郭慧法 熊超圆 尧高辉

1 前 言

陶瓷喷墨打印技术被称为陶瓷印花技术的第三次革命。自2008年进入中国以来，陶瓷喷墨打印技术在中国迅猛发展，而与之相匹配的陶瓷墨水也很快实现了国产化，并不断发展进步。近几年，随着国家对环境保护要求的日益严格，陶瓷行业的环保工作也日益加强，节能、环保、低耗成为主流。陶瓷墨水作为陶瓷化工原料，消耗品，由于目前陶瓷墨水还是有机溶剂体系，且每月的消耗量比较大，陶瓷墨水打印在瓷砖表面以后，在窑炉烧成过程当中，有机溶剂会挥发燃烧，而其烟气会对空气环境造成一定的污染，因此，找到更加节能环保的陶瓷墨水是目前市场的迫切需求。

水性墨水，由于其采用水和水溶性试剂作为载体，其一，在原料使用上面更加环保;其二，水性墨水由于其本身是水性的，因此可以很好的和瓷砖的水性面釉结合，而不会出现高墨量打印时清晰度不高的问题。近年来，随着数码釉的盛行，釉料墨水得到了快速的发展。釉料墨水必将成为陶瓷行业的下一个风口。水性数码釉，由于其溶剂载体为水性可以和水性釉面完美结合，特别是打印比较厚的立体感的效果釉时，具有十分良好的装饰效果。采用水性数码釉，全数码制备瓷砖将成为可能，瓷砖的立体釉面装饰质感也将成为可能。如果能够成功，必将给陶瓷行业带来新的革命[1，2，3，4]。

2 实验

2.1   实验仪器

2.2  实验原料

实验原料陶瓷釉料A（表2），水性分散剂采用毕克和康溢化工分散剂BYK-180、BYK-2010、H1023、156、BYK23160、A4600、W100、W200、W400，乙二醇，去离子水、消泡剂BYK-066N。

釉料原料配制好以后，将分散剂和乙二醇、去离子水和釉料粉料配制成分散液，加入砂磨机中研磨，研磨转速3000rpm。

3    结果与讨论

水性分散剂能降低分散体系中固体或液体粒子的聚集，吸附在各种微小颗粒表面并产生静电斥力使之分散，避免沉降、返粗。水性釉料墨水的制备关键在于选择合适的水性分散剂，而水性釉料墨水的制备将比溶剂型墨水的制备更难。一个优良的分散剂应满足以下要求：

（1）分散性能好，防止分散粒子之间相互聚集，团聚;

（2）与树脂、填料有适当的相容性;热稳定性良好;

