淺析陶瓷墨水的發(fā)展方向

1、淺析陶瓷墨水的發(fā)展方向摘要：自2009隹以來(lái)，華東地區(qū)和佛山地區(qū)的部分一線陶瓷品牌 企業(yè)先后引進(jìn)了陶瓷數(shù)字噴墨打印技術(shù)與裝備，數(shù)字化陶瓷產(chǎn)品推出以 來(lái)，陶瓷噴墨打印技術(shù)和陶瓷墨水成為業(yè)內(nèi)人士熱捧和熱研的對(duì)象。筆者 根據(jù)自己的理解闡述陶瓷噴墨打印技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，以供商榷。關(guān)鍵詞：建筑陶瓷；數(shù)字化；功能化；智能化；噴墨打印技術(shù)；墨水1引言噴墨印刷是一種無(wú)接觸、無(wú)壓力、無(wú)印版的印刷技術(shù)，最早起源于 1878年。1951年，siemens公司申請(qǐng)了將液態(tài)墨水轉(zhuǎn)變成墨滴的技術(shù)專利, 當(dāng)時(shí)因?yàn)獒?、墨出現(xiàn)問(wèn)題，效果不佳，直到1964年才正式進(jìn)入實(shí)用階段。 1964年研發(fā)出一種特殊設(shè)備，可以控制墨滴的大小

2、及噴出的速率，這就是 噴墨機(jī)的雛形。直到1967年，hortz研發(fā)出連續(xù)式的噴墨印機(jī)，這就是目 前在工業(yè)上使用的 continuous ink-jet printing。1972 年 siemens 推出 piezoelectric （壓電式）的 drop-on-demand ink-jet printing, 1979 年 canon 推出 thermal 的 drop-on-demand ink-jet printing,但稱為 bubble ink-jet printingo數(shù)字噴墨印刷技術(shù)真正的開(kāi)端是1997年，1997 年英國(guó)塞爾技術(shù)有限公司申請(qǐng)了一系列壓電按需噴墨打印專利技術(shù)，隨后

3、 日木精工愛(ài)普生株式會(huì)社也申請(qǐng)了一系列壓電按需噴墨打印專利技術(shù)，10 多年來(lái)隨著電腦技術(shù)發(fā)展，數(shù)字噴墨打印技術(shù)得到了飛速發(fā)展。2007年英 國(guó)塞爾技術(shù)有限公司推出xaar 1001噴頭，xaar 1001噴頭具備的三大獨(dú) 特特點(diǎn)使得噴墨技術(shù)成功應(yīng)用于流水線性的工業(yè)化生產(chǎn)。西班牙kerajet公司是陶瓷噴墨打印技術(shù)的先驅(qū)者,2000年kerajet 公司與愛(ài)爾法公司及福祿公司合作進(jìn)入陶瓷噴墨打印機(jī)市場(chǎng)，由于西班牙 對(duì)釉下彩拋光玉石產(chǎn)品的喜愛(ài)，使得陶瓷噴墨打印機(jī)很快得到應(yīng)用。2006 年由于噴墨打印噴頭技術(shù)的進(jìn)步，以kerajet公司為領(lǐng)頭羊的數(shù)字噴墨打 印機(jī)開(kāi)始在西班牙迅速發(fā)展。2007 xaa

4、r 1001噴頭的成功亮相，又激 發(fā)包括意大利、中國(guó)在內(nèi)的眾多陶瓷裝備制造商和陶瓷產(chǎn)品制造商青睞。陶瓷噴墨打印技術(shù)作為一種數(shù)字化技術(shù)，在研究和應(yīng)用領(lǐng)域也主耍 集中在裝飾方面，在陶瓷產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)鍵時(shí)期，陶瓷噴墨打印技術(shù)應(yīng) 該可以作為撬起產(chǎn)業(yè)朝“資源化、低碳化、數(shù)字化、個(gè)性化、功能化、智 能化”發(fā)展的支點(diǎn)。2陶瓷墨水的研究現(xiàn)狀國(guó)外陶瓷墨水的研究起始較早，2000年世界第一臺(tái)工業(yè)使用的陶瓷 裝飾噴墨打印機(jī)問(wèn)世，打印機(jī)是由美國(guó)ferro公司開(kāi)發(fā)的karejet系統(tǒng), 墨水也是由ferro公司與賽爾公司聯(lián)合研制的陶瓷墨水。2000年1月7日， ferro公司向美國(guó)專利商標(biāo)局提交了一份名為用于陶瓷釉面

