淺述影響滲花磚滲花效果的因素

石小軍 巫輔庵

摘 要：本文介紹了滲花磚的工藝原理、各種原料在滲花工藝中的應(yīng)用情況及其特性，并探討了影響滲花質(zhì)量的要素。

關(guān)鍵詞：滲花磚；助滲劑；控制要素；粘度；溫度

1 前言

目前市場(chǎng)上拋光磚主要有三種類型:滲花磚、多管布料(又稱幻彩)、微粉磚。滲花磚具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備投入少、無需復(fù)雜的色粉制備及儲(chǔ)存粉桶、產(chǎn)量高、良率高、產(chǎn)品耐磨、耐腐蝕、色彩豐富、圖案多樣等優(yōu)點(diǎn)，使之成為建筑裝飾材料中不可缺少的主導(dǎo)產(chǎn)品之一。隨著人們的消費(fèi)水平及審美水平的不斷提高，對(duì)滲花拋光磚的裝飾效果、圖案的清晰度的要求也逐步提高。所以，若滲花磚的滲花效果控制不好，產(chǎn)品容易造成缺花、花面模糊、陰陽色等缺陷，它是產(chǎn)品降級(jí)、色號(hào)多及客戶投訴多的主要原因。本文就影響滲花磚滲花效果的各種因素，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際談一些見解。

2 滲花原理

滲花磚滲花的原理為：利用呈色較強(qiáng)的可溶性金屬鹽類，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に囂幚碇瞥蓾B花釉；采用絲網(wǎng)印刷或者輥筒印刷技術(shù)，將印花釉印刷到一定溫度的磚坯表面上；經(jīng)過淋水，依靠坯體對(duì)滲花釉的吸附，可溶性鹽類在表面活性物質(zhì)（助滲劑）的幫助下，通過磚坯自身水分梯度滲入到坯體內(nèi)部；經(jīng)過高溫?zé)珊螅@些可溶性鹽類與坯體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而著色。坯體作為滲花釉的載體，在常溫下與滲花釉發(fā)生一系列作用，即毛細(xì)管作用、離子擴(kuò)散作用、表面吸附作用及離子交換作用等物理化學(xué)反應(yīng)。滲花拋光磚一般要求滲花釉滲入到磚坯內(nèi)有一定的深度（通常較佳深度為2～3mm）。

滲花釉在滲花磚裝飾中起決定性的作用，其發(fā)色一般為鐵、鈷、鎳、銅、鉻、釩、錳等離子。滲花釉一般由溶劑和溶質(zhì)組成，常用溶劑一般有水、酒精、甲醛、乙二醇等；溶質(zhì)一般為鹽類。從經(jīng)濟(jì)角度來講，水作為溶劑是最恰當(dāng)?shù)?，但為了考慮某些溶質(zhì)的特性，需要選擇可以與水共溶的溶劑，如乙二醇、甘油等。溶質(zhì)是滲花釉的主要部分，根據(jù)溶質(zhì)的特點(diǎn)可分為：著色劑（俗稱主鹽）、增稠劑、助滲劑、界面活性劑、緩沖劑（調(diào)節(jié)pH值）、螯合劑、防腐劑、消泡劑等。其實(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)中一種原料會(huì)起到多種作用或多種原料起到一種作用的情況。

2.1滲花釉各成分的性質(zhì)及作用

2.1.1著色劑

著色劑是滲花技術(shù)最常用的主鹽，主要是含過渡金屬 Fe、Co、Ni、Cu、V、Cr、Mn等陽離子的化合物。常用滲花著色劑一般為可溶性鹽和無機(jī)鹽類，可溶性鹽包括氯化鎳、硝酸鎳、硝酸鉻、三氯化鉻、氯化鈷、硝酸鈷、氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硫酸銅等，通?？煞譃橛袡C(jī)鹽類如醋酸鎳、醋酸鈷、醋酸鉻、醋酸銅等。無機(jī)鹽類包括氯化鉻、氯化錳、氯化鈷等。通常在水溶液中有機(jī)鹽溶解度沒有無機(jī)鹽高，但無機(jī)鹽高溫分解出有害氣體，如氯氣及氯的各種氧化物，既腐蝕窯爐又污染空氣，因此，生產(chǎn)時(shí)在保證滲花效果的情況下盡量選用有機(jī)鹽類。滲花著色效果和顏色的深淺與氧化物的含量有關(guān)，可著色離子的量取決于可溶性鹽的溶解度。在生產(chǎn)中，由于可溶性鹽的溶解度受各種條件的制約，其呈色效果也不同，如醋酸銅在水中的溶解度低，需加入適量的表面活性物質(zhì)（如檸檬酸銨或檸檬酸鈉）助溶。醋酸鎳在低溫下配制滲花釉時(shí)，有析晶、沉淀等現(xiàn)象產(chǎn)生，影響滲花釉的發(fā)色效果。