（3）不影响制品的性能; 无毒、价廉。

3.1实验1

经过研磨120min后，从图1粒径分布图中可知，粒径D100=3.12μm，粒径偏粗。

研磨后浆料触变，说明BYK-180在乙二醇加水体系不适合。

3.2实验2

经过研磨180min后，从图2粒径分布图中可知，粒径D100=0.765μm。

研磨过程当中气泡较多，加入消泡剂，消泡仍然不理想。墨水粘度25℃-6.36cp，BYK-2010用于乙二醇加水体系需要解决消泡问题。

取样5g，经过1000转离心实验1h，沉淀0.18g。

3.3实验3

经过研磨120min后，从图3粒径分布图中可知，粒径D100=1.12μm。

研磨过程当中搅拌气泡很多。墨水粘度25℃-22.45cp。H1023可用于乙二醇加水体系。

取样5g，经过1000转离心实验1h，沉淀0.12g。

3.4实验4

经过研磨120min后，从图4粒径分布图中可知，粒径D100=1.12μm。

研磨过程当中气泡比较少。墨水粘度25℃-24.36cp。156可用于乙二醇加水体系。

取样5g，经过1000转离心实验1h，沉淀0.15g。

3.5实验5

经过研磨120min后，从图5粒径分布图中可知，粒径D100=0.988μm。

研磨过程当中容易起泡，停止搅拌消泡较快。墨水粘度25℃-5.94cp，BYK-23160可用于乙二醇加水体系。

取样5g，经过1000转离心实验1h，沉淀0.19g。

3.6实验6

经过研磨140min后，从图6粒径分布图中可知，粒径D100=1.12μm。

研磨过程当中有少量气泡。墨水粘度25℃-47.04cp，分散剂4600可用于乙二醇加水体系，但是用量比例较大，粘度偏大，不是较好的选择。

取样5g，经过1000转离心实验1h，沉淀0.08g 。

3.7实验7

经过研磨130min后，从图7粒径分布图中可知，粒径D100=0.767μm。

研磨过程当中不容易起泡，泡相对容易消除。墨水粘度25℃-5.52cp，W100可用于乙二醇加水体系。

取样5g，经过1000转離心实验1h，沉淀0.11g 。

3.8实验8

经过研磨140min后，从图8粒径分布图中可知，粒径D100=2.41μm，粒径偏粗。

研磨过程当中不容易起泡，泡相对容易消除。墨水粘度25℃-6.61cp。说明W200在乙二醇加水体系中的分散性较差。

取样5g，经过1000转离心实验1h，沉淀0.39g 。

3.9实验9

经过研磨140min后，从图8粒径分布图中可知，粒径D100=35.2μm，粒径分布较粗，分散性较差。W400在乙二醇加水体系中的分散性很差。研磨过程当中不容易起泡，泡相对容易消除。墨水粘度25℃-5.65cp。

取样5g，经过1000转离心实验1h，沉淀1.48g 。离心沉淀较严重。

无机颜料的分散，与研磨工艺，分散剂的种类-用量有密切的关系。不同种类的分散剂由于其分子结构的不同，其用量不同。而合适的分散剂的选取对分散体系的稳定性的影响至关重要。墨水的粘度直接会影响墨水的打印顺畅性，因此制备的墨水的粘度不能太高也不能太低，必须控制在一个合适的额范围，水性釉料墨水的粘度一般建议控制在25℃时5-10cp。

根据经典的Stocks沉降定律：

公式中：Vs为颗粒的沉降速率;r为颗粒的粒子半径;ρ为分散体系中分散相的密度;ρ0为分散体系中分散介质的密度;g为重力加速度;η为分散体系中分散介质的粘度。由Stocks沉降速率公式可知，颗粒粒径越小，粘度越高，分散相与分散介质的密度差越小，其沉降速率越小[5，6]。从离心沉淀的数据也可以看出当粒子的粒径越粗时，其沉淀越严重;分散体系的粘度越大，其离心沉淀越少。

从以上九组实验对比可以得知，第一组实验BYK180触变，不适合使用;第二组实验BYK2010难消泡，也不是最优选择;第三组实验H1023和第四组实验156研磨后粘度偏高，打印顺畅性可能受到影响;第五组实验BYK23160各项性能指标较好;第六组实验4600分散剂用量较大，墨水粘度偏高，不合适;第七组实验W100各项性能指标较优，且不容易起泡，消泡容易;第八组实验W200和第九组实验W400的分散性较差，离心沉淀较严重，不适合。

4  结论

综上，采用实验五BYK23160和实验七W100作为分散剂，其制备的水性釉料墨水的性能较优。

参考文献

[1]胡俊，区卓琨. 陶瓷墨水的制备技术[J]. 佛山陶瓷，2011：23-26.

[2]林伟，韩复兴. 数字喷墨打印技术对我国建筑陶瓷未来发展的影响[J]. 陶瓷，2011：9-12.

[3]韩复兴，范新晖. 浅析陶瓷墨水的发展方向[J]. 佛山陶瓷，2011，177（6），1-3.

[4]谭灵，郑乃章. 陶瓷喷墨打印技术的现状与展望[J]. 中国陶瓷工业，2012：20-23.

[5]熊超圆. 棕色陶瓷墨水的制备及稳定性研究[D]. 中国广东省：华南理工大学，2015.

[6]付威，袁志. 水性黑色陶瓷墨水的稳定性研究[J]. 中国陶瓷工业，2020，2：10-12.