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陶瓷印刷技术及应用

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:(一)陶瓷直接丝网印刷法陶瓷制品直接丝网印刷已成为一种主要的陶瓷装饰手段,是在陶瓷坯体上直接实施印刷的方法,步骤如下。陶瓷制品直接丝网印刷工艺简单,操作容易,工序少且效率高,有利于实现机械化生产,图案完整、无接口,立体感强。移花膜花纸由纸张、水溶胶层、印刷画面、移花膜组成。喷头是陶瓷喷墨打印机的核心,其成本占喷墨打印机的70%以上。

陶瓷印刷技术及应用

(一)陶瓷直接丝网印刷法

陶瓷制品直接丝网印刷已成为一种主要的陶瓷装饰手段,是在陶瓷坯体上直接实施印刷的方法,步骤如下。

(1)将颜料的氧化物或硫化物原料经高温反应,再通过一系列机械研磨得到粒度为10~20μm的粉末。

(2)该粉末悬浮在流体中得到玻璃状的糊状物(溶剂为铅硅酸盐玻璃体)。

(3)将糊状物均匀地涂覆到未经煅烧的陶瓷坯体表面上。

(4)高温煅烧后,在陶瓷坯体上熔化生成牢固耐久的成色固体并烧掉液体载剂。

陶瓷制品直接丝网印刷工艺简单,操作容易,工序少且效率高,有利于实现机械化生产,图案完整、无接口,立体感强。在印刷过程中,网框内的色釉量应保持适当,经常注意网版网孔通透情况,发现网孔堵塞,用湿海绵块蘸少量水,擦洗丝网两面,最后用干净软布将和坯体接触的一面擦拭干净。

用于印刷的瓷釉油墨有冷印瓷墨和热印瓷墨。冷印瓷墨一般由着色料(金属氧化物)、助溶剂(低熔点硼、铅玻璃体)的混合物与适量连接料经轧研机轧研而成。热印瓷墨是陶瓷颜料与连接料以一定比例混合(颜料∶介质=2~2.5∶1)而成。印刷前,需将热印瓷墨加热到55~70℃,利用印料受热液化的特点,使热印瓷墨由糊状变为胶体状。印刷时,印版也要预热至55~70℃,且一定要进行恒温控制,使版面温度始终保持在该范围内。当胶体状的热印瓷墨印刷在只有常温的瓷器表面后,由于温度的下降而立即被冷却固化,再用同样的方法印刷其他颜色,且彼此不会互相影响。印刷结构的精细或粗糙程度和套色的数目通常也作为选择印料时的参考因素。结构较细、套色少的产品,选用冷印印料(溶剂型)为佳,结构粗糙、套色较多、干燥要求快的产品选用热印印料。

(二)陶瓷釉下贴花纸丝印法

该方法首先将釉下瓷墨通过丝印印在蜡纸上,再转贴到没有经过烧烤的瓷坯上,撕去蜡纸,图文黏附在瓷坯上,然后施加上釉层,经烧后呈现色彩。采用丝印釉下印刷装饰工艺不但能节省工时而且能使画面色层丰富。

1.贴花纸设计

(1)用色要考虑烧结温度

在设计陶瓷贴花纸时必须了解并掌握各种陶瓷颜料的性质、特征,尽量避免在同一画稿中,使用烤烧温度差别大的颜料,以免在烤烧过程中,由于烤烧温度的差异而造成某些颜料的不熟或过火。

(2)颜色搭配问题

由于各种颜料的发色元素不同,在烤烧过程中某些颜料会变色,或者出现一种颜料还在,另一种颜料会变淡甚至消失的现象。例如,镉黄和茶色搭配在一起时,会只剩下茶色。设计时需掌握各种颜料的特性。

