一种适合低温烧成的陶瓷墨水及其用途的制作方法

1.本发明涉及陶瓷墨水技术领域，尤其涉及一种适合低温烧成的陶瓷墨水及其用途。


背景技术：

2.陶瓷装饰用喷墨打印是将着色剂制成多色墨水，通过喷墨打印的方式将其直接打印到陶瓷表面上，烧成后呈色的装饰方法。对于陶瓷喷墨来说，关键技术有两点，一是喷墨设备，二是陶瓷墨水。
3.cn101448904a公开了一种含有高分子量线型聚合物的喷墨油墨组合物，可以减少喷墨打印时形成的卫星滴，但是该专利未涉及导电油墨的烧结过程和烧结温度。
4.cn1671805a公开了一种烧结温度低的导电纳米油墨及其制备方法，所述方法包括四步：(i)在溶剂中以制得均质溶液的方式混合金属纳米粉末和至少一种选自粘结剂、表面活性剂、添加剂、聚合物、缓冲剂、分散剂和/或偶合剂的成分；(ii)将以上所得均质溶液施涂到待涂布的表面上；(iii)从所述均质混合物中蒸发除去溶剂；(iv)最后在50-300℃的温度范围烧结所述涂布层，在所述表面上形成导电油墨。
5.但上述墨水仍然存在烧成温度较高，或者在较低烧成温度下墨水颜色不够鲜丽的问题。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水及其用途，所述陶瓷墨水能够在低温下烧成，且墨水颜色仍然能够保持艳丽。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水的组成包括：陶瓷粉体、溶剂、分散剂、结合剂和表面活性剂；
9.所述溶剂包括醇醚、醚醋酸酯和水的组合，醇醚、醚醋酸酯和水的配比为1～5:2～3:0.3，例如可以是1:2:0.3、1:2.1:0.3、1:2.2:0.3、1:2.5:0.3、1:2.8:0.3、1:3:0.3、3:2:0.3、4:2:0.3、5:2.8:0.3、5:3:0.3等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
10.本发明通过采用醇醚、醚醋酸酯和水的组合作为溶剂，醇醚和水，醚醋酸酯和水均能形成低温共沸，烧成温度可低至100℃以下，且采用有机溶剂与水的组合，且与水的配比控制在上述范围，不仅能够保障烧成温度，而且有机溶剂上的羟基、醚键作为亲水基团能够与陶瓷粉体相接，实现陶瓷粉体的高效分散，从而在低温烧成时还能保障陶瓷粉体的发色性能，得到鲜艳、锐利的发色效果。
11.优选地，所述醇醚包括乙二醇二甲醚和/或乙二醇单甲醚。
12.优选地，所述醚醋酸酯包括乙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯或乙二醇单甲醚醋酸酯中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合为乙二醇乙醚醋酸酯和
丙二醇甲醚醋酸酯的组合，乙二醇单甲醚醋酸酯和丙二醇甲醚醋酸酯的组合，乙二醇乙醚醋酸酯和乙二醇单甲醚醋酸酯的组合。
13.本发明进一步优选上述物质作为溶剂，其分子量较小且能够起到良好的分散作用，与特定含量水组合后仍然能够互溶，烧成温度低。
14.优选地，所述溶剂占所述陶瓷墨水的30～50wt％，例如可以是30wt％、33wt％、35wt％、37wt％、39wt％、42wt％、44wt％、46wt％、48wt％或50wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
15.本发明进一步优选溶剂占所述陶瓷墨水的30～50wt％，更有利于提高陶瓷粉体的分散效果，提升最终烧成后的产品效果。
16.优选地，所述陶瓷粉体包括氧化锆和氧化钇形成的稳定晶体。
17.本发明所述陶瓷粉体优选包括氧化锆和氧化钇形成的稳定晶体，该晶体为尖晶石型，结构致密，发色更加稳定。
18.优选地，所述陶瓷粉体还包括co-al、co-al-zn、pr-zrsio4、v-zro2或co-si中的任意一种。
19.本发明将上述陶瓷粉体与氧化锆和氧化钇组合，结构更加致密。
20.优选地，所述陶瓷粉体的粒径为10～90nm，例如可以是10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
21.优选地，所述陶瓷粉体占所述陶瓷墨水的30～40wt％，例如可以是30wt％、32wt％、33wt％、34wt％、35wt％、36wt％、37wt％、38wt％、39wt％或40wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
22.优选地，所述分散剂包括氨基酸，优选为n-乙酰基-半胱氨。
23.本发明中分散剂优选采用氨基酸，其中酸属于亲水基团，能够与羟基、醚键一起起到协同作用促进陶瓷粉体的分散，在低温烧成下具有更优的粒度。
