李杰，馬旭新，游勁秋，董澤，張國永

（浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引言

近些年來，發(fā)泡陶瓷作為多孔材料，其獨(dú)特的內(nèi)部三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)以及特有的高溫?zé)Y(jié)制備手段，使其具有輕質(zhì)、阻燃、優(yōu)異的耐腐蝕和耐老化性能，被廣泛地應(yīng)用于化工、冶金、食品、醫(yī)療、環(huán)境工程等領(lǐng)域[1-3]。通過調(diào)整配方或燒成工藝可控制成泡孔腔結(jié)構(gòu)，得到發(fā)泡陶瓷內(nèi)部開孔或閉孔結(jié)構(gòu)。有研究表明，閉孔型發(fā)泡陶瓷，其透水率低、密度輕，導(dǎo)熱系數(shù)可與傳統(tǒng)的保溫材料處于同一級(jí)別，具有良好的保溫隔熱性能，加上其無機(jī)質(zhì)的組成，耐候性性優(yōu)異，可用于建筑節(jié)能中的保溫隔熱處理[4-5]。

目前，在外墻外保溫技術(shù)中普遍采用的是有機(jī)類保溫材料，如聚氨酯硬泡、聚苯板等，其耐火性能差，施工和使用過程中存在火災(zāi)隱患，再則有機(jī)材料的耐老化性不穩(wěn)定，致使系統(tǒng)耐久性堪憂。另一方面，外保溫技術(shù)中使用的無機(jī)類保溫材料吸水率高、收縮率大，施工后保溫層容易出現(xiàn)開裂、滲水現(xiàn)象，高層建筑外墻無機(jī)保溫層開裂經(jīng)風(fēng)化脫落后墜落易造成安全事故。此外，外墻保溫技術(shù)亦存在施工工序復(fù)雜、質(zhì)量隱患多、系統(tǒng)造價(jià)高等諸多問題，由此可見，時(shí)下采用的傳統(tǒng)保溫隔熱技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中存在許多弊端。

然而，發(fā)泡陶瓷由于其優(yōu)異的整體性能，雖可用于建筑物保溫工程中，但其主要還是采取內(nèi)嵌填充形式，與泡沫混凝土類似，卻不具備與泡沫混凝土等同類產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢，因而產(chǎn)品市場反響一般。另一方面，在外保溫應(yīng)用中，將發(fā)泡陶瓷表面作裝飾效果處理，得到裝飾保溫一體化板的研究也有開展，然而其大多是在生坯表面未燒制前，通過二次布料，添加色料；或通過淋釉、甩釉、絲網(wǎng)等工藝，制備得到的表面裝飾層，裝飾效果單一，不具備逼真、生動(dòng)的圖案。更有甚者，施工中在發(fā)泡陶瓷板外面做飾面層，而所用飾面層為涂料飾面，老化性能欠佳，后期問題很較多[6-7]。采用噴墨打印技術(shù)在發(fā)泡成型的陶瓷磚體上進(jìn)行表面裝飾效果處理的國內(nèi)外研究鮮有報(bào)道。

本文介紹了在發(fā)泡陶瓷板表面進(jìn)行噴墨打印的表面處理技術(shù)，能夠根據(jù)掃描設(shè)備采集的源圖，制備得到仿石發(fā)泡陶瓷板，其表面裝飾效果好，裝飾層耐污染、耐老化，發(fā)泡陶瓷磚整體保溫隔熱效果顯著，強(qiáng)度高，可以作為具有保溫性能的外墻建筑裝飾板材，應(yīng)用前景廣闊。

1 輕質(zhì)閉孔發(fā)泡陶瓷板的制備

1.1 原材料

試驗(yàn)制備輕質(zhì)閉孔發(fā)泡陶瓷板的原材料采用浙江縉云當(dāng)?shù)禺a(chǎn)珍珠巖、膨潤土和沸石，福建泉州產(chǎn)的黑泥，江西的高嶺土，浙江龍泉八都的砂以及河南南陽產(chǎn)綠色硅碳微粉發(fā)泡劑。

