提高深色有釉印花地磚耐磨性能的研究

盛正強　肖惠銀　歐志勇

摘 要：本文針對深色有釉印花地磚耐磨性能明顯差于淺色有釉地磚的現狀，從釉料性能、色彩變化及增加透明保護釉工藝等方面進行實驗研究，通過測定試驗樣品耐磨前后Lab值的變化，分析了影響深色有釉印花地磚的耐磨因素，并與國外產品進行比對，提出了改善深色有釉印花地磚耐磨性能的方法。

關鍵詞：深色有釉印花地磚；耐磨性； Lab值；印花釉；透明保護釉

1 引言

建筑陶瓷地磚產品廣泛用于地面裝飾，這就對其耐磨性能提出了相應的標準要求，特別是在商場、公共空間等人流量密集區，地磚的耐磨性能尤為重要。隨著地磚使用年限的增加，其表面的釉面會被磨損，嚴重的會出現表面顏色、圖案的缺失，影響裝飾空間的效果，尤其是深色有釉印花地磚。目前，行業雖然還沒有深、淺色彩的標準，但實際生活中能感受到深色有釉地磚比淺色磚更易出現釉面被磨損的現象，相同材質、工藝的有釉印花地磚，深色產品的表面磨損較白色、淺色產品更明顯 [1]。

1.1 釉面磚耐磨性的測定

磨損是一種常見現象，造成這一現象的原因主要有磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等，通常用材料的耐磨損性能來表征耐磨性。國家標準GB/T 3810.7-1999《有釉磚表面耐磨性的測定》規定了磚釉面耐磨性的測定，是通過釉面上放置研磨介質（符合GB/T 308要求）并旋轉，對已磨損的試樣與未磨損的試樣的觀察對比，評價陶瓷磚耐磨性的方法[3]。方法指出所需檢測產品的表面釉層需要與研磨體進行一定數量的旋轉，然后目測表面色彩的變化，并測定磨損量。理論上提高釉料的表面硬度可以提高其耐磨性能，表面硬度高磨損量會小，但莫氏硬度、耐磨級別與磨損量之間沒有必然的對應關系，只是存在一個趨勢。

1.2 控制標準

國外深色有釉印花地磚的耐磨級別控制標準也明顯低于淺色系產品，通常深色有釉地磚控制在PEI III。歐洲檢測有釉磚表面抗磨損能力的標準是UNI EN ISO10545-7，這個檢測通常決定釉面地磚的抗磨損能力。標準將有釉瓷磚分級從PEI1到PEIIV。高抗磨損力的瓷磚（PEI IV和PEI V）能夠適用于各種表面和安裝在任何位置（如商場、飛機場等等）；低抗磨損力的瓷磚（PEI1）只適用于家庭浴室。磨損測試是通過在釉面磚上旋轉一個負重研磨體，然后用視覺判斷被測試磚與未經測試磚之間的差別。而根據GB/T 3810.7標準，測試磚能達到600轉時，其可判定為2級，但也沒有將有釉印花地磚色彩深淺做細分標準[2]。

1.3 Lab值測定理論依據

Lab色彩模式是由三個通道組成，即“L”通道代表明度，a通道的顏色是從紅色到深綠，b通道則是從藍色到黃色。自然界中的所有顏色都可以用明度、色相和飽和度這三個屬性來描述。明度是表示物體表面明亮程度的一種屬性，在非彩色中最明亮的顏色是白色，最暗的顏色是黑色，期間分布著不同的灰色。也就是說白色明度值最高，黑色明度值最低，而灰色的明度介于白色和黑色之間。各種不同色彩也有明度高低之分，所以明度決定于有色物質的濃淡，即色彩的深淺程度[1]。

2 實驗內容

2.1 樣品制備

首先，采用生產面釉為基礎，將著色劑、不同類型及細度的剛玉粉加入到面釉及印刷釉中，球磨；然后，在磚坯表面進行施面釉、用膠輥印刷釉、絲網印透明釉，經輥道窯燒成，燒成后的釉面顏色深度與國外標準樣進行目測對比，色彩深度和色調接近即可，得到試驗樣品。

2.2 性能測試

測試所得樣品的耐化學腐蝕性能、莫氏硬度、Lab值及表面光澤度。

3 實驗結果及分析

3.1 釉料色彩與產品表面整體色彩對比度對產品耐磨性能的影響

深色有釉地磚很多都不是純色產品，除了在面釉中添加著色劑之外，為了產品表面的圖案裝飾，往往需要進行印花。所印刷的印花釉厚度非常薄，而且只附著在釉料表層。經燒成后的產品表面的裝飾層，直接在研磨體接觸，并在高速旋轉下，較容易先被磨蝕，從而導致釉層色彩發白變淺。圖1～4為研磨前后色彩對比圖。

從圖中對比可以看出，無論是單純面釉還是印花后的產品，深色圖案被研磨體磨損掉了大部分。表現在色彩深淺上，研磨后的產品圖案色彩明顯淺于研磨前的產品。

通過顯微400倍分別對研磨前后的樣品，各采取10個不同點的Lab值，觀察Lab值的變化，并取其平均值。下表為生產面釉與在生產面釉中加入不同量棕色剛玉粉、白色剛玉粉替換部分Al2O3后的樣品，經耐磨試驗前后的Lab值的檢測數據，見表1。

經對比發現，研磨后的樣品，其L值都會比研磨前增大，表現為色彩變淺，這樣可以從數字變化上可直觀體現出樣板顏色變化的程度。

添加棕色剛玉粉后，釉面色彩開始變深，L值變小，同時出現了少許小針孔；隨著棕色剛玉粉量的增加，釉面色彩變的更深，L值繼續變小，釉溫升高，小針孔也隨之增多。從印花前后樣品燒成進行耐磨檢測對比，顏色深淺變化值ΔL0相對較大，而ΔL1值相對最小。

