Люди пользуются чернилами уже как минимум 7 тысяч лет, и в течение всего это времени они постоянно экспериментировали с их составом, чтобы сделать их более яркими и стойкими. Какие любопытные рецепты чернил описывал Плиний-старший? Почему шрифт на гутенберговских книгах такой четкий и яркий? С какими сложностями столкнулись производители печатных машинок и современных принтеров?
Древность и Средние века. Все натуральное
Люди пользуются чернилами уже как минимум 7 тысяч лет, а может, и больше. К числу первых сообществ, достоверно использовавших чернила для письма, относятся древние царства Египта и Китая: там чернилами начали пользоваться уже в 4-5 тысячелетии до нашей эры.
И китайские, и египетские чернила хранили в виде твердых стиков и размешивали в воде непосредственно перед использованием. Черный цвет давала сажа (от жженого дерева или кости), красный – охра. Известны египетские рецепты: жидкую основу делали из воды с добавлением гуммиарабика (смолы акаций или вишни), растительных масел и уксуса.
У Плиния-старшего мы находим больше десятка рецептов чернил, в том числе невидимых – из сока молочая. Плиний знал и рецепт железисто-галловых чернил. В основе этого рецепта – любопытный естественный продукт, а именно дубовые галлы. Часто их называют орешками, но галлы – это не орехи, а образования на дубовых листьях, в которых растут личинки гусениц-орехотворок.
В дубовых галлах много танинов, которые в реакции с солями железа образуют окрашенные в темный цвет комплексные соли – пигмент старинных чернил. Чернильные орешки выдерживали в уксусе, а затем засыпали железными опилками, ржавчиной или железным купоросом; с некоторыми нюансами эта технология получения чернил просуществовала до XIX века.
В средней полосе России дубовые орешки достать труднее, чем в Европе, поэтому железистые чернила часто делали на основе других богатых танинами продуктов – в основном дубовой или ольховой коры. Использовались и чернила, по древнему рецепту замешанные на воде, с сажей и камедью.
Составители берестяных новгородских грамот почти не пользовались чернилами – они просто царапали на бересте металлическим писалом. Археологи нашли всего несколько, предположительно, чернильных грамот; анализ показал, что на них писали сажевыми чернилами (но это неточно).
Начало книгопечатания. Чернила Гутенберга
Первый книгопечатник Иоганн Гутенберг изобрел не только печатный станок, но и чернила для него – и к задаче, судя по всему, подошел так же, как подошел бы современный химик-технолог. Гутенберг определил свойства нужных чернил: они должны были быть достаточно густыми и вязкими, чтобы не стекать с металлических литер.
Для этого подходили саженные краски на масляной основе, которые в начале XV века уже использовали граверы. Чернила Гутенберга в целом повторяли состав краски для гравюр. Черный пигмент в таких чернилах – это графит; под микроскопом можно увидеть его крупные блестящие частички.
Но четкость и яркость текста гутенберговских книг объясняются не только качеством пигмента. Как показал проведенный в восьмидесятые годы анализ, первопечатник добавлял в свой состав соединения олова и меди – вероятно, именно они сделали шрифт четче, долговечнее и ярче.
XV-XVII века. Развитие чернильной промышленности
Следом за Гутенбергом печатники начали экспериментировать с составом чернил, и к XVII-XVIII векам их производство превратилось в развитый и широко описанный раздел химической технологии. В чернилах использовались растительные масла (льняное, ореховое и другие) и канифоль (выделенное из смолы хвойных вещество). Типографы много экспериментировали с присадками: так, добавление скипидара в масло оказалось хорошим способом повысить клейкость чернил, а мыло помогало чернилам отставать от металлических литер.
В общих чертах процесс приготовления чернил выглядел так: в металлический котел наливали масло и долго грели его на огне – до тех пор, пока масло не становилось липким. Затем в горячее или охлажденное масло добавляли присадки. Так получалась масляная основа. Пигмент готовили отдельно. Черноту давала сажа, жженое дерево и кость; чернила других цветов получали, добавляя к основе минеральные и органические красители.
Самым популярным красным пигментом был кармин – краситель, который получали, обрабатывая массу кошенильного червеца. Оттенки оранжевого давала сиена – природный минеральный краситель, состоящий в основном из оксидов железа. За синий цвет отвечал краситель индиго, который до XIX века получали из растительного сырья, а позднее – берлинская лазурь, полученная в XVIII веке немецкими химиками. Сложные цвета получали, смешивая красители – так, смесь кошенили и берлинской лазури давала фиолетовый.
Технологии чернильного производства Нового времени касались только типографских красок; документы по-прежнему писали железистыми или сажевыми чернилами. Однако знания и технологии, накопленные типографами, пригодились в XIX и даже XX веке – для создания чернил для новых печатных устройств.
XIX век. Первая синтетика
В XIX веке в производстве красителей произошла технологическая революция. На основе выделенного из каменного угля вещества анилина химики научились делать красители, не уступавшие в яркости натуральным – они получили общее название анилиновых. Вы наверняка знакомы по крайней мере с одним из них – бриллиантовым зеленым, а в быту – просто зеленкой. Врачам и биологам хорошо знаком другой анилиновый краситель, метиловый фиолетовый – с его помощью исследуют бактерии.
В 1848 году академик Зинин нашел способ получения анилина, пригодный для промышленного использования; вскоре анилиновые краски захватили рынок. Яркие, а главное – дешевые красители вытеснили дорогую кошениль, индиго и другие естественные пигменты. Революция затронула и чернильную индустрию.
