提高深色有釉印花地砖耐磨性能的研究

盛正强　肖惠银　欧志勇

摘 要：本文针对深色有釉印花地砖耐磨性能明显差于浅色有釉地砖的现状，从釉料性能、色彩变化及增加透明保护釉工艺等方面进行实验研究，通过测定试验样品耐磨前后Lab值的变化，分析了影响深色有釉印花地砖的耐磨因素，并与国外产品进行比对，提出了改善深色有釉印花地砖耐磨性能的方法。

关键词：深色有釉印花地砖；耐磨性； Lab值；印花釉；透明保护釉

1 引言

建筑陶瓷地砖产品广泛用于地面装饰，这就对其耐磨性能提出了相应的标准要求，特别是在商场、公共空间等人流量密集区，地砖的耐磨性能尤为重要。随着地砖使用年限的增加，其表面的釉面会被磨损，严重的会出现表面颜色、图案的缺失，影响装饰空间的效果，尤其是深色有釉印花地砖。目前，行业虽然还没有深、浅色彩的标准，但实际生活中能感受到深色有釉地砖比浅色砖更易出现釉面被磨损的现象，相同材质、工艺的有釉印花地砖，深色产品的表面磨损较白色、浅色产品更明显 [1]。

1.1 釉面砖耐磨性的测定

磨损是一种常见现象，造成这一现象的原因主要有磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等，通常用材料的耐磨损性能来表征耐磨性。国家标准GB/T 3810.7-1999《有釉砖表面耐磨性的测定》规定了砖釉面耐磨性的测定，是通过釉面上放置研磨介质（符合GB/T 308要求）并旋转，对已磨损的试样与未磨损的试样的观察对比，评价陶瓷砖耐磨性的方法[3]。方法指出所需检测产品的表面釉层需要与研磨体进行一定数量的旋转，然后目测表面色彩的变化，并测定磨损量。理论上提高釉料的表面硬度可以提高其耐磨性能，表面硬度高磨损量会小，但莫氏硬度、耐磨级别与磨损量之间没有必然的对应关系，只是存在一个趋势。

1.2 控制标准

国外深色有釉印花地砖的耐磨级别控制标准也明显低于浅色系产品，通常深色有釉地砖控制在PEI III。欧洲检测有釉砖表面抗磨损能力的标准是UNI EN ISO10545-7，这个检测通常决定釉面地砖的抗磨损能力。标准将有釉瓷砖分级从PEI1到PEIIV。高抗磨损力的瓷砖（PEI IV和PEI V）能够适用于各种表面和安装在任何位置（如商场、飞机场等等）；低抗磨损力的瓷砖（PEI1）只适用于家庭浴室。磨损测试是通过在釉面砖上旋转一个负重研磨体，然后用视觉判断被测试砖与未经测试砖之间的差别。而根据GB/T 3810.7标准，测试砖能达到600转时，其可判定为2级，但也没有将有釉印花地砖色彩深浅做细分标准[2]。

1.3 Lab值测定理论依据

Lab色彩模式是由三个通道组成，即“L”通道代表明度，a通道的颜色是从红色到深绿，b通道则是从蓝色到黄色。自然界中的所有颜色都可以用明度、色相和饱和度这三个属性来描述。明度是表示物体表面明亮程度的一种属性，在非彩色中最明亮的颜色是白色，最暗的颜色是黑色，期间分布着不同的灰色。也就是说白色明度值最高，黑色明度值最低，而灰色的明度介于白色和黑色之间。各种不同色彩也有明度高低之分，所以明度决定于有色物质的浓淡，即色彩的深浅程度[1]。

2 实验内容

2.1 样品制备

首先，采用生产面釉为基础，将着色剂、不同类型及细度的刚玉粉加入到面釉及印刷釉中，球磨；然后，在砖坯表面进行施面釉、用胶辊印刷釉、丝网印透明釉，经辊道窑烧成，烧成后的釉面颜色深度与国外标准样进行目测对比，色彩深度和色调接近即可，得到试验样品。

2.2 性能测试

测试所得样品的耐化学腐蚀性能、莫氏硬度、Lab值及表面光泽度。

3 实验结果及分析

3.1 釉料色彩与产品表面整体色彩对比度对产品耐磨性能的影响

深色有釉地砖很多都不是纯色产品，除了在面釉中添加着色剂之外，为了产品表面的图案装饰，往往需要进行印花。所印刷的印花釉厚度非常薄，而且只附着在釉料表层。经烧成后的产品表面的装饰层，直接在研磨体接触，并在高速旋转下，较容易先被磨蚀，从而导致釉层色彩发白变浅。图1～4为研磨前后色彩对比图。

从图中对比可以看出，无论是单纯面釉还是印花后的产品，深色图案被研磨体磨损掉了大部分。表现在色彩深浅上，研磨后的产品图案色彩明显浅于研磨前的产品。

通过显微400倍分别对研磨前后的样品，各采取10个不同点的Lab值，观察Lab值的变化，并取其平均值。下表为生产面釉与在生产面釉中加入不同量棕色刚玉粉、白色刚玉粉替换部分Al2O3后的样品，经耐磨试验前后的Lab值的检测数据，见表1。

经对比发现，研磨后的样品，其L值都会比研磨前增大，表现为色彩变浅，这样可以从数字变化上可直观体现出样板颜色变化的程度。

添加棕色刚玉粉后，釉面色彩开始变深，L值变小，同时出现了少许小针孔；随着棕色刚玉粉量的增加，釉面色彩变的更深，L值继续变小，釉温升高，小针孔也随之增多。从印花前后样品烧成进行耐磨检测对比，颜色深浅变化值ΔL0相对较大，而ΔL1值相对最小。

