一种墨水加热分解装置与瓷砖表面釉坑缺陷的研究

李国平 何宇奇 何义力 吴亚超 黎天强

摘 要：主要利用陶瓷墨水的某些有机溶剂着火点低容易灼烧的特点，利用天然气灼烧喷墨打印完成后的瓷砖表面，促使墨水的某些有机溶剂着烧发生化学分解反应，生成水和二氧化碳，在干燥器里面温度200℃的环境下挥发掉，减少瓷砖表面油性物质的残留，从而减少瓷砖表面釉坑和缩釉的产生。

关键词：喷火燃烧器，釉坑，燃烧，分解反应

1 引 言

最近几年本公司生产灰色深色砖版面偏多，喷墨打印的油性墨水和水性釉浆发生排斥反应形成釉面凹坑缺陷。这个缺陷在2019年的生产缺陷统计中占比5%左右，最严重的时候，单批次占比10-20%。技术和车间团队人员想了很多技术改进措施都不能根治，比如：改进隔离釉的配方，调整隔离釉的厚度，调整抛釉的配方，调整淋釉房的设备，改善淋釉房的硬件环境等等。以上这些措施都只是暂时缓解，隔不久又不断出现问题。2020年通过研究和学习墨水的配方组成以及外出参观学习行业其他工厂的一些做法，然后在我们自己生产线不断实验，2021年得以取得明显的效果。

2实验部分

2.1关键技术

本项目主要利用陶瓷墨水的某些有机溶剂着火点低容易灼烧的特点，利用天然气灼烧喷墨打印完成后的瓷砖表面，促使墨水的某些有机溶剂着烧发生化学分解反应，生成水和二氧化碳，在干燥器里面温度200℃的环境下挥发掉，减少瓷砖表面油性物质的残留，从而减少瓷砖表面釉坑和缩釉的产生。

2.1 试验方案

根据有机物燃烧通式为：CxHy+ （x+y/4）O2=xCO2+y/2 H2O. CxHyOz+ （x+y/4-z/2）O2=xCO2+y/2 H2O 和CxHyOz +（x + y/4 -z/2）O2 = xCO2 + y/2 H2O。所有的有机物只要能发生燃烧反应，都分解出二氧化碳和水。陶瓷墨水的有效组成里包含固体无极原料和溶剂，溶剂由水性溶剂和有机溶剂还有粘结剂以及分散剂、除泡剂等等组成。有机溶剂为乙醇、异丙醇、丙酮、醋酸乙酯和醋酸丁酯中的一种或多种。分散剂为聚丙烯酸铵和聚丙烯吡咯烷酮一种或两种。粘结剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、硅溶胶、聚乙烯醇羧丁醛中的一种或者多种。

设计一个加热喷火燃烧装置，通过电辅加热和燃烧天然气对喷墨打印后的瓷砖进行加热燃烧分解墨水里的有机溶高分子物质，燃烧后分解成水和二氧化碳。根据墨水组成结构，墨水里的主要有机物质包含以下种类中的一种或者多种，如表1所示。

2.2设计一个加热分解装置

本次研究中的墨水加热分解装置由一段加热干燥器+1/2个喷火燃烧装置组成。加热干燥器箱体长10-15米、宽2米左右、高0.5米左右，干燥器里面铺满高铝棍棒，便于瓷砖在干燥器里平稳运行，干燥墙顶棚加装加热管，干燥器室内温度最高可到200℃。在干燥器的末端和中间位置各增加一个喷火燃烧装置，此装置设计为多孔烧嘴燃烧器如图1所示，喷嘴孔朝下，点火烧然天然气后多个燃烧气孔31的火焰形成一个火幕。瓷砖从火幕中缓慢通过时瓷砖表面的墨水有机物大部分燃烧后生成二氧化碳和水挥发在空气中。完整的喷火燃烧装置如图2所示，还有一个细节图如3，以及左视图4，承托图5。燃烧喷火器装有PLC电磁感应器控制点火装置如图3所示，箱体干燥器里面有瓷砖运行的时候点火燃烧，否则断气关火，达到节省能耗的目的。喷嘴管体3，如图1、图2所示的位置可以根据箱体内走砖具体的走砖位置调节偏差，达到均匀加热燃烧火焰瓷砖表面的效果。喷火燃烧装置的高度可以调整，如图4中的10、11根据生产不同厚度的砖坯调节喷火嘴与高铝棍棒之间的垂直间距，尝试过生产5.5mm-15.5mm，从薄砖到罗马岗石之间的转换。

2.3打印文件灰度总和的瓷砖燃烧对比实验

本次研究中的墨水就是普通喷墨打印的墨水，是我们日常生产中使用的蓝色、棕色、米黄色、柠檬黄色、黑色、包裹红色等。因打印机打印出来的墨水重量不方便称量，所以本次实验采用PS软件中图案的6不同颜色通道的灰度信息（S1-S2-S3-S4-S5-S6）总和M6来作为衡量墨水量（简称墨量）的标准，不以单一通道灰度信息参加实验，M6=S1+S2+S3+S4+S5+S6。S的范围从0到100，M的范围从0到600.实验中采集不同灰度信息总和的数据进行试验。实验中影响墨量的因素有两个方面因素：图案灰度和打印机本身。打印机本身因素包含：喷头型号，打印电压，波形文件三个大方面。本次实验打印机型号是美嘉D10-704/1152-7/10-11，6个通道喷头为星光1024型号。在保持打印机的喷头型号，打印電压，波形文件三个因素不变的前提下，通过改变PS文件的灰度信息总和来改变喷墨打印机打在瓷砖表面的总墨量，图案灰度信息打印到瓷砖后做燃烧实验，根据实验瓷砖按照灰度总和的大小，把打印文件分三个范围，M6小于30～50，M6大于50而小于80，M6大于80，这三个灰度的范围大概和我们平时称的低灰度，中灰度，高灰度依次对应。具体实验如表格2所示。

