噴墨打印防滑陶瓷墨水的研制

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摘 要：本文采用釉用原料及納米材料制備防滑陶瓷墨水，研究墨水中固相成分對(duì)釉面性能和顏色墨水發(fā)色的影響。確定n（SiO2）/n（Al2O3）為2.21時(shí)的D墨水，噴墨量26～78g/m2時(shí)，可制備光澤度8度以內(nèi)、釉面細(xì)膩且防滑系數(shù)>55的低風(fēng)險(xiǎn)防滑產(chǎn)品，同時(shí)省去傳統(tǒng)施保護(hù)釉的工藝，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)字化程度;也確定BaO可改善低光防滑墨水的手感，但不利于防滑性能的提高;簡(jiǎn)單闡述了防滑墨水的原理。

關(guān)鍵詞：陶瓷墨水;防滑;摩擦系數(shù)

1 前 言

全拋釉由于優(yōu)美多變的花色、超高的亮度受到廣大用戶的喜愛。近幾年，雖有各種新型瓷磚產(chǎn)品推出，但全拋釉仍是現(xiàn)在的主流，而長(zhǎng)期以來卻忽略了由于瓷磚不夠防滑帶來的安全問題。目前，國(guó)家未對(duì)瓷磚制造企業(yè)制定嚴(yán)格的防滑標(biāo)準(zhǔn)，但全世界的地面滑倒安全隱患日益突出，諸如滑倒導(dǎo)致傷殘的案件數(shù)不勝數(shù)，給人們帶來的傷害及財(cái)產(chǎn)損失與日俱增[1，2]。因此，研發(fā)技術(shù)人員更應(yīng)關(guān)注瓷磚產(chǎn)品的防滑性能。

提高瓷磚防滑性能常用的方法有：提高釉溫法、施干粒法、凹凸模具、防滑劑。前三種方法都存在高防滑等級(jí)導(dǎo)致低防污性能，工藝復(fù)雜，成本高等問題，后者存在不耐磨，防滑性能失效的問題[3-5]。本實(shí)驗(yàn)將釉用原料及納米材料制備成防滑陶瓷墨水，采用最新的噴墨打印技術(shù)將墨水打印至陶瓷釉上，提高瓷磚的防滑性能，同時(shí)研究了墨水的固相成分對(duì)防滑性能和顏色墨水發(fā)色的影響。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 墨水制備

采用表1中所示的原料，將各原料采用振動(dòng)磨研磨至D50≤5μm，D97≤10μm，其中納米氧化鋁無需處理，將處理后的粉體按照表2配方使用實(shí)驗(yàn)砂磨機(jī)將粉體混合研磨至合適粒度，調(diào)整墨水性能后過濾即成墨水樣品。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用表3配方的釉作為本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)面釉，在該面釉的基礎(chǔ)上打印防滑墨水，燒成溫度1200℃，燒成時(shí)間50min，研究墨水的固相成分對(duì)防滑性能、顏色墨水發(fā)色等釉面性能的影響。墨水中固相成分如表4所示。

2.3 性能檢測(cè)與表征

采用LABSTAR LS1型砂磨機(jī)制備各墨水樣品;

采用BM-III型摩擦系數(shù)測(cè)定儀測(cè)試釉面在潮濕狀態(tài)的摩擦系數(shù)[6、7];

采用WGG60-E4型光澤度儀在60°入射角下測(cè)試釉面光澤度;

采用CR-10 Plus型色度儀測(cè)試墨水在釉中的發(fā)色;

采用WHX-7000型數(shù)碼顯微鏡測(cè)試釉面形貌。

3 結(jié)果與分析

3.1 墨水中固相成分對(duì)釉面性能的影響

3.1.1 n（SiO2）/n（Al2O3）對(duì)釉面性能的影響

墨水中固相成分中的n（SiO2）/n（Al2O3）及噴墨量對(duì)釉面最終的性能影響很大，如表5所示。當(dāng)3.39≤n（SiO2）/n（Al2O3）≤13.23時(shí)，噴墨量從26g/m2提高至78g/m2，釉面光澤度逐漸提高，釉面摩擦系數(shù)逐漸降低，且摩擦系數(shù)都小于54，未達(dá)到防滑低風(fēng)險(xiǎn)水平[7]。當(dāng)1.05≤n（SiO2）/n（Al2O3）≤2.21時(shí)，噴墨量從26g/m2提高至78g/m2，釉面光澤度逐漸降低，釉面摩擦系數(shù)逐漸提高，摩擦系數(shù)都大于55，達(dá)到防滑低風(fēng)險(xiǎn)水平[7]。但當(dāng)1.05≤n（SiO2）/n（Al2O3）≤1.51，噴墨量≥52g/m2時(shí)，釉面手感粗糙，防污性能差。同時(shí)，從表5可知，當(dāng)n（SiO2）/n（Al2O3）為2.21時(shí)，可得到釉面效果最好的防滑產(chǎn)品。當(dāng)n（SiO2）/n（Al2O3）為1.51時(shí)，則需要特別注意噴墨量對(duì)釉面手感的影響。隨n（SiO2）/n（Al2O3）的降低，即Al2O3用量提高，釉面光澤度降低，摩擦系數(shù)提高，但提高到一定程度后釉面手感及防污性能受到影響，這與Al2O3可提高釉的熔融溫度，增加熔體的高溫粘度有關(guān)[9]。

