一种喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及陶瓷喷墨打印材料领域，特别是涉及一种喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
喷墨渗花陶瓷墨水中棕色墨水的发色原理是将棕色墨水打印在含有活性纳米二氧化硅的釉层或坯料层，经过渗透后，墨水中的铁离子与纳米二氧化硅包裹反应生成硅铁红，从而生成鲜红的颜色。在实际生产过程中，棕色墨水发色的深浅受到纳米二氧化硅用量和纳米二氧化硅活性的影响。特别是当釉料或坯料加入纳米二氧化硅球磨时，因纳米二氧化硅体积大，经常出现纳米二氧化硅球磨分散不均匀、结团，或者球磨均匀后，因球磨时间过长使得纳米二氧化硅活性降低，导致每批次釉浆或坯料的棕色发色不同，造成颜色波动大，产品降级，对生产造成极大损失。
发明内容
本发明针对球磨纳米二氧化硅时分散不均匀、结团，以及球磨时间过久导致其活性降低的问题，提供一种喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂及其制备方法和使用方法。
第一方面，本发明提供一种喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂，按照质量百分比计，包括：活性纳米二氧化硅11-40％，分散剂0.05-0.6％，渗透剂0.05-0.5％，防沉淀剂0.2-1.5％，增稠剂0.1-0.5％，乙二醇0.1-0.8％，防腐剂0.02-0.2％，余量为水。
较佳地，所述分散剂选自2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐、聚丙烯酸铵盐中至少一种；所述渗透剂选自拉开粉、脂肪醇聚氧乙烯醚、二辛基琥珀酸磺酸钠中至少一种；所述防沉淀剂选自脂肪醇与环氧乙烷缩合物、聚羧酸盐类、烷基苯基磺酸盐中至少一种；所述增稠剂选自羧甲基纤维素钠、黄原胶、聚乙烯醇中至少一种；所述防腐剂选自苯甲酸钠、山梨酸钾、丙酸钠中至少一种。
较佳地，所述助色水剂的粘度为1500-2000mPa·s。
较佳地，所述活性纳米二氧化硅的粒径为20-200nm。
本发明所述喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂质量稳定，釉料或坯料中加入该助色水剂球磨时，不仅可以使得纳米二氧化硅分散均匀，同时保持纳米二氧化硅的活性，而且陶瓷墨水渗透入含有该助色水剂的釉料或坯料时，陶瓷墨水发色鲜艳、均匀、美观。
第二方面，本发明提供上述任一项所述的喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的制备方法，包括以下步骤：将活性纳米二氧化硅以外的各原料按配比加入水中，高速搅拌，形成混合液；将活性纳米二氧化硅加入所述混合液中，获得喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂。
较佳地，所述搅拌转速为240-360转/分钟，所述搅拌时间为10-30分钟。
第三方面，本发明提供上述任一项所述的喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的使用方法。
较佳地，所述使用方法包括：将喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂加入釉浆或坯浆中，以30-45转/分钟转速球磨20-30分钟，形成含有活性纳米二氧化硅的釉料或坯料；以及将陶瓷棕色墨水打印在上述含有活性纳米二氧化硅的釉料或坯料形成的釉层或坯料层。
较佳地，所述喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂和釉浆或坯浆的质量比为1：(16-40)。
较佳地，所述釉浆的粒径为25-50μm。
较佳地，所述坯浆的粒径为30-65μm。
本发明具有以下有益效果：
1、优化了喷墨打印陶瓷墨水助色水剂中物料的组成，使助色水剂的稳定性得到极大的改善，提高了纳米二氧化硅的活性和分散性；
