水性釉料墨水的制備

郭慧法 熊超圓 堯高輝

1 前 言

陶瓷噴墨打印技術(shù)被稱為陶瓷印花技術(shù)的第三次革命。自2008年進(jìn)入中國以來，陶瓷噴墨打印技術(shù)在中國迅猛發(fā)展，而與之相匹配的陶瓷墨水也很快實現(xiàn)了國產(chǎn)化，并不斷發(fā)展進(jìn)步。近幾年，隨著國家對環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格，陶瓷行業(yè)的環(huán)保工作也日益加強(qiáng)，節(jié)能、環(huán)保、低耗成為主流。陶瓷墨水作為陶瓷化工原料，消耗品，由于目前陶瓷墨水還是有機(jī)溶劑體系，且每月的消耗量比較大，陶瓷墨水打印在瓷磚表面以后，在窯爐燒成過程當(dāng)中，有機(jī)溶劑會揮發(fā)燃燒，而其煙氣會對空氣環(huán)境造成一定的污染，因此，找到更加節(jié)能環(huán)保的陶瓷墨水是目前市場的迫切需求。

水性墨水，由于其采用水和水溶性試劑作為載體，其一，在原料使用上面更加環(huán)保;其二，水性墨水由于其本身是水性的，因此可以很好的和瓷磚的水性面釉結(jié)合，而不會出現(xiàn)高墨量打印時清晰度不高的問題。近年來，隨著數(shù)碼釉的盛行，釉料墨水得到了快速的發(fā)展。釉料墨水必將成為陶瓷行業(yè)的下一個風(fēng)口。水性數(shù)碼釉，由于其溶劑載體為水性可以和水性釉面完美結(jié)合，特別是打印比較厚的立體感的效果釉時，具有十分良好的裝飾效果。采用水性數(shù)碼釉，全數(shù)碼制備瓷磚將成為可能，瓷磚的立體釉面裝飾質(zhì)感也將成為可能。如果能夠成功，必將給陶瓷行業(yè)帶來新的革命[1，2，3，4]。

2 實驗

2.1? ?實驗儀器

2.2? 實驗原料

實驗原料陶瓷釉料A（表2），水性分散劑采用畢克和康溢化工分散劑BYK-180、BYK-2010、H1023、156、BYK23160、A4600、W100、W200、W400，乙二醇，去離子水、消泡劑BYK-066N。

釉料原料配制好以后，將分散劑和乙二醇、去離子水和釉料粉料配制成分散液，加入砂磨機(jī)中研磨，研磨轉(zhuǎn)速3000rpm。

3? ? 結(jié)果與討論

水性分散劑能降低分散體系中固體或液體粒子的聚集，吸附在各種微小顆粒表面并產(chǎn)生靜電斥力使之分散，避免沉降、返粗。水性釉料墨水的制備關(guān)鍵在于選擇合適的水性分散劑，而水性釉料墨水的制備將比溶劑型墨水的制備更難。一個優(yōu)良的分散劑應(yīng)滿足以下要求：

（1）分散性能好，防止分散粒子之間相互聚集，團(tuán)聚;

（2）與樹脂、填料有適當(dāng)?shù)南嗳菪?熱穩(wěn)定性良好;

