深色釉面地磚噴墨印花缺陷的解決實例*

陳海林

(福建省閩清金明珠陶瓷有限公司 福州 350800)

前言

如今，陶瓷磚的噴墨打印技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。不過與傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的水性印油明顯不同的是，噴墨打印機所使用的墨水大部分是油性墨水，并且以有機溶劑作為溶解色基的主要成分。目前國內(nèi)市場的陶瓷墨水溶劑以烷烴類溶劑為主，如脂肪族烴類溶劑。當(dāng)噴墨量較大時，墨水干燥十分緩慢，容易造成產(chǎn)品的釉面缺陷，給生產(chǎn)帶來了極大不便。因此，不少廠家在生產(chǎn)深色釉面磚時，仍采用傳統(tǒng)絲網(wǎng)印花，導(dǎo)致圖案層次不夠豐富，單條釉線產(chǎn)能低，優(yōu)等品率很難提高，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計單調(diào)，成本無法優(yōu)化。

1 深色釉面地磚噴墨印花缺陷的解決

筆者所在工廠主要生產(chǎn)600 mm×600 mm仿拋水晶釉面紅坯地磚，采用二次燒成工藝，素坯吸水率為13%～15%，成品吸水率為7%～9%。因場地有限，采用大循環(huán)生產(chǎn)模式，出窯素坯經(jīng)冷卻平臺直接進入釉線淋底、面釉及噴墨印花。產(chǎn)品圖案設(shè)計和拋釉磚相同，深色磚所占比例較多，時常需要高灰度(超過60%)、大面積的噴墨打印，如深啡網(wǎng)、木紋、黑金花等花色。生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)圖案拉線、顏色不均勻等打印問題，并且墨水干燥速度太慢，雖已使用快干型墨水，仍會出現(xiàn)墨點擴散、圖案模糊及不規(guī)則色差等問題。嚴重時，會造成燒成后釉面光澤差、手感粗澀，而墨量大的圖案則會出現(xiàn)細小的龜紋干燥裂，造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。

1.1 圖案打印缺陷的解決

以黑色系列產(chǎn)品為例，針對圖案拉線、顏色不均勻等問題，調(diào)試如下。

1.1.1 檢查調(diào)試

檢查并調(diào)試各組噴頭，保持最佳工作狀態(tài)。圖案拉線、噴頭交接位缺陷(白線、重疊線)有所減少，但無法完全解決。

1.1.2 調(diào)整墨水裝載方案

采用“雙重墨水通道”模式，調(diào)整各通道墨水裝載方案。“雙重墨水通道”指的是，將較深的顏色分為2個打印通道，避免噴頭堵塞出現(xiàn)拉線，也可以從視覺上有效減緩拉線、噴頭之間交接位及色差的問題。對于黑色系列產(chǎn)品，可將黑色墨水分為2個通道打印，每個通道圖層灰度得以降低到50%以下，大大減輕了單個通道打印的壓力。以純黑磚為例，墨水組合及各圖層原灰度為：C寶藍45%，M深紅棕5%，Y檸檬黃0，Lm粉色0，K黑色80%。調(diào)整后為：C寶藍45%，M深紅棕5%，Y檸檬黃0%，K黑色35%，k黑色35%。

1.1.3 避免缺墨

在固定打印模式下，如果產(chǎn)品圖案的深色區(qū)域只在局部，可將圖案多角度旋轉(zhuǎn)后，做成不同輸出方向的固定圖，用拼圖打印模式生產(chǎn)，避免某些噴頭超負荷工作而出現(xiàn)缺墨。

1.1.4 防止缺墨拉線和顏色不均勻的缺陷產(chǎn)生

適當(dāng)拉開磚坯的打印間距，減輕供墨系統(tǒng)的工作負荷，防止缺墨產(chǎn)生。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試，圖案打印效果較好，拉線和顏色不均勻等缺陷均控制在允許范圍內(nèi)。

