Jak zrobić atrament (żelazowo-galusowy)

[Nicpon]

Zaczynam się w sobie zbierać i spisywać to co udało mi się do tej pory znaleźć odnośnie atramentów ŻG oraz samemu wyszperać.

To jest część pierwsza, traktująca o podstawach, następnie powstaną jeszcze 2-3 działy, uzupełnię zredaguję i wstawię do plików forum w postaci jednolitego pdfa. Na razie nie ma żadnych wzorów, uzupełnie je w późniejszym terminie. Sugestie i pytania mile widziane.

Witam

1. 
   Wstęp
   

Chciałbym zebrać w jednym miejscu na polskim forum jak największą ilość informacji na temat sporządzania atramentów żelazowo-galusowych nadających się do piór wiecznych (w szczególności tych ze stalowymi stalówkami), oraz ogólnie pewne porady odnośnie sporządzania różnego rodzaju atramentów.

Wydaje mi się, że pewna wiedza ulega stopniowemu zapomnieniu, to co jeszcze nasi dziadkowie lub rodzice robili odruchowo, dzisiaj powolutku staje się czarną magią. Tak jak członkowie tego forum darzą dużą empatią pióra wieczne i to co jest z nimi powiązane, nie sądzę, abyśmy mogli pominąć tak ważny aspekt jak paliwo do naszych piórek. Owszem, można polegać na atramentach kupowanych od producentów, ale gdybyśmy wszyscy tak mocno szli z duchem czasu, to już dawno pisalibyśmy jedynie Bicami.

Chciałbym z waszą pomocą stworzyć w miarę kompletny poradnik pozwalający nawet początkującym użytkownikom stworzyć odpowiadający im atrament żelazowo galusowy i praktycznie dowolny inny. Wskazane jest, aby czytelnik znał pewne podstawowe pojęcia z zakresu chemii ze szkoły podstawowej lub liceum (mol, stopień utlenienia)

1. 
   Trochę podstaw teoretycznych.
   

Atramenty żelazowo galusowe (dalej w skrócie ŻG) generalnie są atramentami pigmentowymi, tzn substancja odpowiadająca za barwę jest nierozpuszczalna i bez zniszczenia podłoża nie można jej usunąć, w przeciwieństwie do atramentów opartych na barwnikach w których wszystkie składniki można zmyć z podłoża (kwestia czasami doboru rozpuszczalnika). Nie wszystkie atramenty ŻG są takie same a ich skład ewoluował wraz z rozwojem techniki i wymaganiami konsumentów. Do początku XX w praktycznie wszystkich atramentach znajdował się pigment, nie było wyraźnych przeciwwskazań, a atramenty tego typu były łatwe do przygotowania i dosyć trwałe, nie przejmowano się ewentualnym wypadającym osadem, bo maczankę trudno zapchać. Wraz z rozpowszechnieniem się piór wiecznych oraz rozrostem szeroko pojętej biurokracji powstał popyt na dobrej jakości atrament, charakteryzujący się dobrym przepływem i brakiem osadu, podejścia do tego były różne. Generalnie producenci którzy nie posiadali odpowiedniej jakości materiałów lub nie potrafili odpowiednio przygotować atramentu zabezpieczali atrament przed powstawaniem osadu poprzez bardzo mocne jego zakwaszanie (o czym wkrótce), czego skutkiem było to że na przykład sam urząd pocztowy w stanach zjednoczonych zakupił tylko w 1932 r. ponad 5 mln stalówek – może producenci atramentu jednocześnie sprzedawali stalówki? Kto wie, w każdym razie przyczyniło się to bardzo złej opinii o tego typu atramentach jako niszczących pióra, pomimo tego że tak wcale nie musi być.

Podstawowym surowcem do produkcji atramentów ŻG jest tanina, inaczej kwas taninowy, chemicznie jest to ester kwasu galusowego, tworzy on co prawda kompleksy z jonami żelaza jednak nie posiadają one odpowiedniej trwałości. Przed wykorzystaniem należy zhydrolizować ester w celu uwolnienia kwasu galusowego i jego używać do produkcji atramentu, lub po zmieszaniu składników poczekać aż tanina zhydrolizuje i uwolni kwas.

