Μελάνια γραφής

Χημεία των μελανιών

Υπάρχουν πιθανώς τόσοι διαφορετικοί ορισμοί τού μελανιού όσοι και τύποι. Ίσως η πιο απλή περιγραφή είναι ότι το μελάνι είναι ένα υγρό ή ημίρρευστο υλικό που χρησιμοποιείται για γραφή, εκτύπωση ή σχέδιο. Οι χημικοί το βλέπουν ως ένα κολλοειδές σύστημα λεπτών σωματιδίων χρωστικής ουσίας διεσπαρμένα σ΄ έναν διαλύτη. Η χρωστική μπορεί να είναι χρωματισμένη ή όχι, και ο διαλύτης μπορεί να είναι υδατώδης  ή οργανικός.

Τα πρώτα μαύρα μελάνια γραφής, που εμφανίστηκαν πριν από το 2500 π.Χ., ήταν εναιωρήματα άνθρακα (καπνιά, φούμο, αιθάλη) συνήθως μαύρου χρώματος, σε νερό σταθεροποιημένο με φυσικό κόμμι ή υλικά όπως λευκωματίνη (αλβουμίνη, ασπράδι) αυγού. Οι σύγχρονες συνθέσεις μελανιού είναι πολύ πιο περίπλοκες. Εκτός από τη χρωστική, περιέχουν πολλά άλλα συστατικά σε ποικίλα ποσοστά.

Κοινώς γνωστά ως «μέσα μεταφοράς», αυτά τα πρόσθετα συστατικά περιλαμβάνουν τροποποιητές της οξύτητας (pH), υγροσκοπικά για την επιβράδυνση του πρόωρου στεγνώματος, πολυμερικές ρητίνες που προσδίδουν συνδετικές και συναφείς ιδιότητες, αντιαφριστικούς παράγοντες για τον έλεγχο του αφρίσματος, υγραντικούς παράγοντες όπως επιφανειοδραστικές (τασιενεργές) ουσίες για τον έλεγχο των επιφανειακών ιδιοτήτων, βιοκτόνα που αναστέλλουν την ανάπτυξη μυκήτων και βακτηρίων που οδηγούν σε εναπόθεση αλάτων και παχυντές ή τροποποιητές ρεολογίας για τον έλεγχο της εφαρμογής του μελανιού.

Πάνω από το 90% των μελανιών είναι μελάνια εκτύπωσης, στα οποία το χρώμα προσδίδεται από χρωστικές ουσίες (pigments) και όχι από τις βαφές (dyes) που χρησιμοποιούνται στα μελάνια γραφής. Οι χρωστικές είναι αδιάλυτες, ενώ οι βαφές είναι διαλυτές, παρότι μερικές φορές αυτοί οι όροι χρησιμοποιούνται εναλλάξιμα στην βιβλιογραφία. Οι χρωστικές μελανιού είναι και ανόργανες και οργανικές. Τα περισσότερα κόκκινα μελάνια γραφής είναι ένα αραιό διάλυμα της κόκκινης χρωστικής εωσίνης (ηωσίνης). Το μπλε χρώμα μπορεί να ληφθεί με υποκατάστατα βαφών τριφαινυλομεθανίου. Πολλά μελάνια μόνιμης (permanent) γραφής περιέχουν θειικό σίδηρο, γάλλιο, ταννικά οξέα καθώς και βαφές. Το μελάνι ballpoint (στυλό διαρκείας) είναι συνήθως μια πάστα που περιέχει 40 έως 50% βαφή.

