陶瓷墨水的技术创新及功能化发展
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作者: 郑树龙 张缇 林海浪
摘 要：喷印技术能大幅提高产品的仿真度和清晰度，增强产品的竞争力，助力企业抢占终端市场。未来的陶瓷墨水产品技术创新，主要集中在水性陶瓷墨水和功能化陶瓷墨水两大领域。本文提出了陶瓷墨水的技术创新路线，对喷墨打印水性体系陶瓷墨水、功能化陶瓷墨水的技术创新进行了阐述，对其应用技术及市场前景提出了展望。
关键词：陶瓷墨水；技术创新；水性陶瓷墨水；功能化陶瓷墨水
1 引言
陶瓷喷墨打印技术的普及促进了传统色釉料生产企业的转型升级，在国产喷墨打印设备不断完善和改进的前提下，国内色釉料行业也迎来了一次技术革命。随着国产陶瓷墨水用量的不断增加，以及产品性能的不断改进，产品品质得到了很大的提升。对照国外墨水公司近几年的色卡，国产墨水的发色效果也在逐步完善，在技术服务、墨水价格等方面，国内墨水生产企业的优势已经超过了进口墨水供应商。另外，大孔径喷头、喷釉喷头的推出对于国产墨水企业也是一个发展良机[1]。
国产墨水要与国外墨水竞争，除了价格优势外，国产墨水的安全性、稳定性、使用性能、发色等方面必须不断进步，从实质上达到或超过国外同类产品。建筑陶瓷功能化是传统建筑陶瓷产业升级的必由之路，利用喷墨技术将功能性的陶瓷墨水打印在陶瓷砖上，可以实现建筑陶瓷的个性化和功能化，并且大幅度提高产品的附加值。
2015年6月，广东省地方标准《陶瓷装饰用溶剂型喷墨打印墨水》顺利通过专家组审定，在陶瓷喷墨墨水领域填补了国内空白。这是全国第一份陶瓷喷墨墨水的标准，该标准的制定为促进产业健康发展提供了保障，也为规范和提高陶瓷喷墨打印墨水生产技术提供了有力的技术支持[2]。
2 国内外陶瓷墨水的研究现状
目前，国内陶瓷墨水已研发大约12～14种，包括7种不同颜色。其中蓝色发色力最强，黄色发色力较弱，现有的黄色墨水带有绿色调。棕色居中，鲜艳的红色仍然很难达到，且白色墨水的白度也不高。此外，现有进入生产的组合陶瓷墨水一般为3色（蓝、棕、黄）、4色（蓝、棕、黄、桔）、5色及6色[3]。
2014年西班牙瓦伦西亚国际瓷砖卫浴展上，FERRO（西班牙）研发的水溶性墨水获得化工领域的阿尔法奖。水性墨水制备出的瓷砖产品色彩鲜艳、靓丽，引发了国际市场的广泛关注，水性陶瓷墨水的推出可能迎来喷墨技术的新一轮技术变革。表1、表2分别介绍了国外墨水生产商[4-6]及国内墨水生产商[7-9]的研发现状。
3 陶瓷墨水的技术创新路线
喷印技术能大幅提高产品的仿真度和清晰度，增强产品的竞争力，助力企业抢占终端市场。未来的陶瓷墨水产品技术创新，主要集中在水性陶瓷墨水和功能化陶瓷墨水两大领域。
4 喷墨打印水性体系陶瓷墨水的技术创新
4.1 抛光砖陶瓷墨水已实现中试生产
抛光砖墨水是最近研发成功并应用于抛光砖图案打印的墨水，可适用于表面强度高、耐磨性能好的抛光砖装饰[10]。抛光砖墨水区别于釉面砖使用的墨水，但都是使用喷墨打印机将墨水喷印在抛光砖上，属于水性体系墨水。目前，已经成功上线应用，渗花深度达3～4 mm，总体效果趋于稳定，技术基本成熟。
喷墨抛光砖是指采用可溶性液体染色物作为发色体，通过喷墨打印技术，将图案打印到坯体表面，液体染色物渗入到坯体（或釉体）内部，经过高温煅烧后，从而呈现出具有色彩的装饰图案。喷墨抛光砖的面世是墨水、喷头和设备联动创新的成果，抛光砖墨水需要专门的水性体系喷头和适应水性体系墨路的喷墨打印机。目前，已成功开发出灰、褐、蓝、灰绿、咖啡、黄绿、黑、白等颜色的墨水，开发的墨水扩散问题得到解决，能够很好地避免喷墨后墨水横向扩散，并且垂直渗透能力强，渗透深度达到4 mm以上，抛光后渗透深度仍然有2 mm以上，垂直渗透还得益于喷墨后喷特殊的助渗剂。