（3）不影響制品的性能; 無毒、價廉。

3.1實驗1

經(jīng)過研磨120min后，從圖1粒徑分布圖中可知，粒徑D100=3.12μm，粒徑偏粗。

研磨后漿料觸變，說明BYK-180在乙二醇加水體系不適合。

3.2實驗2

經(jīng)過研磨180min后，從圖2粒徑分布圖中可知，粒徑D100=0.765μm。

研磨過程當(dāng)中氣泡較多，加入消泡劑，消泡仍然不理想。墨水粘度25℃-6.36cp，BYK-2010用于乙二醇加水體系需要解決消泡問題。

取樣5g，經(jīng)過1000轉(zhuǎn)離心實驗1h，沉淀0.18g。

3.3實驗3

經(jīng)過研磨120min后，從圖3粒徑分布圖中可知，粒徑D100=1.12μm。

研磨過程當(dāng)中攪拌氣泡很多。墨水粘度25℃-22.45cp。H1023可用于乙二醇加水體系。

取樣5g，經(jīng)過1000轉(zhuǎn)離心實驗1h，沉淀0.12g。

3.4實驗4

經(jīng)過研磨120min后，從圖4粒徑分布圖中可知，粒徑D100=1.12μm。

研磨過程當(dāng)中氣泡比較少。墨水粘度25℃-24.36cp。156可用于乙二醇加水體系。

取樣5g，經(jīng)過1000轉(zhuǎn)離心實驗1h，沉淀0.15g。

3.5實驗5

經(jīng)過研磨120min后，從圖5粒徑分布圖中可知，粒徑D100=0.988μm。

研磨過程當(dāng)中容易起泡，停止攪拌消泡較快。墨水粘度25℃-5.94cp，BYK-23160可用于乙二醇加水體系。

取樣5g，經(jīng)過1000轉(zhuǎn)離心實驗1h，沉淀0.19g。

3.6實驗6

經(jīng)過研磨140min后，從圖6粒徑分布圖中可知，粒徑D100=1.12μm。

研磨過程當(dāng)中有少量氣泡。墨水粘度25℃-47.04cp，分散劑4600可用于乙二醇加水體系，但是用量比例較大，粘度偏大，不是較好的選擇。

取樣5g，經(jīng)過1000轉(zhuǎn)離心實驗1h，沉淀0.08g 。

3.7實驗7

經(jīng)過研磨130min后，從圖7粒徑分布圖中可知，粒徑D100=0.767μm。

研磨過程當(dāng)中不容易起泡，泡相對容易消除。墨水粘度25℃-5.52cp，W100可用于乙二醇加水體系。

取樣5g，經(jīng)過1000轉(zhuǎn)離心實驗1h，沉淀0.11g 。

3.8實驗8

經(jīng)過研磨140min后，從圖8粒徑分布圖中可知，粒徑D100=2.41μm，粒徑偏粗。

研磨過程當(dāng)中不容易起泡，泡相對容易消除。墨水粘度25℃-6.61cp。說明W200在乙二醇加水體系中的分散性較差。

取樣5g，經(jīng)過1000轉(zhuǎn)離心實驗1h，沉淀0.39g 。

3.9實驗9

經(jīng)過研磨140min后，從圖8粒徑分布圖中可知，粒徑D100=35.2μm，粒徑分布較粗，分散性較差。W400在乙二醇加水體系中的分散性很差。研磨過程當(dāng)中不容易起泡，泡相對容易消除。墨水粘度25℃-5.65cp。

取樣5g，經(jīng)過1000轉(zhuǎn)離心實驗1h，沉淀1.48g 。離心沉淀較嚴(yán)重。

無機(jī)顏料的分散，與研磨工藝，分散劑的種類-用量有密切的關(guān)系。不同種類的分散劑由于其分子結(jié)構(gòu)的不同，其用量不同。而合適的分散劑的選取對分散體系的穩(wěn)定性的影響至關(guān)重要。墨水的粘度直接會影響墨水的打印順暢性，因此制備的墨水的粘度不能太高也不能太低，必須控制在一個合適的額范圍，水性釉料墨水的粘度一般建議控制在25℃時5-10cp。

根據(jù)經(jīng)典的Stocks沉降定律：

公式中：Vs為顆粒的沉降速率;r為顆粒的粒子半徑;ρ為分散體系中分散相的密度;ρ0為分散體系中分散介質(zhì)的密度;g為重力加速度;η為分散體系中分散介質(zhì)的粘度。由Stocks沉降速率公式可知，顆粒粒徑越小，粘度越高，分散相與分散介質(zhì)的密度差越小，其沉降速率越小[5，6]。從離心沉淀的數(shù)據(jù)也可以看出當(dāng)粒子的粒徑越粗時，其沉淀越嚴(yán)重;分散體系的粘度越大，其離心沉淀越少。

從以上九組實驗對比可以得知，第一組實驗BYK180觸變，不適合使用;第二組實驗BYK2010難消泡，也不是最優(yōu)選擇;第三組實驗H1023和第四組實驗156研磨后粘度偏高，打印順暢性可能受到影響;第五組實驗BYK23160各項性能指標(biāo)較好;第六組實驗4600分散劑用量較大，墨水粘度偏高，不合適;第七組實驗W100各項性能指標(biāo)較優(yōu)，且不容易起泡，消泡容易;第八組實驗W200和第九組實驗W400的分散性較差，離心沉淀較嚴(yán)重，不適合。

4? 結(jié)論

綜上，采用實驗五BYK23160和實驗七W100作為分散劑，其制備的水性釉料墨水的性能較優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡俊，區(qū)卓琨. 陶瓷墨水的制備技術(shù)[J]. 佛山陶瓷，2011：23-26.

[2]林偉，韓復(fù)興. 數(shù)字噴墨打印技術(shù)對我國建筑陶瓷未來發(fā)展的影響[J]. 陶瓷，2011：9-12.

[3]韓復(fù)興，范新暉. 淺析陶瓷墨水的發(fā)展方向[J]. 佛山陶瓷，2011，177（6），1-3.

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[5]熊超圓. 棕色陶瓷墨水的制備及穩(wěn)定性研究[D]. 中國廣東?。喝A南理工大學(xué)，2015.

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