陶瓷色料墨水與滲花墨水復合應用技術研究

黃建平 王永強

摘 要：本文通過對陶瓷色料墨水和滲花墨水噴墨圖案清晰度、適用于兩種墨水復合應用的釉料配方、兩種墨水互溶性影響等研究，解決了兩種墨水復合應用過程中存在的問題，消除了產品裝飾圖案與坯體層之間的白線層，豐富了產品色彩，提升了產品的通體裝飾效果。

關鍵詞：陶瓷色料墨水;滲花墨水;墨水互溶性

1 前 言

陶瓷色料墨水，是一種含有某種陶瓷釉料成分、陶瓷色料或陶瓷著色劑的噴墨墨水，通常由無機非金屬顏料（色料、釉料）、溶劑、分散劑、結合劑、表面活性劑及其它輔料構成。無機非金屬顏料（色料、釉料）是墨水的核心物質，要求其顆粒度小于1微米，顆粒尺寸分布要窄，顆粒之間不能有強團聚，具有良好的穩定性，受溶劑等其它物質的影響小。陶瓷色料墨水的色系種類有藍、棕、桔黃、鐠黃、綠色、灰色、黑以及鮮艷的包裹紅、包裹黃等，此外還有下陷墨水、白墨水、亮光墨水等特殊墨水。因此，陶瓷色料墨水所裝飾的圖案具有高清晰度、色彩豐富等特點。

滲花墨水是一種滲透型墨水，也是一種溶劑型墨水，采用可溶性金屬鹽作為著色劑， 然后搭配相應的助劑以及溶劑制備成滲花墨水。 滲花墨水經噴墨打印后，在磚面具有垂直滲透能力，燒成以后，著色劑在高溫下轉化為能呈現顏色的金屬氧化物，形成圖案 [1]。在實際噴墨滲花生產中發現，滲花墨水在坯體上的滲透方位無法控制，容易出現縱向或橫向擴散、暈開的現象。若滲花墨水橫向擴散會導致圖案清晰度不高，滲透深度不夠的現象，產品出窯拋光后就容易把色彩及紋理磨掉。另外，滲花墨水中的金屬鹽在燒成過程中，由于氣氛、溫度、坯料成分的影響，其紅色、黃色不能發出鮮艷的顏色。

目前市場上流行的通體拋釉類產品，因其接近天然石材的通體裝飾效果，推出后迅速占領原屬于拋釉磚和拋光磚的市場。通體拋釉類產品坯體顏色、紋理雖然與表面裝飾圖案接近，但該類產品在坯體和表面圖案之間存在一層化妝土白線層，產品紋理沒有完全貫通，影響產品表面開槽、倒邊等深加工后的產品裝飾效果。針對以上問題，結合兩種墨水各自具有的性能特點，本文對兩種墨水的復合應用技術進行了研究。

2實驗內容

2.1樣品制備

實驗原料為工業純的釉用原料，按配方稱取一定量的原料后，加入合適的羧甲基纖維素（CMC）、三聚磷酸鈉和水放入球磨罐中按球石：料：水=1：2：1球磨， 每100g干料球磨8min得到釉漿，將釉漿比重調整至1.65±0.02備用。

樣品制備的基本流程為壓制坯體→干燥→施釉→干燥→噴（滲花墨水+助滲劑）/陶瓷色料墨水→燒成→拋光，施釉方式小試為刮釉，中試和大生產為淋釉。施釉后的半成品在輥道窯燒成，窯爐最高表溫1187℃，燒成時間75min。

2.2樣品表征

本項目使用噴墨機按80%的灰度打印色卡，使用EFI Color Verifier設備掃描，得到墨水的發色范圍。依據Lab值判斷墨水發色情況，其中Lab模式是由國際照明委員會（CIE）于1976年公布的一種色彩模式，是CIE組織確定的一個理論上包括了人眼可見的所有色彩的色彩模式。Lab模式由三個通道組成，L通道是明度通道，數值越大則亮度越高，對它調整只發生亮度變化而沒有色彩變化;a通道的顏色變化是從綠色到紅色，正值為紅色且越大越紅，負值為綠色且越小越綠;b通道則是從藍色到黃色，正值為黃色且越大越黃，負值為藍色且越小越藍;調整a和b通道只有色彩變化而沒有亮度變化[2]。

