高稳定性陶瓷墨水的研究文献综述

 2021-10-08 18:54:29

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1、前言

随着计算机技术的发展,数字化技术(Digital technology)在我国传统制造业中的应用越来越广泛,现已成为制造行业中一项重要的技术。喷墨打印技术(inkjet printing technology)是20世纪7O年代末开发成功的一种非接触式的数字印刷技术(Digital printing technology)。它将墨水(ink)通过打印头上的喷嘴喷射到各种介质表面,实现了非接触、高速度、低噪音的单色和彩色的文字和图像印刷。在喷墨打印技术的基础上,将特殊的粉体制备成墨水,通过计算机控制,利用特制的打印机可以将配置好的墨水直接打印到陶瓷的表面上进行表面改性或表面装饰。陶瓷喷墨打印技术(Ceramic inkjet printing technology)能够实现产品个性化设计与制造,既节省时间,又提高效率;同时,有利于实现多种图案小批量的陶瓷制品生产,特别适合于设计复杂图案,进一步提高陶瓷装饰效果翻。该技术的广泛应用是陶瓷装饰技术的一次革命,具有非常广阔的市场前景[1]

金融危机导致的欧洲先进喷墨印刷技术在我国获得应用与推广,喷墨印刷因为采用墨盒装色釉料,不易浪费,从而最大限度地降低了污染,节约成本,恰与我国陶瓷低碳化发展战略相吻合。利用喷墨技术将功能性的陶瓷墨水打印在陶瓷砖上。将是最终实现资源化、低碳化、数字化、个性化、功能化的必由之路 [2]

2.陶瓷墨水的发展现状

陶瓷粉体是陶瓷墨水的核心物质,其组成和性能决定着墨水的应用范围。国外陶瓷墨水的研究起始较早,一份名为《用于陶瓷釉面砖(瓦)和表面的彩色喷墨印刷的独特油墨和油墨组合》的专利,该专利阐述了陶瓷墨水的制作方法,为陶瓷喷墨打印技术奠定了良好的基础。喷墨墨水技术发展分两个阶段:第一阶段是2000~2006年,喷墨系统只有可溶性墨水。在这一阶段。由于所使用的可溶性墨水的低色彩范围、稳定性差和成本高,大大限制了产品所能实现的各种可能性,制约了发展:第二阶段,随着颜料墨水的技术进步,喷墨系统发生了质的飞跃。使用这些颜料墨水,喷墨打印系统可以打印市场上的常规颜色,而且价格也具竞争力。

国内陶瓷墨水的研究始于2000年,近年来形成了天津大学、南昌航空工业大学、大连理工大学、陕西科技大学和华南理工大学五所研究团队.企业研究方面出现了广东佛陶集团股份有限公司、道氏制釉、华山制釉、科信达奥斯博、博奥科技、鹰牌陶瓷等公司,获得3个发明专利,尤其是道氏制釉已经获得2个专利。尽管如此,陶瓷墨水在国内仍处于研究阶段.离真正产业化还有一定的距离。

综观国内外情况。陶瓷墨水目前主要集中在个性化装饰领域,对于建筑陶瓷功能化、智能化的应用研究尚不多见[3]

陶瓷墨水的特点:陶瓷墨水是纳米技术制造出的超微细的无机材料,不是简单的颜色混合调配就可以达到的。所谓陶瓷墨水就是含有某种陶瓷釉料成分、陶瓷色料或陶瓷着色剂的墨水。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。陶瓷墨水通常由无机非金属颜料(色料、釉料)、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其它辅料构成。无机非金属颜料(色料、釉料)是墨水的核心物质。要求其颗粒度小于1p.m,颗粒尺寸分布要窄,颗粒之间不能有较强的团聚,有较好的稳定性,受溶剂等其它物质的影响小。目前,陶瓷墨水所用的陶瓷粉体主要包括两大类:一类为功能陶瓷粉体,如:ZrO2、Ti02、BaTi03及PZT陶瓷粉体等;另一类为陶瓷色料和着色剂,如:铬铝红色料、钒锆黄色料、钴铁黑色料及钴铝蓝色料等。按照墨水所含的陶瓷粉体不同,可将其分为功能陶瓷墨水(Functional ceramic ink)和陶瓷装饰墨水(Decorative ceramic ink)两类。其中功能陶瓷墨水可赋予基体表面以力学性能、光催化性能及电学性能等。而陶瓷装饰墨水主要用于传统陶瓷的表面装饰,其实质还是利用色釉料进行表面着色,但又不同于传统喷墨打印墨水,对于陶瓷装饰墨水不仅需要考虑与喷墨打印机匹配,而且需考虑高温煅烧后的颜色变化是否能满足图案要求[1,4]

根据陶瓷喷墨打印机的类型不同,又可将陶瓷墨水分为连续式喷墨打印用陶瓷墨水(Ceramic ink for continuous jet printer)和需求喷射打印用陶瓷墨水(Ceramic ink for drop on demand jet printer)两种。由于两种喷墨打印机在工作原理方面有一定的差异,因此所用的陶瓷墨水的性能要求也有所不同其中连续式喷墨打印机工作时,墨滴的路径由水平及垂直偏向板以静电偏向的方式控制,因此墨水本身需要具备一定的导电性能,通常采用导电盐(如:NH4NO5 ,(NH4)2SO4 )来调节墨水的导电率。为了满足偏转静电场的需要,连续喷墨打印用陶瓷墨水的导电率一般需大于l00ms.m-1 [1]

3.陶瓷墨水的重要参数指标

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