喷墨抛光砖与传统丝网印刷的亮点在于喷墨同时喷印，定位准确，不同颜色的发色因子相互叠加、均匀合理，可以在砖面得到浓淡相宜、颜色平缓过渡的版面效果，可实现平行和垂直的喷印。现在已经设计出鲜绿、鲜黄调的版面效果，其具有翡翠般的玉质感。未来喷墨抛光砖将具有质感、玉感、触感的效果，其设计空间将是无限的。另外，喷墨抛光砖的另一亮点在于设计模仿将难于抛釉砖，因为喷墨抛光砖的发色与坯体的配方关系密切，将有利于品牌的保护。表3给出了喷墨抛光砖的一些生产参数。
4.2 大墨量水性陶瓷墨水
从现在喷墨产品来看，现有的油性墨水在生产浅色瓷砖具有优势，而缺点在于难于发出大红、大紫、柠檬黄等图案比较鲜艳饱满的颜色，难以得到炫彩图案，一些大图案始终比不上辊筒印刷。而伴随着喷头的设计创新，喷墨量将达到100～1000 g/m2，喷墨量提升后，墨水的颗粒亦可进一步放大。如此大的喷墨量，需要水性体系的墨水进行配合，方可完全与釉料兼容，避免出现裂釉等缺陷，同时在环保上得到改善，也有利于仪器设备的清洗。
在国外，已经有水性体系的墨水在流通；在国内，2015年广州陶瓷工业展上，也有水性体系的墨水展出，不过除了渗花墨水有应用样板外，其他的普通水性色料体系墨水未见应用样板展出。从目前的文献资料来看，装饰用的水性陶瓷墨水可供参考的研究性文献极少，其关键技术主要被掌握在少数西班牙陶瓷色釉料公司。在2015年广州陶瓷工业展上亦有一些进口助剂公司，如毕克化学等，相关水性助剂的展示也在一定程度上加速了水性墨水的产品研发力度和进度。在大墨量水性陶瓷墨水的工业应用配套方面，国外的喷墨打印用设备厂商，也一直在研究适用于大墨量墨水喷墨打印的喷头，详细参数如表4所示。
4.3 喷釉喷墨一体化技术
数码喷釉墨水包括下陷釉、金属釉、闪光釉、哑光釉、白花釉、渗花釉等。喷釉通过特殊的陶瓷喷墨打印喷头将功能墨水、釉料直接通过喷头喷射到瓷砖表面，呈现立体感强的特殊装饰效果，如：各种立体颗粒、凹凸纹理等。喷釉是陶瓷喷墨的发展趋势，目前的数码喷印设备发展的趋势是集喷墨喷釉于一体，喷釉与喷墨功能可在同一设备上灵活配合使用，可进行喷头的混搭、兼容，可支持使用不同品牌，墨水配置的多样性和对陶瓷色釉料的兼容性，以及强大的电脑软件管理系统的开发，为喷釉技术的实际应用提供了技术支持，带来无限可能。数码喷釉亦将在大规格板材方面具有优势，在国外工业展上曾展示出5400 mm×1800 mm规格的大板，如此大规格的陶板，唯有用到喷釉技术才能进行施釉。所以，随着日后的大规格板材和薄板需求增多，喷釉技术能很好地配合特殊规格板材的生产。 5 喷墨打印功能化陶瓷墨水的技术创新
功能墨水是指用于瓷砖的釉面表层，赋予瓷砖有益于人身体健康或特殊效果、特定环境特殊要求的附加功能，是色料墨水成熟应用之后发展起来的陶瓷墨水新品。利用喷墨技术将功能性陶瓷墨水打印在陶瓷砖上，可以实现建筑陶瓷的个性化和功能化，顺应了国家政策和消费者的主流，对于陶瓷企业研制新产品，打造品牌具有十分重大的意义。
近年来，国内墨水企业专注于功能墨水的研发，并成功研发出负离子墨水、下陷墨水、爆花墨水、金属效果墨水、闪光墨水、自洁墨水、变色墨水等功能性墨水。目前，在各大产区以及海外一些大型品牌企业已经应用功能墨水进行产品创新取得了重大的成效。另外，在一些适合我国国情的功能墨水方面，负离子墨水在国际上未见相关报道。
5.1 负离子功能墨水
负离子陶瓷墨水数码技术[7]是指将负离子材料研制成陶瓷墨水并应用陶瓷喷墨机打印在陶瓷砖表面，经烧成后能够永久产生负离子的技术。具有成本低廉、不影响砖面图案效果、负离子发生量高、放射性达到A类合格水平、应用方便等优点。同时还具有普通油性墨水一样的使用性能，可直接在现有体系的喷头和工艺条件上应用。负离子砖产生的负离子可以净化空气，能让人精力充沛，提高人们的工作效率，在一些公共场所，如：学校、医院、办公楼、养老院、娱乐场所等地方将能发挥很好的作用，有利于改善人们的健康。负离子墨水的技术指标如表5所示。负离子墨水数码喷印的参数如表6所示。
5.2 变色功能墨水
