保护釉性能对施釉工艺的影响研究*

李国平 何宇奇 张东升 何义力 付鹏程 黄辛晨 梁超成

(蒙娜丽莎集团股份有限公司 广东 佛山 528000)

最近这十来年,我们公司开发了很多木纹砖和自然面釉面砖,在研发过程中,设计的工艺是在喷墨后喷上一道哑光透明釉,也叫保护釉(覆盖釉),保护喷墨层不吸污更耐磨,同时外观高端触感细腻。该透明哑光釉的施釉方式分为喷釉或者淋釉,喷釉工艺参数特点是:低比重、低重量,淋釉类似全抛釉,但是比全抛釉的重量会低10g左右。施釉方式的选择根据产品对表面质感的需求,和生产稳定需求而定。我们开发的哑光透明釉具备几个特点:低光泽度,一定的透明度,外观触感细腻,防污好,耐磨。针对哑光透明釉的品质需求,通过调整釉料配方中SiO2/Al2O3值,控制釉面的光泽度。如下面图所示,当SiO2/Al2O3比值为8～10时,釉面光泽透明;SiO2/Al2O3比值大于11时,釉中析出的方石英,釉面粗糙、无光;SiO2/Al2O3比值约为5～6时光泽度在12～25之间,其光感柔和与木地板接近[2]。釉料配方中的氧化铝主要是通过长石引入,试验通过加入部分氧化铝微粉,将配方的SiO2/Al2O3值控制在4.7～5.8之间,使其釉面用WGG60-E4光泽度计测量光泽度为12～18。氧化铝(Al2O3)作为网络中间体,通过调整釉中氧化铝的含量可控制釉料的高温粘度,从而达到调节釉面效果目的。此外,氧化铝的引入有助于提高釉面的硬度、耐腐蚀性和化学稳定性,但引入过多,釉面温度升高,釉面质感较差。实验结果表明,在釉料中添加5%～8%(质量分数)的氧化铝微粉时,釉面光感、触感效果等达到最优。

图1 SiO2/Al2O3比值对釉面的影响

如果要将瓷砖釉面光泽度控制在5-15度之间,有的透明度一定会在某种程度上受到限制。为了保证墨水在哑光透明釉中的发色好,已经喷墨花纹图层不损失,控制好釉层厚度是关键点之一。公司目前使用喷釉工艺,用于生产这类瓷砖的主要哑光透明釉有三种编号:W8000、W8600、W8300。

1 保护釉的种类,性能特点及使用工艺参数

1.1 保护釉特点和相关产品系列

目前公司使用的主要保护釉料编号:W8000、W8600、W8300三个编号,这三个编号各有特性:W8000的光泽度最高,釉面皱;W8600的透明度最高,釉面触感刺手;W8300光泽度最低,触感最细腻,透感最差,偏乳浊。保护釉主要应用到的产品系列:罗马森林、罗马岗石、巴黎印象,经典石代某些自然面产品等等(见表1)。

表1 保护釉种类和产品使用系列

1.2 保护釉的使用工艺参数

目前公司三种主要保护釉的施釉工艺参数如表2所示,W8000、W8600,两种主要用于喷釉工艺,W8300主要采用淋釉工艺。

表2 三种保护釉的施釉工艺参数

1.3 保护釉配方的最佳添加剂成分

三个主要保护釉(透明哑光釉)的主要釉用原料有长石、滑石、石英、方解石、气刀高岭土、氧化锌、熔块等。保护釉的添加剂主要是指在成釉粉入球的时候,为了使釉浆性能好而加入的甲基纤维素、三聚磷酸钠、水分(球磨介质)、防腐剂等等。通过化学分析出来有效成分的硅,铝,钙,镁,钾,钠,锌等的化学成分如表4所示。原料釉粉入球球磨,根据所处的一年冬夏之中不同的季节,气候温度的相关变化以及车间使用要求的变化适当调整添加剂的的比例,以达到我们想到的釉浆性能效果见表3。保护釉XRD图如图2所示。

图2 保护釉XRD图

表3 保护釉的主要添加剂成分

表4 三种保护釉的化学成分(质量%)

1.4 保护釉的釉浆性能

釉浆出球到出仓这段时间内要做两次性能数据检测。第一次是出球检测釉浆的细度、流速、比重;放浆池后陈腐12小时候再测量粘度,不同釉的测量条件不一样,W8000粘度测量:比重1.70的情况下用2#转子60r/转,釉料部把粘度范围控制在80MPa·s以下,出仓后在生产线使用过程中基本是稳定的,不会出现釉面不平的现象;W8600/W8300粘度测量:比重在1.80的情况下2#转子60r/转测量,把粘度范围控制在小于140MPa·s,出仓后在生产线使用过程中基本稳定,喷釉不会出现起泡,釉面不平的现象。主要釉浆性能指标如表5所示。

表5 主要釉浆性能指标

1.5 小结

本节的主要内容针对保护釉的种类、化学成分、施釉工艺参数,以及保护釉的主要釉浆性能指标的研究。由图2得知,通过对化学成分的分析,了解到我们研究的保护釉钙、镁含量比较高,形成以钙长石为主晶相并辅以少量钠长石相的多晶相复合体,使得釉面手感柔和、质感细腻,此外微晶还能增强釉面的硬度和耐腐蚀性。由表4得知,保护釉引入ZnO作为助溶剂和发色增强剂,有利解决哑光木纹砖,自然面仿古钻以及岗石发色困难的问题。由表2、表3、表5得知,保护釉的添加剂比例,釉浆的主要性能和釉浆的施釉工艺参数是相辅相成的,釉浆性能在很大程度上由配方的添加剂成分,还有球磨时间,球磨细度,釉浆的粒度级配;釉浆性能很大程度影响釉浆的施釉参数选择。