Τα περισσότερα λευκά μελάνια περιέχουν διοξείδιο του τιτανίου ως χρωστική ουσία, καθώς και ρουτίλιο (ορυκτό του τιτανίου) και ανατάση (anatase) σε τετραγωνική κρυσταλλική μορφή. Ωστόσο, οι αυξανόμενες ανησυχίες για τη γνωστή τοξικότητα των βαρέων μετάλλων έχουν οδηγήσει στην αντικατάσταση πολλών ανόργανων χρωστικών όπως το κίτρινο του χρωμίου, το πορτοκαλί του μολυβδαινίου και το κόκκινο του καδμίου με οργανικές χρωστικές, οι οποίες προσφέρουν μεγαλύτερη αντοχή στο φως και μειωμένη τοξικότητα. Επιπλέον, το μαύρο του άνθρακα αντικαθιστά πλέον αυτά του σπινελίου, του ρουτιλίου και του σιδήρου σχεδόν σε όλα τα μαύρα μελάνια. Στην πραγματικότητα, η βιομηχανία μελάνης είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος καταναλωτής άνθρακα.

Άλλα ανόργανα υλικά όπως ο άργιλος χρησιμεύουν ως πληρωτικά ή αραιωτικά, τα οποία μειώνουν κυρίως το κόστος των χρωστικών, αν και ορισμένα βελτιώνουν επίσης τις ιδιότητες του μελανιού. Μεταλλικές χρωστικές ουσίες όπως κονιοποιημένο αλουμίνιο και σκόνη κράματος χαλκού-ψευδάργυρου (χρυσός μπρούτζος) χρησιμοποιούνται σε νέα μελάνια ασημιού και χρυσού. Διάφορες ανόργανες χρωστικές παρέχουν φωταύγεια και περλέ εμφάνιση.

Οι αλλαγές στη χημεία του μελανιού κατά τη διάρκεια των ετών, αντικατοπτρίζουν στενά τις εξελίξεις στα όργανα γραφής για την εφαρμογή του μελανιού. Το στυλό, ο μαρκαδόρος με τσόχινη μύτη και το στυλό με συνθετικές ίνες οδήγησαν σε μελάνια που περιέχουν διαλύματα χρωστικών σε νερό ή οργανικούς διαλύτες όπως προπυλενογλυκόλη, προπυλική αλκοόλη, τολουόλιο ή γλυκοαιθέρες. Προστίθενται επίσης άλλα συστατικά όπως ρητίνες, συντηρητικά και διαβρεκτικοί παράγοντες. _pen-store

Πηγή: https://www.chemistryworld.com/news/ink-chemistry/3002158.article (ανάκτηση 07/06/2024)

Rhodia

Ιστορικά στοιχεία

Αφήγημα του Didier Verilhac απόγονου ενός από τους ιδρυτές και σημερινός υπάλληλος της Rhodia, από την επίσημη ιστοσελίδα της εταιρείας και διαδικτυακή έρευνα.

Γύρω στο 1880, ο Samuel και ο Jean-Abel Verilhac ζούσαν στη Λυών και ήταν χονδρέμποροι χαρτιού για εκτυπωτικές μηχανές, ωστόσο εκείνη την εποχή δεν είχε αναπτυχθεί σύστημα άμεσης διανομής στα τυπογραφεία με αποτέλεσμα η εταιρεία τους να εμπορεύεται το προϊόν της στη νότια Γαλλία καθώς και στις γαλλικές αποικίες τής Βόρειας Αφρικής.

Ο Jean-Abel είχε τρεις γιους· ο μεγαλύτερος πέθανε στον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο, ο δεύτερος και ο τρίτος δημιούργησαν την εταιρεία Verilhac Brothers Paper-Maker το 1932 στη Λυών. Κατασκεύαζαν διάφορα προϊόντα από χαρτί και απασχολούσαν 50 εργάτες. Ο ένας είχε σπουδάσει μηχανικός και ο άλλος ήταν πολύ ικανός έμπορος. Ο συνδυασμός, αφενός τού σχεδιασμού καινοτόμων όσο και πρακτικών προϊόντων και αφετέρου τής πολυετούς εμπειρίας στην προώθηση και τις πωλήσεις αποδείχθηκε ιδιαίτερα επιτυχής.

