陶瓷色料墨水與滲花墨水復(fù)合應(yīng)用技術(shù)研究

黃建平 王永強(qiáng)

摘 要：本文通過(guò)對(duì)陶瓷色料墨水和滲花墨水噴墨圖案清晰度、適用于兩種墨水復(fù)合應(yīng)用的釉料配方、兩種墨水互溶性影響等研究，解決了兩種墨水復(fù)合應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，消除了產(chǎn)品裝飾圖案與坯體層之間的白線層，豐富了產(chǎn)品色彩，提升了產(chǎn)品的通體裝飾效果。

關(guān)鍵詞：陶瓷色料墨水;滲花墨水;墨水互溶性

1 前 言

陶瓷色料墨水，是一種含有某種陶瓷釉料成分、陶瓷色料或陶瓷著色劑的噴墨墨水，通常由無(wú)機(jī)非金屬顏料（色料、釉料）、溶劑、分散劑、結(jié)合劑、表面活性劑及其它輔料構(gòu)成。無(wú)機(jī)非金屬顏料（色料、釉料）是墨水的核心物質(zhì)，要求其顆粒度小于1微米，顆粒尺寸分布要窄，顆粒之間不能有強(qiáng)團(tuán)聚，具有良好的穩(wěn)定性，受溶劑等其它物質(zhì)的影響小。陶瓷色料墨水的色系種類(lèi)有藍(lán)、棕、桔黃、鐠黃、綠色、灰色、黑以及鮮艷的包裹紅、包裹黃等，此外還有下陷墨水、白墨水、亮光墨水等特殊墨水。因此，陶瓷色料墨水所裝飾的圖案具有高清晰度、色彩豐富等特點(diǎn)。

滲花墨水是一種滲透型墨水，也是一種溶劑型墨水，采用可溶性金屬鹽作為著色劑， 然后搭配相應(yīng)的助劑以及溶劑制備成滲花墨水。 滲花墨水經(jīng)噴墨打印后，在磚面具有垂直滲透能力，燒成以后，著色劑在高溫下轉(zhuǎn)化為能呈現(xiàn)顏色的金屬氧化物，形成圖案 [1]。在實(shí)際噴墨滲花生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，滲花墨水在坯體上的滲透方位無(wú)法控制，容易出現(xiàn)縱向或橫向擴(kuò)散、暈開(kāi)的現(xiàn)象。若滲花墨水橫向擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致圖案清晰度不高，滲透深度不夠的現(xiàn)象，產(chǎn)品出窯拋光后就容易把色彩及紋理磨掉。另外，滲花墨水中的金屬鹽在燒成過(guò)程中，由于氣氛、溫度、坯料成分的影響，其紅色、黃色不能發(fā)出鮮艷的顏色。

目前市場(chǎng)上流行的通體拋釉類(lèi)產(chǎn)品，因其接近天然石材的通體裝飾效果，推出后迅速占領(lǐng)原屬于拋釉磚和拋光磚的市場(chǎng)。通體拋釉類(lèi)產(chǎn)品坯體顏色、紋理雖然與表面裝飾圖案接近，但該類(lèi)產(chǎn)品在坯體和表面圖案之間存在一層化妝土白線層，產(chǎn)品紋理沒(méi)有完全貫通，影響產(chǎn)品表面開(kāi)槽、倒邊等深加工后的產(chǎn)品裝飾效果。針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合兩種墨水各自具有的性能特點(diǎn)，本文對(duì)兩種墨水的復(fù)合應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了研究。

2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1樣品制備

實(shí)驗(yàn)原料為工業(yè)純的釉用原料，按配方稱取一定量的原料后，加入合適的羧甲基纖維素（CMC）、三聚磷酸鈉和水放入球磨罐中按球石：料：水=1：2：1球磨， 每100g干料球磨8min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+助滲劑）/陶瓷色料墨水→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75min。

