陶瓷色料墨水与渗花墨水复合应用技术研究

黄建平 王永强

摘 要：本文通过对陶瓷色料墨水和渗花墨水喷墨图案清晰度、适用于两种墨水复合应用的釉料配方、两种墨水互溶性影响等研究，解决了两种墨水复合应用过程中存在的问题，消除了产品装饰图案与坯体层之间的白线层，丰富了产品色彩，提升了产品的通体装饰效果。

关键词：陶瓷色料墨水;渗花墨水;墨水互溶性

1 前 言

陶瓷色料墨水，是一种含有某种陶瓷釉料成分、陶瓷色料或陶瓷着色剂的喷墨墨水，通常由无机非金属颜料（色料、釉料）、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其它辅料构成。无机非金属颜料（色料、釉料）是墨水的核心物质，要求其颗粒度小于1微米，颗粒尺寸分布要窄，颗粒之间不能有强团聚，具有良好的稳定性，受溶剂等其它物质的影响小。陶瓷色料墨水的色系种类有蓝、棕、桔黄、镨黄、绿色、灰色、黑以及鲜艳的包裹红、包裹黄等，此外还有下陷墨水、白墨水、亮光墨水等特殊墨水。因此，陶瓷色料墨水所装饰的图案具有高清晰度、色彩丰富等特点。

渗花墨水是一种渗透型墨水，也是一种溶剂型墨水，采用可溶性金属盐作为着色剂， 然后搭配相应的助剂以及溶剂制备成渗花墨水。 渗花墨水经喷墨打印后，在砖面具有垂直渗透能力，烧成以后，着色剂在高温下转化为能呈现颜色的金属氧化物，形成图案 [1]。在实际喷墨渗花生产中发现，渗花墨水在坯体上的渗透方位无法控制，容易出现纵向或横向扩散、晕开的现象。若渗花墨水横向扩散会导致图案清晰度不高，渗透深度不够的现象，产品出窑抛光后就容易把色彩及纹理磨掉。另外，渗花墨水中的金属盐在烧成过程中，由于气氛、温度、坯料成分的影响，其红色、黄色不能发出鲜艳的颜色。

目前市场上流行的通体抛釉类产品，因其接近天然石材的通体装饰效果，推出后迅速占领原属于抛釉砖和抛光砖的市场。通体抛釉类产品坯体颜色、纹理虽然与表面装饰图案接近，但该类产品在坯体和表面图案之间存在一层化妆土白线层，产品纹理没有完全贯通，影响产品表面开槽、倒边等深加工后的产品装饰效果。针对以上问题，结合两种墨水各自具有的性能特点，本文对两种墨水的复合应用技术进行了研究。

2实验内容

2.1样品制备

实验原料为工业纯的釉用原料，按配方称取一定量的原料后，加入合适的羧甲基纤维素（CMC）、三聚磷酸钠和水放入球磨罐中按球石：料：水=1：2：1球磨， 每100g干料球磨8min得到釉浆，将釉浆比重调整至1.65±0.02备用。

样品制备的基本流程为压制坯体→干燥→施釉→干燥→喷（渗花墨水+助渗剂）/陶瓷色料墨水→烧成→抛光，施釉方式小试为刮釉，中试和大生产为淋釉。施釉后的半成品在辊道窑烧成，窑炉最高表温1187℃，烧成时间75min。

2.2样品表征

本项目使用喷墨机按80%的灰度打印色卡，使用EFI Color Verifier设备扫描，得到墨水的发色范围。依据Lab值判断墨水发色情况，其中Lab模式是由国际照明委员会（CIE）于1976年公布的一种色彩模式，是CIE组织确定的一个理论上包括了人眼可见的所有色彩的色彩模式。Lab模式由三个通道组成，L通道是明度通道，数值越大则亮度越高，对它调整只发生亮度变化而没有色彩变化;a通道的颜色变化是从绿色到红色，正值为红色且越大越红，负值为绿色且越小越绿;b通道则是从蓝色到黄色，正值为黄色且越大越黄，负值为蓝色且越小越蓝;调整a和b通道只有色彩变化而没有亮度变化[2]。

