作為陶瓷噴墨印刷的關(guān)鍵技術(shù)之一，陶瓷墨水從制備到誕生，從成熟到推廣，都?xì)v經(jīng)艱辛。至今，陶瓷墨水的升級(jí)優(yōu)化仍在持續(xù)。本期“陶城大講堂”黃惠寧專場，從多角度分析陶瓷墨水的分類、制備方法及研究現(xiàn)狀，讓陶瓷企業(yè)全方位深入了解陶瓷墨水，并為日后生產(chǎn)選擇合適的陶瓷墨水奠定良好基礎(chǔ)。 陶瓷墨水概述 在噴墨印刷技術(shù)的基礎(chǔ)上，將特殊的粉體制備成墨水，通過計(jì)算機(jī)控制，利用特制的印刷機(jī)可以將配置好的墨水直接印刷到陶瓷的表面上進(jìn)行表面改性或表面裝飾。 陶瓷噴墨印刷的關(guān)鍵技術(shù)之一，為陶瓷墨水的制備。所謂陶瓷墨水就是含有某種特殊陶瓷粉體的懸濁液或乳濁液，通常包括陶瓷粉體、溶劑、分散劑、結(jié)合劑、表面活性劑及其它輔料。常見組成及其作用如表1所示。 陶瓷粉體是陶瓷墨水的核心物質(zhì)，其組成和性能決定著墨水的應(yīng)用范圍。目前，陶瓷墨水所用的陶瓷粉體主要包括兩大類：一類為功能陶瓷粉體，如：ZrO2、TiO2、BaTiO3及PZT陶瓷粉體等;另一類為陶瓷色料和著色劑，如：鉻鋁紅色料、釩鋯黃色料、鈷鐵黑色料及鈷鋁藍(lán)色料等。按照墨水所含的陶瓷粉體不同，可將其分為功能陶瓷墨水和陶瓷裝飾墨水兩類，見表2所示。其中功能陶瓷墨水可賦予基體表面以力學(xué)性能、光催化性能及電學(xué)性能等。而陶瓷裝飾墨水主要用于傳統(tǒng)陶瓷的表面裝飾，其實(shí)質(zhì)還是利用色釉料進(jìn)行表面著色，但又不同于傳統(tǒng)噴墨印刷墨水，對(duì)于陶瓷裝飾墨水不僅需要考慮與噴墨印刷機(jī)匹配，而且需考慮高溫煅燒后的顏色變化是否能滿足圖案要求。 根據(jù)陶瓷噴墨印刷機(jī)的類型不同，又可將陶瓷墨水分為連續(xù)式噴墨印刷用陶瓷墨水和需求噴射印刷用陶瓷墨水兩種。由于兩種噴墨印刷機(jī)在工作原理方面有一定的差異，因此所用的陶瓷墨水的性能要求也有所不同。其中連續(xù)式噴墨印刷機(jī)工作時(shí)，墨滴的路徑由水平及垂直偏向板以靜電偏向的方式控制，因此墨水本身需要具備一定的導(dǎo)電性能，通常采用導(dǎo)電鹽(如：NH4NO3、(NH4)2SO4)來調(diào)節(jié)墨水的導(dǎo)電率。為了滿足偏轉(zhuǎn)靜電場的需要，連續(xù)噴墨印刷用陶瓷墨水的導(dǎo)電率一般需大于100ms.m-1。 陶瓷墨水的制備方法 陶瓷墨水制備的關(guān)鍵在于超細(xì)陶瓷粉體的制備及其在溶劑中的穩(wěn)定分散，即保證粉體在溶劑中處于單分散狀態(tài)，無絮凝效應(yīng)。目前，陶瓷墨水的制備方法主要有溶膠法、反相微乳液法及分散法。 溶膠法 溶膠凝膠法是制備超細(xì)粉體和納米材料的一種濕化學(xué)方法，已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，工藝技術(shù)也已經(jīng)成熟。該方法用于制備陶瓷墨水時(shí)，只利用其第一步，即溶膠的制備。其中包括有機(jī)鹽在溶劑中的水解反應(yīng)和水解產(chǎn)物的聚合或縮聚反應(yīng)，同時(shí)根據(jù)需要調(diào)節(jié)溶膠的物理性能，如固含量、粘度、導(dǎo)電率及表面張力等。 反相微乳液法 微乳液體系是由表面活性劑-助表面活性劑-油-水構(gòu)成的熱力學(xué)穩(wěn)定的均相體系，宏觀上呈各向同性、外觀透明或半透明，微觀上由表面活性劑界面膜所穩(wěn)定的一種或兩種液體的微滴所組成。利用反相微乳液制備的陶瓷墨水其粒徑一般在幾十納米左右，分散性極好，并且可以長期穩(wěn)定保存，能很好地滿足噴墨印刷對(duì)顆粒度、分散性和穩(wěn)定性的要求。 分散法 分散法制備陶瓷墨水，一般是將陶瓷粉體與分散介質(zhì)進(jìn)行球磨混合后，再通過超聲分散，獲得穩(wěn)定的懸浮液。這種方法與傳統(tǒng)的漿料制備較為接近，根據(jù)靜電-位阻穩(wěn)定機(jī)制，需加入各種物性調(diào)節(jié)劑及輔助成分使墨水達(dá)到短時(shí)間內(nèi)的均勻穩(wěn)定狀態(tài)。 制備方法比較 目前，陶瓷墨水的制備方法主要有溶膠法、反相微乳液法及分散法，三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，見表3所示。就墨水穩(wěn)定性而言，溶膠法和反相微乳液法是最佳選擇，但結(jié)合傳統(tǒng)建筑陶瓷行業(yè)的需求及工業(yè)化大生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用，簡化工藝過程、降低生產(chǎn)成本是我們必須考慮的，因此，就制備方法來看，分散法是制備陶瓷印刷墨水今后的主要手段。目前，分散法需要解決的問題是陶瓷粉體的超細(xì)化、球型化及提高墨水懸浮流變穩(wěn)定性。