固含量对棕色陶瓷墨水呈色效果和稳定性的影响

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　　摘 要：本研究采用分散法制备了一种棕色陶瓷墨水，制取固含量分别为35%、40%和45%的三份试样。对样品的粒径大小、粒径分布、粘度、表面张力、悬浮稳定性以及呈色效果分别进行表征分析。研究表明：陶瓷墨水固含量增加，其颗粒粒径减小且粒径分布变窄，粘度和表面张力增大;悬浮稳定性变差;该棕色陶瓷墨水固含量为40%时和国外某知名品牌的同色系墨水色调最接近。
　　关键词：陶瓷墨水;固含量;呈色效果;分散稳定性
　　1 前 言
　　陶瓷喷墨打印技术是一种将陶瓷色料或者粉体制成陶瓷墨水，通过打印机直接喷至基体表面实现呈色，且其成形的形状与尺寸可通过计算机加以控制[1]。相对于传统陶瓷装饰技术，陶瓷喷墨打印技术具有无可比拟的优势，而实现该技术的关键在于制备稳定的陶瓷墨水[2、3]。墨水粒度小且分布窄、适中的粘度和表面张力是保证其发色效果和悬浮稳定性的基本性能指标，而固含量是影响这些基本性能指标的一个十分重要的因素[4、5]。陶瓷墨水发色随固含量的提高而加深，但也不宜过高，秦威等人研究发现，当氧化钴的含量超过50%继续增加反而会影响钴蓝色墨水的发色效果[6]。固含量对墨水悬浮稳定性影响较大，施建章等人的研究表明，BZN陶瓷墨水的悬浮稳定性随固含量的增加而增大[7]。但高固含量易对喷墨打印机喷头造成损伤[4，8]。因此有必要将陶瓷墨水中的固含量控制在合理范围内。本论文主要研究了固含量对陶瓷墨水颗粒粒径大小及分布、粘度和表面张力、悬浮稳定性以及呈色效果的影响，旨在探究制备一种棕色墨水最合适的固含量值。
　　2 实 验
　　2.1 陶瓷墨水的制备
　　本研究采用分散法制备棕色陶瓷墨水，实验步骤如下：先将一定量的分散剂聚丙烯酸钠溶解在溶剂（丙二醇与二甘醇按 l：3的混合液）中;然后缓慢加入超细色料粉，超声分散30 min后，高速砂磨机研磨90 min，并添加适量调节剂羧甲基纤维素;最后将物料送入球磨机进一步分散研磨4 h，经1.0μm滤膜过滤后制得陶瓷墨水。其工艺流程如图1所示。
　　2.2 性能测试
　　（1） 采用英国马尔文公司MASTERSIZER 3000粒度仪对墨水试样颗粒度进行分析。
　　（2） 采用德国SITA表面张力仪测试墨水表面张力;
　　（3） 采用美国博勒飞公司DV2T粘度仪对墨水试样粘度进行测试。
　　（4） 采用湖南湘仪TG16-WS离心机将墨水试样经3000 rpm转速离心10 min后，通过比较墨水的沉降速率，从宏观视角表征墨水悬浮稳定性。
　　（5） 采用德国ZEISS显微镜观察陶瓷墨水颗粒布朗运动的剧烈程度，进一步从微观视角表征墨水悬浮稳定性。
　　（6） 将墨水试样通过丝网印刷均匀涂敷在釉面砖坯体上，放进辊道式实验电炉烧成后，采用国产精密iWaveWF32色差仪分别对试样的L、a、b值以表征其发色效果。
　　3 结果与分析
　　3.1 固含量对颗粒度及粒径分布的影响
　　对试样做粒度分析和能耗测试，测试结果如图2所示，结果表明：粒径随研磨时间增加而减小，在研磨达60 min后急剧下降，而75 min后下降速度缓慢;每公斤所需能耗随研磨时间几乎呈线性变化。固含量越高，粒径下降愈快，所需能耗更小，说明固含量越高，其研磨效率愈高。
　　三份试样粒径分布测试结果如图3所示，当固含量为35%时，粒径分布范围较宽;而固含量为45%较40%的粒径分布略窄，说明固含量越高，其研磨效果愈好。
　　3.2 固含量对陶瓷墨水粘度和表面张力的影响
　　对三份试样的粘度和表面张力测试结果分别如图4和图5所示。结果表明：陶瓷墨水粘度和表面张力均随固含量增加而增大。而喷墨打印技术对于陶瓷墨水的粘度和表面张力要求很高。据相关文献报导，粘度太小，内摩擦力小，不利于喷射;粘度过大，影响陶瓷墨水的流动性，不利于形成小液滴[4]。适中的表面张力有助于墨滴的均匀形成，不仅能获得良好的湿润性，还能避免粘打印机喷头[4、5]。因此，基于喷墨打印的技术要求，需将陶瓷墨水的固含量控制在合理范围内。
　　3.3 固含量对陶瓷墨水稳定性的影响
　　对三份试样进行离心沉淀实验和布朗运动的观察实验，结果分别如图6和图7所示。结果表明：墨水经离心测试后沉积层厚度随固含量的递增呈梯度增加，固含量越高，颗粒越密集，布朗运动空间受限，说明其悬浮稳定性随固含量增加而下降。据相关文献报导，固含量过高对于颗粒的分散极为不利，易造成颗粒间的团聚或絮凝[9]。因此，为获得分散效果良好的陶瓷墨水，限制固含量极为必要。
　　3.4 固含量对陶瓷墨水呈色效果的影响
　　将三份试样与国外某知名品牌Y的墨水样品进行刮板比色实验，结果如表1所示。结果表明：随着固含量越高，陶瓷墨水色调逐渐加深。固含量为40%的试样和国外知名品牌Y的色调最接近，发色效果最佳。
