張翼 石教藝

摘 要：陶瓷滲花墨水是陶瓷裝飾技術(shù)的又一次革新，應(yīng)用于噴墨拋光磚的生產(chǎn)中，提升了拋光磚的色彩、層次和質(zhì)感，提高了陶瓷磚的裝飾效果，給整個(gè)陶瓷行業(yè)帶來(lái)全新的發(fā)展機(jī)遇。本文介紹了陶瓷滲花墨水的最新研究動(dòng)態(tài)，并討論了其相關(guān)性能以及研究和應(yīng)用要點(diǎn)，為滲花墨水的研發(fā)和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：噴墨打??；滲花墨水；拋光磚；陶瓷裝飾；納米技術(shù)

1 引言

陶瓷噴墨打印技術(shù)的出現(xiàn)顯著提高了陶瓷的裝飾效果，更重要的是，大大簡(jiǎn)化了陶瓷的裝飾生產(chǎn)工藝，降低了原材料消耗，減少了生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染，促進(jìn)陶瓷生產(chǎn)的節(jié)能減排，是陶瓷裝飾的又一次技術(shù)性革命。然而占有國(guó)內(nèi)瓷磚市場(chǎng)30～40%份額的拋光磚，由于生產(chǎn)過(guò)程中的拋磨工藝，無(wú)法引用這一新技術(shù)，技術(shù)水平得不到提升，難以做出高附加值的陶瓷產(chǎn)品。

陶瓷滲花墨水采用可溶性有機(jī)金屬鹽作為發(fā)色體，通過(guò)噴墨打印技術(shù)，將圖案打印到坯體表面，再滲入到坯體（或釉體）內(nèi)部，經(jīng)過(guò)高溫煅燒后，呈現(xiàn)出具有色彩的圖案，從而進(jìn)行裝飾。滲花墨水可適用于表面強(qiáng)度高、耐磨性能好的拋光磚裝飾。把噴墨滲花墨水應(yīng)用于陶瓷拋光磚的生產(chǎn)工藝中，不僅能保留拋光磚原有的高色澤度、堅(jiān)硬耐磨、防滑等優(yōu)點(diǎn)，更能充分展現(xiàn)出色彩鮮艷、紋理自然和3D效果，在色彩、層次、質(zhì)感方面比傳統(tǒng)的微晶磚和全拋釉具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，極大地提升了陶瓷磚的裝飾效果。拓寬了拋光磚新的工藝，將拋光磚原有的優(yōu)勢(shì)和拋釉磚及瓷片的圖案優(yōu)勢(shì)完美結(jié)合，既保持了拋光磚原有的耐磨、平整的優(yōu)點(diǎn)，又將拋釉磚、瓷片的質(zhì)感與花色應(yīng)用到拋光磚的裝飾圖案中。

2 陶瓷滲花墨水研究現(xiàn)狀

噴墨打印技術(shù)是20世紀(jì)70年代末開(kāi)發(fā)成功的一種非接觸式的數(shù)字印刷技術(shù)，它將墨水通過(guò)打印頭上的噴嘴噴射到各種介質(zhì)表面上，實(shí)現(xiàn)了非接觸、高速度、低噪音的單色和彩色的文字和圖像印刷。在噴墨打印技術(shù)的基礎(chǔ)上，將陶瓷顏料制備成墨水，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，利用陶瓷噴墨打印機(jī)將配置好的墨水直接打印到建筑陶瓷的表面上進(jìn)行裝飾[1-4]。

陶瓷噴墨打印技術(shù)的普及促進(jìn)了傳統(tǒng)色釉料生產(chǎn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，噴墨印花工藝給整個(gè)行業(yè)帶來(lái)革命性的變革。由噴墨印花制造出來(lái)的全拋釉、仿古磚、微晶石等產(chǎn)品花色細(xì)膩、變化多樣，在花色圖案上基本不受限制，給陶瓷企業(yè)帶來(lái)一大批高利潤(rùn)、高附加值的產(chǎn)品。但是這些現(xiàn)有的技術(shù)卻難以應(yīng)用到拋光磚，拋光磚的生產(chǎn)依然存在著花色少、裝飾水平低、生產(chǎn)工藝繁瑣和生產(chǎn)成本高的現(xiàn)狀。

