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陶瓷喷墨打印墨水技术现状及发展趋势
2015年03月20日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:3506
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      陶瓷喷墨打印是一种将陶瓷色料粉体制成多色墨水,将小墨滴从直径数十微米的喷嘴喷出,以每秒数千滴的速度沉积在坯体、釉面或其它载体上的技术。喷墨打印技术在陶瓷方面应用主要有以下两方面:陶瓷制品装饰和陶瓷成形。陶瓷制品装饰是将陶瓷色料制成多色墨水,通过计算机控制的打印机将其打印到陶瓷表面进行装饰。其优势在于可利用计算机资源,通过软件控制实现对装饰设计的改变,提高新产品的开发和生产效率,同时也有利于制作复杂团,提高装饰效果。陶瓷成型用喷墨打印是将带成形的陶瓷粉料制成陶瓷墨水,通过打印机将这种陶瓷墨水打印到载体上成型,成形体的形状及集合尺寸由计算机控制。陶瓷墨水通常由色料(着色剂)、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其它辅料构成。


      一、陶瓷墨水色料的粒度分布


      陶瓷墨水中的色料颗粒度要求小于1微米,颗粒尺寸分布要窄,颗粒之间不能有强团聚,并具有良好的稳定性。 国产墨水解决粒径分布和D90粒径问题还要花一些精力。就目前国产墨水的整体粒径分布来说,D50基本上可以控制在500纳米以内,特别是黑色、棕色、蓝色,是相对比较容易加细的,以初始粒径1-10u来看,在砂磨机上的研磨时间基本在2小时以内(如图下图钴蓝研磨1小时粒径分布图)。



      但是粒径分布不太理想,在1微米粒径附近有粗颗粒存在。虽然可以通过延长砂磨机研磨时间可以减少粗颗粒,但是出于工业化生产的价格成本控制要,需要有更高效的方法。实验表明,通过合理的前期处理色素,以及分散剂和固含量的优化,可以很好的解决粒径分布问题。当然,也有一些产品(如锆镨黄)就容易出现电导率过高而产生絮凝,而且絮凝容易出现在研磨1.5-2小时后,在粒径D50达到700-800纳米的时候容易发生。


不合格黄色墨水发生团聚现象显微图像

 

      二、陶瓷墨水及其色料制造工艺


      当前陶瓷喷墨打印用墨水的制造方法主要有:分散法、溶胶凝胶法和反相乳相法,而以上三种加工方法中,溶胶凝胶法由于制造工艺方法原料昂贵、溶胶不稳定而受到限制;反相乳相法由于制得的墨水固含量低,也有待解决许多技术问题;分散法最容易实施而且工艺相对简单易行,目前国产墨水主要需要解决墨水的稳定性问题。陶瓷墨水的组成和性能与打印机的工作原理和墨水用途有关。分散法制备的陶瓷墨水主要由无机非金属颜料(色料、釉料)、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其它辅料构成。


      在目前的陶瓷色料结构体系中,尖晶石结构的色料高温和化学稳定性都较好,如蓝色中的钴蓝系列,黄色中的棕黄系列和黑色系列。棕色类产品的原材料选择与氧化铝的选择引入方式也是有关系的,引入材料的粒径对于色料的饱和度也是有很大的关系。陶瓷墨水色料在传统色料配方基础上进行了一定的工艺改良,特别是在矿化剂的选择上更加优化,煅烧温度较之传统的色料部分产品温度适当提高了一些。


      陶瓷墨水色料在后期研磨环节应用的主要设备有传统的球磨机、气流磨、砂磨机等。球磨机主要是用在水洗和预处理的工艺环节,目前国内色料生产商大部分是没有进行水洗这一工艺环节的(钒锆蓝产品例外)。使用气流磨基本上可以将经过传统加细设备加工后的半成品(D90粒径介于11-20u之间)打碎到5u以下的粒径范围。但是气流磨的加工效率不是特别高,每小时产量一般不超过20kg。但据笔者了解,琅菱公司生产的30L的砂磨机产品,专门用于墨水色素的高效率设备每小时产量可达40kg。砂磨机的单位研磨效率明显高于气流磨产品,但是砂磨机属于湿法研磨,研磨的物料需要经过烤干和二次打粉处理,气流磨属于干法加细,不需要后续的烘干机打粉工艺。


      三、陶瓷喷墨打印行业动向


      1、意大利陶瓷展动向


      2014年意大利陶瓷展已经落幕,反馈回来的消息是参展的人流量比往年少,展馆缩小。但是另一方面,是国内企业参展的多了,总共有20多家。本次展会上展示的机械主要是喷墨附属设备(喷墨环境处理、恒温处理、冷却处理设备),25米施釉线、10台喷墨设备、喷釉数码、喷干粉、8台数码喷釉)。数码化施釉技术是本届里米尼展的一大亮点,数码化是必然趋势。通过应用数码化施釉技术,产品效果更逼真、更像大理石、富有厚重感。在生产中车间发生错误率降低,进一步节省人工成本,创造更加洁净和智能化生产车间。特别是瓷砖作为一种装饰材料,除了在工程应用方面的需求市场之外,对于个人家装的个性化选择市场来说,未来将是个性化私人订制的高端市场的崛起,而数字化生产机械的不断研发与投放,为今后的私人订制与精确生产打下基础。


      2、干法制粉技术


      当前,干法制粉技术在国外已经研发成功,但在国内应用不多。干法制粉技术在陶瓷上的推广能否有所突破,是行业比较关心的问题。干法制粉技术应用推广在抛光砖、瓷片上还有难度。巴西40%的彩釉地砖已经应用干法制粉。在国内,粉磨细也已经不是问题,关键看经济效益。


      陶瓷墨水国产化进程的加速,促使国内墨水企业在追求陶瓷墨水品质上面的要求也是更加的苛刻,特别是砂磨机技术的不断完善创新,也为陶瓷墨水的进一步性能的拓展奠定了基础。而传统溶剂方面,除了水性调墨油的使用,分散剂和陶瓷色料的进一步精细化调试与加工能够更进一步的提高国产陶瓷墨水的整合性能。目前,无论是国内的溶剂生产厂家还是国外的产品,对于在陶瓷喷墨墨水方面的跟进是非常积极的,陶瓷喷墨打印墨水的整体价格下降,不仅仅是因为国产陶瓷墨水的推出,更与生产工艺与设备的不断完善,产量的提高有直接关系。就陶瓷墨水来说,依靠以往的信息不对称来赚钱的时代一去不返,自身稳定过硬的墨水品质才是保障市场唯一的路径。

(粉体圈 作者:敬之)

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