2.3实验过程

2.3.1渗花墨水与陶瓷色料墨水喷墨图案清晰度对比研究

选用同一文件，使用陶瓷色料墨水和渗花墨水分别打印该文件并烧成，对比渗花墨水与陶瓷色料墨水的图案清晰度的差距。渗花墨水的图案明显模糊，很多图案细节无法表现。究其原因，渗花墨水的渗透方位无法控制，会使喷墨打印的墨点在釉表面出现横向的扩散、晕开，形成类似光晕的效果，导致图案模糊，不清晰。渗花墨水的墨点整体颜色均匀、基本没有过渡、边缘圆滑;陶瓷色料墨水的墨点有明显的深浅灰度变化、边缘棱角分明。两种墨水细节差距大，渗花墨水的细节缺失也决定了使用渗花墨水的产品图案存在细节缺失、图案模糊的问题。

2.3.2基础面釉配方的研究

通过对现有釉料配方A进行调整，获得一组墨水发色、釉面白度、硬度、产品耐污染性能较好的釉料配方B，其主要成分见表1，配方B烧成后白度为65;陶瓷色料墨水和渗花墨水在配方A中呈色见表2，在配方B中呈色见表3。

如表2和3所示，配方B中紅色和黄色渗花墨水的发色能力已经有大幅提升，红色渗花墨水由a值=1.97、b值=2.03提高到a值=13.71、b值=12.14，黄色渗花墨水由a值=1.52、b值=5.33提高到a值=2.31、b值=22.44，证明氧化硅和氧化钛能够提升渗花墨水发色。

为了得到更合适的配方，在釉料配方B的基础上，设计一组正交实验，釉料配方中CaO、MgO、ZrO2、TiO2含量相对不变，制定以SiO2、Al2O3、K2O、Na2O为主要因素的四因素三水平正交试验表，得到最优面釉配方C，其组成见表4，渗花墨水在配方C中呈色见表5。

由表5可知，相比配方B中红色渗花墨水的发色状况，配方C中Lab中表征红色的a值由14.71提高到15.75，表示明暗的L值由51.88降低到49.67，说明红色渗花墨水在配方C中的发色更深、更红。蓝色和黄色渗花墨水在C配方中呈色与配方B接近。配方C烧成后经过白度仪检测白度为71度，白度及墨水发色满足产品开发需求，配方对普通墨水发色无明显影响，基本满足两种墨水的复合应用技术要求。

2.3.3两种墨水复合应用的互溶性研究

将渗花墨水和陶瓷色料墨水复合应用，前期实验两种墨水连续打印在冷坯上，两种墨水之间存在互溶性不足的问题，造成图案模糊。针对此问题，项目从喷墨打印时的坯体温度、两种墨水打印的间隔时间、隔离釉三个方面研究两种墨水复合应用的互溶性问题。

（1）喷墨打印时坯体温度的影响。

将坯体在烘箱中150℃烘干。坯体干燥后运到喷墨房，实验30℃、35℃、40℃、45℃四个温度下同时打印两种墨水的图案清晰度，使用测温枪测试坯体温度达到所需实验温度时，将坯体放在喷墨机前打印。烧成效果见图1。

试验结果：由图1可知，4种不同的坯体温度对喷墨图案的清晰度有较大影响，30℃坯体的图案明显模糊，甚至可以看到斑点状的图案，说明坯体温度太低可能影响干燥，在液态溶剂作用下，使得墨水互溶，影响清晰度。随着坯体温度的升高，喷墨打印的图案逐渐清晰，40℃和45℃的图案清晰度接近，说明在40℃时，继续升高坯体温度对喷墨图案清晰度的影响明显变小。考虑到过高的坯体温度会影响喷墨机的使用寿命，喷墨前坯体温度确定为40℃。

（2）两种墨水打印间隔时间的影响。

渗花墨水渗透到釉层内部需要一定的时间。如果将渗花墨水和陶瓷色料墨水分开打印，使渗花墨水有一定的时间渗透到釉层内部，则打印普通墨水时坯体表面已经比较干燥，产品表面图案的清晰度会更好。为了使打印两种墨水之间有足够的时间间隔，采用8+12喷头的两台喷墨机，中间间隔一段距离。8通道喷墨机在前，装载渗花墨水;12通道喷墨机在后，装载普通墨水。两台喷墨机之间有对中装置，保证两台喷墨机的图案不会偏移。实验间隔10s、15s、20s、25s四个时间间隔对喷墨图案清晰度的影响。烧成效果见图2。

试验结果：由图2可知，随着两种墨水打印的间隔时间增加，喷墨图案也逐渐清晰，间隔时间为20s和25s时，图案清晰程度接近。考虑到生产线布局问题，两台喷墨机之间距离不易太远，将喷墨间隔时间定为20s。

