喷墨打印防滑陶瓷墨水的研制

2020-07-14张天杰周军刘腾

佛山陶瓷 2020年5期

张天杰　周军　刘腾

摘要：本文采用釉用原料及纳米材料制备防滑陶瓷墨水，研究墨水中固相成分对釉面性能和颜色墨水发色的影响。确定n（SiO2）/n（Al2O3）为2.21时的D墨水，喷墨量26～78g/m2时，可制备光泽度8度以内、釉面细腻且防滑系数>55的低风险防滑产品，同时省去传统施保护釉的工艺，提高产品生产的数字化程度;也确定BaO可改善低光防滑墨水的手感，但不利于防滑性能的提高;简单阐述了防滑墨水的原理。

关键词：陶瓷墨水;防滑;摩擦系数

1 前言

全抛釉由于优美多变的花色、超高的亮度受到广大用户的喜爱。近几年，虽有各种新型瓷砖产品推出，但全抛釉仍是现在的主流，而长期以来却忽略了由于瓷砖不够防滑带来的安全问题。目前，国家未对瓷砖制造企业制定严格的防滑标准，但全世界的地面滑倒安全隐患日益突出，诸如滑倒导致伤残的案件数不胜数，给人们带来的伤害及财产损失与日俱增[1，2]。因此，研发技术人员更应关注瓷砖产品的防滑性能。

提高瓷砖防滑性能常用的方法有：提高釉温法、施干粒法、凹凸模具、防滑剂。前三种方法都存在高防滑等级导致低防污性能，工艺复杂，成本高等问题，后者存在不耐磨，防滑性能失效的问题[3-5]。本实验将釉用原料及纳米材料制备成防滑陶瓷墨水，采用最新的喷墨打印技术将墨水打印至陶瓷釉上，提高瓷砖的防滑性能，同时研究了墨水的固相成分对防滑性能和颜色墨水发色的影响。

2 实验

2.1 墨水制备

采用表1中所示的原料，将各原料采用振动磨研磨至D50≤5μm，D97≤10μm，其中纳米氧化铝无需处理，将处理后的粉体按照表2配方使用实验砂磨机将粉体混合研磨至合适粒度，调整墨水性能后过滤即成墨水样品。

2.2 实验设计

采用表3配方的釉作为本实验的基础面釉，在该面釉的基础上打印防滑墨水，烧成温度1200℃，烧成时间50min，研究墨水的固相成分对防滑性能、颜色墨水发色等釉面性能的影响。墨水中固相成分如表4所示。

2.3 性能檢测与表征

采用LABSTAR LS1型砂磨机制备各墨水样品;

采用BM-III型摩擦系数测定仪测试釉面在潮湿状态的摩擦系数[6、7];

采用WGG60-E4型光泽度仪在60°入射角下测试釉面光泽度;

采用CR-10 Plus型色度仪测试墨水在釉中的发色;

采用WHX-7000型数码显微镜测试釉面形貌。

3 结果与分析

3.1 墨水中固相成分对釉面性能的影响

3.1.1 n（SiO2）/n（Al2O3）对釉面性能的影响

墨水中固相成分中的n（SiO2）/n（Al2O3）及喷墨量对釉面最终的性能影响很大，如表5所示。当3.39≤n（SiO2）/n（Al2O3）≤13.23时，喷墨量从26g/m2提高至78g/m2，釉面光泽度逐渐提高，釉面摩擦系数逐渐降低，且摩擦系数都小于54，未达到防滑低风险水平[7]。当1.05≤n（SiO2）/n（Al2O3）≤2.21时，喷墨量从26g/m2提高至78g/m2，釉面光泽度逐渐降低，釉面摩擦系数逐渐提高，摩擦系数都大于55，达到防滑低风险水平[7]。但当1.05≤n（SiO2）/n（Al2O3）≤1.51，喷墨量≥52g/m2时，釉面手感粗糙，防污性能差。同时，从表5可知，当n（SiO2）/n（Al2O3）为2.21时，可得到釉面效果最好的防滑产品。当n（SiO2）/n（Al2O3）为1.51时，则需要特别注意喷墨量对釉面手感的影响。随n（SiO2）/n（Al2O3）的降低，即Al2O3用量提高，釉面光泽度降低，摩擦系数提高，但提高到一定程度后釉面手感及防污性能受到影响，这与Al2O3可提高釉的熔融温度，增加熔体的高温粘度有关[9]。

