浅述影响渗花砖渗花效果的因素

石小军 巫辅庵

摘 要：本文介绍了渗花砖的工艺原理、各种原料在渗花工艺中的应用情况及其特性，并探讨了影响渗花质量的要素。

关键词：渗花砖；助渗剂；控制要素；粘度；温度

1 前言

目前市场上抛光砖主要有三种类型:渗花砖、多管布料(又称幻彩)、微粉砖。渗花砖具有生产工艺简单、设备投入少、无需复杂的色粉制备及储存粉桶、产量高、良率高、产品耐磨、耐腐蚀、色彩丰富、图案多样等优点，使之成为建筑装饰材料中不可缺少的主导产品之一。随着人们的消费水平及审美水平的不断提高，对渗花抛光砖的装饰效果、图案的清晰度的要求也逐步提高。所以，若渗花砖的渗花效果控制不好，产品容易造成缺花、花面模糊、阴阳色等缺陷，它是产品降级、色号多及客户投诉多的主要原因。本文就影响渗花砖渗花效果的各种因素，结合生产实际谈一些见解。

2 渗花原理

渗花砖渗花的原理为：利用呈色较强的可溶性金属盐类，经过适当的工艺处理制成渗花釉；采用丝网印刷或者辊筒印刷技术，将印花釉印刷到一定温度的砖坯表面上；经过淋水，依靠坯体对渗花釉的吸附，可溶性盐类在表面活性物质（助渗剂）的帮助下，通过砖坯自身水分梯度渗入到坯体内部；经过高温烧成后，这些可溶性盐类与坯体发生化学反应而着色。坯体作为渗花釉的载体，在常温下与渗花釉发生一系列作用，即毛细管作用、离子扩散作用、表面吸附作用及离子交换作用等物理化学反应。渗花抛光砖一般要求渗花釉渗入到砖坯内有一定的深度（通常较佳深度为2～3mm）。

渗花釉在渗花砖装饰中起决定性的作用，其发色一般为铁、钴、镍、铜、铬、钒、锰等离子。渗花釉一般由溶剂和溶质组成，常用溶剂一般有水、酒精、甲醛、乙二醇等；溶质一般为盐类。从经济角度来讲，水作为溶剂是最恰当的，但为了考虑某些溶质的特性，需要选择可以与水共溶的溶剂，如乙二醇、甘油等。溶质是渗花釉的主要部分，根据溶质的特点可分为：着色剂（俗称主盐）、增稠剂、助渗剂、界面活性剂、缓冲剂（调节pH值）、螯合剂、防腐剂、消泡剂等。其实，在实际生产中一种原料会起到多种作用或多种原料起到一种作用的情况。

2.1渗花釉各成分的性质及作用

2.1.1着色剂

着色剂是渗花技术最常用的主盐，主要是含过渡金属 Fe、Co、Ni、Cu、V、Cr、Mn等阳离子的化合物。常用渗花着色剂一般为可溶性盐和无机盐类，可溶性盐包括氯化镍、硝酸镍、硝酸铬、三氯化铬、氯化钴、硝酸钴、氯化铁、氯化亚铁、硫酸亚铁、硫酸铜等，通常可分为有机盐类如醋酸镍、醋酸钴、醋酸铬、醋酸铜等。无机盐类包括氯化铬、氯化锰、氯化钴等。通常在水溶液中有机盐溶解度没有无机盐高，但无机盐高温分解出有害气体，如氯气及氯的各种氧化物，既腐蚀窑炉又污染空气，因此，生产时在保证渗花效果的情况下尽量选用有机盐类。渗花着色效果和颜色的深浅与氧化物的含量有关，可着色离子的量取决于可溶性盐的溶解度。在生产中，由于可溶性盐的溶解度受各种条件的制约，其呈色效果也不同，如醋酸铜在水中的溶解度低，需加入适量的表面活性物质（如柠檬酸铵或柠檬酸钠）助溶。醋酸镍在低温下配制渗花釉时，有析晶、沉淀等现象产生，影响渗花釉的发色效果。