5、磚（瓦）和 表面彩色噴墨印刷的獨(dú)特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(shù)，為陶瓷噴墨打印技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。2006年以后，陶瓷墨水在西班牙得到了較好的發(fā)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(guó)內(nèi)陶瓷墨水的研究始于2000年，近年來(lái)形成了天津大學(xué)、南昌航 空工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、陜西科技大學(xué)和華南理工大學(xué)五所研究團(tuán)隊(duì), 發(fā)表研究論文32篇。尤其是天津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表論文11篇，出現(xiàn)了楊 正方、郭瑞松等一批專家。企業(yè)研究方面出現(xiàn)

6、了廣東佛陶集團(tuán)股份有限公 司、道氏制釉、華山制釉、科信達(dá)奧斯博、博奧科技、鷹牌陶瓷等公司， 獲得3個(gè)發(fā)明專利，尤其是道氏制釉已經(jīng)獲得2個(gè)專利。盡管如此，陶瓷 墨水在國(guó)內(nèi)仍處于研究階段，離真正產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離。2011年廣州 陶瓷工業(yè)展覽會(huì)已有國(guó)產(chǎn)陶瓷墨水展出。綜觀國(guó)內(nèi)外情況，陶瓷墨水目前主要集中在個(gè)性化裝飾領(lǐng)域，對(duì)于 建筑陶瓷功能化、智能化的應(yīng)用研究尚不多見(jiàn)。陶瓷墨水的制造方法主要 有分散法、溶膠凝膠法、反相乳相法。在這三種加工方法中，溶膠凝膠法 由于制造工藝造價(jià)高、原料昂貴、溶膠不穩(wěn)定而受到限制；反相乳相法由 于制得的墨水固含量低，需解決其技術(shù)問(wèn)題；分散法由于顆粒度較大，需 要解決墨水的

7、穩(wěn)定性問(wèn)題。如何解決墨水的固含量、穩(wěn)定性及成本問(wèn)題是 今后研究的重點(diǎn)。在色系中，紅色主要是肺錯(cuò)紅、珞鋁紅、猛鋁紅、鉆鎂 紅、鐵錯(cuò)紅等；青色主要是鉆鎳鋁；黃色主要為銳錯(cuò)黃、輅鈦黃等；黑色 主耍為鉆鋅鐵黑；此外還有白色和透明色。而整個(gè)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。陶瓷墨水牛產(chǎn)銷售情況如表1所3陶瓷墨水的技術(shù)特點(diǎn)噴墨打印技術(shù)在陶瓷上的應(yīng)用關(guān)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(jī)的工作原理和墨水用途有關(guān)，它通常由無(wú)機(jī)非金 屬顏料（色料、釉料）、溶劑、分散劑、結(jié)合劑、表面活性劑及其它輔料 構(gòu)成。

8、無(wú)機(jī)非金屬顏料是墨水的核心物質(zhì)，要求顆粒度小于1 u m,顆粒 尺寸分布窄，顆粒之間不能團(tuán)聚，有良好的穩(wěn)定性，受溶劑等其它物質(zhì)的 影響小。溶劑是把無(wú)機(jī)非金屬顏料從打印機(jī)輸送到受體上的載體，同時(shí)耍 控制好干燥時(shí)間、墨水粘度、表面張力等不隨溫度變化而改變。溶劑一般 采用水溶性有機(jī)溶劑，如醇、多元醇、多元醇瞇和多糖等；分散劑是幫助 無(wú)機(jī)非金屬顏料均勻地分布在溶劑屮，并保證在噴印前粉料不發(fā)生團(tuán)聚。 它的主要成分是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(jié)合劑是保障打印的陶瓷坯體或色料具有一定的強(qiáng) 度，便于生產(chǎn)操作，同時(shí)可調(diào)節(jié)墨水的流動(dòng)性能，通常樹(shù)脂能起到結(jié)合劑 和分散劑的雙

9、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(nèi)；其它輔助材料主要有墨水ph值調(diào)節(jié)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(dǎo) 率、ph值外，根據(jù)陶瓷應(yīng)用特點(diǎn)還耍求一些特殊性能。（1）要求陶瓷粉料（色劑）在溶劑中能保持良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間存放，不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和顆粒團(tuán)聚沉淀。(2 )要求在打印過(guò)程中，陶瓷色料顆粒能在短時(shí)間內(nèi)以最有效的 堆積結(jié)構(gòu)排列，附著牢固，獲得較人密度的打印層，以便懶燒后具有較高 的燒結(jié)密度。(3)要求打印的色劑具有高溫?zé)珊蠓€(wěn)定和良好的呈色性能以及與 坯釉的匹配性能。表2是陶瓷墨水的一般性能。目前，由于釆用按需噴墨工藝