W zależności od sposobu przygotowania atramentu na koniec dochodzimy głównie do kompleksu kwasu galusowego lub pirogallolu z jonami żelaza (III), o stosunku około 2:1. Nie są to związki o zdefiniowanej strukturze – możemy mówić o pewnym średnim składzie, można to sobie wyobrazić w ten sposób że mamy pewną ilość klocków w kształcie sześcianów i tetraedrów, wrzucamy wszystko do garnka i zdrowo tym potrząsamy. W wyniku czego pewne połączenia dosyć często się powtarzają, ale generalnie duża ilość cząsteczek jest wobec siebie chaotycznie ustawiona. Jeżeli do produkcji atramentu wykorzystamy taninę, w gotowym atramencie znajdą się również kompleksy taniny, galusanu galus (gallic gallatate) oraz wyższych homologów. Wszystkie te kompleksy posiadają barwę od ciemnoniebieskiej, poprzez fiolety do czarnej. Obecność taniny i innych estrów kwasu galusowego wynika z niecałkowicie przeprowadzonej hydrolizy oraz braku staranności przy ewentualnym oczyszczaniu kwasu galusowego. Pirogallol jest efektem przegrzania na którymś etapie kwasu galusowego lub obróbki cieplnej przygotowanego atramentu, w starych atramentach (tych już zapisanych) obecność jego kompleksów jest efektem naturalnego starzenia się atramentu, powstawaniu pirogallolu sprzyja wysoka temperatura, UV i niskie pH.

W roztworze wodnym jony żelaza (III) nie tworzą stabilnych w czasie kompleksów z żadnym z powyższych ligandów (kwas galusowy, pirogallol, tanina, galusan galusu), prędzej czy później z takich układów zacznie wypadać nierozpuszczalny osad. Kwas galusowy i pirogallol tworzą rozpuszczalne w wodzie kompleksy z jonami żelaza (III) o stosunku 1:1, kompleksy pozostałych ligandów i te o wyższym stosunku ligandu do żelaza, są całkowicie nierozpuszczalne lub posiadają bardzo słabą rozpuszczalność i utrzymują się w roztworze w postaci zawiesiny. Przy niskim pH, poniżej 3, obecność anionów chlorkowych (Cl^-) utrudnia tworzenie się takich kompleksów poprzez konkurencyjne kompleksowanie i ostatecznie hamuje powstawanie osadu lub przy skrajnie niskim pH go rozpuszcza, dlatego producenci z początku XX w. dodawali duże ilości kwasu solnego do przygotowywane atramentu, jednak tak niskie pH powodowało że stalówki były pożerane dosłownie na oczach piszącego. Dodatek innych związków kompleksujących również będzie hamował powstawanie tych nierozpuszczalnych kompleksów, można do tego wykorzystać α-hydroksykwasy, aminokwasy, inne fenole (historycznie fenol i pirokatechol) i sporą gamę innych związków kompleksujących. Jednak odpowiednio duży dodatek tych związków, zapewniający stabilność atramentowi, negatywnie odbije się na trwałości oraz kolorze przygotowanego atramentu.

Bardzo dobrą rozpuszczalność posiadają kompleksy powyższych ligandów z jonami żelaza (II), jedynie kompleksy taniny przy wyższych stężeniach posiadają tendencje do wypadania z roztworu. Pirogallol co prawda tworzy z jonami żelaza (II) stabilne kompleksy, jednak łatwo w takich warunkach wyłapuje z układu tlen i ulega utlenianiu do związków które później nie uczestniczą w tworzeniu „trwałej barwy”.

Jony żelaza tworzą kompleksy i osadzają się na włóknach celulozy (główny składnik papieru), częściowo przy tym powodują ich spęcznienie, takie miejsca na powierzchni włókna tworzą kotwice, fundamenty na których zaczynają się osadzać i budować inne kompleksy żelaza na zasadzie że podobne przyciąga podobne. W przypadku stosowania dużej ilości ligandów kompleksujących proces wbudowywania się atramentu w strukturę papieru jest poważnie zaburzony, ostatecznie może się to skończyć tym, że atrament będzie jedynie fizycznie naniesiony na powierzchnie papieru, nie związany z powierzchnią. Miałem przypadek w którym pomimo że ostatecznie pigment powstał, to jednak nie był on fizycznie związany z powierzchnią i się po prostu rozpełzał po powierzchni papieru po zwilżeniu, pomimo tego że w wodzie się nie rozpuszczał.

