陶瓷墨水的主要控制指標及檢測方法

張豪

摘 要：本文主要介紹了陶瓷墨水國產(chǎn)化的現(xiàn)狀，墨水主要控制的項目，及其意義和檢測方法，并研究了國產(chǎn)墨水有待解決的問題。

關鍵詞：陶瓷墨水；現(xiàn)狀；檢測；問題

1 前言

陶瓷噴墨裝飾技術是在傳統(tǒng)的噴墨打印技術上發(fā)展起來的一種新型瓷磚圖案印刷技術，是數(shù)碼技術與壓電驅(qū)動技術和傳統(tǒng)陶瓷行業(yè)結(jié)合的產(chǎn)物。陶瓷裝飾用噴墨打印墨水：通過噴墨打印的方式施在待裝飾陶瓷制品上，經(jīng)過800 ℃以上燒制后起裝飾作用的液態(tài)物料。

2 陶瓷墨水國產(chǎn)化的現(xiàn)狀

廣義上的陶瓷墨水目前有兩類：一類是用于特種功能材料塊體或薄膜的成形或制備，將超微功能粉體顆粒散在載液中形成液體分散體系。此類墨水在國內(nèi)的材料科研機構(gòu)已經(jīng)有了較多的研究；另外一類墨水就瓷磚裝飾呈色用的陶瓷墨水 ，是陶瓷色劑分散在載液得到的一種分散體系。

3 墨水要求及主要檢測項目

（1） 滿足噴墨打印的要求：黏度、表面張力、粒度分布等；

（2） 滿足高溫燒成顯色：色差；

（3） 其他參數(shù)： pH值、 固含量、穩(wěn)定性等。

4 墨水的檢測方法及意義

4.1 外觀

墨水在檢測時，其外觀與標樣外觀目視要基本均勻一致，不得有明顯可視雜質(zhì)。其測試方法為：將樣品和標樣裝入50 mL納氏比色管中，在自然光下目視比較外觀和雜質(zhì)。納氏比色管的標準為：50 mL納氏比色管，在25 mL刻度處管身直徑為24.5±0.5 mm。

4.2 黏度

適當?shù)酿ざ瓤纱_保墨水在墨路內(nèi)循環(huán)流動順暢，有利于墨水從噴口的噴出和墨滴的均勻形成。黏度太小，則墨水內(nèi)摩擦力小，液滴呈彎月形而產(chǎn)生阻尼振蕩，影響噴射速度；黏度過大，墨水流動性差，且不易形成小液滴。

粘度檢測時所使用的儀器及材料為旋轉(zhuǎn)式粘度計：測量范圍為 1 MPa·s～106 MPa·s，誤差±3﹪。恒溫水浴裝置：精度±2 ℃。

4.3 表面張力

表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。因上層空間氣相分子對它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。

表面張力的檢測方法為把被測陶瓷墨水倒入燒杯內(nèi)，恒溫水浴至40℃。動態(tài)表面張力儀檢測表面張力，單位為牛頓每米（mN/m）。

表面張力的檢測儀器及材料為動態(tài)表面張力儀：讀數(shù)精度為0.1 mN/m；恒溫水浴裝置：精度±2 ℃。

4.4 粒度分布

粒度分布的檢測方法—激光粒度分析儀法。所使用的分散介質(zhì)分為以下幾種情況：

（1） 對于水溶性陶瓷墨水，通常用蒸餾水作為分散介質(zhì)，使用前應靜置一段時間或抽真空，以排出空氣；

（2） 對于有機溶劑型陶瓷墨水，可以采用無水乙醇作為分散介質(zhì)，無水乙醇中乙醇含量應大于99.5%；

（3） 如果采用水、無水乙醇無法獲得有效的分散效果，則可以使用其他分散介質(zhì)。為提高分散效果，可以添加陶瓷墨水相關企業(yè)所提供的分散介質(zhì)。