傳統(tǒng)拋光磚的生產(chǎn)采用著色金屬氧化物的可溶性鹽來(lái)進(jìn)行裝飾，是直接把含有著色氧化物的可溶性金屬鹽加入羧甲基纖維素、甘油、糖等經(jīng)過(guò)一定的工藝處理制成滲花釉，再利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，印刷到瓷質(zhì)磚表面的裝飾方法。但顏色單一和印花圖案的模糊始終限制著此類陶瓷磚產(chǎn)品走向更大的市場(chǎng)，且滲花釉是水性釉料，采用絲網(wǎng)印花的方式，這種相對(duì)粗糙的工藝不適合應(yīng)用于陶瓷噴墨領(lǐng)域。

陶瓷墨水在早期研究時(shí)使用金屬離子高溫轉(zhuǎn)化成發(fā)色金屬氧化物的方案，即采用無(wú)機(jī)鹽（如硫酸鈷、硝酸鐵等）可發(fā)色的物質(zhì)溶于水形成有色液體，但是這類水性滲花墨水會(huì)在噴頭表面析晶堵塞噴頭，因此無(wú)法應(yīng)用。2000年，F(xiàn)erro公司申請(qǐng)的中國(guó)專利CN00818261.2公開(kāi)了一種適用于陶瓷釉面的獨(dú)特的油墨和油墨組合，采用有機(jī)金屬鹽溶于有機(jī)溶劑制備而成的墨水，可以調(diào)配出各種顏色[5]。當(dāng)時(shí)由于設(shè)備等原因該技術(shù)未被推廣，而是轉(zhuǎn)向了顏料型陶瓷墨水，滲花墨水的研發(fā)則一直處于停滯狀態(tài)。2008年，Metco公司的中國(guó)專利CN200880120613.1公開(kāi)了在陶瓷材料上進(jìn)行數(shù)字印刷所使用的含有發(fā)色金屬的油墨組，研發(fā)出藍(lán)、褐、黃、黑等四種溶劑型墨水[6]。伴隨著噴頭技術(shù)的更新及大規(guī)格噴頭的出現(xiàn)，Metco公司2013年開(kāi)始推廣這一新技術(shù)，并于2014年在中國(guó)市場(chǎng)首先與諾貝爾陶瓷進(jìn)行技術(shù)合作，成功推出了噴墨滲花墨水瓷磚產(chǎn)品。隨后國(guó)內(nèi)許多陶瓷廠如蒙娜麗莎、東鵬、宏宇、新明珠等陶瓷企業(yè)引入噴墨滲花磚生產(chǎn)工藝。國(guó)內(nèi)的墨水生產(chǎn)企業(yè)對(duì)滲花墨水研究起步較晚，2015年廣東道氏技術(shù)股份有限公司的CN201510141827.9專利號(hào)公開(kāi)了一種可調(diào)滲透深度的陶瓷噴墨打印油墨及方法，油墨由著色油墨和助滲油墨組成，著色油墨提供發(fā)色，助滲油墨控制墨水在坯體的滲透深度[7]。同時(shí)，道氏公司的CN201510429407.0專利號(hào)公開(kāi)了一種噴墨滲花陶瓷磚增色劑及使用方法，此增色劑的應(yīng)用可大幅提高陶瓷墨水，特別是紅色和黃色墨水的發(fā)色鮮艷度[8]。隨著道氏滲花墨水在能強(qiáng)、東鵬、金意陶等陶瓷企業(yè)的成功產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)滲花墨水的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

3 滲花墨水的組成及性能特點(diǎn)

滲花墨水是一種滲透型墨水，也是一種溶劑型墨水，采用可溶性金屬鹽作為著色劑，然后搭配相應(yīng)的助劑以及溶劑制備成滲花墨水。滲花墨水經(jīng)噴墨打印機(jī)打印以后，在磚面具有垂直滲透的能力，燒成以后，著色劑在高溫下轉(zhuǎn)化為能呈現(xiàn)顏色的金屬氧化物，形成圖案。下面從五個(gè)方面講述滲花墨水的性能特點(diǎn)及研究要點(diǎn)。

