丁寧

摘 要：陶瓷數(shù)字噴墨打印技術(shù)是一種極具潛力的陶瓷裝飾技術(shù)，是現(xiàn)代計算機技術(shù)與陶瓷裝飾材料技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其具有傳統(tǒng)陶瓷裝飾工藝無可比擬的的優(yōu)勢。本文探討了噴墨打印陶瓷墨水的制備及其在陶瓷制造中的應用。通過分析陶瓷墨水的合成方法、墨水的性能要求和噴墨陶瓷打印工藝的應用等領(lǐng)域的最新進展情況，筆者認為噴墨打印陶瓷墨水的成功研發(fā)及其與噴墨打印機兼容性研究是該技術(shù)應用的基礎(chǔ)，噴墨陶瓷打印技術(shù)可為實現(xiàn)陶瓷制品表面裝飾的復雜化、自動化提供新的技術(shù)路線和解決方案，因而在制備高附加值瓷磚領(lǐng)域，具有巨大的競爭力，顯示出良好的應用前景。

關(guān)鍵詞：陶瓷墨水；應用；發(fā)展

1 引言

數(shù)字化技術(shù)已成為制造行業(yè)中一項重要的技術(shù)，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在我國傳統(tǒng)制造業(yè)中的應用也越來越廣泛。噴墨打印技術(shù)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(shù)[1]。它將墨水(Ink)通過打印頭上的噴嘴噴射到各種介質(zhì)表面，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(shù)的基礎(chǔ)上，將特殊的粉體制備成墨水，通過計算機控制，利用特制的打印機可以將配置好的墨水直接打印到陶瓷的表面上進行表面改性或裝飾。高性能、能順利噴印的陶瓷墨水是噴墨打印技術(shù)在陶瓷上應用的基礎(chǔ)，材料基礎(chǔ)科學問題與墨水的復配技術(shù)的研究是其發(fā)展的關(guān)鍵。本文從噴墨打印陶瓷墨水的合成技術(shù)、噴墨打印工藝在先進陶瓷制造領(lǐng)域的應用、存在的關(guān)鍵問題及展望等角度闡述了該技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域應用的最新進展。

2 噴墨打印用陶瓷墨水的制備技術(shù)

陶瓷墨水制備的關(guān)鍵在于超細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。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[2~4]。

2.1溶膠法[5~6]

溶膠-凝膠法是制備超細粉體和納米材料的一種濕化學方法，已經(jīng)獲得廣泛應用，工藝技術(shù)也已經(jīng)成熟。該方法用于制備陶瓷墨水時，只利用其第一步，即溶膠的制備。其中包括有機鹽在溶劑中的水解反應和水解產(chǎn)物的聚合或縮聚反應，同時根據(jù)需要，調(diào)節(jié)溶膠的物理性能，如固含量、黏度、導電率及表面張力等。采用溶膠法制備陶瓷墨水的過程中，前驅(qū)體溶液是反應的主體，為了保證水解反應在分子水平上均勻進行，反應所處的環(huán)境需為均相系統(tǒng)，要嚴格控制溶劑的量，防止不相溶區(qū)的形成。同時可通過調(diào)整催化劑種類及用量、有機鹽種類及溶液濃度、水解溫度等工藝參數(shù)來控制水解和聚合反應速度，制備均勻穩(wěn)定的溶膠，即穩(wěn)定的陶瓷墨水。

2.2反相微乳液法[7~8]

微乳液體系是由表面活性劑、助表面活性劑、油和水構(gòu)成的熱力學穩(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，能很好地滿足噴墨打印對顆粒度、分散性和穩(wěn)定性的要求。反相微乳液法制備陶瓷墨水是一種新的嘗試，其關(guān)鍵在于，要獲得溶水量（即水油比）盡可能高的微乳液體系，才能使陶瓷墨水具有實用性。此外，所選擇的體系還應具有較高的鹽溶液濃度，同時應保證顆粒度和穩(wěn)定性。

2.3分散法[9~10]

分散法制備陶瓷墨水，一般是將陶瓷粉體與分散介質(zhì)進行球磨混合后，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)定機制，需加入各種物性調(diào)節(jié)劑及輔助成分使墨水達到短時間內(nèi)的均勻穩(wěn)定狀態(tài)。利用分散法制備陶瓷墨水主要包括超細粉體的制備和墨水的調(diào)制兩個部分。首先粉體的最大粒徑要在1 μm 以下、粒度分布要窄、粉體顆粒球形度要好，通過球磨、超聲分散等手段實現(xiàn)團聚打開，使陶瓷顆粒分布于膠粒區(qū)間。同時需控制pH值對粉體表面電勢及分散劑的離解、舒展等特性的調(diào)節(jié)，最終通過靜電-位阻穩(wěn)定機制來防止粉體團聚，使陶瓷墨水中超細顆粒處于包裹吸附和穩(wěn)定的單分散狀態(tài)。

