CN107474631A - 一种喷墨用陶瓷墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷墨用陶瓷墨水及其制备方法，属于陶瓷技术领域。本发明通过溶胶‑凝胶法制得粒径可控，粒径较小，分布较窄，团聚现象少，纯度高，发色力强，着色稳定，锻烧温度低的陶瓷色料，并用分散剂复配，在色料颗粒的表面会形成一定厚度的吸附层，不仅能较好地结合在颗粒表面，且溶剂化链也可以在相应的分散介质中产生足够的空间位阻效应，从而提高了分散稳定性，将墨水加入釉料，釉中出现了分相，釉呈现乳浊，乳浊釉对入射光的漫反射使釉面颜色更黄更柔和，同时可遮盖坯体颜色，这样可用低品位及劣质料甚至固体废弃物做坯料，墨水加入量不同引起釉中分相及乳浊的效果也不同，这样为陶瓷喷墨打印装饰釉面颜色的调配提供广阔的可调途径。

Description

一种喷墨用陶瓷墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种喷墨用陶瓷墨水及其制备方法，属于陶瓷技术领域。

背景技术

陶瓷喷墨印花技术是一种将无机陶瓷色料研磨到纳米级别制成陶瓷墨水，再通过陶瓷喷墨打印机打印到瓷砖表面以达到装饰的目的。喷墨印花技术从无到有，再从有到2015年的接近饱和，短短几年时间，喷墨印花技术发展如此迅猛，其真正的原因在于陶瓷喷墨印花技术比传统的丝网印花技术、辊筒印花技术有着无可比拟的优势。陶瓷喷墨印花技术是一种无接触、无压力、无印版的新型瓷砖印花技术。具有以下优点：（1）转产速度快、转产成本低。（2）产品图案清晰度更高，更逼真细腻。（3）低碳环保、节约成本。（4）生产设计灵活快速。（5）不受产量的影响，可以小批量生产。正是由于陶瓷喷墨印花技术在陶瓷装饰技术中的重大技术跨越，被誉为“陶瓷印花技术的第三次革命”。

目前，市场上使用的主要是陶瓷表面装饰用陶瓷墨水，由于其技术比较成熟，使用也最为普遍。经过众多研究团队多年的努力，陶瓷墨水在各方面，包括稳定性，发色能力，对釉料的适应性和耐温性都比较一般。目前市场上使用的几种基本颜色的陶瓷墨水，包括蓝色、棕色、深棕色、镨黄、桔色、粉色、变色蓝等，黑色墨水，由于黑色色料原材料本身的特性，很容易导致喷头的堵塞，进而影响产品的质量，加上黑色的发色可以通过棕色和蓝色叠加而得到，越来越多的陶瓷生产厂商选择放弃使用黑色墨水而用其它的颜色代替。另一方面，由于陶瓷墨水在制备过程当中要求其粒径要小于1微米，限制了那些对粒径要求较严格的色料的发色。例如镨黄，由于粒径的限制，镨黄墨水发色都不够深，市场上迫切需要的大红色墨水也无法在粒径小于1微米的条件下得以实现且墨水需要长时间的运输，造成的墨水的质量问题以及墨水的使用后续服务等问题给客户造成了一些不利的影响以及墨水的色调、发色能力、耐温性和对不同釉料的适应性都需要改善提高，因此，对于陶瓷墨水的深入研究显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对墨水需要长时间的运输，造成的墨水的质量问题以及墨水的使用后续服务等问题给客户造成了一些不利的影响以及墨水的色调、发色能力、耐温性和对不同釉料的适应性都需要改善提高的问题，提供了一种喷墨用陶瓷墨水及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种喷墨用陶瓷墨水，其特征在于，所述喷墨用陶瓷墨水由下述重量份原料制成：

3～5份分散剂，0.1～0.3份流平剂，0.3～0.5份消泡剂，0.5～0.8份粘结剂，30～50份油墨溶剂，15～25份陶瓷色料。

所述陶瓷色料为锆掺杂钇钼陶瓷色料，以三氧化钼、氧化锆、硝酸钇为原料，采用溶胶-凝胶法制得凝胶前驱体，干燥粉碎后烧结制得。

所述三氧化钼、氧化锆、硝酸钇的摩尔比为1：0.2：3.8。

所述烧结过程为在马弗炉中，以5～10℃/min升温速率升温至600℃，保温反应1.0～1.5h，再以10～15℃/min升温速率升温至1000℃，保温反应6～8h。

所述分散剂为聚羧酸钠盐、聚丙烯酸钠、分散剂5025中任意一种。

所述粘结剂为丙烯酸树脂。

所述油墨溶剂为丙二醇与二甘醇按体积比1：3混合组成。

具体制备步骤为：

S1.按配比将三氧化钼、氧化锆、硝酸钇混合，再滴加氨水至pH为3～4，在70～80℃反应1～2h后继续加热至80～90℃，保温反应2～3h过滤，得凝胶前驱体；

S2.将凝胶前驱体置于烘箱中干燥10～12h，取出并装入研磨机中研磨1～2h，过400目筛，得凝胶前驱体粉末；

S3.将凝胶前驱体粉末置于马弗炉中烧结，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨1～2h，过400目筛，得陶瓷色料；

