数字化喷釉技术发展趋势

■ 胡飞   景德镇陶瓷学院教授

       数字化喷釉技术是喷墨印花技术的延伸，喷墨阿印花使用陶瓷墨水，数字化喷釉使用陶瓷釉料。          

       陶瓷墨水是以色料为溶质分散在有机溶剂中，形成稳定的悬浮液。陶瓷喷墨印花技术主要以图案装饰为目的，随着墨水色域不断拓宽，已经实现了复杂图案的平面装饰，仿木、仿石、仿水泥等产品惟妙惟肖；瓷砖的艺术美感大幅提升。陶瓷的色彩和图案装饰之后，在其上需施以一层玻璃质的釉面，在坯体及图案表面实现防水、防污，以及装饰等作用。传统的施釉工艺有浇釉、淋釉、荡釉、蘸釉等，随着数字化技术的发展逐渐产生了数字化喷釉技术，2014年意大利博洛尼亚Cersaie瓷砖卫浴展上展示了多款数字化喷釉技术，上述的数字化喷釉技术是以釉料为溶质分散在有机溶剂中，形成稳定的悬浮液（下称陶瓷喷釉墨水，或釉水）。可见，数字化喷釉技术是可实现的，包括釉水（适用于喷墨花机的釉料产品）的制备技术及工艺，喷墨花机及喷头装备的制造，以及釉水与设备的适应性等。本文试图通过分析（1）数字化喷釉与数字化喷墨(即喷墨印花)技术的特点及差异，以及（2）数字化喷釉与传统施釉方法的技术特点及差异，指出数字化喷釉技术发展的趋势和方向。

　　数字化喷釉与喷墨印花的差异之一是釉水的喷出量远大于色料墨水的喷出量。

　　这是由于一定厚度的釉料才可以在高温下熔融，并均匀地铺展在坯体表面；另一方面，某些装饰性釉料如结晶釉、无光釉等釉液在降温过程中，产生晶核并生长成为晶体，这也需要一定浓度的釉面才能产生适合尺寸的晶花。传统施釉方法下的釉层厚度通常为1~6 mm，数字化喷釉下的釉层厚度也必须达到上述要求，如陶丽西（Torrecid）展示的喷釉产品的釉面厚度可达5mm；凯拉捷特（Kerajet）公司相关产品资料显示，其系列产品K8S、K8M、K8L的最大喷釉量分别可以达到500、1500、4000 g/m2；西斯特姆公司的最大喷釉量可达1100 g/m2。

　　数字化喷釉与喷墨印花的差异之二是釉水溶质的颗粒尺寸大。

　　从已实施的喷釉墨水来看，釉水固体颗粒的尺寸d99为2 μm（d99指的是99%的颗粒等于或小于2 μm）。而色料墨水颗粒的尺寸d90约为0.5～0.6μm。釉水颗粒越大，所需喷头孔径越大，单位时间喷出量越大（理论上釉层厚度的控制也可以通过调整瓷砖的给进速度来实现），釉水在喷头中的通过量成倍提高，这无疑增加了喷头的磨损，提高了喷釉设备的耗损及折旧费用。

　　基于上述两点技术特点，施釉厚度（相应于釉料成本）不能大幅减少，而昂贵的喷墨花机购置费用和喷头的使用成本又比传统施釉方法要大幅提高。这一点无疑是未来数字化喷釉技术广泛推广应用的主要障碍之一，即数字化喷釉与传统施釉方法的差异之一：当传统施釉方法可以得到优质釉面时，数字化喷釉具有较高的成本。

　　数字化喷釉与传统施釉方法的差异之二是数字化喷釉具有强大、多样的艺术表现力。

　　这主要是由于釉水的喷施厚度可调，以及施釉XY坐标可控。2014年瓷砖卫浴展上的陶丽西（Torrecid）展示了一款极薄釉层的瓷砖产品，釉层厚度不足1 mm。瓷砖表面呈现黑色亚光的装饰效果。薄层釉面能够防水防污，具有光滑质感，兼具几近透明的效果，能展现坯体的颜色和纹路。西斯特姆公司展示了多款喷釉技术实现的产品，其中一款瓷砖表面同时使用了哑光、光泽、金属三种釉面。凯拉捷特公司展出了干釉喷釉技术，类似通过传统的干粒抛与微晶熔块，还有金属光泽、