2.1.2螯合劑

因著色鹽屬強(qiáng)酸弱堿鹽，溶解于水后呈中強(qiáng)的酸性，而CMC只有在中性或微弱堿性溶液中才能溶解成高粘度液體。因此，配制滲花釉時(shí)需要找到一種改變?nèi)芤簆H值，但不產(chǎn)生沉淀的化合物。過渡金屬元素能形成穩(wěn)定的配合物或螯合物，它們的氧化物是陶瓷顏料的主體，滲花用的著色鹽是水溶性的過渡金屬鹽，如常見的NiCl2、CoCl2、CrCl3等。它們通過水溶液滲入坯體，經(jīng)高溫氧化分解而發(fā)色。實(shí)際上這些鹽溶于水時(shí)已形成了配合離子。如CoCl2是藍(lán)色粉末，溶于水后呈粉紅色是因?yàn)樾纬闪薣Co(H2O)6]2+的緣故。在實(shí)際應(yīng)用中，常使用含結(jié)晶水的著色鹽，即NiCl2·6H20、CoC12·6H20、CrCl3·6H20等。由于水合離子的水溶液呈中強(qiáng)的酸性，加入CMC不能形成高粘度的膠態(tài)物。因此，必須選擇一種配合劑進(jìn)行取代，該配合物的水溶液較穩(wěn)定，呈中性或微堿性。

螯合劑主要有乙二胺、檸檬酸鈉、EDTA，它們與中心離子螯合時(shí)分別能提供2、3、6個(gè)配位原子。因此，EDTA與金屬離子形成的螯合物最穩(wěn)定，但EDTA不易溶于水，形成的EDTA配鹽也不易溶于水，不能滲入坯體內(nèi)部。而乙二胺的強(qiáng)堿性(與NH3相類似)易與[Mn(H2O)6]2+、[Cr((H2O)6]3+、[Fe(H2O)6]3+反應(yīng)生成沉淀物。檸檬酸鈉較合適作配合劑，它是易溶于水的三元有機(jī)酸鈉鹽，與生色離子形成易溶于水的螯合物較穩(wěn)定，并且溶液仍然保持水合離子顏色，呈中性，有利于CMC分散。同樣，它與Cu2+、Zn2+、Zr4+也能形成穩(wěn)定的螯合物。螯合劑通常能增加著色劑的滲透深度，又可作為助滲劑。助滲劑又叫促滲劑，其作用是幫助可溶性鹽類在淋水適量的情況下獲得需要的滲透深度。助滲劑的主要作用有：（1） 有助于坯體毛細(xì)管孔的打開，降低坯體表面張力和滲透壓；（2） 降低滲花釉的粘度及表面張力，促使著色離子沿毛細(xì)孔滲入到坯體內(nèi)部，并達(dá)到符合要求的深度。

雖然助滲劑的作用很大，但其用量并非越多越好，在生產(chǎn)中要嚴(yán)格掌握其最佳用量。若助滲劑用量太少，就起不到調(diào)整坯體表面張力和打開毛細(xì)管孔的作用，無法給滲花創(chuàng)造條件，使得大量的著色離子滯留在坯體表面，會(huì)導(dǎo)致降低了滲花深度；若助滲劑用量過多，會(huì)降低坯體強(qiáng)度，同時(shí)著色鹽類滲入太深，發(fā)色淺甚至無色，滲花鹽使用量必然增加，成本也隨之增加。