1.2 制備配方

制備輕質(zhì)閉孔發(fā)泡陶瓷板原材料的質(zhì)量配方組成如表1所示。

表1 發(fā)泡陶瓷的配方組成 %

1.3 制備方法

原料為礦區(qū)開采礦物料，各組分經(jīng)計(jì)量稱取后入球磨機(jī)進(jìn)行濕法球磨，在球磨共混過程中輔以一定量的發(fā)泡劑，球磨后料漿過篩進(jìn)沉漿池，陳練后經(jīng)噴霧塔造粒進(jìn)壓機(jī)壓坯成型。所得坯體在溫控電爐內(nèi)按既定程序升溫至1185℃燒制得到發(fā)泡陶瓷板。如圖1所示，成型初坯和燒成制備發(fā)泡陶瓷板相比，后者明顯發(fā)生了巨大的體積膨脹，經(jīng)過測算，發(fā)泡體積膨脹倍率為5.2，切割后發(fā)泡陶瓷內(nèi)部斷面如圖2所示，實(shí)測密度為324 kg/m3。

圖1 發(fā)泡陶瓷制備成型初坯和燒成得到樣板

圖2 燒成得到發(fā)泡陶瓷樣板縱向切割斷面

1.4 發(fā)泡陶瓷板的基本性能

發(fā)泡陶瓷板的基本性能按JG/T 511—2017《建筑用發(fā)泡陶瓷保溫板》進(jìn)行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 發(fā)泡陶瓷的基本性能

2 噴墨打印處理發(fā)泡陶瓷表面裝飾層

2.1 發(fā)泡陶瓷板裝飾層底釉和墨水

本文研究在發(fā)泡陶瓷板表面進(jìn)行噴墨打印的前處理中所使用的底釉介質(zhì)由本單位和廣東貝利特共同研究開發(fā)，噴墨打印所用墨水為江蘇陶粒西公司生產(chǎn)。

2.2 發(fā)泡陶瓷板表面底釉介質(zhì)的施布

制備得到的一次生坯初燒的發(fā)泡陶瓷板表面經(jīng)過釉漿介質(zhì)層施布（見圖3），選用白色釉漿作為裝飾底層，有助于上層的打印墨水顯色，提升圖案效果，綜合考慮產(chǎn)品裝飾性能及成本附加因素，釉漿介質(zhì)層用量控制在200 g/m2。表面施布完釉漿介質(zhì)層的發(fā)泡陶瓷板進(jìn)入干燥輥道窯內(nèi)進(jìn)行烘干（見圖4），表面水分散失率大于85%。使用設(shè)備干燥窯為電熱型，窯內(nèi)溫度控制在150℃，傳動(dòng)速率通過變頻可調(diào)控制，進(jìn)出窯時(shí)間以2 min為宜。

圖3 發(fā)泡陶瓷板表面裝飾底層所用白色釉漿介質(zhì)層

圖4 施布釉漿介質(zhì)層的發(fā)泡陶瓷板進(jìn)行輥道窯干燥

2.3 發(fā)泡陶瓷板表面噴墨打印

干燥后，發(fā)泡陶瓷板表面釉漿介質(zhì)層處于半固化狀態(tài)，與發(fā)泡陶瓷板表面粘合較牢，有利于下步上機(jī)噴墨打印裝飾層圖案。如圖5所示，所用噴墨打印機(jī)采用6色系，7排，28個(gè)賽爾噴頭，墨水點(diǎn)噴精度控制能力強(qiáng)，發(fā)泡陶瓷待噴墨打印樣板每組3塊進(jìn)入打印工作程序，進(jìn)行水平打印。

圖5 發(fā)泡陶瓷板表面介質(zhì)層噴墨打印

打印完成后，噴墨樣板在低溫下烘干，避免墨水表層水分散失過快而造成粉化，影響最終燒成圖案效果。將干燥好的噴墨樣板放置于溫控電爐內(nèi)緩慢升溫至700℃，使表面裝飾層燒結(jié)固化，經(jīng)一定時(shí)期恒溫處理后，緩慢冷卻至120℃，即得到帶石材裝飾效果的燒成發(fā)泡陶瓷板（見圖6）。