闪光、哑光、亮光、白花等喷釉技术。陶丽西公司、福禄公司（Ferro, Inksnova系列）、卡罗比亚公司（Colorobbia）、道氏公司近期展出了凹凸层次感很强的下陷喷釉陶瓷砖样品。陶丽西公司的DG-CID系列喷釉墨水、Keramcid系列喷釉墨水，卡罗比亚公司的C-Shine系列喷釉墨水可以实现闪光装饰效果。釉水的粘度应保持在 5~50 mPa.s, 表面张力为20~40 mN/m，密度为0.8~1.5 g/mL。这些装饰功能性釉料墨水的固相成分可以是单一化合物（表1和表2）或是熔块（表3和表4），如表1中，下陷釉水的固相成分为33.7%的BiVO4，颗粒百分位d99为2 μm，粘度为26.8 mPa.ss，密度为1.310 g/mL, 表面张力为31.5 mN/m, 喷釉水的速度约 5 g/m2。而表3中，闪光釉料墨水的固相成分为熔块，颗粒百分位d99为2 μm，粘度为33.0 mPa.s，密度为1.497 g/mL， 表面张力为32mN/m,其喷墨速度约为75 g/m2。多种特殊装饰效果的喷釉产品可以在同一片瓷砖表面出现，精细化程度提高，装饰表现力更强。

表1  下陷釉水的配方实施例

表2  金属釉水的配方实施例

表3  闪光釉水的配方实施例

表4 亚光釉水的配方实施例

       数字化喷釉与传统施釉方法的差异之三是数字化喷釉可以极大提高瓷砖的功能化。

       功能性纳米粉体可以分为天然矿物和人造矿物，它们大多数是无机材料，耐高温性能好，可以混入釉料中或者单独使用。表5显示的是将TiO2纳米粉加入的釉料配方，可以达到光催化作用，达到自清洁性能、抗菌等效果。表6显示的是将α-Al2O3和玻璃熔块混合之后的防滑釉水，无机固体颗粒百分位d99为2 μm，粘度为25.5 mPa.s，密度为value="1.273" unitname="g" w:st="on">1.273 g/mL, 表面张力为31.6 mN/m, 喷釉水速度很快，约 value="100" unitname="g" w:st="on">100 g/m2。表7显示的是迈瑞思科技有限公司在2014年发布的一项负离子釉料墨水的技术指标， 经建筑材料工业环境监测中心检测得到负离子砖的负离子浓度平均值为2022个/s.cm2（无负离子材料砖的负离子浓度为230个/s.cm2）。

　　瓷砖功能化的实现包括对功能粉体的分布、浓度、尺寸的控制，随着数字化喷釉的发展，功能粉体可以作为单独的釉料墨水使用时，瓷砖的功能化将极大丰富，产品还可以具备抗菌性能（如银离子无机材料）、负离子性能（如奇冰石、电气石、蛋白石）、红外辐射（如堇青石、托玛琳）、防静电（导电釉）、发光（如CaS、ZnS粉末）、调湿（多孔材料）等作用。这很可能是数字化喷釉重要的发展方向之一。

表5 光催化涂层釉料的配方实施例

表6  防滑釉水的配方实施例

表7 负离子釉水的技术指标

       通过对比数字化喷釉技术的特点，如表8所示，可以看到，从成本角度而言，数字化喷釉并不大幅低于数字化喷墨（喷墨花机）的成本，而数字化喷釉在装饰性和功能性的改善却有极强的作用，可以与喷墨花机技术匹配，获得更加叹为观止的装饰效果；而在功能性的作用方面更具强大的潜力。由于数字化技术的发展，甚至有可能寻找到水性釉水的解决方案，降低适于数字化喷釉技术釉水制造成本，扩大数字化喷釉技术的应用市场空间。

表8 数字化喷釉、数字化喷墨（喷墨花机）、传统施釉的技术特点比较    

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