2.1.3各種助劑在滲花釉中的應(yīng)用

滲花釉中常用的助劑有界面活性劑和增稠劑。表面活性劑一般采用非離子表面活性劑乙二醇，或聚合度小于 1000的聚乙二醇，它具有濁點(diǎn)高、潤(rùn)濕有機(jī)物、降低界面張力、滲透壓和提高增溶能力及不產(chǎn)生氣泡且有消泡等優(yōu)點(diǎn)。增稠劑CMC的作用是減緩水份的揮發(fā)速度，并能及時(shí)封閉毛細(xì)孔形成納米過濾膜，能阻止高聚合度的螯合離子外泛。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，配制滲花釉時(shí)CMC加入量在2％～5％。水溶劑具有補(bǔ)充滲花釉水份、轉(zhuǎn)移溶質(zhì)、降低坯體溫度和溶解溶質(zhì)的作用。除主鹽（主溶質(zhì)、著色劑）和主溶劑（一般為水）外，其它溶質(zhì)一般都叫滲花釉助劑，滲花釉常用助劑及其作用見表1。

3 影響滲花質(zhì)量的控制因素

3.1滲花釉的粘度

在滲花釉的一系列性能參數(shù)中，粘度是一個(gè)很重要的因素。滲花釉粘度對(duì)滲花效果的影響主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（1） 印刷工藝要求

若滲花釉粘度太大，容易產(chǎn)生粘網(wǎng)、堵網(wǎng)等現(xiàn)象，輥筒印刷不能進(jìn)入雕刻孔內(nèi)并順利轉(zhuǎn)??；粘度太小，則會(huì)導(dǎo)致水平方向擴(kuò)散而使圖案模糊。

（2） 滲透性的要求

粘度太大，離子擴(kuò)散阻力增加，粘稠物很容易阻塞表面毛細(xì)孔而大大降低滲透性，使鹽類停留在坯體表面難以滲入；粘度越小，對(duì)滲透比較有利。

（3） 阻止著色離子向表面遷移

粘度太小，滲花釉滲入坯體后，隨著干燥過程的進(jìn)行，著色離子會(huì)與水一起又重新回到表面，水份蒸發(fā)后，著色離子聚集在表面，產(chǎn)品拋光后會(huì)拋掉其圖案或者模糊不清；如果滲花釉粘度適中，滲花釉中的粘稠物將在滲入坯體后會(huì)堵塞毛細(xì)孔，阻止干燥時(shí)著色離子向表面遷移，從而有效地減少顏色梯度。

在生產(chǎn)中通常以滲花釉的流速來測(cè)量其粘性的大小，輥筒印刷與正常印刷基本類似，流速控制在18～30s(4#杯)，平版印刷與普通平版印刷也極為相似，一般以直徑7mm孔徑測(cè)試流速控制在50s左右。而且流速會(huì)隨著時(shí)間的變化發(fā)生變化，以最終生產(chǎn)使用時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)闈B花鹽的種類各有差異，需根據(jù)生產(chǎn)調(diào)整至正常范圍，使生產(chǎn)穩(wěn)定方便。另外，滲花釉配制好后應(yīng)存放12h以上，才能保證滲花釉中各種物質(zhì)完全反應(yīng)，得到良好的滲花效果。

3.2pH值對(duì)滲花釉的影響

pH值對(duì)滲花釉的影響主要有三點(diǎn)。

（1） 對(duì)磚坯及生產(chǎn)設(shè)備的影響

滲花釉中的可溶性著色鹽，一般為醋酸鹽、氯化鹽，或者硫酸鹽，大部分水溶液呈酸性，在滲花時(shí)易與坯體中的碳酸鹽等發(fā)生反應(yīng)生成不溶物。同時(shí)，酸性溶液也會(huì)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。因此，滲花釉的pH值應(yīng)控制在6～8為宜，盡量接近中性。另外，滲花鹽有刺激性味道，生產(chǎn)中盡量做好防護(hù)，其對(duì)不銹鋼桶、管路、塑料管道等不產(chǎn)生腐蝕性，但對(duì)輥筒(鋁合金)、合金刮刀都會(huì)腐蝕，可以對(duì)輥筒涂以防銹漆延長(zhǎng)使用壽命，而且輥筒的使用壽命為10萬m2左右，一般少許腐蝕不會(huì)產(chǎn)生任何結(jié)構(gòu)性破壞。

