深色釉面地砖喷墨印花缺陷的解决实例*

陈海林

(福建省闽清金明珠陶瓷有限公司 福州 350800)

前言

如今，陶瓷砖的喷墨打印技术已经得到了广泛应用。不过与传统丝网印刷的水性印油明显不同的是，喷墨打印机所使用的墨水大部分是油性墨水，并且以有机溶剂作为溶解色基的主要成分。目前国内市场的陶瓷墨水溶剂以烷烃类溶剂为主，如脂肪族烃类溶剂。当喷墨量较大时，墨水干燥十分缓慢，容易造成产品的釉面缺陷，给生产带来了极大不便。因此，不少厂家在生产深色釉面砖时，仍采用传统丝网印花，导致图案层次不够丰富，单条釉线产能低，优等品率很难提高，导致产品设计单调，成本无法优化。

1 深色釉面地砖喷墨印花缺陷的解决

笔者所在工厂主要生产600 mm×600 mm仿抛水晶釉面红坯地砖，采用二次烧成工艺，素坯吸水率为13%～15%，成品吸水率为7%～9%。因场地有限，采用大循环生产模式，出窑素坯经冷却平台直接进入釉线淋底、面釉及喷墨印花。产品图案设计和抛釉砖相同，深色砖所占比例较多，时常需要高灰度(超过60%)、大面积的喷墨打印，如深啡网、木纹、黑金花等花色。生产过程中，经常会出现图案拉线、颜色不均匀等打印问题，并且墨水干燥速度太慢，虽已使用快干型墨水，仍会出现墨点扩散、图案模糊及不规则色差等问题。严重时，会造成烧成后釉面光泽差、手感粗涩，而墨量大的图案则会出现细小的龟纹干燥裂，造成产品质量缺陷。

1.1 图案打印缺陷的解决

以黑色系列产品为例，针对图案拉线、颜色不均匀等问题，调试如下。

1.1.1 检查调试

检查并调试各组喷头，保持最佳工作状态。图案拉线、喷头交接位缺陷(白线、重叠线)有所减少，但无法完全解决。

1.1.2 调整墨水装载方案

采用“双重墨水通道”模式，调整各通道墨水装载方案。“双重墨水通道”指的是，将较深的颜色分为2个打印通道，避免喷头堵塞出现拉线，也可以从视觉上有效减缓拉线、喷头之间交接位及色差的问题。对于黑色系列产品，可将黑色墨水分为2个通道打印，每个通道图层灰度得以降低到50%以下，大大减轻了单个通道打印的压力。以纯黑砖为例，墨水组合及各图层原灰度为：C宝蓝45%，M深红棕5%，Y柠檬黄0，Lm粉色0，K黑色80%。调整后为：C宝蓝45%，M深红棕5%，Y柠檬黄0%，K黑色35%，k黑色35%。

1.1.3 避免缺墨

在固定打印模式下，如果产品图案的深色区域只在局部，可将图案多角度旋转后，做成不同输出方向的固定图，用拼图打印模式生产，避免某些喷头超负荷工作而出现缺墨。

1.1.4 防止缺墨拉线和颜色不均匀的缺陷产生

适当拉开砖坯的打印间距，减轻供墨系统的工作负荷，防止缺墨产生。经现场调试，图案打印效果较好，拉线和颜色不均匀等缺陷均控制在允许范围内。

1.2 墨水干燥缺陷的解决

墨水干燥缺陷指的是墨水干燥(渗透)速度太慢而造而成的缺陷，如图案模糊，墨水混溶色差，烧成后釉面光泽差、缩釉、龟纹干燥裂等。除了墨水本身因素外，现场生产工艺制度对墨水干燥速度也起决定性作用，应予以重点讨论。对比试验时，为了方便描述墨水干燥速度，笔者用WGG60-ES4型光泽度计测量釉面喷墨后的光泽度作为衡量指标。在烧成前，当墨水干燥速度越快时，干燥效果越好，测得的光泽度值就越低；墨水完全干燥时，即完全渗透到釉层，光泽度值则为0。

1.2.1 墨水干燥速度的对比试验

(1)喷墨后砖坯烘干试验。将喷墨后的釉线二次烘干温度升高，砖坯温度从40 ℃升至48 ℃，出窑产品釉面光泽度为87 GU，与调整前对比无明显差异。另取3片喷墨打印后的砖坯，经恒温干燥箱180 ℃烘干10 min，放入釉烧窑烧成后，测得釉面光泽度为88 GU，低于正常标准值90 GU，说明在喷墨后加强砖坯烘干的效果并不明显。

