【CPP114】訊：陶瓷墨水的研究現狀

　　國外陶瓷墨水的研究起始較早，2000年世界第一臺工業使用的陶瓷裝飾噴墨打印機問世，打印機是由美國FERRO公司開發的Kerajet系統，墨水也是由FERRO公司與賽爾公司聯合研制的陶瓷墨水。2000年1月7日，FERRO公司向美國專利商標局提交了一份名為《用于陶瓷釉面磚(瓦)和表面的彩色噴墨印刷的獨特的油墨和油墨組合》的專利，該專利闡述了陶瓷墨水的制作方法技術，為陶瓷噴墨打印技術奠定了良好的基礎。2006年以后，陶瓷墨水在西班牙得到了很好的發展，到目前為止，除了西班牙FERRO公司外，西班牙的ESMALGLASS.ITACA,CHIMIGRAF,COLORBBIA,TORRECID四家公司也是陶瓷裝飾墨水的主要制造商。

　　國內陶瓷墨水的研究始于2000年，近年來形成了天津大學研究團隊、南昌航空工業大學研究團隊、大連理工大學研究團隊、陜西科技大學研究團隊和華南理工大學研究團隊，發表了研究論文32篇，尤其是天津大學研究團隊發表論文11篇，形成了楊正方、郭瑞松等一批專家。企業研究方面出現了廣東佛陶集團股份有限公司、道氏制釉、華山制釉、科信達奧斯博、博奧科技、鷹牌陶瓷等公司，也形成了3個發明專利的成績，尤其是道氏制釉已經獲得專利2個。盡管如此，陶瓷墨水在國內仍處于研究階段，離真正產業化還有一定的距離，不過，在2011年廣州陶瓷工業展覽會上已看到中國自己的陶瓷墨水。

　　綜觀國內外情況，陶瓷墨水目前主要集中在個性化裝飾領域，對于建筑陶瓷功能化、智能化的應用研究尚不多見。陶瓷墨水的制造方法仍集中于：分散法、溶膠凝膠法和反相乳相法，而以上三種加工方法中，溶膠凝膠法由于制造工藝方法原料昂貴、溶膠不穩定而受到限制，反相乳相法由于制得的墨水固含量低，也有待解決許多技術問題，分散法卻由于顆粒度較大，需要解決墨水的穩定性問題。如何保證墨水的固含量和穩定性及成本問題是今后研究的重點。色系仍以CMKY為主的四色系和加上透明、乳白的六色系。紅色主要是鈰鐠紅、鉻鋁紅、錳鋁紅、鈷鎂紅、鐵鋯紅等，青色主要是鈷鎳鋁，黃色主要為釩鋯黃、鉻鈦黃等，黑色主要為鈷鎳鐵黑，白色和透明等11種。而整個陶瓷墨水可分為水性溶劑、高分子助劑、著色劑和釉料四部分。

　　陶瓷墨水的技術特點

　　噴墨打印技術在陶瓷上的應用關鍵在于陶瓷墨水的制備。所謂陶瓷墨水就是含有某種陶瓷釉料成分、陶瓷色料或陶瓷著色劑的墨水。陶瓷墨水的組成和性能與打印機的工作原理和墨水用途有關。陶瓷墨水通常由無機非金屬顏料(色料、釉料)、溶劑、分散劑、結合劑、表面活性劑及其它輔料構成。無機非金屬顏料(色料、釉料)是墨水的核心物質，要求其顆粒度小于1微米，顆粒尺寸分布要窄，顆粒之間不能有強團聚，具有良好的穩定性，受溶劑等其它物質的影響小。溶劑是把無機非金屬顏料(色料、釉料)從打印機輸送到受體上的載體，同時又控制著干燥時間，使墨水粘度、表面張力等不易隨溫度變化而改變，溶劑一般采用水溶性有機溶劑，如：醇、多元醇、多元醇醚和多糖等。分散劑是幫助無機非金屬顏料(色料、釉料)均勻地分布在溶劑中，并保證在噴印前粉料不發生團聚。分散劑主要是一些水溶性和油溶性高分子類、苯甲酸及其衍生物、聚丙烯酸及其共聚物等。