3.1 滲花墨水的顏色

滲花墨水的發(fā)色方式與傳統(tǒng)陶瓷墨水不同。傳統(tǒng)的陶瓷墨水是顏料型墨水，是通過(guò)砂磨機(jī)將顏料磨成亞微米級(jí)的顆粒，利用合適的分散劑分散在油性的溶劑內(nèi)，形成穩(wěn)定懸浮液來(lái)使用。滲花墨水采用的是金屬離子作為發(fā)色體，制備成有機(jī)金屬鹽溶解在合適的溶劑中，在高溫下轉(zhuǎn)化成能呈色的金屬氧化物。滲花墨水的顏色需要根據(jù)金屬離子的發(fā)色規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)，例如：一般情況下，鉻在高溫狀態(tài)下以三價(jià)鉻的形式存在，呈黃色或綠色；鈷在高溫狀態(tài)下很穩(wěn)定，一般呈藍(lán)色，而且發(fā)色能力很強(qiáng)；鐵作為彩色滲花磚的發(fā)色元素，一般呈黃色，若鐵的添加量增多則顯出紅色或褐色。根據(jù)不同離子的發(fā)色規(guī)律，設(shè)計(jì)不同的顏色調(diào)配，并優(yōu)化離子的濃度，調(diào)配出滲花墨水發(fā)色體。目前市面上主要有藍(lán)、紅、黃、黑等墨水，顏色還不夠豐富，需要更多的顏色（如桔色、粉色等）來(lái)豐富滲花墨水的色系。

3.2 滲花墨水的發(fā)色原理

滲花墨水以有機(jī)金屬鹽作為發(fā)色體，但是這些金屬鹽在陶瓷磚燒成過(guò)程中，由于受氣氛、溫度、坯料成分的影響，紅色的鐵系氧化物和黃色的鈦系氧化物不能發(fā)出鮮艷的顏色。這是滲花墨水應(yīng)用中的技術(shù)難點(diǎn)，因此需要設(shè)計(jì)一種材料能夠?qū)τ袡C(jī)金屬鹽進(jìn)行包裹，從而保證金屬鹽不會(huì)與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)墨水的穩(wěn)定發(fā)色。廣東道氏技術(shù)股份有限公司提出了一種納米包裹技術(shù)：設(shè)計(jì)合成一種超細(xì)納米二氧化硅多孔材料，該材料均勻分散在陶瓷磚面釉或者面料中，當(dāng)陶瓷噴墨滲花墨水噴灑在陶瓷磚表面時(shí)，滲花墨水滲入到超細(xì)二氧化硅密集的孔洞結(jié)構(gòu)中，隨著燒成溫度的提高，滲花墨水中的有機(jī)金屬鹽分解成金屬氧化物而被包裹在超細(xì)二氧化硅的孔道中，避免高溫煅燒環(huán)境下發(fā)色金屬氧化物與陶瓷坯體發(fā)生反應(yīng)，被還原或者轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)的現(xiàn)象發(fā)生，從而保證了發(fā)色滲花墨水在高溫下能夠穩(wěn)定呈色。

3.3 滲花墨水的滲透性

滲花墨水是可溶性鹽作為發(fā)色體，本身在磚坯有一定的滲透性，但是在坯體上的滲透方位無(wú)法控制，容易縱向和橫向擴(kuò)散。若墨水橫向擴(kuò)散會(huì)導(dǎo)致圖案清晰度不高，滲透不夠深，出磚后在柔拋過(guò)程中就容易把色彩及紋理磨掉，因此需要從配方上研究滲花墨水的性能并控制溶劑及相關(guān)組分實(shí)現(xiàn)墨水的垂直滲透，同時(shí)根據(jù)需要開(kāi)發(fā)一種助滲劑實(shí)現(xiàn)滲透深度可調(diào)控，實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中的控制。

3.4 滲花墨水與噴墨機(jī)的匹配性

滲花墨水由于需要滲透到磚坯內(nèi)，這就要求噴墨機(jī)擁有大的噴墨打印量，以及與墨水具有良好的兼容性。因此墨水企業(yè)在研發(fā)過(guò)程中需要對(duì)溶劑的種類和極性、溶解性能、鹽類的種類、酸堿度等性能作具體的考察，考察噴墨打印機(jī)噴頭和相關(guān)管道的兼容性。

3.5 滲花墨水生產(chǎn)的噴墨滲花磚性能特點(diǎn)

陶瓷滲花墨水生產(chǎn)出的噴墨滲花磚具有很大的優(yōu)勢(shì)：在質(zhì)感方面，它可滲透到瓷磚坯體0.5～1.0 mm的深度，瓷磚花色立體感更強(qiáng)，表面紋理更加細(xì)膩逼真；在色彩方面，利用納米技術(shù)助力墨水發(fā)色，解決了普通墨水在紅色、黃色、灰色、黑色等顏色發(fā)色的難題；在硬度方面，產(chǎn)品硬度可達(dá)5～6級(jí)，要比全拋釉瓷磚產(chǎn)品更加耐磨；另在節(jié)能環(huán)保方面，滲花墨水所生產(chǎn)出來(lái)拋光磚的拋光厚度約為0.1～0.3 mm，減少了固體廢料、廢渣的排放，讓陶瓷企業(yè)更為節(jié)能環(huán)保。

