陶瓷滲花墨水的性能及研究狀況

張翼 石教藝

摘 要：陶瓷滲花墨水是陶瓷裝飾技術的又一次革新，應用于噴墨拋光磚的生產(chǎn)中，提升了拋光磚的色彩、層次和質(zhì)感，提高了陶瓷磚的裝飾效果，給整個陶瓷行業(yè)帶來全新的發(fā)展機遇。本文介紹了陶瓷滲花墨水的最新研究動態(tài)，并討論了其相關性能以及研究和應用要點，為滲花墨水的研發(fā)和應用提供參考。

關鍵詞：噴墨打??；滲花墨水；拋光磚；陶瓷裝飾；納米技術

1 引言

陶瓷噴墨打印技術的出現(xiàn)顯著提高了陶瓷的裝飾效果，更重要的是，大大簡化了陶瓷的裝飾生產(chǎn)工藝，降低了原材料消耗，減少了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染，促進陶瓷生產(chǎn)的節(jié)能減排，是陶瓷裝飾的又一次技術性革命。然而占有國內(nèi)瓷磚市場30～40%份額的拋光磚，由于生產(chǎn)過程中的拋磨工藝，無法引用這一新技術，技術水平得不到提升，難以做出高附加值的陶瓷產(chǎn)品。

陶瓷滲花墨水采用可溶性有機金屬鹽作為發(fā)色體，通過噴墨打印技術，將圖案打印到坯體表面，再滲入到坯體（或釉體）內(nèi)部，經(jīng)過高溫煅燒后，呈現(xiàn)出具有色彩的圖案，從而進行裝飾。滲花墨水可適用于表面強度高、耐磨性能好的拋光磚裝飾。把噴墨滲花墨水應用于陶瓷拋光磚的生產(chǎn)工藝中，不僅能保留拋光磚原有的高色澤度、堅硬耐磨、防滑等優(yōu)點，更能充分展現(xiàn)出色彩鮮艷、紋理自然和3D效果，在色彩、層次、質(zhì)感方面比傳統(tǒng)的微晶磚和全拋釉具有更明顯的優(yōu)勢，極大地提升了陶瓷磚的裝飾效果。拓寬了拋光磚新的工藝，將拋光磚原有的優(yōu)勢和拋釉磚及瓷片的圖案優(yōu)勢完美結合，既保持了拋光磚原有的耐磨、平整的優(yōu)點，又將拋釉磚、瓷片的質(zhì)感與花色應用到拋光磚的裝飾圖案中。

2 陶瓷滲花墨水研究現(xiàn)狀

噴墨打印技術是20世紀70年代末開發(fā)成功的一種非接觸式的數(shù)字印刷技術，它將墨水通過打印頭上的噴嘴噴射到各種介質(zhì)表面上，實現(xiàn)了非接觸、高速度、低噪音的單色和彩色的文字和圖像印刷。在噴墨打印技術的基礎上，將陶瓷顏料制備成墨水，通過計算機控制，利用陶瓷噴墨打印機將配置好的墨水直接打印到建筑陶瓷的表面上進行裝飾[1-4]。

陶瓷噴墨打印技術的普及促進了傳統(tǒng)色釉料生產(chǎn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，噴墨印花工藝給整個行業(yè)帶來革命性的變革。由噴墨印花制造出來的全拋釉、仿古磚、微晶石等產(chǎn)品花色細膩、變化多樣，在花色圖案上基本不受限制，給陶瓷企業(yè)帶來一大批高利潤、高附加值的產(chǎn)品。但是這些現(xiàn)有的技術卻難以應用到拋光磚，拋光磚的生產(chǎn)依然存在著花色少、裝飾水平低、生產(chǎn)工藝繁瑣和生產(chǎn)成本高的現(xiàn)狀。

