(完整版)墨水化学概述

第1章墨水化学概述

1.1墨水的概念与分类

1.1.1 墨水的概念

只要提到墨水，一般人首先想到的是钢笔墨水，甚至有人把墨水的概念完全局限于钢笔墨水，这就有点坐井观天了。实际上墨水的含义广泛的多，从组成上看，墨水是一类含有颜料或染料的液体，此外还含有各种助剂；从功能上讲，用来书写文字、绘制图案、标记符号或印刷材料的一切液体都可以称为墨水。在生活领域，墨水是人们在一切社会活动中所必须的功能材料之一，在人类文明的发展史上留下了不可磨灭的印迹[1]。

我国有时把溶剂为水性的、粘度较小的墨水类产品称为墨水，溶剂为有机溶剂的、粘度较大的墨水类产称为油墨。但也并不是如此严格，如以水为溶剂的印刷墨水有人也称为油墨，而以有机溶剂为溶剂的彩色墨水也称为墨水。实际上墨水和油墨都属于墨水类产品，并没有严格的界限。在英文中，墨水和油墨统称为Ink（墨水）。《中国制笔》1997年第4期的“制笔技术词典——书写材料”中写到[2]：“Ink是各种颜色的液体或糊状物，通常多为黑色或深蓝色，用于书写和印刷，由一种或几种染料或颜料溶解或扩散在液体介质而成。”

新型墨水类产品是典型的精细化学品或专用化学品，产品更新快，附加值高，技术秘密性强。在日本，将具有专门功能，研究、开发、应用技术密度高，配方技术能左右产品性能，批量小、品种多、附加值高的化工产品叫精细化学品，现代墨水就是这样一种精细化学品。欧美国家则把日本所称的精细化学品再分为精细化学品和专用化学品，销售量小的化学型产品称为精细化学品，它们一般成分单一，可用化学式表示，如颜料、染料、试剂等；销售量小的功能型产品称为专用化学品，它们常常是若干化学品组成的复合物，为最终使用的产品，制造方法各厂家互不相同，产品有差别，生产生命期短，产品更新快，附加值更高，技术秘密性强，如涂料、胶粘剂、催化剂等。现代高科技的墨水产品如中性笔墨水、光敏水解墨水、绘图墨水、中油笔墨水、喷墨打印墨水、电子墨水、导电墨水等都是典型的专用化学品。1.1.2 墨水的种类

墨水的种类很多，可以从不同的角度对其进行分类。从使用功能上可分为书写墨水、印刷墨水、电子墨水、导电墨水等；从色料的来源上可分为天然墨水和现代合成墨水；从着色材料的性能上可分为颜料型墨水和染料型墨水；从溶剂性能可分为水性墨水和溶剂型墨水。在书写墨水领域，根据色调分为黑、红、蓝、绿四大主色系，此外还有其它颜色，一般无味、无毒、无害。根据笔的种类又分为自来水笔墨水、圆珠笔墨水、记号笔墨水、白板笔墨水、签字笔墨水、水性液粉笔墨水、光敏水解笔墨水等。

自来水笔墨水主要有纯蓝墨水、蓝黑墨水、黑墨水、红墨水、碳素墨水和绘图墨水等。圆珠笔墨水从溶剂性能上分为水性圆珠笔墨水、油性圆珠笔墨水、中性圆珠笔墨水和中油性圆珠笔墨水等；从颜色上又有黑色、蓝色、红色、绿色等颜色。中性圆珠笔墨水从光泽上还有珠光、闪光、荧光等各个品种；从气味上有葡萄香、哈密瓜香、薄荷香、柠檬香、蓝莓香等香型。记号笔墨水的色谱更为齐全，有12色、24色、48色等色型。印刷墨水领域也有许多种类，本书主要对书写墨水进行讨论。

1.2墨水的产生和发展

墨水的起源，可以追溯到新石器时代使用的天然墨。1980年，陕西临潼姜寨村仰韶文化墓葬中出土了一套完整的绘画工具，有石砚、研石、水盂和黑红色氧化铁矿石。使用时用研石压住黑红色氧化铁矿石在砚上兑水研磨成墨水来使用。