（2） 對(duì)螯合劑的影響

對(duì)于多元酸螯合劑，其配位體形態(tài)是隨溶液的pH值而變化的。例如EDTA隨著pH值的升高，氫離子會(huì)離解，其配位能力也逐漸增強(qiáng)。

（3）對(duì)表面活性劑的影響

酸性溶液的游離氫離子能阻止乙二醇等表面活性劑分子內(nèi)的聚氧乙烯醚鍵（-O-）中的氧原子與水分子締合而形成氫鍵，所以能明顯降低表面活性劑的濁點(diǎn)，從而影響釉的滲透性能。

3.3坯體溫度

在滲花磚生產(chǎn)過程中，控制坯體溫度也極其重要。坯體溫度對(duì)滲花效果的影響有以下幾個(gè)方面。

（1） 對(duì)滲花鹽類等的溶解度的影響

坯體溫度過高，會(huì)使大多鹽類的溶解度增大，但有些鹽類會(huì)發(fā)生水合沉淀反應(yīng)或者被揮發(fā)，導(dǎo)致表面活性劑作用的乙二醇和起緩沖劑作用的氨水等揮發(fā)，使著色鹽發(fā)生水合沉淀或析晶。而增稠劑和螯合劑則會(huì)出現(xiàn)變性失去活性，甚至?xí)節(jié)B花釉凝固成果凍一樣，所以要嚴(yán)格控制坯體溫度。

（2） 對(duì)溶劑的影響

坯體高溫可增強(qiáng)溶劑的分子活性，但溫度過高易使溶劑揮發(fā)，作為表面活性劑的乙二醇、甲醛等，可降低界面張力、潤(rùn)濕、增溶作用，它們的揮發(fā)將導(dǎo)致坯體的毛細(xì)孔無法打開，絡(luò)離子、螯合物就無法滲入坯體，只能在表面析晶。

（3） 對(duì)鹽類再次析晶的影響

坯體干燥后溫度接近100℃，如果此時(shí)印刷淋水，水份急劇揮發(fā)，鹽類將隨水遷移到坯體表面將影響滲花效果。通常的作法是坯體出干燥器后經(jīng)過輥棒平臺(tái)運(yùn)行5～10min，上面使用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻，此時(shí)坯體溫度可降低到55℃左右；再印刷淋水，坯體強(qiáng)度又高，又有較高的吸濕性能，坯體表面水份能充分的吸干。

3.4印刷目數(shù)

絲網(wǎng)印刷一般選擇80目（即32T），因?yàn)闈B花釉滲入坯體后，會(huì)橫向擴(kuò)散，所以圖案不是很清晰，選擇網(wǎng)目太細(xì)沒有意義，而且絲網(wǎng)印刷時(shí)要保證所需的厚度和適當(dāng)?shù)膹埩?因此網(wǎng)目不能太細(xì)。而輥筒印刷時(shí)，為了保證滲花鹽的濃度即滲花鹽的數(shù)量，一般要求輥筒能容納更多的滲花釉，通常選擇40～60目。如果太細(xì)，印油不易進(jìn)入雕刻孔并順利轉(zhuǎn)印出來。另外，坯體表面沒有施釉，表面通常較為粗糙，太細(xì)的圖案沒有實(shí)際效果，而且不容易潤(rùn)濕表面，只有保證滲花鹽足夠的量才能良好的潤(rùn)濕并附著在坯面上。

3.5淋水量

滲花鹽隨著水份的吸收一起進(jìn)入坯體中，淋水量的大小與滲花鹽滲透的深度和顏色有關(guān)。隨著淋水?dāng)?shù)量的增加，滲花厚度也隨之增加，顏色逐漸變淺。但因拋光磚一般拋去1mm左右的厚度，所以滲花厚度以2～3mm為最理想的狀態(tài)。生產(chǎn)過程一般使用水刀式噴水，但要注意是否有阻塞情形，是否有開叉異常情況，以及兩邊重量是否一致。這樣才能保證整片磚淋的水量均一。另外，水的壓力要穩(wěn)定，并注意保持水質(zhì)清潔，定時(shí)清洗并更換噴頭。