Στον παρακείμενος ποταμό Ροδανό (Rhône -βλ.λατινικη ρίζα Rhodanus) οφείλεται η επονομασία τόσο τόσο όποιων κατάγονταν από την ευρύτερη περιοχή εκείνη την εποχή (Rhodaniens) όσο και το όνομα των πασίγνωστων σήμερα προϊόντων Rhodia. Το πρώτο μπλοκ χαρτιού Rhodia κατασκευάστηκε εκεί το 1934. Από τότε χρονολογείται και το χαρακτηριστικό μέχρι σήμερα πορτοκαλί εξώφυλλο. Μέσα στην ίδια χρονιά τα δύο αδέρφια Henri και Robert Verilhac αγόρασαν ένα εγκαταλελειμμένο εργοστάσιο κατασκευής όπλων και μετέφεραν την παραγωγή από τη Λυών στην κοινότητα Sechilienne στον δρόμο προς την Grenoble (Γκρενόμπλ) και τις γαλλικές Άλπεις.

Τα δυο έλατα (είδους ερυθρελάτηepicaeas) στον λογότυπο τής εταιρείας αν παρατηρηθούν δεν είναι πανομοιότυπα και αντιπροσωπεύουν τους αδελφούς Verilhac, την ένωση, τους ισχυρούς δεσμούς τους, την μακροβιότητα της συνεργασίας και όλα τα καλά που συνεπάγονται -λέγεται δε (στην οικογενειακή τους ιστορία) ότι σχεδιάστηκε από τη Marie-Antonia, σύζυγο του ενός, στο τραπέζι της κουζίνας τους. 

Το 1977 η εταιρεία αγοράστηκε από την οικογενειακή επιχείρηση πολλών γενεών Clairefontaine -χρονολογείται από την ίδρυση των πρώτων χαρτοβιομηχανιών τον 16ο αι.- και η παραγωγή μεταφέρθηκε στη Mulhouse (Μυλούζ, Μυλούζη) στην γαλλική Αλσατία. Στο νέο εμπορικό σχήμα παρέμειναν αρκετά στελέχη της εταιρείας. _pen-store

Στυλό διαρκείας (ballpen)

Η εμφάνιση του πρώτου στυλό διαρκείας (ball pen) με κριτήριο την πρώτη κατοχύρωση ευρεσιτεχνίας στις 30 Οκτωβρίου 1888, ανήκει στον Αμερικανό John Jacob Loud. Ωστόσο, η εφεύρεση δεν κυκλοφόρησε στο εμπόριο εξαιτίας τής τραχιάς συμπεριφοράς τής ενσωματωμένης χαλύβδινης μπίλιας πάνω σε κοινό χαρτί (ωστόσο προοριζόταν για δέρματα ή άλλα σκληρά υλικά) με αποτέλεσμα το περιορισμένο βιομηχανικό ενδιαφέρον και τη λήξη τής πατέντας. H προσπάθεια ευοδώθηκε λίγα χρόνια αργότερα με τον ουγγρο-αργεντινό Ladislao José Biro στο Παρίσι το 1938, είκοσι δύο χρόνια μετά τον θάνατο του Loud. Ο δρόμος για την σύγχρονη περίοδο τού στυλό διαρκείας ανοίγει το 1945 με την αγορά τής πατέντας τού Biro από τον ιταλικής καταγωγής, Γάλλο κατασκευαστή Marcel Bich, συνιδρυτή τής πασίγνωστης σήμερα εταιρείας BIC._pen-store

Ball pen, Roller, Gel, Hybrid (easy flow)

Τύποι μελανιών, διαφορές και ομοιότητες

Το μελάνι των στυλό διαρκείας (ballpens) είναι παχύρρευστο και λασπώδες μείγμα χρωστικών ουσιών, διαλυτών και λιπαρών οξέων. Πλεονεκτεί στο ότι γράφει σχεδόν σε όλες τις επιφάνειες, συμπεριλαμβανομένων των γυαλιστερών, στη μεγάλη διάρκεια ζωής τού ανταλλακτικού που το περιέχει (συνήθως μετριέται σε χιλιόμετρα) και στο ότι αποδίδει καλύτερα σε χαμηλού κόστους χαρτιά, όπου π.χ. το μελάνι ενός roller, θα διαχεόταν πέρα από το αποτύπωμα της μύτης του.