傳統(tǒng)拋光磚的生產(chǎn)采用著色金屬氧化物的可溶性鹽來進行裝飾，是直接把含有著色氧化物的可溶性金屬鹽加入羧甲基纖維素、甘油、糖等經(jīng)過一定的工藝處理制成滲花釉，再利用絲網(wǎng)印刷技術，印刷到瓷質(zhì)磚表面的裝飾方法。但顏色單一和印花圖案的模糊始終限制著此類陶瓷磚產(chǎn)品走向更大的市場，且滲花釉是水性釉料，采用絲網(wǎng)印花的方式，這種相對粗糙的工藝不適合應用于陶瓷噴墨領域。

陶瓷墨水在早期研究時使用金屬離子高溫轉(zhuǎn)化成發(fā)色金屬氧化物的方案，即采用無機鹽（如硫酸鈷、硝酸鐵等）可發(fā)色的物質(zhì)溶于水形成有色液體，但是這類水性滲花墨水會在噴頭表面析晶堵塞噴頭，因此無法應用。2000年，F(xiàn)erro公司申請的中國專利CN00818261.2公開了一種適用于陶瓷釉面的獨特的油墨和油墨組合，采用有機金屬鹽溶于有機溶劑制備而成的墨水，可以調(diào)配出各種顏色[5]。當時由于設備等原因該技術未被推廣，而是轉(zhuǎn)向了顏料型陶瓷墨水，滲花墨水的研發(fā)則一直處于停滯狀態(tài)。2008年，Metco公司的中國專利CN200880120613.1公開了在陶瓷材料上進行數(shù)字印刷所使用的含有發(fā)色金屬的油墨組，研發(fā)出藍、褐、黃、黑等四種溶劑型墨水[6]。伴隨著噴頭技術的更新及大規(guī)格噴頭的出現(xiàn)，Metco公司2013年開始推廣這一新技術，并于2014年在中國市場首先與諾貝爾陶瓷進行技術合作，成功推出了噴墨滲花墨水瓷磚產(chǎn)品。隨后國內(nèi)許多陶瓷廠如蒙娜麗莎、東鵬、宏宇、新明珠等陶瓷企業(yè)引入噴墨滲花磚生產(chǎn)工藝。國內(nèi)的墨水生產(chǎn)企業(yè)對滲花墨水研究起步較晚，2015年廣東道氏技術股份有限公司的CN201510141827.9專利號公開了一種可調(diào)滲透深度的陶瓷噴墨打印油墨及方法，油墨由著色油墨和助滲油墨組成，著色油墨提供發(fā)色，助滲油墨控制墨水在坯體的滲透深度[7]。同時，道氏公司的CN201510429407.0專利號公開了一種噴墨滲花陶瓷磚增色劑及使用方法，此增色劑的應用可大幅提高陶瓷墨水，特別是紅色和黃色墨水的發(fā)色鮮艷度[8]。隨著道氏滲花墨水在能強、東鵬、金意陶等陶瓷企業(yè)的成功產(chǎn)業(yè)化應用，標志著國產(chǎn)滲花墨水的發(fā)展進入了一個新的階段。

3 滲花墨水的組成及性能特點

滲花墨水是一種滲透型墨水，也是一種溶劑型墨水，采用可溶性金屬鹽作為著色劑，然后搭配相應的助劑以及溶劑制備成滲花墨水。滲花墨水經(jīng)噴墨打印機打印以后，在磚面具有垂直滲透的能力，燒成以后，著色劑在高溫下轉(zhuǎn)化為能呈現(xiàn)顏色的金屬氧化物，形成圖案。下面從五個方面講述滲花墨水的性能特點及研究要點。

