陶瓷墨水的在線顆粒分級技術*

桂勁寧 吳 晉 鄭樹龍

(佛山市邁瑞思科技有限公司 廣東 佛山 528138)

前言

最近十年以來，國內陶瓷數碼墨水的使用和生產從零開始快速發展，已經成為各種瓷磚生產中必備的一種圖案裝飾材料，全國每年生產和使用陶瓷墨水三萬噸以上[1]，對于促進建陶行業的技術升級，提高產品檔次起到了十分巨大的作用。

陶瓷墨水一般有藍色、棕色、鐠黃色、桔色、米色、黑色、粉色七個普通顏色和包裹黃、包裹紅兩個特殊顏色，有的顏色的發色受粒度影響較小，比如藍色、黑色、桔黃和米黃，有的顏色受粒度影響非常明顯，例如鐠黃色、棕色、包裹黃和包裹紅。受粒度影響的顏色一般隨粒度下降發色能力快速衰減，粒度低到一定程度甚至失去裝飾要求的發色效果。

陶瓷墨水在研磨過程中隨時間推移粒度逐步降低，色料粒度始終是在一個比較寬的范圍呈現正態分布，當D50達到噴墨使用要求的范圍時，一部分顆粒很粗，而一部分顆粒已經很細，粗的顆粒會帶來噴墨不暢、存放沉淀和堵噴墨機墨路過濾器等問題，太細的顆粒發色弱，不利于墨水的整體發色提高。所以陶瓷墨水實際生產中希望墨水內分散的色料顆粒的粒度分布盡可能集中，這樣，粒度過低而發色弱的顆粒少，粒度過大而影響墨水存放和使用的顆粒也少；粒度分布窄的陶瓷墨水和粒度分布寬的陶瓷墨水相比，可以用更低的固含量實現同樣的發色，對于提高陶瓷墨水市場競爭力的效果也十分明顯。

馬振華等人[2]利用碟式離心機對氧化鋁水性漿料進行濕法分級，效果良好。筆者通過碟式分離機對幾種油性載體分散的陶瓷墨水進行粗細分級，探索粒度分布更窄的陶瓷墨水生產工藝，對碟式離心機在陶瓷墨水生產中的使用進行了探討。

2 碟式分離機原理

碟式分離機的結構原理圖(見圖1)，核心分離結構由多個錐形碟片以一定間距重疊安裝在轉軸上形成，當陶瓷墨水穿過高速旋轉的錐形碟片組時，顆粒大的離心沉降速度快，受離心力作用沉積在碟片的下表面，并在離心力作用下不斷沿著碟片下表面向碟片外圍滑移，最終甩出匯集到噴嘴處，通過噴嘴噴出，經收集槽收集后從管道流出，這樣分離出顆粒比較粗的陶瓷墨水；顆粒小的由于離心沉降速度慢，得以沿著碟片之間的空間流動到碟片組錐形下端的孔道流出，從轉軸外夾層的管道流出，這樣就分離出顆粒比較細的陶瓷墨水。

圖1 碟式分級機原理圖

3 分級試驗

3.1 分級試驗的陶瓷墨水

使用以脂肪烴和植物油脂肪酸脂混合溶劑為載體，通過聚酯分散劑進行分散，在砂磨機上用0.3～0.4 mm的氧化鋯研磨介質研磨足夠時間，得到各種顏色的陶瓷墨水，經貝克曼庫爾特LS13320型激光粒度儀測量粒度分布如表1(各種墨水在40 ℃的粘度為16～20 mPa·s)：。

表1 試驗墨水粒度表(單位微米)

3.2 分級試驗使用的碟式分離機

分級試驗采用JMLDP200型碟式分離機，該機主要技術參數為:

表2 碟式分離機主要技術參數

3.3 分級試驗及粗細組分粒度分析

分級試驗時，先將碟式分級機轉鼓調到工作轉速7 000 RPM旋轉穩定后，開啟進料泵進料，在轉鼓邊緣的粗顆粒出料口和轉鼓轉軸附近的細顆粒出料口分別用容器收集出料，并取樣用上述激光粒度儀進行粒度分析。

