陶瓷制品标识用耐高温碳带原理

条码碳带是一种在聚酯薄膜的两面分别涂上油墨、润滑剂的打印耗材，是利用数码热转印技术，配套条码打印机来完成承印材质（主要是各种标签）的标识工作。具体原理是通过条码打印机打印头的热量和压力作用于碳带墨层（油墨涂层烘干而成）上，使碳带有选择性地将相应的文字和条码信息印制在标签上。

由于其具有打印效果清晰耐久、标识输出方便快捷、使用过程清洁环保和可以在无人看管的条件下实现连续打印等优点，被广泛应用于食品医药、家用电器、服装鞋帽、电子通信、新能源等各个领域，成为21世纪应用和发展最为迅猛广泛的高科技数码耗材之一。

条码碳带根据油墨配方不同分为蜡基、树脂基、混合基三种类型。蜡基碳带墨层以矿物蜡为主，受热软化后渗入纸类标签中，产生良好的打印效果，主要应用于纸类标签的标识；树脂基碳带墨层以合成树脂材料为主，与塑料薄膜亲和力优异，受热软化后紧密贴合在塑膜类标签上，产生优异的耐摩擦、耐侵蚀（包括耐溶剂、耐酸碱、耐高温、耐冷冻等侵蚀条件）效果，主要应用于对印迹耐摩擦、耐侵蚀效果要求较高的领域；混合基碳带墨层中蜡和树脂兼有，使用性能介于两者之间。

陶瓷制品标识用耐高温碳带是树脂基碳带的一个应用分支，使用时在与条码打印机相连的电脑上，将图案设计成所需标识信息的镜像图标，打印在专用陶瓷标签上（俗称转印纸），再将标签打印面贴附在陶瓷器坯特定位置上，热压处理将标签上的印迹完整移印在器坯上，显示在器坯上的图案就是陶瓷制品所需的标识图案。取标识好的器坯上釉（透明釉）入窑，在1300℃条件下烧结成器。器坯上的条码及图文完好无损，条码能够被扫描仪器识别，达到陶瓷产品标识能够被自动识别的功能。

总体方案流程

树脂基碳带作为一种条码打印耗材，其产品结构如图1所示。

图1 树脂基碳带

自上而下依次为背涂层、基膜层、离型层、油墨层，共四层结构。其中，背涂层提供碳带打印过程中的润滑效果，以保护碳带打印机精密的打印头；基膜层为碳带的骨架和载体；离型层提供色料层脱离辅助效果；油墨层提供印迹颜色及性能效果。

具体生产流程

根据相应生产配方和工艺，制成背涂、离型、油墨三种物料。

取适当厚度、强度的PET 薄膜，在高速涂布机上完成涂布生产：基膜一侧涂上背涂液，另一侧先后涂上离型和油墨，三个涂层分别使用三个涂头，一次性完成涂布和烘干过程，得到高温陶瓷碳带大卷，碳带大卷上分切机切成客户需要的不同规格的碳带小卷，交付客户使用，如图2所示。

图2 树脂基碳带产品生产线

陶瓷制品标识要求

满足传统树脂基碳带基本功能，如在目标标签上能够良好转印，印迹清晰、饱满，具有一定的耐摩擦、耐溶剂性能。印迹经过1300℃烧结在陶瓷制品上后，保持清晰、饱满、鲜明的黑色。

印迹经高温处理后，不会因高温焚烧而扭曲变形，出现断笔、针眼、白斑等缺陷。

关键技术问题

油墨中的颜料体系要能够耐受1300℃高温处理而不褪色，或在高温条件下增色。

油墨、离型中的树脂体系，软化点、粘度等理化参数适中，满足传统树脂基碳带使用要求，同时还要求在高温分解、灰化的过程中，不发生剧烈的爆裂或坍缩，以避免印迹变形。因此，项目研究关键内容，就是通过实验，得到能够满足上述要求的离型、油墨物料体系，并摸索相应的涂布生产工艺，如图3、4、5所示（见下页）。

图3 合格样品

图4 针眼白斑

图5 褪色样品

技术指标及选材原则

主要技术指标：碳带产品能够在目标标签上良好打印；转印在陶瓷制品上的印迹，烧结后保持一定的黑度；烧结后的印迹清晰饱满，肉眼观察无针眼、白斑、变形等瑕疵。

技术重点和难点在于离型、油墨材料的选择和配伍。

离型层

离型层又称剥离层，是由离型物料涂布烘干而形成，离型物料研制是离型层实验的关键。离型物料由树脂、蜡粉、溶剂三部分组成。因该产品对材料纯度、分子量分布有较高要求，除溶剂外，树脂、蜡一般都选择行业内知名商标产品，以保证产品性能达到预期目标。