2.2樣品表征

本項(xiàng)目使用噴墨機(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。依據(jù)Lab值判斷墨水發(fā)色情況，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[2]。

2.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.3.1滲花墨水與陶瓷色料墨水噴墨圖案清晰度對(duì)比研究

選用同一文件，使用陶瓷色料墨水和滲花墨水分別打印該文件并燒成，對(duì)比滲花墨水與陶瓷色料墨水的圖案清晰度的差距。滲花墨水的圖案明顯模糊，很多圖案細(xì)節(jié)無(wú)法表現(xiàn)。究其原因，滲花墨水的滲透方位無(wú)法控制，會(huì)使噴墨打印的墨點(diǎn)在釉表面出現(xiàn)橫向的擴(kuò)散、暈開(kāi)，形成類(lèi)似光暈的效果，導(dǎo)致圖案模糊，不清晰。滲花墨水的墨點(diǎn)整體顏色均勻、基本沒(méi)有過(guò)渡、邊緣圓滑;陶瓷色料墨水的墨點(diǎn)有明顯的深淺灰度變化、邊緣棱角分明。兩種墨水細(xì)節(jié)差距大，滲花墨水的細(xì)節(jié)缺失也決定了使用滲花墨水的產(chǎn)品圖案存在細(xì)節(jié)缺失、圖案模糊的問(wèn)題。

2.3.2基礎(chǔ)面釉配方的研究

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有釉料配方A進(jìn)行調(diào)整，獲得一組墨水發(fā)色、釉面白度、硬度、產(chǎn)品耐污染性能較好的釉料配方B，其主要成分見(jiàn)表1，配方B燒成后白度為65;陶瓷色料墨水和滲花墨水在配方A中呈色見(jiàn)表2，在配方B中呈色見(jiàn)表3。

如表2和3所示，配方B中紅色和黃色滲花墨水的發(fā)色能力已經(jīng)有大幅提升，紅色滲花墨水由a值=1.97、b值=2.03提高到a值=13.71、b值=12.14，黃色滲花墨水由a值=1.52、b值=5.33提高到a值=2.31、b值=22.44，證明氧化硅和氧化鈦能夠提升滲花墨水發(fā)色。

為了得到更合適的配方，在釉料配方B的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一組正交實(shí)驗(yàn)，釉料配方中CaO、MgO、ZrO2、TiO2含量相對(duì)不變，制定以SiO2、Al2O3、K2O、Na2O為主要因素的四因素三水平正交試驗(yàn)表，得到最優(yōu)面釉配方C，其組成見(jiàn)表4，滲花墨水在配方C中呈色見(jiàn)表5。

由表5可知，相比配方B中紅色滲花墨水的發(fā)色狀況，配方C中Lab中表征紅色的a值由14.71提高到15.75，表示明暗的L值由51.88降低到49.67，說(shuō)明紅色滲花墨水在配方C中的發(fā)色更深、更紅。藍(lán)色和黃色滲花墨水在C配方中呈色與配方B接近。配方C燒成后經(jīng)過(guò)白度儀檢測(cè)白度為71度，白度及墨水發(fā)色滿足產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求，配方對(duì)普通墨水發(fā)色無(wú)明顯影響，基本滿足兩種墨水的復(fù)合應(yīng)用技術(shù)要求。

2.3.3兩種墨水復(fù)合應(yīng)用的互溶性研究

將滲花墨水和陶瓷色料墨水復(fù)合應(yīng)用，前期實(shí)驗(yàn)兩種墨水連續(xù)打印在冷坯上，兩種墨水之間存在互溶性不足的問(wèn)題，造成圖案模糊。針對(duì)此問(wèn)題，項(xiàng)目從噴墨打印時(shí)的坯體溫度、兩種墨水打印的間隔時(shí)間、隔離釉三個(gè)方面研究?jī)煞N墨水復(fù)合應(yīng)用的互溶性問(wèn)題。