Στον αντίποδα έχουμε κάπως σφιχτή αλλά σχετικά ομαλή γραφή, μεγαλύτερους χρόνους στεγνώματος, μικρότερη χρωματική ένταση, περιορισμένη απόδοση τού χρωματικού φάσματος, σε σχέση με τα υπόλοιπα είδη και μεγαλύτερη δυσκολία στην απομάκρυνση τυχόν ανεπιθύμητων λεκέδων ή διαρροής του στο εσωτερικό μέρος τού στυλογράφου.

Μπορεί να εγχυθεί σε περιέκτες (ανταλλακτικά) υπό πίεση (pressurized), κάτι που τού δίνει ορισμένες μοναδικές δυνατότητες, όπως να γράφει ανάποδα, σε υγρές και λιπαρές επιφάνειες, κάτω από το νερό, σε τεράστιο εύρος θερμοκρασίας, αλλά και σε περιβάλλοντα μηδενικής βαρύτητας.

Πέρα από την αίσθηση τής κάπως “βαριάς” γραφής (σαν να τραβάς ο ίδιος το μελάνι έξω τρίβοντας το πάνω στο χαρτί), δίνει επίσης την εντύπωση ότι το μελάνι “κάθεται” πάνω στην επιφάνεια τού χαρτιού και δεν απορροφιέται ή τουλάχιστον, το κάνει αργότερα και λιγότερο από άλλα είδη. Σε αυτό οφείλεται η εμφανής διαφορά στα χιλιοστά τού αποτυπώματος που αφήνει ένα στυλό διαρκείας π.χ. 0,7 mm και ένα αντίστοιχο roller ή gel -στα οποία φαίνεται παχύτερο.

Από την εμφάνιση των πρώτων υδατοδιαλυτών μελανιών το 1963, άρχισαν  να παράγονται στυλό rolller που είχαν συνολικά καλύτερη συμπεριφορά από αυτά που χρησιμοποιούσαν μελάνια με βάση το λάδι. Η σφαιρική μεταλλική μπίλια που μεταφέρει το μελάνι των ballpen στο χαρτί είναι παρούσα και εδώ, όπως και στα gel ή τα hybrid (υβριδικά). Αυτό επιφέρει μια σύγχυση στο ευρύ καταναλωτικό κοινό που δεν έχει κατανοήσει πλήρως ότι η διαφορά γραφής δεν οφείλεται τόσο στη μπίλια όσο στο μελάνι που περιέχει το εκάστοτε ανταλλακτικό.

Το μικροσκοπικό αυτό σφαιρίδιο κατασκευαζόταν αρχικά από διάφορα μέταλλα όπως ατσάλι, βολφράμιο κ.α. Σταδιακά και με βάση πάντα την ανάγκη για καλύτερη γραφή, κατασκευάστηκαν κεραμικές μπίλιες (ceramic ball) σκληρές σαν διαμάντι και χωρίς να οξειδώνονται, προσφέροντας ιδιαίτερα ομαλή και μαλακή γραφή. Τα ανταλλακτικά στυλό roller, όπως και όλα τα άλλα, είναι ευαίσθητα στις κάθετες πτώσεις ή απότομα, δυνατά χτυπήματα στο χαρτί, καθώς η μπίλια τους μπορεί να χάσει την ακριβή της θέση και μετά να μην μπορεί να αποδώσει σύμφωνα με τις προδιαγραφές τους.

