陶瓷墨水的技術創新及功能化發展

鄭樹龍++張緹++林海浪

摘 要：噴印技術能大幅提高產品的仿真度和清晰度，增強產品的競爭力，助力企業搶占終端市場。未來的陶瓷墨水產品技術創新，主要集中在水性陶瓷墨水和功能化陶瓷墨水兩大領域。本文提出了陶瓷墨水的技術創新路線，對噴墨打印水性體系陶瓷墨水、功能化陶瓷墨水的技術創新進行了闡述，對其應用技術及市場前景提出了展望。

關鍵詞：陶瓷墨水；技術創新；水性陶瓷墨水；功能化陶瓷墨水

1 引言

陶瓷噴墨打印技術的普及促進了傳統色釉料生產企業的轉型升級，在國產噴墨打印設備不斷完善和改進的前提下，國內色釉料行業也迎來了一次技術革命。隨著國產陶瓷墨水用量的不斷增加，以及產品性能的不斷改進，產品品質得到了很大的提升。對照國外墨水公司近幾年的色卡，國產墨水的發色效果也在逐步完善，在技術服務、墨水價格等方面，國內墨水生產企業的優勢已經超過了進口墨水供應商。另外，大孔徑噴頭、噴釉噴頭的推出對于國產墨水企業也是一個發展良機[1]。

國產墨水要與國外墨水競爭，除了價格優勢外，國產墨水的安全性、穩定性、使用性能、發色等方面必須不斷進步，從實質上達到或超過國外同類產品。建筑陶瓷功能化是傳統建筑陶瓷產業升級的必由之路，利用噴墨技術將功能性的陶瓷墨水打印在陶瓷磚上，可以實現建筑陶瓷的個性化和功能化，并且大幅度提高產品的附加值。

2015年6月，廣東省地方標準《陶瓷裝飾用溶劑型噴墨打印墨水》順利通過專家組審定，在陶瓷噴墨墨水領域填補了國內空白。這是全國第一份陶瓷噴墨墨水的標準，該標準的制定為促進產業健康發展提供了保障，也為規范和提高陶瓷噴墨打印墨水生產技術提供了有力的技術支持[2]。

2 國內外陶瓷墨水的研究現狀

目前，國內陶瓷墨水已研發大約12～14種，包括7種不同顏色。其中藍色發色力最強，黃色發色力較弱，現有的黃色墨水帶有綠色調。棕色居中，鮮艷的紅色仍然很難達到，且白色墨水的白度也不高。此外，現有進入生產的組合陶瓷墨水一般為3色（藍、棕、黃）、4色（藍、棕、黃、桔）、5色及6色[3]。

2014年西班牙瓦倫西亞國際瓷磚衛浴展上，FERRO（西班牙）研發的水溶性墨水獲得化工領域的阿爾法獎。水性墨水制備出的瓷磚產品色彩鮮艷、靚麗，引發了國際市場的廣泛關注，水性陶瓷墨水的推出可能迎來噴墨技術的新一輪技術變革。表1、表2分別介紹了國外墨水生產商[4-6]及國內墨水生產商[7-9]的研發現狀。

3 陶瓷墨水的技術創新路線

噴印技術能大幅提高產品的仿真度和清晰度，增強產品的競爭力，助力企業搶占終端市場。未來的陶瓷墨水產品技術創新，主要集中在水性陶瓷墨水和功能化陶瓷墨水兩大領域。

4 噴墨打印水性體系陶瓷墨水的技術創新

4.1 拋光磚陶瓷墨水已實現中試生產

拋光磚墨水是最近研發成功并應用于拋光磚圖案打印的墨水，可適用于表面強度高、耐磨性能好的拋光磚裝飾[10]。拋光磚墨水區別于釉面磚使用的墨水，但都是使用噴墨打印機將墨水噴印在拋光磚上，屬于水性體系墨水。目前，已經成功上線應用，滲花深度達3～4 mm，總體效果趨于穩定，技術基本成熟。

