陶瓷喷墨打印用白色墨水的研究

摘要

陶瓷喷墨打印技术因其配色智能化、图案清晰度高、可实现个性化设计和制造等优点，已成各国研究和应用的热点，是未来陶瓷工业表面装饰技术的发展方向。陶瓷喷墨打印技术由于其陶瓷喷墨打印机的喷嘴直径仅数十微米，易堵塞，故要求其配套使用的陶瓷墨水的分散稳定性好，其中陶瓷粉体的粒径分布窄，平均粒径小于0.5μm，最大粒径小于1μm。同时，需要控制陶瓷色料发色性的稳定。本研究分别采用溶胶法等湿化学方法制备了白色陶瓷喷墨打印纳米级墨水，探讨制备陶瓷白色料组成、制备工艺、结构与性能的关系，研究白色料呈色机理。
　　以ZrOCl2?8 H2O和MgCl2为原料，采用溶胶凝胶法制备纳米ZrO2白色料粉体。采用正交试验法以 pH值、反应温度、分散剂 PEG2000的添加量为考察因素，烧成后利用谢乐公式计算出的ZrO2晶粒尺寸为考察指标，研究发现制备ZrO2白色料的最佳制备条件是pH为9，水浴温度为60℃，PEG2000的添加量为5％。影响粒径大小的因素依次为pH值>PEG2000的含量>反应温度。经600℃烧成的ZrO2样品的CIE Lab*值为：L*为99.24，a*为-0.34，b*为0.81，亨特白度为96.62。随着反应温度的升高，立方氧化锆逐渐转化为单斜氧化锆，并伴随一定的体积膨胀，这使不同颜色交接的地方可自然过渡、图案更加美观。TEM结果表明所实验所得纳米ZrO2白色料粉体粒径在10nm左右，分散较均匀，粒子近似呈球形，有利于喷墨打印。
　　为节约成本，采用液相法制备了氧化锌、羟基磷灰石和氧化锆，两两复合制备白色料。结果表明：高分子网络凝胶法（P）和溶胶凝胶法（S）制备的B系列样品中，最优的为B1（50%氧化锌，50%氧化锆），掺入釉中装饰后，釉面亨特白度值BP1为76.77，BS1为81.52。羟基磷灰石与氧化锆复合的C系列样品粉体的白度较高，最优为 C1（50%羟基磷灰石，50%氧化锆），晶粒尺寸为10.9nm，掺入釉中装饰后，釉面亨特白度值为93.56。氧化锌与羟基磷灰石的D系列样品中最优的为D1（90%羟基磷灰石，10%氧化锌），掺入釉中装饰后，釉面亨特白度值BP1为85.38。溶胶复合样品的装饰效果较粉末复合样品的好，其亨特白度值均高于粉末复合样品的白度值。
　　SEM结果表明，氧化锆在釉中经高温煅烧会与二氧化硅(SiO2)反应生成硅酸锆(ZrSiO4)，硅酸锆微晶在釉中会引起光的散射，从而产生乳浊效果。羟基磷灰石的加入使釉在高温时液相量增加的同时粘度降低，会析出细小均匀的新相颗粒，又由于P5+与Si4+对氧原子的吸引力不同，故会在釉层中产生两种网络结构，从而产生分相使乳浊效果显著。羟基磷灰石粉体的L*为99.18，a*为0.38，b*为0.29，掺入釉中后釉面的亨特白度为93.37，在釉中的乳浊效果较好，故可取代氧化锆作为白色料使用。
　　配置墨水的研究表明：选用PVP K30作为分散剂，乙醇作为溶剂，结合剂乙酸乙酯添加量为1%，固含量为30%时，墨水的稳定性能最佳，流变性较好，且粘度为9.12mPa·s。粒径分布分析表明所配置的陶瓷墨水中粉体最大粒径小于1μm，平均粒径为296.4nm，小于0.5μm，符合喷墨打印用陶瓷墨水的要求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 陶瓷喷墨打印用墨水的国内外研究及应用进展

1.3 陶瓷喷墨打印用白色料的研究及应用进展

1.4 本文研究的主要内容

第2章 喷墨打印用氧化锆白色料的研究及结构分析

2.1实验

2.2 结果分析与讨论

2.3 本章小结

第3章 喷墨打印用陶瓷复合白色料的制备及性能分析

3.1 实验

3.2结果分析与讨论

3.3 本章小结

第4章 陶瓷墨水的制备实验

4.1实验

4.2结果分析与讨论

4.3本章小结

第5章 全文结论及创新点

5.1全文结论

5.2本文创新点

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目