一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水及其製法的製作方法

2023-06-24 21:05:06 1

本發明屬於陶瓷產業用精細化學品領域，具體涉及一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水及其製法。

背景技術：

微米或亞微米級顆粒型氧化物顏料發色墨水在陶瓷產業中已經獲得了廣闊的應用。然而，顆粒型氧化物發色顏料物質不僅在分散介質中極易沉降分離，而且在列印時極易堵塞列印噴頭，嚴重影響生產使用效率和使用效果，限制了其進一步的推廣使用。而溶解型的染料型發色墨水有很多突出的優點，如發色墨水容易配置、所配置的發色墨水穩定、不易堵塞列印噴頭、易滲透列印介質中、選擇範圍廣、成本低廉等。但有機染料分子的耐曬和耐臭氧等耐老化性能卻較差，並且在高溫下染料會發色氧化、碳化，因此不能用於高溫和耐候性要求的場合。

陶瓷數字噴墨列印技術是一種陶瓷表面裝飾技術，滲花發色墨水是一種新型低粘度滲透型墨水，國內外已經有幾家單位在開發陶瓷油性滲花墨水，但是對於水性陶瓷滲花墨水特別是儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水，未見有相關文獻報導其製法和使用。

技術實現要素：

本發明的首要目的是提供一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水。

本發明的另一目的是提供一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水的製備方法。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水，按質量份計，所述滲花墨水包含以下組分：

水性發色墨水 100質量份

水性有機酸鋅/季銨鹽型離子液體 0.5～10質量份

水溶性小分子含氮多齒配位化合物 0.5～10質量份。

優選的，所述水性發色墨水是由水溶性發色金屬化合物有機酸鹽於60℃以下溶解分散在含水的水性溶劑製得的pH值在4～7的溶液。

更優選的，所述的水溶性發色金屬化合物有機酸鹽為含有多個配位原子的有機酸鹽，包括酒石酸鹽、檸檬酸鹽、胺基酸鹽、乙二胺四乙酸鈉鹽、二乙烯三胺五乙酸鈉鹽和N-羥乙基乙二胺三乙酸鹽中的至少一種。

更優選的，所述的水性溶劑包括水、甲酸、乙酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙醇、異丙醇、雙丙酮醇、乙二醇、一縮二乙二醇、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丙醚、乙二醇單丁醚、丙二醇、一縮二丙二醇，丙二醇單甲醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丙醚、丙二醇單丁醚、丙三醇、N,N-二甲基甲醯胺和N,N-二甲基乙醯胺中的至少一種；所述含水的水性溶劑中水的含量不低於水性溶劑總質量的70％。

優選的，所述水性有機酸鋅/季銨鹽型離子液體為同時含有水性有機酸鋅和季銨鹽型離子液體。

更優選的，所述水性有機酸鋅為乙酸鋅、胺基酸鋅、吡啶甲酸鋅、酒石酸鋅和乙二胺四乙酸鋅鈉中的至少一種。

更優選的，所述季銨鹽型離子液體的陽離子為咪唑離子及其衍生物[R1R2im]+或[R1R2R3im]+，陰離子為Cl－、Br－、BF4－、PF6－、CF3COO－、C3F7COO－或CF3SO3－。

優選的，所述水溶性小分子含氮多齒配位化合物為乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、N-氨乙基哌嗪、羥乙基乙二胺、羥乙基二乙烯三胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基一乙醇胺、氨基甲醯肼、乙二醯肼、乙二胺四乙酸二鈉、胺基酸和N-羥乙基乙二胺三乙酸中的至少一種。

一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水的製備方法，包括以下步驟：將100質量份水性發色墨水、0.5～10質量份水性有機酸鋅/季銨鹽型離子液體和0.5～10質量份水溶性小分子含氮多齒配位化合物室溫(15～30℃)混合均勻即得一種儲存穩定不易變質的水性陶瓷滲花墨水。該滲花墨水在陶瓷坯釉表面上經過滲透乾燥和800～1250℃高溫燒成5～1小時後而呈現高耐候性的花色。

滲花墨水不僅要考慮到30～50℃的噴墨列印實際使用條件，還要考慮到與空氣接觸和冬天低溫環境儲存放置中的穩定性，特別是溶解型水性墨水，低溫儲存穩定性不可忽視。水性材料在與空氣接觸的放置過程中經常會受到空氣中的微生物的作用而腐敗變質。季銨鹽是一種有效的抗菌劑，對微生物有一定的抑制作用。季銨型離子液體是一類具有高穩定性、低揮發性、具有酸鹼可調性、可設計性等優點的綠色溶劑，同時離子液體又有很強的自組裝能力，有助於水性發色墨水的穩定和提高墨水對陶瓷基材的垂直滲透性，使得發色墨水充分滲透到基材內部。水溶性發色金屬化合物有機酸鹽在水溶性小分子含氮多齒配位化合物絡合穩定作用下具有更好的穩定性，在高溫50℃和低溫5℃環境下在保持溶劑不揮發的條件下均保持長久的穩定性。水性有機酸鋅對季銨型離子液體的抗菌活性有協同作用，與發色墨水中的有機酸鹽一道在高溫下形成有顏色的雜化結構無機金屬氧化物，同時有色金屬氧化物在高溫下被熔融狀態的熟化釉包裹，表層結構緻密，呈現非常優異的耐候性。