(3)用色、叠色不能太多

丝印颜料的特征是印品的墨层厚,颜色鲜艳。因而,在设计时尽量设计一些色块鲜明、层次较少的花纸;同时,在同一画稿中用色与叠色都不要太多,以免烧制后颜色变化。

2.陶瓷贴花纸

早期国内的陶瓷贴花纸采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为贴花纸的载体,其膜质较脆、缺乏韧性,对大面积装饰和异形器皿贴花较困难,贴好后不能移位。且PVB膜烤烧时,炭化温度偏高,对搪瓷、玻璃等低温快烧产品不易掌握。后来广泛采用移花膜花纸。移花膜花纸由纸张、水溶胶层、印刷画面、移花膜组成。图文直接印在纸上,吸墨性强、网点再现性好,更能适应精细高档产品的要求。贴花前将移花膜纸浸入水中,并迅速与胶水纸脱离,后贴附于大面积或异形器皿上。烤花时,能在500℃以下使膜完全分解,在器皿上不留阴影残迹。

3.陶瓷油墨

陶瓷油墨主要由着色剂、溶剂组成,着色剂为无机着色矿物质,溶剂为铅硼硅酸盐玻璃体,二者进一步加工制成固熔体或混悬体颜料。为实现四色印刷,关键是选用透明性较好的黄、品红、青三种色料,以及黄品红青黑五种色料能够共同使用的统一溶剂。

网印釉下贴花纸与一般丝印工艺相同,要注意印刷工序之间保持恒温、恒湿,纸张应进行调湿处理。

(三)陶瓷釉上贴花纸丝印法(www.xing528.com)

该方法通过丝印将陶瓷墨漏印在PVB膜上,形成图像,再转贴到陶瓷器皿上,经烧烤后呈色。

按贴花工艺不同,贴花纸可分为转移贴花纸和移花膜花纸,两者的区别在于前一种花纸上的图案在贴花时要朝向瓷器。

安排印刷色序时,要注意先浅后深的色序;小面积文字或线条先印,面积大的墨放在后面印刷,这样可避免大面积划伤或蹭脏其他色块。套印时,先印实地后印叠加在上面的网,这样层次分明,立体感和空间感强。

(四)陶瓷喷墨打印技术

该方法是将陶瓷表面装饰所用着色剂制成多色墨水,通过计算机控制的打印机将其直接打印到未经煅烧的陶瓷坯体表面进行装饰。该技术可以方便地制作各种复杂的装饰图案,既可提高产品的设计、开发及生产效率,也增加了装饰效果。同时,不必拘泥于平面,可实现在落差达40mm的凹凸面上打印图案。

意大利Kerajet是世界上第一家拥有陶瓷喷墨设备技术专利的企业,早在2004年就已经申请了该专利。喷头是陶瓷喷墨打印机的核心,其成本占喷墨打印机的70%以上。目前,我国陶瓷行业应用最多的喷头是日本精工、英国赛尔、美国Spectra和日本Konica Minolta(柯尼卡美能达)。英国赛尔XAAR1001/GS12喷头材料为特氟龙,因此不耐磨,随着打印时间的增加,喷孔易变形,打印质量明显下降。美国北极星喷头采用不锈钢制成,不易被墨水腐蚀。为了实现陶瓷墨水在打印机上良好打印,就必须具有符合打印的某些性质,如颗粒的大小、黏度、导电率等,其中最主要的是陶瓷颜料的粒径和墨水的黏度。陶瓷喷墨墨水由着色剂、溶剂、分散剂及其他助剂(黏结剂、pH调节剂、催干剂)等组成。着色剂粉料是墨水的核心物质,为了保证颜料墨水的分散稳定性,减少堵塞喷嘴等操作故障,通常要求颜料粉体的粒径小于1μm,最好小于200nm。分散剂可以保证陶瓷颜料粉体可以在溶剂中均匀稳定地分散,以确保制备好的陶瓷墨水在喷打之前不发生团聚。同时,为了确保陶瓷墨水的连续喷射,墨水的黏度要尽量的低。

1.着色剂

着色剂是墨水显色的关键组分,主要包括各种金属氧化物及金属无机盐等颜料,如铬铝红色料、钒锆黄色料、钴铁黑色料及钴铝蓝色料。需要着色剂有较高的溶解度或分散度,还需具备一定的溶解稳定性,不与溶剂或助剂发生反应,自身不发生团聚或分解而变色。同时,还需具备较好的显色性能,即经高温煅烧后显色效果好且颜色稳定。