24.优选地，所述分散剂占所述陶瓷墨水的0.02～0.1wt％，例如可以是0.02wt％、0.03wt％、0.04wt％、0.05wt％、0.06wt％、0.07wt％、0.08wt％、0.09wt％或0.1wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
25.优选地，所述结合剂包括吸水酚醛树脂。
26.本发明优选所述结合剂采用吸水酚醛树脂，能够避免陶瓷墨水咖啡环的出现；而且吸水酚醛树脂的使用可提高陶瓷墨水与坯体的结合强度，不易脱落。
27.优选地，所述结合剂占所述陶瓷墨水的1～10wt％，例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
28.优选地，所述表面活性剂包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚或烷基醇酰胺中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚的组合，烷基醇酰胺和烷基酚聚氧乙烯醚的组合，脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基醇酰胺的组合。
29.优选地，所述表面活性剂占所述陶瓷墨水的0.5～3wt％，例如可以是0.5wt％、0.8wt％、1.1wt％、1.4wt％、1.7wt％、1.9wt％、2.2wt％、2.5wt％、2.8wt％或3wt％等，但不
限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
30.优选地，所述陶瓷墨水中还含有异丙醇。本发明优选吸水树脂与异丙醇结合，起到催干剂的作用，进一步降低烧成温度，且更有效地避免咖啡环的出现。
31.优选地，所述异丙醇占所述陶瓷墨水的0.1～5wt％，例如可以是0.1wt％、0.7wt％、1.2wt％、1.8wt％、2.3wt％、2.9wt％、3.4wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
32.本发明对所述适合低温烧成的陶瓷墨水的制备工艺没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于陶瓷墨水制备的方法进行，例如所述制备工艺包括：混合陶瓷粉体、溶剂、分散剂和表面活性剂，混合均匀后再加入结合剂，混合均匀，得到所述适合低温烧成的陶瓷墨水。
33.第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述的适合低温烧成的陶瓷墨水的用途，所述用途包括应用在建筑材料中。
34.本发明所述陶瓷墨水烧成温度低，不会对底层材料造成影响，且与底层材料的结合强度高，能够较好地应用在建筑材料中。
35.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
36.(1)本发明提供的适合低温烧成的陶瓷墨水的烧成温度低，其烧成温度≤120℃，优选≤100℃；
37.(2)本发明提供的适合低温烧成的陶瓷墨水由于具有良好地分散效果即使在低温下烧成仍然具有良好地发色效果且能够得到致密的烧成层，烧成后无咖啡环出现。
具体实施方式
38.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
39.实施例1
40.本实施例提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水的组成包括：
[0041][0042]
实施例2
[0043]
本实施例提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水的组成包括：
[0044][0045][0046]
实施例3
[0047]
本实施例提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水的组成包括：
[0048]
实施例4
[0049]
本实施例提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水的组成包括：
[0050][0051][0052]
实施例5
[0053]
本实施例提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除不加入异丙醇，异丙醇的量替换为吸水酚醛树脂外，其余均与实施例1相同。
[0054]
实施例6
[0055]