噴墨拋光磚是指采用可溶性液體染色物作為發色體，通過噴墨打印技術，將圖案打印到坯體表面，液體染色物滲入到坯體（或釉體）內部，經過高溫煅燒后，從而呈現出具有色彩的裝飾圖案。噴墨拋光磚的面世是墨水、噴頭和設備聯動創新的成果，拋光磚墨水需要專門的水性體系噴頭和適應水性體系墨路的噴墨打印機。目前，已成功開發出灰、褐、藍、灰綠、咖啡、黃綠、黑、白等顏色的墨水，開發的墨水擴散問題得到解決，能夠很好地避免噴墨后墨水橫向擴散，并且垂直滲透能力強，滲透深度達到4 mm以上，拋光后滲透深度仍然有2 mm以上，垂直滲透還得益于噴墨后噴特殊的助滲劑。

噴墨拋光磚與傳統絲網印刷的亮點在于噴墨同時噴印，定位準確，不同顏色的發色因子相互疊加、均勻合理，可以在磚面得到濃淡相宜、顏色平緩過渡的版面效果，可實現平行和垂直的噴印。現在已經設計出鮮綠、鮮黃調的版面效果，其具有翡翠般的玉質感。未來噴墨拋光磚將具有質感、玉感、觸感的效果，其設計空間將是無限的。另外，噴墨拋光磚的另一亮點在于設計模仿將難于拋釉磚，因為噴墨拋光磚的發色與坯體的配方關系密切，將有利于品牌的保護。表3給出了噴墨拋光磚的一些生產參數。

4.2 大墨量水性陶瓷墨水

從現在噴墨產品來看，現有的油性墨水在生產淺色瓷磚具有優勢，而缺點在于難于發出大紅、大紫、檸檬黃等圖案比較鮮艷飽滿的顏色，難以得到炫彩圖案，一些大圖案始終比不上輥筒印刷。而伴隨著噴頭的設計創新，噴墨量將達到100～1000 g/m2，噴墨量提升后，墨水的顆粒亦可進一步放大。如此大的噴墨量，需要水性體系的墨水進行配合，方可完全與釉料兼容，避免出現裂釉等缺陷，同時在環保上得到改善，也有利于儀器設備的清洗。

在國外，已經有水性體系的墨水在流通；在國內，2015年廣州陶瓷工業展上，也有水性體系的墨水展出，不過除了滲花墨水有應用樣板外，其他的普通水性色料體系墨水未見應用樣板展出。從目前的文獻資料來看，裝飾用的水性陶瓷墨水可供參考的研究性文獻極少，其關鍵技術主要被掌握在少數西班牙陶瓷色釉料公司。在2015年廣州陶瓷工業展上亦有一些進口助劑公司，如畢克化學等，相關水性助劑的展示也在一定程度上加速了水性墨水的產品研發力度和進度。在大墨量水性陶瓷墨水的工業應用配套方面，國外的噴墨打印用設備廠商，也一直在研究適用于大墨量墨水噴墨打印的噴頭，詳細參數如表4所示。

4.3 噴釉噴墨一體化技術

數碼噴釉墨水包括下陷釉、金屬釉、閃光釉、啞光釉、白花釉、滲花釉等。噴釉通過特殊的陶瓷噴墨打印噴頭將功能墨水、釉料直接通過噴頭噴射到瓷磚表面，呈現立體感強的特殊裝飾效果，如：各種立體顆粒、凹凸紋理等。噴釉是陶瓷噴墨的發展趨勢，目前的數碼噴印設備發展的趨勢是集噴墨噴釉于一體，噴釉與噴墨功能可在同一設備上靈活配合使用，可進行噴頭的混搭、兼容，可支持使用不同品牌，墨水配置的多樣性和對陶瓷色釉料的兼容性，以及強大的電腦軟件管理系統的開發，為噴釉技術的實際應用提供了技術支持，帶來無限可能。數碼噴釉亦將在大規格板材方面具有優勢，在國外工業展上曾展示出5400 mm×1800 mm規格的大板，如此大規格的陶板，唯有用到噴釉技術才能進行施釉。所以，隨著日后的大規格板材和薄板需求增多，噴釉技術能很好地配合特殊規格板材的生產。

