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數(shù)碼彩釉玻璃及噴墨打印技術(shù)現(xiàn)狀
作者：未知 時(shí)間：2021-06-07
引言
彩釉玻璃又稱彩色釉面玻璃，是一種在600℃燒結(jié)后得到的藝術(shù)玻璃產(chǎn)品。彩釉玻璃作為建筑與裝飾材料在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有數(shù)十年的歷史，具有美觀、遮光等功能，被廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、屋內(nèi)裝修等行業(yè)。傳統(tǒng)彩釉玻璃工藝是通過(guò)絲網(wǎng)印刷（或輥筒機(jī)等）將無(wú)機(jī)釉料（又稱油墨、低溫釉料），印刷到平板玻璃表面，然后經(jīng)過(guò)烘干（通常不超過(guò)200℃)、燒結(jié)（600~700℃)與鋼化處理同時(shí)進(jìn)行，使玻璃油墨中的無(wú)機(jī)釉料永久性燒結(jié)到玻璃表面，從而得到一種具有耐磨、耐酸堿、抗紫外線和紅外線等功能的玻璃產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以根據(jù)客戶的需求設(shè)計(jì)圖案，得到具有藝術(shù)效果和特殊結(jié)構(gòu)功能的裝飾材料。通常絲網(wǎng)印刷的圖案較為簡(jiǎn)單，如圖1所示。近年來(lái)，隨著數(shù)碼打印技術(shù)的成熟，數(shù)碼彩釉玻璃以其圖案美觀大方、色彩鮮艷的優(yōu)勢(shì)迅速在室內(nèi)外裝飾上得到應(yīng)用，如在建筑行業(yè)將數(shù)碼彩釉玻璃與 LED 技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了美輪美奐的藝術(shù)效果。如圖2所示是裝飾用數(shù)碼彩釉玻璃，其圖案美觀大方、色彩鮮艷。如圖3所示是桂林萬(wàn)達(dá)中心，其外墻裝飾采用佛山南亮生產(chǎn)的數(shù)碼彩釉玻璃，外觀富麗堂皇，充滿了藝術(shù)氣息。
圖1 傳統(tǒng)彩釉玻璃 圖2 室內(nèi)裝飾用數(shù)碼彩釉玻璃 圖3 藝術(shù)彩釉玻璃裝飾的桂林萬(wàn)達(dá)中心
數(shù)碼彩釉玻璃的特點(diǎn)
隨著生活水平的不斷提升，人們對(duì)玻璃藝術(shù)效果的追求越來(lái)越強(qiáng)烈。紫外光固化（Ultraviolet,簡(jiǎn)稱UV)彩色油墨與UV打印機(jī)相結(jié)合，可以在玻璃等多種基材表面打印出豐富多彩的圖案。紫外光固化技術(shù)是將UV油墨噴涂到玻璃表面并在紫外光照射下快速固化。與傳統(tǒng)的油漆裝飾相比，UV油墨可以在玻璃上進(jìn)行全色系打印且結(jié)合力較好，但作為高分子樹脂材料，UV 油墨在硬度、抗刮擦、耐候性等方面性能不佳。借鑒于陶瓷噴墨打印技術(shù)，將傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)與數(shù)碼打印技術(shù)有機(jī)結(jié)合，開發(fā)出耐磨損、耐腐蝕、色彩豐富艷麗、耐候性極好的數(shù)碼彩釉玻璃技術(shù)。隨著納米技術(shù)和數(shù)碼打印技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼彩釉玻璃打印實(shí)現(xiàn)了全色系打印，不僅保留了UV打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且其壽命更長(zhǎng)，抗刮擦、抗老化能力更強(qiáng)。
