CN104449045A - 一种彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法，属于彩釉玻璃喷绘墨水制备技术领域。本发明为降低彩釉玻璃喷绘墨水生产过程中的毒性和烧结温度，改善彩釉玻璃喷绘墨水与玻璃的润湿性，提供一种彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法，包括以下步骤：(a)制备玻璃喷绘墨水的分散剂，所述分散剂为水玻璃溶液，所述水玻璃溶液中添加有0.1-5wt%的钛酸丁酯；(b)将玻璃基料、色料和分散剂按比例混合均匀，获得浆料；(c)滴加氨水，将浆料的pH值调控至9-10；(d)搅拌后，将浆料过滤，获得彩釉玻璃喷绘打印墨水。该墨水可以使彩釉在550℃下完成烧结，同时降低了生产过程的毒性。

Description

一种彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法

技术领域

本发明涉及一种彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法，属于彩釉玻璃喷绘墨水制备技术领域。

背景技术

玻璃是常用的的建筑材料之一，其中表面印有图案的建筑彩釉玻璃具有装饰效果好，价格低，个性化强，制备工艺简单等优点被广泛应用于家庭装饰和幕墙装饰。目前建筑彩釉玻璃表面的图案都是通过喷墨打印、丝网印刷、滚印等方法，其原理是根据图案要求将不同颜色墨水和颜料喷射或涂刷到玻璃表面，形成图案。其中喷墨彩绘的方式具有图案精细度高，墨水使用量少，可打印复杂图案等优点，近年来在高档彩釉玻璃的生产中获得了广泛应用。

目前玻璃喷绘打印的墨水都是在掺有有机粘连剂的有机溶剂中分散大量的无机颜料和低熔点玻璃基料，喷墨打印后，墨水中的有机溶剂挥发，粘连剂将无机颜料和玻璃基料粘连在玻璃表面形成一定的粘接强度，然后再将打印有图案的玻璃在700度左右温度下加热，有机物挥发，玻璃基料开始软化和熔融，与玻璃表面润湿，将无机颜料牢固的粘接在玻璃表面。用喷绘工艺制备的图案玻璃色彩艳丽，耐候性好，但是在生产过程中一方面，有大量的有机物挥发，气味刺鼻，对工人的身体健康不利；另一方面现用喷绘墨水中的有机溶剂与玻璃表面的润湿性差，喷出来的墨水液滴在玻璃表面呈球状，在干燥前极易流淌，影响了图案的打印效果和产品成品率。，第三方面玻璃彩釉的烧成温度大约都在700度左右，烧成温度较高，浪费能源，降低生产效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，降低彩釉玻璃喷绘墨水生产过程中的毒性和彩釉烧结温度，改善彩釉玻璃喷绘墨水与玻璃的润湿性。

本发明的技术方案是，提供一种彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法，包括以下步骤：

(a)制备玻璃喷绘墨水的分散剂，所述分散剂为水玻璃溶液，所述水玻璃溶液中添加有0.1-5 wt%的钛酸丁酯；

(b)将玻璃基料、色料和分散剂按比例混合均匀，获得浆料；所述玻璃基料中各组分的重量百分数如下：硼酸36-42%；碳酸钠8-10%；碳酸钾4.5-5.5%；氧化铝2.5-3.5%；二氧化钛3.5-4.5%；二氧化硅22-28%；氧化锌9-11%；氧化锡4.5-5.5%，且各组分重量百分数之和为100%；

