保護(hù)釉性能對(duì)施釉工藝的影響研究*

李國平 何宇奇 張東升 何義力 付鵬程 黃辛晨 梁超成

(蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司 廣東 佛山 528000)

最近這十來年,我們公司開發(fā)了很多木紋磚和自然面釉面磚,在研發(fā)過程中,設(shè)計(jì)的工藝是在噴墨后噴上一道啞光透明釉,也叫保護(hù)釉(覆蓋釉),保護(hù)噴墨層不吸污更耐磨,同時(shí)外觀高端觸感細(xì)膩。該透明啞光釉的施釉方式分為噴釉或者淋釉,噴釉工藝參數(shù)特點(diǎn)是:低比重、低重量,淋釉類似全拋釉,但是比全拋釉的重量會(huì)低10g左右。施釉方式的選擇根據(jù)產(chǎn)品對(duì)表面質(zhì)感的需求,和生產(chǎn)穩(wěn)定需求而定。我們開發(fā)的啞光透明釉具備幾個(gè)特點(diǎn):低光澤度,一定的透明度,外觀觸感細(xì)膩,防污好,耐磨。針對(duì)啞光透明釉的品質(zhì)需求,通過調(diào)整釉料配方中SiO2/Al2O3值,控制釉面的光澤度。如下面圖所示,當(dāng)SiO2/Al2O3比值為8～10時(shí),釉面光澤透明;SiO2/Al2O3比值大于11時(shí),釉中析出的方石英,釉面粗糙、無光;SiO2/Al2O3比值約為5～6時(shí)光澤度在12～25之間,其光感柔和與木地板接近[2]。釉料配方中的氧化鋁主要是通過長石引入,試驗(yàn)通過加入部分氧化鋁微粉,將配方的SiO2/Al2O3值控制在4.7～5.8之間,使其釉面用WGG60-E4光澤度計(jì)測量光澤度為12～18。氧化鋁(Al2O3)作為網(wǎng)絡(luò)中間體,通過調(diào)整釉中氧化鋁的含量可控制釉料的高溫粘度,從而達(dá)到調(diào)節(jié)釉面效果目的。此外,氧化鋁的引入有助于提高釉面的硬度、耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性,但引入過多,釉面溫度升高,釉面質(zhì)感較差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在釉料中添加5%～8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氧化鋁微粉時(shí),釉面光感、觸感效果等達(dá)到最優(yōu)。

圖1 SiO2/Al2O3比值對(duì)釉面的影響

如果要將瓷磚釉面光澤度控制在5-15度之間,有的透明度一定會(huì)在某種程度上受到限制。為了保證墨水在啞光透明釉中的發(fā)色好,已經(jīng)噴墨花紋圖層不損失,控制好釉層厚度是關(guān)鍵點(diǎn)之一。公司目前使用噴釉工藝,用于生產(chǎn)這類瓷磚的主要啞光透明釉有三種編號(hào):W8000、W8600、W8300。

1 保護(hù)釉的種類,性能特點(diǎn)及使用工藝參數(shù)

1.1 保護(hù)釉特點(diǎn)和相關(guān)產(chǎn)品系列

目前公司使用的主要保護(hù)釉料編號(hào):W8000、W8600、W8300三個(gè)編號(hào),這三個(gè)編號(hào)各有特性:W8000的光澤度最高,釉面皺;W8600的透明度最高,釉面觸感刺手;W8300光澤度最低,觸感最細(xì)膩,透感最差,偏乳濁。保護(hù)釉主要應(yīng)用到的產(chǎn)品系列:羅馬森林、羅馬崗石、巴黎印象,經(jīng)典石代某些自然面產(chǎn)品等等(見表1)。

表1 保護(hù)釉種類和產(chǎn)品使用系列

1.2 保護(hù)釉的使用工藝參數(shù)

目前公司三種主要保護(hù)釉的施釉工藝參數(shù)如表2所示,W8000、W8600,兩種主要用于噴釉工藝,W8300主要采用淋釉工藝。

表2 三種保護(hù)釉的施釉工藝參數(shù)

1.3 保護(hù)釉配方的最佳添加劑成分

三個(gè)主要保護(hù)釉(透明啞光釉)的主要釉用原料有長石、滑石、石英、方解石、氣刀高嶺土、氧化鋅、熔塊等。保護(hù)釉的添加劑主要是指在成釉粉入球的時(shí)候,為了使釉漿性能好而加入的甲基纖維素、三聚磷酸鈉、水分(球磨介質(zhì))、防腐劑等等。通過化學(xué)分析出來有效成分的硅,鋁,鈣,鎂,鉀,鈉,鋅等的化學(xué)成分如表4所示。原料釉粉入球球磨,根據(jù)所處的一年冬夏之中不同的季節(jié),氣候溫度的相關(guān)變化以及車間使用要求的變化適當(dāng)調(diào)整添加劑的的比例,以達(dá)到我們想到的釉漿性能效果見表3。保護(hù)釉XRD圖如圖2所示。

