【CPP114】訊：陶瓷墨水的研究現(xiàn)狀

　　國外陶瓷墨水的研究起始較早,，2000年世界第一臺工業(yè)使用的陶瓷裝飾噴墨打印機問世,，打印機是由美國FERRO公司開發(fā)的Kerajet系統(tǒng)，墨水也是由FERRO公司與賽爾公司聯(lián)合研制的陶瓷墨水,。2000年1月7日,，F(xiàn)ERRO公司向美國專利商標局提交了一份名為《用于陶瓷釉面磚(瓦)和表面的彩色噴墨印刷的獨特的油墨和油墨組合》的專利，該專利闡述了陶瓷墨水的制作方法技術(shù),，為陶瓷噴墨打印技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ),。2006年以后，陶瓷墨水在西班牙得到了很好的發(fā)展,，到目前為止,，除了西班牙FERRO公司外，西班牙的ESMALGLASS.ITACA,CHIMIGRAF,COLORBBIA,TORRECID四家公司也是陶瓷裝飾墨水的主要制造商,。

　　國內(nèi)陶瓷墨水的研究始于2000年,，近年來形成了天津大學研究團隊、南昌航空工業(yè)大學研究團隊,、大連理工大學研究團隊,、陜西科技大學研究團隊和華南理工大學研究團隊，發(fā)表了研究論文32篇,，尤其是天津大學研究團隊發(fā)表論文11篇,，形成了楊正方、郭瑞松等一批專家,。企業(yè)研究方面出現(xiàn)了廣東佛陶集團股份有限公司,、道氏制釉,、華山制釉、科信達奧斯博,、博奧科技,、鷹牌陶瓷等公司，也形成了3個發(fā)明專利的成績,，尤其是道氏制釉已經(jīng)獲得專利2個,。盡管如此，陶瓷墨水在國內(nèi)仍處于研究階段,，離真正產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離,，不過，在2011年廣州陶瓷工業(yè)展覽會上已看到中國自己的陶瓷墨水,。

　　綜觀國內(nèi)外情況,，陶瓷墨水目前主要集中在個性化裝飾領(lǐng)域，對于建筑陶瓷功能化,、智能化的應用研究尚不多見,。陶瓷墨水的制造方法仍集中于：分散法、溶膠凝膠法和反相乳相法,，而以上三種加工方法中,，溶膠凝膠法由于制造工藝方法原料昂貴、溶膠不穩(wěn)定而受到限制,，反相乳相法由于制得的墨水固含量低，也有待解決許多技術(shù)問題,，分散法卻由于顆粒度較大,，需要解決墨水的穩(wěn)定性問題。如何保證墨水的固含量和穩(wěn)定性及成本問題是今后研究的重點,。色系仍以CMKY為主的四色系和加上透明,、乳白的六色系。紅色主要是鈰鐠紅,、鉻鋁紅,、錳鋁紅、鈷鎂紅,、鐵鋯紅等,，青色主要是鈷鎳鋁，黃色主要為釩鋯黃,、鉻鈦黃等,，黑色主要為鈷鎳鐵黑，白色和透明等11種,。而整個陶瓷墨水可分為水性溶劑,、高分子助劑,、著色劑和釉料四部分。

　　陶瓷墨水的技術(shù)特點

　　噴墨打印技術(shù)在陶瓷上的應用關(guān)鍵在于陶瓷墨水的制備,。所謂陶瓷墨水就是含有某種陶瓷釉料成分,、陶瓷色料或陶瓷著色劑的墨水。陶瓷墨水的組成和性能與打印機的工作原理和墨水用途有關(guān),。陶瓷墨水通常由無機非金屬顏料(色料,、釉料)、溶劑,、分散劑,、結(jié)合劑、表面活性劑及其它輔料構(gòu)成,。無機非金屬顏料(色料,、釉料)是墨水的核心物質(zhì)，要求其顆粒度小于1微米,，顆粒尺寸分布要窄,，顆粒之間不能有強團聚，具有良好的穩(wěn)定性,，受溶劑等其它物質(zhì)的影響小,。溶劑是把無機非金屬顏料(色料、釉料)從打印機輸送到受體上的載體,，同時又控制著干燥時間,，使墨水粘度、表面張力等不易隨溫度變化而改變,，溶劑一般采用水溶性有機溶劑,，如：醇、多元醇,、多元醇醚和多糖等,。分散劑是幫助無機非金屬顏料(色料、釉料)均勻地分布在溶劑中,，并保證在噴印前粉料不發(fā)生團聚,。分散劑主要是一些水溶性和油溶性高分子類、苯甲酸及其衍生物,、聚丙烯酸及其共聚物等,。

　　結(jié)合劑是保障打印的陶瓷坯體或色料具有一定的強度，便于生產(chǎn)操作,，同時可調(diào)節(jié)墨水的流動性能,，通常樹脂能起到結(jié)合劑和分散劑的雙重作用。表面活性劑是控制墨水的表面張力在適合的范圍內(nèi),。其它輔助材料主要有墨水pH值調(diào)節(jié)劑,、催干劑,、防腐劑等。

