浅析分散法陶瓷喷墨打印墨水的研制
时间：2021-01-07 16:03:31 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：本文主要介绍了分散法陶瓷喷墨打印墨水的研制，对陶瓷墨水的色料的配制与后期超细雾化工艺进行了研究，并对陶瓷墨水的生产工艺进行了探索。
关键词：陶瓷；喷墨打印；砂磨机；有机溶剂；导电率
1 前言
喷墨打印的核心是喷头从微孔板上吸取探针试剂后，移至处理过的支持物上，通过热敏、激光、喷墨等形式，利用喷射器的动力把液滴喷射到支持物表面。通过采用较多的喷嘴和多次喷射相同的区域，大多数喷墨打印机都能输出中、高分辨率的图像。由于打印时喷头与支持物的表面保持了一定的距离，所以又称为非接触式打印。陶瓷行业的喷墨打印技术很早之前已在国外投入到工业化生产中，由于2008年的金融危机，使得欧美喷墨设备公司对中国设备输出条件放松，以及国产喷墨设备的推出，导致中国人也逐渐迈开了对喷墨墨水探索的步伐。特别是陶瓷喷墨打印机和陶瓷墨水这两项制造技术，之前一直被国外垄断，在国内科研人员的不断努力下，经历了三年的技术攻关后，目前，国产陶瓷喷墨打印机设备和陶瓷墨水都取得重大的进展，并在国内投入了大规模的生产。陶瓷喷墨打印机的墨水的售价也从上百万直接下降到目前的几十万，成本的降低为陶瓷喷墨打印技术的普及起到了很好的催化作用。
目前，陶瓷墨水的制造方法仍集中于分散法、溶胶—凝胶法和反相乳相法，其中，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，许多技术问题也有待解决；分散法工艺较上述两种方法简单，而且生产成本相对较低。结合目前国内陶瓷色料技术配方上的优势，以及国内超细研磨机械制造商这两年在砂磨机方面取得的突破，分散法成为国内大部分陶瓷喷墨打印墨水生产厂家的首选工艺。
2 陶瓷喷墨打印墨水市场需求与研究趋势
目前，全球使用的陶瓷喷墨打印机达1422台。数据显示，全球2011年1月～2012年6月，新安装的陶瓷喷墨打印机达884台，占目前安装总数的62.2%，表明近两年陶瓷喷墨打印机在全球范围内已大规模运用，特别是中国国内市场目前安装和投入使用的陶瓷喷墨打印机已经超过400台。如果按照每台喷墨打印机每月使用墨水2～5t，平均每台机器使用3t计算，全国保守计算400台喷墨打印机每月的墨水需求量在1200t左右。按照目前陶瓷墨水不断降价的趋势，假设每吨墨水以16万元计算，仅国内市场每月喷墨打印墨水市场份额为19.2亿元左右；如果按照陶瓷行业全年满负荷生产10个月计算，整个陶瓷行业全年在陶瓷喷墨打印墨水上的花费为192亿元左右。当然，这还不包括国外市场。预见未来，国内和国外陶瓷喷墨打印机和墨水市场将会越做越大，大部分有实力的陶瓷色釉料企业都开始投入到陶瓷喷墨墨水的研制当中，其中，又以佛山地区的陶瓷喷墨打印机和墨水最为突出。寻求技术突破和改善当前陶瓷墨水的性能，以及解决现实生产工艺难题，成为当前科研人员需要迫切解决的问题。
目前，国内陶瓷喷墨打印墨水仍然是以进口产品为主，国产墨水已经推向市场的主要有明朝科技与道氏公司。在2011年5月举办的广州陶瓷工业展览会上，佛山市明朝科技开发有限公司和佛山市博今科技材料有限公司在展会上首次展出了由其自主研发的陶瓷喷墨墨水，此举标志着陶瓷喷墨墨水正式实现国产化。经过这两年的技术改进与工艺摸索，目前，国产墨水与国外墨水具有完全的兼容性，以及使用前不用清洗等优点，并基本解决了稳定性、发色、成本，以及墨水与喷头的兼容性等难题。随着墨水技术的普及，国内墨水的技术难关将很快被突破，如：禾合、威霍普、金鹰等色釉料厂家都已完成了墨水制造工艺的技术储备。
国产陶瓷墨水由于采用分散法，并结合目前佛山地区的色釉料技术优势，在色调上相对可以拓展出更丰富的色彩。特别是在黑色、黄色、棕色、蓝色等方面，可以做的更加出色，部分指标还会优于国外的同类产品。需要说明的是，陶瓷喷墨墨水对粒径的技术要求由小于100nm增加到了小于150nm。随着溶剂技术和打印喷头技术的改进，相信今后对于粒径的要求会进一步放宽到500nm以内。但是，目前国内陶瓷墨水企业遇到的难题，并不是技术层面的问题，而是陶企对国产墨水产品的不信任，而要想获得并扩大这种信任度，需要大力推广，以改变客户对国内墨水的评价，使国内墨水逐渐得到陶瓷企业的认可。
3 分散法制备陶瓷喷墨打印墨水
分散法即为制备分散体系的一种方法。其原则是从大块物质出发，利用机械研磨或超声分散等手段将其粉碎，制成分散体系。常用的机械研磨设备有球磨机、砂磨机和胶体磨等，但它们通常只能将物质磨细到1μm左右，而超声分散则广泛用于制备乳状液。分散法应用到陶瓷喷墨打印墨水中其原理为利用分散介质氧化锆珠研磨，将陶瓷用无机色料粉碎到纳米级后，利用醇类分散剂和油脂稳定剂使超细色料颗粒稳定地悬浮分散在墨水溶剂中。通常是将陶瓷色料预处理达到100μm以下后，再同溶剂、分散剂、稳定剂等一起经过砂磨机雾化处理，一般需要研磨4h左右，以保证粒径小于150nm的同时，粒径分布范围也窄。
3.1 陶瓷喷墨墨水的技术指标要求
喷墨打印技术在陶瓷上的应用，关键在于陶瓷墨水的制备。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，陶瓷喷墨用墨水要求具备以下特性：
（1） 要求陶瓷粉体在溶剂中能保持良好的化学和物理稳定性，不会出现化学反应和颗粒团聚沉淀。
（2） 要求在打印过程中，陶瓷粉体颗粒能够在短时间内以最有效的堆积结构排列，附着牢固，获得较大密度的打印层，以便煅烧后获得较高的烧结密度。
（3） 要求打印的色剂高温烧成后具有良好的呈色性能以及与坯釉的匹配性能。
（4） 墨水粒径分布范围窄，粒径要求在150nm以下。
（5） 对溶剂要求使用可溶性的醇类，最好具有亲水、亲油性质，保持较高的燃点和挥发性。
