陶瓷墨水的在線顆粒分級(jí)技術(shù)*

桂勁寧 吳 晉 鄭樹(shù)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(lái)，國(guó)內(nèi)陶瓷數(shù)碼墨水的使用和生產(chǎn)從零開(kāi)始快速發(fā)展，已經(jīng)成為各種瓷磚生產(chǎn)中必備的一種圖案裝飾材料，全國(guó)每年生產(chǎn)和使用陶瓷墨水三萬(wàn)噸以上[1]，對(duì)于促進(jìn)建陶行業(yè)的技術(shù)升級(jí)，提高產(chǎn)品檔次起到了十分巨大的作用。

陶瓷墨水一般有藍(lán)色、棕色、鐠黃色、桔色、米色、黑色、粉色七個(gè)普通顏色和包裹黃、包裹紅兩個(gè)特殊顏色，有的顏色的發(fā)色受粒度影響較小，比如藍(lán)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(fā)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(fā)色效果。

陶瓷墨水在研磨過(guò)程中隨時(shí)間推移粒度逐步降低，色料粒度始終是在一個(gè)比較寬的范圍呈現(xiàn)正態(tài)分布，當(dāng)D50達(dá)到噴墨使用要求的范圍時(shí)，一部分顆粒很粗，而一部分顆粒已經(jīng)很細(xì)，粗的顆粒會(huì)帶來(lái)噴墨不暢、存放沉淀和堵噴墨機(jī)墨路過(guò)濾器等問(wèn)題，太細(xì)的顆粒發(fā)色弱，不利于墨水的整體發(fā)色提高。所以陶瓷墨水實(shí)際生產(chǎn)中希望墨水內(nèi)分散的色料顆粒的粒度分布盡可能集中，這樣，粒度過(guò)低而發(fā)色弱的顆粒少，粒度過(guò)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(shí)現(xiàn)同樣的發(fā)色，對(duì)于提高陶瓷墨水市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的效果也十分明顯。

馬振華等人[2]利用碟式離心機(jī)對(duì)氧化鋁水性漿料進(jìn)行濕法分級(jí)，效果良好。筆者通過(guò)碟式分離機(jī)對(duì)幾種油性載體分散的陶瓷墨水進(jìn)行粗細(xì)分級(jí)，探索粒度分布更窄的陶瓷墨水生產(chǎn)工藝，對(duì)碟式離心機(jī)在陶瓷墨水生產(chǎn)中的使用進(jìn)行了探討。

2 碟式分離機(jī)原理

碟式分離機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖(見(jiàn)圖1)，核心分離結(jié)構(gòu)由多個(gè)錐形碟片以一定間距重疊安裝在轉(zhuǎn)軸上形成，當(dāng)陶瓷墨水穿過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的錐形碟片組時(shí)，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(guò)噴嘴噴出，經(jīng)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(dòng)到碟片組錐形下端的孔道流出，從轉(zhuǎn)軸外夾層的管道流出，這樣就分離出顆粒比較細(xì)的陶瓷墨水。

圖1 碟式分級(jí)機(jī)原理圖

3 分級(jí)試驗(yàn)

3.1 分級(jí)試驗(yàn)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(guò)聚酯分散劑進(jìn)行分散，在砂磨機(jī)上用0.3～0.4 mm的氧化鋯研磨介質(zhì)研磨足夠時(shí)間，得到各種顏色的陶瓷墨水，經(jīng)貝克曼庫(kù)爾特LS13320型激光粒度儀測(cè)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(yàn)?zāi)６缺?單位微米)

3.2 分級(jí)試驗(yàn)使用的碟式分離機(jī)

分級(jí)試驗(yàn)采用JMLDP200型碟式分離機(jī)，該機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為:

表2 碟式分離機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.3 分級(jí)試驗(yàn)及粗細(xì)組分粒度分析

分級(jí)試驗(yàn)時(shí)，先將碟式分級(jí)機(jī)轉(zhuǎn)鼓調(diào)到工作轉(zhuǎn)速7 000 RPM旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，開(kāi)啟進(jìn)料泵進(jìn)料，在轉(zhuǎn)鼓邊緣的粗顆粒出料口和轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)軸附近的細(xì)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(jìn)行粒度分析。

4 分級(jí)效果及應(yīng)用探討

4.1 分級(jí)后粗細(xì)組分的粒度分析

經(jīng)過(guò)碟式分離機(jī)分級(jí)處理后的粗細(xì)組分的粒度分析結(jié)果如下表(單位微米)：

表3 碟式離心機(jī)分級(jí)處理后各色墨水粗細(xì)組分粒度數(shù)據(jù)

續(xù)表3

從表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，四種試驗(yàn)的不同顏色墨水經(jīng)過(guò)碟式離心機(jī)處理一次后，分出的粗、細(xì)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(shuō)明碟式離心機(jī)對(duì)上述陶瓷墨水進(jìn)行顆粒分級(jí)的效果十分明顯。

