陶瓷制品標識用耐高溫碳帶原理

條碼碳帶是一種在聚酯薄膜的兩面分別涂上油墨、潤滑劑的打印耗材，是利用數碼熱轉印技術，配套條碼打印機來完成承印材質（主要是各種標簽）的標識工作。具體原理是通過條碼打印機打印頭的熱量和壓力作用于碳帶墨層（油墨涂層烘干而成）上，使碳帶有選擇性地將相應的文字和條碼信息印制在標簽上。

由于其具有打印效果清晰耐久、標識輸出方便快捷、使用過程清潔環保和可以在無人看管的條件下實現連續打印等優點，被廣泛應用于食品醫藥、家用電器、服裝鞋帽、電子通信、新能源等各個領域，成為21世紀應用和發展最為迅猛廣泛的高科技數碼耗材之一。

條碼碳帶根據油墨配方不同分為蠟基、樹脂基、混合基三種類型。蠟基碳帶墨層以礦物蠟為主，受熱軟化后滲入紙類標簽中，產生良好的打印效果，主要應用于紙類標簽的標識；樹脂基碳帶墨層以合成樹脂材料為主，與塑料薄膜親和力優異，受熱軟化后緊密貼合在塑膜類標簽上，產生優異的耐摩擦、耐侵蝕（包括耐溶劑、耐酸堿、耐高溫、耐冷凍等侵蝕條件）效果，主要應用于對印跡耐摩擦、耐侵蝕效果要求較高的領域；混合基碳帶墨層中蠟和樹脂兼有，使用性能介于兩者之間。

陶瓷制品標識用耐高溫碳帶是樹脂基碳帶的一個應用分支，使用時在與條碼打印機相連的電腦上，將圖案設計成所需標識信息的鏡像圖標，打印在專用陶瓷標簽上（俗稱轉印紙），再將標簽打印面貼附在陶瓷器坯特定位置上，熱壓處理將標簽上的印跡完整移印在器坯上，顯示在器坯上的圖案就是陶瓷制品所需的標識圖案。取標識好的器坯上釉（透明釉）入窯，在1300℃條件下燒結成器。器坯上的條碼及圖文完好無損，條碼能夠被掃描儀器識別，達到陶瓷產品標識能夠被自動識別的功能。

總體方案流程

樹脂基碳帶作為一種條碼打印耗材，其產品結構如圖1所示。

圖1 樹脂基碳帶

自上而下依次為背涂層、基膜層、離型層、油墨層，共四層結構。其中，背涂層提供碳帶打印過程中的潤滑效果，以保護碳帶打印機精密的打印頭；基膜層為碳帶的骨架和載體；離型層提供色料層脫離輔助效果；油墨層提供印跡顏色及性能效果。

具體生產流程

根據相應生產配方和工藝，制成背涂、離型、油墨三種物料。

取適當厚度、強度的PET 薄膜，在高速涂布機上完成涂布生產：基膜一側涂上背涂液，另一側先后涂上離型和油墨，三個涂層分別使用三個涂頭，一次性完成涂布和烘干過程，得到高溫陶瓷碳帶大卷，碳帶大卷上分切機切成客戶需要的不同規格的碳帶小卷，交付客戶使用，如圖2所示。

圖2 樹脂基碳帶產品生產線

陶瓷制品標識要求

滿足傳統樹脂基碳帶基本功能，如在目標標簽上能夠良好轉印，印跡清晰、飽滿，具有一定的耐摩擦、耐溶劑性能。印跡經過1300℃燒結在陶瓷制品上后，保持清晰、飽滿、鮮明的黑色。

印跡經高溫處理后，不會因高溫焚燒而扭曲變形，出現斷筆、針眼、白斑等缺陷。

關鍵技術問題

油墨中的顏料體系要能夠耐受1300℃高溫處理而不褪色，或在高溫條件下增色。

油墨、離型中的樹脂體系，軟化點、粘度等理化參數適中，滿足傳統樹脂基碳帶使用要求，同時還要求在高溫分解、灰化的過程中，不發生劇烈的爆裂或坍縮，以避免印跡變形。因此，項目研究關鍵內容，就是通過實驗，得到能夠滿足上述要求的離型、油墨物料體系，并摸索相應的涂布生產工藝，如圖3、4、5所示（見下頁）。

圖3 合格樣品

圖4 針眼白斑

圖5 褪色樣品

技術指標及選材原則

主要技術指標：碳帶產品能夠在目標標簽上良好打印；轉印在陶瓷制品上的印跡，燒結后保持一定的黑度；燒結后的印跡清晰飽滿，肉眼觀察無針眼、白斑、變形等瑕疵。

技術重點和難點在于離型、油墨材料的選擇和配伍。

離型層

離型層又稱剝離層，是由離型物料涂布烘干而形成，離型物料研制是離型層實驗的關鍵。離型物料由樹脂、蠟粉、溶劑三部分組成。因該產品對材料純度、分子量分布有較高要求，除溶劑外，樹脂、蠟一般都選擇行業內知名商標產品，以保證產品性能達到預期目標。

