无碳复写纸的复写原理是什么?

第一次发现有这种复写纸的时候觉得很神奇,就做了一个实验:把两张纸分开,分别加入白纸,复写功能就没有了。
假设把两张复写纸分为A、B。
不管是A和白纸,还是白纸和B都…

第一次发现有这种复写纸的时候觉得很神奇,就做了一个实验:把两张纸分开,分别加入白纸,复写功能就没有了。

假设把两张复写纸分为A、B。

不管是A和白纸,还是白纸和B都是无法复写的。

但是A、B似乎隔着一层白纸还是能写出字。(具体有木有尝试我也忘记了。)


上层纸背面涂力敏色素油的微胶囊,下层纸正面涂显色剂

你一用力,上层的胶囊破了,与下层显色,颜色就出来了。

单独压上层,没法显色,单独压下层,没有色素。中间隔着一张纸,未必能写出来,除非三层无碳复写纸,在这两层中间多出来一层正面是显色剂背面是力敏色素油的微胶囊的纸。

实在忍不住要贴出这张图:



(图片作者:Юкатан;图片遵循CC BY-SA 3.0)



以上图为例。第一张纸的背面涂有微胶囊,第二张纸的正面涂有显色剂。书写时,笔尖的压力使微胶囊破裂,微胶囊中的染料前体与显色剂接触显色,从而达到复写效果。



但是A、B似乎隔着一层白纸还是能写出字。(具体有木有尝试我也忘记了。)
从原理上看,如果隔着普通白纸是不能写出字的。另外,亲测无效。



希望知道这种纸的化学成分,——应该没有涉及商业机密吧!
无碳复写纸作为第一种化学型压敏记录纸,是1954年由美国 NCR(National Cash Register)公司的Lowell Schleicher和Barry Green发明的。



无碳复写纸背面的微胶囊。早期的微胶囊,是通过在含染料前体的有机微乳液滴表面沉淀水溶性聚合物(如明胶、阿拉伯树胶和酯化纤维素)制备的。沉淀过程通过pH和温度调控。[1] 微胶囊直接约3~8 μm(大小取决于微乳液滴的尺寸)。目前的微胶囊,是通过两相界面间的有机聚合制备的(不再是前述的高分子交联沉淀的机制),这种制备方法更可控。常见的微胶囊的「膜」有聚脲、聚酰胺、酚醛树脂等等。[1]



微胶囊中的染料前体。之所以称为「前体」,是因为它必须是无色的,且必须在特定条件下变成有色的染料。常见的无碳复写纸可选择的字迹颜色有黑、蓝、橙、绿、红、紫等,相应地,其所需的染料前体也是不一样的。

这些染料前体的显色都是pH调控的。如首个被使用的染色前体:结晶紫内酯(crystal violet lactone, CVL),在酸性条件,中心碳的杂化模式从sp3转变为sp2,整个分子结构转变为平面芳香结构,其电子激发态从紫外光区转到为可见光区,即从无色变为有色。





无碳复写纸正面的「显色层」(Reactive Layer),或者叫活性层。显色层的活性成分是显色剂。常见的显色剂可分为三类:粘土型(成分如[(Mg_{3-z} Li_{z} )(Si_{4-u} Al_{u})O_{10}(OH)_{2}]M_{z+u}^{+} [2])、有机型(如酚醛树脂)、芳香族羧酸金属盐(如水杨酸锌)。这些显色剂都是作为质子给予体





虽然无碳复写纸的原理对懂点化学的人来说是相当浅显的,但是实际的制作则会遇到各种各样的问题。搞科研的真心伤不起~

配方和工艺自然是商业机密,就算知道也不能告诉你。



本文部分内容编译自:Mary Anne White. Journal of Chemical Education 1998 75 (9), 1119

[1] Stadelhofer, J. W.; Zellerhoff, R. B. Chem. Ind. (London) 1989, No. 7, 208.

[2] Grim, R. E.; Güven, N. Bentonites; Elsevier: Amsterdam, 1978

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