CN104004412A

CN104004412A - 一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨及其制备方法

Info

Publication number: CN104004412A
Application number: CN201410264237.0A
Authority: CN
Inventors: 朱志刚; 朱海翔; 陈诚
Original assignee: Shanghai Polytechnic University
Current assignee: Shanghai Polytechnic University
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2014-08-27

Abstract

一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，所述油墨按如下质量百分比组分：蓝色颜料25～45％，溶剂50～60％，分散剂1.0～4.5％，消泡剂0.2～0.5％，流平剂0.2～0.5％，防沉剂0.1～0.2％。蓝色颜料由Co(NO₃)₂·6H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O、柠檬酸和丙三醇为原料混合，采用溶胶凝胶法制备。将制得的蓝色颜料与溶剂、分散剂、消泡剂和防沉剂按比例混合分散均匀后球磨，控制粒径在200～300nm，得色浆；向色浆中加入流平剂，过滤，得陶瓷喷墨打印用蓝色油墨。本发明制备方法简单、品质稳定，油墨粘度低，粒径分布均匀，可长时间保存，具有良好的喷墨打印性能。

Description

一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨及其制备方法，属于陶瓷喷墨技术领域。

背景技术

喷墨打印技术(Ink-jet printing technology)是20世纪70年代末成功开发的一项非接触式的数字印刷技术(Digital printing technology)。它将油墨通过打印机喷头上的喷嘴喷射到坯釉的表面，从而实现了非接触、高速度、低噪音的单色和彩色的文字以及图像的印刷。在此基础上，将特殊的粉体制备成油墨，通过计算机软件的控制，并利用特制的打印机将配置好的油墨直接打印到陶瓷的坯体上进行表面装饰。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的图案，提高陶瓷产品装饰效果。因此该技术的广泛应用具有非常广阔的市场前景，被称为陶瓷装饰技术的又一场革命。

喷墨打印技术在陶瓷的应用关键在于陶瓷油墨的制备，陶瓷油墨是由颜料、溶剂、分散剂及其它助剂所组成。通常要求颜料的粒径小于1μm，粒度分布要窄,如果采用固相法制备的颜料，经球磨后，虽然颜料的粒度能达到要求(粒度<1μm)，但颜料经过球磨(粒度<1μm)后，其颜色会变得很淡，达不到装饰的效果。因此，如果采用一种新的制备技术能够直接得到粒度在1μm以下颜料，即可以省去长时间的球磨工艺过程、同时又可以使颜料具有很好的发色效果，对工业生产而言具有重要的现实意义。

目前在国内尚未有比较成熟的陶瓷喷墨油墨的相关产品被广泛应用的报道，我国陶瓷企业所用的喷墨油墨主要依靠从国外进口。因此，开发出一种制备工艺简单、稳定性好和打印性能优异的陶瓷喷墨打印蓝色油墨具有很大的市场前景。

发明内容

本发明公开了一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨及其制备方法，制备的油墨与现有技术相比色度更为均匀，悬浮性和着色力高、高温稳定性好、发色鲜艳装饰效果好，并且解决了采用固相法制备的颜料，由于经过长时间球磨(粒度<1μm)后，其颜色变得很淡，达不到装饰效果的难题。本发明制备的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨不仅制备方法简单、高效，大大节约了生产成本，而且具有良好的喷墨打印性能、油墨品质稳定性强、可长时间保存。

本发明技术方案是这样实现的：

一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特点是：所述陶瓷喷墨打印用蓝色油墨含有如下质量百分比的组分：蓝色颜料25～45％，溶剂50～60％，分散剂1.0～4.5％，消泡剂0.2～0.5％，流平剂0.2～0.5％，防沉剂0.1～0.2％；蓝色颜料制备：蓝色颜料采用Co(NO₃)₂·6H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O、柠檬酸和丙三醇为原料混合，采用溶胶凝胶法制备，经自蔓延燃烧和高温煅烧，制得蓝色颜料；油墨制备：将蓝色颜料与溶剂、分散剂、消泡剂和防沉剂按照质量百分比混合，分散均匀，使颜料充分润湿，将分散好的物料球磨，控制颜料的平均粒径为200～300nm，最大粒径小于600nm，得色浆；向色浆中加入流平剂和防沉剂，用孔径为0.65μm聚偏氟乙烯微孔滤膜过滤，得陶瓷喷墨打印用蓝色油墨。

所述蓝色颜料的制备工艺包括以下步骤：

A)用去离子水配制浓度为0.5mol/LCo(NO₃)₂·6H₂O和1mol/L Al(NO₃)₃·9H₂O，按柠檬酸与Co²⁺、Al³⁺离子总摩尔比为1:1称取柠檬酸，按柠檬酸/丙三醇摩尔比1:(1～5)量取丙三醇；