（1）噴墨打印時(shí)坯體溫度的影響。

將坯體在烘箱中150℃烘干。坯體干燥后運(yùn)到噴墨房，實(shí)驗(yàn)30℃、35℃、40℃、45℃四個(gè)溫度下同時(shí)打印兩種墨水的圖案清晰度，使用測(cè)溫槍測(cè)試坯體溫度達(dá)到所需實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，將坯體放在噴墨機(jī)前打印。燒成效果見(jiàn)圖1。

試驗(yàn)結(jié)果：由圖1可知，4種不同的坯體溫度對(duì)噴墨圖案的清晰度有較大影響，30℃坯體的圖案明顯模糊，甚至可以看到斑點(diǎn)狀的圖案，說(shuō)明坯體溫度太低可能影響干燥，在液態(tài)溶劑作用下，使得墨水互溶，影響清晰度。隨著坯體溫度的升高，噴墨打印的圖案逐漸清晰，40℃和45℃的圖案清晰度接近，說(shuō)明在40℃時(shí)，繼續(xù)升高坯體溫度對(duì)噴墨圖案清晰度的影響明顯變小?？紤]到過(guò)高的坯體溫度會(huì)影響噴墨機(jī)的使用壽命，噴墨前坯體溫度確定為40℃。

（2）兩種墨水打印間隔時(shí)間的影響。

滲花墨水滲透到釉層內(nèi)部需要一定的時(shí)間。如果將滲花墨水和陶瓷色料墨水分開(kāi)打印，使?jié)B花墨水有一定的時(shí)間滲透到釉層內(nèi)部，則打印普通墨水時(shí)坯體表面已經(jīng)比較干燥，產(chǎn)品表面圖案的清晰度會(huì)更好。為了使打印兩種墨水之間有足夠的時(shí)間間隔，采用8+12噴頭的兩臺(tái)噴墨機(jī)，中間間隔一段距離。8通道噴墨機(jī)在前，裝載滲花墨水;12通道噴墨機(jī)在后，裝載普通墨水。兩臺(tái)噴墨機(jī)之間有對(duì)中裝置，保證兩臺(tái)噴墨機(jī)的圖案不會(huì)偏移。實(shí)驗(yàn)間隔10s、15s、20s、25s四個(gè)時(shí)間間隔對(duì)噴墨圖案清晰度的影響。燒成效果見(jiàn)圖2。

試驗(yàn)結(jié)果：由圖2可知，隨著兩種墨水打印的間隔時(shí)間增加，噴墨圖案也逐漸清晰，間隔時(shí)間為20s和25s時(shí)，圖案清晰程度接近?？紤]到生產(chǎn)線布局問(wèn)題，兩臺(tái)噴墨機(jī)之間距離不易太遠(yuǎn)，將噴墨間隔時(shí)間定為20s。

（3）隔離釉的影響。

在拋釉磚的生產(chǎn)中，如果產(chǎn)品顏色過(guò)深，產(chǎn)品圖案容易模糊。實(shí)驗(yàn)在兩臺(tái)噴墨機(jī)之間增加一臺(tái)膠輥花機(jī)，通過(guò)膠輥花機(jī)在滲花墨水上印一道隔離釉，然后再打印普通墨水，使兩種墨水之間不直接接觸，進(jìn)一步提高噴墨圖案的清晰度。其中隔離釉是將產(chǎn)品面釉用膠輥印油調(diào)整成所需的比重，在噴墨打印的墨水和面釉之間增加一層水油雙性的釉層，能夠改善面釉直接淋在噴墨墨水上分布不均的問(wèn)題，從而提高圖案的清晰度。燒成效果見(jiàn)圖3。

試驗(yàn)結(jié)果：由圖3可知，印隔離釉后產(chǎn)品圖案進(jìn)一步清晰，隔離釉比重越大圖案清晰度越高。但是比重過(guò)大膠輥印花時(shí)越容易出現(xiàn)粘輥等缺陷，因此將隔離釉比重定為1.5。