與現有技術相比，本發明具有如下突出的特點和優勢：

(1)本發明的滲花墨水在高低溫環境中均具有持久的儲存穩定性，在陶瓷坯釉上垂直滲透性好；

(2)本發明的滲花墨水高溫燒結後呈現的花色具有優異的耐候性。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。所述方法如無特別說明均為常規方法，所述原料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。以下實施例均按質量份計。

實施例1

在室溫25℃下將N-羥乙基乙二胺三乙酸鐵10份混合溶解分散在水65份和乙酸5份、乙二醇15份、乙二醇單甲醚5份的介質中，製得100份發色墨水，測出其pH值為4；然後室溫下加入乙二胺四乙酸鋅鈉6份、1-丁基-3-甲基氯代咪唑離子液體(簡寫為[Bmim]Cl)4份和N-羥乙基乙二胺三乙酸0.5份，攪拌均勻得到一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水。然後按照同樣的方法，分別測試其高低溫(50℃和5℃)環境下一半體積是空氣、一半體積為墨水且密封保存的儲存穩定性，分別連續觀察3個月和6個月以上，觀察墨水是否有析出、懸浮、分相等變化。另將墨水室溫下滴在陶瓷坯體釉上，經過滲透乾燥後再經800℃高溫燒結5小時，冷卻後將其取出，對墨水燒成花色部分分別按照塗料塗層的耐酸性(GB/T 1733-1993：硫酸濃度為5％浸泡、耐鹼性(GB/T 1733-1993：NaOH濃度為5％浸泡168h)、耐鹽水性(GB1763-79：3％的氯化鈉溶液浸泡168h)、耐紫外線老化性(GB/T 23987-2009:1000h)後分別觀察有無變色、失光、發白、起泡、軟化、脫落、鏽蝕等變化。實驗結果統一列於表1中。

實施例2

在60℃下將乙二胺四乙酸二鈉錳25份、N-羥乙基乙二胺三乙酸鐵10份混合溶解分散在水65份中，製得100份發色墨水，冷卻至室溫後測出其pH值為7；然後室溫下加入吡啶甲酸鋅0.5份、1-丁基-3-甲基六氟磷酸代咪唑離子液體(簡寫[Bmim]PF6)0.5份和一乙醇胺0.2份、二乙醇胺5份，攪拌均勻得到一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水。然後按照同樣的方法，分別測試其高低溫(50℃和5℃)環境下一半體積是空氣、一半體積為墨水且密封保存的儲存穩定性，分別連續觀察3個月和6個月以上，觀察墨水是否有析出、懸浮、分相等變化。另將墨水室溫下滴在陶瓷坯體釉上，經過滲透乾燥後再經1250℃高溫燒結1小時，冷卻後將其取出，對墨水燒成花色部分分別按照塗料塗層的耐酸性(GB/T 1733-1993：硫酸濃度為5％浸泡、耐鹼性(GB/T 1733-1993：NaOH濃度為5％浸泡168h)、耐鹽水性(GB1763-79：3％的氯化鈉溶液浸泡168h)、耐紫外線老化性(GB/T 23987-2009:1000h)後分別觀察有無變色、失光、發白、起泡、軟化、脫落、鏽蝕等變化。實驗結果統一列於表1中。

實施例3

在40℃下將檸檬酸鐵銨10份、乙二胺四乙酸鐵鈉5份混合溶解分散在水70份和丙二醇10份、雙丙酮醇5份的介質中，冷卻至室溫後測出其pH值為6；然後室溫下加入甘氨酸鋅0.5份、1-丁基-3-甲基四氟化硼代咪唑(簡寫[Bmim]BF4)1份和乙二胺四乙酸二鈉0.5份，攪拌均勻得到一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水。然後按照同樣的方法，分別測試其高低溫(50℃和5℃)環境下一半體積是空氣、一半體積為墨水且密封保存的儲存穩定性，分別連續觀察3個月和6個月以上，觀察墨水是否有析出、懸浮、分相等變化。另將墨水室溫下滴在陶瓷坯體釉上，經過滲透乾燥後再經1200℃高溫燒結2小時，冷卻後將其取出，對墨水燒成花色部分分別按照塗料塗層的耐酸性(GB/T 1733-1993：硫酸濃度為5％浸泡、耐鹼性(GB/T 1733-1993：NaOH濃度為5％浸泡168h)、耐鹽水性(GB1763-79：3％的氯化鈉溶液浸泡168h)、耐紫外線老化性(GB/T 23987-2009:1000h)後分別觀察有無變色、失光、發白、起泡、軟化、脫落、鏽蝕等變化。實驗結果統一列於表1中。

