釉料喷墨墨水分散稳定性研究

王小妹，伍雪芬，蒋莉

摘 要：陶瓷釉料是釉料墨水的核心物质，墨水的粘度、粒径和储存稳定性是墨水实现喷墨打印首要解决的问题。本文采用分散剂JD910分别与表面活性剂A、108和T-80复配制备釉料喷墨墨水，优选出表面活性剂A和108。然后将分散剂JD910分别与表面活性剂A、108按质量比8：2复配，研究了复配分散剂用量为8%、10%、12%时，对墨水粒径、粘度、沉淀率的影响。结果显示：分散剂JD910和表面活性剂A复配，用量为12%时，所制备墨水老化前后D50粒径基本不变，粒径变化率为0.3%，粘度变化率小于10%，硬沉淀最小，综合性能最优。

关键词：釉料喷墨墨水;喷墨打印;分散剂;表面活性剂;稳定性

1 引 言

陶瓷喷墨打印是使用陶瓷色料粉体配制成墨水，经喷嘴高速喷出沉积在坯体、釉面等载体上。陶瓷粉体即无机非金属颜料色料、釉料，是墨水的核心物质，一般要求其颗粒度小于1μm，颗粒尺寸分布要窄，颗粒之间不能有强团聚，具有良好的稳定性等[1]。釉料墨水的制备方法为采用合适的分散剂，通过机械研磨的方式将釉料研磨分散至1μm以下[2]，因此，釉料墨水中分散剂起着至关重要的作用，包括提高研磨效率，降低漿料的粘度以及提高墨水的悬浮稳定性和打印性能[3]。另外，釉料喷墨墨水需添加表面活性剂，控制墨水的表面张力在适合的范围内。但是表面活性剂分子量较小，起不到稳定分散作用，而表面活性剂对釉料的吸附使得吸附在釉料表面的分散剂减少，会影响分散稳定性。

因此，选择适宜的分散剂和表面活性剂复配，提高墨水悬浮液稳定性能，制备性能优良的釉料喷墨墨水，对陶瓷打印行业的发展具有一定意义和贡献。

2实验

2.1 实验原料

分散剂JD910（佛山英捷力新材料科技有限公司，化学纯）;表面活性剂A（广州泰辰科技有限公司，化学纯）;表面活性剂108（广州市瑞洋表面活性剂有限公司，化学纯）;表面活性剂T-80（广州泰辰科技有限公司，化学纯）;3#白油（东莞市鹏润星润滑油有限公司，工业级）;乙二醇丁醚（南京亿隆科技有限公司，分析纯）;月桂酸异丙酯（上海源叶生物科技有限公司，分析纯）;油酸甲酯（上海泛笛油脂科技有限公司，工业级）;釉料（佛山英捷力新材料科技有限公司，工业级）。

2.2性能测试

（1）粒径测试

采用3#白油为分散介质，珠海真理光学仪器有限公司LT 3600Plus粒径仪测试墨水的D50粒径。

（2）粘度测试

墨水置于水浴中恒温40℃，测试30rpm及60rpm转速下墨水粘度。

（3）沉降稳定性实验

称取一定量墨水于10mL试管中，60℃烘箱中老化70h;老化后将试管中墨水倒出并倒置3min，记录试管中剩余样品质量，即为总沉淀质量;将倒出的墨水倒回试管中震摇，再次倒出墨水并倒置3min，记录试管中剩余样品质量，即为硬沉淀质量。用总沉淀质量减去硬沉淀质量，即得软沉淀质量。计算总沉淀率、硬沉淀率、软沉淀率。

3结果与讨论

3.1表面活性剂种类对墨水性能的影响

分散剂JD910对釉料具有良好分散性能，为使釉料喷墨达到适合打印的表面张力范围，喷墨体系中需加入表面活性剂进行调节。本实验固定釉料用量为42%，分散剂JD910分别与表面活性剂A、表面活性剂108和表面活性剂T-80按质量比8：2复配，复配分散剂用量为釉料质量的10%，测试表面活性剂种类对墨水粒径、粘度的影响（见表1），以及对墨水老化稳定性的影响（见图1）。

