陶瓷墨水的主要控制指标及检测方法

    张豪

    

    摘 要：本文主要介绍了陶瓷墨水国产化的现状，墨水主要控制的项目，及其意义和检测方法，并研究了国产墨水有待解决的问题。

    关键词：陶瓷墨水；现状；检测；问题

    1 前言

    陶瓷喷墨装饰技术是在传统的喷墨打印技术上发展起来的一种新型瓷砖图案印刷技术，是数码技术与压电驱动技术和传统陶瓷行业结合的产物。陶瓷装饰用喷墨打印墨水：通过喷墨打印的方式施在待装饰陶瓷制品上，经过800 ℃以上烧制后起装饰作用的液态物料。

    2 陶瓷墨水国产化的现状

    广义上的陶瓷墨水目前有两类：一类是用于特种功能材料块体或薄膜的成形或制备，将超微功能粉体颗粒散在载液中形成液体分散体系。此类墨水在国内的材料科研机构已经有了较多的研究；另外一类墨水就瓷砖装饰呈色用的陶瓷墨水 ，是陶瓷色剂分散在载液得到的一种分散体系。

    3 墨水要求及主要检测项目

    （1） 满足喷墨打印的要求：黏度、表面张力、粒度分布等；

    （2） 满足高温烧成显色：色差；

    （3） 其他参数： pH值、 固含量、稳定性等。

    4 墨水的检测方法及意义

    4.1 外观

    墨水在检测时，其外观与标样外观目视要基本均匀一致，不得有明显可视杂质。其测试方法为：将样品和标样装入50 mL纳氏比色管中，在自然光下目视比较外观和杂质。纳氏比色管的标准为：50 mL纳氏比色管，在25 mL刻度处管身直径为24.5±0.5 mm。

    4.2 黏度

    适当的黏度可确保墨水在墨路内循环流动顺畅，有利于墨水从喷口的喷出和墨滴的均匀形成。黏度太小，则墨水内摩擦力小，液滴呈弯月形而产生阻尼振荡，影响喷射速度；黏度过大，墨水流动性差，且不易形成小液滴。

    粘度检测时所使用的仪器及材料为旋转式粘度计：测量范围为 1 MPa·s～106 MPa·s，误差±3﹪。恒温水浴装置：精度±2 ℃。

    4.3 表面张力

    表面张力，是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。

    表面张力的检测方法为把被测陶瓷墨水倒入烧杯内，恒温水浴至40℃。动态表面张力仪检测表面张力，单位为牛顿每米（mN/m）。

    表面张力的检测仪器及材料为动态表面张力仪：读数精度为0.1 mN/m；恒温水浴装置：精度±2 ℃。

    4.4 粒度分布

    粒度分布的检测方法—激光粒度分析仪法。所使用的分散介质分为以下几种情况：

    （1） 对于水溶性陶瓷墨水，通常用蒸馏水作为分散介质，使用前应静置一段时间或抽真空，以排出空气；

    （2） 对于有机溶剂型陶瓷墨水，可以采用无水乙醇作为分散介质，无水乙醇中乙醇含量应大于99.5%；

    （3） 如果采用水、无水乙醇无法获得有效的分散效果，则可以使用其他分散介质。为提高分散效果，可以添加陶瓷墨水相关企业所提供的分散介质。

    4.5 固相含量

    固含量的检测方法—高温灼烧法。将经过灰化处理的装有试样的坩埚置于室温的高温炉中，盖上坩埚盖，使坩埚与盖间留一间隙。将高温炉逐渐升温至1025±25 ℃，并在该温度下灼烧60 min。取出坩埚，盖上盖，稍冷。将坩埚和盖置于干燥器中，冷却至室温，快速称量。将坩埚和盖再次置于高温炉中，于1025±25 ℃灼烧15 min。取出坩埚，盖上盖，稍冷。将坩埚和盖置于干燥器中，冷却至室温，快速称量。直至前后二次称量不超过1.0 mg。如重复灼烧后称得质量增加，则以称量增加之前最后一次称得的质量计算分析结果，精确至0.0001 g。

    4.6 色差

    影响陶瓷喷墨发色的主要因素有：色料的种类、结晶度、纯度；在墨水中的粒度分布及含量；坯、釉的成份；温度、气氛制度等等。例如：所选用的色料必须确保在超细颗粒的状态下具有良好的发色能力，要求选用的色料在制备过程中反应完全，呈色晶体发育良好，高温稳定性好，耐釉料侵蚀。

    色差的检测方法：取陶瓷坯体两块，分别在陶瓷喷墨打印实验机上，使用样品和标样打印出分辨率不低于200 dpi×200 dpi、面积不小于50 mm×50 mm的纯色色块各1块，再按照企业规定的烧成制度在相应的窑炉中依使用条件烧成。实验前对色差仪进行校正后，将上述试烧而成的试片用色差仪测量，记录待检样品与标样的色度值。

    4.7 稳定性

    稳定性常用检测方法为沉降体积法和吸光度法。

    沉降体积法需要较长的一段时间才能体现陶瓷墨水是否稳定，具体操作为取 20 mL 陶瓷墨水于有刻度的 20 mL试管中，在温度 25 ℃下，每隔一段时间测量其上清液体积，计算沉降率。沉降率=上清液体积（mL）/20×100%。

    静置沉淀法操作简单，需要时间长，而且分层的界限难以确定。

    （1） 稳定性的检测方法

    经时劣化性实验。

    （2） 稳定性测试仪器及材料

    恒温箱：精度±2 ℃；碘量瓶：250 mL。

    （3） 稳定性测试试验条件

    检验应在温度（60±2） ℃条件下进行。

    （4） 稳定性测试检验程序和结果

    将被测墨水倒入碘量瓶中，放置在规定的试验条件的恒温箱中，待28天后取出，放置至室温。将水基型及有机溶剂型陶瓷墨水在经时劣化性实验后，按照不同的项目进行试验。

    5 陶瓷墨水国产化有待解决的问题

    国产墨水和进口墨水在黏度、表面张力等方面的性能都比较接近。在现有的陶瓷喷墨打印机上实施打印是完全可行的，但仍然还存在配套设计方面以及色料细度等问题上需要解决。目前国内陶瓷图案设计水平已有很大提高，但和先进国家差距仍较大。喷墨墨水对色剂的要求也较高，要求在超微细的颗粒状态下能够实现良好的发色，所以对色料品质提出了新的要求。

    6 结语

    陶瓷喷墨打印技术的核心技术是喷头、墨水。目前喷头的研制难度较大而且成功率低；而陶瓷墨水的国产化则是可行的，各个检测项目都基本符合喷墨打印机要求，与国外墨水的性能基本接近，其中陶瓷墨水的稳定性、发色效果、图案设计、喷头认证是喷墨打印推广和应用的关键。

    参考文献

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