2.1.2螯合剂

因着色盐属强酸弱碱盐，溶解于水后呈中强的酸性，而CMC只有在中性或微弱碱性溶液中才能溶解成高粘度液体。因此，配制渗花釉时需要找到一种改变溶液pH值，但不产生沉淀的化合物。过渡金属元素能形成稳定的配合物或螯合物，它们的氧化物是陶瓷颜料的主体，渗花用的着色盐是水溶性的过渡金属盐，如常见的NiCl2、CoCl2、CrCl3等。它们通过水溶液渗入坯体，经高温氧化分解而发色。实际上这些盐溶于水时已形成了配合离子。如CoCl2是蓝色粉末，溶于水后呈粉红色是因为形成了[Co(H2O)6]2+的缘故。在实际应用中，常使用含结晶水的着色盐，即NiCl2·6H20、CoC12·6H20、CrCl3·6H20等。由于水合离子的水溶液呈中强的酸性，加入CMC不能形成高粘度的胶态物。因此，必须选择一种配合剂进行取代，该配合物的水溶液较稳定，呈中性或微碱性。

螯合剂主要有乙二胺、柠檬酸钠、EDTA，它们与中心离子螯合时分别能提供2、3、6个配位原子。因此，EDTA与金属离子形成的螯合物最稳定，但EDTA不易溶于水，形成的EDTA配盐也不易溶于水，不能渗入坯体内部。而乙二胺的强碱性(与NH3相类似)易与[Mn(H2O)6]2+、[Cr((H2O)6]3+、[Fe(H2O)6]3+反应生成沉淀物。柠檬酸钠较合适作配合剂，它是易溶于水的三元有机酸钠盐，与生色离子形成易溶于水的螯合物较稳定，并且溶液仍然保持水合离子颜色，呈中性，有利于CMC分散。同样，它与Cu2+、Zn2+、Zr4+也能形成稳定的螯合物。螯合剂通常能增加着色剂的渗透深度，又可作为助渗剂。助渗剂又叫促渗剂，其作用是帮助可溶性盐类在淋水适量的情况下获得需要的渗透深度。助渗剂的主要作用有：（1） 有助于坯体毛细管孔的打开，降低坯体表面张力和渗透压；（2） 降低渗花釉的粘度及表面张力，促使着色离子沿毛细孔渗入到坯体内部，并达到符合要求的深度。

虽然助渗剂的作用很大，但其用量并非越多越好，在生产中要严格掌握其最佳用量。若助渗剂用量太少，就起不到调整坯体表面张力和打开毛细管孔的作用，无法给渗花创造条件，使得大量的着色离子滞留在坯体表面，会导致降低了渗花深度；若助渗剂用量过多，会降低坯体强度，同时着色盐类渗入太深，发色浅甚至无色，渗花盐使用量必然增加，成本也随之增加。

2.1.3各种助剂在渗花釉中的应用

渗花釉中常用的助剂有界面活性剂和增稠剂。表面活性剂一般采用非离子表面活性剂乙二醇，或聚合度小于 1000的聚乙二醇，它具有浊点高、润湿有机物、降低界面张力、渗透压和提高增溶能力及不产生气泡且有消泡等优点。增稠剂CMC的作用是减缓水份的挥发速度，并能及时封闭毛细孔形成纳米过滤膜，能阻止高聚合度的螯合离子外泛。根据经验，配制渗花釉时CMC加入量在2％～5％。水溶剂具有补充渗花釉水份、转移溶质、降低坯体温度和溶解溶质的作用。除主盐（主溶质、着色剂）和主溶剂（一般为水）外，其它溶质一般都叫渗花釉助剂，渗花釉常用助剂及其作用见表1。