由表1可见，与单独采用分散剂JD910制备的墨水相比，JD910分别与表面活性剂A 、表面活性剂108复配后制备的墨水粘度略有下降，变化不大。其中，JD910和A复配制备的墨水粒径明显减小;JD910和108复配制备的墨水，老化前后粒径和粘度变化率均最低，稳定性好。

分散剂JD910与表面活性剂T-80复配后，墨水粘度明显增大，粒径大小、宽度系数以及老化前后粒径变化率均明显增大，墨水稳定性下降，复配效果差。

由图1可知，JD910与表面活性剂108复配制备的釉料墨水沉淀率最小，与单独采用分散剂JD910时接近;而添加表面活性剂T-80所制备釉料墨水的软、硬沉淀率均明显增大，老化稳定性差。

综上所述，JD910与表面活性剂108复配制备的墨水综合性能最优。

虽然分散剂JD910与表面活性剂A复配后墨水沉淀率增大，稳定性变差，但表面活性剂A的添加可使墨水粘度和粒径减少，并且起到降低表面张力作用，因此后续实验中继续研究JD910和表面活性剂A复配对墨水性能的影响。

3.2复配分散剂含量对墨水性能的影响

固定釉料用量为42%，分别采用质量比JD910：表面活性剂A=8：2，JD910：表面活性剂108= 8：2作为复配分散剂，改变复配分散剂总量分别占釉料用量的8%、10%和12%，测试复配分散剂含量对墨水粒径、粘度的影响（见表2），以及对墨水老化稳定性的影响（见图2）。

由表2可见，JD910与表面活性剂A复配所制备墨水的粒径均小于JD910和表面活性剂108复配所制备墨水，即JD910与表面活性剂A复配所制备墨水的粒径更小，且分布更窄。其中，当JD910：A=8：2分散体系用量为12%时，墨水老化前后粒径变化最小，稳定性最好。

随着复配分散剂用量的增大，墨水粘度稍有增大。在30rpm条件下，不同的复配分散剂及不同用量所制备釉料墨水的粘度均在12～15cp之间，粘度差别不大，除JD910：A=8：2的用量为10%所制备墨水外，其他墨水的粘度变化率均低于10%。其中，JD910：108=8：2，复配分散剂用量为10%时，老化前后粘度变化最小。

由图2可知，JD910和表面活性剂108按质量比8：2复配，复配分散剂用量为10%时，所制备的釉料墨水软沉淀率和总沉淀率最小，而JD910和表面活性剂A按8：2复配，复配分散剂用量为12%时，所制备的釉料墨水硬沉淀率最小。由于使用过程中，软沉淀经震摇可重新分散于墨水中，硬沉淀则不可恢复，因此，硬沉淀率越小越好。

综上所述，JD910和表面活性剂A按质量比8：2复配，复配分散剂用量为12%时，所制备墨水综合性能最佳，分散稳定性好。

4结论

本文采用分散剂JD910分别与表面活性剂A、108和T-80复配制备釉料喷墨墨水，研究了表面活性剂种类、复配分散剂用量等对釉料喷墨墨水粒径、粘度、沉淀率的影响。最终得出当JD910和分散剂A按质量比8：2复配，复配分散剂用量为12%时，釉料墨水稳定性和综合性能最好，墨水老化前后D50粒径基本不变，变化率为0.3%，粘度变化率小于10%，硬沉淀最小，硬沉淀率为0.8%。

参考文献

[1]蔡晓峰.打印技术与陶瓷墨水的制备[J].佛山陶瓷，2006，（7）：35-37.

[2]石教艺，李向钰，张翼.浅析陶瓷墨水中的分散剂[J].佛山陶瓷，2017，27，（8）：44-47.

[3] J. H. Spinelli. Polymeric dispersants in ink jet technology [J].Adv. Mater.， 1998， 10：1215- 1218.