影響噴墨滲花墨水發(fā)色的因素探討

王永強(qiáng)++王瑞峰++劉江義++古戰(zhàn)文++潘超憲

摘 要：本文通過(guò)研究二氧化鈦、超細(xì)氧化硅、礦化劑、增白劑、滲透時(shí)間對(duì)滲花墨水發(fā)色性能的影響，探討適合滲花墨水產(chǎn)品的技術(shù)方案，為穩(wěn)定生產(chǎn)該類(lèi)產(chǎn)品提供了一定的技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)健詞：滲花墨水；Lab值；白炭黑

1 引言

滲花磚是拋光磚的一種，傳統(tǒng)滲花磚的工藝是通過(guò)絲網(wǎng)或膠輥將滲花釉印刷在磚坯表面，再在整片磚上噴助滲劑，燒成后拋光，產(chǎn)品圖案設(shè)計(jì)比微粉磚更加容易實(shí)現(xiàn)，但圖案清晰度較低、沒(méi)有變化且色系較為單調(diào)。拋釉磚憑借噴墨打印技術(shù)使產(chǎn)品圖案遠(yuǎn)比拋光磚豐富和精細(xì)，占領(lǐng)了大量屬于拋光磚的市場(chǎng)。

噴墨滲花是傳統(tǒng)滲花磚的升級(jí)，通過(guò)噴墨打印的方式將滲花墨水和助滲劑打印在瓷磚表面，做到定位滲透，使產(chǎn)品的圖案更加豐富、清晰。2015年以來(lái)，市場(chǎng)上已經(jīng)有多家企業(yè)推出噴墨滲花產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的表面裝飾效果和拋光平整度均介于拋光磚和拋釉磚之間，所使用的滲花墨水主要有國(guó)外的美高和國(guó)內(nèi)的道氏、伯陶。

但該類(lèi)產(chǎn)品存在紅黃色發(fā)色偏淺的缺點(diǎn)。在傳統(tǒng)滲花磚的生產(chǎn)中，米黃色產(chǎn)品一般通過(guò)在坯體中加入二氧化鈦來(lái)增強(qiáng)黃色滲花釉的發(fā)色能力[1，2]。棕色滲花墨水中的著色劑是硅鐵紅，研究硅鐵紅發(fā)色的文獻(xiàn)中提到氧化硅[3～6]和礦化劑[5，7]能促進(jìn)硅鐵紅發(fā)色。本研究探討配方中原料及工藝對(duì)滲花墨水發(fā)色的影響，從二氧化鈦、超細(xì)氧化硅、礦化劑、增白劑、滲透時(shí)間這五個(gè)因素研究滲花墨水的發(fā)色影響，為生產(chǎn)噴墨滲花產(chǎn)品提供一些參考。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 樣品制備

實(shí)驗(yàn)原料為工業(yè)純的釉用原料，按配方稱(chēng)取一定量的原料后，加入適量的CMC、三聚和水，放入球磨罐中按料：球石：水=1：2：0.8球磨，每100 g干料球磨8 min得到釉漿，將釉漿比重調(diào)整至1.65 ± 0.02備用。

樣品制備的基本流程為壓制坯體→干燥→施釉→干燥→噴滲花墨水→噴助滲劑→燒成→拋光，施釉方式小試為刮釉，中試和大生產(chǎn)為淋釉。施釉后的半成品在輥道窯燒成，窯爐最高表溫1187℃，燒成時(shí)間75 min。

2.2 樣品表征

使用噴墨機(jī)按80%的灰度打印色卡，使用EFI Color Verifier設(shè)備掃描，得到墨水的發(fā)色范圍。其中Lab模式是由國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）于1976年公布的一種色彩模式，是CIE組織確定的一個(gè)理論上包括了人眼可見(jiàn)的所有色彩的色彩模式。Lab模式由三個(gè)通道組成，L通道是明度通道，數(shù)值越大則亮度越高，對(duì)它調(diào)整只發(fā)生亮度變化而沒(méi)有色彩變化；a通道的顏色變化是從綠色到紅色，正值為紅色且越大越紅，負(fù)值為綠色且越小越綠；b通道則是從藍(lán)色到黃色，正值為黃色且越大越黃，負(fù)值為藍(lán)色且越小越藍(lán)；調(diào)整a和b通道只有色彩變化而沒(méi)有亮度變化。

樣品藍(lán)、棕、黃三色墨水中只要有一種顏色的墨水發(fā)色很差則認(rèn)為該面釉配方不適合噴墨滲花墨水使用。

2.3 實(shí)驗(yàn)儀器

樣品實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)所用實(shí)驗(yàn)儀器見(jiàn)表1。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

滲花墨水中的主要成分與普通墨水相似，包括著色劑、懸浮劑、穩(wěn)定劑等，其中著色劑具有一定的滲透能力，配合助滲劑能滲透到釉層中。著色劑屬于高溫色料，影響其發(fā)色的基本因素與常規(guī)色料類(lèi)似。