(c)滴加氨水，将浆料的pH值调控至9-10；

(d)搅拌后，将浆料过滤，获得彩釉玻璃喷绘打印墨水。

进一步地，所述水玻璃溶液的制备方法包括以下步骤：

(a)将水玻璃模数为2.5-3.0的水玻璃溶液加压过滤，滤芯的最大通过粒径为5 μm；

(b)在滤液中加入钛酸丁酯，搅拌，得到水玻璃溶液。

进一步地，所述彩釉玻璃喷绘墨水中各组分的重量份如下：玻璃基料20-30份；色料20-30份；分散剂40-60份。

本发明提供的制备方法使用了掺有钛酸丁酯的水玻璃溶液作为制备玻璃喷绘墨水的分散剂，一方面，在图案打印过程中，只有水的挥发，不会释放出有毒有机物，生产过程环保；墨水干燥后，水玻璃中的硅酸钠作为无机粘接剂，将玻璃基料和色料颗粒牢固的粘接于玻璃表面，图案粘结强度高，便于产品搬运。另一方面，墨水分散剂中的钛酸丁酯在室温下会水解产生大量的Ti-O-H键，该化学键具有较强的极性。在用该墨水喷绘图案时，部分Ti-O-H键会和玻璃基板表面的Si-O-H键产生脱水反应，生成Ti-O-Si键合，其余Ti-O-H键会在玻璃表面富集，使玻璃表面的电负性增加，提高了玻璃基板与墨水的润湿性，保证了打印效果，提高了产品成品率。第三方面，墨水中的低温玻璃基料软化点为500度，表面采用该墨水喷绘打印图案的玻璃，在氧化性气氛下，在550 ℃保温10 min就能形成与玻璃表面结合牢固，色彩艳丽，耐候性好的无机彩色喷绘打印图案，实现了彩釉玻璃的低温烧成。本发明提出的采用水玻璃为分散剂的彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法，详细步骤如下：

S1、水玻璃溶液的制备

将市售的工业级模数为2.8的水玻璃溶液在1 MPa压力条件下通过陶瓷过滤器，陶瓷滤芯的最大通过粒径为5 μm。将过滤后的水玻璃和钛酸丁酯按重量比99：1加入搅拌器中，以2000 rpm的搅拌速度搅拌1 h，将水玻璃倒入塑料容器中待用。

S2、低软化点玻璃基料的制备

(a)玻璃基料的重量百分比配方如下（各组分均为化学纯）：

硼酸      36-42%

碳酸钠    9%

碳酸钾    5%

氧化铝    3%

二氧化钛  4%

二氧化硅  22-28%

氧化锌    10%

氧化锡    5%

将称好的各种原料倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，按球料质量比1.2：1的比例加入刚玉球磨球，其中直径为50 mm的刚玉球占30% ，直径小于50 mm的刚玉球占70%。球磨坛自转速度为30 r/min。原料球磨三十分钟后取出，获得玻璃基料熔炼原料。

（b）玻璃基料的熔炼与破碎

将坩埚炉以3-5 ℃/min的速度，升温到1250 ℃，塞上堵料杆，倒入混好的玻璃基料熔炼原料，倒入料粉的体积为坩埚体积的4/5，在坩埚炉出料口处放一装满水的搪瓷容器。待炉温再次升到1250 ℃时，保温半小时，提起堵料杆让熔化的结合剂流入水中进行水淬。

将水淬后的玻璃基料碎块收集，倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，加入与基料等重的水，按球料质量比1.2：1的比例加入氧化锆球磨球，其中直径为50 mm的锆球占30% ，直径在20-50 mm的锆球占40%，直径小于20 mm的锆球占30%。球磨坛自转速度为60 r/min。原料球磨24小时后将浆料倒入盛料盘中。

(c) 玻璃基料的干燥与粒度分离

将浆料在120 ℃下干燥，待浆料完全干透后用塑料铲将料块铲起倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，按球料质量比1.2：1的比例加入氧化锆球磨球其中直径为50 mm的锆球占30%，直径小于50mm的锆球占70%。球磨坛自转速度为60 r/min。球磨4小时后将粉体倒入旋风分离器，通过旋风分离后选取粒度小于5 μm的玻璃基料粉末，封袋后放在干燥塔中备用。