2.4噴墨打印陶瓷墨水性能要求

陶瓷墨水的性能要求除普通墨水的顆粒度、黏度、表面張力、電導率、pH值以外，根據(jù)陶瓷應用特點還要求一些特殊性能：（1） 要求墨水能保持良好的化學和物理穩(wěn)定性，長時間存放也不會出現(xiàn)化學反應變化和顆粒團聚沉淀。（2） 要求在打印過程中，噴墨層能在短時間內(nèi)以最有效的堆積結(jié)構(gòu)排列，附著牢固，獲得較大密度的打印層，以便煅燒后獲得較高的燒結(jié)密度。（3） 要求打印的色劑高溫燒成后具有良好的呈色性能以及與基體的匹配性能。（4） 墨水與打印機的兼容性問題。無機墨水不但需要解決細度的問題，同時還要配合噴墨打印機的內(nèi)部回路系統(tǒng)，需具備良好的分散性和流速穩(wěn)定性。

3 噴墨打印在陶瓷生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題、原因和解決方法

3.1滴墨

該現(xiàn)象產(chǎn)生可能是由于噴頭滴墨或吸風管抽力不夠。針對此問題主要有如下幾種解決方法：（1） 增大真空度。增大噴頭對墨滴的抽力，一般用于壓力不能達到裝機要求的時候，所以也不能盲目增大真空度。（2） 降低磚坯溫度，坯溫過高會產(chǎn)生一些水蒸氣，水滴會與墨水結(jié)合形成沉淀并漸漸形成墨滴。（3） 用自動清洗功能清洗噴頭。手動物理清理方式是最簡易最常用的應急處理方式。（4） 加大吸風管的頻率，但必須在壓強足夠大的基礎(chǔ)上才能適用。

3.2白線、拉線

白線的產(chǎn)生可能在于噴頭堵塞，堵塞物可能是顆粒，也可能是墨滴。解決方法如下：（1） 可能是真空度過高，可降低真空度。因為真空度過高會抑止墨水的正常噴射。（2） 滴墨用自動清洗功能清洗噴頭。該方式是生產(chǎn)當中慣用的應急處理。（3） 用清洗布擦拭噴頭，注意噴頭不能來回擦拭，只能沿著一個方向，否則會損害噴頭。此步驟一般用于自動清洗噴頭無果后使用。（4） 提高電壓并用百分百灰度圖片連續(xù)打印。雖然效果并不是很好，但有可能把墨路沖開使得打印正常。（5） 把噴頭上的進出管道進行調(diào)換使墨水反向流動。注意此步驟在自動清洗噴頭及人工擦拭噴頭無果后，方才使用。

3.3生產(chǎn)過程中真空度不穩(wěn)定

真空度不穩(wěn)定可能是墨盒有空氣進入或墨路漏氣。解決方法如下：（1） 檢查供墨泵、消泡泵、循環(huán)泵是否正常工作，注意更換供墨泵 消泡泵時要看清進出管道。（2） 檢查消泡器 過濾器進出管道是否漏氣。（3） 檢查過濾器管道的夾子是否夾緊，核查并重新夾緊管道。

3.4噴頭上有積墨或掛墨

這種情況主要是墨水的張力偏小或噴墨機的電壓偏大所致。解決方法如下：（1） 更換張力大的墨水。但不建議使用此方法，因為放掉已有墨水并清洗干凈會產(chǎn)生大量費用，若未清洗干凈，不同種類的墨水可能發(fā)生反應而影響到噴墨。（2） 減小噴墨機的電壓，觀察噴頭掛墨，注意調(diào)電壓時不要波動過大。建議調(diào)試電壓要適合墨水的張力，一般裝機時會調(diào)試好。

3.5生產(chǎn)過程中出現(xiàn)色差或深淺度有變化

該現(xiàn)象產(chǎn)生原因可能是墨水密度變化、墨水沒有充分搖勻或墨水性能不穩(wěn)定。某些國產(chǎn)墨水性能不穩(wěn)定，容易沉淀。解決方法如下：（1） 溫度設定是否有變化，注意溫度設定不能波動4 ℃以上，否則顏色變動會很明顯。（2） 檢查加墨水前是否充分搖勻20~30 min。（3） 檢查攪拌器是否正常工作。（4） 檢查設備的電壓設定是否有變化。

4 結(jié)論

陶瓷噴墨打印技術(shù)為實現(xiàn)陶瓷制品表面裝飾的復雜化、自動化提供新的技術(shù)路線和解決方案，在制備高附加值瓷磚領(lǐng)域具有巨大的競爭力，顯示出良好的應用前景。隨著噴墨打印機和陶瓷墨水制造加工技術(shù)的日益完善和成熟，這種新技術(shù)和材料必將在我國陶瓷墻地磚行業(yè)獲得廣泛的應用。同時，陶瓷墻地磚行業(yè)應積極采用這種先進的技術(shù)與材料，利用用國產(chǎn)陶瓷墨水制備出裝飾效果出眾的陶瓷產(chǎn)品，促進國內(nèi)墨水行業(yè)的快速發(fā)展。

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