陶瓷墨水的在线颗粒分级技术*

桂劲宁 吴 晋 郑树龙

(佛山市迈瑞思科技有限公司 广东 佛山 528138)

前言

最近十年以来，国内陶瓷数码墨水的使用和生产从零开始快速发展，已经成为各种瓷砖生产中必备的一种图案装饰材料，全国每年生产和使用陶瓷墨水三万吨以上[1]，对于促进建陶行业的技术升级，提高产品档次起到了十分巨大的作用。

陶瓷墨水一般有蓝色、棕色、镨黄色、桔色、米色、黑色、粉色七个普通颜色和包裹黄、包裹红两个特殊颜色，有的颜色的发色受粒度影响较小，比如蓝色、黑色、桔黄和米黄，有的颜色受粒度影响非常明显，例如镨黄色、棕色、包裹黄和包裹红。受粒度影响的颜色一般随粒度下降发色能力快速衰减，粒度低到一定程度甚至失去装饰要求的发色效果。

陶瓷墨水在研磨过程中随时间推移粒度逐步降低，色料粒度始终是在一个比较宽的范围呈现正态分布，当D50达到喷墨使用要求的范围时，一部分颗粒很粗，而一部分颗粒已经很细，粗的颗粒会带来喷墨不畅、存放沉淀和堵喷墨机墨路过滤器等问题，太细的颗粒发色弱，不利于墨水的整体发色提高。所以陶瓷墨水实际生产中希望墨水内分散的色料颗粒的粒度分布尽可能集中，这样，粒度过低而发色弱的颗粒少，粒度过大而影响墨水存放和使用的颗粒也少；粒度分布窄的陶瓷墨水和粒度分布宽的陶瓷墨水相比，可以用更低的固含量实现同样的发色，对于提高陶瓷墨水市场竞争力的效果也十分明显。

马振华等人[2]利用碟式离心机对氧化铝水性浆料进行湿法分级，效果良好。笔者通过碟式分离机对几种油性载体分散的陶瓷墨水进行粗细分级，探索粒度分布更窄的陶瓷墨水生产工艺，对碟式离心机在陶瓷墨水生产中的使用进行了探讨。

2 碟式分离机原理

碟式分离机的结构原理图(见图1)，核心分离结构由多个锥形碟片以一定间距重叠安装在转轴上形成，当陶瓷墨水穿过高速旋转的锥形碟片组时，颗粒大的离心沉降速度快，受离心力作用沉积在碟片的下表面，并在离心力作用下不断沿着碟片下表面向碟片外围滑移，最终甩出汇集到喷嘴处，通过喷嘴喷出，经收集槽收集后从管道流出，这样分离出颗粒比较粗的陶瓷墨水；颗粒小的由于离心沉降速度慢，得以沿着碟片之间的空间流动到碟片组锥形下端的孔道流出，从转轴外夹层的管道流出，这样就分离出颗粒比较细的陶瓷墨水。

图1 碟式分级机原理图

3 分级试验

3.1 分级试验的陶瓷墨水

使用以脂肪烃和植物油脂肪酸脂混合溶剂为载体，通过聚酯分散剂进行分散，在砂磨机上用0.3～0.4 mm的氧化锆研磨介质研磨足够时间，得到各种颜色的陶瓷墨水，经贝克曼库尔特LS13320型激光粒度仪测量粒度分布如表1(各种墨水在40 ℃的粘度为16～20 mPa·s)：。

表1 试验墨水粒度表(单位微米)

3.2 分级试验使用的碟式分离机

分级试验采用JMLDP200型碟式分离机，该机主要技术参数为:

表2 碟式分离机主要技术参数

3.3 分级试验及粗细组分粒度分析

分级试验时，先将碟式分级机转鼓调到工作转速7 000 RPM旋转稳定后，开启进料泵进料，在转鼓边缘的粗颗粒出料口和转鼓转轴附近的细颗粒出料口分别用容器收集出料，并取样用上述激光粒度仪进行粒度分析。

4 分级效果及应用探讨

4.1 分级后粗细组分的粒度分析

经过碟式分离机分级处理后的粗细组分的粒度分析结果如下表(单位微米)：

表3 碟式离心机分级处理后各色墨水粗细组分粒度数据

续表3

从表中数据可见，四种试验的不同颜色墨水经过碟式离心机处理一次后，分出的粗、细两种组分粒度有非常明显的差别，其中D50的差别粉色稍低为0.07 1 μm，镨黄次低为0.10 3 μm，红棕和桔黄为0.2 μm以上，说明碟式离心机对上述陶瓷墨水进行颗粒分级的效果十分明显。

