CN112010558B - 无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物、无铅硅酸盐玻璃釉及其应用 - Google Patents

无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物、无铅硅酸盐玻璃釉及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物、无铅硅酸盐玻璃釉及其应用。其中，该无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物中固体成分组成包括：氧化硼3～7.5％、二氧化硅10～15％、三氧化二铝20～30％、氧化钙5～10％、氧化锌2～5％、氧化锶2～5％、氧化钡2～10％、二氧化锆5～8.5％和二氧化钌15～25％。应用本发明的技术方案，本发明的硅酸盐玻璃釉具有良好的耐磨性、导热性以及耐腐蚀性。

Description

无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物、无铅硅酸盐玻璃釉及其应用
技术领域
本发明涉及热敏打印头技术领域，具体而言，涉及一种无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物、无铅硅酸盐玻璃釉及其应用。
背景技术
硅酸盐玻璃釉是现行热敏打印头常用的保护层材料，通常硅酸盐玻璃釉添加了20～40％质量分数的氧化铅，降低烧结温度、减少玻璃釉的缺陷，提高玻璃釉的性能，但是也使得热敏打印头产品中铅元素含量超标。为减少铅对环境的污染、对人们身体健康的危害，需要采用无铅的玻璃釉材料；另外，在如餐饮厨房、水产品市场等比较潮湿场合应用的热敏打印头，对热敏打印头玻璃釉保护层耐磨、耐腐蚀性能有特殊要求，现有含铅玻璃不能满足市场的上述需求。
发明内容
本发明旨在提供一种无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物、无铅硅酸盐玻璃釉及其应用，以提供一种耐磨、耐腐蚀性能优异的无铅硅酸盐玻璃釉。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物。该无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物中固体成分组成包括：氧化硼3～7.5％、二氧化硅10～15％、三氧化二铝20～30％、氧化钙5～10％、氧化锌2～5％、氧化锶2～5％、氧化钡2～10％、二氧化锆5～8.5％和二氧化钌15～25％。
进一步地，氧化硼与二氧化硅的质量比为(1：5)～(1：2)。
进一步地，二氧化锆与二氧化钌的质量比为(1：5)～(1：2)。
进一步地，二氧化钌的中心粒径D50为0.1～3.0μm。
进一步地，二氧化锆的中心粒径D50为0.1～5.0μm。
进一步地，三氧化二铝的中心粒径D50为0.1～3.0μm。
根据本发明的另一个方面，提供一种无铅硅酸盐玻璃釉。该无铅硅酸盐玻璃釉采用如权利要求1至6中任一项的无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物制备而成。
进一步地，按质量百分比计无铅硅酸盐玻璃釉包括以下组分：氧化硼3～7.5％、二氧化硅10～15％、三氧化二铝20～30％、氧化钙5～10％、氧化锌2～5％、氧化锶2～5％、氧化钡2～10％、二氧化锆5～8.5％和二氧化钌15～25％。
进一步地，无铅硅酸盐玻璃釉通过以下步骤制备得到：将氧化硼、二氧化硅、部分三氧化二铝、氧化钙混合后采用1200～1500℃预烧制备保护层玻璃；将保护层玻璃球磨粉碎后制得粒径0.1～5μm粉末颗粒；将粉末颗粒与氧化锌、氧化锶、氧化钡、剩余部分三氧化二铝、二氧化锆和二氧化钌混合，然后采用乙基纤维素以及混合有松油醇或丁基卡必醇醋酸酯的混合溶剂形成浆料状物质；将浆料状物质采用600～1000℃烧结形成无铅硅酸盐玻璃釉。
根据本发明的又一方面，提供了一种上述无铅硅酸盐玻璃釉作为热敏打印头保护层的应用。