4.2 粗細(xì)分級(jí)后陶瓷瓷墨水性能的改善

粗細(xì)分級(jí)后，粗顆粒組分返回砂磨機(jī)繼續(xù)研磨到和細(xì)顆粒組分接近的粒度，然后和細(xì)顆粒組分混合均勻，如混合均勻后粒度達(dá)到產(chǎn)品要求，則不需再次分級(jí)，如果混合均勻后粒度大于于標(biāo)準(zhǔn)值，則需再次離心分級(jí)后將粗顆粒組分返磨后，再和分級(jí)出的細(xì)顆粒組分混合均化處理，這樣反復(fù)進(jìn)行，直到粒度達(dá)標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，這樣分級(jí)處理后，墨水的過(guò)濾性明顯改善，濾芯消耗減少；發(fā)色增強(qiáng)，同樣發(fā)色時(shí)經(jīng)過(guò)離心分級(jí)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(chǎn)消耗兩方面降低了陶瓷墨水的生產(chǎn)成本。過(guò)濾性的改善是因?yàn)獒槍?duì)性地研磨離心出粗顆粒組分，對(duì)粗顆粒的研磨得到強(qiáng)化，粗顆粒減少了，自然有利于過(guò)濾改善；發(fā)色的提高是因?yàn)獒槍?duì)性的對(duì)粗顆粒部分強(qiáng)化研磨，最大程度地避免了細(xì)顆粒部分的過(guò)度研磨，使得細(xì)顆粒部分的發(fā)色效果得以改善，從而促進(jìn)了墨水的整體發(fā)色。

4.3 碟式離心機(jī)的應(yīng)用探討

傳統(tǒng)的陶瓷墨水研磨工藝中，粗細(xì)顆粒同時(shí)研磨，粒度同步下降，最終必然導(dǎo)致一部分色料顆粒過(guò)磨，粒度減小，同時(shí)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(gè)較寬的粒度分布范圍，粒度較細(xì)的那部分顆粒對(duì)過(guò)濾有利而對(duì)發(fā)色和整體的分散不利，這是因?yàn)橐恍┥先珑掽S、紅棕、包裹紅、包裹黃等在粒度很細(xì)時(shí)發(fā)色很弱甚至不能發(fā)色，所以墨水中粒度細(xì)的部分發(fā)色需要改善；另一方面，墨水中粒度很細(xì)的色料顆粒比表面積大，消耗了更多的分散劑，這就導(dǎo)致分散劑用量固定不變時(shí)細(xì)顆粒含量過(guò)多的墨水整體的分散不良，粘度增大。粒度較粗的部分，對(duì)于墨水生產(chǎn)中的過(guò)濾操作關(guān)系密切，通過(guò)降低粗顆粒的含量，可以減少濾芯的消耗而直接降低生產(chǎn)成本。可見(jiàn)，通過(guò)在墨水研磨環(huán)節(jié)引入碟式分離機(jī)，對(duì)墨水半成品進(jìn)行中間分級(jí)后分開(kāi)進(jìn)行針對(duì)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(nèi)色料顆粒的粒度分布收窄，起到發(fā)色改善、生產(chǎn)成本降低、研磨效率提高的作用。

碟式離心機(jī)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(dāng)陶瓷墨水研磨到接近標(biāo)準(zhǔn)粒度時(shí)轉(zhuǎn)入離心機(jī)進(jìn)行分級(jí)，通過(guò)參數(shù)調(diào)整和研磨時(shí)間使分級(jí)后細(xì)顆粒組分和標(biāo)準(zhǔn)一致，粗顆粒組分粒度較粗需繼續(xù)研磨到和粒度標(biāo)準(zhǔn)一致，然后和分出的細(xì)顆粒組分混合后進(jìn)入過(guò)濾環(huán)節(jié)。連線使用就是當(dāng)墨水經(jīng)主研磨機(jī)研磨到D50在1 μm以下時(shí)，將碟式離心機(jī)接入砂磨機(jī)出料管路，砂磨機(jī)出料分離為粗細(xì)兩種組分，細(xì)組分進(jìn)入原砂磨機(jī)研磨，粗組分進(jìn)入另一臺(tái)砂磨機(jī)強(qiáng)化研磨后匯入原主墨缸回到主研磨機(jī)研磨，這樣不斷循環(huán)。也可以采用第二臺(tái)碟式分離機(jī)接入用來(lái)強(qiáng)化研磨碟式離心機(jī)第一次分離出的粗組分墨水的砂磨機(jī)的出料管路，形成二級(jí)分離研磨模式，二級(jí)分離出的細(xì)顆粒組分返回主磨缸，而粗顆粒組分則進(jìn)入另一臺(tái)砂磨機(jī)強(qiáng)化研磨后進(jìn)入主墨缸，甚至也可以引入三級(jí)分離研磨模式，見(jiàn)圖2所示，各級(jí)分離后粗細(xì)組分的研磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)需要進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，以使研磨效果最優(yōu)化。

圖2 三級(jí)碟式分級(jí)研磨流程圖

5 結(jié)論

使用碟式離心機(jī)可以有效地對(duì)陶瓷墨水進(jìn)行粗細(xì)分級(jí)處理。在陶瓷墨水生產(chǎn)環(huán)節(jié)引入粗細(xì)分級(jí)處理，可以針對(duì)性地對(duì)粗顆粒進(jìn)行強(qiáng)化研磨，有助于減少陶瓷墨水中的過(guò)粗和過(guò)細(xì)顆粒含量，顆粒分布更加集中，起到增強(qiáng)墨水發(fā)色、改善過(guò)濾性能等效果，碟式分級(jí)機(jī)在墨水生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用值得進(jìn)一步深入研究。