陶瓷噴墨印刷技術使用具有高精度噴頭的陶瓷噴墨打印機將陶瓷墨水以微小液滴的形式噴射到工件表面，以達到裝飾作用的一種新型陶瓷印刷技術。與傳統絲網印刷技術和輥筒印刷技術相比，具有無壓力、無接觸、無印版的特點，不僅產品圖案自然清晰，而且可以實現懸空印刷，突破了平面印刷的局限性，此外，由于基于數碼化打印，操作也相對簡單，在生產重復性上也表現出了突出的優勢。然而，要充分發揮陶瓷噴墨打印技術這些優勢，高質量陶瓷墨水作為關鍵耗材，其研發與制備是至關重要的環節。本篇文章將針對陶瓷墨水的理化性能要求，聊聊其制備技術。

來源：賽諾進口鋯珠

陶瓷墨水的理化性質要求與檢測

通常陶瓷墨水由陶瓷色料（一般為無機陶瓷粉體）、溶劑、分散劑結合劑、表面活性劑及其它輔料配置而成，為了實現高質量的噴墨印刷效果，陶瓷墨水對于陶瓷顏料粉體的顆粒度、體系的黏度、表面張力、pH值等理化性質都有一定的要求。

1.陶瓷色料粉體的顆粒度

色料粒徑是影響陶瓷噴墨墨水性能的重要因素之一。色料尺寸的大小直接影響到墨水的打印質量，過大的粒徑容易導致噴嘴堵塞，影響噴射效果；過小的粒徑，雖然能夠確保墨水的流暢性能，但會減弱墨水的發色能力，影響墨水的發色效果。同時，理想的色料粒徑分布應該是窄而均勻的，避免出現大量粗大顆粒或細小顆粒，以確保墨水的整體穩定性和一致性。

要求：通常情況下，陶瓷墨水色料的粒徑都小于850nm，平均顆粒尺寸在200-300nm之間。

表征儀器：制備過程中，可使用激光粒度儀檢測，以滿足亞微米級測試的應用要求。

2.墨水粘度

陶瓷墨水的粘度與液體或在流動過程中產生的內摩擦力有著直接關系，直接影響墨水的流動性能、穩定性等，因此也是影響其噴射性能、印刷質量和最終產品效果的重要指標之一。適當的粘度有助于保持色料顆粒在墨水中的均勻分散，防止沉降和團聚，提高墨水的長期穩定性，并有助于墨水在陶瓷基材表面的良好鋪展和附著。而較低的粘度會使得空氣會回流到噴嘴，在打印過程中出現漏墨或流墨現象，較高的粘度則增加了噴射難度，可能出現噴嘴阻塞的情況，導致供墨系統中斷。

要求：一般情況下，陶瓷墨水的粘度通常應控制在1-20mPa·s之間，具體數值取決于噴墨打印機的類型和噴頭的設計。

表征儀器：墨水的粘度一般用旋轉粘度計測定，溫度對其結果影響較大，故測試時應該控制環境溫度。

3.分散穩定性

分散穩定性是指色料顆粒在墨水中長時間保持均勻分布的能力，而不發生沉降、團聚或分層等現象。良好的分散穩定性可以確保墨水在長時間存儲和運輸過程中保持一致的性能，避免因顆粒沉降導致的噴嘴堵塞和打印不均勻問題。

表征方法：ZETA電位法、粘度法（測量一定時間內的粘度變化）、固含量法（測量一定時間內同一位置的固含量差異）

4.表面張力

表面張力是指液體表面分子之間的相互吸引力，使得液體表面具有最小化表面積的趨勢。墨水保持合適的表面張力，有助于潤濕墨囊和噴頭內壁，打印流暢性較好，同時對打印基材的潤濕性也較好。表面張力過大，墨水不容易形成微滴，容易造成墨滴“拖尾”，而且打印后潤濕性差，不易干燥，打印后容易蹭花，同時內部氣泡不易排出，影響打印效果；表面張力過小會導致打印噴墨不穩定，打印在紙上后容易擴滲，不僅影響圖案的清晰度，還容易造成混色。