3.1.2 BaO含量對(duì)釉面性能的影響

文獻(xiàn)[8]提到，BaO可提高釉料的防滑性能，本文在E配方的基礎(chǔ)上添加BaO，研究其對(duì)釉面性能的影響，如表6所示。加入BaO，釉面光澤度相對(duì)E樣品有所提高，但摩擦系數(shù)卻明顯降低，雖提高BaO含量至30.86%時(shí)，摩擦系數(shù)有所提高，但仍小于54，未達(dá)到防滑低風(fēng)險(xiǎn)水平[7]，但釉面手感更細(xì)膩，防污性能更佳，這也是防滑性能稍差的原因。BaO常用于無光釉的助熔劑，但當(dāng)用量較大時(shí)，反而會(huì)提高熔融溫度[9]，從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)先降后升。

3.2 墨水中固相成分對(duì)顏色墨水發(fā)色的影響

考慮到26g/m2的噴墨量即可制備高摩擦系數(shù)、低光澤度且細(xì)膩的釉面，因此，只研究26g/m2的噴墨量下，固相成分對(duì)藍(lán)色、紅棕、黃色與黑色四色墨水發(fā)色的影響，如表7所示。隨n（SiO2）/n（Al2O3）的降低，即Al2O3用量提高，鋁離子與藍(lán)色墨水中的鈷離子形成更多高溫穩(wěn)定的鈷鋁尖晶石，藍(lán)色墨水藍(lán)值提高，發(fā)色加深，但紅值降低，總體發(fā)色較好;紅棕墨水紅黃值都降低，發(fā)色變差，與鋁離子取代部分紅棕墨水中鐵和鉻離子有關(guān)，但D墨水對(duì)應(yīng)的發(fā)色不影響圖案設(shè)計(jì);黃色墨水發(fā)色影響不明顯;黑色墨水由紅黃調(diào)黑色向藍(lán)綠調(diào)黑色轉(zhuǎn)變，不利于黑色的發(fā)色，但D墨水對(duì)應(yīng)的發(fā)色不影響圖案設(shè)計(jì)。BaO的加入對(duì)藍(lán)色和黃色的影響不明顯，可使紅棕發(fā)色稍鮮艷，使黑色紅黃調(diào)適當(dāng)提高，發(fā)色有所提升。

3.3 防滑墨水的原理

采用高倍顯微鏡對(duì)A、D、E防滑墨水對(duì)應(yīng)的釉面放大400倍后觀察，如圖1所示。從圖1可知，A釉面表面平整，而D與E釉面產(chǎn)生較多10μm左右的凹坑，因此，D和E釉面具有較高的摩擦系數(shù)，由于是非常細(xì)小的凹凸?fàn)?，釉面的手感仍較好，可保證較好的防污性能。

凹坑的產(chǎn)生可能與墨水的溶劑組成和固相組成相互決定。由于墨水的溶劑沸點(diǎn)都接近300℃，瓷磚在燒制過程中，由于溶劑和分散劑組成的混合溶液不斷揮發(fā)，將薄薄的一層墨水沖破形成細(xì)小凹坑;再通過控制墨水固相組成保證墨水層的高溫粘度較高，使凹坑在瓷磚燒制后仍存在于瓷磚表面。利用這種凹凸結(jié)構(gòu)，在壓力下和鞋底產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用以及真空吸附作用來達(dá)到防滑效果[3]。

4 結(jié) 論

（1）隨n（SiO2）/n（Al2O3）降低，釉面防滑性能提高，光澤降低;但如果過低，則會(huì)影響釉面的手感與防污性能。當(dāng)n（SiO2）/n（Al2O3）為2.21，噴墨量26～78g/m2時(shí)，可制備光澤度8度以內(nèi)，釉面細(xì)膩且防滑系數(shù)>55的低風(fēng)險(xiǎn)防滑產(chǎn)品。

（2）在n（SiO2）/n（Al2O3）為1.51的低光防滑墨水基礎(chǔ)上，隨BaO提高，可使摩擦系數(shù)先降后升，光澤有所提高，釉面手感更細(xì)膩，防污性能更好。

（3）n（SiO2）/n（Al2O3）的降低，有利于藍(lán)色發(fā)色，但不利于紅棕與黑色的發(fā)色，對(duì)黃色發(fā)色影響不明顯。

（4）BaO的加入對(duì)藍(lán)色和黃色的影響不明顯，但有利于紅棕和黑色的發(fā)色。

（5）綜合釉面性能和墨水發(fā)色性能，該防滑墨水可直接做保護(hù)釉使用，減少后續(xù)施保護(hù)釉的傳統(tǒng)工藝。

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