1.2 墨水干燥缺陷的解決

墨水干燥缺陷指的是墨水干燥(滲透)速度太慢而造而成的缺陷，如圖案模糊，墨水混溶色差，燒成后釉面光澤差、縮釉、龜紋干燥裂等。除了墨水本身因素外，現(xiàn)場生產(chǎn)工藝制度對墨水干燥速度也起決定性作用，應(yīng)予以重點討論。對比試驗時，為了方便描述墨水干燥速度，筆者用WGG60-ES4型光澤度計測量釉面噴墨后的光澤度作為衡量指標(biāo)。在燒成前，當(dāng)墨水干燥速度越快時，干燥效果越好，測得的光澤度值就越低；墨水完全干燥時，即完全滲透到釉層，光澤度值則為0。

1.2.1 墨水干燥速度的對比試驗

(1)噴墨后磚坯烘干試驗。將噴墨后的釉線二次烘干溫度升高，磚坯溫度從40 ℃升至48 ℃，出窯產(chǎn)品釉面光澤度為87 GU，與調(diào)整前對比無明顯差異。另取3片噴墨打印后的磚坯，經(jīng)恒溫干燥箱180 ℃烘干10 min，放入釉燒窯燒成后，測得釉面光澤度為88 GU，低于正常標(biāo)準值90 GU，說明在噴墨后加強磚坯烘干的效果并不明顯。

(2)噴墨前磚坯烘干試驗。取淋釉后的磚坯，將一組置于常溫下自然晾干，其余經(jīng)恒溫干燥箱150 ℃烘干，然后冷卻至40 ℃，噴墨印花并燒成，用光澤度計測量噴墨和燒成釉面光澤度。其對比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同干燥方法對噴墨打印效果的影響

試驗發(fā)現(xiàn)，施釉磚坯經(jīng)過烘干后，墨水干燥效果要好于線上產(chǎn)品，圖案清晰，發(fā)色均勻，燒成釉面光澤度正常，說明在噴墨前加強磚坯干燥的效果較好。但噴墨后光澤度仍有5～8 GU，表明墨水并沒有完全滲透到釉層。實際生產(chǎn)中，因在釉線上臨時增加磚坯干燥的措施有限，且干燥時間不足，效果常常不夠理想。

(3)提高坯溫、降低磚坯水分試驗。此方法也經(jīng)常用于預(yù)防深色磚燒成時出現(xiàn)“炸墨”，即磚坯水分太高，在窯爐預(yù)熱段快速加熱時，墨量大的釉層爆開，類似“炸坯”。試驗如下：關(guān)掉3臺素坯吹風(fēng)機，減少素坯噴水量，以提高淋釉前的磚坯溫度；減少底釉和面釉的施釉量各20 g/片。磚坯淋釉后，釉面水分蒸發(fā)較快，但發(fā)現(xiàn)在噴墨打印時，墨水干燥速度反而更緩慢。磚坯經(jīng)過釉線二次烘干箱后，直至進入釉燒窯爐時，油墨仍未完全被吸干。燒成后，釉面光澤明顯變差，手感粗澀程度更嚴重，這說明提高坯溫并不利于墨水干燥。

(4)淋釉磚坯溫度對比試驗。根據(jù)前一項試驗結(jié)果，初步懷疑磚坯溫度對噴墨打印效果有影響，于是將不同溫度的磚坯淋釉和噴墨印花效果作對比試驗，使用手持紅外測溫儀和WGG60-ES4型光澤度計測量，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同坯溫對噴墨打印效果的影響