离型层树脂选择

离型层在碳带打印过程中，主要起辅助油墨层脱离基膜，转印至承印标签上的作用。离型层树脂经高温处理后，分解时不能产生剧烈坍缩或爆裂。传统碳带离型树脂一般选择弹性体材料EVA，但EVA 弹性、延展性过大，打印印迹高温下容易变形。经大量筛查、实验、检测工作，确认树脂弹性体T-1、T-2（内部编号），可有效解决图文高温变形问题。

蜡粉选择

传统树脂基碳带常用熔点适中、粒径均匀的聚乙烯粉体作为离型蜡粉材料。陶瓷制品标识用耐高温碳带在蜡粉选择上，较传统树脂基碳带在粒子硬度、粒径分布、基本粒子形态等方面均有更高要求，普通聚乙烯粉体无法满足需求。经实验，选择经改性包覆技术处理过的高熔点粉体。

溶剂选择

溶剂选择原则：首先，选择树脂的真溶剂和稀释剂搭配，既保证溶解效果又可有效调整溶剂释放性；其次，混合溶剂各组分沸点、表面张力要有层次差异，以保证合适的挥发梯度；最后，溶剂对蜡粉腐蚀性要低，以免严重破坏蜡粉基本粒子形状，影响产品性能。

油墨

油墨涂层是由油墨涂布烘干而成，油墨由树脂、颜料、溶剂、助剂四部分组成，油墨涂层提供转印印迹的耐温、着色、赋型功能，油墨的研制是整个项目成败的关键。

树脂选择

树脂分解、碳化过程中不易发生剧烈坍缩和爆裂，其玻璃化温度、软化点要相对高，熔程要相对窄，分子结构中的官能团之间能够因强烈作用而形成结合紧密的共轭体系。主树脂选择长主链、无支链或少支链、高TG、强极性的系列合成树脂。辅助树脂选材主要考虑与主树脂相容性（保证油墨烘干浓缩过程中物料体系的均一性）、分子量差距（获取树脂分子间适宜的嵌套结构）、能否形成分子间强烈相互作用三方面，有效弥补主树脂打印能级过高、柔韧性不足等缺陷。

颜料选择

颜料选择有两个方向，一是选择高温不易分解的材料，如耐高温炭黑、铬黑、钴黑等，利用这些材料分解温度高的特性，使印迹经高温处理后仍能保持一定的色度；二是选择高温发色材料，如过渡金属氧化物等（指如铁、铬、锰、铜、镍、钴等的氧化物），按照特定比例混合，可在高温条件下发生化学变化，由单晶格结构横向、纵向生成复合晶格结构，导致不同配比呈现不同颜色。油墨图层的颜色深度与混合物配比、物料占比、受热温度三个因素相关。

考虑到传统树脂基碳带的油墨层树脂高温分解后，印迹失去树脂的增色效应（树脂的存在有助于黑色颜料在物料中充分分散，同时提供黑亮的效果），即使颜料完全不分解失色，其黑亮度也会明显下降，达不到项目要求。借鉴古代黑色陶瓷烧造技术，选择高温处理后发色的过渡金属氧化物的混合物（各组分具体配比是颜料体系的技术核心）构建油墨的颜料体系，通过颜料体系的高温发色，对冲失去的树脂增色效应。

溶剂选择

与离型物料溶剂的选择原则相同。

助剂选择

添加助剂的主要目的是增强树脂对颜料的润湿性、调整油墨状态及降低体系整体软化点，以求得理想的转印效果。在本项目中，树脂、颜料选择范围有限，可选树脂对颜料的润湿性较差，同时，又因颜料在油墨中比例偏高，故助剂选择较为重要。经过实验室大量筛选工作，我们优选出润湿分散剂A、B（德固赛）、增粘剂C（国产），三种助剂混用以达到油墨状态良好，碳带转印圆润饱满等效果。

产品性能对比

与进口同类产品对比结果，见表1。

表1

目前市场上可见的陶瓷制品标识用耐高温碳带颜色主要为黑色，仅有日本某品牌的产品，因缺乏竞争，其市场零售价高达300 元/平方米，利润非常可观。

随着TOTO、科勒、箭牌等著名洁具品牌开始使用条码碳带作为其产品的标识、防伪手段，陶瓷制品标识用耐高温碳带市场容量逐渐扩大。仅2021年全年，陶瓷制品标识用耐高温碳带国内销售量即达50 万平方米。以150 元/平方米计算，国内陶瓷制品标识用耐高温碳带产值可达7500 万元以上。考虑到今后陶瓷类产品生产工艺革新，以电脑制图、彩色陶瓷制品标识用耐高温碳带转印、套印绘图替代现行的丝印、拓印、手绘等陶瓷制品标识、装饰方式，这样的陶瓷制品生产方式方便快捷、经济环保，图文内容丰富易得。因此，陶瓷制品标识用耐高温碳带需求量将迎来井喷式的增长。