2、避免了向釉料或坯料直接加入纳米二氧化硅球磨导致二氧化硅球磨分散不均匀、结团，或者球磨均匀后纳米二氧化硅活性降低的问题，减少因纳米二氧化硅活性不足引起的喷墨打印色彩偏差，提高陶瓷墨水喷墨发色的稳定性和色彩均匀度以及鲜艳度；
3、提高了助色水剂中的活性纳米二氧化硅固含量，降低了球磨能耗，同时也降低了喷坯浆时的能耗。
附图说明
图1为本发明喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的示意图；
图2为使用喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的陶瓷砖面效果图，其中图2中的(a)为实施例1的砖面效果图，图2中的(b)为对比例3的砖面效果图。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。以下各百分含量如无特别说明均指质量百分含量。
本发明旨在提供一种喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂，通过将活性纳米二氧化硅制成水剂，不仅使得其加入釉浆或坯浆后球磨更加分散均匀且不结团，而且显著提高助色水剂中活性二氧化硅的固含量。一些示例中，纳米二氧化硅占水剂的质量达到11％-40％，优选为25-40％。另外，本发明的助色水剂中加入分散剂、防沉淀剂、增稠剂、乙二醇、防腐剂等，使得水剂中的活性纳米二氧化硅固含量提高，降低了球磨能耗，同时也降低了喷坯浆时的能耗。
具体地，所述喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂可包括：按照质量百分比计，包括：活性纳米二氧化硅11-40％，分散剂0.05-0.6％，渗透剂0.05-0.5％，防沉淀剂0.2-1.5％，增稠剂0.1-0.5％，乙二醇0.1-0.8％，防腐剂0.02-0.2％，余量为水。
本发明的助色水剂中所述活性纳米二氧化硅的粒径优选为80-150nm。二氧化硅粒径越小，比表面积越大，其活性越强。但粒径越小时，其生产成本越高。而粒径越大时，其与墨水中的铁离子包裹反应活性下降，降低了硅铁红发色。
上述助色水剂中，所述分散剂包括但不限于分散剂NNO(主要成分为2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐)、分散剂5027(主要成分为聚丙烯酸铵盐)。加入所述分散剂，可以保证助色水剂中活性纳米二氧化硅颗粒的充分分散，避免其团聚并沉淀，提高助色水剂的稳定性，增加陶瓷墨水打印后的颜色强度和遮盖力。
所述渗透剂包括但不限于拉开粉(例如拉开粉BX)、渗透剂JFC(主要成分为脂肪醇聚氧乙烯醚)、快速渗透剂T(主要成分为二辛基琥珀酸磺酸钠)中至少一种。所述渗透剂的作用是保证助色水剂中活性纳米二氧化硅颗粒的充分分散，并且含有渗透剂的釉层或坯层能增强渗透墨水在釉或坯中的渗透性能。
所述防沉淀剂包括但不限于防沉淀剂IW(主要成分为脂肪醇与环氧乙烷缩合物)、SC-880(主要成分为聚羧酸盐类)、ADE-402(主要成分为烷基苯基磺酸盐)中至少一种。所述防沉淀剂的作用是能够增强助色水剂中粒子的悬浮稳定性，以及增加助色水剂中粒子的浓度饱和性。
所述增稠剂包括但不限于羧甲基纤维素钠、黄原胶、聚乙烯醇中至少一种。所述增稠剂的作用是能够使助色水剂中粒子保持均匀的稳定悬浮状态。
所述防腐剂选自苯甲酸钠、山梨酸、丙酸钠中至少一种。所述防腐剂的作用是抑制助色水剂中微生物生长，延长助色水剂中粒子均匀悬浮的时间。
一些示例中，上述助色水剂的粘度可为1500-2000mPa·s。若粘度过低，则易导致纳米二氧化硅沉淀，造成局部结团，降低球磨时的分散性。若粘度过高，则加入釉浆后易使釉浆流速增高，性能变差；加入坯浆后亦使坯浆流动性变差，造成喷粉时耗能更多。
一些实施方式中，所述喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂包括：活性纳米二氧化硅11％～40％、分散剂NNO(主要化学成分为2-萘磺酸甲醛聚合物钠盐)：0.05～0.6％、拉开粉BX(主要化学成分为二异丁基萘磺酸钠)：0.05～0.5％、防沉淀剂IW(主要化学成分是脂肪醇与环氧乙烷缩合物)：0.2～1.5％、增稠剂CMC(羧甲基纤维素钠)：0.1～0.5％、乙二醇：0.1～0.8％、防腐剂：0.02～0.2％。