添加白色剛玉粉后，釉面開始變得光滑，面釉色彩開始變淺發白，L值開始增加；隨著白剛玉粉量的增加，釉面變得更加光滑細膩，顏色變得更淺更白，L值變得更大。從印花前后樣品燒成進行耐磨檢測對比，顏色深淺變化值ΔL0相對較小，而ΔL1值相對最大。

結合添加棕色剛玉粉的效果，這種現象表明，面釉色彩深度與印花釉色彩的對比越弱，耐磨檢測后其色彩變化不明顯；相反，面釉色彩深度與印花釉色彩的對比度越強，耐磨檢測后其色彩變化會更明顯。

3.2 印花釉與面釉配方的統一性對耐磨等級的影響

印花釉是膠輥或絲網圖案裝飾時一種常用著色劑的載體，它是由基料和多種輔料組合，外加所需的各種化工色料。轉印后的圖案附著在瓷磚的釉面，經過燒成后形成裝飾圖案，因印刷網版的不同，印花層較薄但也有一定的厚度。燒成后經顯微400倍放大測量厚度大約為0.01mm。將生產試樣敲開釉層邊緣，采用顯微鏡放大觀察，可見印花釉基本是附著在面釉表層，未能與面釉層相互熔融。（見圖5）

根據前面的實驗結果，將調配好的具較好耐磨性能的面釉為基礎采用膠輥印花方式來進行圖案裝飾。再次測定其ΔL的變化情況，見表2。

從表2中4組實驗的Lab值數據來看，在耐磨檢測前后，樣品顏色的色調變化較小，而顏色的深淺變化較為明顯。本實驗主要考察的是顏色深淺的變化，故研磨前后的顏色色調變化在本實驗中忽略不計，結果整理歸納見表3。

從表3中數據得知，莫氏硬度越高其抗擊研磨體的能力越強，即耐磨性能越好，但釉面效果變得粗糙。測試出研磨前后的Lab值的變化，也反應出了產品的耐磨性能越好，ΔL變化值越小，即色彩變化越少，更接近研磨前的色彩；反之，ΔL變化值越大，其色彩變化越明顯，肉眼更易識別，這與預期設想相吻合。

3.3 增加透明保護釉工藝對深色有釉印花地磚的耐磨性能的影響

阻隔研磨體與深色釉層的直接剮蹭與摩擦，在深色圖案印刷工藝完成之后，增加一道透明保護釉，既不遮蓋裝飾圖案的色彩，又能阻隔研磨體不與裝飾圖案的釉層直接接觸，從而達到保護深色圖案，提高產品耐磨級別的目的。這種透明保護釉應該既具有較好的耐磨性能，又不能對印花釉的色彩產生影響，透明釉一般認為是玻璃體，但兩者是有區別的。釉層的微觀組織結構和化學組成的均勻性都較玻璃差，其中經常夾雜一些熔化不透的殘留石英和新生的莫來石、鈣長石、尖晶石、輝石等晶體，以及數量不一的氣泡，從而影響了釉料的透明度。但為了能提高釉料的硬度，又需要透明釉能在表面析出部分硬度較高的晶體，來抵抗外界的刻劃能力。一般認為，擁有多相的釉料，其均勻性差，會影響釉料的透光率，導致釉料的透明度下降[5]。選取4組透明釉中的其中一組樣品，測試其耐磨實驗前后的色彩深淺Lab值的變化數據見表4。

從表4中Lab數據分析，經600轉耐磨檢測后，色調變化前后不夠明顯，而顏色的深淺變化差異非常明顯，ΔL變化值為17.6，樣品呈現白色，相比未上透明保護釉的方案，色彩深淺變化更明顯。這是由于透明釉在外界機械力作用下，即在研磨體的高速旋轉下，其結構已經被破壞，原本光潔的表面變得較為粗糙，呈現出微小的凹凸狀。當光線入射到這種表面后發生散射、漫反射，從而造成了釉層不透明。透明釉其實是一種玻璃體，具有各向同性和較為穩定的結構。被研磨后的透明釉，其釉層薄，晶格結構已遭到研磨體的破壞，表面變得不光滑，能吸收和反射光線，看上去表現為發白，變得不透明或不夠透明[4]。

4 結論

（1）縮小深色有釉地磚產品釉料色彩與產品表面整體色彩之間的對比度，可以減少經耐磨檢測后顏色上的變化差異，提升產品耐磨性能。

（2）印花釉基礎料選擇同一或接近的配方系統，有助于提高產品的耐磨性能。

（3）在釉料中加入適量和細度的剛玉粉，可以提高釉面的耐磨性能。

（4）通過測定樣品耐磨前后的Lab值的變化，可從數據上更直觀地了解色彩變化深淺的方向。

參考文獻

[1] 俞康泰. 現代陶瓷色釉料與裝飾技術手冊[M]. 武漢工業大學出版社， 1999.

[2] 陶城報.陶瓷磚耐磨性不同評價方法的辨析及標準.

[3] 中華人民共和國國家標準（GB/T3810.1-2006）陶瓷磚試驗方法第7部分：有釉磚表面耐磨性的測定[J]. 陶瓷， 2014（1）.

[4] 素木洋一， 劉可棟， 劉光躍. 釉及色料[M]. 中國建筑工業出版社， 1979.

[5] 章秦娟. 高等?？茖W校試用教材， 陶瓷工藝學[M]. 武漢理工大學出版社， 1997.