应用本发明的技术方案，本发明的硅酸盐玻璃釉具有良好的耐磨性、导热性以及耐腐蚀性。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
本发明采用氧化硼(B2O3)以及二氧化硅(SiO2)为玻璃形成体氧化物，构成玻璃釉骨架；氧化锶(SrO)、氧化钡(BaO)、氧化锌(ZnO)作为烧结助剂添加，起到助熔作用，降低硅酸盐玻璃软化点，提高高温流动性，从而可以制备缺陷率较低的玻璃釉保护层。
二氧化钌(RuO2)作为高硬导电导热物质添加，增强玻璃釉的硬度、改善玻璃釉的耐热性、赋予玻璃釉导电性，提高玻璃釉工作时的耐磨性能以及抵抗高湿度下耐腐蚀性能；氧化锆(ZrO2)作为增韧剂添加有效抑制表面因颗粒状物质划擦产生的划痕延伸。氧化铝(Al2O3)作为无铅保护层玻璃骨架组成以及填料添加。作为玻璃骨架添加可以形成优异耐热性、高强度保护层玻璃；作为填料添加可以均匀分散到玻璃骨架中，从而降低印字时表面膜层应力，提高膜层物理强度。
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物。该无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物中固体成分组成包括：氧化硼3～7.5％、二氧化硅10～15％、三氧化二铝20～30％、氧化钙5～10％、氧化锌2～5％、氧化锶2～5％、氧化钡2～10％、二氧化锆5～8.5％和二氧化钌15～25％。
应用本发明的技术方案，本发明的硅酸盐玻璃釉具有良好的耐磨性、导热性以及耐腐蚀性。
优选的，氧化硼与二氧化硅的质量比为(1：5)～(1：2)，氧化硼与二氧化硅的质量比在此比例范围内时制备的无铅硅酸盐玻璃釉具有较高的强度。
优选的，二氧化锆与二氧化钌的质量比为(1：5)～(1：2)，控制此比例范围可以使获得的无铅硅酸盐玻璃釉具有较好的韧性。在本发明一优选的实施例中，二氧化钌的中心粒径D50为0.1～3.0μm，二氧化锆的中心粒径D50为0.1～5.0μm，三氧化二铝的中心粒径D50为0.1～3.0μm。根据本发明一种典型的实施方式，提供一种无铅硅酸盐玻璃釉。该无铅硅酸盐玻璃釉采用上述无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物制备而成，其中，按质量百分比计无铅硅酸盐玻璃釉包括以下组分：氧化硼3～7.5％、二氧化硅10～15％、三氧化二铝20～30％、氧化钙5～10％、氧化锌2～5％、氧化锶2～5％、氧化钡2～10％、二氧化锆5～8.5％和二氧化钌15～25％。
本发明制备的无铅硅酸盐玻璃具有较高的软化点以及热转移点，Tg(转移点温度)约为660～680℃，Ts(玻璃软化点温度)约为750～800℃，具有优异的耐热性，可有效改善玻璃釉的耐热冲击性能，从而提高该保护层玻璃釉的耐疲劳性即提高保护层寿命。
本发明制备的无铅硅酸盐保护层，具有较高的物理硬度，约为900～1200HV，同等打印距离下，保护玻璃釉层磨损量比现有技术的含铅硅酸盐玻璃釉降低20～30％。
本发明的无铅硅酸盐玻璃釉内部构成含有氧化钌，在玻璃釉内部形成的导电路径，可快速释放表面积累的静电荷，同比普通硅酸盐玻璃釉层，正常打印过程中积累的电荷量降低为原来1/2-1/3，可有效提高产品耐静电能力。该无铅硅酸盐玻璃釉保护层具有导电性，表面阻抗约为0.1-10MΩ，抑制因高湿环境产生的电腐蚀；从而提高产品耐腐蚀能力。
本发明的无铅硅酸盐玻璃釉氧化锆、氧化铝作为填料添加，有效增强该保护层耐离子腐蚀能力以及提高抵抗硬质异物引起的划痕、抑制因硬质异物引起的划痕蔓延。与普通硅酸盐玻璃釉保护层比较，本发明无铅硅酸盐保护层玻璃釉走行寿命距离可提高为原来3～5倍。