4.2 粗细分级后陶瓷瓷墨水性能的改善

粗细分级后，粗颗粒组分返回砂磨机继续研磨到和细颗粒组分接近的粒度，然后和细颗粒组分混合均匀，如混合均匀后粒度达到产品要求，则不需再次分级，如果混合均匀后粒度大于于标准值，则需再次离心分级后将粗颗粒组分返磨后，再和分级出的细颗粒组分混合均化处理，这样反复进行，直到粒度达标。研究发现，这样分级处理后，墨水的过滤性明显改善，滤芯消耗减少；发色增强，同样发色时经过离心分级处理的墨水需要的固体含量降低，这样就从原料消耗和生产消耗两方面降低了陶瓷墨水的生产成本。过滤性的改善是因为针对性地研磨离心出粗颗粒组分，对粗颗粒的研磨得到强化，粗颗粒减少了，自然有利于过滤改善；发色的提高是因为针对性的对粗颗粒部分强化研磨，最大程度地避免了细颗粒部分的过度研磨，使得细颗粒部分的发色效果得以改善，从而促进了墨水的整体发色。

4.3 碟式离心机的应用探讨

传统的陶瓷墨水研磨工艺中，粗细颗粒同时研磨，粒度同步下降，最终必然导致一部分色料颗粒过磨，粒度减小，同时另一部分颗粒研磨不到位使粒度偏大，墨水全部颗粒处在一个较宽的粒度分布范围，粒度较细的那部分颗粒对过滤有利而对发色和整体的分散不利，这是因为一些色料如镨黄、红棕、包裹红、包裹黄等在粒度很细时发色很弱甚至不能发色，所以墨水中粒度细的部分发色需要改善；另一方面，墨水中粒度很细的色料颗粒比表面积大，消耗了更多的分散剂，这就导致分散剂用量固定不变时细颗粒含量过多的墨水整体的分散不良，粘度增大。粒度较粗的部分，对于墨水生产中的过滤操作关系密切，通过降低粗颗粒的含量，可以减少滤芯的消耗而直接降低生产成本。可见，通过在墨水研磨环节引入碟式分离机，对墨水半成品进行中间分级后分开进行针对性的差异化研磨，可以大大改善陶瓷墨水粒度分布，使墨水内色料颗粒的粒度分布收窄，起到发色改善、生产成本降低、研磨效率提高的作用。

碟式离心机的使用可采取离线使用和连线使用两种不同方式。离线使用就是当陶瓷墨水研磨到接近标准粒度时转入离心机进行分级，通过参数调整和研磨时间使分级后细颗粒组分和标准一致，粗颗粒组分粒度较粗需继续研磨到和粒度标准一致，然后和分出的细颗粒组分混合后进入过滤环节。连线使用就是当墨水经主研磨机研磨到D50在1 μm以下时，将碟式离心机接入砂磨机出料管路，砂磨机出料分离为粗细两种组分，细组分进入原砂磨机研磨，粗组分进入另一台砂磨机强化研磨后汇入原主墨缸回到主研磨机研磨，这样不断循环。也可以采用第二台碟式分离机接入用来强化研磨碟式离心机第一次分离出的粗组分墨水的砂磨机的出料管路，形成二级分离研磨模式，二级分离出的细颗粒组分返回主磨缸，而粗颗粒组分则进入另一台砂磨机强化研磨后进入主墨缸，甚至也可以引入三级分离研磨模式，见图2所示，各级分离后粗细组分的研磨机运行参数需要进行针对性的调整，以使研磨效果最优化。

图2 三级碟式分级研磨流程图

5 结论

使用碟式离心机可以有效地对陶瓷墨水进行粗细分级处理。在陶瓷墨水生产环节引入粗细分级处理，可以针对性地对粗颗粒进行强化研磨，有助于减少陶瓷墨水中的过粗和过细颗粒含量，颗粒分布更加集中，起到增强墨水发色、改善过滤性能等效果，碟式分级机在墨水生产工艺中的应用值得进一步深入研究。