陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶原理

條碼碳帶是一種在聚酯薄膜的兩面分別涂上油墨、潤滑劑的打印耗材，是利用數(shù)碼熱轉(zhuǎn)印技術(shù)，配套條碼打印機(jī)來完成承印材質(zhì)（主要是各種標(biāo)簽）的標(biāo)識(shí)工作。具體原理是通過條碼打印機(jī)打印頭的熱量和壓力作用于碳帶墨層（油墨涂層烘干而成）上，使碳帶有選擇性地將相應(yīng)的文字和條碼信息印制在標(biāo)簽上。

由于其具有打印效果清晰耐久、標(biāo)識(shí)輸出方便快捷、使用過程清潔環(huán)保和可以在無人看管的條件下實(shí)現(xiàn)連續(xù)打印等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品醫(yī)藥、家用電器、服裝鞋帽、電子通信、新能源等各個(gè)領(lǐng)域，成為21世紀(jì)應(yīng)用和發(fā)展最為迅猛廣泛的高科技數(shù)碼耗材之一。

條碼碳帶根據(jù)油墨配方不同分為蠟基、樹脂基、混合基三種類型。蠟基碳帶墨層以礦物蠟為主，受熱軟化后滲入紙類標(biāo)簽中，產(chǎn)生良好的打印效果，主要應(yīng)用于紙類標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)；樹脂基碳帶墨層以合成樹脂材料為主，與塑料薄膜親和力優(yōu)異，受熱軟化后緊密貼合在塑膜類標(biāo)簽上，產(chǎn)生優(yōu)異的耐摩擦、耐侵蝕（包括耐溶劑、耐酸堿、耐高溫、耐冷凍等侵蝕條件）效果，主要應(yīng)用于對(duì)印跡耐摩擦、耐侵蝕效果要求較高的領(lǐng)域；混合基碳帶墨層中蠟和樹脂兼有，使用性能介于兩者之間。

陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶是樹脂基碳帶的一個(gè)應(yīng)用分支，使用時(shí)在與條碼打印機(jī)相連的電腦上，將圖案設(shè)計(jì)成所需標(biāo)識(shí)信息的鏡像圖標(biāo)，打印在專用陶瓷標(biāo)簽上（俗稱轉(zhuǎn)印紙），再將標(biāo)簽打印面貼附在陶瓷器坯特定位置上，熱壓處理將標(biāo)簽上的印跡完整移印在器坯上，顯示在器坯上的圖案就是陶瓷制品所需的標(biāo)識(shí)圖案。取標(biāo)識(shí)好的器坯上釉（透明釉）入窯，在1300℃條件下燒結(jié)成器。器坯上的條碼及圖文完好無損，條碼能夠被掃描儀器識(shí)別，達(dá)到陶瓷產(chǎn)品標(biāo)識(shí)能夠被自動(dòng)識(shí)別的功能。

總體方案流程

樹脂基碳帶作為一種條碼打印耗材，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 樹脂基碳帶

自上而下依次為背涂層、基膜層、離型層、油墨層，共四層結(jié)構(gòu)。其中，背涂層提供碳帶打印過程中的潤滑效果，以保護(hù)碳帶打印機(jī)精密的打印頭；基膜層為碳帶的骨架和載體；離型層提供色料層脫離輔助效果；油墨層提供印跡顏色及性能效果。

具體生產(chǎn)流程

根據(jù)相應(yīng)生產(chǎn)配方和工藝，制成背涂、離型、油墨三種物料。

取適當(dāng)厚度、強(qiáng)度的PET 薄膜，在高速涂布機(jī)上完成涂布生產(chǎn)：基膜一側(cè)涂上背涂液，另一側(cè)先后涂上離型和油墨，三個(gè)涂層分別使用三個(gè)涂頭，一次性完成涂布和烘干過程，得到高溫陶瓷碳帶大卷，碳帶大卷上分切機(jī)切成客戶需要的不同規(guī)格的碳帶小卷，交付客戶使用，如圖2所示。