B)Co²⁺、Al³⁺离子溶液升温至70℃，搅拌下，逐滴加入柠檬酸溶液，再加入丙三醇，搅拌2～3h，加入氨水调节pH值约为6.5；

C)将上述配好的溶液于85℃水浴中缓慢蒸发，得紫红色透明溶胶，继续搅拌形成凝胶，将凝胶在100℃下烘干成干凝胶；

D)将干凝胶放在电炉上300℃条件下加热，干凝胶自动蔓延燃烧生成黑色的疏松粉末；

E)将燃烧后的粉末放入高温炉中，从室温加热到900～1250℃保温1h，即得纳米蓝色颜料。

所述溶剂为醇类溶剂、酯类溶剂或芳香烃类溶剂。

所述分散剂为聚酯型超分散剂，分子质量为1000～10000。所述超分散剂为CH-3、CH-5、CH-10s或CH-13中的至少一种。本发明中的分散剂为含锚固基团针对颜料表面设计的超分散剂，主要是改善陶瓷颜料在溶剂中的分散性，产生静电位阻和空间位阻作用保证长时间不团聚，不絮凝。

所述消泡剂为不含有机硅的破泡聚合物溶液；消泡剂可以例举出的商品名包括：DF1760，但不限于此。

所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；流平剂可以例举出的商品名包括：BYK301、BYK333，但不限于此。本发明中的流平剂主要用于调节油墨与釉面的表面张力，防止油墨出现铺展不开或者过度扩散等情况。

所述防沉剂为聚酰胺蜡；防沉剂可以例举出的商品名包括：BYK-410，但不限于此。

所述制得的蓝色纳米颜料粒径小于800nm，使用温度高于1250℃。

所述醇类溶剂为乙二醇；酯类溶剂为乙酸乙酯、十二醇酯中的至少一种；芳香烃溶剂为甲苯、二甲苯中的至少一种。本发明中的溶剂起着将颜料输送到喷头的作用主要，并使油墨具有良好的打印流畅性。

本发明的有益效果是：

本发明制备的用于喷墨打印的耐高温蓝色颜料与现有颜料相比，色度更为均匀，悬浮性和着色力高、高温稳定性好、发色鲜艳装饰效果好，并且解决了采用固相法制备的颜料，颜料经过长时间球磨(粒度<1μm)后，其颜色会变得很淡，达不到装饰的效果的难题。本发明的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨品质稳定性强，可长时间保存，并具有良好的喷墨打印性能，油墨的粘度低，粒径分布均匀，其粘度为20～40mPa·S之间并且可调控，表面张力为20～40mN/m，平均粒径为200～300nm，最大粒径小于600nm。本发明的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法简单、高效，大大节约了生产成本。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，本实施由蓝色颜料的制备和蓝色油墨的制备组成。

配制蓝色颜料物料组成如下表1，但并不局限于此。

表1

表1本发明不同实施例的蓝色颜料物料组成

上述蓝色颜料的实施例的制备工艺如下：

第1步：用去离子水配制浓度为0.5mol/LCo(NO₃)₂·6H₂O和1mol/LAl(NO₃)₃·9H₂O，按柠檬酸与Co²⁺、Al³⁺离子总摩尔比为1:1称取一定量柠檬酸，按柠檬酸/丙三醇摩尔比1:(1～5)量取一定量丙三醇；

第2步：Co²⁺、Al³⁺离子溶液升温至70℃，搅拌下，逐滴加入柠檬酸溶液，再加入丙三醇，搅拌2～3h，加入氨水调节pH值约为6.5；

第3步：将上述配好的溶液于85℃水浴中缓慢蒸发，得紫红色透明溶胶，继续搅拌形成凝胶，将凝胶在100℃下烘干成干凝胶；

第4步：将干凝胶放在电炉上300℃条件下加热，干凝胶自动蔓延燃烧生成黑色的疏松粉末；

第5步：将燃烧后的粉末放入高温炉中，从室温加热到900～1250℃保温1h，即得纳米蓝色颜料。

上述实施例制得的蓝色颜料采用英国马尔文有限公司生产的Zetasizer Nano ZS型纳米粒径电位分析仪检测其粒度值。

上述实施例制得的蓝色颜料采用北京康光光学仪器有限公司生产SC-80C全自动测色色差仪检测其Lab值。

下面结合具体的实施例对本发明中喷墨打印用蓝色油墨组成作进一步说明，但并不局限于此。

【实施例1】

一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨，按质量百分比计，由以下组分组成：蓝色颜料40％，(采用实施例4制备的颜料，以下同)二甲苯55％，分散剂(CH-3)4％，流平剂(BYK301)0.4％，消泡剂(DF1760)0.4％，防沉剂(BYK-410)0.2％。

