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，都歷經(jīng)艱辛。至今，陶瓷墨水的升級優(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，通過計算機控制，利用特制的印刷機可以將配置好的墨水直接印刷到陶瓷的表面上進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性能、光催化性能及電學性能等。而陶瓷裝飾墨水主要用于傳統(tǒng)陶瓷的表面裝飾，其實質(zhì)還是利用色釉料進行表面著色，但又不同于傳統(tǒng)噴墨印刷墨水，對于陶瓷裝飾墨水不僅需要考慮與噴墨印刷機匹配，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)式噴墨印刷機工作時，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電性能，通常采用導電鹽(如：NH4NO3、(NH4)2SO4)來調(diào)節(jié)墨水的導電率。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粉體和納米材料的一種濕化學方法，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，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(yīng)和水解產(chǎn)物的聚合或縮聚反應(yīng)，同時根據(jù)需要調(diào)節(jié)溶膠的物理性能，如固含量、粘度、導電率及表面張力等。 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)。 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，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化、球型化及提高墨水懸浮流變穩(wěn)定性。