纳米分散液之推动传统产业无机颜料之陶瓷喷墨技术交流

纳米分散液之推动传统产业无机颜料之陶瓷喷墨技术交流雷立猛、成继华（德国PÜHLERFEINMAHLTECHNIKGmbH.,派勒集团(中国)投资有限公司，广州派勒机械设备有限公司-广州511495）摘要：陶瓷喷墨技术是本世纪陶瓷科技发展的重要技术领域，藉由陶瓷纳米科技之发展，将创造另一波技术创新及产业革命。其应用领域非常广泛，遍及地板砖、墙面砖、卫浴产品、茶具、陶瓷结构件等，截至2013-07-12号笔者参加完“2013中国国产陶瓷墨水发展高峰论坛，笔者发表完“《纳米分散液之推动传统产业无机颜料之陶瓷喷墨技术交流》”后收到很多行业资深人士的来信来电，就纳米研磨设备的介绍到，如此次文章发表如何将陶瓷墨水纳米无机颜料，纳米研磨机，配方工艺更好的结合起来。继之后再次发现更多新型纳米行业领域与我司之PHN棒销式纳米研磨设备在其产品中的应用，暂不一一列举。不论其应用领域如何，所需要用的材料均为次微米或纳米级细度的材料。如何得到纳米级的浆料及如何将纳米级的材料于适当的界面改质后成功地应用到其最终的产品，已成为目前国内陶瓷墨水生产企业共同的研究课题。本文将介绍如何将量身打造的陶瓷色料，利用超细纳米研磨机为工具，将其与矿物油做一适当的改质，以期得到稳定且纳米化的最终产品。关键词：转化技术；无机颜料；陶瓷喷墨；纳米微粒的分散；分散；派勒PHN超细纳米珠磨机NanoPowderofPuhlerNanogrdinginTechCommunionPenster:DennisLei(GremanyPuhlerGroup,PuhlerInternationalControlGroup-PuhlerGuangzhouCo.,Ltd-Sales)Abstract:Ceramicink-jettechnologyisanimportanttechnicalfieldoftechnologicaldevelopmentinthiscentury.Withthedevelopmentofceramicnanometertechnologyitwillcreateanotherwaveoftechnologicalinnovationandtheindustrialrevolution.Itsfieldofapplicationisveryextensive,acrossfloortiles,walltiles,sanitaryware,teasets,ceramicstructure,andsoon.Asof12July2013,afterthewriterattendedChinaDomesticCeramicInkDevelopmentSummitForum2013andpublishedthepaperofNanoPowderofPuhlerNanoGrindingTechCommunioninCeramicInk-jetTechnology,wereceivemanylettersandcallsaboutnanogrindingmillsfromindustryveterans.ThispaperexpoundshowtobettercombineuseoftheceramicNano-inorganicpigmentink,Nano-grindingmachines,andformulaprocess.Afterthen,todiscovermorenewindustrieswithournano-PHNpinmachinesofnanogrindingequipmentintheirproducts,notlistedhere.Regardlessofhowitsapplications,whatbeneededtousematerialismaterialofsub-micronsornanoleverwithoutexception.Howtogetthenanometerlevelpowderbodyandhownanometerlevelmaterialisdispersedalreadyhavingbecometowhoseenditemproducing!Withexperiencingandobservingalapspecificallyforhowtobeingacceptedgroundriceandhownanometermaterialbeingdispersedtowhoseenditem,thetechnologygivesthemainbodyofabookaddinginvestigationanddiscussionindetails.Keywords:Convertingtechnology；nanoparticledispersing；dispersing；highspeedagitatedbeadsmillofPHNNanosystem0前言笔者从事德国公司研磨机销售业务数年，且曾受邀在国内大专院校﹑工研院﹑中科院及国内外企业针对“新一代高效率纳米研磨的现况及发展”主题演讲，并已规划过数百多个案例，在国内外已销售数百工厂实绩。其主要应用领域可以1998年为区分点。随着3C产品之轻、薄、短小化及纳米细度材料应用之白热化，如何将超细研磨技术应用于纳米材料之制作及分散研磨已成为当下之重要课题，1998年以前，企业界所面临的问题为如何提高分散研磨效率以降低劳力成本，如染料﹑氧化锆﹑硅酸锆﹑涂料﹑油漆、油墨﹑铅笔、食品等产业。而1998年以后，产业技术瓶颈则为如何得到微细化（纳米化）材料及如何将纳米化材料分散到最终产品里，如光电业TFTLCD﹑Jetink﹑磁性材料﹑保健品﹑生物制药和细胞破碎﹑氧化物﹑纳米材料﹑电子产业﹑光电产业﹑医药生化产业﹑化纤产业﹑建材产业﹑金属产业﹑肥皂、皮革、电子陶瓷、导电浆料、胶印油墨、纺织品、生物制药、喷绘油墨、芯片抛光液、细胞破碎、化妆品、喷墨墨水、陶瓷喷墨、金属纳米材料、塑料材料、特种纳米航空材料等行业。目前各大陶瓷生产企业纷纷推出别具特色的陶瓷喷墨打印产品，尤其是凹凸面的高清晰喷墨打印陶瓷砖，令人耳目一新。毫无疑问，喷墨打印技术的春天已经到来。虽然陶瓷喷墨打印技术在我国只有几年的发展历史，之前存在着的一些技术性的问题,例如:拉线、烧成后发色不稳定、明亮的红色墨水不能制备、成本的问题（喷头、墨水的核心技术在外国企业手中，导致喷头、墨水偏高）、新商业模式的问题(新产品管理制度还需要突破、陶瓷喷墨打印设计和研发体系尚未成熟、针对大批采购的个性化供应链体系尚未成形)等,现今都已得到完美改善。随着康立泰、道氏制釉、明朝科技、迈瑞斯科技、金鹰色料、万兴色料等国产墨水企业对于陶瓷墨水品质的不断提升，随着国瓷康立泰和道氏技术两大公司的上市，更加印证着国产陶瓷墨水现已正式全面投入市场.之前陶瓷墨水企业基本上都是买开25L和30L的研磨设备用于小式和中式，由于这些设备的腔体小所以生产效率已基本被限定住了，而如今随着陶瓷墨水的竞争加大,逼着价格下调,日后将必定会以走量来抢占市场,所以2014年后陶瓷墨水企业都将往60L及150L或者更大的设备上去选购,如图1,派勒棒销式纳米砂磨机PHNSuperMaxZeta150CA为西班牙客户所定制。PUHLER派勒最新推出针对现在陶瓷喷墨行业产品颜色品种多，批量大，产品不容易研磨的情况下，派勒集团推出了研磨腔体为0.5L、6L、10L、25L、60L、150L、300L等多种型号的纳米砂磨机，大家可以根据各自不同的产能情况,可以对纳米研磨机的型号进行选择。不论是传统产业提升研磨效率求快或是高科技产业纳米化材料求细需求，污染控制都同样重要。所以细﹑快﹑更少污染已成为新一代分散研磨技术最重要的课题。图1派勒棒销式纳米砂磨机PHNSuperMaxZeta150CA/300CA本文将针对国内陶瓷墨水的现况及发展﹑陶瓷喷墨分散研磨技术的原理﹑纳米级研磨机的构造﹑现有设备的来源﹑应用实例及注意事项﹑结论及建议等几大主题加以探讨。