5 噴墨打印功能化陶瓷墨水的技術創新

功能墨水是指用于瓷磚的釉面表層，賦予瓷磚有益于人身體健康或特殊效果、特定環境特殊要求的附加功能，是色料墨水成熟應用之后發展起來的陶瓷墨水新品。利用噴墨技術將功能性陶瓷墨水打印在陶瓷磚上，可以實現建筑陶瓷的個性化和功能化，順應了國家政策和消費者的主流，對于陶瓷企業研制新產品，打造品牌具有十分重大的意義。

近年來，國內墨水企業專注于功能墨水的研發，并成功研發出負離子墨水、下陷墨水、爆花墨水、金屬效果墨水、閃光墨水、自潔墨水、變色墨水等功能性墨水。目前，在各大產區以及海外一些大型品牌企業已經應用功能墨水進行產品創新取得了重大的成效。另外，在一些適合我國國情的功能墨水方面，負離子墨水在國際上未見相關報道。

5.1 負離子功能墨水

負離子陶瓷墨水數碼技術[7]是指將負離子材料研制成陶瓷墨水并應用陶瓷噴墨機打印在陶瓷磚表面，經燒成后能夠永久產生負離子的技術。具有成本低廉、不影響磚面圖案效果、負離子發生量高、放射性達到A類合格水平、應用方便等優點。同時還具有普通油性墨水一樣的使用性能，可直接在現有體系的噴頭和工藝條件上應用。負離子磚產生的負離子可以凈化空氣，能讓人精力充沛，提高人們的工作效率，在一些公共場所，如：學校、醫院、辦公樓、養老院、娛樂場所等地方將能發揮很好的作用，有利于改善人們的健康。負離子墨水的技術指標如表5所示。負離子墨水數碼噴印的參數如表6所示。

5.2 變色功能墨水

變色功能墨水是將稀土元素的發光特性充分應用在陶瓷噴墨墨水中，利用稀土獨特的光學性能作為著色或助色原料[11]。近些年來，稀土在高級建筑裝飾材料和藝術陶瓷、日用瓷等方面的應用越來越廣泛，能夠達到一些傳統色料不能達到的效果。使用稀土原料燒制成的陶瓷是采用一般著色劑的產品難以比擬的，其色澤艷麗、柔潤、均勻，如：桔黃、嬌黃、淺藍、銀灰、紫色等玲瓏精美，且獨有的變色和發光效果，更是精絕。隨著照射光線強弱的不同而變化的各種顏色異彩紛呈、瑰麗多姿。變色功能墨水噴印在陶瓷磚表面經燒結后，由于稀土氧化物譜線繁多，其在可見光區具有多個明顯狹窄吸收峰，在不同光照下能呈現出不同的色彩，其中以釹稀土為變色材料的墨水在日光燈下呈現出藍色色彩，而在弱光下呈現出粉紅調的色彩。變色功能墨水經過對粉體進行改性，墨水具有良好的使用穩定性和高溫呈色穩定性，墨水適應現在市面上流行的各種噴頭和噴墨設備。變色功能墨水的技術指標如表7所示。