以下具体示出本发明的一具体实施方式中喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的制备方法。
首先，将分散剂、渗透剂、防沉淀剂、增稠剂、乙二醇、防腐剂按配比加入水中。
然后，高速搅拌。优选地，所述搅拌转速为240-360转/分钟，所述搅拌时间为10-30分钟。搅拌转速过快或时间过长，易造成纳米二氧化硅活性降低。搅拌时间过慢或时间过短，易造成搅拌不均匀，出现结团。
最后，将活性纳米二氧化硅缓慢倒入，形成水剂(如图1)。
本发明将纳米二氧化硅制备成水剂加入坯浆或者釉浆中，可以避免如果直接将纳米二氧化硅加入坯浆或者釉浆中。由于两者密度的不同，坯浆或者釉浆容易与纳米二氧化硅粒子分层，导致每批次的釉浆或坯层在喷墨打印棕色墨水后得到的颜色深浅不一造成生产颜色变化缺陷降级；另同批次釉浆或坯料中纳米二氧化硅不均匀，导致在釉层或者坯层上喷墨打印有色墨水后得到的颜色不均匀，有深有浅，导致生产时颜色变化大，图案颜色深浅不一造成缺陷降级。本发明通过调节使用特定组成和质量百分比的助色水剂，提高助色水剂的粘度和悬浮稳定性，使助色水剂和坯浆或者釉浆实现均匀混合，从而可以每批次或同批次釉浆或坯层打印棕色墨水后颜色保持稳定，避免颜色波动造成的缺陷降级。
另外，由于二氧化硅无法渗透至釉层或坯层中，其釉层中的墨水不发色，因此若将纳米二氧化硅加入陶瓷墨水中，打印至砖面后，其只有砖坯表面能发出颜色。而本发明使用助色水剂，将二氧化硅均匀分散在釉层或坯层中，具有渗透作用的棕色墨水中的铁离子与分散在釉层或者坯层中的纳米二氧化硅包裹反应生成硅铁红，因此在打印棕色渗透墨水后，釉层中间或坯层中间具有颜色，这丰富了瓷砖的装饰效果。
以下示例性示出喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的使用方法。
步骤A：将喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂加入釉浆或坯浆中。所述喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂和釉浆或坯浆的质量比可为1：(16-40)。当配比高于1:16时，棕色发色深度已趋于饱和，继续增加助色水剂的量，颜色变化不大，无异于增加成本。当配比低于1:40时，由于纳米二氧化硅量较少，棕色墨水反应不完全，造成棕色发色浅，发蒙。
一些实施方式中，上述釉浆或坯浆加入喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂前，需进行球磨。该釉浆的粒径优选为25-50μm，平均粒径可为40μm。坯浆的粒径选为30-65μm，平均粒径可为55μm。釉浆或者坯浆的粒径控制在上述范围内，可以使得在一段时间内助色水剂均匀稳定地悬浮在釉浆或坯浆中。若粒径过大，则在陈腐一段时间后纳米二氧化硅因重量轻，部分漂浮于釉层或坯层表面，造成釉浆或坯浆不均匀。若粒径过小，则造成釉浆或坯浆球磨能耗过高。
向釉浆或坯浆中加入喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂后，再球磨20-30分钟，以形成含有活性纳米二氧化硅的釉或坯料。球磨时间过长则易造成纳米二氧化硅活性降低，时间过短，则不易分散均匀。在实际生产中控制在20-30分钟较为合适。
上述球磨过程中，球磨转速可为30-45转/分钟。球磨速度过快则易造成纳米二氧化硅活性降低；速度过慢则不易分散均匀。
步骤B：将陶瓷墨水打印在上述活性纳米二氧化硅的釉或坯料形成的釉层或坯料层。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将分散剂NNO 0.25克，拉开粉BX 0.15克，防沉淀剂IW 1.0克，增稠剂CMC 0.25克，乙二醇0.2克，防腐剂苯甲酸钠0.05克加入到60.10克水中；