如表1所示，將數(shù)碼彩釉玻璃與UV彩印玻璃的性能進(jìn)行了對(duì)比。
隨著生活水平的不斷提升，人們對(duì)玻璃藝術(shù)效果的追求越來(lái)越強(qiáng)烈。紫外光固化（Ultraviolet,簡(jiǎn)稱UV)彩色油墨與UV打印機(jī)相結(jié)合，可以在玻璃等多種基材表面打印出豐富多彩的圖案。紫外光固化技術(shù)是將UV油墨噴涂到玻璃表面并在紫外光照射下快速固化。與傳統(tǒng)的油漆裝飾相比，UV油墨可以在玻璃上進(jìn)行全色系打印且結(jié)合力較好，但作為高分子樹脂材料，UV 油墨在硬度、抗刮擦、耐候性等方面性能不佳。借鑒于陶瓷噴墨打印技術(shù)，將傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)與數(shù)碼打印技術(shù)有機(jī)結(jié)合，開發(fā)出耐磨損、耐腐蝕、色彩豐富艷麗、耐候性極好的數(shù)碼彩釉玻璃技術(shù)。隨著納米技術(shù)和數(shù)碼打印技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼彩釉玻璃打印實(shí)現(xiàn)了全色系打印，不僅保留了UV打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而且其壽命更長(zhǎng)，抗刮擦、抗老化能力更強(qiáng)。
如表1所示，將數(shù)碼彩釉玻璃與UV彩印玻璃的性能進(jìn)行了對(duì)比。
表1 數(shù)碼高溫彩釉玻璃與數(shù)碼低溫UV彩印玻璃對(duì)比
| 性能 | 數(shù)碼高溫彩釉玻璃 | 數(shù)碼低溫UV彩印玻璃 |
| 固化原理 | 高溫油墨與玻璃基材燒結(jié)結(jié)合 | 紫外光快速固化技術(shù) |
| 透明度控制 | 可以按需調(diào)整透明度 | 不能實(shí)現(xiàn)多種圖形、不同透明度的效果 |
| 是否可以在室外使用 | 可以作為建筑材料等在室外使用 | 由于UV打印不具有耐高溫、附著力差等原因，在室外使用易老化 |
| 是否可以在任意環(huán)境下暴露 | 彩釉可以在任意環(huán)境下裸露 | 打印面不可暴露在高溫、易刮擦環(huán)境中 |
| 牢固性 | 表面硬度達(dá)到6H | 不抗刮擦 |
| 褪色、脫落問(wèn)題 | 油墨與玻璃燒結(jié)為一體，不會(huì)脫落、褪色 | 在室外數(shù)月便開始出現(xiàn)褪色、脫落等問(wèn)題 |
| 壽命 | 在室內(nèi)外與玻璃壽命相同 | 在室外無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間使用看，室內(nèi)可使用多年 |
| 耐酒精、水 | 無(wú)機(jī)釉料防水、酒精等 | 不耐酒精，潮濕環(huán)境易出現(xiàn)脫落等問(wèn)題 |
| 適用材料 | 玻璃 | 玻璃、金屬、陶瓷、瓦楞紙、亞克力、PE、PVC等多種材料 |
由表1可知，相比于一般的彩色玻璃，數(shù)碼彩釉玻璃在色彩表現(xiàn)力、玻璃涂層的耐磨性、耐蝕性、耐候性方面具有更多優(yōu)勢(shì)，尤其是彩釉涂層和玻璃基體鋼化燒結(jié)為一體，使得數(shù)碼彩釉玻璃具有更高的結(jié)合強(qiáng)度，更適合于室內(nèi)外的結(jié)構(gòu)裝飾。數(shù)碼彩釉玻璃噴墨打印是將計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的圖文信息，經(jīng)過(guò)打印裝置，在計(jì)算機(jī)的控制下由噴嘴向基材玻璃表面噴射墨滴，形成所需要的文字或圖案，經(jīng)過(guò)燒結(jié)一次成型得到數(shù)碼彩釉玻璃。由于噴墨打印技
