陶瓷喷墨：墨水日渐成熟 发展趋向多样

作为陶瓷喷墨印刷的关键技术之一，陶瓷墨水从制备到诞生，从成熟到推广，都历经艰辛。至今，陶瓷墨水的升级优化仍在持续。本期“陶城大讲堂”黄惠宁专场，从多角度分析陶瓷墨水的分类、制备方法及研究现状，让陶瓷企业全方位深入了解陶瓷墨水，并为日后生产选择合适的陶瓷墨水奠定良好基础。 陶瓷墨水概述 在喷墨印刷技术的基础上，将特殊的粉体制备成墨水，通过计算机控制，利用特制的印刷机可以将配置好的墨水直接印刷到陶瓷的表面上进行表面改性或表面装饰。 陶瓷喷墨印刷的关键技术之一，为陶瓷墨水的制备。所谓陶瓷墨水就是含有某种特殊陶瓷粉体的悬浊液或乳浊液，通常包括陶瓷粉体、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其它辅料。常见组成及其作用如表1所示。 陶瓷粉体是陶瓷墨水的核心物质，其组成和性能决定着墨水的应用范围。目前，陶瓷墨水所用的陶瓷粉体主要包括两大类：一类为功能陶瓷粉体，如：ZrO2、TiO2、BaTiO3及PZT陶瓷粉体等;另一类为陶瓷色料和着色剂，如：铬铝红色料、钒锆黄色料、钴铁黑色料及钴铝蓝色料等。按照墨水所含的陶瓷粉体不同，可将其分为功能陶瓷墨水和陶瓷装饰墨水两类，见表2所示。其中功能陶瓷墨水可赋予基体表面以力学性能、光催化性能及电学性能等。而陶瓷装饰墨水主要用于传统陶瓷的表面装饰，其实质还是利用色釉料进行表面着色，但又不同于传统喷墨印刷墨水，对于陶瓷装饰墨水不仅需要考虑与喷墨印刷机匹配，而且需考虑高温煅烧后的颜色变化是否能满足图案要求。 根据陶瓷喷墨印刷机的类型不同，又可将陶瓷墨水分为连续式喷墨印刷用陶瓷墨水和需求喷射印刷用陶瓷墨水两种。由于两种喷墨印刷机在工作原理方面有一定的差异，因此所用的陶瓷墨水的性能要求也有所不同。其中连续式喷墨印刷机工作时，墨滴的路径由水平及垂直偏向板以静电偏向的方式控制，因此墨水本身需要具备一定的导电性能，通常采用导电盐(如：NH4NO3、(NH4)2SO4)来调节墨水的导电率。为了满足偏转静电场的需要，连续喷墨印刷用陶瓷墨水的导电率一般需大于100ms.m-1。 陶瓷墨水的制备方法 陶瓷墨水制备的关键在于超细陶瓷粉体的制备及其在溶剂中的稳定分散，即保证粉体在溶剂中处于单分散状态，无絮凝效应。目前，陶瓷墨水的制备方法主要有溶胶法、反相微乳液法及分散法。 溶胶法 溶胶凝胶法是制备超细粉体和纳米材料的一种湿化学方法，已经获得广泛应用，工艺技术也已经成熟。该方法用于制备陶瓷墨水时，只利用其第一步，即溶胶的制备。其中包括有机盐在溶剂中的水解反应和水解产物的聚合或缩聚反应，同时根据需要调节溶胶的物理性能，如固含量、粘度、导电率及表面张力等。 反相微乳液法 微乳液体系是由表面活性剂-助表面活性剂-油-水构成的热力学稳定的均相体系，宏观上呈各向同性、外观透明或半透明，微观上由表面活性剂界面膜所稳定的一种或两种液体的微滴所组成。利用反相微乳液制备的陶瓷墨水其粒径一般在几十纳米左右，分散性极好，并且可以长期稳定保存，能很好地满足喷墨印刷对颗粒度、分散性和稳定性的要求。 分散法 分散法制备陶瓷墨水，一般是将陶瓷粉体与分散介质进行球磨混合后，再通过超声分散，获得稳定的悬浮液。这种方法与传统的浆料制备较为接近，根据静电-位阻稳定机制，需加入各种物性调节剂及辅助成分使墨水达到短时间内的均匀稳定状态。 制备方法比较 目前，陶瓷墨水的制备方法主要有溶胶法、反相微乳液法及分散法，三种方法各有优缺点，见表3所示。就墨水稳定性而言，溶胶法和反相微乳液法是最佳选择，但结合传统建筑陶瓷行业的需求及工业化大生产的实际应用，简化工艺过程、降低生产成本是我们必须考虑的，因此，就制备方法来看，分散法是制备陶瓷印刷墨水今后的主要手段。目前，分散法需要解决的问题是陶瓷粉体的超细化、球型化及提高墨水悬浮流变稳定性。