Come funzionano le penne a sfera, chi le ha inventate e perché alcune sono cancellabili

Ad oggi la penna a sfera potrebbe sembrare uno strumento banale, che tutti conosciamo ed utilizziamo assiduamente, ma questa invenzione ha letteralmente stravolto il processo di scrittura su carta rimpiazzando quasi totalmente gli strumenti utilizzati in precedenza (come le penne stilografiche). Dall'anno della sua nascita ad oggi, lo sviluppo tecnologico ha investito anche il settore della scrittura portando al perfezionamento della penna a sfera e alla creazione di penne a sfera alternative che hanno diverse caratteristiche funzionali. Un esempio sono le penne ad inchiostro cancellabile.

In questo articolo vedremo come funzionano le penne a sfera e quali sono le differenze con le penne ad inchiostro cancellabile.

L'invenzione della penna moderna

Nel 1936 fu il giornalista ungherese László Bíró che inventò la prima penna a sfera, oggi infatti comunemente chiamata penna biro proprio dal suo nome. Il motivo che portò Bíró allo studio di nuovi strumenti per la scrittura sta nel fatto che egli aveva iniziato ad utilizzare, per i suoi articoli, lo stesso inchiostro che veniva utilizzato per la stampa dei giornali; questo tipo di inchiostro però risultava essere troppo denso e non adatto alle penne stilografiche in quanto si asciugava troppo velocemente.

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Di Stefano Gandelli

Bíró cercava quindi uno strumento che fosse in grado di prelevare l'inchiostro velocemente dalla cartuccia proprio mentre si scriveva, evitando di dover intingere la penna in un calamaio.

La sua scoperta consisteva nell'utilizzo di una piccola sfera che ruotando prelevasse l'inchiostro presente nella penna stessa. László Bíró brevettò la sua invenzione nel 1938, e da quel momento, la penna a sfera è lo strumento più utilizzato al mondo per la scrittura su carta; ma vediamo in dettaglio come funziona una biro.

Come funziona la biro

Il corpo della penna è generalmente di plastica ed al suo interno troviamo la cartuccia, ossia un tubicino (anch'esso di plastica) in cui è presente l'inchiostro. L'inchiostro è generalmente formato da pigmenti o coloranti disciolti in un solvente che può essere acquoso o oleoso. Gli oli più utilizzati sono l’alcool benzilico o il fenossietanolo. Inoltre alla formula possono essere aggiunti degli additivi che servono a rendere l'inchiostro più fluido e di un colore più brillante.

La sfera è composta da materiale metallico, generalmente ottone, acciaio o carburo di tungsteno ed il suo diametro varia tra  0.38 ai 1.6 millimetri. La punta della penna, che collega la cartuccia alla sfera, è composta da un serbatoio interno in cui confluisce l'inchiostro dalla cartuccia.

A questo punto risulta semplice capire il funzionamento della penna: mentre scriviamo, la sfera ruota e preleva l'inchiostro dal serbatoio situato nella punta. Questo serbatoio viene ricaricato dall'inchiostro che proviene dalla cartuccia. Mentre l'inchiostro scende, il suo volume nella cartuccia viene occupato da aria. La presenza dell'aria è importante perché favorisce lo scorrimento dell'inchiostro verso il basso.

Come funziona la penna cancellabile

Nel 1979, l'azienda americana Paper Mate lancia sul mercato le Erasermate, che un anno dopo arriveranno in Italia conosciute come penne cancellabili. La prima penna cancellabile è la famosa Replay.

Ad oggi le famose replay non vengono più utilizzate, proprio a causa dell'inchiostro a base di gomma cementizia che è impossibile da cancellare dopo diverse ore. La nuova tecnologia delle penne cancellabili è l'inchiostro termosensibile.

In questo caso la formula dell'inchiostro prevede l'utilizzo di un pigmento, un acido ed un solvente: a basse temperature l'inchiostro è visibile in quanto la sua struttura molecolare permette la riflessione della luce. Quando la temperatura aumenta, il solvente inizia ad espandersi allontanando fra di loro le molecole di acido e di pigmento; questo impedisce la riflessione della luce ed il risultato è che trasparirà il colore della carta su cui stiamo scrivendo, ovvero l'inchiostro sarà invisibile.

Questa proprietà viene sfruttata nelle moderne penne cancellabili in quanto, la frizione della gomma sulla carta (mentre cancelliamo) genera calore e quindi riscalda l'inchiostro.

Questo  processo è reversibile infatti se raffreddiamo l'inchiostro abbassando la temperatura (generalmente intorno ai -10°), esso tornerà ad essere visibile!