(2)喷墨前砖坯烘干试验。取淋釉后的砖坯，将一组置于常温下自然晾干，其余经恒温干燥箱150 ℃烘干，然后冷却至40 ℃，喷墨印花并烧成，用光泽度计测量喷墨和烧成釉面光泽度。其对比数据如表1所示。

表1 不同干燥方法对喷墨打印效果的影响

试验发现，施釉砖坯经过烘干后，墨水干燥效果要好于线上产品，图案清晰，发色均匀，烧成釉面光泽度正常，说明在喷墨前加强砖坯干燥的效果较好。但喷墨后光泽度仍有5～8 GU，表明墨水并没有完全渗透到釉层。实际生产中，因在釉线上临时增加砖坯干燥的措施有限，且干燥时间不足，效果常常不够理想。

(3)提高坯温、降低砖坯水分试验。此方法也经常用于预防深色砖烧成时出现“炸墨”，即砖坯水分太高，在窑炉预热段快速加热时，墨量大的釉层爆开，类似“炸坯”。试验如下：关掉3台素坯吹风机，减少素坯喷水量，以提高淋釉前的砖坯温度；减少底釉和面釉的施釉量各20 g/片。砖坯淋釉后，釉面水分蒸发较快，但发现在喷墨打印时，墨水干燥速度反而更缓慢。砖坯经过釉线二次烘干箱后，直至进入釉烧窑炉时，油墨仍未完全被吸干。烧成后，釉面光泽明显变差，手感粗涩程度更严重，这说明提高坯温并不利于墨水干燥。

(4)淋釉砖坯温度对比试验。根据前一项试验结果，初步怀疑砖坯温度对喷墨打印效果有影响，于是将不同温度的砖坯淋釉和喷墨印花效果作对比试验，使用手持红外测温仪和WGG60-ES4型光泽度计测量，数据如表2所示。

表2 不同坯温对喷墨打印效果的影响

试验发现，当淋釉的坯温较高时，釉浆在坯面急剧受热，水分迅速蒸发，可溶性盐类析出，釉层表面变得致密光滑，如同一层光亮的蜡膜，此时测得的光泽度偏高。这一现象会直接影响墨水渗透到釉层的速度，坯温越高，釉层表面越致密光滑，墨水干燥(渗透)速度越慢，最终会导致相关缺陷的产生。素坯温度过高的另一个缺点是，在经过喷水、淋釉、吹风后，砖坯的中间和边角部温差偏大，釉面干湿不均，喷墨印花时，墨水干燥速度不一样，容易产生色差。而相对偏低的素坯温度，则有利于釉坯温度均匀，釉面干湿一致，可减少色差的出现。但当淋釉的坯温太低，或将素坯大量喷水降温后，釉层水份无法及时蒸发，墨水干燥速度变慢，也会出现图案糊花等缺陷。同时，砖坯入窑水分偏高，导致烧成后的釉面光泽度偏低。试验结果表明，素坯温度在45～50 ℃时进行淋釉，至喷墨打印机时的坯温控制在35～40 ℃，此时釉面及印花效果最佳。

(5)各颜色墨水干燥速度对比试验。为了进一步确定砖坯温度对喷墨效果的影响，将各种颜色墨水在不同砖坯温度条件下，按照灰度从10%～100%梯度打印，观察烧成后的釉面效果。测试数据如表3和表4所示。

表3 淋釉坯温70 ℃时不同灰度打印墨水光泽度对比

表4 淋釉坯温45 ℃时不同灰度打印墨水光泽度对比

表3、表4数据结果表明，柠檬黄和粉色墨水会降低釉面光泽度，黑色和宝蓝色墨水对釉面光泽度影响不大，而深红棕墨水能增加釉面光泽度。当淋釉坯温较高时，随着打印灰度的增加，柠檬黄的光泽度降低最多，其次是粉色，然后是宝蓝和黑色，而深红棕的光泽度降低不明显。当淋釉坯温保持适中时，随着打印灰度的增加，所有颜色墨水的光泽度降低不明显，其中，深红棕墨水的光泽度不降反升。

(6)素坯吸水率对比试验。取两组不同吸水率的素坯，加热至60 ℃，淋釉并喷墨，吸水率为17.2%的内墙砖坯喷墨后光泽度为0～2 GU，吸水率为14.3%的地板砖坯喷墨后光泽度为3～10 GU。另将内墙砖坯温度升高至70 ℃淋釉并喷墨，光泽度为3～8 GU。为了进一步论证，笔者在二次烧内墙砖生产线上做了对比试验，将淋釉坯温从55 ℃升高至70 ℃，观察到深色喷墨印花的墨水干燥变慢，且烧成釉面光泽差、手感粗涩。可见，素坯吸水率较高时，有助于加快墨水干燥，但如果淋釉砖坯温度太高，仍会出现墨水干燥缺陷。

