水性？油性？ 你對墨水有多了解？
有一天，小明在上課時寫著筆記。準備要換行抄寫時，手不小心擦過了他剛寫下去的地方，原本的字跡糊成一團，也抹到了他新買的衣服上。小明覺得十分懊惱，心想著：「昨天才剛洗過衣服，今天又要再洗一次，筆記也要全部重抄，好煩哦！」
筆，是日常生活中會用得到的文具之一，也是種類最為琳瑯滿目的。在生活中是否曾遇到以上小明的情況呢？剛寫好的地方用手抹過字跡立刻模糊不清，導致要用衛生紙墊在上面避免暈開；有些筆摔到地上就會斷水，卡住不順的感覺令人難受，但有些筆怎麼摔就是不會斷水。到底為甚麼會發生這些情況呢？然而這些關於筆的不便在生活上或許會壞了你的心情，但真要說起來卻又微不足道，因此我們往往會選擇妥協–小心使用或乾脆換一枝筆。這篇文章將從墨水的分類與成分開始介紹，帶你重新認識筆，看看這些新的知識能不能帶給你新的想法。
在那些幸運沒成為數學課的美術課中，你是否曾經看著手上的水彩顏料想「同樣可以留下顏色，墨水和顏料有什麼差別」？這個念頭可能就從腦中一閃而過，於是一個進一步認識筆的機會消失了。
在談水性與油性前，首先要弄清楚染料（dye）與顏料（pigment）的區別，兩者合稱為色料（colour），意即用於提供顏色或帶有顏色的物質。不管墨水、水彩、油漆或各式塗料都是使用色料製成。
染料最基本的特徵是「可溶」，與之相對的顏料則是「不可溶」。簡單來說，不管以何種方式保存（液態、膏狀、或粉狀）大部分用於上色的材料在使用時都是調製成液態使用。如果放大觀察會發現一些帶有顏色的微小顆粒，這些顆粒就是顏料；染料是分子，放大後不會找到任何東西。
需要注意的是，這裡所指分子實際上是多原子的離子以及金屬離子。為了維持染料的狀態，墨水需要調整到適當的酸鹼值，所以染料分子的化學構造一般較為脆弱，容易被紫外線破壞，長久下來還可能腐蝕紙張。
▲標榜防水、無酸性，使用顏料墨水的代針筆。
墨水裡除了顏色還有些什麼？
你看著一枝筆，並且馬上想到化學課的內容「溶液是溶質均勻的分布在溶劑當中」，色料是溶質，所以水性和油性指的就是溶劑的極性！沒錯！但是問題並沒有這麼簡單，別忘了顏料的特徵是不可溶。
試想，在水中倒入沙，沙不會溶於水而是會沉澱。若把沙粒變得非常小，會發現微粒讓水變得混濁，這種既不是均勻分布卻也不容易沉澱的狀況被稱為懸浮液。顆粒不均勻不只會造成使用上的不方便，還會使顏色不好看，因此墨水當中往往需要加入第三類重要的成分：助劑。
例如，顏料的溶劑當中需要加入一類幫助維持均勻的分散劑（也叫展色劑）。一般常見的分散劑為樹脂及乳膠類物質，它們還有增稠（防暈開）及固色（加強附著能力）的效果。水性的墨水雖然不需要分散劑來維持分子均勻分布，不過依舊需要增稠與固色，因此會再額外加入具有極性的物質以提高產品的實用性。
因為文具市場競爭激烈，市面上墨水的添加成分複雜，當中可能同時兼具極性與非極性成分，再加上廠商希望產品有更響亮的名號，於是發明出中性、中油性、耐水性等新名詞，或許將來水性與油性的分類法將不再適用。
當字糊掉時，請別再怪你的筆了
現在你已經對筆的成分有所理解，然而「為什麼有時候字會糊掉」的疑問還是沒有解決，然而其實這個問題主要是在於紙而不是墨水。紙是由無數細小的纖維黏合而成，書寫時墨水會透過毛細現象滲入紙張，墨水的溶劑揮發後色料就被留在纖維當中。像紙一樣有孔隙能夠吸收墨水的材料被稱為吸收面，而另一類像玻璃一樣沒有孔隙的材料就被稱為非吸收面。生活中那些寫完字不容易乾的紙性質比較接近後者，它們有些是為了防水在表面進行加工，有些則是為了增加強度而加了更多的膠。面對吸收性不好的書寫平面，墨水中會加入介面活性劑破壞自身的表面張力加快吸收速度（因為接觸面積增加），或是使用揮發性更強的溶劑(一般為酒精)加快乾燥速度。
這些作法的缺點也很明顯，前者在一般紙面上吸收力過好而容易暈開，後者的使用壽命比較短。
訪問廠商：實際是如何呢？
經過前面的介紹，相信讀者已經對於墨水背後的原理有了基本的理解。但是似乎還是沒辦法將這些知識與生活結合，因此我們決定透過訪問廠商來進一步的了解市面上的產品的現況。
我們經由雄獅鉛筆廠股份有限公司（即雄獅文具）的客服專線連線到該公司的墨水開發實驗室。
實驗室的回答提到了一個前面沒有提到的概念－黏度。也許因為網路上關於墨水的資料皆複製於相同來源，許多人會以黏度高低來區分筆的特性，而廠商告訴我們這兩者並無關連。
第二題提到了界面活性劑，這讓人對於表面張力與黏度的關聯，兩者看似都與分子間的作用力有關。調查後發現兩者的大小關連不大，黏滯力是粘性液體內部的一種流動阻力，並可能被認為是流體自身的摩擦[3]，表面張力來自於由凡得瓦力所造成的內聚力。[4]意即黏度與分子形狀相關，表面張力則與極性、分子間力較為相關，此概念與高中物理中「正異新」三種戊烷的熔沸點排序問題類似。
使用測試：油性、水性與中油性
在一般紙張書寫，三支筆都沒有產生暈開的現象，而在經過滴水測試後，中油筆及水性筆都有些微暈染開的狀況，而油性筆則沒有影響。
在光滑紙張的部分，水性筆暈開的現象最為明顯，而中油筆及油性筆則無明顯變化，而在經過滴水測試後，水性筆的顏料幾乎無法保留於紙張上，而中油筆顏色略微淡化，油性筆則不為所動。
經過這次的實驗可以發現，油性筆的穩定度最高，而中油筆及水性筆於測試後，較容易於書寫中變質以及受書寫情形影響；在紙張的部分，普通筆記紙較容易使筆的墨水附著和吸收，而在光滑紙張，較不利水性筆墨水的吸收。
▲三種筆的實驗結果(筆記紙面)
▲三種筆的實驗結果(光滑紙面)
結論
最後來複習一下在這篇文章中學到的概念吧！
1.
墨水的主成分分成染料與顏料兩類
2.
筆的分類主要是依照溶劑的成分區分
3.
耐水、快乾、過色等其他特性是添加助劑來達成
4.
表面張力影響書寫效果；黏度與表面張力無關
希望這些知識能夠讓你更加了解你所使用的筆，以及在下次去文具店買新筆的時候，幫助你選出適合的筆！
▲這支筆是什麼性?上面的成分分別代表什麼呢?
參考資料
1.
維基百科
2.
【2018 全國科學探究競賽-這樣教我就懂】題目名稱：界面活性劑－－拉墨水一把的秘密
6.
水中有圖案? 白板筆寫字浮在水面上│中視新聞 20160324
7.
筆類及墨水演化及各類墨水特性研究／李承家、呂振瑋、謝濬豪