Dodatek gumy arabskiej, guar lub ksantanowej ma za zadanie nie tylko modyfikować lepkość i poprawiać smarowanie stalówki, jednocześnie wspólnie z innymi dodatkami chronią w łagodny sposób przed formowaniem się osadu w stojącym atramencie. Oraz ułatwiają penetracje atramentu w głąb włókien celulozy, makroskopowo oznacza to że atrament wsiąka w powierzchniową warstwę papieru, a nie przesiąka na drugą stronę kartki, gwałtowny wzrost lepkości w trakcie wysychanie ogranicza zjawiska kapilarne co powoduje że atrament nie będzie strzępił w ogóle lub jedynie nieznacznie. Jednak co równie ważne dla walorów estetycznych, dodatek gum ogranicza formowanie się dużych cząsteczek pigmentu, przez co na kresce nie będzie wrażenia łat i ciapek (to nie to samo co cieniowanie), a kolory będą bardziej nasycone – 1000 małych drobin da większe nasycenie barwy niż jedna duża, wynika to ze stosunku powierzchni do objętości oraz rosnącą możliwą ilością refleksów jakie nasze oko rejestruje. Ostatecznie dodatki stabilizacyjne utworzą na powierzchni warstwę która będzie przeciwdziałać degradacji naniesionego atramentu przez tlen oraz inne zanieczyszczenia z powietrza i światło.

[GranatowyPrawieCzarny]

Nicpoń,

Jak my Ci się odwdzięczymy za takie opracowanie?

[Nicpon]

Nicpoń,

Jak my Ci się odwdzięczymy za takie opracowanie?

Możliwością edytowania pierwszego postu

Wprowadziłem pierwsze poprawki i nie mam jak edytować postu.

[Nicpon]

Kolejne uzupełnienia i poprawki, zamiast tworzyć tekst na forum. Przeniosłem się na google documents, gdzie mam lepsze pole manewru jeżeli chodzi o pisanie i do tego nie obawiam się że forum nagle się wywali.

https://docs.google....LhowEPsG96k/pub

Obrazki i dalsza część już wkrótce

[endoor]

Jak skończysz będziesz miszczem

[GranatowyPrawieCzarny]

W zasadzie to już jest. La la la, Nicpoń miszczem Polski! Czekam niecierpliwie na ciąg dalszy tekstu.

Ps. Nobel PWF?

Edytowano Marzec 7, 2013 przez GranatowyPrawieCzarny

[Nicpon]

W zasadzie to już jest. La la la, Nicpoń miszczem Polski! Czekam niecierpliwie na ciąg dalszy tekstu.

Ps. Nobel PWF?

Tylko bez sarkazmu mi tutaj

Gdy dojdę do przepisów, przeczytam sobie wszystko jeszcze raz na spokojnie i przeredaguje niektóre fragmenty, ponieważ część informacji jeszcze dodatkowo zweryfikowałem, cześć się powtarza chyba dwa razy, w niektórych miejscach jest trochę urwana myśl, a o paru sprawach zapomniałem zupełnie

Na razie jest 13 stron, ze wszystkim pewnie będzie jakieś 16-17.

Sugestie i pytania mile widziane, największą trudność stanowi dla mnie przeredagowanie tekstu chemicznego na bardziej potoczną mowę

Edytowano Marzec 7, 2013 przez Nicpon

[skwercio]

Jakbyś jeszcze potem wrzucił to w jakiejś postaci innej niż PDF, na przykład MOBI, PRC albo TXT, tak żeby dało się to na Kindlu odczytać, to już byłoby niebo

[kuba989898]

Kilka sugestii, polemiki.

Co do list składników, gumę arabską, guar, i ksantanową z białej listy przeniósłbym na listę zieloną - przy wysychaniu atramentu w piórze ten dodatek może spowodować zaklejanie pióra.

Na FPN pisali że dodatek błękitu metylenowego, w atramencie galusowym (siarczan żelaza (II), kwas galusowy, taninowy, glicerol, kwas salicylowy, HCl), powodował wytrącanie się osadów.