(7)釉浆吸干速度对比试验。釉浆吸干(收水)速度快，则墨水干燥速度也快。正常情况下，熔块釉比生料釉的吸干速度快，釉浆细度粗、含水率低、比重高可加快吸干。此外，添加剂对釉浆吸干速度的影响十分明显。笔者以生产线的半白熔块釉浆作为对比试验的基础釉浆，加入不同添加剂，用刮釉器(刮口间隙0.5 mm)把各组釉浆均匀布在同一片砖面上底釉，喷墨印花并烧成，对比结果如表5所示。试验发现，第2组加三聚磷酸钠后，釉浆吸干速度变慢。第3组加氯化钠后，釉浆吸干速度变快。第4组模拟釉浆吸干速度极端缓慢的情况，导致墨水干燥缺陷非常严重。第5组添加氯化钠对第4组的不良情况进行纠正，效果较好。试验说明，添加三聚磷酸钠会促使釉浆吸干速度变慢，不利于墨水渗透入釉层，使墨水干燥速度变慢；而氯化钠的作用则相反，正常情况下，氯化钠加入量不超0.1%，对釉浆粘度影响不大，能明显加快釉浆吸干速度，有利于墨水干燥；如果釉浆含水率高，吸干速度特别慢，则可适当增加氯化钠的用量至0.2%。

表5 添加剂对釉浆吸干速度和墨水干燥速度的影响

续表5

1.2.2 解决措施

对墨水干燥试验结果进行综合分析后，从生产工艺方面制定解决措施如下：

(1)尽量降低砖坯水份，适当增加釉线烘干设施。淋釉前喷水不能过量，尽量在平台吹冷风或水雾以降低素坯温度，适当减少底釉和面釉的施釉量。在淋釉后安装烘干设施，如红外线干燥箱、光波快速干燥器等。增加吹风机，加强除去砖坯的水汽。

(2)严格控制砖坯温度，安装测温设施进行监控，特别是淋釉坯温和喷墨坯温，要经常检查并保持稳定。淋釉坯温最高不超过55 ℃，最好控制在45～50 ℃。喷墨坯温不超过42 ℃，最好控制在35～40 ℃。根据环境温度的变化及时调整砖坯温度，如季节变换和早晚温差。在釉线的淋釉、喷墨和入窑前安装在线式数显红外测温仪，可以实时显示坯温便于管理。另外，为了减少色差，生产深色产品时，可要求工人不得把素烧冷坯补进流水线使用。

(3)适当提高素坯的吸水率。在工艺允许的范围内，适当降低素烧温度或者调整配方比例，使素坯吸水率尽量不要低于15%。

(4)提高釉浆吸干(收水)速度。适当提高釉浆的密度和流速，但要注意控制添加剂的使用量，尤其是釉浆流动性能不好时，避免过量添加三聚磷酸钠等解胶剂。甲基纤维素钠会增强釉浆保水性，不利吸干，用量不能多。视情况添加氯化钠(食盐)，一般控制在0.1%以内，可明显加快釉浆吸干。

经生产实践，以上措施收效较好，黑色系列产品的发色均匀稳定，图案及釉面质量均达到标准要求，产品优等率达到工厂目标。随后跟踪其它深色产品的生产，效果也较为理想。

2 总结

釉面砖在进行大面积深色喷墨印花时，采用“双重墨水通道”的方法能有效解决图案打印缺陷，而对于墨水干燥缺陷，可通过提高墨水干燥速度的方法来解决。首先，选用快速干燥型墨水，并使用发色较强的釉料和墨水，减少墨水用量。其次，要根据工厂实际情况，因地制宜建立一套相适应的生产工艺制度。影响墨水干燥速度的工艺因素主要包括砖坯水分、温度、吸水率和釉浆吸干速度。其中，砖坯温度随着生产环境的变化，容易出现波动，直接影响喷墨打印效果，需加以严格控制。实践发现，二次烧成生产时，保持淋釉砖坯温度在40～55 ℃，最好控制在45～50 ℃；对喷墨前釉坯加强干燥，尽量降低釉层水分；降低素烧温度或调整配方以提高素坯吸水率；减少甲基纤维素钠、三聚磷酸钠用量，适量添加氯化钠以提高釉浆吸干速度，均能有效减少墨水干燥不充分引起的质量缺陷。总之，深色喷墨印花釉面砖的生产需要一套更完善、更严格的工艺管理制度。