4 陶瓷滲花墨水的應(yīng)用

陶瓷滲花墨水具有優(yōu)良的發(fā)色能力和極佳的滲透能力，結(jié)合高解析度的天然石材設(shè)計(jì)，應(yīng)用耐磨度極佳的釉料或直接應(yīng)用坯料，經(jīng)噴墨打印、燒成及拋光等工藝，可生產(chǎn)出仿真度遠(yuǎn)超全拋釉產(chǎn)品的人造石材瓷磚，表面的物理性能可達(dá)到傳統(tǒng)拋光磚的水平。

目前利用滲花墨水生產(chǎn)噴墨滲花磚主要采用兩種工藝。一種為淋漿工藝：布料→壓機(jī)→干燥→淋釉+納米助色劑→干燥→釉線噴墨+助滲劑→窯爐，采用淋釉的方式將含有納米助色劑的釉漿鋪在磚坯上作為噴墨打印圖案層；另一種為二次布料工藝：二次布料→磚坯上布薄料+納米助色劑→壓機(jī)→干燥→釉線噴墨+助滲劑→窯爐，利用二次布料，在磚坯上布上一層含有納米助色劑的薄層作為噴墨打印圖案層，分別做不同效果的滲花墨水磚產(chǎn)品。

陶瓷滲花墨水在噴墨拋光磚生產(chǎn)上的應(yīng)用已處于產(chǎn)業(yè)化階段，但還有提升的空間：1） 滲花墨水滲入拋光磚坯體深度的精確性還可提升，減少墨水的橫向滲透，提高垂直滲透， 從而提高磚面圖案的清晰度；2）進(jìn)一步優(yōu)化坯體或者釉面的制備及成型工藝，面料的成份會(huì)直接影響墨水的發(fā)色和磚坯的強(qiáng)度，水份會(huì)影響滲透深度，磚坯的變形會(huì)給后續(xù)的拋磨工藝帶來(lái)色差；3）減少噴墨拋光磚生產(chǎn)時(shí)的色差問(wèn)題，滲花墨水的下滲精度不一，經(jīng)過(guò)拋光后容易產(chǎn)生一定色差，加上拋光環(huán)節(jié)人員變動(dòng)、磨頭更換、參數(shù)變更，更加大了色差的變數(shù)，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)要求也相當(dāng)嚴(yán)格；4）圖案的設(shè)計(jì)及打印控制工藝：圖案的設(shè)計(jì)需要結(jié)合色彩的調(diào)配、助滲劑的用量、立體層次的調(diào)控、拋光工藝等方面進(jìn)行調(diào)整，才能控制圖案的清晰度和立體效果，因此設(shè)計(jì)難度較高，這也給噴墨拋光磚批次生產(chǎn)的穩(wěn)定性帶來(lái)影響?？偟膩?lái)說(shuō)，滲花墨水及噴墨拋光磚已處于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段，在推廣過(guò)程中需要滲花墨水制造商和陶瓷生產(chǎn)企業(yè)共同合作解決滲花墨水應(yīng)用時(shí)存在的技術(shù)難題，提高我國(guó)陶瓷磚產(chǎn)品的裝飾技術(shù)水平。

5 結(jié)論

滲花墨水的開(kāi)發(fā)以及在噴墨拋光磚上的應(yīng)用是近兩年才開(kāi)始的，它的出現(xiàn)給整個(gè)陶瓷行業(yè)帶來(lái)全新的發(fā)展機(jī)遇。目前也只有幾家墨水公司推出滲花墨水和幾家陶瓷企業(yè)成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，筆者認(rèn)為滲花墨水在今后的研究中還需要從如下幾個(gè)方面進(jìn)行提高：1）目前滲花墨水的色系還不夠豐富，許多中間調(diào)和色還未出現(xiàn)，需要開(kāi)發(fā)出更多顏色的滲花墨水；2）減少滲花墨水的橫向滲透，提高滲花墨水的滲透深度和滲透精度；3） 從納米包裹原理方面解決滲花墨水紅色和黃色發(fā)色問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出特定結(jié)構(gòu)的助色劑，提高墨水的發(fā)色性能和發(fā)色穩(wěn)定性；4） 減少噴墨拋光磚生產(chǎn)時(shí)的色差問(wèn)題，降低噴墨拋光磚批次生產(chǎn)時(shí)的發(fā)色穩(wěn)定性。

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