2.溶剂

溶剂是将着色剂从打印机输送到被装饰物品表面的载体,要求溶剂具有较低黏度、易挥发且与其他助剂相溶。

溶剂分为水溶性溶剂和油溶性溶剂,如醚类、脂类和多元醇、直链烷烃、环烷烃等。目前产品主要集中在油溶性陶瓷墨水方面。

3.分散剂

分散剂具有调节陶瓷墨水的分散性及稳定性功能,使着色剂在溶剂中均匀分散,并保证在打印前不团聚。采用非离子型高分子,如聚酯酸、聚乙二醇等,其增强了陶瓷色料颗粒之间的排斥作用,有效地阻止陶瓷墨水的聚沉。

4.助剂

(1)黏结剂:可克服陶瓷的脆性,增强陶瓷墨水的强度,防止烧结出来的产品出现裂缝或气孔。常用的黏结剂有聚乙烯乙醇、聚乙烯缩丁醛和聚丙烯缩丁醛等。

(2)电导剂:增加陶瓷墨水电导率。如硝酸铵,一般用于水溶性陶瓷墨水中。

(3)pH调节剂:要求陶瓷墨水的pH在7~12,以减少对喷头的腐蚀。常见的pH调节剂有硫酸盐、氨水

稳定性和流畅性是喷墨墨水适应打印性能的基本要求。喷墨墨水的稳定性体现在颜料组分在喷墨体系中的稳定性,保持颜料颗粒在墨水体系中的分散性,有利于墨水的保存和打印。流畅性是满足喷墨墨水打印过程喷头不被堵塞的性能,表现在喷墨墨水颜料在墨盒或喷头中是否有析出的现象。喷墨墨水的耐候性是打印画面保存性能的体现,耐候性同颜料的选择有关,也与墨水成膜物质的性能有关,取决于颜料自身的耐光稳定性和树脂体系的耐候性。

目前陶瓷墨水的制备方法主要有:分散法、溶胶法、反相微乳液法等。分散法是目前国外陶瓷墨水公司的主要制备方法,其主要制备工艺是将制备好的陶瓷颜料粉体与溶剂、分散剂混合,采用球磨或者研磨的方式分散,从而获得稳定分散的悬浮液。这种工艺方法与传统的浆料制备方法相近,这种分散的机理属于静电—位阻稳定机制。溶胶—凝胶法是制备超细粉体的一种比较成熟的湿化学法。利用该方法制备陶瓷墨水的时候,仅利用第一步即可,即仅进行溶胶的制备,使溶胶稳定的分散直接就可以作为陶瓷墨水进行使用。反相微乳液,即油包水(W/O)微乳液,是指以不溶于水的油相为分散介质,以水相为分散相的分散体系。在近代,反相微乳液作为无机材料的反应介质已用于制备各种小颗粒的金属和无机材料。鉴于反相微乳液优良的分散稳定性能,以及对制备的颗粒的粒径的可控性,许多研究者将反相微乳液技术应用到陶瓷墨水的制备,取得了较大的成绩。对于陶瓷装饰性墨水不仅需要考虑与喷墨打印机匹配,而且需要考虑高温煅烧后的颜色变化是否能满足图案要求。

在着色陶瓷墨水的基础上,一些带有特殊效果的陶瓷墨水也在不断研制中。例如,剥开釉墨水,利用釉料由外向内往下渗透,陷入下沉,形成裂纹纹理,得到天然大理石般开裂下陷效果;金属釉墨水,在釉料表面形成金属光泽,在仿古砖上表现出贵金属的质感及仿天然石材中更自然的金属质感。

除了用于着色的装饰性陶瓷墨水外,还有一类功能陶瓷墨水,可赋予基体表面以力学性能、光催化性能及电学性能等,核心是功能陶瓷粉体,如ZrO2、TiO2、BaTiO3及PZT。Zhao等用14% ZrO2-石蜡悬浮液通过按需压电打印喷头制备了数组精密陶瓷瓷柱,此结构可用于微型热交换器、假肢及压电陶瓷复合材料等。

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