阐述墨水工厂陶瓷喷墨打印技术的未来发展方向.pdf

陶瓷墨水工厂的研究现状
国外陶瓷墨水工厂的研究起始较早，2000年世界第一台工业使用的陶瓷装饰
喷墨打印机问世，打印机是由美国FERRO公司开发的Kerajet系统，墨水工厂
也是由FERRO公司与赛尔公司联合研制的陶瓷墨水工厂。2000年1月7日，
FERRO公司向美国专利商标局提交了一份名为《用于陶瓷釉面砖(瓦)和表面的
彩色喷墨印刷的独特的油墨和油墨组合》的专利，该专利阐述了陶瓷墨水工厂的
制作方法技术，为陶瓷喷墨打印技术奠定了良好的基础。2006年以后，陶瓷墨水
工厂在西班牙得到了很好的发展，到目前为止，除了西班牙FERRO公司外，西
班牙的ESMALGLASS.ITACA,CHIMIGRAF,COLORBBIA,TORRECID四家公司
也是陶瓷装饰墨水工厂的主要制造商。
国内陶瓷墨水工厂的研究始于2000年，近年来形成了天津大学研究团队、南
昌航空工业大学研究团队、大连理工大学研究团队、陕西科技大学研究团队和华
南理工大学研究团队，发表了研究论文32篇，尤其是天津大学研究团队发表论文
11篇，形成了杨正方、郭瑞松等一批专家。企业研究方面出现了广东佛陶集团股
份有限公司、道氏制釉、华山制釉、科信达奥斯博、博奥科技、鹰牌陶瓷等公司，
也形成了3个发明专利的成绩，尤其是道氏制釉已经获得专利2个。尽管如此，陶
瓷墨水工厂在国内仍处于研究阶段，离真正产业化还有一定的距离，不过，在2011
年广州陶瓷工业展览会上已看到中国自己的陶瓷墨水工厂。
综观国内外情况，陶瓷墨水工厂目前主要集中在个性化装饰领域，对于建筑
陶瓷功能化、智能化的应用研究尚不多见。陶瓷墨水工厂的制造方法仍集中于：
分散法、溶胶凝胶法和反相乳相法，而以上三种加工方法中，溶胶凝胶法由于制
造工艺方法原料昂贵、溶胶不稳定而受到限制，反相乳相法由于制得的墨水工厂
固含量低，也有待解决许多技术问题，分散法却由于颗粒度较大，需要解决墨水
工厂的稳定性问题。如何保证墨水工厂的固含量和稳定性及成本问题是今后研究
的重点。色系仍以CMKY为主的四色系和加上透明、乳白的六色系。红色主要
是铈镨红、铬铝红、锰铝红、钴镁红、铁锆红等，青色主要是钴镍铝，黄色主要
为钒锆黄、铬钛黄等，黑色主要为钴镍铁黑，白色和透明等11种。而整个陶瓷墨
水工厂可分为水性溶剂、高分子助剂、着色剂和釉料四部分。
陶瓷墨水工厂的技术特点
喷墨打印技术在陶瓷上的应用关键在于陶瓷墨水工厂的制备。所谓陶瓷墨水
工厂就是含有某种陶瓷釉料成分、陶瓷色料或陶瓷着色剂的墨水工厂。陶瓷墨水
工厂的组成和性能与打印机的工作原理和墨水工厂用途有关。陶瓷墨水工厂通常
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)是墨水工厂的核心物质，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。溶剂是把无机非金属颜料(色料、釉料)从打印机输送
到受体上的载体，同时又控制着干燥时间，使墨水工厂粘度、表面张力等不易随
温度变化而改变，溶剂一般采用水溶性有机溶剂，如：醇、多元醇、多元醇醚和
多糖等。分散剂是帮助无机非金属颜料(色料、釉料)均匀地分布在溶剂中，并保
证在喷印前粉料不发生团聚。分散剂主要是一些水溶性和油溶性高分子类、苯甲
酸及其衍生物、聚丙烯酸及其共聚物等。
结合剂是保障打印的陶瓷坯体或色料具有一定的强度，便于生产操作，同时
可调节墨水工厂的流动性能，通常树脂能起到结合剂和分散剂的双重作用。表面

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活性剂是控制墨水工厂的表面张力在适合的范围内。其它辅助材料主要有墨水工
厂pH值调节剂、催干剂、防腐剂等。
陶瓷墨水工厂的性能要求除普通墨水工厂的颗粒度、粘度、表面张力、电导
率、pH值以外，根据陶瓷应用特点还要求一些特殊性能：1、要求陶瓷粉料(色
剂)在溶剂中能保持良好的化学和物理稳定性，经长时间存放，不会出现化学反
应变化和颗粒团聚沉淀。2、要求在打印过程中，陶瓷(色料)颗粒能在短时间内
以最有效的堆积结构排列，附着牢固，获得较大密度的打印层，以便煅烧后具有
高的烧结密度。3、要求打印的色剂具有高温烧成后稳定和良好的呈色性能以及
与坯釉的匹配性能。陶瓷墨水工厂的关键技术有几点：1)粒度，亚微米甚至纳米
级，平均粒径应小于0.5μm;2)粘度;3)沉淀稳定性;4)电导率;5)pH值。当然还有墨
水工厂与喷头材料的适应性研究，喷头材料和孔径及压电特征决定了陶瓷墨水工
厂的技术特征。
传统陶瓷墨水工厂在亮度强度、彩色范围、印刷质量、均匀性和稳定性等方
面，还有许多问题需要研究。譬如亮度强度方面，由于陶瓷墨水工厂喷墨时要求
墨滴小，小至4pl-6pl;喷墨快，喷墨速度快至点火频率6kHz;墨滴