3.6鹽類溶解度

每種鹽類在水中的溶解度不同，通常選擇的溶劑為水。如果滲花鹽不能溶解，就限制了其在滲透方面的使用，導(dǎo)致生產(chǎn)較為困難，難以分散均勻，需另外球磨或其他機(jī)械方法粉碎分散；再者過飽和溶液還會(huì)再次析晶，給儲(chǔ)存帶來不便，生產(chǎn)中易堵塞網(wǎng)版及輥筒。而且部分鹽類溶解后呈強(qiáng)酸性，使CMC不能溶脹，達(dá)不到需要的粘度，又或者與水結(jié)晶化，使CMC干枯失效。這些都需對(duì)各種鹽類進(jìn)行深入了解，測(cè)試后再使用，使其用量小于過飽和的數(shù)量，避免各種異常產(chǎn)生。

3.7干燥問題

坯體淋水后，會(huì)吸入大約坯體總重量2%的水份，而因?yàn)榕黧w剛淋水時(shí)，水分與滲花鹽滲入坯體內(nèi)，吸收時(shí)間有差異，通常滲透至坯體表面2mm左右，分界明顯，上層坯體水份將近10%，然后水份再沿著毛細(xì)孔繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散，導(dǎo)致坯體表層的顏色逐漸變白直至與坯體背部顏色一致。滲花厚度也進(jìn)一步增加，由2mm左右擴(kuò)散至3mm左右。實(shí)踐證明，一般此擴(kuò)散過程約6～10min，水份基本上均一，再進(jìn)行干燥。如果淋水后就直接干燥，坯體水份會(huì)迅速蒸發(fā)，因?yàn)楸韺铀菰?0%左右，還溶解有不少的鹽類，其隨著水份一起蒸發(fā)又?jǐn)U散至坯體表面了，造成顏色變化。再者因?yàn)樗萏?，干燥?huì)產(chǎn)生較大的收縮，易引起坯體表面小裂紋，如雞爪裂。而通常靜置一段時(shí)間后再干燥，或者在輥棒平臺(tái)上運(yùn)轉(zhuǎn)10～15min后，待其水份基本均化后再干燥，此時(shí)水份梯度小，可溶性鹽遷移到表層的就非常少，能保證顏色的穩(wěn)定。

3.8成形與燒成

成形時(shí)布料均勻，坯體各部位致密度一致，則吸收水份的效果一致，滲花鹽也就能均一分布于坯體內(nèi)，燒成拋光后顏色穩(wěn)定。如果局部過于致密，則容易透氣不好，滲花厚度也會(huì)受到影響，從而進(jìn)一步影響到顏色的穩(wěn)定。坯體強(qiáng)度也會(huì)影響滲透，過大則滲花深度小，過小則滲的深，容易糊花不清晰。

燒成時(shí)要控制磚型盡量平直，燒成過程中會(huì)產(chǎn)生變形，一般以正翹0.6mm為標(biāo)準(zhǔn)。通常刮平時(shí)因?yàn)檩伒秹毫ζ仁古黧w刮平，基本上能克服正翹的問題。負(fù)翹一般不允許，其裂磚的幾率較高。當(dāng)變形進(jìn)一步增大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生圖案被拋掉而出現(xiàn)顏色淺，甚至部分變形大的部位出現(xiàn)拋后無顏色。燒成時(shí)尤其是不能有折線形變形，如翹角塌角翹邊塌邊等變形。

4 結(jié)論

滲花拋光磚因其圖案豐富、顏色素雅、簡(jiǎn)潔大方，深受大眾消費(fèi)者喜愛。滲花釉主要由著色劑、螯合劑、界面活性劑、增稠劑等組成，在生產(chǎn)中要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行調(diào)配，并控制好滲花釉的粘度、pH值、坯體溫度、淋水?dāng)?shù)量，這樣才能保證生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)品無缺陷，品質(zhì)優(yōu)良。