（3）隔离釉的影响。

在抛釉砖的生产中，如果产品颜色过深，产品图案容易模糊。实验在两台喷墨机之间增加一台胶辊花机，通过胶辊花机在渗花墨水上印一道隔离釉，然后再打印普通墨水，使两种墨水之间不直接接触，进一步提高喷墨图案的清晰度。其中隔离釉是将产品面釉用胶辊印油调整成所需的比重，在喷墨打印的墨水和面釉之间增加一层水油双性的釉层，能够改善面釉直接淋在喷墨墨水上分布不均的問题，从而提高图案的清晰度。烧成效果见图3。

试验结果：由图3可知，印隔离釉后产品图案进一步清晰，隔离釉比重越大图案清晰度越高。但是比重过大胶辊印花时越容易出现粘辊等缺陷，因此将隔离釉比重定为1.5。

结论：通过研究喷墨打印时的坯体温度、两种墨水打印的间隔时间、隔离釉的比重，最终确定的参数如下：

1）坯体温度：40℃;

2）打印间隔时间：20s;

3）隔离釉比重：1.5。

按照上述参数设置，使两种墨水复合应用的图案清晰度与公司只用普通墨水的常规抛釉砖保持一致，在提高产品立体装饰效果的同时，保证表面装饰效果。如此，项目开发的高清通体陶瓷砖才能在装饰效果方面全方位的超越抛釉砖。

2.3.4渗花墨水的渗透性研究

按照项目工艺路线，产品为了达到通体贯穿的纹理，渗花墨水要渗透到釉层内部使整个底釉层都有渗花墨水的颜色。渗透深度过浅，渗花墨水不能渗透到釉层的最底部，则坯体和釉层纹理之间会存在一层很薄的白色釉层，使坯体和釉层之间的纹理有断层存在;渗透深度过深，渗花墨水会渗到坯体内部，则坯体靠近釉层处因渗花墨水和坯体的颜色叠加，形成一层颜色偏深的坯体层。所以，通过实验确定合适的生产参数，使渗花墨水的渗透深度刚好达到釉层和坯体之间，则能确保产品纹理的贯穿性[3]。

抛釉产品的底釉厚度一般约0.17mm，实验过程中为了更好的观察渗花墨水的渗透深度，将淋釉的厚度提高2倍，即釉层厚度为0.34mm。设计一组0.5mm、1mm、2mm线条文件，喷墨后助渗半小时入窑，烧成后，切割并倒小角后测量断面渗入深度。墨水打印顺序为：蓝红红黄黄+助渗剂。其中助渗剂可以使用多道喷头，每道喷头满灰度喷墨则记为100%灰度。实验助渗剂打印图案见图4，渗透深度的实验结果见表6。

试验结果：由表6可知，三种颜色的渗花墨水在使用相同助渗剂的情况下渗透深度有所不同，需要综合考虑三种渗花墨水的渗透深度来确定助渗剂的用量。100%灰度以上的助渗剂，三种墨水的渗透深度都超过0.17mm，会使坯体与底釉接近的地方颜色偏深，尤其是红色渗花墨水的渗透深度明显比釉层厚度要厚，甚至已经渗透到坯体层。

根据渗花墨水的使用量和不同颜色渗花墨水的使用比例，助渗剂的用量在50%～100%灰度之间调整，使渗花墨水能渗透整个底釉层，又不会过多渗入坯体层，使坯体和底釉之间的纹理能连续一致。

3 结 论

（1）面釉中加入1%左右二氧化钛，能显著增强黄色渗花墨水的发色。

（2）当陶瓷色料墨水和渗花墨水两种墨水复合应用时，坯体温度控制在40℃、两种墨水打印间隔时间控制在20s，产品的通体装饰效果和图案清晰度最佳。

（3）助渗剂的用量在50%～100%灰度之间调整，使渗花墨水能渗透整个底釉层，又不会过多渗入坯体层。

参考文献

[1] 张翼，石教艺.陶瓷渗花墨水的性能及研究状况[J].佛山陶瓷.2016，241（8）：1-3.

[2] 谢悦增.陶瓷喷墨渗花工艺技术研究进展[J].佛山陶瓷.2017，251（6）：9-12.

[3] 朱咏梅.浅析影响渗花抛光砖渗花效果的因素[J].陶瓷.2005，（4）：39～41.