圖2 保護(hù)釉XRD圖

表3 保護(hù)釉的主要添加劑成分

表4 三種保護(hù)釉的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

1.4 保護(hù)釉的釉漿性能

釉漿出球到出倉這段時(shí)間內(nèi)要做兩次性能數(shù)據(jù)檢測。第一次是出球檢測釉漿的細(xì)度、流速、比重;放漿池后陳腐12小時(shí)候再測量粘度,不同釉的測量條件不一樣,W8000粘度測量:比重1.70的情況下用2#轉(zhuǎn)子60r/轉(zhuǎn),釉料部把粘度范圍控制在80MPa·s以下,出倉后在生產(chǎn)線使用過程中基本是穩(wěn)定的,不會(huì)出現(xiàn)釉面不平的現(xiàn)象;W8600/W8300粘度測量:比重在1.80的情況下2#轉(zhuǎn)子60r/轉(zhuǎn)測量,把粘度范圍控制在小于140MPa·s,出倉后在生產(chǎn)線使用過程中基本穩(wěn)定,噴釉不會(huì)出現(xiàn)起泡,釉面不平的現(xiàn)象。主要釉漿性能指標(biāo)如表5所示。

表5 主要釉漿性能指標(biāo)

1.5 小結(jié)

本節(jié)的主要內(nèi)容針對(duì)保護(hù)釉的種類、化學(xué)成分、施釉工藝參數(shù),以及保護(hù)釉的主要釉漿性能指標(biāo)的研究。由圖2得知,通過對(duì)化學(xué)成分的分析,了解到我們研究的保護(hù)釉鈣、鎂含量比較高,形成以鈣長石為主晶相并輔以少量鈉長石相的多晶相復(fù)合體,使得釉面手感柔和、質(zhì)感細(xì)膩,此外微晶還能增強(qiáng)釉面的硬度和耐腐蝕性。由表4得知,保護(hù)釉引入ZnO作為助溶劑和發(fā)色增強(qiáng)劑,有利解決啞光木紋磚,自然面仿古鉆以及崗石發(fā)色困難的問題。由表2、表3、表5得知,保護(hù)釉的添加劑比例,釉漿的主要性能和釉漿的施釉工藝參數(shù)是相輔相成的,釉漿性能在很大程度上由配方的添加劑成分,還有球磨時(shí)間,球磨細(xì)度,釉漿的粒度級(jí)配;釉漿性能很大程度影響釉漿的施釉參數(shù)選擇。

2 釉漿性能對(duì)施釉工藝參數(shù)的影響

2.1 粘度對(duì)施釉工藝的影響

出球后的釉漿,過篩陳腐12h,在調(diào)整比重1.70/1.80的情況下用2#轉(zhuǎn)子60r/轉(zhuǎn)測量粘度。實(shí)驗(yàn)中把粘度控制在不同的范圍之內(nèi)做對(duì)比實(shí)驗(yàn),其他參數(shù)保持同等條件不變,以同樣的施釉參數(shù)噴釉,入窯燒成觀察結(jié)果。粘度對(duì)施釉的影響見表6。

表6 粘度對(duì)施釉的影響

2.2 細(xì)度對(duì)施釉工藝的影響

出球后的釉漿取出測量細(xì)度,把細(xì)度作為單一因素控制在不同的范圍之內(nèi)做對(duì)比實(shí)驗(yàn),其他參數(shù)保持同等條件不變,以同樣的施釉參數(shù)噴釉,入窯燒成觀察結(jié)果。細(xì)度對(duì)施釉工藝參數(shù)的影響見表7。

表7 細(xì)度對(duì)施釉工藝參數(shù)的影響

2.3 比重對(duì)施釉工藝的影響

保持釉料粉原料成分不變,改變?nèi)肭蛩直攘?把出球比重(單位g/mL)控制在三個(gè)不同的點(diǎn),1.73/1.80/1.90,出球后檢測各個(gè)參數(shù),把釉漿調(diào)成生產(chǎn)參數(shù)噴釉送入窯爐燒成,待觀察效果。比重對(duì)施釉工藝參數(shù)的影響見表8

表8 比重對(duì)施釉工藝參數(shù)的影響

2.4 流速對(duì)施釉工藝的影響

和流速關(guān)聯(lián)緊密的一個(gè)指標(biāo)是粘度,他們之間可以互為表征。釉漿的粘度降低流速也隨之降低;流速升高的同時(shí)釉漿粘度也變大(見圖3)。

圖3 釉漿陳腐時(shí)間與性能指標(biāo)變化圖

2.5 小結(jié)

