CN103694797A - 一种棕色纳米陶瓷喷墨墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于陶瓷数码打印油性喷墨领域，公开了一种新型的、无害的棕色纳米陶瓷喷墨墨水及其制备方法。本发明的墨水主要由有机溶剂、棕色无机色料、分散剂和表面张力调节剂等物质组成。通过采用纳米砂磨分散的方法，以溶剂分批稀释研磨的方式，以分散剂的分散作用将棕色无机色料均匀分散在有机溶剂中，得到一种粘度符合打印要求的纳米喷墨墨水。此喷墨墨水使用性能良好，对人体几乎无害、贮存期较长。

Description

一种棕色纳米陶瓷喷墨墨水及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷数码打印油性喷墨领域，具体涉及一种棕色纳米陶瓷喷墨墨水及其制备方法。

技术背景

陶瓷产品，因其具有优异的理化性质而被广泛应用在建筑领域。随着经济社会的发展，人们要求陶瓷产品除了要发挥其应有的传统功能外，还要求其具有现代审美的作用。计算机技术与数字化技术的快速发展催生了数码陶瓷喷墨打印技术，而该技术又使得陶瓷的美学功能的实现成为可能。数码陶瓷喷墨打印技术主要应用在两方面:陶瓷装饰和陶瓷成形。陶瓷制品装饰是将陶瓷色料制成多色墨水，通过数码打印将其打印到陶瓷表面并烧结发色，可制作复杂图案,提高装饰效果；陶瓷成形用喷墨打印是将含陶瓷粉料的陶瓷墨水直接打印到载体上成形。本发明着重在前一方面。与传统的陶瓷印花技术相比，数码陶瓷喷墨打印技术具有立体打印，高分辨率，逼真细腻等新功能。该技术的广泛应用是陶瓷装饰技术的一次全新的革命。色彩艳丽、图案可个性化定制的陶瓷产品深受中高档消费者的亲睐，因此该技术具有非常广阔的市场前景。数码陶瓷喷墨打印关键技术之一就是陶瓷墨水。陶瓷喷墨墨水中的粉色料非常容易团聚，从而堵塞喷头，墨水中的色料粒径应满足数码打印技术的要求，通常，粒径应在一微米以下。长期的贮存稳定性也是不可忽略的，一般，国外成熟的产品的保质期为3个月。同时随着人们的安全意识、环保意识增强和国家环保法律法规的强化，墨水也逐渐被要求无异味、对人体友好。针对以上的问题，本发明以低害的溶剂，分散剂和表面张力调节剂等作为原料，通过纳米研磨，制得一种无恶臭的、对人体几无毒害的、粒径和粘度符合打印要求的、具有2.5～3个月贮存期的棕色陶瓷喷墨墨水。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种棕色纳米陶瓷喷墨墨水。

本发明的另一目的在于提供上述棕色纳米陶瓷喷墨墨水的制备方法。将棕色无机色料通过纳米球磨技术分散在有机溶剂中，在分散剂和表面张力调节剂的作用下，得到一种低粘度的均匀分散的墨水体系。

本发明通过以下技术方案实现：

一种棕色纳米陶瓷喷墨墨水，由以下按质量百分比计的组分组成：

所述的有机溶剂为C原子数为12～15的多元醇苯甲酸酯，蓖麻油，肉豆蔻异丙酸酯和月桂酸异丙酯中的一种以上。

所述的棕色无机色料为棕色系釉用色料，包括金棕、红棕、深咖啡、金黄和棕红中的一种以上，主要成份为Cr-Fe-Zn或Cr-Fe-Zn-Al。

所述的分散剂为聚羟基硬脂酸，环氧树脂和丙烯酸树脂中的一种以上。

所述的环氧树脂为E44，E42和E51中的一种以上。

所述的表面张力调节剂为NP-4，Span-80，AEO-3和SRE-48000（超级分散剂，广州市侗富贵化工原材料有限公司）中的一种以上。

所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水的制备方法，包括以下步骤：

（1）先将棕色无机色料进行初研磨，干燥，备用；

（2）将有机溶剂分成三份，将步骤（1）烘干后的棕色无机色料投入高速纳米砂磨机的进料罐中，加入第一份有机溶剂，开启砂磨机的电动搅拌装置，室温下使色料与溶剂均匀混合，得到色料的分散液；