圖6 噴墨打印發(fā)泡陶瓷板燒成后表面仿石材裝飾效果

由圖6可見，在發(fā)泡陶瓷磚體表面進(jìn)行噴墨打印處理，可以得到與普通噴墨打印陶瓷磚類似的圖案效果，圖形、色彩穩(wěn)定，對(duì)掃描儀中源圖的表達(dá)準(zhǔn)確，肉眼觀察本研究制備的發(fā)泡陶瓷表面噴墨打印仿石材裝飾效果逼真。

3 結(jié)果與討論

本研究制備的發(fā)泡陶瓷質(zhì)量輕、密度低至330 kg/m3，內(nèi)部孔型根據(jù)進(jìn)一步觀察，為非貫通閉合結(jié)構(gòu)，顯微照片孔隙率大（見圖7）。實(shí)測抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到4.5 MPa和1.4 MPa，強(qiáng)度依舊保持較高。這可能因?yàn)椋瑹七^程中的玻璃相熔體填充了坯體孔隙，使整體結(jié)構(gòu)密實(shí)，另外溶解石英和黏土等分解產(chǎn)物，促使莫來石晶體成長，加強(qiáng)了燒成后的骨架組織結(jié)構(gòu)。

JG/T 511—2017規(guī)定，發(fā)泡陶瓷板的抗拉強(qiáng)度最小值為0.15 MPa，同時(shí)在JGJ 110—2008《建筑工程飾面磚粘結(jié)強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定了瓷磚與墻體的粘結(jié)強(qiáng)度不小于0.4 MPa，因此本研究制備的發(fā)泡陶瓷板完全符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)與目前市售的3種同類產(chǎn)品對(duì)比測試，其它發(fā)泡陶瓷板產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度最高只能達(dá)到0.26 MPa左右，故本產(chǎn)品在工程應(yīng)用上具有更大的優(yōu)勢。

圖7 發(fā)泡陶瓷板燒成后切割斷面顯微放大照片

上述制備的發(fā)泡陶瓷由于其良好的內(nèi)部多孔封閉結(jié)構(gòu)，可以看成超多組獨(dú)立分割的靜態(tài)近似真空層，對(duì)熱流的交換傳遞起到了很好的阻隔作用，因此保溫隔熱效果顯著，導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)測值為0.09 W/（m·K）左右。

此外，測試結(jié)果表明，上述制備的發(fā)泡陶瓷板噴墨打印后燒成的仿石材裝飾表面具備良好的耐污染性，抗熱震、抗釉裂性能優(yōu)，在建筑外墻上中應(yīng)用具有良好的耐老化性。

4 結(jié)語

（1）采用高質(zhì)量的石材掃描源圖，在發(fā)泡陶瓷表面的釉漿介質(zhì)層上通過控制色系各噴頭點(diǎn)墨量、打印平移速率、墨水供給量等技術(shù)參數(shù)，對(duì)發(fā)泡陶瓷表面進(jìn)行裝飾效果處理，燒制得到仿石發(fā)泡陶瓷板。該發(fā)泡陶瓷板整體性好、密度低至約330 kg/m3、孔隙率高、閉孔非貫通結(jié)構(gòu)、透水率低、導(dǎo)熱系數(shù)為0.09 W/（m·K），自身力學(xué)性能優(yōu)，抗壓強(qiáng)度為4.5 MPa，抗拉強(qiáng)度為1.4 MPa。

（2）制備的發(fā)泡陶瓷板表面噴墨打印處理裝飾效果特征突出，色彩豐富、圖案逼真，在建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)外立面工程應(yīng)用中可采取直接上墻、粘錨結(jié)合的作業(yè)方式，操作簡便、施工安全，大塊成品板既可起到外墻保溫隔熱作用，也可作為個(gè)性化的裝飾方式，推廣應(yīng)用前景廣闊。