本節(jié)主要針對(duì)釉漿的性能指標(biāo),以及性能指標(biāo)對(duì)施釉工藝參數(shù)的影響做了大量的反向?qū)嶒?yàn)研究。由表6得知,粘度對(duì)釉面的影響是很明顯的,粘度對(duì)流速也有影響,當(dāng)粘度超過某個(gè)范圍之后就會(huì)出現(xiàn)釉面缺陷,生產(chǎn)變得不穩(wěn)定難以控制,原有的工藝參數(shù)不得不做出改變和修正。由表7得知,細(xì)度對(duì)瓷磚的影響很大,釉漿細(xì)度控制在0.4～0.6之間是比較合適又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,當(dāng)釉漿細(xì)度比較粗0.6～0.8之間,釉的性能也將發(fā)生某種改變,燒成后的釉面變得耐火度升高表面粗糙,透明度不夠,圖案不清晰。釉漿出球原漿的比重不低于施釉參數(shù),一般對(duì)施釉工藝參數(shù)影響比較弱。

3 調(diào)整釉漿性能改進(jìn)措施

3.1 合理搭配添加劑比例

釉漿中主要的添加劑是羧甲基纖維素、三聚磷酸鈉、防腐劑。釉漿中引入適量的甲基纖維素能顯著改善釉漿性能,提高釉面質(zhì)量。甲基纖維素水溶液的粘度由其聚合度的粘度決定,而其替代度(醚化度)則為決定其水溶性大小的關(guān)鍵因素,因此實(shí)際使用時(shí)要選擇合適粘度及替代度的羧甲基纖維素。羧甲基纖維素是細(xì)菌的還是細(xì)菌的理想營養(yǎng)品,釉漿出球幾小時(shí)后細(xì)菌就開始分解羧甲基纖維素,使釉漿粘度降低,粘合力下降,釉漿容易沉淀。防腐劑的使用在這個(gè)過程中就顯得尤為重要。由圖3中可以看出來,陳腐36小時(shí)釉漿的流速開始下降,粘度開始下降。防腐劑可以防止甲基纖維素失效,保持釉漿性能的穩(wěn)定。甲基纖維素的加入量除了與其他添加劑一起配合加入外,甲基的加入量也要根據(jù)當(dāng)時(shí)生產(chǎn)情況所處的季節(jié)進(jìn)行調(diào)節(jié),夏季加多冬季少。釉料配方中的主要原料大部分為瘠性原料和部分高嶺土,整個(gè)釉漿系統(tǒng)的pH值偏酸性容易觸變,必須加入三聚磷酸鈉解凝。

3.2 出球釉漿性能的控制

控制好出球釉漿性能就是控制好一次性的球磨合格率。釉漿性能指標(biāo)主要包括:細(xì)度、流速、比重、粘度,這四項(xiàng)指標(biāo)衡量球磨合格率。在日常工作操作上,控制好球磨時(shí)間,球石大小的比例,料和球的比列,并根據(jù)球磨時(shí)間的變化即時(shí)補(bǔ)充球石。釉漿細(xì)度是指用100mL比重杯量取一杯釉漿過325目篩,用自來水沖洗,直至篩下水變?yōu)榍宄簽橹?倒出篩上的篩余烘干后所測出的重量。出球細(xì)度一般控制在0.4～0.6g 325目/比重杯之間。細(xì)度放大到0.6～0.8之間,釉漿性能出現(xiàn)一些變化,燒成后釉面變得粗造,透明度下降的厲害,圖案模糊不清。釉漿比重是釉漿與純水重量的比值,用100mL比重杯測定。一般控制在1.84～1.90之間,出球比重一般要控制在1.84～1.90之間,預(yù)留空間到釉線淋釉時(shí)調(diào)整。

3.3 陳腐期釉漿性能的控制

球磨出球檢測合格后放釉過篩120目,放入釉缸陳腐。陳腐時(shí)間過長甲基纖維素會(huì)失效,粘度會(huì)下降,流速會(huì)下降。陳腐時(shí)間24h以上,最佳時(shí)間48～72 h,流速到達(dá)50～70s最佳見圖3。時(shí)間太短不足以排完釉漿里面的氣泡,淋釉時(shí)容易出現(xiàn)針孔和釉坑。

4 結(jié)論

實(shí)踐證明,如果要在窯爐生產(chǎn)釉線順利執(zhí)行相關(guān)工藝參數(shù),生產(chǎn)取得高質(zhì)量,一定要控制好源頭,嚴(yán)格執(zhí)行釉漿的各項(xiàng)性能指標(biāo),提高一次性球磨合格率,控制釉漿陳腐時(shí)間,制備合格的釉漿。本文從保護(hù)釉的成分,保護(hù)釉添加劑成分,施釉工藝參數(shù)的影響因素以及改進(jìn)釉漿性能指標(biāo)的措施等等來闡述保護(hù)釉的控制方法。釉料的工藝性能僅靠原材料配方的調(diào)整是很難達(dá)到最佳使用效果的,必須通過合適的添加劑來進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)與改善才能實(shí)現(xiàn)。