肉汁樣的”,“翏”意為“合併”“結合”肉”與“翏”聯合起來表示“肉質樣的膠黏劑”,

可見,中國古代的膠黏劑是指用動物的皮、角製成的能粘接器物的東西。

古代人類還發現某些植物具有天然黏性,例如橡膠、樹膠等,它們是天然的膠黏劑。早些年我們用的將澱粉加入水中煮熟或將米漿加熱後熬製成的漿糊,也是最原始的膠水之一。

中國是世界上應用膠黏劑和粘接技術最早的國家之一。

早在商代,人們就利用生漆的粘接特性,將金銀珠玉鑲嵌在漆器上,到戰國時期發展到把金屬構件和漆器粘接在一起,使漆器更加堅固耐用。後來還把金銀薄片鏤刻成各種圖案,或者把貝殼磨製成人物花鳥等圖案,用膠漆貼上於胎體表面,再上漆若干道,然後打磨,使閃閃發光的金銀貝殼等花紋在器物表面形成華美的裝飾。

晨憶科普:中國古代膠黏劑的由來

《帝王世紀》之“膠船”中記載了楚國人把不耐水的樹膠製成的船隻獻給周王朝的軍隊從而獲勝的故事:“昭王南征濟於漢,漢江人惡之,以膠船進王,王御船至中流,膠液船解,王及祭公俱沒於水中。”周昭王十六年,約公元前980年,周昭王為了教訓已經不再順從自己的楚國,親領大軍討伐,周軍勢如破竹,所向披靡。周王朝大獲全勝,勝利班師還朝。

三年之後,也就是公元前977年,即周昭王十九年,深受伐楚之戰的鼓舞,周昭王為了徹底打垮楚國,將其消滅殆盡,再次率軍南下。周昭王此次率六軍伐楚,舉全國之兵而為。周昭王躊躇滿志,志在必得,結果卻事與願違。楚國已經從上次的慘敗中吸取了教訓。他們知道,面對強大的周王朝,硬拼是絕對不行的,要僥倖取勝,唯有智取。周昭王北兵南下,為漢水所阻,四處徵調船隻渡河,早已依計用事的楚人假裝民夫,將大批用樹膠粘接的船隻獻給了周軍。周軍用徵調而來的船隻渡河,船行進到了河的中間,樹膠溶解,船板分散,許多兵士掉入水中,北方人大都不識水性,不會游泳,基本上都溺水而亡。周昭王雖貴為天子,身為統帥,也落入水中,魂喪漢水。

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我國在4000年前就開始燒製石灰,以此粘固土石建造房舍與橋樑。舉世聞名的萬里長城也是用石灰、糯米糊等混合調配的膠黏劑把無數的石塊粘接起來而建成的。

這種無機—有機混合膠,強度高,防腐,經久不壞。以糯米灰漿為代表的傳統灰漿是中國古代的重大發明之一。考古學的證據表明,西周(公元前1046~前771年)中晚期的建築遺址中,發現石灰已經廣泛應用於柱基處理、增強地基、屋頂面處理等方面,東周時期已經使用石灰修築陵墓。據《左傳》記載:“成公二年(公元前635年)八月宋文公卒始厚葬用蜃灰。”蜃灰就是用蛤殼燒製而成的石灰,秦漢以後,石灰材料的使用更為廣泛,秦(公元前221-前206 年)成陽宮殿遺址的地面是用豬血、石灰、料姜石灰拌合抹成,呈暗紅色,表面光滑美觀,具有防潮裝飾作用。

漢代(公元前206公元8年)以後的墓葬中也多有石灰使用。石灰或用作壁畫地仗層,或用作墓室四壁罩白,或用於墓門密封,或用作棺底的灰襯。

值得一提的是,我國至少在西漢早期就已經使用類似於後世稱為“三合土”(石灰、黃土和沙子)的石灰混合材料了。

東晉十六國時期(公元317~420年),北燕用“三合土”構築墓葬,大夏用“三合土”修築其都城“統萬城”。北宋科學家沈括在親自踏勘“統萬城”之後,在《夢溪筆談》中寫道:“赫連城緊密如石。”