У анилиновых чернил были и достоинства, и недостатки. Они были дешевы, выпускались в широком ассортименте цветов, легко стекали с пера, в отличие от кислых железистых чернил не вызывали коррозии пера и хорошо хранились в упаковке.
Но на бумаге они вели себя не слишком хорошо: расплывались кляксами при увлажнении и быстро выцветали. Поэтому до середины прошлого столетия они конкурировали с традиционными железисто-галловыми и им подобными (в СССР, например, выпускались железистые чернила на соке коры кампешевого дерева).
XX век – век печатной машинки
Создателям печатных машинок пришлось решать задачи, схожие с теми, что стояли перед Гутенбергом и его последователями – в том числе и в вопросах композиции чернил. Или, вернее сказать, красящего напыления на ленте печатной машинки.
Напыление на лентах (сначала целлулоидных, позднее нейлоновых) должно было соответствовать ряду требований. Оно
не должно было осыпаться с ленты,
должно было легко переходить на бумагу при ударе литеры,
не должно было прилипать к литере и менять ее геометрию,
не должно было делать ленту хрупкой или разрушать ее,
должно было быстро высыхать на бумаге.
Кроме того, пигмент должен был хорошо прикрепляться к бумаге, не рассыпаться, не расплываться от влаги и подолгу сохранять цвет. Выполнение этих требований зависело от трех главных компонентов – основы, чернил и присадок.
На роль черного пигмента иногда выбирали и анилиновый краситель нигрозин, каменноугольную смолу и даже старые-добрые галловые пигменты. Но лучше всего подошли аналоги древнейшего черного пигмента – сажи. Цветные красители использовали и природные минеральные, и анилиновые.
Основа была, как правило, масляная. В ее состав входили – всегда в сложных комбинациях – глицерин, растительные масла (в частности, касторовое масло), иногда даже китовый жир. В качестве пластификаторов (присадок для повышения эластичности) использовали высокомолекулярные спирты и смеси органических фосфатов; в некоторых формулах можно было встретить соли алюминия. Вместе с глицерином они составляли защиту от высыхания: алюминиевые соли привлекали и удерживали воздушную влагу, а глицерин предотвращал испарение.
Современные чернила для принтеров: сложная задача и сложный состав
Краски для современной оргтехники устроены гораздо сложнее, чем старинные сажевые и железистые чернила, типографские краски и напыление лент печатных машинок. И требования к ним гораздо серьезнее. Чернила для струйных принтеров должны давать четкий отпечаток, быстро впитываться в бумагу, не склеивать подвижные детали принтера и не расслаиваться при хранении. Порошковые тонеры лазерных принтеров должны состоять из частиц строго определенного размера и формы, проявлять заданные магнитные свойства, легко ссыпаться с барабана, чтобы не оставлять полос, не слеживаться в картридже.
Производители не раскрывают состав своих чернил, но мы можем выделить несколько категорий веществ, которые обязательно входят в формулу.
Чернила для струйных принтеров состоят из основы пигмента и присадок. В качестве основы используется вода или другой растворитель; растворяющую способность обычно усиливают с помощью экстрагентов. За то, чтобы чернила не липли к печатающей головке, отвечает целый набор поверхностно-активных веществ; в некотором смысле их можно считать новыми, технологичными аналогами мыла, которое добавляли в типографские краски печатники Нового времени.
Для чернил, которые хранятся в герметичном картридже, очень важно постоянство состава, поэтому в формулу вводят консерванты, вещества, предотвращающие расслоение, и биоциды – для защиты от микробиологического заражения. А за качество печати отвечают регуляторы кислотности, вязкости, поверхностного натяжения и антистатики.
Тонер для лазерных принтеров представляют собой мелкодисперсные порошки из довольно сложно устроенных гранул. Ядро каждой гранулы состоит из парафина – при нагревании он плавится смазывает бумагу, чтобы та лучше проходила вдоль механизма принтера. Полимерная оболочка гранулы служит основой, на которую «садятся» полезные частицы, в том числе пигмент. Любопытно, что в качестве черного пигмента до сих пор используются аналоги сажи – графит высокого качества. Ничего более черного, стойкого и одновременно дешевого человечество пока не придумало.
Для того, чтобы переносить частицы тонера с барабана принтера на бумагу, используется магнитный механизм. Поэтому в состав тонера входят частицы оксида железа, которые сообщают ему нужные магнитные свойства. Отдельный класс компонентов, модификаторы, отвечают за постоянную температуру плавления тонера; если модификаторы в тонере не те или не в том количестве, печать будет некачественной.
Путь усложнения
Самые простые чернила можно сделать «на коленке», размешав в воде толченый уголек. Если очень постараться, то можно в домашней лаборатории повторить формулу Гутенберга или даже получить, например, берлинскую лазурь. А вот чернила для принтера приготовить самостоятельно не получится. Никто, кроме технологов фирм-производителей, не знает наверняка, что нужно смешать и в какой последовательности.
Даже совсем не кустарным, а вполне промышленным производствам бывает трудно выдать правильный продукт. Тайной формулой чернил для каждой модели принтера владеет, как правило, только производитель; у него же есть мощности для точного соблюдения технологии и контроля качества. У компаний поменьше нет ни того, ни другого. Поэтому попытки создать «совместимые» чернила или тонеры (и картриджи к ним) часто заканчиваются неудачей.
Автор: Эдуард Кацман
Источник