S4.取分散剂、流平剂、消泡剂、粘结剂，加入油墨溶剂中混合均匀，再加入陶瓷色料，搅拌30～40min后转入球磨机中球磨分散5～8h，用0.8～1.0μm的滤膜过滤，得喷墨用陶瓷墨水。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过溶胶-凝胶法制得粒径可控，粒径较小，分布较窄，团聚现象少，纯度高，发色力强，着色稳定，锻烧温度低的陶瓷色料，并用分散剂复配，在色料颗粒的表面会形成一定厚度的吸附层，不仅能较好地结合在颗粒表面，且溶剂化链也可以在相应的分散介质中产生足够的空间位阻效应，从而提高了分散稳定性；

（2）本发明将墨水加入釉料，釉中出现了分相，加之釉中未熔的微米级石英颗粒，釉呈现乳浊，乳浊釉对入射光的漫反射使釉面颜色更黄更柔和，同时可遮盖坯体颜色，这样可用低品位及劣质料甚至固体废弃物做坯料，墨水加入量不同引起釉中分相及乳浊的效果也不同，这样为陶瓷喷墨打印装饰釉面颜色的调配提供广阔的可调途径。

具体实施方式

取0.1～0.2mol三氧化钼，加入1～2L质量分数为70%硝酸溶液中，以80～100r/min搅拌10～15min，再加入0.02～0.04mol氧化锆，搅拌20～30min后加入1～2L摩尔浓度为0.38～0.76mol/L硝酸钇溶液，继续搅拌1～2h，再滴加质量分数为5%的氨水至pH为3.0～4.0，在70～80℃恒温水浴下反应1～2h，继续加热至80～90℃，保温反应2～3h后过滤，得凝胶前驱体，将凝胶前驱体置于烘箱中，在80～90℃下干燥10～12h，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨1～2h，过400目筛，得凝胶前驱体粉末，将凝胶前驱体粉末置于马弗炉中，以5～10℃/min升温速率升温至600℃，保温反应1.0～1.5h，再以10～15℃/min升温速率升温至1000℃，保温反应6～8h，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨1～2h，过400目筛，得陶瓷色料，取3～5g分散剂，0.1～0.3g流平剂，0.3～0.5g消泡剂，0.5～0.8份粘结剂，加入30～50g油墨溶剂中，以800～1000r/min搅拌30～40min，再加入25～35g陶瓷色料，继续搅拌30～40min后转入球磨机中球磨分散5～8h，用0.8～1.0μm的滤膜过滤，得喷墨用陶瓷墨水。

实例1

取0.1mol三氧化钼，加入1L质量分数为70%硝酸溶液中，以80r/min搅拌10min，再加入0.02mol氧化锆，搅拌20min后加入1L摩尔浓度为0.38mol/L硝酸钇溶液，继续搅拌1h，再滴加质量分数为5%的氨水至pH为3.0，在70℃恒温水浴下反应1h，继续加热至80℃，保温反应2h后过滤，得凝胶前驱体，将凝胶前驱体置于烘箱中，在80℃下干燥10h，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨1h，过400目筛，得凝胶前驱体粉末，将凝胶前驱体粉末置于马弗炉中，以5℃/min升温速率升温至600℃，保温反应1.0h，再以10℃/min升温速率升温至1000℃，保温反应6h，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨1h，过400目筛，得陶瓷色料，取3g分散剂，0.1g流平剂，0.3g消泡剂，0.5份粘结剂，加入30g油墨溶剂中，以800r/min搅拌30min，再加入25g陶瓷色料，继续搅拌30min后转入球磨机中球磨分散5h，用0.8um的滤膜过滤，得喷墨用陶瓷墨水。

实例2

取0.1mol三氧化钼，加入1.5L质量分数为70%硝酸溶液中，以90r/min搅拌12min，再加入0.03mol氧化锆，搅拌25min后加入1L摩尔浓度为0.59mol/L硝酸钇溶液，继续搅拌1h，再滴加质量分数为5%的氨水至pH为3.5，在75℃恒温水浴下反应1h，继续加热至85℃，保温反应2h后过滤，得凝胶前驱体，将凝胶前驱体置于烘箱中，在85℃下干燥11h，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨1h，过400目筛，得凝胶前驱体粉末，将凝胶前驱体粉末置于马弗炉中，以8℃/min升温速率升温至600℃，保温反应1.0h，再以12℃/min升温速率升温至1000℃，保温反应7h，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨1h，过400目筛，得陶瓷色料，取4g分散剂，0.2g流平剂，0.4g消泡剂，0.7份粘结剂，加入40g油墨溶剂中，以900r/min搅拌35min，再加入30g陶瓷色料，继续搅拌35min后转入球磨机中球磨分散6h，用0.9um的滤膜过滤，得喷墨用陶瓷墨水。