（3）在电动搅拌的同时采用高速纳米砂磨机对色料的分散液进行研磨分散，当分散液表面开始结膜时，将第二份有机溶剂加入分散液中，继续研磨分散，当分散液表面开始结膜时，加入第三份有机溶剂；自第三份有机溶剂加完后，继续研磨，使得高速纳米研磨的全过程的研磨时间为5～6个小时，研磨结束后得到浓稠的浆料，出料，得到陶瓷喷墨墨水的半成品；

（4）将步骤（3）所得的陶瓷喷墨墨水的半成品进行电动搅拌，在搅拌的同时依次入分散剂、表面张力调节剂，随后对加入分散剂和表面张力调节剂的浆料进行10min～60min的超声分散，出料，得一种棕色陶瓷喷墨墨水。

步骤（1）所述的干燥条件为于60℃的恒温箱或干燥器里干燥；所述烘干后棕色无机色料粒径为20～40微米。

步骤（2）所述的有机溶剂分成三份，按重量来计，第一份有机溶剂的用量≥第二份有机溶剂的用量且第一份有机溶剂的用量≥第三份有机溶剂的用量。

步骤（4）所述的搅拌时间为15min。

步骤（5）中所述的棕色陶瓷喷墨墨水中色料的粒径为100～600nm。

步骤（3）所述的纳米砂磨机优选广州派勒机械设备有限公司的TMPHN Nano Mill系列的纳米砂磨机，包括PHN0.3、PHN5、PHN10和PHN25。

步骤（3）所述的纳米砂磨机研磨的进料泵速为100～500rpm，搅拌轴转速为500～3000rpm，研磨进出料温度为室温～100℃。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点及有益效果：

（1）鉴于目前陶瓷墨水助剂配方及研磨工艺复杂，本发明选用相对单一的助剂配方，实现长期稳定的墨水成品。

（2）相对于目前现有技术均为在砂磨前添加所有助剂，本发明在砂磨阶段仅使用一种有机溶剂，分三次逐步添加完毕，而分散剂和表面张力调节剂均于且必须于砂磨后添加。有机溶剂的分批添加可充分利用色料颗粒之间的移动阻力，使得砂磨后的粒径小而均匀。

（3）本发明制备的陶瓷墨水可以其半成品的浓稠浆状物形式稳定贮存3个月以上，后经过简单搅拌并添加分散剂和表面张力调节剂后，即可得到陶瓷墨水成品。

（4）本发明制备的陶瓷墨水的稳定期长达2.5～3个月（若加上其半成品的贮存期，本发明产品自纳米砂磨机出料后可稳定贮存约6个月），且助剂与色料结合紧密，18%的色料含量即可达到很好的遮盖率。

附图说明

图1为实施例1～5所制备的陶瓷喷墨墨水喷墨烧结后的SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

将18wt%的金棕无机色料进行初研磨（采用行星球磨机，球料比为7:1），然后放到恒温干燥器里于60℃烘干。从恒温干燥器里取出色料并投入到26.8wt%的蓖麻油中得一混合液，开启电动搅拌，先使其分散均匀。选用直径为0.4mm的P2Y95锆珠为球磨介质，控制进料泵速为300rpm、搅拌轴转速为2000rpm、研磨进出料温度均为30℃，对混合液进行高速纳米球磨，当混合液表面开始结膜时，往混合液缓慢加入第二份26.8wt%的蓖麻油，同理，处理第三份26.8wt%的蓖麻油。从纳米球磨开始计时，6小时后，停止球磨，出料。最后，在电动搅拌下先往浆料中加入1wt%的聚羟基硬脂酸，再加入0.6wt%的SRE-48000（广州市侗富贵化工原材料有限公司），搅拌15min，接着放到超声波清洗器中超声60min，即可得到棕色陶瓷喷墨墨水。