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至少不晚於南北朝時期(公元386~589年),以糯米灰漿為代表的中國傳統灰漿已經成為比較成熟的技術。

成書於明朝的《天工開物》對糯米灰漿的組成、製作方法和效能都有詳細記載:“灰一分入河砂,黃土二分,用糯米、陽桃藤汁和勻,經築堅固,永不隳壞,名曰三合土。”這種加入糯米汁的“三合土”,即糯米灰漿,有強度高、韌性好、防滲效能好等優點,它的出現使建築膠凝材料的粘接性有了質的飛躍,代表了我國古代石灰基膠黏劑的最高成就。後世對糯米灰漿的評價很高,宋代江修復在《鄰幾雜誌》說它“其堅如石”。

糯米石灰漿的使用,使建築的穩固性有了歷史性的突破。

經現代分析技術檢測,糯米灰漿粘接效能優良,堪比現代水泥。除糯米漿外,植物汁液,如陽桃藤汁、蓼葉汁和白及漿等,蛋清和動物血等在建築灰漿中也有使用;另外用桐油或魚油拌合石灰製作的油灰在建築物、木結構和船舶等方面也有十分廣泛的應用,歷史久遠。

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歐洲古代使用的建築灰漿全是無機材料,而添加了糯米汁、楊桃藤汁或桐油的中國傳統灰漿則明顯是一種有機或無機複合材料。

以糯米灰漿為代表的中國傳統灰漿在粘接性、韌性和防滲性等方面明顯好於純無機灰漿。

中國由於糯米灰漿等有機或無機複合膠凝材料的發明而比西方技高一籌

。糯米灰漿強度高,韌性大,防滲效能好,且“其堅硬如石”。如南京明代徐埔夫婦墓系用糯米灰漿澆築,異常堅固。

1978年發掘時推土機也無可奈何,還破壞了不少鋼釺、鐵鍬。始建於隋開皇年間、重修於宋建炎二年的台州國清寺塔,使用糯米灰漿砌築沙漿,異常堅固。唐代開元寺石經幢的粘接材料也是糯米灰漿。建於唐宋的泉州古塔寺、橋的抗震效能好,能抵禦1604年的7。5級大地震,

這和使用糯米灰漿作膠黏劑是分不開的

。北宋嘉祐六年(公元1061年)鑄造的湖北當陽玉泉鐵塔,塔基底部青石板之間也是用糯米灰漿來封實。河南登封少林寺墓塔群中的幾座宋塔、明塔,對其砌築的膠泥標本透過“碘-澱粉”試驗,也發現沉澱物中有糯米澱粉存在。始建於宋代開禧年間的上海嘉定法華塔,其地基磚用糯米漿白灰泥勾縫。最讓人稱奇的是重慶榮昌縣包河鎮的一座清代石塔,該塔已有300餘年歷史,高10米,傾斜度達45°,卻至今未倒塌。該塔也是採用了糯米灰漿為粘接材料,

這種糯米灰漿粘接材料的韌性竟比現代水泥還要好。

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古代真正被稱為膠的應該是動物膠。早在三千多年前的中國,人們就開始用動物皮、角、骨來熬製骨膠、牛皮膠等,用來粘接各種物件。

有一個“煎膠續絃”的故事:漢朝東方朔所著的《海內十洲記》記載,天漢三年(公元前97年),漢武帝深山獵虎,由於力大如神,加之用力過猛,“嘣”的一聲,居然將祖傳寶弓的弓弦拉斷,漢武帝看著斷絃,心中不悅。方士李少君便獻上了一種“神膠”,將寶弓的斷絃粘好,漢武帝將粘好的寶弓用力拉開,與原來的居然沒有什麼區別,特地重獎方士李少君。這種神膠因此名聲大震,並得名“續絃膠”,這種神膠其實就是動物膠。