試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)淋釉的坯溫較高時，釉漿在坯面急劇受熱，水分迅速蒸發(fā)，可溶性鹽類析出，釉層表面變得致密光滑，如同一層光亮的蠟?zāi)?，此時測得的光澤度偏高。這一現(xiàn)象會直接影響墨水滲透到釉層的速度，坯溫越高，釉層表面越致密光滑，墨水干燥(滲透)速度越慢，最終會導(dǎo)致相關(guān)缺陷的產(chǎn)生。素坯溫度過高的另一個缺點是，在經(jīng)過噴水、淋釉、吹風(fēng)后，磚坯的中間和邊角部溫差偏大，釉面干濕不均，噴墨印花時，墨水干燥速度不一樣，容易產(chǎn)生色差。而相對偏低的素坯溫度，則有利于釉坯溫度均勻，釉面干濕一致，可減少色差的出現(xiàn)。但當(dāng)淋釉的坯溫太低，或?qū)⑺嘏鞔罅繃娝禍睾?，釉層水份無法及時蒸發(fā)，墨水干燥速度變慢，也會出現(xiàn)圖案糊花等缺陷。同時，磚坯入窯水分偏高，導(dǎo)致燒成后的釉面光澤度偏低。試驗結(jié)果表明，素坯溫度在45～50 ℃時進行淋釉，至噴墨打印機時的坯溫控制在35～40 ℃，此時釉面及印花效果最佳。

(5)各顏色墨水干燥速度對比試驗。為了進一步確定磚坯溫度對噴墨效果的影響，將各種顏色墨水在不同磚坯溫度條件下，按照灰度從10%～100%梯度打印，觀察燒成后的釉面效果。測試數(shù)據(jù)如表3和表4所示。

表3 淋釉坯溫70 ℃時不同灰度打印墨水光澤度對比

表4 淋釉坯溫45 ℃時不同灰度打印墨水光澤度對比

表3、表4數(shù)據(jù)結(jié)果表明，檸檬黃和粉色墨水會降低釉面光澤度，黑色和寶藍色墨水對釉面光澤度影響不大，而深紅棕墨水能增加釉面光澤度。當(dāng)淋釉坯溫較高時，隨著打印灰度的增加，檸檬黃的光澤度降低最多，其次是粉色，然后是寶藍和黑色，而深紅棕的光澤度降低不明顯。當(dāng)淋釉坯溫保持適中時，隨著打印灰度的增加，所有顏色墨水的光澤度降低不明顯，其中，深紅棕墨水的光澤度不降反升。

(6)素坯吸水率對比試驗。取兩組不同吸水率的素坯，加熱至60 ℃，淋釉并噴墨，吸水率為17.2%的內(nèi)墻磚坯噴墨后光澤度為0～2 GU，吸水率為14.3%的地板磚坯噴墨后光澤度為3～10 GU。另將內(nèi)墻磚坯溫度升高至70 ℃淋釉并噴墨，光澤度為3～8 GU。為了進一步論證，筆者在二次燒內(nèi)墻磚生產(chǎn)線上做了對比試驗，將淋釉坯溫從55 ℃升高至70 ℃，觀察到深色噴墨印花的墨水干燥變慢，且燒成釉面光澤差、手感粗澀。可見，素坯吸水率較高時，有助于加快墨水干燥，但如果淋釉磚坯溫度太高，仍會出現(xiàn)墨水干燥缺陷。

(7)釉漿吸干速度對比試驗。釉漿吸干(收水)速度快，則墨水干燥速度也快。正常情況下，熔塊釉比生料釉的吸干速度快，釉漿細度粗、含水率低、比重高可加快吸干。此外，添加劑對釉漿吸干速度的影響十分明顯。筆者以生產(chǎn)線的半白熔塊釉漿作為對比試驗的基礎(chǔ)釉漿，加入不同添加劑，用刮釉器(刮口間隙0.5 mm)把各組釉漿均勻布在同一片磚面上底釉，噴墨印花并燒成，對比結(jié)果如表5所示。試驗發(fā)現(xiàn)，第2組加三聚磷酸鈉后，釉漿吸干速度變慢。第3組加氯化鈉后，釉漿吸干速度變快。第4組模擬釉漿吸干速度極端緩慢的情況，導(dǎo)致墨水干燥缺陷非常嚴重。第5組添加氯化鈉對第4組的不良情況進行糾正，效果較好。試驗說明，添加三聚磷酸鈉會促使釉漿吸干速度變慢，不利于墨水滲透入釉層，使墨水干燥速度變慢；而氯化鈉的作用則相反，正常情況下，氯化鈉加入量不超0.1%，對釉漿粘度影響不大，能明顯加快釉漿吸干速度，有利于墨水干燥；如果釉漿含水率高，吸干速度特別慢，則可適當(dāng)增加氯化鈉的用量至0.2%。