10、，對(duì)電導(dǎo) 率要求不高，但如果采用連續(xù)噴墨工藝，對(duì)電導(dǎo)率就會(huì)要求較高。當(dāng)然墨 水與噴頭材料的適應(yīng)性、噴頭材料和孔徑及壓電特征等決定了陶瓷墨水的 技術(shù)特征。4陶瓷墨水的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)4. 1特殊陶瓷墨水及陶瓷墨水加工技術(shù)傳統(tǒng)陶瓷墨水在亮度強(qiáng)度、彩色范圍、印刷質(zhì)量、均勻性和穩(wěn)定性 等方面還有許多問(wèn)題需耍研究。陶瓷墨水噴墨時(shí)耍求墨滴小、噴墨快、墨 滴可變能實(shí)現(xiàn)8級(jí)灰度，因?yàn)檫@些方面決定陶瓷墨水的流速、粘度與比重 等物理參數(shù)，低比重決定了墨水的高亮強(qiáng)度，研究高強(qiáng)度發(fā)色色料是今后 的重要課題。盡管目前已經(jīng)研發(fā)出11種陶瓷墨水，陶瓷墨水的彩色范圍仍較窄， 絢艷的紅色色系、黃色色系和黑色色系陶瓷墨水仍極少見(jiàn)，制

11、約了陶瓷墨 水在陶瓷磚裝飾上的應(yīng)用。此外，陶瓷墨水的加工技術(shù)具有局限性，如分 散法雖然色系較多、彩色范圍較廣、成本較低，但由于其顆粒度較人，陶 瓷墨水的穩(wěn)定性問(wèn)題仍有待探索。研究陶瓷墨水加工方法和在亮度強(qiáng)度、 彩色范圍、印刷質(zhì)量、均勻性和穩(wěn)定性上有明顯優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品仍是未來(lái)陶瓷 墨水開(kāi)發(fā)的主要方向。4. 2功能性陶瓷墨水功能化是傳統(tǒng)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)升級(jí)的必經(jīng)z路。陶瓷墨水本身已經(jīng)接 近納米結(jié)構(gòu)，利用納米技術(shù)的功能性特征升級(jí)傳統(tǒng)建筑陶瓷，如開(kāi)發(fā)高強(qiáng) 保溫磚、抗菌陶瓷磚、抗靜電陶瓷磚、抗輻射陶瓷磚、光伏發(fā)電陶瓷磚、 光伏發(fā)光陶瓷磚等功能性陶瓷產(chǎn)品。利用噴墨技術(shù)將功能性的陶瓷墨水打 印在陶瓷磚上，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)陶

12、瓷的“資源化、低碳化、數(shù)字化、個(gè)性化、功 能化”。從裝飾到功能，噴墨打印的“數(shù)字化、節(jié)約化”理念應(yīng)該是傳統(tǒng) 陶瓷融入“兩型社會(huì)”的必由途徑。4. 3智能性陶瓷墨水感應(yīng)陶瓷是實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境智能控制的前提，未來(lái)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(lái)家居和城市 熱的調(diào)控除了依靠功能陶瓷以外，還?？恐悄芴沾蓪?duì)熱的檢測(cè)和智能調(diào) 控。除此之外，城市噪音、城市或家居空氣環(huán)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(guò)智能陶瓷傳感器和物 聯(lián)網(wǎng)傳播控制。當(dāng)然，智能陶瓷在生產(chǎn)控制、物流管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療檢測(cè)中 也是必不可少的，智能時(shí)代少不了智能陶瓷墨水的妝點(diǎn)。筆者認(rèn)為，今后陶瓷墨水的發(fā)展將依照以下三個(gè)方向開(kāi)展。(1)完善陶瓷墨水在亮度強(qiáng)度、彩色范圍、印刷質(zhì)量、均勻性和 穩(wěn)定性等方面的工藝需求，降低成本，穩(wěn)定生產(chǎn)；(2) 推進(jìn)建筑陶瓷在高強(qiáng)保溫、抗菌、光伏、抗靜電、抗輻