由于没有腹稿,想到哪写到哪,难免有些凌乱。
我自己从事的行业与墨水几乎没有关系,但若要仿制墨水,却略有一些共通之处。
自制墨水重点需要两部分内容,一是处方,二是工艺。
处方,是指墨水由哪些成分组成,这些物料需要满足什么样的要求,各物料的比例是多少。
工艺,是指这些特定比例的组分,以何种方式和顺序,组合而成终产品,在制备过程中,需要如何控制中间体的质量,和终产品的质量。
这二者同等重要。
处方固然是墨水制造的基础,物料的质量要求和比例背后有哪些精妙的计算,和经验的累积,都是长期以来实践经验的精华总结,和科学探索的最后结果。
工艺同样不可忽视,液体产品相对来说工艺难度已经是低而又低,但如果忽视一些无聊的溶解条件,加入顺序,稀释方法,同样会导致终产品的质量失去控制,甚至完全无法使用。
我们一个一个地来解决这些问题。
首先,如何弄清楚市面上这些墨水的处方组成呢?
因为书写墨水历史悠久,很多技术和配方已经是成熟使用多年、没有太多创新空间的现有技术,内行人尽皆知,对我这样的外行却是难以查询。
所以我首先从两个方面入手,一是书写墨水相关的专利,尤其是现存墨水大厂以往的相关专利,最好是权利要求书保护了产品组成的,这样往往能在权利要求书和专利说明书中对成熟的墨水制造工艺和常见处方窥知一二。二是历史文献,在浩如烟海的中华文明中,民国时代至建国初期的文献尤为具体地陈述了当时技术条件下,对鞣酸铁墨水各种配方、工艺、质量管理体系的研究和探索,对国外产品和国内落后化学工业条件下如何生产出合格产品做出了很多思考,并且相对现今的许多文献更为注重实用,更加言无不尽。
在以上两个方向的文献检索中,我也对救亡图存的民国人和奋发自强的新中国人有了一些新的认识。这是题外话。
具体的文献检索过程不再赘述,简单陈列一下检索结果。
首先,鞣酸铁墨水的处方核心是鞣酸(单宁酸)和铁(亚铁离子),而较单用鞣酸而言,鞣酸与没食子酸合用则性能(耐水,耐光)更佳,而铁离子由硫酸亚铁提供,可以比氯化亚铁拥有更好的稳定性,久贮不易沉淀,故优选鞣酸与没食子酸结合硫酸亚铁配方。
其次,鞣酸亚铁墨水的性能与墨水中的酸与铁的量密不可分,酸较铁过量一方面久贮不易氧化,有利于稳定性,另一方面则写在纸上字迹氧化变慢,同时对活泼金属笔尖的腐蚀性可能增加,铁过量一方面墨水久贮易生沉淀,另一方面书写后易于变黑,但字迹日后可能会明显发黄。
第三,强酸的选用。强酸对墨水稳定性有非常明显的增强作用,但并不是所有配方中都加入有强酸,也有用草酸,酒石酸,甚至完全用没食子酸制备铁胆墨水的。
第四,防腐剂。由于鞣酸与没食子酸中含有有机杂质,虽有强酸,久置也可能发霉,传统配方中使用苯酚作为防腐剂,效果很好。也有用水杨酸的,溶解度低,防霉效果逊于苯酚。也有现代墨水用1,2-苯并异噻唑啉-3-酮的。
第五,其他助剂,如润湿剂,乙二醇、丙三醇等,也有用2,5-二甲基-2,5-己二醇的,表面活性剂,如二丁基萘磺酸钠,烷基苯磺酸钠。一般用阴离子表面活性剂,次选非离子表面活性剂,有的墨水还会使用乙醇,起到润湿,助流,加快干燥的作用。
说到这里还没有提到染料的存在。是的,几百年以来鞣酸铁墨水中其实是并没有添加染料的。如图所示。
这些配方初写较浅,甚至有的墨水制造者会先预氧化一部分以加深颜色。随着化工技术的发展,到了民国时期,墨水已经有种类丰富的染料可供选择了。其中较为主流的选项是苯胺蓝/甲基蓝,也叫酸性墨水蓝。
我自己从事的行业与墨水几乎没有关系,但若要仿制墨水,却略有一些共通之处。
自制墨水重点需要两部分内容,一是处方,二是工艺。
处方,是指墨水由哪些成分组成,这些物料需要满足什么样的要求,各物料的比例是多少。
工艺,是指这些特定比例的组分,以何种方式和顺序,组合而成终产品,在制备过程中,需要如何控制中间体的质量,和终产品的质量。
这二者同等重要。
处方固然是墨水制造的基础,物料的质量要求和比例背后有哪些精妙的计算,和经验的累积,都是长期以来实践经验的精华总结,和科学探索的最后结果。
工艺同样不可忽视,液体产品相对来说工艺难度已经是低而又低,但如果忽视一些无聊的溶解条件,加入顺序,稀释方法,同样会导致终产品的质量失去控制,甚至完全无法使用。
我们一个一个地来解决这些问题。
首先,如何弄清楚市面上这些墨水的处方组成呢?