添加白色刚玉粉后，釉面开始变得光滑，面釉色彩開始变浅发白，L值开始增加；随着白刚玉粉量的增加，釉面变得更加光滑细腻，颜色变得更浅更白，L值变得更大。从印花前后样品烧成进行耐磨检测对比，颜色深浅变化值ΔL0相对较小，而ΔL1值相对最大。

结合添加棕色刚玉粉的效果，这种现象表明，面釉色彩深度与印花釉色彩的对比越弱，耐磨检测后其色彩变化不明显；相反，面釉色彩深度与印花釉色彩的对比度越强，耐磨检测后其色彩变化会更明显。

3.2 印花釉与面釉配方的统一性对耐磨等级的影响

印花釉是胶辊或丝网图案装饰时一种常用着色剂的载体，它是由基料和多种辅料组合，外加所需的各种化工色料。转印后的图案附着在瓷砖的釉面，经过烧成后形成装饰图案，因印刷网版的不同，印花层较薄但也有一定的厚度。烧成后经显微400倍放大测量厚度大约为0.01mm。将生产试样敲开釉层边缘，采用显微镜放大观察，可见印花釉基本是附着在面釉表层，未能与面釉层相互熔融。（见图5）

根据前面的实验结果，将调配好的具较好耐磨性能的面釉为基础采用胶辊印花方式来进行图案装饰。再次测定其ΔL的变化情况，见表2。

从表2中4组实验的Lab值数据来看，在耐磨检测前后，样品颜色的色调变化较小，而颜色的深浅变化较为明显。本实验主要考察的是颜色深浅的变化，故研磨前后的颜色色调变化在本实验中忽略不计，结果整理归纳见表3。

从表3中数据得知，莫氏硬度越高其抗击研磨体的能力越强，即耐磨性能越好，但釉面效果变得粗糙。测试出研磨前后的Lab值的变化，也反应出了产品的耐磨性能越好，ΔL变化值越小，即色彩变化越少，更接近研磨前的色彩；反之，ΔL变化值越大，其色彩变化越明显，肉眼更易识别，这与预期设想相吻合。

3.3 增加透明保护釉工艺对深色有釉印花地砖的耐磨性能的影响

阻隔研磨体与深色釉层的直接剐蹭与摩擦，在深色图案印刷工艺完成之后，增加一道透明保护釉，既不遮盖装饰图案的色彩，又能阻隔研磨体不与装饰图案的釉层直接接触，从而达到保护深色图案，提高产品耐磨级别的目的。这种透明保护釉应该既具有较好的耐磨性能，又不能对印花釉的色彩产生影响，透明釉一般认为是玻璃体，但两者是有区别的。釉层的微观组织结构和化学组成的均匀性都较玻璃差，其中经常夹杂一些熔化不透的残留石英和新生的莫来石、钙长石、尖晶石、辉石等晶体，以及数量不一的气泡，从而影响了釉料的透明度。但为了能提高釉料的硬度，又需要透明釉能在表面析出部分硬度较高的晶体，来抵抗外界的刻划能力。一般认为，拥有多相的釉料，其均匀性差，会影响釉料的透光率，导致釉料的透明度下降[5]。选取4组透明釉中的其中一组样品，测试其耐磨实验前后的色彩深浅Lab值的变化数据见表4。

从表4中Lab数据分析，经600转耐磨检测后，色调变化前后不够明显，而颜色的深浅变化差异非常明显，ΔL变化值为17.6，样品呈现白色，相比未上透明保护釉的方案，色彩深浅变化更明显。这是由于透明釉在外界机械力作用下，即在研磨体的高速旋转下，其结构已经被破坏，原本光洁的表面变得较为粗糙，呈现出微小的凹凸状。当光线入射到这种表面后发生散射、漫反射，从而造成了釉层不透明。透明釉其实是一种玻璃体，具有各向同性和较为稳定的结构。被研磨后的透明釉，其釉层薄，晶格结构已遭到研磨体的破坏，表面变得不光滑，能吸收和反射光线，看上去表现为发白，变得不透明或不够透明[4]。

4 结论

（1）缩小深色有釉地砖产品釉料色彩与产品表面整体色彩之间的对比度，可以减少经耐磨检测后颜色上的变化差异，提升产品耐磨性能。

（2）印花釉基础料选择同一或接近的配方系统，有助于提高产品的耐磨性能。

（3）在釉料中加入适量和细度的刚玉粉，可以提高釉面的耐磨性能。

（4）通过测定样品耐磨前后的Lab值的变化，可从数据上更直观地了解色彩变化深浅的方向。

参考文献

[1] 俞康泰. 现代陶瓷色釉料与装饰技术手册[M]. 武漢工业大学出版社， 1999.

[2] 陶城报.陶瓷砖耐磨性不同评价方法的辨析及标准.

[3] 中华人民共和国国家标准（GB/T3810.1-2006）陶瓷砖试验方法第7部分：有釉砖表面耐磨性的测定[J]. 陶瓷， 2014（1）.

[4] 素木洋一， 刘可栋， 刘光跃. 釉及色料[M]. 中国建筑工业出版社， 1979.

[5] 章秦娟. 高等专科学校试用教材， 陶瓷工艺学[M]. 武汉理工大学出版社， 1997.