3 影响渗花质量的控制因素

3.1渗花釉的粘度

在渗花釉的一系列性能参数中，粘度是一个很重要的因素。渗花釉粘度对渗花效果的影响主要表现在以下三个方面。

（1） 印刷工艺要求

若渗花釉粘度太大，容易产生粘网、堵网等现象，辊筒印刷不能进入雕刻孔内并顺利转印；粘度太小，则会导致水平方向扩散而使图案模糊。

（2） 渗透性的要求

粘度太大，离子扩散阻力增加，粘稠物很容易阻塞表面毛细孔而大大降低渗透性，使盐类停留在坯体表面难以渗入；粘度越小，对渗透比较有利。

（3） 阻止着色离子向表面迁移

粘度太小，渗花釉渗入坯体后，随着干燥过程的进行，着色离子会与水一起又重新回到表面，水份蒸发后，着色离子聚集在表面，产品抛光后会抛掉其图案或者模糊不清；如果渗花釉粘度适中，渗花釉中的粘稠物将在渗入坯体后会堵塞毛细孔，阻止干燥时着色离子向表面迁移，从而有效地减少颜色梯度。

在生产中通常以渗花釉的流速来测量其粘性的大小，辊筒印刷与正常印刷基本类似，流速控制在18～30s(4#杯)，平版印刷与普通平版印刷也极为相似，一般以直径7mm孔径测试流速控制在50s左右。而且流速会随着时间的变化发生变化，以最终生产使用时的测试数据为标准，因为渗花盐的种类各有差异，需根据生产调整至正常范围，使生产稳定方便。另外，渗花釉配制好后应存放12h以上，才能保证渗花釉中各种物质完全反应，得到良好的渗花效果。

3.2pH值对渗花釉的影响

pH值对渗花釉的影响主要有三点。

（1） 对砖坯及生产设备的影响

渗花釉中的可溶性着色盐，一般为醋酸盐、氯化盐，或者硫酸盐，大部分水溶液呈酸性，在渗花时易与坯体中的碳酸盐等发生反应生成不溶物。同时，酸性溶液也会对生产设备产生腐蚀。因此，渗花釉的pH值应控制在6～8为宜，尽量接近中性。另外，渗花盐有刺激性味道，生产中尽量做好防护，其对不锈钢桶、管路、塑料管道等不产生腐蚀性，但对辊筒(铝合金)、合金刮刀都会腐蚀，可以对辊筒涂以防锈漆延长使用寿命，而且辊筒的使用寿命为10万m2左右，一般少许腐蚀不会产生任何结构性破坏。

（2） 对螯合剂的影响

对于多元酸螯合剂，其配位体形态是随溶液的pH值而变化的。例如EDTA随着pH值的升高，氢离子会离解，其配位能力也逐渐增强。

（3）对表面活性剂的影响

酸性溶液的游离氢离子能阻止乙二醇等表面活性剂分子内的聚氧乙烯醚键（-O-）中的氧原子与水分子缔合而形成氢键，所以能明显降低表面活性剂的浊点，从而影响釉的渗透性能。

3.3坯体温度

在渗花砖生产过程中，控制坯体温度也极其重要。坯体温度对渗花效果的影响有以下几个方面。

（1） 对渗花盐类等的溶解度的影响

坯体温度过高，会使大多盐类的溶解度增大，但有些盐类会发生水合沉淀反应或者被挥发，导致表面活性剂作用的乙二醇和起缓冲剂作用的氨水等挥发，使着色盐发生水合沉淀或析晶。而增稠剂和螯合剂则会出现变性失去活性，甚至会使渗花釉凝固成果冻一样，所以要严格控制坯体温度。

（2） 对溶剂的影响

坯体高温可增强溶剂的分子活性，但温度过高易使溶剂挥发，作为表面活性剂的乙二醇、甲醛等，可降低界面张力、润湿、增溶作用，它们的挥发将导致坯体的毛细孔无法打开，络离子、螯合物就无法渗入坯体，只能在表面析晶。

（3） 对盐类再次析晶的影响

坯体干燥后温度接近100℃，如果此时印刷淋水，水份急剧挥发，盐类将随水迁移到坯体表面将影响渗花效果。通常的作法是坯体出干燥器后经过辊棒平台运行5～10min，上面使用风机强制冷却，此时坯体温度可降低到55℃左右；再印刷淋水，坯体强度又高，又有较高的吸湿性能，坯体表面水份能充分的吸干。

