顆粒分布對(duì)藍(lán)色陶瓷印花性能的影響

顆粒分布對(duì)藍(lán)色陶瓷印花性能的影響

1陶瓷噴墨打印的特點(diǎn)彩色墨水打印技術(shù)是將瓷粉制成各種打印材料的技術(shù)。它直接通過(guò)計(jì)算機(jī)將其打印到正方形、背面或其他物體上。體積的形狀和大小由計(jì)算機(jī)控制。噴墨打印技術(shù)與現(xiàn)有的裝飾手段相比具有很多優(yōu)點(diǎn)：(1）打印出來(lái)的圖案更具有立體感，且圖案可以多樣化、復(fù)雜化；(2）能夠?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)與制造，既節(jié)省時(shí)間，又提高效率；(3）墨水的利用率高，節(jié)省成本；(4）噴墨打印是一種非接觸式裝飾方法，有可能突破現(xiàn)有的裝飾手段中的一些人為因素的制約，進(jìn)一步提高陶瓷裝飾效果。在陶瓷裝飾彩色噴墨打印中，最主要且最難的就是陶瓷墨水的研制，因?yàn)樘沾赡男阅芤蟪胀念w粒度、粘度、表面張力以外，根據(jù)陶瓷應(yīng)用特點(diǎn)還要求一些特殊性能，如：(1）要求陶瓷粉料在溶劑中能保持良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，長(zhǎng)時(shí)間存放也不會(huì)出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)變化和顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象；(2）要求打印的色劑高溫?zé)珊缶哂辛己玫某噬阅芤约芭c坯釉的匹配性能。本論文主要研究了墨水中的陶瓷色料顆粒大小及分布對(duì)墨水呈色性能及沉降性能的影響。2實(shí)驗(yàn)2.1納米陶瓷墨水的制備先用攪拌器將一定量超分散劑充分溶解于溶劑中，再加入無(wú)機(jī)顏料，然后攪拌30min，混合均勻后，用納米制備系統(tǒng)研磨一定時(shí)間，得到陶瓷表面裝飾墨水。本研究配制了1kg色漿用于研磨。2.2性能試驗(yàn)2.2.1粒度測(cè)量采用英國(guó)馬爾文儀器公司生產(chǎn)的MASTERSIZR-2000型激光粒度分析儀對(duì)分散體系的粒徑大小以及粒徑的分布情況進(jìn)行測(cè)試。2.2.2墨水的顏色性能試驗(yàn)將墨水均勻涂在釉面上，然后在高溫下燒結(jié)，并在CM-2600D色差儀測(cè)出L*、a*、b*值。2.2.3羅馬不利穩(wěn)定的測(cè)定將墨水放入帶有刻度的試管中，靜置60天，觀察其懸浮穩(wěn)定性情況。2.2.4決定墨水流量的測(cè)定墨水的粘度由SNB-2數(shù)字旋轉(zhuǎn)粘度儀測(cè)定。2.2.5表面張力的測(cè)量采用美國(guó)ThermoCahn公司的表面張力及接觸角測(cè)試儀測(cè)定藍(lán)色墨水的表面張力。3結(jié)果與分析3.1平均粒徑與研磨時(shí)間的關(guān)系本實(shí)驗(yàn)采用納米制備系統(tǒng)對(duì)色漿進(jìn)行分散研磨，分別在2h、4h、6h、8h、10h、12h取樣，并做粒度分布測(cè)試，得出平均粒徑與研磨時(shí)間的關(guān)系圖，見圖1。由圖1可以看出，隨著研磨時(shí)間的增加，藍(lán)色顏料平均粒徑隨之減小，平均粒徑在研磨的前2h急劇減小，4h后緩慢減小。說(shuō)明顏料研磨到亞微米粒度后，很難進(jìn)一步細(xì)磨分散。為了獲得滿足陶瓷墨水顏料粒度性能要求的墨水，樣品必須研磨8h以上。3.2平均粒徑及粒度分布把1#～6#樣品以及外國(guó)進(jìn)口藍(lán)色墨水均勻噴涂在施有白色底釉的釉面磚上，然后在1210℃下燒成，用CM-2600D色差儀分別測(cè)出各釉面磚的L、a*、b*值，墨水的粒徑及發(fā)色情況見表1。