步骤2、以搅拌转速为300转/分钟高速搅拌步骤1中的各原料20分钟；
步骤3、将活性纳米二氧化硅38克缓慢倒入步骤2中，形成水剂。若再加纳米二氧化硅，则出现沉淀。此时100克的水剂含活性纳米二氧化硅38克。
将形成的水剂加入已球磨好的釉浆中，水剂和釉浆的质量比为1：22，再球磨30分钟即可。使用获得的釉浆淋釉后，打印棕色渗透墨水色块，当图案灰度50％时，测得LAB值。结果表明，L值为65.55，a值为13.12，b值为11.81，如图2中的(a)所示。
本发明将活性纳米二氧化硅制成水剂，使得其加入釉浆或坯浆后球磨更加分散均匀且不结团。另外，加入分散剂、防沉淀剂、增稠剂、乙二醇、防腐剂等，使得水剂中的活性纳米二氧化硅固含量提高，降低了球磨能耗。同时在使用相同质量纳米二氧化硅的情况下，高固含量的纳米二氧化硅助剂的含水率低于底固含量纳米二氧化硅助剂的含水率，这使得坯浆或釉浆中含水率降低，在喷坯粉时降低能耗也降低了喷坯浆时的能耗。
实施例2
对实施例1的喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的发色重复稳定性进行测试。重复实施例1共5次，测得LAB值。
表1发色稳定性LAB值测试表
从以上实验数据对比得出助色水剂使得每批次的釉浆或坯浆发色稳定。
对比例1
喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的制备方法，包括以下步骤：将活性纳米二氧化硅11克缓慢倒入89克高速搅拌的水中，形成水剂，其中纳米二氧化硅占总质量11％。若再加纳米二氧化硅，则出现沉淀。
将形成的水剂加入已球好的釉浆，水剂和釉浆质量比为1：22中，再球磨30分钟即可。釉浆配方同实施例1，为：钾长石46克，钠长石14克，高岭土8克，煅烧高岭土23克，石英8克，硅酸锆1克，水38克。使用获得的釉浆淋釉后，打印棕色渗透墨水色块，图案灰度50％时，测得LAB值。结果表明，L值为74.23，a值为3.25，b值为7.53。
对比例2
喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将分散剂NNO 0.25克，拉开粉BX 0.15克，防沉淀剂IW 0.1克，增稠剂CMC 0.25克，乙二醇0.2克，防腐剂苯甲酸钠0.05克加入到74克水中；
步骤2、以搅拌转速为300转/分钟高速搅拌步骤1中的各原料20分钟；
步骤3、将活性纳米二氧化硅25克缓慢倒入步骤2中，形成水剂。若再加纳米二氧化硅，则出现沉淀。此时100克的水剂含活性纳米二氧化硅25克。
将形成的水剂加入已球磨好的釉浆中，水剂和釉浆质量比为1：22再球磨30分钟即可。使用获得的釉浆淋釉后，打印棕色渗透墨水色块，图案灰度50％时，测得LAB值。结果表明，L值为70.85，a值为7.67，b值为10.50。
比较实施例1(防沉淀剂的用量是1％)和对比例2(防沉淀剂的用量是0.1％)可以看出，当防沉淀剂IW的含量低于0.2％时，助剂中纳米二氧化硅含量降低13％，说明防沉淀剂对水剂中纳米二氧化硅的含量影响较大。
对比例3
喷墨渗花陶瓷棕色墨水助色水剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将分散剂NNO 0.25克，拉开粉BX 0.15克，防沉淀剂IW 1.0克，增稠剂CMC 0.25克，乙二醇0.2克，防腐剂苯甲酸钠0.05克加入到60.10克水中；
步骤2、以搅拌转速为300转/分钟高速搅拌步骤1中的各原料20分钟；
步骤3、将活性纳米二氧化硅38克缓慢倒入步骤2中，形成水剂。若再加纳米二氧化硅，则出现沉淀。此时100克的水剂含活性纳米二氧化硅38克。
将形成的水剂加入已球好的釉浆或坯浆中，水剂和釉浆或坯浆的质量比为1：41，再球磨30分钟即可。使用获得的釉浆淋釉后，打印棕色渗透墨水色块，图案灰度50％时，测得LAB值。结果表明，L值为73.44，a值为4.21，b值为8.38，如图2中的(b)所示。而且，从图2中的(b)可以看出，砖面有许多白点，导致颜色不连续，图案发蒙。