变色功能墨水是将稀土元素的发光特性充分应用在陶瓷喷墨墨水中，利用稀土独特的光学性能作为着色或助色原料[11]。近些年来，稀土在高级建筑装饰材料和艺术陶瓷、日用瓷等方面的应用越来越广泛，能够达到一些传统色料不能达到的效果。使用稀土原料烧制成的陶瓷是采用一般着色剂的产品难以比拟的，其色泽艳丽、柔润、均匀，如：桔黄、娇黄、浅蓝、银灰、紫色等玲珑精美，且独有的变色和发光效果，更是精绝。随着照射光线强弱的不同而变化的各种颜色异彩纷呈、瑰丽多姿。变色功能墨水喷印在陶瓷砖表面经烧结后，由于稀土氧化物谱线繁多，其在可见光区具有多个明显狭窄吸收峰，在不同光照下能呈现出不同的色彩，其中以钕稀土为变色材料的墨水在日光灯下呈现出蓝色色彩，而在弱光下呈现出粉红调的色彩。变色功能墨水经过对粉体进行改性，墨水具有良好的使用稳定性和高温呈色稳定性，墨水适应现在市面上流行的各种喷头和喷墨设备。变色功能墨水的技术指标如表7所示。
5.3 下陷功能墨水
下陷墨水是使用在高温条件下能够产生溶蚀效果的材料制得的墨水，其下陷效果深浅可调节，下陷线条宽度可减小到1 mm以下。达到相同的瓷砖图案，相比下陷釉节省至少50%以上的用量。烧成温度范围广，在1000～1200 ℃之间的范围均可，一次烧、二次烧墙地砖均可。墨水不会影响砖面色彩的发色，其表现的立体、简洁、高贵的效果，是新一轮开发新产品高峰的首选科技产品。目前，已在一些知名陶瓷品牌厂家应用，在开发抛釉砖类、墙纸类产品和一些小地砖产品上效果明显，形成异彩纷呈的图案，图案逼真，市场反馈很好，下陷功能墨水开启3D打印新时代。下陷墨水的技术指标如表8所示。
5.4 自洁功能墨水
随着居住要求不断提高，人们对生态环境的重视程度也越来越高，致力于利用自然条件和人工手段来创造一个更舒适、健康的生活环境，同时又要控制自然资源的使用，保持建筑外观的美丽洁净。自洁陶瓷在日本国家已得到大量的应用，其主要原理是瓷砖表面有一层经高温烧成后能够使得瓷砖表面细腻光亮平滑的材料，即憎水材料，从而使得污垢极难附着在瓷砖表面上，非常容易清洁。一个很简单的检测方法可以对比喷印了自洁墨水的瓷片砖与普通瓷片砖的自洁效果，即在砖面上倒100 g左右的水，然后用嘴吹砖面的水，将会发现具有自洁效果的砖能够使得水很容易流动，而普通的亮面砖得很难使得水流动。所以，对于外墙砖和应用在厨房、卫生间的瓷砖就具有很好的清洁效果。自洁功能墨水是使用特殊材料制得的陶瓷墨水，经喷墨打印后均匀施在陶瓷砖表面上。自洁功能墨水的技术指标如表9所示。
5.5 其他功能墨水
（1） 闪光墨水开启喷墨打印金碧辉煌时代，喷印在瓷砖釉面，高温烧成后析出矿物晶体而使釉面强烈反光。
（2） 金属墨水点石成金，打造陶瓷中的（下转第18页）土豪金，墨水喷印在瓷砖釉面上，有金属般的光泽，有金色、黄、黑色、银灰色等系列。
（3） 夜光墨水喷印在瓷砖表面后经烧成，瓷砖在黑暗的条件下能够发光。
（4） 银离子和二氧化钛材料能起到抗菌杀菌的作用，所以把一些银离子和二氧化钛材料制作成墨水喷印在瓷砖表面经烧成，使得瓷砖具有抗菌杀菌的效果。
（5） 除此之外，还有一些珠光效果的墨水，可喷大墨量的亲水釉料墨水，使得瓷砖表面具有凹凸效果的憎水墨水，可粘颗粒的胶水墨水等等。
6 结语
综观国内外喷墨技术的现状与发展，喷头、设备与墨水创新不断，并且创新空间仍然十分巨大，陶瓷墨水的创新将驱动建筑陶瓷产品的转型升级。目前，陶瓷墨水朝着水性体系和功能化两大创新技术方向发展。水性陶瓷墨水又将细分为抛光砖墨水和大墨量墨水，而功能墨水又包括具有环境友好型的负离子功能、抗菌杀菌功能、自洁功能、防静电功能等功能和特殊装饰效果功能的下陷3D效果、贵金属效果、闪光效果等墨水。陶瓷墨水的创新，将促进五位一体釉线技术，实现施釉+炫彩+装饰+功能+喷釉为一体的釉线装饰材料墨水化，使得建筑陶瓷更具个性化、功能化、艺术化，成为美化人居环境的建材首选。
参考文献
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