術(shù)是利用計(jì)算機(jī)直接輸出圖文信息，理論上可以完全取代傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷和滾筒印刷工藝。相比于后兩者，數(shù)碼噴墨打印具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)數(shù)碼噴墨打印無(wú)需制備模板，使用計(jì)算機(jī)控制設(shè)備快速噴印，可以滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)，且圖像高清真實(shí)；（2)打印快捷、方便且精確；（3)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)特殊成分的玻璃油墨進(jìn)行噴墨打印，能夠吸收、反射部分太陽(yáng)光熱能，具有良好的遮光效果；（4)數(shù)碼噴墨打印使用計(jì)算機(jī)分析自動(dòng)調(diào)節(jié)出多色墨水，配色精度高、分辨率高、色彩豐富、可以打印出復(fù)雜圖案的產(chǎn)品。
隨著工業(yè)噴墨打印技術(shù)的進(jìn)步，噴墨打印精度從開始的300dpi逐漸提升到1200dpi甚至更高，其打印速度也從最初的十幾平方米每小時(shí)，提高到現(xiàn)在的一百多平方米每小時(shí)。噴墨打印數(shù)碼彩釉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的色彩搭配，將藝術(shù)肖像和自然風(fēng)光惟妙惟肖地呈現(xiàn)在彩釉玻璃上，其可見光透過(guò)率與反射效果也更好。低輻射玻璃（Low-E)是噴墨打印彩釉工藝帶來(lái)的新型功能產(chǎn)品。
2 彩釉玻璃噴墨打印的關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)碼彩釉玻璃打印作為一種新興產(chǎn)業(yè)，還存在著許多技術(shù)上的難點(diǎn)。首先，不同于一般的陶瓷墨水，玻璃墨水較難附著于玻璃表面，故要求玻璃墨水具有較強(qiáng)的附著力、浸潤(rùn)性和快干性。其次，彩釉玻璃是在玻璃鋼化的同時(shí)形成高分辨率的彩釉圖案，不僅要求數(shù)碼彩釉墨水打印分辨率高，而且由于玻璃的軟化點(diǎn)溫度（600℃)遠(yuǎn)低于陶瓷的燒結(jié)溫度（1100℃左右），所以要求玻璃油墨在玻璃鋼化處理時(shí)的以較低溫度、較短時(shí)間內(nèi)迅速形成耐磨、耐蝕的熔融釉層。因而數(shù)碼彩釉玻璃打印設(shè)備與玻璃油墨制備的技術(shù)比陶瓷噴墨難度更大。
2.1 數(shù)碼彩釉玻璃墨水
數(shù)碼噴墨打印最早使用溶劑型有機(jī)墨水，其特點(diǎn)是色域廣、色彩豐富，但是有機(jī)墨水較難附著于玻璃上，所以印刷之前需要在玻璃表面涂上一層與玻璃有良好附著力、透明性好、易干燥的底漆。同時(shí)溶劑型墨水在干燥的過(guò)程中會(huì)排放有害物質(zhì)，影響空氣質(zhì)量，危害人體健康。其后發(fā)展的紫外光固化墨水，是現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的彩色噴墨有機(jī)墨水，紫外光固化是利用紫外光引發(fā)原位聚合機(jī)制，UV墨水中的光敏樹脂單體和光引發(fā)劑，發(fā)生聚合、交聯(lián)反應(yīng)，使得UV墨水快速固化成型。但UV墨水價(jià)格比較高，且由于玻璃和樹脂結(jié)合鍵完全不同，二者附著力一般，涂層成型后易刮花、掉落。
數(shù)碼彩釉玻璃墨水采用低熔點(diǎn)玻璃粉作為主體基料，再加入色料和溶劑球磨混合制成玻璃墨水。使用噴墨打印的方式，玻璃墨水在計(jì)算機(jī)的控制下噴涂于玻璃表面，待玻璃墨水干燥之后，將玻璃置于爐膛溫度為680~720℃的高溫爐內(nèi)，在鋼化處理玻璃基材的同時(shí)，使玻璃墨水涂層與玻璃基材燒結(jié)為一體。形成的玻璃釉層不僅色彩豐富逼真，同時(shí)解決了普通墨水附著力差的問(wèn)題。