实施例2

将23wt%的红棕无机色料进行初研磨，然后放到恒温干燥器里于60℃烘干。从恒温干燥器里取出色料并投入到24.67wt%的肉豆蔻异丙酸酯中得一混合液，开启电动搅拌，先使其分散均匀。选用直径为0.4mm的P2Y95锆珠为球磨介质，控制进料泵速为300rpm、搅拌轴转速为2500rpm、研磨进出料温度均为30℃，对混合液进行高速纳米球磨，当混合液表面开始结膜时，往混合液缓慢加入第二份24.67wt%的肉豆蔻异丙酸酯，同理，处理第三份24.67wt%的肉豆蔻异丙酸酯。从纳米球磨开始计时，5小时后，停止球磨，出料。最后，在电动搅拌下先往浆料中加入2wt%的环氧树脂E44，再加入1wt%的Span-80，搅拌15min，接着放到超声波清洗器中超声10min，即可得到棕色陶瓷喷墨墨水。

实施例3

将18wt%的深咖啡无机色料进行初研磨，然后放到恒温干燥器里于60℃烘干。从恒温干燥器里取出色料并投入到25.8wt%的多元醇苯甲酸酯中得以混合液，开启电动搅拌，先使其分散均匀。选用直径为0.4mm的P2Y95锆珠为球磨介质，控制进料泵速为300rpm、搅拌轴转速为3000rpm、研磨进出料温度均为30℃，对混合液进行高速纳米球磨，当混合液表面开始结膜时，往混合液缓慢加入第二份25.8wt%的多元醇苯甲酸酯，同理，处理第三份25.8wt%的多元醇苯甲酸酯。从纳米球磨开始计时，5小时后，停止球磨，出料。最后，在电动搅拌下先往浆料中加入1wt%的丙烯酸树脂，再加入3.6wt%的AEO-3，搅拌15min，接着放到超声波清洗器中超声10min，即可得到棕色陶瓷喷墨墨水。

实施例4

将20wt%的金黄无机色料进行初研磨，然后放到恒温干燥器里于60℃烘干。从恒温干燥器里取出色料并投入到25.2wt%的月桂酸异丙酯中得以混合液，开启电动搅拌，先使其分散均匀。选用直径为0.4mm的P2Y95锆珠为球磨介质，控制进料泵速为300rpm、搅拌轴转速为3000rpm、研磨进出料温度均为30℃，对混合液进行高速纳米球磨，当混合液表面开始结膜时，往混合液缓慢加入第二份25.2wt%的月桂酸异丙酯，同理，处理第三份25.2wt%的月桂酸异丙酯。从纳米球磨开始计时，5小时后，停止球磨，出料。最后，在电动搅拌下先往浆料中加入3wt%的丙烯酸树脂，再加入1.4wt%的NP-4，搅拌15min，接着放到超声波清洗器中超声30min，即可得到棕色陶瓷喷墨墨水。

实施例5

将18wt%的金棕无机色料进行初研磨（采用行星球磨机，球料比为7:1），然后放到恒温干燥器里于60℃烘干。从恒温干燥器里取出色料并投入到80.4wt%的蓖麻油中得一混合液，开启电动搅拌，先使其分散均匀。选用直径为0.4mm的P2Y95锆珠为球磨介质，控制进料泵速为300rpm、搅拌轴转速为2000rpm、研磨进出料温度均为30℃，对混合液进行高速纳米球磨，从纳米球磨开始计时，6小时后，停止球磨，出料。最后，在电动搅拌下先往浆料中加入1wt%的聚羟基硬脂酸，再加入0.6wt%的SRE-48000（广州市侗富贵化工原材料有限公司），搅拌15min，接着放到超声波清洗器中超声60min，即可得到棕色陶瓷喷墨墨水。