Można by do któreś z list dopisać kwas salicylowy jako zamiennik fenolu.

[Nicpon]

Dzięki za uwagę odnośnie błękitu metylenowego - ja z nim robił atrament na chlorku żelaza (II), kwasie galusowym i kwasie winowym, kolor mi się nie podobał, ale osadu nie zaobserwowałem.

Co do gum - jak ogólnie spowodujesz że atrament żelazowo-galusowy ci zaschnie w piórze to jest w czarnej d, akurat w tym wypadku dodatek gumy może ci pomóc bo dzięki nie mu pigment łatwiej odmoknie od elementów pióra - a duży dodatek gumy nie pozwoli atramentowi tak naprawdę nigdy do końca wyschnąć i odpowiednio trwale uformować

Autor atramentu prawdopodobnie bazował na recepturze z początku wieku, w której tej gumy dawali naprawdę sporo (w porywach według przepisów do kilku procent), tymczasem dla pióra wiecznego w zależności od stężenia pozostałych składników dla odpowiedniego przepływu potrzeba około 0,6-0,8 g na 100 ml atramentu. Powyżej jednego procenta będą się pojawiały poważne problemy z przepływem - przerabiałem to na początkowym etapie zabaw z atramentem. Swoją drogą będę musiał o to uzupełnić tekst

[Akszugor]

Nicpoń, z przyjemnością śledzę Twój temat

[Nicpon]

Na razie chyba skończyłem, jak ktoś to przeczyta i jeszcze znajdzie jakieś nieścisłości to proszę o kontakt

Nie powielałem przepisów jakie można znaleźć na innych stronach, na przykład na bardzo moim zdaniem ciekawej http://www.evanlindquist.com/index.html. Należy jedynie zwrócić uwagę że wiele z nich została stworzona przed rozpowszechnieniem się piór wiecznych i nie będzie się do nich nadawać.

Nie jestem jeszcze do końca zadowolony z ogólnego merytorycznego poziomu całości, wiele w tym gdybania - ale niestety moim zdaniem jest brak pełnego i rzetelnego opracowania tego tematu. Wiele informacji udało mi się wyciągnąć z artykułów dotyczących konserwacji starodruków (głównie wpływ stosunku żelaza do GA na końcowy skład atramentu, wpływ stosowania różnego rodzaju gum na kształtowanie się powierzchni po wyschnięciu atramentu), danych na temat tworzenia się kompleksów kwasu galusowego i taninowego z żelazem dostarczały artykuły zajmujące się inhibicją korozji metalicznego żelaza, chyba największy wkład miały artykuły opisujące zachowanie się żelaza w ściekach i odpadach bogatych w substancje organiczne, w ten trend wpisywał się również artykuł opisujący absorpcję jonów żelaza na włóknach filtrów wykonanych z celulozy.

W przyszłości na pewno dopiszę jeszcze kilka przepisów oraz opracowanie odnośnie stosowanie taniny, ale to dopiero za jakiś miesiąc.

[kuk]

Bardzo interesujące. Teoretycznie.

[Nicpon]

Bardzo interesujące. Teoretycznie.

Grunt to z teorii przejść do praktyki

Dzisiaj na przykład sprawdziłem jak wygląda sprawa koloidów w części z moich atramentów, nie wielką próbkę (ok. 0,5 ml) rozcieńczałem do 15 ml a następnie sprawdzałem czy rozprasza światło, jak łatwo przewidzieć atramenty oparte na kwasie taninowym b. wyraźnie rozpraszały światło, natomiast te oparte wyłącznie na kwasie galusowym światła przy takim rozcieńczeniu nie rozpraszały, co ciekawe stężony - nie rozcieńczony atrament oparty na kwasie galusowym światło rozpraszał.

[Akszugor]

Dziś zrobiłem mały test atramentów Nicponia i jestem pod wrażeniem!

Wszystko testowałem maczanką.

Na pierwszy ogień poszedł "Błękit zielony". Atrament pięknie trzyma się stalówki, jest dość rzadki, ładnie pachnie i ma kolor turkusu.

Także pisząc nim widzimy na początku turkus, który w ciągu kilku chwil (niestety czasu nie mierzyłem) ciemnieje do zielono-błękitnego. Praktycznie bardzo podobny do Watermana South Sea Blue.