　　結合劑是保障打印的陶瓷坯體或色料具有一定的強度，便于生產操作，同時可調節墨水的流動性能，通常樹脂能起到結合劑和分散劑的雙重作用。表面活性劑是控制墨水的表面張力在適合的范圍內。其它輔助材料主要有墨水pH值調節劑、催干劑、防腐劑等。

　　陶瓷墨水的性能要求除普通墨水的顆粒度、粘度、表面張力、電導率、pH值以外，根據陶瓷應用特點還要求一些特殊性能：1、要求陶瓷粉料(色劑)在溶劑中能保持良好的化學和物理穩定性，經長時間存放，不會出現化學反應變化和顆粒團聚沉淀。2、要求在打印過程中，陶瓷(色料)顆粒能在短時間內以最有效的堆積結構排列，附著牢固，獲得較大密度的打印層，以便煅燒后具有高的燒結密度。3、要求打印的色劑具有高溫燒成后穩定和良好的呈色性能以及與坯釉的匹配性能。陶瓷墨水的關鍵技術有幾點：1)粒度，亞微米甚至納米級，平均粒徑應小于0.5μm;2)粘度;3)沉淀穩定性;4)電導率;5)pH值。當然還有墨水與噴頭材料的適應性研究，噴頭材料和孔徑及壓電特征決定了陶瓷墨水的技術特征。

　　傳統陶瓷墨水在亮度強度、彩色范圍、印刷質量、均勻性和穩定性等方面，還有許多問題需要研究。譬如亮度強度方面，由于陶瓷墨水噴墨時要求墨滴小，小至4pl-6pl;噴墨快，噴墨速度快至點火頻率6kHz;墨滴可變，譬如賽爾XAAR1001，墨滴可變為0-42pl，能實現8級灰度，這些參數決定陶瓷墨水的流速、粘度與比重等物理參數，低比重也就決定了墨水的亮強度，如何研究高強度發色色料是今后研究的重要課題。目前陶瓷墨水的彩色范圍仍較窄，盡管有報道目前已經有11種陶瓷墨水被發明，但是對于絢艷的紅色色系、黃色色系和黑色色系陶瓷墨水極少見，較窄的彩色范圍陶瓷墨水也是制約陶瓷磚裝飾應用的根本因素。此外由于陶瓷墨水加工技術的局限性，譬如分散法雖然色系較多、彩色范圍較廣,成本也最低，但由于其顆粒度較大，陶瓷墨水的穩定性問題仍有待探索;而溶膠凝膠法盡管其粒度較小，但穩定性和生產成本又略顯不足;由于陶瓷墨水粘度低、比重低，需要解決墨水的穩定性;反相乳相法在粒度、固含量上都較溶膠凝膠法略好，但穩定性也并非十分理想。研究陶瓷墨水加工方法和在亮度強度、彩色范圍、印刷質量、均勻性和穩定性上有明顯優勢的產品仍是未來陶瓷墨水開發的主題方向。

　　建筑陶瓷功能化是傳統建筑陶瓷產業升級的必由之路。陶瓷墨水本身已經接近納米結構，利用納米技術的功能性特征升級。未來建筑陶瓷將集中在高強保溫磚、抗菌陶瓷磚、抗靜電陶瓷磚、抗輻射陶瓷磚、光伏發電陶瓷磚、光伏發光陶瓷磚等功能性陶瓷產品的開發。利用噴墨技術將功能性的陶瓷墨水打印在陶瓷磚上，將是最終實現“資源化、低碳化、數字化、個性化、功能化”的必由之路。從裝飾到功能，噴墨打印的“數字化、節約化”理念應該是傳統陶瓷融入“兩型社會”的必由途徑。

　　感應陶瓷是實現家居環境智能控制的前提，未來智能陶瓷墨水將集中在“熱”、“壓”、“氣”、“濕”、“光”、“輻射”六方面敏感功能上。未來家居和城市熱的調控除了功能陶瓷以外，還要考慮智能陶瓷對熱的檢測和智能調控，除此之外，城市噪音、城市或家居空氣環境、包括熱污染、氣體污染、噪聲污染、濕度污染、光污染和輻射污染均可以通過智能陶瓷傳感器和物聯網傳播控制。當然，智能陶瓷在生產控制、物流管理、遠程醫療檢測也是必不可少的。總而言之，智能時代少不了智能陶瓷墨水的妝點。




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