性能测试：

各实施例所制备的陶瓷喷墨墨水的粒度采用激光粒度分析仪进行测定；固含量的测定方法：烘箱加热法；粘度的测定方法：旋转粘度计法；PH值采用PH计测定。

各实施例制备的陶瓷喷墨墨水的配方及相关性能分析测试，如表1所示。

采用扫描电子显微镜（SEM）对各实施例制备的陶瓷喷墨墨水烧结后的微观形貌进行了表征，如图1所示。

表1配方及性能分析测试表

从表1中看出，本发明的陶瓷墨水无论在粘度方面还是在pH值方面都符合了按需式陶瓷喷墨打印机的要求，且在相对单一条件（不添加pH调节剂等辅料，只保留必要成分）下，本发明的墨水在稳定性方面已经相当突出。且本发明的陶瓷墨水粒度分布均匀，粒度均为500纳米左右，完全不会对陶瓷喷墨打印机的喷头造成阻塞。而实施例5作为有机溶剂一次性加入的对比例，其D50明显增大，稳定时间明显减少，说明了有机溶剂分批次加入使得本发明的墨水效果较好。

从图1中看出，烧结后墨水颗粒均匀，无明显团聚体存在，表面光滑平整。烧结后墨水在陶瓷表面呈片层状或颗粒状结晶，且均匀平铺于表面，无皲裂、起皮现象，说明本发明的墨水有很好的使用性能。而实施例5表面有明显的凹凸不平的片层，说明了有机溶剂分批次加入后所得墨水的使用性能远优于一次性加入所得产品。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种棕色纳米陶瓷喷墨墨水，其特征在于：由以下按质量分数计的组分组成：

2.根据权利要求1所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水，其特征在于：所述的有机溶剂为C原子数为12-15多元醇苯甲酸酯，蓖麻油，肉豆蔻异丙酸酯和月桂酸异丙酯的中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水，其特征在于：所述的棕色无机色料为棕色系釉用色料，包括金棕、红棕、深咖啡、金黄和棕红中的一种以上。

4.根据权利要求1所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水，其特征在于：所述的分散剂为聚羟基硬脂酸，环氧树脂和丙烯酸树脂中的一种以上；

所述的环氧树脂为E44，E42和E51中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水，其特征在于：所述的表面张力调节剂为NP-4，Span-80，AEO-3和SRE-48000中的一种以上。

6.根据权利要求的1所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）先将棕色无机色料进行初研磨，干燥，备用；

（2）将有机溶剂分成三份，将步骤（1）烘干后的棕色无机色料投入高速纳米砂磨机的进料罐中，加入第一份有机溶剂，开启砂磨机的电动搅拌装置，室温下使色料与溶剂均匀混合，得到色料的分散液；

（3）在电动搅拌的同时采用高速纳米砂磨机对色料的分散液进行研磨分散，当分散液表面开始结膜时，将第二份有机溶剂加入分散液中，继续研磨分散，当分散液表面再次开始结膜时，加入第三份有机溶剂；自第三份有机溶剂加完后，继续研磨，使得高速纳米研磨的全过程的研磨时间为5～6个小时，研磨结束后得到浓稠的浆料，出料，得到陶瓷喷墨墨水的半成品；

（4）将步骤（3）所得的陶瓷喷墨墨水的半成品进行电动搅拌，在搅拌的同时依次加入分散剂、表面张力调节剂，随后对加入分散剂和表面张力调节剂的浆料进行10min～60min的超声分散，出料，得一种棕色陶瓷喷墨墨水。

7.根据权利要求6所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的色料经初研磨和烘干后，粒径为20～40微米；所述的干燥条件为于温度为60℃的恒温箱或干燥器里进行烘干处理。

8.根据权利要求6所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述有机溶剂分成三份，按重量来计，第一份有机溶剂的用量≥第二份有机溶剂的用量且第一份有机溶剂的用量≥第三份有机溶剂的用量。

9.根据权利要求6所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水的制备方法，其特征在于：

步骤（3）所述的纳米砂磨机研磨的进料泵速为100～500rpm，搅拌轴转速为500～3000rpm，研磨进出料温度为室温～100℃。

10.根据权利要求6所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的棕色纳米陶瓷喷墨墨水中色料的粒径为100～600nm；所述的搅拌时间为15min。

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