Drugim kolorkiem jest "Błękit Ag". I podobnie jak powyższy - atrament pięknie trzyma się stalówki, jest dość rzadki, pachnie jak plakatówka z podstawówki, a kolor ma... rozwodnionego niebieskiego.

I tenże mnie zadziwił. Praktycznie piszesz byle jak wyglądającym niebieskim (przepraszam jeśli uraziłem wielbicieli rozwodnionych kolorów), który w oczach ci ciemnieje, by po kilku chwilach stać się rasowym blue-blackiem. Magia na naszych oczach!

Na poniższym zdjęciu widać to dokładnie. Góra tekstu już zciemniała, podczas gdy ostatnie słowa jeszcze błękitne, a ostatnie literki to rozwodniona plakatówka...

I ostatni atrament. Czerwień, czyli czekolada na wiśniach.

Piękny kolor czerwieni, ale wg mnie nieudany produkcyjnie. Osad granulek na korku oraz jego straszliwa rzadkość i nietrzymanie się stalówki, popsuły mi zabawę.

Jednak podkreślam, kolor w pierwszej fazie przepiękny, gdy ciemnieje na naszych oczach magicznie przemienia się w jeszcze piękniejsze odcienie czerwieni, czy też kasztanowego brązu. Niestety, maczanką nie dało się nim pisać. Dosłownie spływał ze stalówki. Szkoda. Warto go dopracować!

W różnym świetle dla oddania piękna barw...

Edytowano Maj 11, 2013 przez Akszugor

[Ann_gd]

@Akszugor, wiem gdzie mieszkasz, aż chcę Ci zrobić nalot i podkraść troszkę tego i owego

@Nicpon,

[endoor]

@Akszugor fajne recenzje atramentów, dzięki. Ja akurat nie mam maczanek i takich testów jak Ty nie mogę zrobić. Ja chyba dostałem atramenty o nieco innych odcieniach od Nicponia. Nadal jednak mam w planie kupić troszkę więcej kolorów: "czekolada na wiśniach" i "blue-black by Nicpoń" .

Edytowano Maj 12, 2013 przez endoor

[Akszugor]

@Akszugor, wiem gdzie mieszkasz, aż chcę Ci zrobić nalot i podkraść troszkę tego i owego

Zapraszam. Najpierw się pobrudzimy, a później będziemy się myli nawzajem

[Nicpon]

Czerwień jest na nowej bazie - bardzo małe napięcie powierzchniowe i nie wysoka lepkość mają zwiększyć smarowanie lekko chropowatych stalówek, poza tym ta receptura łapie się już na Urkundentinte. Nie testowałem jeszcze tej receptury z maczanką, bo skupiłem się na atramencie do piór wiecznych

Osadem na korku się nie przejmuj - musiałem za krótko mieszać atrament przed zabutelkowaniem - porządne wytrząsanie załatwi sprawę Pozostałą cześć atramentu który dla ciebie przygotowałem zalałem do demonstratora, a następnie przygotowałem z reszty fiolecik.

Zrób test wodoodporności tego czerwonego atramentu po kilku godzinach - od teraz nie można już usunąć całości barwnika

Brudzenie się atramentem nie jest wskazane

[Ann_gd]

Jak jest małe dziecko w domu, to wszelkie zmywadła i wywabiacze też powinny być, jakoś damy radę a jak nie, to przerobię na tatuaż, w końcu taki pretekst by był nie do pobicia.

[Akszugor]

Atrament Nicponia po kilku dniach w świetle dziennym prezentuje się następująco...

Zielony Błękit

Czekolada na wiśniach

Błękit Ag

[Ann_gd]

świetne. co robisz za tydzień w sobotę? mała kradzież się da zorganizować?

[Akszugor]

spokojnie, spotkamy się w Warszawie, to dam Ci zassać

[Ann_gd]

ja się nawet boję to interpretować...

Edytowano Maj 19, 2013 przez Ann_gd

[Nicpon]

Jak będziecie w Warszawie na jakimś spotkaniu to proponuję skołować sobie n-pojemniczków

Może się zdarzyć że na takim spotkaniu ktoś się może pojawić ze sporą liczbą różnych atramentów