固含量對棕色陶瓷墨水呈色效果和穩(wěn)定性的影響

曹希文　張雅?！⌒艹瑘A　林梅

摘 要：本研究采用分散法制備了一種棕色陶瓷墨水，制取固含量分別為35%、40%和45%的三份試樣。對樣品的粒徑大小、粒徑分布、粘度、表面張力、懸浮穩(wěn)定性以及呈色效果分別進行表征分析。研究表明：陶瓷墨水固含量增加，其顆粒粒徑減小且粒徑分布變窄，粘度和表面張力增大;懸浮穩(wěn)定性變差;該棕色陶瓷墨水固含量為40%時和國外某知名品牌的同色系墨水色調(diào)最接近。

關(guān)鍵詞：陶瓷墨水;固含量;呈色效果;分散穩(wěn)定性

1 前 言

陶瓷噴墨打印技術(shù)是一種將陶瓷色料或者粉體制成陶瓷墨水，通過打印機直接噴至基體表面實現(xiàn)呈色，且其成形的形狀與尺寸可通過計算機加以控制[1]。相對于傳統(tǒng)陶瓷裝飾技術(shù)，陶瓷噴墨打印技術(shù)具有無可比擬的優(yōu)勢，而實現(xiàn)該技術(shù)的關(guān)鍵在于制備穩(wěn)定的陶瓷墨水[2、3]。墨水粒度小且分布窄、適中的粘度和表面張力是保證其發(fā)色效果和懸浮穩(wěn)定性的基本性能指標，而固含量是影響這些基本性能指標的一個十分重要的因素[4、5]。陶瓷墨水發(fā)色隨固含量的提高而加深，但也不宜過高，秦威等人研究發(fā)現(xiàn)，當氧化鈷的含量超過50%繼續(xù)增加反而會影響鈷藍色墨水的發(fā)色效果[6]。固含量對墨水懸浮穩(wěn)定性影響較大，施建章等人的研究表明，BZN陶瓷墨水的懸浮穩(wěn)定性隨固含量的增加而增大[7]。但高固含量易對噴墨打印機噴頭造成損傷[4，8]。因此有必要將陶瓷墨水中的固含量控制在合理范圍內(nèi)。本論文主要研究了固含量對陶瓷墨水顆粒粒徑大小及分布、粘度和表面張力、懸浮穩(wěn)定性以及呈色效果的影響，旨在探究制備一種棕色墨水最合適的固含量值。

2 實 驗

2.1 陶瓷墨水的制備

本研究采用分散法制備棕色陶瓷墨水，實驗步驟如下：先將一定量的分散劑聚丙烯酸鈉溶解在溶劑（丙二醇與二甘醇按 l：3的混合液）中;然后緩慢加入超細色料粉，超聲分散30 min后，高速砂磨機研磨90 min，并添加適量調(diào)節(jié)劑羧甲基纖維素;最后將物料送入球磨機進一步分散研磨4 h，經(jīng)1.0μm濾膜過濾后制得陶瓷墨水。其工藝流程如圖1所示。

2.2 性能測試

（1） 采用英國馬爾文公司MASTERSIZER 3000粒度儀對墨水試樣顆粒度進行分析。

（2） 采用德國SITA表面張力儀測試墨水表面張力;

（3） 采用美國博勒飛公司DV2T粘度儀對墨水試樣粘度進行測試。

（4） 采用湖南湘儀TG16-WS離心機將墨水試樣經(jīng)3000 rpm轉(zhuǎn)速離心10 min后，通過比較墨水的沉降速率，從宏觀視角表征墨水懸浮穩(wěn)定性。

（5） 采用德國ZEISS顯微鏡觀察陶瓷墨水顆粒布朗運動的劇烈程度，進一步從微觀視角表征墨水懸浮穩(wěn)定性。

（6） 將墨水試樣通過絲網(wǎng)印刷均勻涂敷在釉面磚坯體上，放進輥道式實驗電爐燒成后，采用國產(chǎn)精密iWaveWF32色差儀分別對試樣的L、a、b值以表征其發(fā)色效果。

3 結(jié)果與分析

3.1 固含量對顆粒度及粒徑分布的影響

對試樣做粒度分析和能耗測試，測試結(jié)果如圖2所示，結(jié)果表明：粒徑隨研磨時間增加而減小，在研磨達60 min后急劇下降，而75 min后下降速度緩慢;每公斤所需能耗隨研磨時間幾乎呈線性變化。固含量越高，粒徑下降愈快，所需能耗更小，說明固含量越高，其研磨效率愈高。