表5 添加劑對釉漿吸干速度和墨水干燥速度的影響

續(xù)表5

1.2.2 解決措施

對墨水干燥試驗結(jié)果進行綜合分析后，從生產(chǎn)工藝方面制定解決措施如下：

(1)盡量降低磚坯水份，適當(dāng)增加釉線烘干設(shè)施。淋釉前噴水不能過量，盡量在平臺吹冷風(fēng)或水霧以降低素坯溫度，適當(dāng)減少底釉和面釉的施釉量。在淋釉后安裝烘干設(shè)施，如紅外線干燥箱、光波快速干燥器等。增加吹風(fēng)機，加強除去磚坯的水汽。

(2)嚴格控制磚坯溫度，安裝測溫設(shè)施進行監(jiān)控，特別是淋釉坯溫和噴墨坯溫，要經(jīng)常檢查并保持穩(wěn)定。淋釉坯溫最高不超過55 ℃，最好控制在45～50 ℃。噴墨坯溫不超過42 ℃，最好控制在35～40 ℃。根據(jù)環(huán)境溫度的變化及時調(diào)整磚坯溫度，如季節(jié)變換和早晚溫差。在釉線的淋釉、噴墨和入窯前安裝在線式數(shù)顯紅外測溫儀，可以實時顯示坯溫便于管理。另外，為了減少色差，生產(chǎn)深色產(chǎn)品時，可要求工人不得把素?zé)渑餮a進流水線使用。

(3)適當(dāng)提高素坯的吸水率。在工藝允許的范圍內(nèi)，適當(dāng)降低素?zé)郎囟然蛘哒{(diào)整配方比例，使素坯吸水率盡量不要低于15%。

(4)提高釉漿吸干(收水)速度。適當(dāng)提高釉漿的密度和流速，但要注意控制添加劑的使用量，尤其是釉漿流動性能不好時，避免過量添加三聚磷酸鈉等解膠劑。甲基纖維素鈉會增強釉漿保水性，不利吸干，用量不能多。視情況添加氯化鈉(食鹽)，一般控制在0.1%以內(nèi)，可明顯加快釉漿吸干。

經(jīng)生產(chǎn)實踐，以上措施收效較好，黑色系列產(chǎn)品的發(fā)色均勻穩(wěn)定，圖案及釉面質(zhì)量均達到標(biāo)準要求，產(chǎn)品優(yōu)等率達到工廠目標(biāo)。隨后跟蹤其它深色產(chǎn)品的生產(chǎn)，效果也較為理想。

2 總結(jié)

釉面磚在進行大面積深色噴墨印花時，采用“雙重墨水通道”的方法能有效解決圖案打印缺陷，而對于墨水干燥缺陷，可通過提高墨水干燥速度的方法來解決。首先，選用快速干燥型墨水，并使用發(fā)色較強的釉料和墨水，減少墨水用量。其次，要根據(jù)工廠實際情況，因地制宜建立一套相適應(yīng)的生產(chǎn)工藝制度。影響墨水干燥速度的工藝因素主要包括磚坯水分、溫度、吸水率和釉漿吸干速度。其中，磚坯溫度隨著生產(chǎn)環(huán)境的變化，容易出現(xiàn)波動，直接影響噴墨打印效果，需加以嚴格控制。實踐發(fā)現(xiàn)，二次燒成生產(chǎn)時，保持淋釉磚坯溫度在40～55 ℃，最好控制在45～50 ℃；對噴墨前釉坯加強干燥，盡量降低釉層水分；降低素?zé)郎囟然蛘{(diào)整配方以提高素坯吸水率；減少甲基纖維素鈉、三聚磷酸鈉用量，適量添加氯化鈉以提高釉漿吸干速度，均能有效減少墨水干燥不充分引起的質(zhì)量缺陷?？傊?，深色噴墨印花釉面磚的生產(chǎn)需要一套更完善、更嚴格的工藝管理制度。