3.1.2 BaO含量对釉面性能的影响

文献[8]提到，BaO可提高釉料的防滑性能，本文在E配方的基础上添加BaO，研究其对釉面性能的影响，如表6所示。加入BaO，釉面光泽度相对E样品有所提高，但摩擦系数却明显降低，虽提高BaO含量至30.86%时，摩擦系数有所提高，但仍小于54，未达到防滑低风险水平[7]，但釉面手感更细腻，防污性能更佳，这也是防滑性能稍差的原因。BaO常用于无光釉的助熔剂，但当用量较大时，反而会提高熔融温度[9]，从而导致摩擦系数先降后升。

3.2 墨水中固相成分对颜色墨水发色的影响

考虑到26g/m2的喷墨量即可制备高摩擦系数、低光泽度且细腻的釉面，因此，只研究26g/m2的喷墨量下，固相成分对蓝色、红棕、黄色与黑色四色墨水发色的影响，如表7所示。随n（SiO2）/n（Al2O3）的降低，即Al2O3用量提高，铝离子与蓝色墨水中的钴离子形成更多高温稳定的钴铝尖晶石，蓝色墨水蓝值提高，发色加深，但红值降低，总体发色较好;红棕墨水红黄值都降低，发色变差，与铝离子取代部分红棕墨水中铁和铬离子有关，但D墨水对应的发色不影响图案设计;黄色墨水发色影响不明显;黑色墨水由红黄调黑色向蓝绿调黑色转变，不利于黑色的发色，但D墨水对应的发色不影响图案设计。BaO的加入对蓝色和黄色的影响不明显，可使红棕发色稍鲜艳，使黑色红黄调适当提高，发色有所提升。

3.3 防滑墨水的原理

采用高倍显微镜对A、D、E防滑墨水对应的釉面放大400倍后观察，如图1所示。从图1可知，A釉面表面平整，而D与E釉面产生较多10μm左右的凹坑，因此，D和E釉面具有较高的摩擦系数，由于是非常细小的凹凸状，釉面的手感仍较好，可保证较好的防污性能。

凹坑的产生可能与墨水的溶剂组成和固相组成相互决定。由于墨水的溶剂沸点都接近300℃，瓷砖在烧制过程中，由于溶剂和分散剂组成的混合溶液不断挥发，将薄薄的一层墨水冲破形成细小凹坑;再通过控制墨水固相组成保证墨水层的高温粘度较高，使凹坑在瓷砖烧制后仍存在于瓷砖表面。利用这种凹凸结构，在压力下和鞋底产生的机械咬合作用以及真空吸附作用来达到防滑效果[3]。

4 结论

（1）随n（SiO2）/n（Al2O3）降低，釉面防滑性能提高，光泽降低;但如果过低，则会影响釉面的手感与防污性能。当n（SiO2）/n（Al2O3）为2.21，喷墨量26～78g/m2时，可制备光泽度8度以内，釉面细腻且防滑系数>55的低风险防滑产品。

（2）在n（SiO2）/n（Al2O3）为1.51的低光防滑墨水基础上，随BaO提高，可使摩擦系数先降后升，光泽有所提高，釉面手感更细腻，防污性能更好。

（3）n（SiO2）/n（Al2O3）的降低，有利于蓝色发色，但不利于红棕与黑色的发色，对黄色发色影响不明显。

（4）BaO的加入对蓝色和黄色的影响不明显，但有利于红棕和黑色的发色。

（5）综合釉面性能和墨水发色性能，该防滑墨水可直接做保护釉使用，减少后续施保护釉的传统工艺。

参考文献

[1] 冯平. 陶瓷止滑釉的技术特点与应用前景[J].佛山陶瓷，2016（236）：35-38.

[2] 谢明贵，夏诗明，张杰. 防滑陶瓷砖的研究与进展[J].佛山陶瓷，2019（270）：1-9.

[3] 盛正强，曹端旭，段国红. 提高陶瓷砖防滑性能的工艺研究[J].佛山陶瓷，2019（278）：23-27.

[4] 余水林，蔡细鄂，李志芳. 防滑瓷质砖的制备工艺综述[J].佛山陶瓷，2011（183）：20-22.

[5] 王彦君，石棋，王永强等. 一种防滑釉面的研制[J].佛山陶瓷，2016（239）：9-13.