1喷墨技术对陶瓷墨水的要求墨滴的形成和喷射速度是喷墨技术的关键。喷墨技术对陶瓷墨水有以下技术要求：1.1、流体质量和参数：陶瓷墨水必须是层流流体，层流质点之间的流动是一致的，而紊流的每一个质点是多方向流动的。当流体的雷诺数不大于2300时，陶瓷墨水处于层流状态，这时流体的粘性力比较大，在外界的干扰下，墨水的流动方向不会受太大干扰，在高速运动时不会产生分层或者出现比较差的打印质量。流体的韦伯数可以影响流体界面的流动、润湿以及在喷嘴上形成弧度，因此也是一个比较重要的参数。1.2、表面张力和粘弹性：影响墨水上游的动力特性(喷嘴内)以及下游的墨滴断裂机制。表面张力是墨水喷射的动力源，它使流体不断地颈缩，形成体积均匀的墨滴，同时，表面张力控制墨滴的扩散过程以及与承印材料的接触角，与墨水通道的浸润能力影响墨滴的形貌和卫星点。根据喷墨需要要求表面张力在20~40mN/m之间。墨水的粘性提高要求有更高的喷射动能，易发生多点断裂颈缩，形成卫星点;粘性太低，墨水从打印头泄露出去，在高频率喷射下形成卫星点。所以，液体墨丝与主墨滴之间的连接要有最佳粘弹性，断裂的墨丝立即拉向主墨滴，得到无卫星点的墨滴。墨水的粘度应控制在5~40mPa.s之间。1.3、墨滴的形成：正常情况下，墨水在喷头内形成一个正常的平面，加上电压以后，墨水开始往外出，然后形成一根长的墨丝，墨丝在表面张力的作用下形成一个墨滴，墨滴与粘度相互作用以后，墨丝断裂形成喷墨，如果墨丝太长容易形成卫星点，所以粘度与表面张力对墨滴形成非常关键。墨滴形成以后，在电压作用下墨水要回位，正常情况下墨水回来之后可以在喷嘴表面润湿，然后回到正常的位置，如果墨水工作表面对喷嘴的润湿性不好，或是压力不稳定，它就会产生电压的波动，这样就会产生气泡堵喷头和供墨不足。所以，墨滴的形成与表面张力、粘度、墨水分子之间的电压是息息相关的，任何变化都会影响墨滴的形成，导致堵塞喷头，墨水喷不出来。1.4、渗透和吸收：σCOSθ(σ为表面张力，θ为接触角)的值越大，墨水干得越快，渗透速度也越快。1.5、干燥时间：墨水的过度扩散会导致颜色或阶调的变化，墨水扩散不足则引起填充区域空白，墨滴扩展和毛细作用会导致羽毛边效应。墨水的干燥主要是吸收干燥，吸收干燥的快慢取决于坯体表面的湿气以及墨水的成分、表面活性剂。干燥时间取决于墨水的扩散系数。墨水的快速扩展和吸收可能导致喷墨质量下降，不发生图象偏差的吸收干燥时间与墨水覆盖密度成线性关系，高的分辨率喷墨干燥更容易。■陶瓷墨水的质量控制墨水生产最重要的就是质量控制。墨水检测设备包括墨水理化性能测试设备、墨滴性能检测设备、喷头检测设备、小型打印机和喷墨质量检测设备。需要检测的项目包括：墨水的理化指标—粘度、密度、表面张力和粒径大小;墨滴性能—墨滴的形貌、体积、速度和润湿性;墨水的流动性;墨水的稳定性—墨水的寿命和喷墨的稳定性;发色及烧成性能—墨水的烧成温度区间和发色性能。影响墨水稳定性的因素有色料颗粒的布朗运动和重力沉降，重力沉降是影响墨水稳定性的决定性因素。布朗运动主要取决于墨水温度、粘度、墨水的颗粒。温度越高，布朗运动越强，粘度、颗粒越大，布朗运动越弱，颗粒越不容易团聚。因为色料颗粒比较大，也比较重，所以墨水沉降速度主要取决于色料与溶剂的密度之差，密度差越大沉得越快;沉降速度与粒径平方成正比，颗粒越大，沉降速度越大，墨水的粘度越大，沉降速度越慢。墨水的稳定机理有空间位阻和静电稳定两种。空间位阻，就是在墨水颗粒表面包裹一层高分子，在空间上阻止颗粒之间的粘合。目前该机理在陶瓷墨水行业用得较多，但有一个缺陷就是对墨水的粘度影响比较大，随着时间增加粘度是下降的，这样就会影响墨水的寿命。静电稳定，采用小分子分散剂，适合于水和极性溶剂，但目前陶瓷墨水大都使用非极性溶剂。影响墨水发色的因素有陶瓷墨水色料的制备、固含量、墨水粒径以及烧成温度。相比于普通色料，墨水色料要求色料的发色力更强。这就要求色料的粒径分布均匀一致