要求：按需式陶瓷噴墨印刷機要求墨水的表面張力在35~60mN/m之間，連續式陶瓷噴墨印刷機要求墨水表面張力在25~70mN/m之間。

表征儀器：可使用表面張力儀直接測量墨水的表面張力，常見的方法包括吊環法、最大氣泡壓力法和懸滴法等。

5.pH值

PH值的大小會除了對陶瓷色料顆粒表面的電位產生直接的影響，繼而影響體系分散穩定性外，也會對噴墨印刷機的噴頭造成一定影響。強酸、強堿會不同程度地腐蝕打印機噴頭，影響打印機使用壽命。

陶瓷墨水如何制備？

針對陶瓷墨水的上述理化性質要求，制備技術主要有三種：研磨分散法、反相微乳液法與溶膠-凝膠法。

1.研磨分散法

研磨分散法是最適合在工業化生產中運用的制備方法之一，成本低廉且操作簡單，通過將陶瓷色料、溶劑、分散劑、穩定劑以及其它助劑進行混合，利用行星球磨機等設備進行球磨分散，即可得到懸浮穩定性能優良的陶瓷墨水。不過，該方式生產的陶瓷墨水色料粒徑可能存在分布不均的情況，同時設備磨損產生的金屬屑等雜質可能混入墨水中，影響墨水的純凈度和穩定性。

研磨分散法制備流程

2.反相微乳液法

微乳液通常是由表面活性劑、 助表面活性劑(醇類)、 油(碳氫化合物)和水(電解質水溶液)組成的透明或半透明的、 各向同性的熱力學穩定體系。根據分散相與連續相的不同，微乳液的結構一般可分為三種:水包油型( O/W)、 油包水型(W/O)和W/O/W或O/W/O油水雙連續型。 

反相微乳液法制備流程

以油包水型(W/O)反相微乳液體系為例，水相以納米級液滴的形式分散在油相中，表面活性劑吸附在水滴表面，形成穩定的界面膜。通過控制微乳液的組成和條件，可以將色料顆粒均勻分散在微乳液中，形成具有良好的分散性能和穩定性能，并且長時間靜置后也不會出現聚沉現象的納米級分散體系。

3.溶膠凝膠法

溶膠-凝膠法的基本原理是通過前驅體（通常是金屬醇鹽或無機鹽）在溶劑中的水解和縮合反應，形成納米級的膠體顆粒（溶膠）。接著這些膠體顆粒開始聚集，進一步交聯形成具有三維網絡結構的凝膠，由于在凝膠網絡中充滿了溶劑，從而獲得均勻穩定的凝膠體。

利用該法制備的陶瓷墨水的分散性能十分優異，但不足之處就是溶膠在長時間靜置后會發生沉淀現象，同時在制備過程中，對工藝參數和反應條件十分嚴格，制備工藝比較復雜，所使用的原料昂貴，成本高。

溶膠凝膠法制備流程

小結

陶瓷墨水作為陶瓷噴墨打印技術的配套產品，其色料粒徑、墨水粘度、表面張力、分散穩定性、pH值等都會直接影響打印質量。為滿足陶瓷墨水這些應用要求，可采用研磨分散法、反相微乳液法與溶膠-凝膠法等技術制備，其中，反相微乳液法和溶膠-凝膠法制備的墨水在穩定性上表現出一定優勢，但從實際應 用的角度來看，研磨分散法具有制備成本低和工藝簡單等優點。

參考文獻：

1、楊文靜.水性陶瓷墨水的穩定性和流變性研究[D].景德鎮陶瓷大學.

2、李慶宇,陳喜洋,李學敏,等.水基型噴墨打印墨水研究進展[J].染料與染色.

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