熱敏紙:購物小票背后的科學

當你到商場購物,挑選好需要的商品并支付完畢,看著收銀員為你打印出購物小票時,你有沒有想過,這些小票是如何打印出來的呢?

我們通常所說的打印,就是通過特定的方式將油墨傳送到紙張的特定區域,從而得到我們想要的文字或者圖形。構成紙張的化學物質對任何顏色的光都沒有明顯吸收,因此當光線從紙張表面反射進入到我們的眼中時,我們就會看到紙是白色的。而油墨中的顏料或者染料能夠將可見光中某些甚至全部顏色的光吸收,這樣當油墨涂到紙的表面上后,白紙的表面就帶上了顏色。我們在家中或者辦公室中使用的打印機主要是噴墨打印機和激光打印機兩種。噴墨打印機是將油墨的微小液滴噴射到紙張上,而激光打印機則是通過靜電吸引的方法,先將碳粉吸附到光鼓上,再將它們轉移到紙上。

然而,購物小票的打印卻不是通過這樣的方式進行的,它采用了一種特殊的紙張——熱敏紙

與普通的紙張相比,熱敏紙的表面多了一層薄薄的涂層,其中含有一些特殊的化學物質,叫做隱色染料。隱色染料本身是無色的,所以新買來的熱敏紙看上去和普通的紙張一樣潔白。然而,一旦遇到合適的條件,它們就會發生化學反應,新產生的物質能夠吸收可見光,于是我們就看到了顏色。例如結晶紫內酯等許多物質,雖然本身無色,一旦遇到酸性物質就會變成紫色。也就是說,當我們用熱敏紙打印時,油墨并不是儲存在打印機中,而是已經覆蓋在紙上了。

熱敏紙的化學原理

圖1 結晶紫內酯遇到酸性物質會由無色變成紫色,遇到堿性物質又會重新變成無色。

不過,結晶紫內酯等隱色染料雖然很容易與酸發生反應,但它在室溫下是固體,分子們都被牢牢地束縛在自己的位置上。如果接觸到的酸也是固體,那么盡管大家親密接觸,在室溫下卻可以長時間相安無事。因此,我們可以把這些在室溫下是固體的隱色染料與另外一種酸性物質的固體研磨成細小的粉末,混合后涂抹到紙張表面,就得到了熱敏紙。在室溫下,熱敏紙看起來與普通的紙張并沒有什么區別;一旦溫度升高,隱色染料和酸性物質相繼熔化成液體,能夠自由活動的分子相遇就立刻發生反應,于是白紙上很快就顯示出了顏色。這也就是熱敏紙得名的原因——只有溫度高到一定程度才會讓紙張變色。

有了熱敏紙,要想在它表面打印出文字或者圖形,還需要特殊的打印機配合,這就是熱敏打印機。如果你有機會拆開熱敏打印機,就會發現它的內部構造非常簡單:沒有墨盒,主要的部件就是滾筒和打印頭。用于打印小票的熱敏紙通常會做成一卷一卷的。當一卷熱敏紙放入打印機后,它會在在滾筒的帶動下向前傳送,與打印頭相接觸。打印頭的表面有許多微小的半導體元件,可以根據我們要打印的文字或者圖形對紙張的特定區域進行加熱。在熱敏紙與打印頭發生接觸的那一瞬間,打印頭產生的高溫使得熱敏紙表面的染料和酸性物質一起熔化成液體并發生化學反應,于是紙的表面出現了文字或者圖形。在滾筒的帶動下,一張購物小票就被打印了出來了。

熱敏打印機的工作原理

圖2 熱敏打印機的工作原理:熱敏紙在滾筒的帶動下向前運動,與打印頭接觸時,打印頭產生的熱量熔化熱敏紙表面的染料和酸,二者發生化學反應后產生顏色。

為什么商家要使用熱敏紙和熱敏打印機來打印購物小票,而不是用我們更熟悉的激光或者噴墨式打印機呢?首先,激光或者噴墨式打印機都需要復雜的裝置將墨水或者碳粉從打印機轉移到紙張上,這兩種打印機的體積都比較龐大,且通常需要使用交流電作為電源;而商家往往需要體積比較小巧的打印機,特別是在戶外或者飛機、火車等交通工具上出售商品時,扛著笨重的打印機為顧客打印收據顯然是不現實的。其次,激光或者噴墨打印機更換墨盒或者碳粉往往費時費力,如果因此耽誤了顧客結賬,這也是商家和消費者都非常不愿意看到的。