實施例4

在30℃下將乙二胺四乙酸鐵鈉8份和酒石酸亞鐵8份混合溶解分散在水80份和乙二醇4份的介質中，冷卻至室溫後測出其pH值為6；然後室溫下加入酒石酸鋅0.3份、1-丁基-3-甲基三氟乙酸代咪唑(簡寫[Bmim]CF3COO)0.3份和N,N-二甲基一乙醇胺0.5份、氨基甲醯肼0.1份，攪拌均勻得到一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水。然後按照同樣的方法，分別測試其高低溫(50℃和5℃)環境下一半體積是空氣、一半體積為墨水且密封保存的儲存穩定性，分別連續觀察3個月和6個月以上，觀察墨水是否有析出、懸浮、分相等變化。另將墨水室溫下滴在陶瓷坯體釉上，經過滲透乾燥後再經1000℃高溫燒結2小時，冷卻後將其取出，對墨水燒成花色部分分別按照塗料塗層的耐酸性(GB/T 1733-1993：硫酸濃度為5％浸泡、耐鹼性(GB/T 1733-1993：NaOH濃度為5％浸泡168h)、耐鹽水性(GB1763-79：3％的氯化鈉溶液浸泡168h)、耐紫外線老化性(GB/T 23987-2009:1000h)後分別觀察有無變色、失光、發白、起泡、軟化、脫落、鏽蝕等變化。實驗結果統一列於表1中。

實施例5

在50℃下將二乙烯三胺五乙酸鐵鈉5份和檸檬酸鐵銨15份混合溶解分散在水70份和丙三醇5份、N,N-二甲基甲醯胺5份的介質中，冷卻至室溫後測出其pH值為6；然後室溫下加入乙酸鋅0.3份、[Bmim]Cl 1份和絲氨酸3份，攪拌均勻得到一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水。然後按照同樣的方法，分別測試其高低溫(50℃和5℃)環境下一半體積是空氣、一半體積為墨水且密封保存的儲存穩定性，分別連續觀察3個月和6個月以上，觀察墨水是否有析出、懸浮、分相等變化。另將墨水室溫下滴在陶瓷坯體釉上，經過滲透乾燥後再經900℃高溫燒結4小時，冷卻後將其取出，對墨水燒成花色部分分別按照塗料塗層的耐酸性(GB/T 1733-1993：硫酸濃度為5％浸泡、耐鹼性(GB/T 1733-1993：NaOH濃度為5％浸泡168h)、耐鹽水性(GB1763-79：3％的氯化鈉溶液浸泡168h)、耐紫外線老化性(GB/T 23987-2009:1000h)後分別觀察有無變色、失光、發白、起泡、軟化、脫落、鏽蝕等變化。實驗結果統一列於表1中。

實施例6

在40℃下將甘氨酸銅5份和乙二胺四乙酸銅鈉10份混合溶解分散在水65份和N,N-二甲基乙醯胺18份、一縮二丙二醇2份的介質中，冷卻至室溫後測出其pH值為6；然後室溫下加入甘氨酸鋅0.5份、1-丁基-3-甲基溴代咪唑(簡寫[Bmim]Br)0.5份和羥乙基乙二胺0.4份、乙二胺0.1份，攪拌均勻得到一種儲存穩定的高耐候性水性陶瓷滲花墨水。然後按照同樣的方法，分別測試其高低溫(50℃和5℃)環境下一半體積是空氣、一半體積為墨水且密封保存的儲存穩定性，分別連續觀察3個月和6個月以上，觀察墨水是否有析出、懸浮、分相等變化。另將墨水室溫下滴在陶瓷坯體釉上，經過滲透乾燥後再經1000℃高溫燒結3小時，冷卻後將其取出，對墨水燒成花色部分分別按照塗料塗層的耐酸性(GB/T 1733-1993：硫酸濃度為5％浸泡、耐鹼性(GB/T 1733-1993：NaOH濃度為5％浸泡168h)、耐鹽水性(GB1763-79：3％的氯化鈉溶液浸泡168h)、耐紫外線老化性(GB/T 23987-2009:1000h)後分別觀察有無變色、失光、發白、起泡、軟化、脫落、鏽蝕等變化。實驗結果統一列於表1中。

表1：墨水儲存穩定性與高溫燒結花色耐候性

由表1可見，本發明製備的水性陶瓷滲花墨水，在含有空氣和高低溫環境下均具有長久的儲存穩定性。滲花墨水經過在陶瓷坯釉表面上滲透乾燥和800～1250℃燒結5～1小時後呈現的花色表現出優異耐腐蝕性(耐酸性、耐鹼性、耐鹽水性)和優異的抗紫外線老化性能，具有優異的耐候性。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。