2.1.1 常見墨水的制備方法
噴繪墨水制備的關(guān)鍵在于使色料在溶劑中分散穩(wěn)定。目前，常見墨水的主要制備方法有分散法、溶膠－凝膠法以及反相微乳法。
（1)分散法。分散法是利用球磨法將陶瓷色料粉碎到納米級(jí)，再加入調(diào)節(jié)劑、分散劑使色料顆粒均勻分散于墨水溶劑中，獲得穩(wěn)定的噴繪墨水。
（2)溶膠－凝膠法。溶膠－凝膠法是將無(wú)機(jī)物或金屬醇鹽作前驅(qū)體，與溶劑混合、攪拌，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化，膠粒間緩慢聚合形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑。凝膠經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。
（3)反相微乳液法。反相微乳液法是指由油、水、乳化劑、助乳劑等組成的均相體系，該體系具有高穩(wěn)定性和分散性，以及透明、熱力學(xué)穩(wěn)定、光學(xué)上各向同性等特點(diǎn)。
溶膠－凝膠法制備的墨水分散穩(wěn)定性好，理化性能可調(diào)節(jié)，但其制備過(guò)程復(fù)雜、固含量較低、長(zhǎng)期放置易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。反相微乳法制備的墨水水溶液溶解量比較低，通常不足以制備固含量要求高的墨水。分散法憑借較低的制備成本、相對(duì)簡(jiǎn)單的制備工藝與較好的墨水顏色效果等優(yōu)勢(shì)，成為了現(xiàn)代工業(yè)批量化生產(chǎn)玻璃墨水的主要生產(chǎn)方法。分散法制備墨水工藝包括制備低溫玻璃粉（軟化點(diǎn)500~600℃)、與色料和分散劑等混合均勻、球磨等過(guò)程，最終得到顆粒均勻細(xì)小、久放不分層的玻璃墨水。
2.1.2 數(shù)碼彩釉玻璃墨水的研究
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于數(shù)碼彩釉玻璃墨水的研究報(bào)道較少，玻璃噴墨打印設(shè)備及玻璃墨水的關(guān)鍵技術(shù)主要掌握在以色列Dip-Tech、美國(guó)Ferro和西班牙Torrecid等公司手中。關(guān)于彩釉玻璃噴繪墨水的研究報(bào)道最早出現(xiàn)在1992年，Anthony C.A等公開申請(qǐng)了名為“陶瓷或玻璃用噴墨打印機(jī)墨水”的專利。2004年以色列的Dip-Tech公司提交了一份名為“用于陶瓷表面的墨水”的專利，該專利借鑒了陶瓷噴墨打印技術(shù)，由此奠定了噴墨打印技術(shù)在玻璃基板上的應(yīng)用基礎(chǔ)。
玻璃油墨的優(yōu)異色彩表現(xiàn)能力以及抗磨損、抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，引起了世界各國(guó)科學(xué)家的廣泛興趣。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的Dearden等合成了一種有機(jī)銀油墨，利用噴墨打印機(jī)可將此油墨噴涂于玻璃上。根據(jù)此原理，可開發(fā)出許多含金屬的油墨，用于印刷各種基材。伊朗顏色科學(xué)與技術(shù)研究所的Maryam等利用微乳液法研制出一種含有納米二氧化鈦的自潔玻璃油墨。采用愛(ài)普生Photo P50打印機(jī)將制備的二氧化鈦納米顆粒墨水打印在顯微鏡玻片上，從而獲得一種具有自清潔性能的玻璃樣品；日本岐阜縣陶瓷研究所的Obata等利用分散法制備出黃、紅、藍(lán)、黑四種顏色的陶瓷／玻璃裝飾墨水，進(jìn)一步奠定了彩色玻璃油墨噴墨打印的廣譜性。