5.3 下陷功能墨水

下陷墨水是使用在高溫條件下能夠產生溶蝕效果的材料制得的墨水，其下陷效果深淺可調節，下陷線條寬度可減小到1 mm以下。達到相同的瓷磚圖案，相比下陷釉節省至少50%以上的用量。燒成溫度范圍廣，在1000～1200 ℃之間的范圍均可，一次燒、二次燒墻地磚均可。墨水不會影響磚面色彩的發色，其表現的立體、簡潔、高貴的效果，是新一輪開發新產品高峰的首選科技產品。目前，已在一些知名陶瓷品牌廠家應用，在開發拋釉磚類、墻紙類產品和一些小地磚產品上效果明顯，形成異彩紛呈的圖案，圖案逼真，市場反饋很好，下陷功能墨水開啟3D打印新時代。下陷墨水的技術指標如表8所示。

5.4 自潔功能墨水

隨著居住要求不斷提高，人們對生態環境的重視程度也越來越高，致力于利用自然條件和人工手段來創造一個更舒適、健康的生活環境，同時又要控制自然資源的使用，保持建筑外觀的美麗潔凈。自潔陶瓷在日本國家已得到大量的應用，其主要原理是瓷磚表面有一層經高溫燒成后能夠使得瓷磚表面細膩光亮平滑的材料，即憎水材料，從而使得污垢極難附著在瓷磚表面上，非常容易清潔。一個很簡單的檢測方法可以對比噴印了自潔墨水的瓷片磚與普通瓷片磚的自潔效果，即在磚面上倒100 g左右的水，然后用嘴吹磚面的水，將會發現具有自潔效果的磚能夠使得水很容易流動，而普通的亮面磚得很難使得水流動。所以，對于外墻磚和應用在廚房、衛生間的瓷磚就具有很好的清潔效果。自潔功能墨水是使用特殊材料制得的陶瓷墨水，經噴墨打印后均勻施在陶瓷磚表面上。自潔功能墨水的技術指標如表9所示。

5.5 其他功能墨水

（1） 閃光墨水開啟噴墨打印金碧輝煌時代，噴印在瓷磚釉面，高溫燒成后析出礦物晶體而使釉面強烈反光。

（2） 金屬墨水點石成金，打造陶瓷中的（下轉第18頁）土豪金，墨水噴印在瓷磚釉面上，有金屬般的光澤，有金色、黃、黑色、銀灰色等系列。

（3） 夜光墨水噴印在瓷磚表面后經燒成，瓷磚在黑暗的條件下能夠發光。

（4） 銀離子和二氧化鈦材料能起到抗菌殺菌的作用，所以把一些銀離子和二氧化鈦材料制作成墨水噴印在瓷磚表面經燒成，使得瓷磚具有抗菌殺菌的效果。

（5） 除此之外，還有一些珠光效果的墨水，可噴大墨量的親水釉料墨水，使得瓷磚表面具有凹凸效果的憎水墨水，可粘顆粒的膠水墨水等等。

6 結語

綜觀國內外噴墨技術的現狀與發展，噴頭、設備與墨水創新不斷，并且創新空間仍然十分巨大，陶瓷墨水的創新將驅動建筑陶瓷產品的轉型升級。目前，陶瓷墨水朝著水性體系和功能化兩大創新技術方向發展。水性陶瓷墨水又將細分為拋光磚墨水和大墨量墨水，而功能墨水又包括具有環境友好型的負離子功能、抗菌殺菌功能、自潔功能、防靜電功能等功能和特殊裝飾效果功能的下陷3D效果、貴金屬效果、閃光效果等墨水。陶瓷墨水的創新，將促進五位一體釉線技術，實現施釉+炫彩+裝飾+功能+噴釉為一體的釉線裝飾材料墨水化，使得建筑陶瓷更具個性化、功能化、藝術化，成為美化人居環境的建材首選。

參考文獻

[1] 尹虹. 2014年中國陶瓷行業競爭力報告[R]. 廣州：2014年中國國際陶瓷技術裝備及建筑陶瓷衛生潔具產品展覽會論壇報告，2014.

[2] 佛山市質監局. 廣東佛山六企參與編制陶瓷噴墨墨水標準[J]. 廣東建材，2015（07）： 2.