在我國的一些古代書籍中,對膠黏劑的製造與使用有詳細的記載。

古代化學專著如東漢魏伯陽的《周易參同契》與東晉葛洪的《抱朴子·內篇》都涉及膠黏劑的製造。北魏賈思勰的《齊民要術》雖是農書,但對制筆、保護書籍、修理房屋等使用膠黏劑的過程與煮制動物膠的方法卻做了專門的敘述。

明朝宋應星的《天工開物》記述了我國農業與手工業的生產技術,其中包括膠黏劑的製造和大量的應用經驗。

《齊民要術》的“燔石”篇對石灰密封舟船做了介紹:“凡灰用以固舟縫……”《天工開物》“燔石第十一”更詳細介紹了石灰及其新增物在建築、舟船中的應用:“凡石灰經火焚煉為用。成質之後,入水永劫不壞。億萬舟楫,億萬垣牆,窒息防淫,是必由之……凡灰用以固舟縫,則桐油、魚油調,厚絹、細羅和油杵千下塞艙。用以砌牆、石,則篩去石塊,水調黏合。甃墁則仍用油、灰。

用以堊牆壁,則澄用松煙和膠黏劑製成墨塊是我國獨有的技術。

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大約在公元3世紀,我國以松煙和動物膠過,入紙筋塗墁等為原料製成松煙墨,為書畫所用的黑色顏料。《齊民要術》“筆墨第九十一”對墨塊的製作有詳細說明:“墨屑一斤,以好膠五兩,浸……皮汁中壓敏膠帶起源於我國公元前160年的西漢時期,在《草藥補遺》《黃帝內經》等書籍中均記載著治療傷痛的膏藥貼布之物,這應該是最早的壓敏膠製品。而用中藥與松脂、動物膠熬製的藥膏應該是壓敏膠的雛形,膏藥製品在中醫界一直延續至今用膠黏劑粘接書刊本冊的方法,在我國已有一千多年曆史。早在公元868年,卷軸裝《金剛經》就完全是用膠黏劑裝訂成卷冊的,最初人們主要用鰾膠、澱粉漿糊、松香等作為《天工開物》“乃服第二”:“凡糊用面觔內小粉為質。紗羅所必用,綾綢或用或不用。其膠黏劑。染紗不存素質者,用牛膠水為之,名曰清膠紗。糊漿承於筘上,推移染透,推移就幹。”

說明了澱粉膠在服裝上漿中的應用。

《天工開物》“舟車第九”:“凡船板合隙縫,以白麻斫絮為筋,鈍鑿扳入,然後篩過細石灰,和桐油春杵成團調艙。”說明桐油拌石灰製成的膠泥在舟船密封中的應用。帶《天工開物》“佳兵第十五—弧矢”:“凡膠乃魚脬、雜腸所為,煎治多屬寧國郡,其東海石首魚,浙中以造白鯗者,取其脬為膠,堅固過於金鐵。北邊取海魚脬煎成,堅固與中華無異,種性則別也。天生數物,缺一而良弓不成,非偶然也。”這裡的“膠”指的是製造弓箭所用的鰾膠,

看來當時膠的質量很好,強度竟然可以與金屬相比,是造弓不可或缺的材料。

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“凡箭笱,中國南方竹質,北方萑柳質,北邊樺質,隨方不一。竿長二尺,鏃長一寸,其大端也。凡竹箭削竹四條或三條,以膠粘接,過刀光削而圓成之。”翻譯成現代漢語是說“箭桿的用料各地不盡相同,我國南方用竹,北方使用薄柳木,北方少數民族則用樺木。箭桿長二尺,箭頭長一寸,這是一般的規格。做竹箭時,削竹三四條並用膠粘接,再用刀削圓刮光。”看來膠也是制箭不可缺少的材料。