本实施例提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除氧化锆和氧化钇形成的稳定晶体全部替换为co-al-zn色料外，其余均与实施例1相同。
[0056]
实施例7
[0057]
本实施例提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除氧化锆和氧化钇形成的稳定晶体全部替换为co-al色料外，其余均与实施例2相同。
[0058]
实施例8
[0059]
本实施例提供一种适合低温烧成的陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除n-乙酰基-半胱氨替换为苯甲酸外，其余均与实施例2相同。
[0060]
对比例1
[0061]
本对比例提供一种陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除乙二醇二甲醚为40wt％；乙二醇乙醚醋酸酯为19wt％；水为4wt％外，其余均与实施例1相同。
[0062]
对比例2
[0063]
本对比例提供一种陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除乙二醇二甲醚为39wt％；乙二醇乙醚醋酸酯为22wt％；水为2wt％外，其余均与实施例1相同。
[0064]
对比例3
[0065]
本对比例提供一种陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除不加入乙二醇二甲醚和乙二醇乙醚醋酸酯，溶剂全部为水外，其余均与实施例1相同。
[0066]
对比例4
[0067]
本对比例提供一种陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除不加入乙二醇乙醚醋酸酯和水，溶剂全部为乙二醇二甲醚外，其余均与实施例1相同。
[0068]
对比例5
[0069]
本对比例提供一种陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除不加入乙二醇二甲醚和水，溶剂全部为乙二醇乙醚醋酸酯外，其余均与实施例1相同。
[0070]
对比例6
[0071]
本对比例提供一种陶瓷墨水，所述陶瓷墨水除不加入水，溶剂全部为乙二醇二甲醚和乙二醇乙醚醋酸酯，其中水的质量按比例替换为乙二醇二甲醚和乙二醇乙醚醋酸酯外，其余均与实施例1相同。
[0072]
制备方法：将上述实施例和对比例中的组分按照比例混合均匀，其中混合的方式具体为：先混合陶瓷粉体、溶剂、分散剂和表面活性剂，600r/min搅拌1h，混合均匀后再加入结合剂(酚醛树脂2130)，800r/min继续搅拌50min，得到所述陶瓷墨水。
[0073]
粒径测试，以及静置7天后的粒度测试：采用马尔文激光粒度仪测试静置前后的粒度。
[0074]
将上述陶瓷墨水涂在陶瓷基底(氧化铝)上，测试在50～200℃温度范围内的烧成温度，并同时判断烧成层的状况以及咖啡环情况。
[0075]
上述测试结果如表1所示。
[0076]
表1
[0077][0078]
从表1可以看出如下几点：
[0079]
(1)综合实施例1～4可以看出，本发明提供的适合低温烧成的陶瓷墨水，其烧成温度可低至100℃以下，且发色艳丽，烧成层致密，在低温烧成条件下仍然能够保持优良的烧成层效果；
[0080]
(2)综合实施例1和对比例1～6可以看出，实施例1中乙二醇二甲醚:乙二醇乙醚醋酸酯:水的质量比为4:2:0.3，相较于对比例1～6中配比不在特定范围或不含其中某一溶剂而言，实施例1在烧成温度98℃条件下即可得到发色艳丽且致密的烧成层，且无咖啡环情况，而对比例1～6中烧成温度高且有些出现发色暗沉或咖啡环的情况，由此表明，本发明通过将溶剂中各组分配比控制在特定范围显著降低了烧成温度，且低温烧成的效果优良；
[0081]
(3)综合实施例1和实施例5可以看出，实施例1中加入异丙醇，相较于实施例5中不加入异丙醇而言，实施例1中烧成温度仅为98℃，而实施例5中烧成温度达到112℃且颜色略微暗沉，由此表明，本发明通过优选加入催干剂异丙醇，显著提升了低温烧成墨水的性能；
[0082]
(4)综合实施例1和实施例6以及实施例2和实施例7可以看出，氧化锆和氧化钇形成的稳定晶体的加入能够提高最终烧成层的致密度，进一步提升烧成墨水的性能。
[0083]
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不
局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。