結(jié)論：通過(guò)研究噴墨打印時(shí)的坯體溫度、兩種墨水打印的間隔時(shí)間、隔離釉的比重，最終確定的參數(shù)如下：

1）坯體溫度：40℃;

2）打印間隔時(shí)間：20s;

3）隔離釉比重：1.5。

按照上述參數(shù)設(shè)置，使兩種墨水復(fù)合應(yīng)用的圖案清晰度與公司只用普通墨水的常規(guī)拋釉磚保持一致，在提高產(chǎn)品立體裝飾效果的同時(shí)，保證表面裝飾效果。如此，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的高清通體陶瓷磚才能在裝飾效果方面全方位的超越拋釉磚。

2.3.4滲花墨水的滲透性研究

按照項(xiàng)目工藝路線，產(chǎn)品為了達(dá)到通體貫穿的紋理，滲花墨水要滲透到釉層內(nèi)部使整個(gè)底釉層都有滲花墨水的顏色。滲透深度過(guò)淺，滲花墨水不能滲透到釉層的最底部，則坯體和釉層紋理之間會(huì)存在一層很薄的白色釉層，使坯體和釉層之間的紋理有斷層存在;滲透深度過(guò)深，滲花墨水會(huì)滲到坯體內(nèi)部，則坯體靠近釉層處因滲花墨水和坯體的顏色疊加，形成一層顏色偏深的坯體層。所以，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定合適的生產(chǎn)參數(shù)，使?jié)B花墨水的滲透深度剛好達(dá)到釉層和坯體之間，則能確保產(chǎn)品紋理的貫穿性[3]。

拋釉產(chǎn)品的底釉厚度一般約0.17mm，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為了更好的觀察滲花墨水的滲透深度，將淋釉的厚度提高2倍，即釉層厚度為0.34mm。設(shè)計(jì)一組0.5mm、1mm、2mm線條文件，噴墨后助滲半小時(shí)入窯，燒成后，切割并倒小角后測(cè)量斷面滲入深度。墨水打印順序?yàn)椋核{(lán)紅紅黃黃+助滲劑。其中助滲劑可以使用多道噴頭，每道噴頭滿灰度噴墨則記為100%灰度。實(shí)驗(yàn)助滲劑打印圖案見(jiàn)圖4，滲透深度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

試驗(yàn)結(jié)果：由表6可知，三種顏色的滲花墨水在使用相同助滲劑的情況下滲透深度有所不同，需要綜合考慮三種滲花墨水的滲透深度來(lái)確定助滲劑的用量。100%灰度以上的助滲劑，三種墨水的滲透深度都超過(guò)0.17mm，會(huì)使坯體與底釉接近的地方顏色偏深，尤其是紅色滲花墨水的滲透深度明顯比釉層厚度要厚，甚至已經(jīng)滲透到坯體層。

根據(jù)滲花墨水的使用量和不同顏色滲花墨水的使用比例，助滲劑的用量在50%～100%灰度之間調(diào)整，使?jié)B花墨水能滲透整個(gè)底釉層，又不會(huì)過(guò)多滲入坯體層，使坯體和底釉之間的紋理能連續(xù)一致。

3 結(jié) 論

（1）面釉中加入1%左右二氧化鈦，能顯著增強(qiáng)黃色滲花墨水的發(fā)色。

（2）當(dāng)陶瓷色料墨水和滲花墨水兩種墨水復(fù)合應(yīng)用時(shí)，坯體溫度控制在40℃、兩種墨水打印間隔時(shí)間控制在20s，產(chǎn)品的通體裝飾效果和圖案清晰度最佳。

（3）助滲劑的用量在50%～100%灰度之間調(diào)整，使?jié)B花墨水能滲透整個(gè)底釉層，又不會(huì)過(guò)多滲入坯體層。

參考文獻(xiàn)

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