根据本发明一种典型的实施方式，按质量百分比计无铅硅酸盐玻璃釉包括以下组分：氧化硼3～7.5％、二氧化硅10～15％、三氧化二铝20～30％、氧化钙5～10％、氧化锌2～5％、氧化锶2～5％、氧化钡2～10％、二氧化锆5～8.5％和二氧化钌15～25％；无铅硅酸盐玻璃釉通过以下步骤制备得到：首先按照一定重量百分比分别依次称取该保护层玻璃骨架的构成物质，氧化硼、二氧化硅、部分氧化铝和氧化钙，然后混合后采用1200～1500℃预烧制备保护层玻璃，球磨粉碎后制得粒径0.1～1μm区间内粉末颗粒；按照一定重量百分比依次添加填料氧化锌、氧化锶、氧化钡、剩余部分三氧化二铝、二氧化锆和二氧化钌。然后采用乙基纤维素以及混合有松油醇或丁基卡必醇醋酸酯等混合溶剂形成浆料状物质。采用行星式搅拌机或乳钵式搅拌机进行粗分散，采用三辊轧磨机进行精细分散。采用丝网印刷印刷到热敏打印头用发热基板表面，采用600～1000℃烧结形成保护层玻璃釉。
硅酸盐玻璃釉具有良好的耐磨性、导热性以及耐腐蚀性，热传导率同比普通硅酸盐玻璃可以由3w/m*k可提高为15w/m*k。本发明的无铅硅酸盐玻璃釉特别适合作为热敏打印头保护层的应用。
下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1
在本实施例中，硅酸盐玻璃釉组分中的固形物组份按重量百分比组成是：氧化硼(B2O3)3.5％、二氧化硅(SiO2)15％、氧化铝(Al2O3)30％、氧化钙(CaO)6.5％、氧化锌(ZnO)2％、氧化锶(SrO)2％、氧化钡(BaO)10％、氧化锆(ZrO2)8％、氧化钌(RuO2)23％。
分别按照以上比例称取氧化硼3.5g、二氧化硅15g、氧化铝15g、氧化钙6.5g、氧化锌2g、氧化锶2g、氧化钡10g；置于坩埚中，在箱式烧结炉中采用1300℃；高温保持12小时后随炉慢冷；降至室温后取出烧成块材玻璃；采用0.5μm氧化锆球以及无水乙醇作为研磨介质；球磨机中球磨48H；制得中心粒径D50为0.5μm玻璃粉体。分别依次添加氧化铝15g(D50为1μm)、氧化锆8g(D50为3μm)、氧化钌粉(D50为0.1μm)23g；添加乙基纤维素以及松油醇、丁基卡必醇醋酸酯混合溶剂50g(乙基纤维素5％、松油醇47.5％、丁基卡必醇醋酸酯47.5％)。制备固体含量为66.67％的无铅硅酸盐玻璃。采用离心搅拌机1500rpm转速搅拌20min；进行粗分散。采用三辊轧磨机20μm间隙，300rpm转速高分散8回。从而得到该厚膜浆料。采用150目丝网进行印刷、900℃烧结，从而得到该无铅硅酸盐保护层。
该配比制备的硅酸盐玻璃，转移点温度Tg约为680℃；软化点温度Ts约为800℃。物理硬度约为950Hv；表面阻抗约为3MΩ；同比现有普通硅酸盐玻璃同等距离下磨耗降低为原来1/2左右；耐腐蚀时间可以由24H提高为264H以上。该组成无铅硅酸盐玻璃具有优异的耐磨耐腐蚀性。
实施例2
在本实施例中，硅酸盐玻璃釉组分中的固形物组份按重量百分比组成是：氧化硼(B2O3)7％、二氧化硅(SiO2)15％、氧化铝(Al2O3)25％、氧化钙(CaO)10％、氧化锌(ZnO)3％、氧化锶(SrO)3％、氧化钡(BaO)10％、氧化锆(ZrO2)7％、氧化钌(RuO2)20％。
分别按照以上比例依次称取氧化硼7g、氧化硅15g、氧化铝20g、氧化钙10g、氧化锌3g、氧化锶3g、氧化钡10g；置于坩埚中，在箱式烧结炉中采用1350℃；高温保持12小时后随炉慢冷；降至室温后取出烧成块材玻璃；采用0.3μm氧化锆球以及无水乙醇作为研磨介质；球磨机中球磨48H；制得中心粒径D50为0.3μm玻璃粉体。分别依次添加氧化铝5g(D50为0.5μm)、氧化锆7g(D50为0.1μm)、氧化钌粉(D50为0.1μm)20g；添加乙基纤维素以及松油醇、丁基卡必醇醋酸酯混合溶剂60g(乙基纤维素5％、松油醇47.5％、丁基卡必醇醋酸酯47.5％)。制备固体含量为62.5％的无铅硅酸盐玻璃。采用离心搅拌机1800rpm转速搅拌20min；进行粗分散。采用三辊轧磨机20μm间隙，500rpm转速高分散10回。从而得到该厚膜浆料。采用200目丝网进行印刷、900℃烧结，从而得到该无铅硅酸盐保护层。
该配比制备的硅酸盐保护层玻璃表面粗糙度约为0.2μm；同比现有普通硅酸盐玻璃同等距离下磨耗降低为原来2/3左右。
本实施例的无铅硅酸盐玻璃具有优异表面平滑性以及耐磨性。
实施例3
在本实施例中，硅酸盐玻璃釉组分中的固形物组份按重量百分比组成是：氧化硼(B2O3)5％、氧化硅(SiO2)10％、氧化铝(Al2O3)30％、氧化钙(CaO)6％、氧化锌(ZnO)3％、氧化锶(SrO)3％、氧化钡(BaO)8％、氧化锆(ZrO2)10％、氧化钌(RuO2)25％。