由表1可知，墨水樣品中藍(lán)色陶瓷顏料在研磨過(guò)程中，顏色發(fā)生了變化。首先，顏料的明度值（L）隨著粒徑的減小發(fā)生急劇下降，當(dāng)平均粒徑達(dá)到180nm左右時(shí)，下降程度趨于平緩，顏料的粒徑影響到呈色的明暗程度，顆粒愈細(xì)，發(fā)色愈暗。其次，顏料的綠色值（a*）則隨著粒徑的減小而出現(xiàn)增大趨勢(shì)，而顏料的藍(lán)度值（b*)則隨著粒徑的減小而呈現(xiàn)減小的現(xiàn)象。對(duì)比這6個(gè)樣品間的色差，其中樣品1#與樣品6#的總色差E*ab最大，為15.1，肉眼感覺顏色差異非常顯著；樣品5#與6#之間的總色差E*ab最小，為0.14，肉眼判斷兩者顏色幾乎沒有差異，其中陶瓷墨水的明度值（L）、色度值（a*、b*）與粒徑的變化情況分別見圖2～圖4。圖5是各樣品與進(jìn)口墨水的粒度分布圖，用偏移值來(lái)表征顆粒尺寸分布及其發(fā)散情況。偏移值是平均粒徑的平方除以質(zhì)量百分比分別為16%和84%的兩種顆粒粒徑的乘積的值。且大量文獻(xiàn)都認(rèn)為研磨后的顆粒尺寸服從自然對(duì)數(shù)分布關(guān)系。計(jì)算各樣品的偏移值后發(fā)現(xiàn)都小于1，即顆粒分布都為負(fù)分布（偏移值<1為負(fù)分布），相對(duì)于正態(tài)分布來(lái)說(shuō)，各樣品在大粒徑處的顆粒較多。由圖5可知，隨著研磨時(shí)間的增加，大顆粒比例逐漸減少，細(xì)顆粒的比例逐漸增加，粒度范圍也逐漸縮小，而平均比表面積增大。納米、亞微米顏料顆粒比表面積的變化可能會(huì)引起顆粒對(duì)光的吸收反射的變化，從而影響顏色的差異，所以顆粒分布的差異，必然導(dǎo)致顏色的不同。3.3研磨時(shí)間和粒徑對(duì)粒徑的影響把1#～4#樣品分別裝在帶有刻度的試管里面，放置兩個(gè)月之后，觀察其沉降情況，如圖6。由于粒徑的不同，墨水的沉降穩(wěn)定性能有所不同。從圖6可以看出，1#、2#表面有明顯的分層現(xiàn)象，且1#較2#明顯。3#幾乎看不出分層的情況，4#未出現(xiàn)分層情況，呈色也均勻，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)5#、6#與4#情況很相似。4#、5#、6#放置3個(gè)月后也未出現(xiàn)分層，且整體呈色均勻，底部也未見有顏料沉淀?？梢娫诜稚┑葪l件一定的情況下，球磨時(shí)間的增加，樣品的懸浮穩(wěn)定性越好。即顏料粒度愈小和分布范圍愈窄，墨水樣品的懸浮穩(wěn)定性愈好。究其原因可能是墨水樣品在研磨時(shí)間少于4h時(shí)，部分顏料粒度太大，且大顆粒部分所占比例比較大，重力失穩(wěn)而容易引起分層。墨水在研磨時(shí)間超過(guò)6h后，墨水的平均粒徑已經(jīng)降低到了214nm以下，且粒度分布也變窄，此時(shí)顏料顆粒沉淀主要是顆粒之間范德華力的作用導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚引起，但是加入的分散劑吸附在顆粒上面，使顆粒之間產(chǎn)生了空間位阻排斥力。顆粒之間的空間位阻排斥力大于引力，墨水懸浮穩(wěn)定性良好，也一定程度上說(shuō)明本試驗(yàn)藍(lán)色墨水的制備在分散劑的選擇和用量適宜。經(jīng)測(cè)試4#、5#、6#樣品的粘度、表面張力等性能都能滿足噴墨打印墨水的性能要求。4顏料的性能要求(1）利用分散法成功制備出了藍(lán)色陶瓷表面裝飾墨水，并確定墨水在研磨8h后就能夠達(dá)到噴墨打印墨水的性能要求。(2）顏料的粒徑影響到呈色的明暗程