　　4 结 论
　　（1）随着陶瓷墨水固含量递增，其颗粒粒径增大，所需的能耗减小，研磨效率愈高;同時，粒径分布越窄，研磨效果越好。
　　（2）陶瓷墨水的粘度和表面张力均随其固含量的递增而增大，基于喷墨打印的技术要求，需控制固含量在合理范围。
　　（3）随着固含量的递增，墨水离心沉淀层厚度呈梯度增加，布朗运动能力减弱，悬浮稳定性下降。为获得分散效果良好的墨水，限制固含量极为必要。
　　（4）随着固含量递增，陶瓷墨水的色调逐渐加深，对于本研究中的棕色墨水，当固含量为40%时其发色效果最佳。
　　参考文献
　　[1] 况学成， 胡丽芳， 陈宗玲等. 颗粒大小及分布对蓝色陶瓷墨水呈色和稳定性能的影响[J]. 佛山陶瓷， 2011， 21（12）：16-19.
　　[2] 张道福. 陶瓷墨水的制备及其性能研究[J]. 化工设计通讯， 2017（06）：89. 　　[3] 汪永清， 常启兵， 胡淑云等. 镨黄色料粒径对其色度的影响[J]. 陶瓷学报， 2017， 38（1）：63-67.
　　[4] 胡俊， 区卓琨， 郭武生. 浅谈陶瓷墨水的关键性能指标[J]. 佛山陶瓷， 2012（8）：1-4.
　　[5] 胡俊， 区卓琨. 浅谈陶瓷喷墨用色料的制备技术[J]. 佛山陶瓷， 2013（12）.
　　[6] 秦威. 陶瓷墨水钴蓝色素制备中的几个关键点的控制[J]. 佛山陶瓷， 2016（12）：70-71.
　　[7] 施建章， 汪宏等. BZN陶瓷墨水的制备及其性质研究[J]. 无机材料学报， 2008（2）.
　　[8] 熊超圆. 棕色陶瓷墨水的制备及稳定性研究[D]. 2015.
　　[9] 康永. 陶瓷墨水穩定性研究及发展趋势[J]. 佛山陶瓷， 2016（3）：6-11.
　　Effect of Solid Content on Ceramic Ink Coloring Properties and Stability
　　CAO Xi-wen， ZHANG Ya-xi， XIONG Chao-yuan， LIN Mei
　　（ Jiangxi Vocational College of Industry and Engineering， Pingxiang 337000 ）
　　Abstract： A brown ceramic ink was prepared by inkjet printing technology， and three samples with solid content of 35%， 40% and 45% were prepared. The particle size， Particle size distribution， Viscosity， Surface tension， Suspension stability， Brownian motion of ink particles were characterized and analyzed. The results showed that the solid content of ceramic ink increased， the particle size decreased and the particle size distribution narrowed， the viscosity and surface tension increased， and the suspension stability of ink decreased. The higher the solid content， the thicker the centrifugal precipitation layer， the smaller the Brownian motion space， the weaker the ability， and the worse the suspension stability. When the solid content of brown ceramic ink is 40% in this experiment， it is the closest to the color of the same color ink of a famous foreign brand.
　　Keywords： Ceramic ink; Solid content; Color effect; Dispersion stability
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