S3、色料的制备

根据喷绘墨水颜色的需要采购对应颜色的无机色料（红色为Fe₂O₃基颜料；白色为TiO₂基颜料；黑色为Fe₃O₄基颜料；黄色为钛镍基颜料；蓝色为CoO基颜料。）将色料倒入旋风分离器，通过旋风分离后选取粒度小于1 μm的色料粉末，封袋后放在干燥塔中备用。

S4、喷绘打印墨水的制备

根据墨水的颜色要求选取相应的分级后的无机颜料，按重量比20-30：20-30：40-60分别称取玻璃基料、色料和S1中制备的水玻璃溶液。先将水玻璃倒入塑料容器中，在2000 rpm的搅拌速度下加入称好的色料，搅拌10-15 min后加入色料重量1%的三聚磷酸钠，在2000 rpm的搅拌速度下搅拌1-1.5 h，再加入玻璃基料。因为在弱碱性条件下三聚磷酸钠能够有效的提高无机浆料的分散性和稳定性，在考虑不添加有害杂质的前提下，在2000 rpm的搅拌速度下，搅拌过程中向浆料中滴加1 mol/L的氨水溶液，将浆料的pH值调整到9-10，然后再搅拌1-1.5 h获得高分散性料浆。将料浆在1 MPa压力条件下通过陶瓷过滤器，陶瓷滤芯的最大通过粒径为10 μm，获得合格的水玻璃为分散剂的玻璃喷绘打印墨水。

本发明中喷绘墨水的分散剂为水玻璃，该墨水一方面，在墨水的喷绘印刷、干燥和烧结过程中不会有有害的高分子气体产生，图案印刷过程绿色环保；另一方面，水玻璃分散剂中加有钛酸丁酯，使玻璃表面存在大量的Ti-O-H键，玻璃电负性增加，使水基墨水与玻璃表面形成良好的润湿性，可以预防在喷墨打印过程中墨水因为成球而发生流淌。用该墨水打印的图案在550 ℃以上保温10 min就能在玻璃表面形成牢固结合的玻璃色料层，打印的图案细腻，色彩艳丽，装饰效果好，实现了彩釉玻璃的低温烧成。

附图说明

图1为利用本发明制备的彩釉玻璃喷绘墨水在普通平板玻璃的润湿图，凸起部分表示玻璃喷绘墨水，平面表示普通平板玻璃。

图2为利用本发明制备的彩釉玻璃喷绘墨水打印的图案，在550 ℃保温10 min后，玻璃表面上色料层的SEM形貌图。

图3为利用本发明制备的彩釉玻璃喷绘墨水打印烧结后的整体效果图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明提供的采用水玻璃为分散剂的彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法包括如下步骤：

S1、水玻璃溶液的准备

将市售的工业级模数为2.8的水玻璃溶液在1 MPa压力条件下通过陶瓷过滤器，陶瓷滤芯的最大通过粒径为5 μm。将过滤后的水玻璃和钛酸丁酯按重量比99：1加入搅拌器中，以2000 rpm的搅拌速度搅拌1 h，将水玻璃倒入塑料容器中待用。

S2、低软化点玻璃基料的制备

(a)玻璃基料的重量百分比配方如下：

硼酸（化学纯）      42%

碳酸钠（化学纯）    9%

碳酸钾（化学纯）    5%

氧化铝（化学纯）    3%

二氧化钛（化学纯）  4%

二氧化硅（化学纯）  22%

氧化锌（化学纯）    10%

氧化锡（化学纯）    5%

将称好的各种原料倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，按球料质量比1.2：1的比例加入刚玉球磨球，其中直径为50 mm的刚玉球占30% ，直径小于50 mm的刚玉球占70%。球磨坛自转速度为30 r/min。原料球磨三十分钟后取出，获得玻璃基料熔炼原料。

(b)玻璃基料的熔炼与破碎

将坩埚炉以4 ℃/min的速度，升温到1250 ℃，塞上堵料杆，倒入混好的玻璃基料熔炼原料，倒入料粉的体积为坩埚体积的4/5，在坩埚炉出料口处放一装满水的搪瓷容器。待炉温再次升到1250 ℃时，保温半小时，提起堵料杆让熔化的结合剂流入水中进行水淬。