Η υδατοδιαλυτή βαφή προσφέρει δυνατότητα παραγωγής μεγάλης ποικιλίας αποχρώσεων αν και τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα των roller είναι η λιγότερη δύναμη που ασκείται με το χέρι για να γράψουν, η απαλή αίσθηση και η αυξημένη ταχύτητα γραφής που επιτρέπουν. Λιγότερες μουτζούρες σε κοινό χαρτί και εντονότερα χρώματα σε σχέση με τα ballpens. Στον αντίποδα έχουμε μικρότερη διάρκεια ζωής των ανταλλακτικών, την ανάγκη να παραμένουν κλειστά στο σώμα του περιέκτη τους (όχι εκτεθειμένα στον αέρα χωρίς κάποιο καπάκι,) και τη σαφή προτίμησή τους σε ματ ή τραχιά (όχι επιστρωμένα) χαρτιά. Η ευκολότερη απορρόφηση τού μελανιού από το κοινό χαρτί (σε σχέση με τα ballpens) έχει κάποιες φορές ως αποτέλεσμα την εξάπλωση στις ίνες του πέρα από το αρχικό ίχνος (feathering) κάτι το οποίο φανερώνει άλλωστε και την άμεση σχέση της ποιότητας του μέσου με οποιοδήποτε όργανο γραφής.

Αναφορικά με τον χρόνο στεγνώματος τού μελανιού μέσα στον περιέκτη του, τα ανταλλακτικά που είναι γνωστά ως capless rollerballs προσφέρουν τη δυνατότητα να παραμένουν χωρίς προστασία από τον αέρα περισσότερο, αλλά με περιορισμό τον ένα χρόνο περίπου.

Σαν υποκατηγορία των roller (με παρεμφερή προτερήματα και μειονεκτήματα) βρίσκονται τα επίσης πολύ διαδεδομένα gel. Σε σύγκριση με τα άλλα μελάνια, το gel είναι μείγμα αδιάλυτων χρωστικών ουσιών σε μεγαλύτερη αναλογία (συγκριτικά με το μέσο που τις περιέχει) και γέλης που αποτελείται από νερό και βιοπολυμερή, καθιστώντας τα πιο πυκνόρευστα (ιξώδη). Οι χρωστικές είναι αδιαφανείς και τα στυλό gel είναι διαθέσιμα πλέον σε πολλά, διαφορετικά έως και διασκεδαστικά είδη χρωμάτων. Συγκρίνοντας roller και gel το δεύτερο εμφανίζει παρόμοια συμπεριφορά, απαλή αίσθηση, συνεχόμενη ροή, μεγαλύτερη ζωντάνια στο χρώμα που αποδίδει και παρόμοια διάρκεια ζωής. Επίσης, είναι προτιμότερο να παραμένει κλειστό, λόγω μεγάλης περιεκτικότητας της γέλης σε νερό, χωρίς ωστόσο να δείχνει να επηρεάζεται τόσο άμεσα όσο τα roller

Το χάσμα μεταξύ ball pen και roller ή gel μικραίνει κάπως με τα hybrid μελάνια που φέρουν αρκετά στυλό τής σύγχρονης εποχής. Καθώς δεν υπάρχει τυποποίηση που να καθορίζει τη σύσταση ενός μελανιού hybrid -απόκειται στους κατασκευαστές- αποδεχόμαστε ότι πρόκειται για ανάμειξη μελανιού με βάση το λάδι και υδατοδιαλυτού. Στην πράξη, πρόκειται για στυλό διαρκείας που δίνει την αίσθηση ότι γράφει γρηγορότερα (από τα τυπικά διαρκείας,) αβίαστα και μπορεί να αποδώσει έντονα χρώματα, με μόνο περιορισμό την απαλότερη αίσθηση τριβής των roller και gel.  Η απορρόφηση τού μελανιού από το χαρτί δείχνει τα σημάδια αντίστασης τού τυπικού ballpen οπότε χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να αποφευχθούν λερώματα και κατά συνέπεια ενδεχομένως να μην ταιριάζει απόλυτα με επιστρωμένα χαρτιά υψηλού κόστους._pen-store