因为书写墨水历史悠久,很多技术和配方已经是成熟使用多年、没有太多创新空间的现有技术,内行人尽皆知,对我这样的外行却是难以查询。
所以我首先从两个方面入手,一是书写墨水相关的专利,尤其是现存墨水大厂以往的相关专利,最好是权利要求书保护了产品组成的,这样往往能在权利要求书和专利说明书中对成熟的墨水制造工艺和常见处方窥知一二。二是历史文献,在浩如烟海的中华文明中,民国时代至建国初期的文献尤为具体地陈述了当时技术条件下,对鞣酸铁墨水各种配方、工艺、质量管理体系的研究和探索,对国外产品和国内落后化学工业条件下如何生产出合格产品做出了很多思考,并且相对现今的许多文献更为注重实用,更加言无不尽。
在以上两个方向的文献检索中,我也对救亡图存的民国人和奋发自强的新中国人有了一些新的认识。这是题外话。
具体的文献检索过程不再赘述,简单陈列一下检索结果。
首先,鞣酸铁墨水的处方核心是鞣酸(单宁酸)和铁(亚铁离子),而较单用鞣酸而言,鞣酸与没食子酸合用则性能(耐水,耐光)更佳,而铁离子由硫酸亚铁提供,可以比氯化亚铁拥有更好的稳定性,久贮不易沉淀,故优选鞣酸与没食子酸结合硫酸亚铁配方。
其次,鞣酸亚铁墨水的性能与墨水中的酸与铁的量密不可分,酸较铁过量一方面久贮不易氧化,有利于稳定性,另一方面则写在纸上字迹氧化变慢,同时对活泼金属笔尖的腐蚀性可能增加,铁过量一方面墨水久贮易生沉淀,另一方面书写后易于变黑,但字迹日后可能会明显发黄。
第三,强酸的选用。强酸对墨水稳定性有非常明显的增强作用,但并不是所有配方中都加入有强酸,也有用草酸,酒石酸,甚至完全用没食子酸制备铁胆墨水的。
第四,防腐剂。由于鞣酸与没食子酸中含有有机杂质,虽有强酸,久置也可能发霉,传统配方中使用苯酚作为防腐剂,效果很好。也有用水杨酸的,溶解度低,防霉效果逊于苯酚。也有现代墨水用1,2-苯并异噻唑啉-3-酮的。
第五,其他助剂,如润湿剂,乙二醇、丙三醇等,也有用2,5-二甲基-2,5-己二醇的,表面活性剂,如二丁基萘磺酸钠,烷基苯磺酸钠。一般用阴离子表面活性剂,次选非离子表面活性剂,有的墨水还会使用乙醇,起到润湿,助流,加快干燥的作用。
说到这里还没有提到染料的存在。是的,几百年以来鞣酸铁墨水中其实是并没有添加染料的。如图所示。
这些配方初写较浅,甚至有的墨水制造者会先预氧化一部分以加深颜色。随着化工技术的发展,到了民国时期,墨水已经有种类丰富的染料可供选择了。其中较为主流的选项是苯胺蓝/甲基蓝,也叫酸性墨水蓝。