硅酸锆色料及喷墨打印用陶瓷墨水的制备和研究

摘要

陶瓷喷墨打印装饰技术对陶瓷墨水有特殊的要求,因此实现喷墨打印的关键技术是喷墨打印用陶瓷墨水的制备。陶瓷墨水一般是由无机粉体颗粒、表面活性剂、有机溶剂、分散剂等构成。无机粉体颗粒是墨水的核心物质,为了保证喷墨打印时墨水均匀稳定的分散,避免喷嘴堵塞等非人为故障,一般需要粉体颗粒的直径不大于1μm,最好小于200 nm。表面活性剂是为了使亲水的无机颜料粉料表面改性为亲油性,以使其能很好的悬浮在有机溶剂中。分散剂可以保证陶瓷颜料粉体在溶剂中有很好的分散稳定性,确保制备好的陶瓷墨水在使用之前不会有絮凝团聚等现象。
　　本论文以传统的溶胶-凝胶法和一种新型的非水解溶胶-凝胶法分别研制出了ZrS iO4粉体,然后通过使用不同表面活性剂改性,加入不同的溶剂和分散剂配比,通过使用行星式球磨机球磨分散得到了较好的陶瓷墨水。
　　(l)在使用传统溶胶-凝胶法时,研究实验结果显示:选用可以促进反应的矿化剂种类和适当的前驱物配比能够很好的促进立方 ZrS iO4晶体形成。当使用Na2B4O7+LiF作为复合矿化剂时,对 ZrSiO4粉体的形成以及降低合成温度有比较明显的催化作用,前驱物配比锆硅摩尔比为1:1.2时,ZrSiO4粉体的纯度达到最佳。当热处理温度为800℃时就可以得到纯度较高的四方ZrSiO4粉体。柠檬酸的加入有利于阻止粒子间的相互作用,合成较小粒径的粉体。
　　(2)在非水解溶胶-凝胶工艺制备 ZrSiO4粉体的时候,研究实验结果显示:影响产物的主要因素是锆硅摩尔比和矿化剂LiF在ZrSiO4中的化学计量比。合适的锆硅摩尔比可以提高ZrSiO4的产率,避免原料的浪费,当锆硅摩尔比为1:1.2时, ZrSiO4的转化率最高,TEOS较少则ZrO2衍射峰强度较高。矿化剂LiF在ZrSiO4中的化学计量比不同对合成ZrS iO4也有很显著的影响,若化学计量比过低则不能生成ZrSiO4,当化学计量比为0.4时可以得到较纯的ZrSiO4晶体。
　　(3)本文采用了分散法制备陶瓷墨水,研究实验结果显示:有机溶剂对墨水能够的分散稳定性起决定性作用,当选用的有机溶剂为白油:C2H5OH=10:1的混合时,制备的陶瓷墨水能够有最好的均匀稳定的分散性。在墨水的分散稳定性研究中,分散剂对陶瓷墨水的分散稳定性也起比较重要的作用,当分散剂壬基酚聚氧乙烯醚TX-4在溶剂中的体积含量为5％时,对陶瓷墨水的分散稳定性效果最好。表面活性剂也是很重要的角色,陶瓷墨水分散稳定性较好的是当表面活性剂的长链的末端为氨基时,而油胺作为表面活性剂使用时,制备的陶瓷墨水的分散稳定性最好。
　　本文首次应用溶胶-凝胶法在800℃时合成较纯的ZrSiO4晶体,比其他相关文献提到的溶胶-凝胶法合成ZrSiO4的热处理温度降低了至少100℃。

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第一章 绪论

1 .1 研究背景

1 .2 陶瓷墨水的组成

1 .3 陶瓷墨水制备方法

1 .4 硅酸锆系颜料

1 .5 硅酸锆粉体的制备方法

第二章 溶胶-凝胶法制备硅酸锆

2 .1 实验条件

2 .2 实验步骤

2 .3 材料的表征方法和原理

2 .4 .结果与讨论

2 .5 本章小结

第三章 非水解溶胶-凝胶法制备Zr SiO4

3 .1 实验条件

3 .2 实验步骤

3 .3 材料表征

3 .4 结果与讨论

3 .5 本章小结

第四章 陶瓷墨水的制备

4 .1 实验条件

4 .2 实验原理

4 .3实验步骤

4 .4实验结果与讨论

4 .5 本章小结

第五章 结论和展望

5 .1 结论

5 .2 展望

致谢

参考文献

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