4 分級效果及應用探討

4.1 分級后粗細組分的粒度分析

經過碟式分離機分級處理后的粗細組分的粒度分析結果如下表(單位微米)：

表3 碟式離心機分級處理后各色墨水粗細組分粒度數據

續表3

從表中數據可見，四種試驗的不同顏色墨水經過碟式離心機處理一次后，分出的粗、細兩種組分粒度有非常明顯的差別，其中D50的差別粉色稍低為0.07 1 μm，鐠黃次低為0.10 3 μm，紅棕和桔黃為0.2 μm以上，說明碟式離心機對上述陶瓷墨水進行顆粒分級的效果十分明顯。

4.2 粗細分級后陶瓷瓷墨水性能的改善

粗細分級后，粗顆粒組分返回砂磨機繼續研磨到和細顆粒組分接近的粒度，然后和細顆粒組分混合均勻，如混合均勻后粒度達到產品要求，則不需再次分級，如果混合均勻后粒度大于于標準值，則需再次離心分級后將粗顆粒組分返磨后，再和分級出的細顆粒組分混合均化處理，這樣反復進行，直到粒度達標。研究發現，這樣分級處理后，墨水的過濾性明顯改善，濾芯消耗減少；發色增強，同樣發色時經過離心分級處理的墨水需要的固體含量降低，這樣就從原料消耗和生產消耗兩方面降低了陶瓷墨水的生產成本。過濾性的改善是因為針對性地研磨離心出粗顆粒組分，對粗顆粒的研磨得到強化，粗顆粒減少了，自然有利于過濾改善；發色的提高是因為針對性的對粗顆粒部分強化研磨，最大程度地避免了細顆粒部分的過度研磨，使得細顆粒部分的發色效果得以改善，從而促進了墨水的整體發色。

4.3 碟式離心機的應用探討

傳統的陶瓷墨水研磨工藝中，粗細顆粒同時研磨，粒度同步下降，最終必然導致一部分色料顆粒過磨，粒度減小，同時另一部分顆粒研磨不到位使粒度偏大，墨水全部顆粒處在一個較寬的粒度分布范圍，粒度較細的那部分顆粒對過濾有利而對發色和整體的分散不利，這是因為一些色料如鐠黃、紅棕、包裹紅、包裹黃等在粒度很細時發色很弱甚至不能發色，所以墨水中粒度細的部分發色需要改善；另一方面，墨水中粒度很細的色料顆粒比表面積大，消耗了更多的分散劑，這就導致分散劑用量固定不變時細顆粒含量過多的墨水整體的分散不良，粘度增大。粒度較粗的部分，對于墨水生產中的過濾操作關系密切，通過降低粗顆粒的含量，可以減少濾芯的消耗而直接降低生產成本?？梢?，通過在墨水研磨環節引入碟式分離機，對墨水半成品進行中間分級后分開進行針對性的差異化研磨，可以大大改善陶瓷墨水粒度分布，使墨水內色料顆粒的粒度分布收窄，起到發色改善、生產成本降低、研磨效率提高的作用。

碟式離心機的使用可采取離線使用和連線使用兩種不同方式。離線使用就是當陶瓷墨水研磨到接近標準粒度時轉入離心機進行分級，通過參數調整和研磨時間使分級后細顆粒組分和標準一致，粗顆粒組分粒度較粗需繼續研磨到和粒度標準一致，然后和分出的細顆粒組分混合后進入過濾環節。連線使用就是當墨水經主研磨機研磨到D50在1 μm以下時，將碟式離心機接入砂磨機出料管路，砂磨機出料分離為粗細兩種組分，細組分進入原砂磨機研磨，粗組分進入另一臺砂磨機強化研磨后匯入原主墨缸回到主研磨機研磨，這樣不斷循環。也可以采用第二臺碟式分離機接入用來強化研磨碟式離心機第一次分離出的粗組分墨水的砂磨機的出料管路，形成二級分離研磨模式，二級分離出的細顆粒組分返回主磨缸，而粗顆粒組分則進入另一臺砂磨機強化研磨后進入主墨缸，甚至也可以引入三級分離研磨模式，見圖2所示，各級分離后粗細組分的研磨機運行參數需要進行針對性的調整，以使研磨效果最優化。

圖2 三級碟式分級研磨流程圖

5 結論

使用碟式離心機可以有效地對陶瓷墨水進行粗細分級處理。在陶瓷墨水生產環節引入粗細分級處理，可以針對性地對粗顆粒進行強化研磨，有助于減少陶瓷墨水中的過粗和過細顆粒含量，顆粒分布更加集中，起到增強墨水發色、改善過濾性能等效果，碟式分級機在墨水生產工藝中的應用值得進一步深入研究。