3.4印刷目数

丝网印刷一般选择80目（即32T），因为渗花釉渗入坯体后，会横向扩散，所以图案不是很清晰，选择网目太细没有意义，而且丝网印刷时要保证所需的厚度和适当的张力,因此网目不能太细。而辊筒印刷时，为了保证渗花盐的浓度即渗花盐的数量，一般要求辊筒能容纳更多的渗花釉，通常选择40～60目。如果太细，印油不易进入雕刻孔并顺利转印出来。另外，坯体表面没有施釉，表面通常较为粗糙，太细的图案没有实际效果，而且不容易润湿表面，只有保证渗花盐足够的量才能良好的润湿并附着在坯面上。

3.5淋水量

渗花盐随着水份的吸收一起进入坯体中，淋水量的大小与渗花盐渗透的深度和颜色有关。随着淋水数量的增加，渗花厚度也随之增加，颜色逐渐变浅。但因抛光砖一般抛去1mm左右的厚度，所以渗花厚度以2～3mm为最理想的状态。生产过程一般使用水刀式喷水，但要注意是否有阻塞情形，是否有开叉异常情况，以及两边重量是否一致。这样才能保证整片砖淋的水量均一。另外，水的压力要稳定，并注意保持水质清洁，定时清洗并更换喷头。

3.6盐类溶解度

每种盐类在水中的溶解度不同，通常选择的溶剂为水。如果渗花盐不能溶解，就限制了其在渗透方面的使用，导致生产较为困难，难以分散均匀，需另外球磨或其他机械方法粉碎分散；再者过饱和溶液还会再次析晶，给储存带来不便，生产中易堵塞网版及辊筒。而且部分盐类溶解后呈强酸性，使CMC不能溶胀，达不到需要的粘度，又或者与水结晶化，使CMC干枯失效。这些都需对各种盐类进行深入了解，测试后再使用，使其用量小于过饱和的数量，避免各种异常产生。

3.7干燥问题

坯体淋水后，会吸入大约坯体总重量2%的水份，而因为坯体刚淋水时，水分与渗花盐渗入坯体内，吸收时间有差异，通常渗透至坯体表面2mm左右，分界明显，上层坯体水份将近10%，然后水份再沿着毛细孔继续向内扩散，导致坯体表层的颜色逐渐变白直至与坯体背部颜色一致。渗花厚度也进一步增加，由2mm左右扩散至3mm左右。实践证明，一般此扩散过程约6～10min，水份基本上均一，再进行干燥。如果淋水后就直接干燥，坯体水份会迅速蒸发，因为表层水份在10%左右，还溶解有不少的盐类，其随着水份一起蒸发又扩散至坯体表面了，造成颜色变化。再者因为水份太高，干燥会产生较大的收缩，易引起坯体表面小裂纹，如鸡爪裂。而通常静置一段时间后再干燥，或者在辊棒平台上运转10～15min后，待其水份基本均化后再干燥，此时水份梯度小，可溶性盐迁移到表层的就非常少，能保证颜色的稳定。

3.8成形与烧成

成形时布料均匀，坯体各部位致密度一致，则吸收水份的效果一致，渗花盐也就能均一分布于坯体内，烧成抛光后颜色稳定。如果局部过于致密，则容易透气不好，渗花厚度也会受到影响，从而进一步影响到颜色的稳定。坯体强度也会影响渗透，过大则渗花深度小，过小则渗的深，容易糊花不清晰。

烧成时要控制砖型尽量平直，烧成过程中会产生变形，一般以正翘0.6mm为标准。通常刮平时因为辊刀压力迫使坯体刮平，基本上能克服正翘的问题。负翘一般不允许，其裂砖的几率较高。当变形进一步增大时，就会产生图案被抛掉而出现颜色浅，甚至部分变形大的部位出现抛后无颜色。烧成时尤其是不能有折线形变形，如翘角塌角翘边塌边等变形。

4 结论

渗花抛光砖因其图案丰富、颜色素雅、简洁大方，深受大众消费者喜爱。渗花釉主要由着色剂、螯合剂、界面活性剂、增稠剂等组成，在生产中要严格按照工艺要求进行调配，并控制好渗花釉的粘度、pH值、坯体温度、淋水数量，这样才能保证生产稳定，产品无缺陷，品质优良。