实例3

取0.2mol三氧化钼，加入2L质量分数为70%硝酸溶液中，以100r/min搅拌15min，再加入0.04mol氧化锆，搅拌30min后加入2L摩尔浓度为0.76mol/L硝酸钇溶液，继续搅拌2h，再滴加质量分数为5%的氨水至pH为4.0，在80℃恒温水浴下反应2h，继续加热至90℃，保温反应3h后过滤，得凝胶前驱体，将凝胶前驱体置于烘箱中，在90℃下干燥12h，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨2h，过400目筛，得凝胶前驱体粉末，将凝胶前驱体粉末置于马弗炉中，以10℃/min升温速率升温至600℃，保温反应1.5h，再以15℃/min升温速率升温至1000℃，保温反应8h，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨2h，过400目筛，得陶瓷色料，取5g分散剂，0.3g流平剂，0.5g消泡剂，0.8份粘结剂，加入50g油墨溶剂中，以1000r/min搅拌40min，再加入35g陶瓷色料，继续搅拌40min后转入球磨机中球磨分散8h，用1.0um的滤膜过滤，得喷墨用陶瓷墨水。

对照例：东莞市某有限公司生产的喷墨用陶瓷墨水。

将实例及对照例制备得到的产品进行检测，具体检测如：

粒径测试：采用英国马尔文公司的MASTERSIZER 3000粒度仪检测墨水的粒径以及粒径分布情况。

发色性能检测：采用iWave WF32系列色差仪对对比色差样品进行比色。

喷墨打印机上机测试：采用希望陶瓷机械设备有限公司生产的JET-XY700型喷墨打印机进行墨水上机测试。陶瓷墨水的研发难度较大，稳定性测试方面，虽然有可参考的几种测试方法、包括离心实验、比吸光度法、经时劣化实验、墨水静置实验等，但最好最具有说服力的是墨水的上机检测。

表1性能表征对比表

检测项目	实例1	实例2	实例3	对照例
					粒径（um）	0.386	0.373	0.397	0.447
发色性能	17.53	17.32	16.95	18.05

由表1可知，本发明制备的陶瓷墨水粒径分布窄，研磨均匀，研磨效果好，发色性能更纯正，和标样的色彩浓郁程度更相似。

采用观察陶瓷墨水颗粒的布朗运动结合相对应的离心实验可以准确可靠的考察陶瓷墨水的分散稳定性。分散稳定性好的墨水并不代表所有的性能都合格，采用陶瓷喷墨打印机将陶瓷墨水直接上机测试能够最直观的反映出陶瓷墨水的分散稳定性的优劣以及其他各项性能是否合格。经过3个月的上机循环打印测试后，本方法制备的产品的分散稳定性好，各项性能指标和打印效果最优。

Claims (8)

1.一种喷墨用陶瓷墨水，其特征在于，所述喷墨用陶瓷墨水由下述重量份原料制成：

3～5份分散剂，0.1～0.3份流平剂，0.3～0.5份消泡剂，0.5～0.8份粘结剂，30～50份油墨溶剂，15～25份陶瓷色料。

2.如权利要求1所述的一种喷墨用陶瓷墨水，其特征在于，所述陶瓷色料为锆掺杂钇钼陶瓷色料，以三氧化钼、氧化锆、硝酸钇为原料，采用溶胶-凝胶法制得凝胶前驱体，干燥粉碎后烧结制得。

3.如权利要求2所述的一种喷墨用陶瓷墨水，其特征在于，所述三氧化钼、氧化锆、硝酸钇的摩尔比为1：0.2：3.8。

4.如权利要求2所述的一种喷墨用陶瓷墨水，其特征在于，所述烧结过程为在马弗炉中，以5～10℃/min升温速率升温至600℃，保温反应1.0～1.5h，再以10～15℃/min升温速率升温至1000℃，保温反应6～8h。

5.如权利要求1所述的一种喷墨用陶瓷墨水，其特征在于，所述分散剂为聚羧酸钠盐、聚丙烯酸钠、分散剂5025中任意一种。

6.如权利要求1所述的一种喷墨用陶瓷墨水，其特征在于，所述粘结剂为丙烯酸树脂。

7.如权利要求1所述的一种喷墨用陶瓷墨水，其特征在于，所述油墨溶剂为丙二醇与二甘醇按体积比1：3混合组成。

8.如权利要求1～7任意一项所述的一种喷墨用陶瓷墨水的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：

S1.按配比将三氧化钼、氧化锆、硝酸钇混合，再滴加氨水至pH为3～4，在70～80℃反应1～2h后继续加热至80～90℃，保温反应2～3h过滤，得凝胶前驱体；

S2.将凝胶前驱体置于烘箱中干燥10～12h，取出并装入研磨机中研磨1～2h，过400目筛，得凝胶前驱体粉末；

S3.将凝胶前驱体粉末置于马弗炉中烧结，冷却至室温后取出，并装入研磨机中研磨1～2h，过400目筛，得陶瓷色料；

S4.取分散剂、流平剂、消泡剂、粘结剂，加入油墨溶剂中混合均匀，再加入陶瓷色料，搅拌30～40min后转入球磨机中球磨分散5～8h，用0.8～1.0μm的滤膜过滤，得喷墨用陶瓷墨水。