實(shí)驗(yàn)用樣品坯體白度為41度，釉料配方在拋光磚面料基礎(chǔ)上調(diào)整，配方組成為SiO2：65 ～ 70，Al2O3：18.5 ～ 21，CaO：0.9 ～ 1.3，MgO：1.2 ～ 1.7，K2O：3.5 ～ 4.5，Na2O：2.5 ～ 3.5。此配方磚型、內(nèi)質(zhì)均符合國(guó)標(biāo)要求，但是滲花墨水發(fā)色極差，只有藍(lán)色墨水發(fā)色較深，棕色和黃色墨水發(fā)色極淺，具體發(fā)色情況見(jiàn)表2。

如表2所示，滲花墨水中藍(lán)色在此面釉上發(fā)色正常，棕色和黃色的Lab值與基礎(chǔ)釉面接近，基本不發(fā)色。

3.1 二氧化鈦

在基礎(chǔ)面釉配方中分別加入質(zhì)量百分比0.5%、1%、1.5%的二氧化鈦，試驗(yàn)滲花墨水的發(fā)色情況，具體結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，在面釉配方中加入二氧化鈦能明顯提升黃色滲花墨水的發(fā)色能力，對(duì)藍(lán)色和棕色墨水的發(fā)色影響較弱。但是面釉的顏色隨著二氧化鈦的加入而逐漸變黃，過(guò)度的黃色影響產(chǎn)品的整體色調(diào)，藍(lán)色和棕色墨水也隨之偏向黃調(diào)。

因加入質(zhì)量百分比1%的二氧化鈦時(shí)黃色墨水的發(fā)色已經(jīng)有明顯提升，效果最佳。后續(xù)實(shí)驗(yàn)均在面釉中加入質(zhì)量百分比1%的二氧化鈦。

3.2 超細(xì)氧化硅

氧化硅的細(xì)度及比表面積對(duì)硅鐵紅發(fā)色影響極大，研究對(duì)比多種氧化硅以及其加入方式對(duì)滲花墨水的發(fā)色影響。

3.2.1不同氧化硅之間的發(fā)色對(duì)比

對(duì)比釉用石英粉、超細(xì)石英粉、國(guó)產(chǎn)氣相白炭黑、進(jìn)口氣相白炭黑、沉淀法白炭黑[8，9]、硅藻土對(duì)滲花墨水的發(fā)色影響，在面釉中的加入量為質(zhì)量百分比3%，球磨1 min。其中釉用石英粉是公司常用工業(yè)原料，粒徑較粗；超細(xì)石英粉是將釉用石英粉研磨至1000目以?xún)?nèi)；國(guó)產(chǎn)氣相白炭黑、進(jìn)口氣相白炭黑、沉淀法白炭黑、硅藻土為購(gòu)買(mǎi)工業(yè)純?cè)?。滲花墨水的具體發(fā)色情況見(jiàn)表4。

由表4可知，釉用石英粉和超細(xì)石英粉完全不能促進(jìn)棕色滲花墨水發(fā)色；氣相白炭黑和沉淀法白炭黑能夠明顯影響棕色墨水滲花發(fā)色，但沉淀法白炭黑發(fā)色效果遠(yuǎn)不如氣相法白炭黑，氣相白炭黑同時(shí)促進(jìn)紅黃色發(fā)色，沉淀法白炭黑使棕色墨水發(fā)出很重的黃調(diào)；硅藻土使棕色墨水略發(fā)出黃調(diào)，且釉面出現(xiàn)大量閉口泡。

氧化硅的比表面積對(duì)硅鐵紅的發(fā)色影響極大，實(shí)驗(yàn)原料中白炭黑為人工合成，具有較高的比表面積，其中氣相白炭黑的比表面積極大，在高溫時(shí)能充分促進(jìn)硅鐵紅發(fā)色，從而使棕色墨水的發(fā)色能力大幅提升。

3.2.2加入量對(duì)發(fā)色的影響

選用進(jìn)口氣相白炭黑實(shí)驗(yàn)加入量對(duì)滲花墨水發(fā)色的影響，加入量分別為質(zhì)量百分比1%、3%、5%、7%，球磨1 min，具體發(fā)色情況見(jiàn)表5。

如表5所示，進(jìn)口氣相白炭黑加入量在1 ～ 5%時(shí)，滲花墨水的發(fā)色能力隨白炭黑的增多而逐漸增強(qiáng)，加入量達(dá)到7%時(shí)滲花墨水的發(fā)色沒(méi)有明顯變化。說(shuō)明促進(jìn)發(fā)色的物質(zhì)在加入量達(dá)到一定程度后已達(dá)到飽和，繼續(xù)增加含量難以提高其發(fā)色能力，后續(xù)實(shí)驗(yàn)均按質(zhì)量百分比5%加入進(jìn)口氣相白炭黑。

3.2.3加入方式對(duì)發(fā)色的影響

實(shí)驗(yàn)進(jìn)口氣相白炭黑在面料漿中直接攪拌、球磨30 s、球磨5 min、球磨10 min、球磨15 min對(duì)滲花墨水發(fā)色的影響，具體效果見(jiàn)表6。

