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淄博陶正陶瓷喷墨墨水色素制备与工艺特点
2015-06-28 09:16:34

     目前,陶瓷喷墨打印用墨水的制造方法仍集中于:分散法、溶胶凝胶法和反相乳相法,而以上三种加工方法中,溶胶凝胶法由于制造工艺方法原料昂贵、溶胶不稳定而受到限制;反相乳相法由于制得的墨水固含量低,也有待解决许多技术问题;分散法最容易实施而且工艺相对简单易行,目前国产陶瓷墨水主要需要解决墨水的稳定性问题。陶瓷墨水的组成和性能与打印机的工作原理和墨水用途有关。

  分散法制备的陶瓷墨水主要由无机非金属颜料(色料、釉料)、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其它辅料构成。

  陶瓷喷墨用墨水要求具备以下特性:1,要求陶瓷粉体在溶剂中能保持良好的化学和物理稳定性,不会出现化学反应和颗粒团聚沉淀。2,要求在打印过程中,陶瓷粉体颗粒能够在短时间内以最有效的堆积结构排列,附着牢固,获得较大密度的打印层,以便煅烧后获得较高的烧结密度。3,要求打印的色剂高温烧成后具有良好的呈色性能以及与坯釉的匹配性能。除了核心的发色主体无机陶瓷色料之外,墨水的溶剂与分散剂的搭配也是核心关键技术之一。

  陶瓷墨水色料的制备是陶瓷墨水制备的前提条件之一。特别是墨水色素对于传统的釉用色料出口市场将在2015年开始逐渐发力,目前国外和国内能够接受的粒径是D90小于5u,欧洲市场对用于陶瓷墨水制备的色素要求是小于1u,传统的陶瓷无机色料对粒径的影响还是很大的。锆系色料本身的结构也存在一定的不稳定性和发色饱和度不够的问题,随着粒径的减小,其在釉料中的发色饱和度明显降低,锆镨黄产品黄度值下降尤其明显。需要说明的是,尖晶石类型的棕色和部分黑色类产品料对于粒径影响相对较小,随着粒径的减小,发色饱和度反而更好。因此,在选择适用于陶瓷喷墨墨水色素的色料结构时,首先要考虑必须具备超强的发色饱和度和较好的高温化学稳定性结构类型的色料。

  在目前的陶瓷色料结构体系中,尖晶石结构的色料高温和化学稳定性都较好,如蓝色中的钴蓝系列,黄色中的棕黄系列和黑色系列。棕色类产品的原材料选择与氧化铝的选择引入方式也是有关系的,引入材料的粒径对于色料的饱和度也是有很大的关系。由于原材料的关系,陶瓷墨水色素中的黑色系列在后期上线过程中容易产生堵塞喷头的故障隐患,黑色色素配方中的氧化钴含量过高容易导致不耐温起泡。氧化铁红和氧化钴本身具有一定的磁性,在后期经过喷头金属间高速摩擦容易产生静电吸附,导致堵塞喷头。

  陶瓷墨水色素在传统色料配方基础上进行了一定的工艺改良,特别是在矿化剂的选择上更加优化,煅烧温度较之传统的色料部分产品温度适当提高了一些。

  陶瓷墨水色素在后期加工处理环节应用的主要设备有传统的球磨机、气流磨、砂磨机等。在加细设备的选择上,球磨机主要是进行水洗和预处理的工艺环节,目前国内色料生产商大部分是没有进行水洗这一工艺环节的(钒锆蓝产品例外),那么,使用气流磨基本上可以将经过传统加细设备加工后的半成品(D90粒径介于11-20u之间)打碎到5u以下的粒径范围。但是气流磨的加工效率不是特别高,每小时产量一般在10-20kg之间。但据笔者了解,琅菱公司生产的30L的砂磨机产品,专门用于墨水色色素的高效率设备每小时产量可达150-200kg。

  砂磨机的单位研磨效率明显高于气流磨产品,但是砂磨机属于湿法研磨,研磨的物料需要经过烤干和二次打粉处理,气流磨属于干法加细,不需要后续的烘干机打粉工艺。此外还要考虑对色料发色饱和度的影响。从锆镨黄的对比实验来看,同一配方生产的产品在经过气流磨加细后的饱和度下降幅度在20-25%之间,使用砂磨机加细的锆镨黄产品饱和度下降达到30-35%。不经过特殊陶瓷墨水色素配方针对性开发的产品,对于使用以上两种纳米研磨设备的加细处理差异相差较大。


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