将水淬后的玻璃基料碎块收集，倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，加入与基料等重的水，按球料质量比1.2：1的比例加入氧化锆球磨球，其中直径为50 mm的锆球占30% ，直径在40 mm的锆球占40%，直径小于20 mm的锆球占30%。球磨坛自转速度为60 r/min。原料球磨24小时后将浆料倒入盛料盘中。

(c) 玻璃基料的干燥与粒度分离

将浆料在120℃下干燥，待浆料完全干透后用塑料铲将料块铲起倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，按球料质量比1.2：1的比例加入氧化锆球磨球其中直径为50 mm的锆球占30%，直径小于50 mm的锆球占70%。球磨坛自转速度为60 r/min。球磨4小时后将粉体倒入旋风分离器，通过旋风分离后选取粒度小于5 μm的玻璃基料粉末，封袋后放在干燥塔中备用。

S3、色料的制备

将市售TiO₂基白色倒入旋风分离器，通过旋风分离后选取粒度小于1 μm的TiO₂色料粉末，封袋后放在干燥塔中备用。

S4、喷墨打印墨水的制备

按重量比25：25：50分别称取玻璃基料、TiO₂基色料和S1中制备的水玻璃溶液。先将水玻璃倒入塑料容器中，在2000 rpm的搅拌速度下加入称好的TiO₂基色料，搅拌15 min后加入色料重量1%的三聚磷酸钠，在2000 rpm的搅拌速度下搅拌1.5 h，再加入玻璃基料，在2000 rpm的搅拌速度下，搅拌过程中向浆料中滴加1 mol/L的氨水溶液，将浆料的pH值调整到10，然后再搅拌1.5 h获得高分散性料浆。将料浆在1 MPa压力条件下通过陶瓷过滤器，陶瓷滤芯的最大通过粒径为10 μm，获得合格的水玻璃为分散剂，白色的彩釉玻璃喷绘打印墨水。

实施例2

本发明提供的采用水玻璃为分散剂的玻璃喷墨打印墨水的制备方法，包括如下步骤：

S1、水玻璃溶液的准备

将市售的工业级模数为2.8的水玻璃溶液在1 MPa压力条件下通过陶瓷过滤器，陶瓷滤芯的最大通过粒径为5 μm。将过滤后的水玻璃和钛酸丁酯按重量比99：1加入搅拌器中，以2000 rpm的搅拌速度搅拌1 h，将水玻璃倒入塑料容器中待用。

S2、低软化点玻璃基料的制备

(a)玻璃基料的重量百分比配方如下：

硼酸（化学纯）      36%

碳酸钠（化学纯）    9%

碳酸钾（化学纯）    5%

氧化铝（化学纯）    3%

二氧化钛（化学纯）  4%

二氧化硅（化学纯）  28%

氧化锌（化学纯）    10%

氧化锡（化学纯）    5%

将称好的各种原料倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，按球料质量比1.2：1的比例加入刚玉球磨球，其中直径为50 mm的刚玉球占30%，直径小于50 mm的刚玉球占70%。球磨坛自转速度为30 r/min。原料球磨三十分钟后取出，获得玻璃基料熔炼原料。

(b)玻璃基料的熔炼与破碎

将坩埚炉以3 ℃/min的速度，升温到1250 ℃，塞上堵料杆，倒入混好的玻璃基料熔炼原料，倒入料粉的体积为坩埚体积的4/5，在坩埚炉出料口处放一装满水的搪瓷容器。待炉温再次升到1250 ℃时，保温半小时，提起堵料杆让熔化的结合剂流入水中进行水淬。