圖2 樹脂基碳帶產(chǎn)品生產(chǎn)線

陶瓷制品標(biāo)識(shí)要求

滿足傳統(tǒng)樹脂基碳帶基本功能，如在目標(biāo)標(biāo)簽上能夠良好轉(zhuǎn)印，印跡清晰、飽滿，具有一定的耐摩擦、耐溶劑性能。印跡經(jīng)過1300℃燒結(jié)在陶瓷制品上后，保持清晰、飽滿、鮮明的黑色。

印跡經(jīng)高溫處理后，不會(huì)因高溫焚燒而扭曲變形，出現(xiàn)斷筆、針眼、白斑等缺陷。

關(guān)鍵技術(shù)問題

油墨中的顏料體系要能夠耐受1300℃高溫處理而不褪色，或在高溫條件下增色。

油墨、離型中的樹脂體系，軟化點(diǎn)、粘度等理化參數(shù)適中，滿足傳統(tǒng)樹脂基碳帶使用要求，同時(shí)還要求在高溫分解、灰化的過程中，不發(fā)生劇烈的爆裂或坍縮，以避免印跡變形。因此，項(xiàng)目研究關(guān)鍵內(nèi)容，就是通過實(shí)驗(yàn)，得到能夠滿足上述要求的離型、油墨物料體系，并摸索相應(yīng)的涂布生產(chǎn)工藝，如圖3、4、5所示（見下頁）。

圖3 合格樣品

圖4 針眼白斑

圖5 褪色樣品

技術(shù)指標(biāo)及選材原則

主要技術(shù)指標(biāo)：碳帶產(chǎn)品能夠在目標(biāo)標(biāo)簽上良好打??；轉(zhuǎn)印在陶瓷制品上的印跡，燒結(jié)后保持一定的黑度；燒結(jié)后的印跡清晰飽滿，肉眼觀察無針眼、白斑、變形等瑕疵。

技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)在于離型、油墨材料的選擇和配伍。

離型層

離型層又稱剝離層，是由離型物料涂布烘干而形成，離型物料研制是離型層實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。離型物料由樹脂、蠟粉、溶劑三部分組成。因該產(chǎn)品對(duì)材料純度、分子量分布有較高要求，除溶劑外，樹脂、蠟一般都選擇行業(yè)內(nèi)知名商標(biāo)產(chǎn)品，以保證產(chǎn)品性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

離型層樹脂選擇

離型層在碳帶打印過程中，主要起輔助油墨層脫離基膜，轉(zhuǎn)印至承印標(biāo)簽上的作用。離型層樹脂經(jīng)高溫處理后，分解時(shí)不能產(chǎn)生劇烈坍縮或爆裂。傳統(tǒng)碳帶離型樹脂一般選擇彈性體材料EVA，但EVA 彈性、延展性過大，打印印跡高溫下容易變形。經(jīng)大量篩查、實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)工作，確認(rèn)樹脂彈性體T-1、T-2（內(nèi)部編號(hào)），可有效解決圖文高溫變形問題。

蠟粉選擇

傳統(tǒng)樹脂基碳帶常用熔點(diǎn)適中、粒徑均勻的聚乙烯粉體作為離型蠟粉材料。陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶在蠟粉選擇上，較傳統(tǒng)樹脂基碳帶在粒子硬度、粒徑分布、基本粒子形態(tài)等方面均有更高要求，普通聚乙烯粉體無法滿足需求。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，選擇經(jīng)改性包覆技術(shù)處理過的高熔點(diǎn)粉體。

溶劑選擇

溶劑選擇原則：首先，選擇樹脂的真溶劑和稀釋劑搭配，既保證溶解效果又可有效調(diào)整溶劑釋放性；其次，混合溶劑各組分沸點(diǎn)、表面張力要有層次差異，以保證合適的揮發(fā)梯度；最后，溶劑對(duì)蠟粉腐蝕性要低，以免嚴(yán)重破壞蠟粉基本粒子形狀，影響產(chǎn)品性能。

油墨

油墨涂層是由油墨涂布烘干而成，油墨由樹脂、顏料、溶劑、助劑四部分組成，油墨涂層提供轉(zhuǎn)印印跡的耐溫、著色、賦型功能，油墨的研制是整個(gè)項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。

