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喷墨打印助色剂的选择与优化

作者: 淄博金鼎制釉有限公司 日期:2018-11-21 08:21:50 点击数:

采用单因素实验,以不同细度的SiO2TiO2ZnOLa2O3CeO2等粉料为助色剂,以一定比例加入到陶瓷坯料中,球磨、干燥、压制成形,分别将陶瓷喷墨渗花墨水(红墨水、黄墨水、蓝墨水)喷在生坯表面,干燥和烧成,对比助色剂对喷墨渗花墨水发色能力的促进效果,并采用正交实验设计探讨助色剂添加量对墨水发色的影响。单因素实验表明,细度为3 μmSiO2100 nm TiO2100 nm ZnO粉料分别对红、黄、蓝墨水的发色有增强作用。正交实验分析表明,当助色剂在面料中的质量比为3%,且SiO2TiO2ZnO的质量比为981.50.5时,红墨水、黄墨水、蓝墨水的综合发色效果最佳。

3实验设计                                                                            

先进行单因素实验,分别在同样的坯料(高温料)中加入3%,粒径为1 μm的氧化硅、氧化钛、氧化锌、氧化镧、氧化锡、氧化铈,然后球磨5 min均匀混合,干燥,压成,喷墨,烧成,检验不同助色剂对墨水的发色影响,并对发色效果进行评分,如表1所示

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根据表格2可知:

微信图片_20181121101417.png2.png

 

1000目以下的SiO2粉料对墨水发色的促进效果较差,墨水的发色较为模糊。最优的SiO2粉料细度为1000目、3000目和5000目,比表面积为180~ 220 m2/g,其中又以5000SiO2助色效果最佳。当SiO2粉料的细度更高,达到11000目或以上时,墨水发色虽然清晰,但是发色越来越浅,达不到要求。同样使用单因素实验,对不同粒径的TiO2ZnO粉料对墨水的助色情况进行分析,如表3所示。 

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根据表3可知,粒径为20 nm的TiO2和ZnO粉料对墨水的助色效果较差,墨水的发色虽然较为清晰,但是颜色较浅。当TiO2和ZnO粉料粒径为100 nm或500 nm时,比表面积为200 ~ 280 m2/g,发色清晰,分别表现为深黄色和深蓝色,其中又以粒径为100 nm的TiO2和ZnO粉料助色效果最佳。当TiO2和ZnO粉料粒径更大,达到1 μm或以上时,墨水发色较为模糊,达不到要求。根据单因素实验可知,SiO2粉料在助色剂中的比例达到90wt%以上时,红色和黄色的墨水发色才能达到理想效果,为了进一步找出最优的助色剂用量和优化组合,分别选用粒径为3 μm的SiO2、100 nm的TiO2和ZnO助色剂进行以下的正交试验表头设计,如表4所示。

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 A因素是助色剂在面料中所占的质量百分比,分别设定为1%3%5%BSiO2占助色剂的质量百分比,分别设为92%95%98%C是助色剂中TiO2ZnO的质量比,分别设为311113;通过表头设计得到正交实验表5所示。

微信图片_20181121101452.png5.png

 通过正交试验表5可知,影响墨水发色效果的因素主次为:A>C>B,即助色剂占坯料比例对墨水发色影响最大,其次是SiO2粉料占助色剂比例,影响最小的是TiO2ZnO质量比。选择A2B3C1作为最佳的优化组合,即选择助色剂在面料中加入量为3%SiO2粉料为主要添加剂,细度为5000目,比表面积200 m2/g,添加量为助色剂的98wt%TiO2ZnO粉料粒径为100 nm,比表面积280 m2/g,添加量为助色剂的3%,质量比例为31A厂家的助色剂的评分为7分,本实验中助色剂最优组合得分为9分,结果表明,本实验中助色剂对A厂家的墨水助色效果稍优于A厂家的助色剂。

 4结论1 SiO2粒径为3 μm,比表面积200 m2/g时,对红色墨水的发色效果最好。

硅铁红色料的包裹机理是利用石英颗粒在573℃左右发生晶型转变,产生 0.82%的体积效应,从而产生微裂纹,α-Fe2O3向微裂纹、玻化膜和颗粒间隙中迁移扩散,防止了α- Fe2O3被还原[7]。当SiO2粉料太细时(20 nm ~ 500 nm),助色效果反而不佳,因为纳米SiO2可能比墨水中的陶瓷色料颗粒更细,着色剂 Fe2O3无法渗透到微裂纹中,SiO2只能附着在Fe2O3表面,对Fe2O3保护效果不好。当SiO2颗粒太粗时,会使墨水团聚,且渗透较浅,发色模糊。

2 TiO2ZnO粉料粒径为100 nm,比表面积280 m2/g时,分别对黄色和蓝色墨水的助色效果最好。不同于硅铁红色料的发色机理,金属(NiCr等)掺杂的TiO2则是在高温下呈现金黄色,高温下纳米TiO2比表面积较大,与墨水中的色料颗粒结合更紧密,发色效果更好;纳米ZnO的细度与墨水中的陶瓷色料细度相当,高温下助色剂中Zn2+会与色料中的Co2+形成固溶体,引起晶格畸变,增强墨水的发色效果。 

3 当助色剂在面料中加入量为3%,且SiO2TiO2ZnO的配比为981.50.5时,对促进红墨水、黄墨水、蓝墨水的综合发色效果最佳。

 

 

2018年摘自佛山陶瓷期刊



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