2.4瓷砖坯体厚度的瓷砖燃烧对比实验

考虑到此款加热分解装置的适应性，是否适应多种类瓷砖，多生产线。本公司生产瓷砖种类丰富多样，涉及瓷砖坯体厚度从 3.0mm～5.5mm～10.5mm～15.5mm～17.5mm，特选择5.5mm、10.5mm、15.5mm三个不同厚度，不同灰度总和的产品进行对比试验。如表3所示。

2.5施釉工艺的瓷砖燃烧对比实验

考虑到不同施釉工艺种类的瓷砖在通过加热分解装之后，釉坑缺陷是否得到明显改善，本实验选择三款有代表性的产品，分别采用喷釉工艺，淋釉工艺，干粒打点工艺，如表4所示。

3结果与讨论

3.1打印文件灰度总和对瓷砖燃烧实验的影响

为了研究清楚这款加热分解装置对喷墨打印瓷砖的不同墨量的处理能力我们特意设置了一批对比实验，按照灰度总和的大小范围选了三款有代表性的瓷砖做实验，如表5所示，由表格可以看出，这款装置的喷火燃烧处理后的三个不同灰度总和的瓷砖表面釉坑缺陷百分比都比较低，每一1000片瓷砖里面，釉坑缺陷占比分别是0.29%～0.56%，0.41%～0.50%，0.31%～0.52%，已经满足生产要求。

3.2瓷砖坯体厚度对燃烧实验的影响

根据对比实验得知，瓷砖坯体厚度不会影响这款加热分解装置对釉坑的处理能力。加热装置的喷火高度是可以根据瓷砖厚度来调整燃烧火焰的火幕高度。通过加热分解装置后的瓷砖入窑烧成，还产生釉坑缺陷的概率极低，实验选择三款代表瓷砖占比从0到0.5%，基本符合生产需要。如表6所示：

3.3瓷砖施釉工艺对瓷砖燃烧实验的影响

考虑不同工艺种类的瓷砖在通过加热分解装之后，釉坑缺陷是否得到明显改善，选择三款有代表性的产品，分别喷釉工艺，淋釉工艺，干粒打点工艺，如表7所示，在15-90FMB3020M木纹砖表面，釉坑主要表现为缩釉。

本小节从瓷砖施釉工艺，瓷砖坯体厚度，瓷砖打印文件的灰度总和三个方面来测试分析这款装置的釉坑处理能力，实践证明，本实验中设计使用的加热分解装置对釉坑的处理能达到了生产需求，适应性广，值得大力推介。

4  结论

通过对比实验得出，加热燃烧装置对瓷砖表面的有机物质充分燃烧分解成水和二氧化碳，自从安装了此设备的生产线，今年的釉坑缺陷，全年没有超过1.0%，发生大批量的釉坑缺陷次数为零。根据生产数据统计了几款常规生产产品关于釉坑缺陷的记录如以下表格8-10所示：

据表格8可知，0027这款产品同比2021年和2020年生产，在不同生产线上生产，釉坑缺陷的占比是有很大的变化，2021年在2D2有明显下降。据表9，表10，对比分析可知，同一款产品不管是0026还是0022，在同一生产线对比2021、2020不同的年份，2021年的釉坑比2020年有明显下降。这两条生产线在2020年年底技改，没有做大的改动，只在箱体干燥器末尾加装了一台喷火燃烧分解器。排除其他因素的影响，这台喷火燃烧分解器对解决釉坑这个缺陷有明显的效果，如表11所示，上半年釉坑情况改善非常明显。

参考文件：

[1]贺帆. 钴蓝颜料的合成，表面改性以及蓝色陶瓷墨水的初步配制. Diss. 华南理工大学， 2014.

[2]黄玲艳. 陶瓷喷墨渗花技术的专利综述[J]. 硅酸盐通报， 2019， 38（6）：4.

[3]孔庆源， 崔明珍， 许保金，等. 一种陶瓷墨水的有机溶剂加热分解装置：， CN212021126U[P]. 2020.

[4]佘晓晓， 杨文奎， 杜武清，等. 陶瓷墨水分散剂的制备与性能研究[J]. 广东化工， 2017， 44（2）：2.

[5]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（8）：4.

[6]彭滨. 干粒釉陶瓷砖坯体基料与面釉，保护釉的研制[J]. 佛山陶瓷， 2020， 030（001）：15-18.

[7]汪洋， 刘庆， 熊伟，等. 一种闪光干粒糖果釉陶瓷砖：， CN206737329U[P].

[8]秦娟， 崔崇， 崔晓昱，等. 钙长石晶体的形成机制研究[J]. 人工晶体学报， 2016， 045（005）：1153-1157.

[9]甘志宏， 江連会， 宁桂玲，等. 用乳化分散法制备喷墨打印用Al2O3陶瓷墨水[J]. 纳米科技， 2004， 001（005）：43-46.

[10][1]施建章， 汪宏， Werner Jillek，等. BZN陶瓷墨水的制备及其性质研究[J]. 无机材料学报， 2008， 23（2）：5.