樹脂選擇

樹脂分解、碳化過程中不易發(fā)生劇烈坍縮和爆裂，其玻璃化溫度、軟化點(diǎn)要相對(duì)高，熔程要相對(duì)窄，分子結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)之間能夠因強(qiáng)烈作用而形成結(jié)合緊密的共軛體系。主樹脂選擇長主鏈、無支鏈或少支鏈、高TG、強(qiáng)極性的系列合成樹脂。輔助樹脂選材主要考慮與主樹脂相容性（保證油墨烘干濃縮過程中物料體系的均一性）、分子量差距（獲取樹脂分子間適宜的嵌套結(jié)構(gòu)）、能否形成分子間強(qiáng)烈相互作用三方面，有效彌補(bǔ)主樹脂打印能級(jí)過高、柔韌性不足等缺陷。

顏料選擇

顏料選擇有兩個(gè)方向，一是選擇高溫不易分解的材料，如耐高溫炭黑、鉻黑、鈷黑等，利用這些材料分解溫度高的特性，使印跡經(jīng)高溫處理后仍能保持一定的色度；二是選擇高溫發(fā)色材料，如過渡金屬氧化物等（指如鐵、鉻、錳、銅、鎳、鈷等的氧化物），按照特定比例混合，可在高溫條件下發(fā)生化學(xué)變化，由單晶格結(jié)構(gòu)橫向、縱向生成復(fù)合晶格結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致不同配比呈現(xiàn)不同顏色。油墨圖層的顏色深度與混合物配比、物料占比、受熱溫度三個(gè)因素相關(guān)。

考慮到傳統(tǒng)樹脂基碳帶的油墨層樹脂高溫分解后，印跡失去樹脂的增色效應(yīng)（樹脂的存在有助于黑色顏料在物料中充分分散，同時(shí)提供黑亮的效果），即使顏料完全不分解失色，其黑亮度也會(huì)明顯下降，達(dá)不到項(xiàng)目要求。借鑒古代黑色陶瓷燒造技術(shù)，選擇高溫處理后發(fā)色的過渡金屬氧化物的混合物（各組分具體配比是顏料體系的技術(shù)核心）構(gòu)建油墨的顏料體系，通過顏料體系的高溫發(fā)色，對(duì)沖失去的樹脂增色效應(yīng)。

溶劑選擇

與離型物料溶劑的選擇原則相同。

助劑選擇

添加助劑的主要目的是增強(qiáng)樹脂對(duì)顏料的潤濕性、調(diào)整油墨狀態(tài)及降低體系整體軟化點(diǎn)，以求得理想的轉(zhuǎn)印效果。在本項(xiàng)目中，樹脂、顏料選擇范圍有限，可選樹脂對(duì)顏料的潤濕性較差，同時(shí)，又因顏料在油墨中比例偏高，故助劑選擇較為重要。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室大量篩選工作，我們優(yōu)選出潤濕分散劑A、B（德固賽）、增粘劑C（國產(chǎn)），三種助劑混用以達(dá)到油墨狀態(tài)良好，碳帶轉(zhuǎn)印圓潤飽滿等效果。

產(chǎn)品性能對(duì)比

與進(jìn)口同類產(chǎn)品對(duì)比結(jié)果，見表1。

表1

目前市場上可見的陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶顏色主要為黑色，僅有日本某品牌的產(chǎn)品，因缺乏競爭，其市場零售價(jià)高達(dá)300 元/平方米，利潤非常可觀。

隨著TOTO、科勒、箭牌等著名潔具品牌開始使用條碼碳帶作為其產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)、防偽手段，陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶市場容量逐漸擴(kuò)大。僅2021年全年，陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶國內(nèi)銷售量即達(dá)50 萬平方米。以150 元/平方米計(jì)算，國內(nèi)陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶產(chǎn)值可達(dá)7500 萬元以上?？紤]到今后陶瓷類產(chǎn)品生產(chǎn)工藝革新，以電腦制圖、彩色陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶轉(zhuǎn)印、套印繪圖替代現(xiàn)行的絲印、拓印、手繪等陶瓷制品標(biāo)識(shí)、裝飾方式，這樣的陶瓷制品生產(chǎn)方式方便快捷、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，圖文內(nèi)容豐富易得。因此，陶瓷制品標(biāo)識(shí)用耐高溫碳帶需求量將迎來井噴式的增長。