将水淬后的玻璃基料碎块收集，倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，加入与基料等重的水，按球料质量比1.2：1的比例加入氧化锆球磨球，其中直径为50 mm的锆球占30% ，直径在30 mm的锆球占40%，直径小于20 mm的锆球占30%。球磨坛自转速度为60 r/min。原料球磨24小时后将浆料倒入盛料盘中。

(c) 玻璃基料的干燥与粒度分离

将浆料在120 ℃下干燥，待浆料完全干透后用塑料铲将料块铲起倒入刚玉球磨坛中，球磨坛直径400 mm，按球料质量比1.2：1的比例加入氧化锆球磨球其中直径为50 mm的锆球占30%，直径小于50 mm的锆球占70%。球磨坛自转速度为60 r/min。球磨4小时后将粉体倒入旋风分离器，通过旋风分离后选取粒度小于5 μm的玻璃基料粉末，封袋后放在干燥塔中备用。

S3、色料的制备

将市售红色Fe₂O₃基颜料；倒入旋风分离器，通过旋风分离后选取粒度小于1 μm的色料粉末，封袋后放在干燥塔中备用。

S4、喷墨打印墨水的制备

按重量比30：30：40分别称取玻璃基料、Fe₂O₃基色料和S1中制备的水玻璃溶液。先将水玻璃倒入塑料容器中，在2000 rpm的搅拌速度下加入称好的色料，搅拌10 min后加入色料重量1%的三聚磷酸钠，在2000 rpm的搅拌速度下搅拌1 h，再加入玻璃基料，在2000 rpm的搅拌速度下，搅拌过程中向浆料中滴加1 mol/L的氨水溶液，将浆料的pH值调整到9，然后再搅拌1 h获得高分散性料浆。将料浆在1 MPa压力条件下通过陶瓷过滤器，陶瓷滤芯的最大通过粒径为10 μm，获得合格的水玻璃为分散剂的，红色的彩釉玻璃喷绘打印墨水。

本发明中喷绘墨水的分散剂为水玻璃，基料为低熔点高硼玻璃。在墨水的喷绘印刷、干燥和烧结过程中只有水玻璃中的水挥发，不会产生有害的气体，图案印刷和烧结过程绿色环保；同时分散剂水玻璃中添加的钛酸丁酯，能在玻璃表面形成Ti-O-H键，提高了玻璃的电负性，使墨水与玻璃表面产生良好的润湿性（见图1），可以预防在喷绘打印过程中墨水因为成球而发生流淌，提高了图案打印的成品率和打印效果。用该墨水打印的图案在550 ℃以上保温10 min后，低温玻璃基料会软化熔融，它将色料和玻璃牢固结合在玻璃表面形成色料层（见图2），实现了低温烧结。用该墨水在玻璃表面打印的图案烧结后图案细腻，色彩艳丽，装饰效果好（见图3）。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种彩釉玻璃喷绘墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)制备玻璃喷绘墨水的分散剂，所述分散剂为水玻璃溶液，所述水玻璃溶液中添加有0.1-5 wt%的钛酸丁酯；

(b)将玻璃基料、色料和分散剂按比例混合均匀，获得浆料；所述玻璃基料中各组分的重量百分数如下：硼酸36-42%；碳酸钠8-10%；碳酸钾4.5-5.5%；氧化铝2.5-3.5%；二氧化钛3.5-4.5%；二氧化硅22-28%；氧化锌9-11%；氧化锡4.5-5.5%，且各组分重量百分数之和为100%；

(c)滴加氨水，将浆料的pH值调控至9-10；

(d)搅拌后，将浆料过滤，获得彩釉玻璃喷绘打印墨水。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水玻璃溶液的制备方法包括以下步骤：

(a)将水玻璃模数为2.5-3.0的水玻璃溶液加压过滤，滤芯的最大通过粒径为5 μm；

(b)在滤液中加入钛酸丁酯，搅拌，得到水玻璃溶液。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述彩釉玻璃喷绘墨水中各组分的重量份如下：玻璃基料20-30份；色料20-30份；分散剂40-60份。