國(guó)內(nèi)關(guān)于玻璃油墨打印的研究起步較晚。國(guó)立清華大學(xué)化學(xué)系的Lee等利用甲醛化學(xué)還原法制備出一種分散良好的納米銀膠體水基導(dǎo)電油墨，使用愛(ài)普生R-210噴墨打印機(jī)在玻璃基板上進(jìn)行噴墨打印，形成連續(xù)、光滑的曲線，線寬可設(shè)定為100um或更大。圍繞高溫玻璃油墨大陸學(xué)者相繼開發(fā)了無(wú)鉛玻璃油墨、水性玻璃油墨等技術(shù)，例如：李榮輝等采用Bi2O3-ZnO-B2O3系玻璃為彩釉墨水基料，以乙二醇、異丙醇和正丁醇的混合濟(jì)為溶劑，使用分散法制備了無(wú)鉛玻璃墨水，解決了現(xiàn)有的含鉛玻璃墨水污染環(huán)境、危害人體健康等問(wèn)題。為了避免有機(jī)溶劑的污染，也有人以SiO2-Bi2O3-ZnO系無(wú)鉛玻璃粉為原料制備了水性黑色高溫玻璃油墨，經(jīng)670℃燒結(jié)，形成的玻璃薄膜具有良好的光澤度、耐酸性和抗粘性等特點(diǎn)。揭俊楠等以純銳鈦礦型TiO2為白色初級(jí)色料，按一定比例與低熔點(diǎn)玻璃、溶劑、分散劑混合，利用分散法制備了一種玻璃用噴墨打印白色無(wú)鉛玻璃墨水。牟長(zhǎng)浩使用分散法制備出一種著色力強(qiáng)的噴墨打印玻璃墨水，可制備出黃色、紅色、藍(lán)色、綠色、墨色以及白色等多種顏色的玻璃墨水。姚有智等使用分散法制備了一種玻璃墨水專用的鉍玻璃粉體，解決了玻璃粉體因易團(tuán)聚、難分散而導(dǎo)致墨水中顆粒半徑過(guò)大、堵塞噴頭等問(wèn)題，并且儲(chǔ)存時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)月。
但迄今為止，國(guó)內(nèi)玻璃油墨多數(shù)應(yīng)用于純色圖案或簡(jiǎn)單色彩搭配的彩釉玻璃，具有復(fù)雜色彩搭配和藝術(shù)效果的數(shù)碼彩釉玻璃制備用玻璃油墨還是要依靠進(jìn)口產(chǎn)品。
2.2 數(shù)碼彩釉玻璃打印設(shè)備
噴墨打印技術(shù)是一種非接觸、無(wú)壓力、無(wú)印版式的打印技術(shù)，其原理是在墨水泵提供的壓力控制下，墨水從墨盒進(jìn)入壓力腔，從噴頭噴出一束細(xì)小的液流，根據(jù)打印需要，控制墨滴，使其在被打印材料上形成文字或圖案。噴墨打印技術(shù)可以分為連續(xù)噴墨技術(shù)（Continuous Printing,CP)和按需噴墨技術(shù)（Drop-on-demand,DOD),其中連續(xù)噴墨技術(shù)又分為二值偏轉(zhuǎn)式噴墨和多值偏轉(zhuǎn)式噴墨。而按需噴墨技術(shù)根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同可以分為熱氣泡噴墨、壓電噴墨、靜電噴墨等技術(shù)。如圖4所示為噴墨打印技術(shù)分支圖。其中，相比連續(xù)噴墨技術(shù)和熱氣泡噴墨技術(shù)，壓電噴墨打印技術(shù)具有精度高、噴頭壽命長(zhǎng)、對(duì)墨水的求低、可以使用粘度較高的玻璃墨水進(jìn)行噴涂、對(duì)墨滴控制力好、打印分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，因此是市面上應(yīng)用最為廣泛的噴墨打印技術(shù)。