2.3實驗過程

2.3.1滲花墨水與陶瓷色料墨水噴墨圖案清晰度對比研究

選用同一文件，使用陶瓷色料墨水和滲花墨水分別打印該文件并燒成，對比滲花墨水與陶瓷色料墨水的圖案清晰度的差距。滲花墨水的圖案明顯模糊，很多圖案細節無法表現。究其原因，滲花墨水的滲透方位無法控制，會使噴墨打印的墨點在釉表面出現橫向的擴散、暈開，形成類似光暈的效果，導致圖案模糊，不清晰。滲花墨水的墨點整體顏色均勻、基本沒有過渡、邊緣圓滑;陶瓷色料墨水的墨點有明顯的深淺灰度變化、邊緣棱角分明。兩種墨水細節差距大，滲花墨水的細節缺失也決定了使用滲花墨水的產品圖案存在細節缺失、圖案模糊的問題。

2.3.2基礎面釉配方的研究

通過對現有釉料配方A進行調整，獲得一組墨水發色、釉面白度、硬度、產品耐污染性能較好的釉料配方B，其主要成分見表1，配方B燒成后白度為65;陶瓷色料墨水和滲花墨水在配方A中呈色見表2，在配方B中呈色見表3。

如表2和3所示，配方B中紅色和黃色滲花墨水的發色能力已經有大幅提升，紅色滲花墨水由a值=1.97、b值=2.03提高到a值=13.71、b值=12.14，黃色滲花墨水由a值=1.52、b值=5.33提高到a值=2.31、b值=22.44，證明氧化硅和氧化鈦能夠提升滲花墨水發色。

為了得到更合適的配方，在釉料配方B的基礎上，設計一組正交實驗，釉料配方中CaO、MgO、ZrO2、TiO2含量相對不變，制定以SiO2、Al2O3、K2O、Na2O為主要因素的四因素三水平正交試驗表，得到最優面釉配方C，其組成見表4，滲花墨水在配方C中呈色見表5。

由表5可知，相比配方B中紅色滲花墨水的發色狀況，配方C中Lab中表征紅色的a值由14.71提高到15.75，表示明暗的L值由51.88降低到49.67，說明紅色滲花墨水在配方C中的發色更深、更紅。藍色和黃色滲花墨水在C配方中呈色與配方B接近。配方C燒成后經過白度儀檢測白度為71度，白度及墨水發色滿足產品開發需求，配方對普通墨水發色無明顯影響，基本滿足兩種墨水的復合應用技術要求。

2.3.3兩種墨水復合應用的互溶性研究

將滲花墨水和陶瓷色料墨水復合應用，前期實驗兩種墨水連續打印在冷坯上，兩種墨水之間存在互溶性不足的問題，造成圖案模糊。針對此問題，項目從噴墨打印時的坯體溫度、兩種墨水打印的間隔時間、隔離釉三個方面研究兩種墨水復合應用的互溶性問題。

（1）噴墨打印時坯體溫度的影響。

將坯體在烘箱中150℃烘干。坯體干燥后運到噴墨房，實驗30℃、35℃、40℃、45℃四個溫度下同時打印兩種墨水的圖案清晰度，使用測溫槍測試坯體溫度達到所需實驗溫度時，將坯體放在噴墨機前打印。燒成效果見圖1。

試驗結果：由圖1可知，4種不同的坯體溫度對噴墨圖案的清晰度有較大影響，30℃坯體的圖案明顯模糊，甚至可以看到斑點狀的圖案，說明坯體溫度太低可能影響干燥，在液態溶劑作用下，使得墨水互溶，影響清晰度。隨著坯體溫度的升高，噴墨打印的圖案逐漸清晰，40℃和45℃的圖案清晰度接近，說明在40℃時，繼續升高坯體溫度對噴墨圖案清晰度的影響明顯變小。考慮到過高的坯體溫度會影響噴墨機的使用壽命，噴墨前坯體溫度確定為40℃。

（2）兩種墨水打印間隔時間的影響。

滲花墨水滲透到釉層內部需要一定的時間。如果將滲花墨水和陶瓷色料墨水分開打印，使滲花墨水有一定的時間滲透到釉層內部，則打印普通墨水時坯體表面已經比較干燥，產品表面圖案的清晰度會更好。為了使打印兩種墨水之間有足夠的時間間隔，采用8+12噴頭的兩臺噴墨機，中間間隔一段距離。8通道噴墨機在前，裝載滲花墨水;12通道噴墨機在后，裝載普通墨水。兩臺噴墨機之間有對中裝置，保證兩臺噴墨機的圖案不會偏移。實驗間隔10s、15s、20s、25s四個時間間隔對噴墨圖案清晰度的影響。燒成效果見圖2。

試驗結果：由圖2可知，隨著兩種墨水打印的間隔時間增加，噴墨圖案也逐漸清晰，間隔時間為20s和25s時，圖案清晰程度接近。考慮到生產線布局問題，兩臺噴墨機之間距離不易太遠，將噴墨間隔時間定為20s。