4.5 固相含量

固含量的檢測方法—高溫灼燒法。將經(jīng)過灰化處理的裝有試樣的坩堝置于室溫的高溫爐中，蓋上坩堝蓋，使坩堝與蓋間留一間隙。將高溫爐逐漸升溫至1025±25 ℃，并在該溫度下灼燒60 min。取出坩堝，蓋上蓋，稍冷。將坩堝和蓋置于干燥器中，冷卻至室溫，快速稱量。將坩堝和蓋再次置于高溫爐中，于1025±25 ℃灼燒15 min。取出坩堝，蓋上蓋，稍冷。將坩堝和蓋置于干燥器中，冷卻至室溫，快速稱量。直至前后二次稱量不超過1.0 mg。如重復灼燒后稱得質(zhì)量增加，則以稱量增加之前最后一次稱得的質(zhì)量計算分析結(jié)果，精確至0.0001 g。

4.6 色差

影響陶瓷噴墨發(fā)色的主要因素有：色料的種類、結(jié)晶度、純度；在墨水中的粒度分布及含量；坯、釉的成份；溫度、氣氛制度等等。例如：所選用的色料必須確保在超細顆粒的狀態(tài)下具有良好的發(fā)色能力，要求選用的色料在制備過程中反應完全，呈色晶體發(fā)育良好，高溫穩(wěn)定性好，耐釉料侵蝕。

色差的檢測方法：取陶瓷坯體兩塊，分別在陶瓷噴墨打印實驗機上，使用樣品和標樣打印出分辨率不低于200 dpi×200 dpi、面積不小于50 mm×50 mm的純色色塊各1塊，再按照企業(yè)規(guī)定的燒成制度在相應的窯爐中依使用條件燒成。實驗前對色差儀進行校正后，將上述試燒而成的試片用色差儀測量，記錄待檢樣品與標樣的色度值。

4.7 穩(wěn)定性

穩(wěn)定性常用檢測方法為沉降體積法和吸光度法。

沉降體積法需要較長的一段時間才能體現(xiàn)陶瓷墨水是否穩(wěn)定，具體操作為取 20 mL 陶瓷墨水于有刻度的 20 mL試管中，在溫度 25 ℃下，每隔一段時間測量其上清液體積，計算沉降率。沉降率=上清液體積（mL）/20×100%。

靜置沉淀法操作簡單，需要時間長，而且分層的界限難以確定。

（1） 穩(wěn)定性的檢測方法

經(jīng)時劣化性實驗。

（2） 穩(wěn)定性測試儀器及材料

恒溫箱：精度±2 ℃；碘量瓶：250 mL。

（3） 穩(wěn)定性測試試驗條件

檢驗應在溫度（60±2） ℃條件下進行。

（4） 穩(wěn)定性測試檢驗程序和結(jié)果

將被測墨水倒入碘量瓶中，放置在規(guī)定的試驗條件的恒溫箱中，待28天后取出，放置至室溫。將水基型及有機溶劑型陶瓷墨水在經(jīng)時劣化性實驗后，按照不同的項目進行試驗。

5 陶瓷墨水國產(chǎn)化有待解決的問題

國產(chǎn)墨水和進口墨水在黏度、表面張力等方面的性能都比較接近。在現(xiàn)有的陶瓷噴墨打印機上實施打印是完全可行的，但仍然還存在配套設計方面以及色料細度等問題上需要解決。目前國內(nèi)陶瓷圖案設計水平已有很大提高，但和先進國家差距仍較大。噴墨墨水對色劑的要求也較高，要求在超微細的顆粒狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)良好的發(fā)色，所以對色料品質(zhì)提出了新的要求。

6 結(jié)語

陶瓷噴墨打印技術的核心技術是噴頭、墨水。目前噴頭的研制難度較大而且成功率低；而陶瓷墨水的國產(chǎn)化則是可行的，各個檢測項目都基本符合噴墨打印機要求，與國外墨水的性能基本接近，其中陶瓷墨水的穩(wěn)定性、發(fā)色效果、圖案設計、噴頭認證是噴墨打印推廣和應用的關鍵。

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