3.1 滲花墨水的顏色

滲花墨水的發(fā)色方式與傳統(tǒng)陶瓷墨水不同。傳統(tǒng)的陶瓷墨水是顏料型墨水，是通過砂磨機將顏料磨成亞微米級的顆粒，利用合適的分散劑分散在油性的溶劑內(nèi)，形成穩(wěn)定懸浮液來使用。滲花墨水采用的是金屬離子作為發(fā)色體，制備成有機金屬鹽溶解在合適的溶劑中，在高溫下轉(zhuǎn)化成能呈色的金屬氧化物。滲花墨水的顏色需要根據(jù)金屬離子的發(fā)色規(guī)律來設計，例如：一般情況下，鉻在高溫狀態(tài)下以三價鉻的形式存在，呈黃色或綠色；鈷在高溫狀態(tài)下很穩(wěn)定，一般呈藍色，而且發(fā)色能力很強；鐵作為彩色滲花磚的發(fā)色元素，一般呈黃色，若鐵的添加量增多則顯出紅色或褐色。根據(jù)不同離子的發(fā)色規(guī)律，設計不同的顏色調(diào)配，并優(yōu)化離子的濃度，調(diào)配出滲花墨水發(fā)色體。目前市面上主要有藍、紅、黃、黑等墨水，顏色還不夠豐富，需要更多的顏色（如桔色、粉色等）來豐富滲花墨水的色系。

3.2 滲花墨水的發(fā)色原理

滲花墨水以有機金屬鹽作為發(fā)色體，但是這些金屬鹽在陶瓷磚燒成過程中，由于受氣氛、溫度、坯料成分的影響，紅色的鐵系氧化物和黃色的鈦系氧化物不能發(fā)出鮮艷的顏色。這是滲花墨水應用中的技術難點，因此需要設計一種材料能夠?qū)τ袡C金屬鹽進行包裹，從而保證金屬鹽不會與其它物質(zhì)發(fā)生反應，實現(xiàn)墨水的穩(wěn)定發(fā)色。廣東道氏技術股份有限公司提出了一種納米包裹技術：設計合成一種超細納米二氧化硅多孔材料，該材料均勻分散在陶瓷磚面釉或者面料中，當陶瓷噴墨滲花墨水噴灑在陶瓷磚表面時，滲花墨水滲入到超細二氧化硅密集的孔洞結構中，隨著燒成溫度的提高，滲花墨水中的有機金屬鹽分解成金屬氧化物而被包裹在超細二氧化硅的孔道中，避免高溫煅燒環(huán)境下發(fā)色金屬氧化物與陶瓷坯體發(fā)生反應，被還原或者轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)的現(xiàn)象發(fā)生，從而保證了發(fā)色滲花墨水在高溫下能夠穩(wěn)定呈色。

3.3 滲花墨水的滲透性

滲花墨水是可溶性鹽作為發(fā)色體，本身在磚坯有一定的滲透性，但是在坯體上的滲透方位無法控制，容易縱向和橫向擴散。若墨水橫向擴散會導致圖案清晰度不高，滲透不夠深，出磚后在柔拋過程中就容易把色彩及紋理磨掉，因此需要從配方上研究滲花墨水的性能并控制溶劑及相關組分實現(xiàn)墨水的垂直滲透，同時根據(jù)需要開發(fā)一種助滲劑實現(xiàn)滲透深度可調(diào)控，實現(xiàn)實際生產(chǎn)中的控制。

3.4 滲花墨水與噴墨機的匹配性

滲花墨水由于需要滲透到磚坯內(nèi)，這就要求噴墨機擁有大的噴墨打印量，以及與墨水具有良好的兼容性。因此墨水企業(yè)在研發(fā)過程中需要對溶劑的種類和極性、溶解性能、鹽類的種類、酸堿度等性能作具體的考察，考察噴墨打印機噴頭和相關管道的兼容性。

3.5 滲花墨水生產(chǎn)的噴墨滲花磚性能特點

陶瓷滲花墨水生產(chǎn)出的噴墨滲花磚具有很大的優(yōu)勢：在質(zhì)感方面，它可滲透到瓷磚坯體0.5～1.0 mm的深度，瓷磚花色立體感更強，表面紋理更加細膩逼真；在色彩方面，利用納米技術助力墨水發(fā)色，解決了普通墨水在紅色、黃色、灰色、黑色等顏色發(fā)色的難題；在硬度方面，產(chǎn)品硬度可達5～6級，要比全拋釉瓷磚產(chǎn)品更加耐磨；另在節(jié)能環(huán)保方面，滲花墨水所生產(chǎn)出來拋光磚的拋光厚度約為0.1～0.3 mm，減少了固體廢料、廢渣的排放，讓陶瓷企業(yè)更為節(jié)能環(huán)保。