離型層樹脂選擇

離型層在碳帶打印過程中，主要起輔助油墨層脫離基膜，轉印至承印標簽上的作用。離型層樹脂經高溫處理后，分解時不能產生劇烈坍縮或爆裂。傳統碳帶離型樹脂一般選擇彈性體材料EVA，但EVA 彈性、延展性過大，打印印跡高溫下容易變形。經大量篩查、實驗、檢測工作，確認樹脂彈性體T-1、T-2（內部編號），可有效解決圖文高溫變形問題。

蠟粉選擇

傳統樹脂基碳帶常用熔點適中、粒徑均勻的聚乙烯粉體作為離型蠟粉材料。陶瓷制品標識用耐高溫碳帶在蠟粉選擇上，較傳統樹脂基碳帶在粒子硬度、粒徑分布、基本粒子形態等方面均有更高要求，普通聚乙烯粉體無法滿足需求。經實驗，選擇經改性包覆技術處理過的高熔點粉體。

溶劑選擇

溶劑選擇原則：首先，選擇樹脂的真溶劑和稀釋劑搭配，既保證溶解效果又可有效調整溶劑釋放性；其次，混合溶劑各組分沸點、表面張力要有層次差異，以保證合適的揮發梯度；最后，溶劑對蠟粉腐蝕性要低，以免嚴重破壞蠟粉基本粒子形狀，影響產品性能。

油墨

油墨涂層是由油墨涂布烘干而成，油墨由樹脂、顏料、溶劑、助劑四部分組成，油墨涂層提供轉印印跡的耐溫、著色、賦型功能，油墨的研制是整個項目成敗的關鍵。

樹脂選擇

樹脂分解、碳化過程中不易發生劇烈坍縮和爆裂，其玻璃化溫度、軟化點要相對高，熔程要相對窄，分子結構中的官能團之間能夠因強烈作用而形成結合緊密的共軛體系。主樹脂選擇長主鏈、無支鏈或少支鏈、高TG、強極性的系列合成樹脂。輔助樹脂選材主要考慮與主樹脂相容性（保證油墨烘干濃縮過程中物料體系的均一性）、分子量差距（獲取樹脂分子間適宜的嵌套結構）、能否形成分子間強烈相互作用三方面，有效彌補主樹脂打印能級過高、柔韌性不足等缺陷。

顏料選擇

顏料選擇有兩個方向，一是選擇高溫不易分解的材料，如耐高溫炭黑、鉻黑、鈷黑等，利用這些材料分解溫度高的特性，使印跡經高溫處理后仍能保持一定的色度；二是選擇高溫發色材料，如過渡金屬氧化物等（指如鐵、鉻、錳、銅、鎳、鈷等的氧化物），按照特定比例混合，可在高溫條件下發生化學變化，由單晶格結構橫向、縱向生成復合晶格結構，導致不同配比呈現不同顏色。油墨圖層的顏色深度與混合物配比、物料占比、受熱溫度三個因素相關。

考慮到傳統樹脂基碳帶的油墨層樹脂高溫分解后，印跡失去樹脂的增色效應（樹脂的存在有助于黑色顏料在物料中充分分散，同時提供黑亮的效果），即使顏料完全不分解失色，其黑亮度也會明顯下降，達不到項目要求。借鑒古代黑色陶瓷燒造技術，選擇高溫處理后發色的過渡金屬氧化物的混合物（各組分具體配比是顏料體系的技術核心）構建油墨的顏料體系，通過顏料體系的高溫發色，對沖失去的樹脂增色效應。

溶劑選擇

與離型物料溶劑的選擇原則相同。

助劑選擇

添加助劑的主要目的是增強樹脂對顏料的潤濕性、調整油墨狀態及降低體系整體軟化點，以求得理想的轉印效果。在本項目中，樹脂、顏料選擇范圍有限，可選樹脂對顏料的潤濕性較差，同時，又因顏料在油墨中比例偏高，故助劑選擇較為重要。經過實驗室大量篩選工作，我們優選出潤濕分散劑A、B（德固賽）、增粘劑C（國產），三種助劑混用以達到油墨狀態良好，碳帶轉印圓潤飽滿等效果。

產品性能對比

與進口同類產品對比結果，見表1。

表1

目前市場上可見的陶瓷制品標識用耐高溫碳帶顏色主要為黑色，僅有日本某品牌的產品，因缺乏競爭，其市場零售價高達300 元/平方米，利潤非常可觀。

隨著TOTO、科勒、箭牌等著名潔具品牌開始使用條碼碳帶作為其產品的標識、防偽手段，陶瓷制品標識用耐高溫碳帶市場容量逐漸擴大。僅2021年全年，陶瓷制品標識用耐高溫碳帶國內銷售量即達50 萬平方米。以150 元/平方米計算，國內陶瓷制品標識用耐高溫碳帶產值可達7500 萬元以上。考慮到今后陶瓷類產品生產工藝革新，以電腦制圖、彩色陶瓷制品標識用耐高溫碳帶轉印、套印繪圖替代現行的絲印、拓印、手繪等陶瓷制品標識、裝飾方式，這樣的陶瓷制品生產方式方便快捷、經濟環保，圖文內容豐富易得。因此，陶瓷制品標識用耐高溫碳帶需求量將迎來井噴式的增長。