分别按照以上比例依次称取氧化硼5g、氧化硅10g、氧化铝10g、氧化钙6g、氧化锌3g、氧化锶3g、氧化钡8g；置于坩埚中，在箱式烧结炉中采用1400℃；高温保持12小时后随炉慢冷；降至室温后取出烧成块材玻璃；采用1μm氧化锆球以及无水乙醇作为研磨介质；球磨机中球磨48H；制得中心粒径D50为1μm玻璃粉体。分别依次添加氧化铝20g(D50为1μm)、氧化锆7g(D50为3μm)、氧化钌粉(D50为0.5μm)25g；添加乙基纤维素以及松油醇、丁基卡必醇醋酸酯混合溶剂80g(乙基纤维素5％、松油醇47.5％、丁基卡必醇醋酸酯47.5％)。制备固体含量为55.5％的无铅硅酸盐玻璃。采用离心搅拌机1500rpm转速搅拌20min；进行粗分散。采用三辊轧磨机10μm间隙，200rpm转速分散10回。从而得到该厚膜浆料。采用325目丝网进行印刷、900℃烧结，从而得到该无铅硅酸盐保护层。
该配比制备的硅酸盐保护层玻璃表面粗糙度约为0.4μm；此时无铅硅酸盐玻璃膜面较为粗糙，膜层硬度高；约为韦氏硬度1000Hv；具备优异的导热性能，热传导率为15w/m*k。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明的硅酸盐玻璃釉具有良好的耐磨性、导热性以及耐腐蚀性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于热敏打印头保护层的无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物，其特征在于，所述无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物中固体成分组成包括：氧化硼3～7.5％、二氧化硅10～15％、三氧化二铝20～30％、氧化钙5～10％、氧化锌2～5％、氧化锶2～5％、氧化钡2～10％、二氧化锆5～8.5％和二氧化钌15～25％；所述氧化硼与所述二氧化硅的质量比为(1：5)～(1：2)；所述二氧化钌的中心粒径D50为0.1～3.0μm；所述二氧化锆的中心粒径D50为0.1～5.0μm；所述三氧化二铝的中心粒径D50为0.1～3.0μm。
2.根据权利要求1所述无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物，其特征在于，所述二氧化锆与所述二氧化钌的质量比为(1：5)～(1：2)。
3.一种用于热敏打印头保护层的无铅硅酸盐玻璃釉，其特征在于，所述无铅硅酸盐玻璃釉采用如权利要求1至2中任一项所述的无铅硅酸盐玻璃釉原料组成物制备而成。
4.根据权利要求3所述的无铅硅酸盐玻璃釉，其特征在于，按质量百分比计所述无铅硅酸盐玻璃釉包括以下组分：氧化硼3～7.5％、二氧化硅10～15％、三氧化二铝20～30％、氧化钙5～10％、氧化锌2～5％、氧化锶2～5％、氧化钡2～10％、二氧化锆5～8.5％和二氧化钌15～25％；所述氧化硼与所述二氧化硅的质量比为(1：5)～(1：2)；所述二氧化钌的中心粒径D50为0.1～3.0μm；所述二氧化锆的中心粒径D50为0.1～5.0μm；所述三氧化二铝的中心粒径D50为0.1～3.0μm。
5.根据权利要求3所述的无铅硅酸盐玻璃釉，其特征在于，所述无铅硅酸盐玻璃釉通过以下步骤制备得到：
将氧化硼、二氧化硅、部分三氧化二铝、氧化钙混合后采用1200～1500℃预烧制备保护层玻璃；
将所述保护层玻璃球磨粉碎后制得粒径0.1～5μm粉末颗粒；
将所述粉末颗粒与氧化锌、氧化锶、氧化钡、剩余部分三氧化二铝、二氧化锆和二氧化钌混合，然后采用乙基纤维素以及混合有松油醇或丁基卡必醇醋酸酯的混合溶剂形成浆料状物质；
将所述浆料状物质采用600～1000℃烧结形成所述无铅硅酸盐玻璃釉。
6.如权利要求3至5中任一项所述的无铅硅酸盐玻璃釉作为热敏打印头保护层的应用。
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