人工墨的最早文献记载是《尚书》，《尚书·伊训》中提到：“臣下不匡，其刑墨”；《礼记·玉藻》篇中说：“史定墨······扬火以作龟，致其墨。”这里都提到了墨，并有着不同的用途，说明人工墨的起源，始于甲骨文时期，即我国的商代。1937年，美国化学家曾对甲骨上书写的红字和黑字的颜料作了微量化学分析，结果表明文字颜料的红色材料是朱砂，黑色材料是碳素单质，即我们现在制墨的原料，并将其记录在《工业及工程化学》（分析版）上。化验还证实朱砂和墨创始于殷代，即在公元前十二世纪以前，它们已用于书写甲骨文字。

在古代，为了携带方便，一般把墨模制成棒状，让它自然风干而成墨锭，需用时加水在砚中研磨成墨汁，后来又出现了商品墨汁，它们都属于书写墨水的范畴，在英文中称为中国墨水(China Ink)。墨锭和墨汁的着色材料都是碳黑，属于颜料型色素，碳黑的原料取自松烟、油烟，颗粒极细。古人不仅学会了制备微小的颜料粒子，而且学会了利用植物胶、动物胶等对颜料进行分散和稳定化，可以说这是人类最古老的碳素墨水，也可以说是人类历史上应用最古老的书写材料。

染料型墨水的出现晚于颜料型墨水，最早可以追述到公元前1200年的古埃及[3]，当初是用植物的各种颜色汁液和悬浮液作为书写用墨水，其中有茜素、靛蓝、浆果、胭脂和乌贼的墨汁等。当时，埃及人从浆果、植物和矿物中提取天然染料制成黑水，笔杆是采用埃及和波斯湾一带所产的芦苇管，经过一些简单工艺制作而成的，也称芦管笔，这种书写材料仅适宜书写结构简单的文字。公元400年左右，许多文明社会发明了性能更加稳定的墨水，它是用铁盐、橡树树瘿和阿拉伯树胶混合而成，这一基本配方使用了几个世纪。

鞣酸铁墨水是中世纪西方国家主要使用的墨水，起初这种墨水使用的是兽皮中的鞣酸，故称鞣酸铁墨水；后来发现没食子也可以被应用，又制出了没食子墨水。西方国家的大多数旧式文件都使用了没食子墨水，在美国革命时期，由于供不应求，又出现了其它一些墨水，如在Albanny.NY地区出现的紫红色月桂墨水[4]。

1848年苏木素墨水开始投放市场，并开始流行，这是因为苏木可以产生鞣酸。1856年出现了淡紫色的苯胺墨水，苯胺由煤焦油制得，1867年水溶性苯胺墨水被大量生产。1870年德国科研人员通过对天然没食子酸铁墨水进行研究，提出了新配方，随后便在全世界广泛使用。19世纪后期到20世纪，还出现了一些墨水，如快干墨水、新型超铬墨水等。19世纪末期又出现了一些由合成色料制成的墨水，如淡红的曙光墨水、黑色的硫化苯胺墨水、含有茜草色素蓝和苯胺在内的茜草素墨水等。目前，上述墨水的使用成为过眼烟云，已被性能更好的墨水所淘汰。

圆珠笔（ballpen）中最初使用的是能迅速变干的印刷油墨，由于油墨的质量不过关，书写时经常弄得一手油污，产品严重滞销。1944年美国永利公司的老板雷诺请加里福尼亚的化学工程师费兰茨基对油墨进行了改良，加入乙醇等化学物质使它完全克服了原来的缺点，很快生产出第一批笔。由于这种笔的顶端有一个金属小球，所以雷诺命名它为“ballpen”，意为球笔，后来大家叫它圆珠笔。第二次世界大战后，圆珠笔迅速在全球被使用开来。

二十世纪以来，随着材料科学的发展，书写墨水、印刷墨水，书写工具、印刷设备等都有了快速的发展，其具有的功能特性和使用材料的环保理念，使书写材料进入了一个崭新的阶段，和过去的墨水相比其科技含量已不可同日而语。