三份試樣粒徑分布測試結(jié)果如圖3所示，當固含量為35%時，粒徑分布范圍較寬;而固含量為45%較40%的粒徑分布略窄，說明固含量越高，其研磨效果愈好。

3.2 固含量對陶瓷墨水粘度和表面張力的影響

對三份試樣的粘度和表面張力測試結(jié)果分別如圖4和圖5所示。結(jié)果表明：陶瓷墨水粘度和表面張力均隨固含量增加而增大。而噴墨打印技術(shù)對于陶瓷墨水的粘度和表面張力要求很高。據(jù)相關(guān)文獻報導(dǎo)，粘度太小，內(nèi)摩擦力小，不利于噴射;粘度過大，影響陶瓷墨水的流動性，不利于形成小液滴[4]。適中的表面張力有助于墨滴的均勻形成，不僅能獲得良好的濕潤性，還能避免粘打印機噴頭[4、5]。因此，基于噴墨打印的技術(shù)要求，需將陶瓷墨水的固含量控制在合理范圍內(nèi)。

3.3 固含量對陶瓷墨水穩(wěn)定性的影響

對三份試樣進行離心沉淀實驗和布朗運動的觀察實驗，結(jié)果分別如圖6和圖7所示。結(jié)果表明：墨水經(jīng)離心測試后沉積層厚度隨固含量的遞增呈梯度增加，固含量越高，顆粒越密集，布朗運動空間受限，說明其懸浮穩(wěn)定性隨固含量增加而下降。據(jù)相關(guān)文獻報導(dǎo)，固含量過高對于顆粒的分散極為不利，易造成顆粒間的團聚或絮凝[9]。因此，為獲得分散效果良好的陶瓷墨水，限制固含量極為必要。

3.4 固含量對陶瓷墨水呈色效果的影響

將三份試樣與國外某知名品牌Y的墨水樣品進行刮板比色實驗，結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明：隨著固含量越高，陶瓷墨水色調(diào)逐漸加深。固含量為40%的試樣和國外知名品牌Y的色調(diào)最接近，發(fā)色效果最佳。

4 結(jié) 論

（1）隨著陶瓷墨水固含量遞增，其顆粒粒徑增大，所需的能耗減小，研磨效率愈高;同時，粒徑分布越窄，研磨效果越好。

（2）陶瓷墨水的粘度和表面張力均隨其固含量的遞增而增大，基于噴墨打印的技術(shù)要求，需控制固含量在合理范圍。

（3）隨著固含量的遞增，墨水離心沉淀層厚度呈梯度增加，布朗運動能力減弱，懸浮穩(wěn)定性下降。為獲得分散效果良好的墨水，限制固含量極為必要。

（4）隨著固含量遞增，陶瓷墨水的色調(diào)逐漸加深，對于本研究中的棕色墨水，當固含量為40%時其發(fā)色效果最佳。

參考文獻

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[9] 康永. 陶瓷墨水穩(wěn)定性研究及發(fā)展趨勢[J]. 佛山陶瓷， 2016（3）：6-11.

Effect of Solid Content on Ceramic Ink Coloring Properties and Stability

CAO Xi-wen， ZHANG Ya-xi， XIONG Chao-yuan， LIN Mei

（ Jiangxi Vocational College of Industry and Engineering， Pingxiang 337000 ）

Abstract： A brown ceramic ink was prepared by inkjet printing technology， and three samples with solid content of 35%， 40% and 45% were prepared. The particle size， Particle size distribution， Viscosity， Surface tension， Suspension stability， Brownian motion of ink particles were characterized and analyzed. The results showed that the solid content of ceramic ink increased， the particle size decreased and the particle size distribution narrowed， the viscosity and surface tension increased， and the suspension stability of ink decreased. The higher the solid content， the thicker the centrifugal precipitation layer， the smaller the Brownian motion space， the weaker the ability， and the worse the suspension stability. When the solid content of brown ceramic ink is 40% in this experiment， it is the closest to the color of the same color ink of a famous foreign brand.

Keywords： Ceramic ink; Solid content; Color effect; Dispersion stability