（3）隔離釉的影響。

在拋釉磚的生產中，如果產品顏色過深，產品圖案容易模糊。實驗在兩臺噴墨機之間增加一臺膠輥花機，通過膠輥花機在滲花墨水上印一道隔離釉，然后再打印普通墨水，使兩種墨水之間不直接接觸，進一步提高噴墨圖案的清晰度。其中隔離釉是將產品面釉用膠輥印油調整成所需的比重，在噴墨打印的墨水和面釉之間增加一層水油雙性的釉層，能夠改善面釉直接淋在噴墨墨水上分布不均的問題，從而提高圖案的清晰度。燒成效果見圖3。

試驗結果：由圖3可知，印隔離釉后產品圖案進一步清晰，隔離釉比重越大圖案清晰度越高。但是比重過大膠輥印花時越容易出現粘輥等缺陷，因此將隔離釉比重定為1.5。

結論：通過研究噴墨打印時的坯體溫度、兩種墨水打印的間隔時間、隔離釉的比重，最終確定的參數如下：

1）坯體溫度：40℃;

2）打印間隔時間：20s;

3）隔離釉比重：1.5。

按照上述參數設置，使兩種墨水復合應用的圖案清晰度與公司只用普通墨水的常規拋釉磚保持一致，在提高產品立體裝飾效果的同時，保證表面裝飾效果。如此，項目開發的高清通體陶瓷磚才能在裝飾效果方面全方位的超越拋釉磚。

2.3.4滲花墨水的滲透性研究

按照項目工藝路線，產品為了達到通體貫穿的紋理，滲花墨水要滲透到釉層內部使整個底釉層都有滲花墨水的顏色。滲透深度過淺，滲花墨水不能滲透到釉層的最底部，則坯體和釉層紋理之間會存在一層很薄的白色釉層，使坯體和釉層之間的紋理有斷層存在;滲透深度過深，滲花墨水會滲到坯體內部，則坯體靠近釉層處因滲花墨水和坯體的顏色疊加，形成一層顏色偏深的坯體層。所以，通過實驗確定合適的生產參數，使滲花墨水的滲透深度剛好達到釉層和坯體之間，則能確保產品紋理的貫穿性[3]。

拋釉產品的底釉厚度一般約0.17mm，實驗過程中為了更好的觀察滲花墨水的滲透深度，將淋釉的厚度提高2倍，即釉層厚度為0.34mm。設計一組0.5mm、1mm、2mm線條文件，噴墨后助滲半小時入窯，燒成后，切割并倒小角后測量斷面滲入深度。墨水打印順序為：藍紅紅黃黃+助滲劑。其中助滲劑可以使用多道噴頭，每道噴頭滿灰度噴墨則記為100%灰度。實驗助滲劑打印圖案見圖4，滲透深度的實驗結果見表6。

試驗結果：由表6可知，三種顏色的滲花墨水在使用相同助滲劑的情況下滲透深度有所不同，需要綜合考慮三種滲花墨水的滲透深度來確定助滲劑的用量。100%灰度以上的助滲劑，三種墨水的滲透深度都超過0.17mm，會使坯體與底釉接近的地方顏色偏深，尤其是紅色滲花墨水的滲透深度明顯比釉層厚度要厚，甚至已經滲透到坯體層。

根據滲花墨水的使用量和不同顏色滲花墨水的使用比例，助滲劑的用量在50%～100%灰度之間調整，使滲花墨水能滲透整個底釉層，又不會過多滲入坯體層，使坯體和底釉之間的紋理能連續一致。

3 結 論

（1）面釉中加入1%左右二氧化鈦，能顯著增強黃色滲花墨水的發色。

（2）當陶瓷色料墨水和滲花墨水兩種墨水復合應用時，坯體溫度控制在40℃、兩種墨水打印間隔時間控制在20s，產品的通體裝飾效果和圖案清晰度最佳。

（3）助滲劑的用量在50%～100%灰度之間調整，使滲花墨水能滲透整個底釉層，又不會過多滲入坯體層。

參考文獻

[1] 張翼，石教藝.陶瓷滲花墨水的性能及研究狀況[J].佛山陶瓷.2016，241（8）：1-3.

[2] 謝悅增.陶瓷噴墨滲花工藝技術研究進展[J].佛山陶瓷.2017，251（6）：9-12.

[3] 朱詠梅.淺析影響滲花拋光磚滲花效果的因素[J].陶瓷.2005，（4）：39～41.