【实施例2】

一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨，按质量百分比计，由以下组分组成：蓝色颜料40％，甲苯55％，分散剂(CH-5)4％，流平剂(BYK301)0.4％，消泡剂(DF1760)0.4％，防沉剂(BYK-410)0.2％。

【实施例3】

一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨，按质量百分比计，由以下组分组成：蓝色颜料40％，乙二醇甲苯55％，分散剂(CH-10s)4％，流平剂(BYK333)0.4％，消泡剂(DF1760)0.4％，防沉剂(BYK-410)0.2％。

【实施例4】

一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨，按质量百分比计，由以下组分组成：蓝色颜料40％，十二醇酯55％，分散剂(CH-10s)4％，流平剂(BYK333)0.4％，消泡剂(DF1760)0.4％，防沉剂(BYK-410)0.2％。

【实施例5】

一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨，按质量百分比计，由以下组分组成：蓝色颜料40％，乙酸乙酯55％，分散剂(CH-13)4％，流平剂(BYK301)0.4％，消泡剂(DF1760)0.4％，防沉剂(BYK-410)0.2％。

以上实施例的陶瓷喷墨打印用油墨的制备方法，包括以下步骤:

第1步：将溶剂、蓝色颜料、分散剂和消泡剂混合，分散均匀，使颜料充分润湿；

第2步：将第1步分散好的物料转入到球磨机中进行球磨6～8h，控制颜料的平均粒径为200～300nm，最大粒径小于600nm，得色浆；

第3步：向色浆中加入流平剂、防沉剂，用孔径为0.65μm聚偏氟乙烯微孔滤膜过滤，得陶瓷喷墨打印用蓝色油墨。

将实施例1-5制备的陶瓷喷墨打印用油墨进行性能测试，测试结果见表2。由表可知，本发明所制备的陶瓷喷墨打印用的油墨具有良好的稳定性和喷墨打印性能。

表2

表2为本发明不同实施例的结果

上述实施例制备的蓝色油墨采用上海精天仪器有限公司生产的SNB-3数字旋转粘度仪测定其粘度值。

上述实施例制备的蓝色油墨采用美国ThermoCahn公司生产的DCA322型表面张力试仪测定其表面张力。

上述实施例制备的蓝色油墨采用英国马尔文有限公司生产的Zetasizer Nano ZS型纳米粒径电位分析仪检测其粒度值。

本发明的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法简单、高效，大大节约了生产成本。本发明所制备的油墨粘度为粘度为20～40mPa·S之间，表面张力为20～40mN/m，平均粒径为200～300nm，最大粒径小于600nm，理化性能符合打印机喷墨系统要求。

Claims

1.一种陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述陶瓷喷墨打印用蓝色油墨含有如下质量百分比的组分：蓝色颜料25～45％，溶剂50～60％，分散剂1.0～4.5％，消泡剂0.2～0.5％，流平剂0.2～0.5％，防沉剂0.1～0.2％；蓝色颜料制备：蓝色颜料采用Co(NO₃)₂·6H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O、柠檬酸和丙三醇为原料混合，采用溶胶凝胶法制备，经自蔓延燃烧和高温煅烧，制得蓝色颜料；油墨制备：将蓝色颜料与溶剂、分散剂、消泡剂和防沉剂按照质量百分比混合，分散均匀，使颜料充分润湿，将分散好的物料球磨，控制颜料的平均粒径为200～300nm，最大粒径小于600nm，得色浆；向色浆中加入流平剂和防沉剂，用孔径为0.65μm聚偏氟乙烯微孔滤膜过滤，得陶瓷喷墨打印用蓝色油墨。

2.根据权利要求1所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，陶其特征在于：所述蓝色颜料的制备工艺包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述溶剂为醇类溶剂、酯类溶剂或芳香烃类溶剂。

4.根据权利要求1所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚酯型超分散剂，分子质量为1000～10000。

5.根据权利要求1所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述消泡剂为不含有机硅的破泡聚合物溶液。

6.根据权利要求1所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷。

7.根据权利要求1所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述防沉剂为聚酰胺蜡。

8.根据权利要求2所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述制得的蓝色纳米颜料粒径小于800nm，使用温度高于1250℃。

9.根据权利要求3所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述醇类溶剂为乙二醇；酯类溶剂为乙酸乙酯、十二醇酯中的至少一种；芳香烃溶剂为甲苯、二甲苯中的至少一种。

10.根据权利要求4所述的陶瓷喷墨打印用蓝色油墨的制备方法，其特征在于：所述超分散剂为CH-3、CH-5、CH-10s或CH-13中的至少一种。