4 陶瓷滲花墨水的應用

陶瓷滲花墨水具有優(yōu)良的發(fā)色能力和極佳的滲透能力，結合高解析度的天然石材設計，應用耐磨度極佳的釉料或直接應用坯料，經(jīng)噴墨打印、燒成及拋光等工藝，可生產(chǎn)出仿真度遠超全拋釉產(chǎn)品的人造石材瓷磚，表面的物理性能可達到傳統(tǒng)拋光磚的水平。

目前利用滲花墨水生產(chǎn)噴墨滲花磚主要采用兩種工藝。一種為淋漿工藝：布料→壓機→干燥→淋釉+納米助色劑→干燥→釉線噴墨+助滲劑→窯爐，采用淋釉的方式將含有納米助色劑的釉漿鋪在磚坯上作為噴墨打印圖案層；另一種為二次布料工藝：二次布料→磚坯上布薄料+納米助色劑→壓機→干燥→釉線噴墨+助滲劑→窯爐，利用二次布料，在磚坯上布上一層含有納米助色劑的薄層作為噴墨打印圖案層，分別做不同效果的滲花墨水磚產(chǎn)品。

陶瓷滲花墨水在噴墨拋光磚生產(chǎn)上的應用已處于產(chǎn)業(yè)化階段，但還有提升的空間：1） 滲花墨水滲入拋光磚坯體深度的精確性還可提升，減少墨水的橫向滲透，提高垂直滲透， 從而提高磚面圖案的清晰度；2）進一步優(yōu)化坯體或者釉面的制備及成型工藝，面料的成份會直接影響墨水的發(fā)色和磚坯的強度，水份會影響滲透深度，磚坯的變形會給后續(xù)的拋磨工藝帶來色差；3）減少噴墨拋光磚生產(chǎn)時的色差問題，滲花墨水的下滲精度不一，經(jīng)過拋光后容易產(chǎn)生一定色差，加上拋光環(huán)節(jié)人員變動、磨頭更換、參數(shù)變更，更加大了色差的變數(shù)，對生產(chǎn)技術要求也相當嚴格；4）圖案的設計及打印控制工藝：圖案的設計需要結合色彩的調(diào)配、助滲劑的用量、立體層次的調(diào)控、拋光工藝等方面進行調(diào)整，才能控制圖案的清晰度和立體效果，因此設計難度較高，這也給噴墨拋光磚批次生產(chǎn)的穩(wěn)定性帶來影響?？偟膩碚f，滲花墨水及噴墨拋光磚已處于產(chǎn)業(yè)化應用階段，在推廣過程中需要滲花墨水制造商和陶瓷生產(chǎn)企業(yè)共同合作解決滲花墨水應用時存在的技術難題，提高我國陶瓷磚產(chǎn)品的裝飾技術水平。

5 結論

滲花墨水的開發(fā)以及在噴墨拋光磚上的應用是近兩年才開始的，它的出現(xiàn)給整個陶瓷行業(yè)帶來全新的發(fā)展機遇。目前也只有幾家墨水公司推出滲花墨水和幾家陶瓷企業(yè)成功實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應用，筆者認為滲花墨水在今后的研究中還需要從如下幾個方面進行提高：1）目前滲花墨水的色系還不夠豐富，許多中間調(diào)和色還未出現(xiàn)，需要開發(fā)出更多顏色的滲花墨水；2）減少滲花墨水的橫向滲透，提高滲花墨水的滲透深度和滲透精度；3） 從納米包裹原理方面解決滲花墨水紅色和黃色發(fā)色問題，開發(fā)出特定結構的助色劑，提高墨水的發(fā)色性能和發(fā)色穩(wěn)定性；4） 減少噴墨拋光磚生產(chǎn)時的色差問題，降低噴墨拋光磚批次生產(chǎn)時的發(fā)色穩(wěn)定性。

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