由表6可知，氣相白炭黑的加入方式會(huì)影響滲花墨水的發(fā)色，主要是影響棕色墨水，影響結(jié)果如下：

（1）直接攪拌、球磨30s、球磨5min這三種加入方式，藍(lán)、棕、黃三色墨水發(fā)色均變化較小；

（2）球磨10 min后，藍(lán)色墨水逐漸偏暗，顏色變化??；

（3）球磨10 min后，棕色墨水逐漸偏淺，顏色明顯偏黃；

（4）黃色墨水整體影響不大，隨球磨時(shí)間增長(zhǎng)略偏淺；

因此，為了噴墨滲花產(chǎn)品的生產(chǎn)穩(wěn)定性，氣相白炭黑最好在其它原料球磨達(dá)到細(xì)度要求后，單獨(dú)加入并短時(shí)間混合均勻；或者在生產(chǎn)前通過(guò)攪拌的方式加入到面料漿中。

3.3 礦化劑

實(shí)驗(yàn)添加礦化劑進(jìn)一步增強(qiáng)滲花墨水的發(fā)色能力，礦化劑包括氯化鋰、碳酸鋰、氟化鈣和冰晶石，試劑純度為化學(xué)純，與氣相白炭黑一起球磨30 s，結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可知，礦化劑對(duì)滲花墨水的發(fā)色能力沒(méi)有明顯的改善作用，且從實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，部分礦化劑還會(huì)造成釉面不平整，影響產(chǎn)品效果。

3.4 增白劑

噴墨滲花產(chǎn)品和拋釉磚一樣有不同深淺的產(chǎn)品，其中比較鮮艷的產(chǎn)品需要面釉的白度較高，一般通過(guò)在面釉中加入硅酸鋯或α-氧化鋁來(lái)提高白度。實(shí)驗(yàn)加入不同質(zhì)量百分比的硅酸鋯和α-氧化鋁，具體結(jié)果見(jiàn)表8。

由表8可知，硅酸鋯和α-氧化鋁均可以提高面釉的白度，同時(shí)減弱墨水的發(fā)色能力，需要綜合參考面釉白度和發(fā)色能力選擇增白劑的種類(lèi)和加入量。

面釉隨著硅酸鋯加入量增多逐漸變鮮艷，但是棕色和黃色滲花墨水發(fā)色逐漸變?nèi)?，加入量達(dá)到3%時(shí)棕色墨水已經(jīng)明顯下降，加入量達(dá)到6%時(shí)棕色和黃色墨水發(fā)色均明顯減弱，其中棕色墨水發(fā)色已經(jīng)不到無(wú)增白劑面釉的一半。

α-氧化鋁增加面釉白度不如硅酸鋯，但對(duì)墨水的發(fā)色影響較小，加入量6%時(shí)棕色墨水發(fā)色才有較明顯降低，黃色墨水無(wú)明顯影響，此時(shí)面釉白度高于加入3%硅酸鋯。但此時(shí)面釉溫度偏高，拋光后易吸污。

3.5 滲透時(shí)間

噴墨滲花墨水由于具有滲透性和擴(kuò)散性，在圖案表現(xiàn)上與傳統(tǒng)噴墨墨水有較大區(qū)別，主要表現(xiàn)在圖案清晰程度偏弱。噴墨滲花產(chǎn)品圖案顏色與墨水的滲透深度和產(chǎn)品的拋光深度有關(guān)，而墨水滲透深度又與燒成前的滲透時(shí)間有關(guān)。研究不同滲透時(shí)間對(duì)滲花墨水顏色的影響，具體效果見(jiàn)圖1。

如圖1所示，噴墨打印后燒成前的滲透時(shí)間從左至右分別是1 h、30 min、20 min、9 min。隨著滲透時(shí)間的增長(zhǎng)，表面圖案的顏色逐漸變淺和模糊。9 min和20 min的顏色差距最大，說(shuō)明剛開(kāi)始圖案迅速變淺，墨水中的著色因子快速的滲透到磚坯中。隨著滲透時(shí)間的增長(zhǎng)，表面顏色變淺和模糊的速度也逐漸放慢，30 min后圖案的顏色和清晰程度基本趨于穩(wěn)定。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）氧化鈦能增強(qiáng)黃色墨水的發(fā)色能力，加入質(zhì)量百分比1%最佳。

（2）氣相白炭黑能增強(qiáng)棕色墨水的發(fā)色能力，加入質(zhì)量百分比5%最佳；其加入方式對(duì)棕色墨水的發(fā)色有較大影響，直接加入攪拌或球磨5 min以?xún)?nèi)對(duì)顏色影響較小。

（3）礦化劑對(duì)三種墨水的發(fā)色無(wú)明顯影響。

（4）增白劑中硅酸鋯會(huì)明顯減弱棕色墨水發(fā)色，不宜在噴墨滲花磚中使用；α-氧化鋁在增加面釉白度的同時(shí)對(duì)墨水發(fā)色影響較小，加入質(zhì)量百分比4%較佳。

（5）噴墨滲花墨水打印后的滲透時(shí)間對(duì)表面顏色有一定影響，30 min后顏色趨于穩(wěn)定。

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