如果使用熱敏打印機和熱敏紙來代替激光或者噴墨式打印機,這些問題就迎刃而解了。由于油墨已經被預先儲存在了紙上,熱敏打印機不再需要復雜的構造來儲存和傳輸油墨,可以做到非常小巧。而且它可以使用電池驅動,非常適合商家攜帶,特別是在戶外或者交通工具上為顧客打印收據。由于構造簡單,熱敏打印機維護起來也非常容易,使用者不需要擔心更換墨盒,只要在紙張用完時迅速換上一卷新的熱敏紙就可以了,這就保證了顧客不會因此耽誤太久的時間。另外,熱敏打印機打印速度快、噪音低,非常適合于在商場內使用。正是由于這些優點,熱敏打印不僅成為打印購物小票首選的方式,也經常被用來打印門票、標簽甚至傳真。

熱敏紙也有一個比較大的缺陷,那就是用它打印出的文檔存放一段時間后,上面的字跡會逐漸褪去。而褪色之所以發生,也是由于熱敏紙使用的獨特的染料。前面我們提到,覆蓋在熱敏紙上的隱色染料在室溫下是無色的,高溫時由于發生了化學反應而變成了另外一種具有顏色的結構。然而這種新的結構并不是那么穩定,遇到合適的條件又會回到之前無色的結構。比如我們前面提到的結晶紫內酯,遇到酸性物質會變成有色的結構,然而這種有色的結構遇到堿性物質又會重新變成無色。一張購物小票打印出來之后,在保存的過程中可能會與環境中形形色色的化學物質相接觸,還可能會遇到日曬或者高溫,這些都有可能導致熱敏紙上的染料重新回到無色的形式,使得小票褪色。

為了解決這個問題,許多熱敏紙的生產廠商會在染料層之上再額外添加一層保護層,盡量減少染料與其他化學物質的接觸,讓用熱敏紙打印出來的文檔能保存得更久。但是這種方法會增加熱敏紙的成本,因此還會有商家繼續使用沒有保護層的普通熱敏紙。如果你擔心手中的購物小票存放久了會褪色,及時用復印或者掃描的辦法留存副本不失為一個好的辦法。

近年來,熱敏紙由于含有雙酚A而引發了許多消費者的擔憂。雙酚A是一種酸性物質,因此被用在熱敏紙中在高溫下與隱色染料發生化學反應從而產生顏色;除此之外,雙酚A更多地作為制造某些塑料或者涂層的原料。因此雙酚A進入人體的主要的途徑是用這些容器盛放食物時,微量的雙酚A隨著食物一起進入人體。不過近些年來也有研究表明,接觸用熱敏紙打印的票據也可能導致雙酚A進入人體。例如一項最新研究表明,長時間接觸熱敏紙后,尿液中的雙酚A含量會有所增加。

由于雙酚A的化學結構與人體分泌的主要的雌激素——雌二醇比較相似,人們擔心它進入人體后可能會干擾正常的內分泌,從而增加許多疾病發生的風險。但需要指出的是,通過食物和熱敏紙進入人體的雙酚A的濃度都非常低,現有的研究還難以確認它會對人體的健康造成什么樣的影響。不過,盡管目前雙酚A還沒有被禁止用于生產熱敏紙,許多廠家已經開始使用別的酸性物質來替代。

如果你擔心由于接觸購物小票而導致微量的雙酚A進入體內,那比較可行的預防辦法是收到小票后就盡快將它單獨存放起來而不要過多接觸,同時在接觸小票后洗凈雙手。當然,用電子收據取代紙質收據或許是更加健康環保的方式。

發表評論

您的電子郵箱地址不會被公開。 必填項已用*標注

3 × 1 =

Shopping Cart
免费国产欧美国日产A-欧美成人无码免费视频在线