　　陶瓷墨水的性能要求除普通墨水的顆粒度,、粘度,、表面張力、電導率,、pH值以外,，根據(jù)陶瓷應用特點還要求一些特殊性能：1、要求陶瓷粉料(色劑)在溶劑中能保持良好的化學和物理穩(wěn)定性,，經(jīng)長時間存放,，不會出現(xiàn)化學反應變化和顆粒團聚沉淀。2,、要求在打印過程中,，陶瓷(色料)顆粒能在短時間內(nèi)以最有效的堆積結(jié)構(gòu)排列，附著牢固,，獲得較大密度的打印層,，以便煅燒后具有高的燒結(jié)密度。3,、要求打印的色劑具有高溫燒成后穩(wěn)定和良好的呈色性能以及與坯釉的匹配性能,。陶瓷墨水的關(guān)鍵技術(shù)有幾點：1)粒度，亞微米甚至納米級,，平均粒徑應小于0.5μm;2)粘度;3)沉淀穩(wěn)定性;4)電導率;5)pH值,。當然還有墨水與噴頭材料的適應性研究，噴頭材料和孔徑及壓電特征決定了陶瓷墨水的技術(shù)特征,。

　　傳統(tǒng)陶瓷墨水在亮度強度,、彩色范圍、印刷質(zhì)量,、均勻性和穩(wěn)定性等方面，還有許多問題需要研究,。譬如亮度強度方面,，由于陶瓷墨水噴墨時要求墨滴小，小至4pl-6pl;噴墨快,，噴墨速度快至點火頻率6kHz;墨滴可變,，譬如賽爾XAAR1001，墨滴可變?yōu)?-42pl,，能實現(xiàn)8級灰度,，這些參數(shù)決定陶瓷墨水的流速、粘度與比重等物理參數(shù),，低比重也就決定了墨水的亮強度,，如何研究高強度發(fā)色色料是今后研究的重要課題,。目前陶瓷墨水的彩色范圍仍較窄，盡管有報道目前已經(jīng)有11種陶瓷墨水被發(fā)明,，但是對于絢艷的紅色色系,、黃色色系和黑色色系陶瓷墨水極少見，較窄的彩色范圍陶瓷墨水也是制約陶瓷磚裝飾應用的根本因素,。此外由于陶瓷墨水加工技術(shù)的局限性,，譬如分散法雖然色系較多、彩色范圍較廣,成本也最低,，但由于其顆粒度較大,，陶瓷墨水的穩(wěn)定性問題仍有待探索;而溶膠凝膠法盡管其粒度較小，但穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本又略顯不足;由于陶瓷墨水粘度低,、比重低,，需要解決墨水的穩(wěn)定性;反相乳相法在粒度、固含量上都較溶膠凝膠法略好,，但穩(wěn)定性也并非十分理想,。研究陶瓷墨水加工方法和在亮度強度、彩色范圍,、印刷質(zhì)量,、均勻性和穩(wěn)定性上有明顯優(yōu)勢的產(chǎn)品仍是未來陶瓷墨水開發(fā)的主題方向。

　　建筑陶瓷功能化是傳統(tǒng)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)升級的必由之路,。陶瓷墨水本身已經(jīng)接近納米結(jié)構(gòu),，利用納米技術(shù)的功能性特征升級。未來建筑陶瓷將集中在高強保溫磚,、抗菌陶瓷磚,、抗靜電陶瓷磚、抗輻射陶瓷磚,、光伏發(fā)電陶瓷磚,、光伏發(fā)光陶瓷磚等功能性陶瓷產(chǎn)品的開發(fā)。利用噴墨技術(shù)將功能性的陶瓷墨水打印在陶瓷磚上,，將是最終實現(xiàn)“資源化,、低碳化、數(shù)字化,、個性化,、功能化”的必由之路。從裝飾到功能,，噴墨打印的“數(shù)字化,、節(jié)約化”理念應該是傳統(tǒng)陶瓷融入“兩型社會”的必由途徑。

　　感應陶瓷是實現(xiàn)家居環(huán)境智能控制的前提，未來智能陶瓷墨水將集中在“熱”,、“壓”,、“氣”、“濕”,、“光”,、“輻射”六方面敏感功能上。未來家居和城市熱的調(diào)控除了功能陶瓷以外,，還要考慮智能陶瓷對熱的檢測和智能調(diào)控,，除此之外，城市噪音,、城市或家居空氣環(huán)境,、包括熱污染、氣體污染,、噪聲污染,、濕度污染、光污染和輻射污染均可以通過智能陶瓷傳感器和物聯(lián)網(wǎng)傳播控制,。當然,，智能陶瓷在生產(chǎn)控制、物流管理,、遠程醫(yī)療檢測也是必不可少的,。總而言之,，智能時代少不了智能陶瓷墨水的妝點,。




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