2 釉浆性能对施釉工艺参数的影响

2.1 粘度对施釉工艺的影响

出球后的釉浆,过筛陈腐12h,在调整比重1.70/1.80的情况下用2#转子60r/转测量粘度。实验中把粘度控制在不同的范围之内做对比实验,其他参数保持同等条件不变,以同样的施釉参数喷釉,入窑烧成观察结果。粘度对施釉的影响见表6。

表6 粘度对施釉的影响

2.2 细度对施釉工艺的影响

出球后的釉浆取出测量细度,把细度作为单一因素控制在不同的范围之内做对比实验,其他参数保持同等条件不变,以同样的施釉参数喷釉,入窑烧成观察结果。细度对施釉工艺参数的影响见表7。

表7 细度对施釉工艺参数的影响

2.3 比重对施釉工艺的影响

保持釉料粉原料成分不变,改变入球水分比列,把出球比重(单位g/mL)控制在三个不同的点,1.73/1.80/1.90,出球后检测各个参数,把釉浆调成生产参数喷釉送入窑炉烧成,待观察效果。比重对施釉工艺参数的影响见表8

表8 比重对施釉工艺参数的影响

2.4 流速对施釉工艺的影响

和流速关联紧密的一个指标是粘度,他们之间可以互为表征。釉浆的粘度降低流速也随之降低;流速升高的同时釉浆粘度也变大(见图3)。

图3 釉浆陈腐时间与性能指标变化图

2.5 小结

本节主要针对釉浆的性能指标,以及性能指标对施釉工艺参数的影响做了大量的反向实验研究。由表6得知,粘度对釉面的影响是很明显的,粘度对流速也有影响,当粘度超过某个范围之后就会出现釉面缺陷,生产变得不稳定难以控制,原有的工艺参数不得不做出改变和修正。由表7得知,细度对瓷砖的影响很大,釉浆细度控制在0.4～0.6之间是比较合适又经济实惠,当釉浆细度比较粗0.6～0.8之间,釉的性能也将发生某种改变,烧成后的釉面变得耐火度升高表面粗糙,透明度不够,图案不清晰。釉浆出球原浆的比重不低于施釉参数,一般对施釉工艺参数影响比较弱。

3 调整釉浆性能改进措施

3.1 合理搭配添加剂比例

釉浆中主要的添加剂是羧甲基纤维素、三聚磷酸钠、防腐剂。釉浆中引入适量的甲基纤维素能显著改善釉浆性能,提高釉面质量。甲基纤维素水溶液的粘度由其聚合度的粘度决定,而其替代度(醚化度)则为决定其水溶性大小的关键因素,因此实际使用时要选择合适粘度及替代度的羧甲基纤维素。羧甲基纤维素是细菌的还是细菌的理想营养品,釉浆出球几小时后细菌就开始分解羧甲基纤维素,使釉浆粘度降低,粘合力下降,釉浆容易沉淀。防腐剂的使用在这个过程中就显得尤为重要。由图3中可以看出来,陈腐36小时釉浆的流速开始下降,粘度开始下降。防腐剂可以防止甲基纤维素失效,保持釉浆性能的稳定。甲基纤维素的加入量除了与其他添加剂一起配合加入外,甲基的加入量也要根据当时生产情况所处的季节进行调节,夏季加多冬季少。釉料配方中的主要原料大部分为瘠性原料和部分高岭土,整个釉浆系统的pH值偏酸性容易触变,必须加入三聚磷酸钠解凝。

3.2 出球釉浆性能的控制

控制好出球釉浆性能就是控制好一次性的球磨合格率。釉浆性能指标主要包括:细度、流速、比重、粘度,这四项指标衡量球磨合格率。在日常工作操作上,控制好球磨时间,球石大小的比例,料和球的比列,并根据球磨时间的变化即时补充球石。釉浆细度是指用100mL比重杯量取一杯釉浆过325目筛,用自来水冲洗,直至筛下水变为清澈为止,倒出筛上的筛余烘干后所测出的重量。出球细度一般控制在0.4～0.6g 325目/比重杯之间。细度放大到0.6～0.8之间,釉浆性能出现一些变化,烧成后釉面变得粗造,透明度下降的厉害,图案模糊不清。釉浆比重是釉浆与纯水重量的比值,用100mL比重杯测定。一般控制在1.84～1.90之间,出球比重一般要控制在1.84～1.90之间,预留空间到釉线淋釉时调整。

3.3 陈腐期釉浆性能的控制

球磨出球检测合格后放釉过筛120目,放入釉缸陈腐。陈腐时间过长甲基纤维素会失效,粘度会下降,流速会下降。陈腐时间24h以上,最佳时间48～72 h,流速到达50～70s最佳见图3。时间太短不足以排完釉浆里面的气泡,淋釉时容易出现针孔和釉坑。

4 结论

实践证明,如果要在窑炉生产釉线顺利执行相关工艺参数,生产取得高质量,一定要控制好源头,严格执行釉浆的各项性能指标,提高一次性球磨合格率,控制釉浆陈腐时间,制备合格的釉浆。本文从保护釉的成分,保护釉添加剂成分,施釉工艺参数的影响因素以及改进釉浆性能指标的措施等等来阐述保护釉的控制方法。釉料的工艺性能仅靠原材料配方的调整是很难达到最佳使用效果的,必须通过合适的添加剂来进行合理的调节与改善才能实现。