術(shù)是利用計(jì)算機(jī)直接輸出圖文信息，理論上可以完全取代傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷和滾筒印刷工藝。相比于后兩者，數(shù)碼噴墨打印具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)數(shù)碼噴墨打印無(wú)需制備模板，使用計(jì)算機(jī)控制設(shè)備快速噴印，可以滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)，且圖像高清真實(shí)；（2)打印快捷、方便且精確；（3)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)特殊成分的玻璃油墨進(jìn)行噴墨打印，能夠吸收、反射部分太陽(yáng)光熱能，具有良好的遮光效果；（4)數(shù)碼噴墨打印使用計(jì)算機(jī)分析自動(dòng)調(diào)節(jié)出多色墨水，配色精度高、分辨率高、色彩豐富、可以打印出復(fù)雜圖案的產(chǎn)品。
隨著工業(yè)噴墨打印技術(shù)的進(jìn)步，噴墨打印精度從開始的300dpi逐漸提升到1200dpi甚至更高，其打印速度也從最初的十幾平方米每小時(shí)，提高到現(xiàn)在的一百多平方米每小時(shí)。噴墨打印數(shù)碼彩釉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的色彩搭配，將藝術(shù)肖像和自然風(fēng)光惟妙惟肖地呈現(xiàn)在彩釉玻璃上，其可見光透過(guò)率與反射效果也更好。低輻射玻璃（Low-E)是噴墨打印彩釉工藝帶來(lái)的新型功能產(chǎn)品。
2 彩釉玻璃噴墨打印的關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)碼彩釉玻璃打印作為一種新興產(chǎn)業(yè)，還存在著許多技術(shù)上的難點(diǎn)。首先，不同于一般的陶瓷墨水，玻璃墨水較難附著于玻璃表面，故要求玻璃墨水具有較強(qiáng)的附著力、浸潤(rùn)性和快干性。其次，彩釉玻璃是在玻璃鋼化的同時(shí)形成高分辨率的彩釉圖案，不僅要求數(shù)碼彩釉墨水打印分辨率高，而且由于玻璃的軟化點(diǎn)溫度（600℃)遠(yuǎn)低于陶瓷的燒結(jié)溫度（1100℃左右），所以要求玻璃油墨在玻璃鋼化處理時(shí)的以較低溫度、較短時(shí)間內(nèi)迅速形成耐磨、耐蝕的熔融釉層。因而數(shù)碼彩釉玻璃打印設(shè)備與玻璃油墨制備的技術(shù)比陶瓷噴墨難度更大。
2.1 數(shù)碼彩釉玻璃墨水
數(shù)碼噴墨打印最早使用溶劑型有機(jī)墨水，其特點(diǎn)是色域廣、色彩豐富，但是有機(jī)墨水較難附著于玻璃上，所以印刷之前需要在玻璃表面涂上一層與玻璃有良好附著力、透明性好、易干燥的底漆。同時(shí)溶劑型墨水在干燥的過(guò)程中會(huì)排放有害物質(zhì)，影響空氣質(zhì)量，危害人體健康。其后發(fā)展的紫外光固化墨水，是現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的彩色噴墨有機(jī)墨水，紫外光固化是利用紫外光引發(fā)原位聚合機(jī)制，UV墨水中的光敏樹脂單體和光引發(fā)劑，發(fā)生聚合、交聯(lián)反應(yīng)，使得UV墨水快速固化成型。但UV墨水價(jià)格比較高，且由于玻璃和樹脂結(jié)合鍵完全不同，二者附著力一般，涂層成型后易刮花、掉落。
數(shù)碼彩釉玻璃墨水采用低熔點(diǎn)玻璃粉作為主體基料，再加入色料和溶劑球磨混合制成玻璃墨水。使用噴墨打印的方式，玻璃墨水在計(jì)算機(jī)的控制下噴涂于玻璃表面，待玻璃墨水干燥之后，將玻璃置于爐膛溫度為680~720℃的高溫爐內(nèi)，在鋼化處理玻璃基材的同時(shí)，使玻璃墨水涂層與玻璃基材燒結(jié)為一體。形成的玻璃釉層不僅色彩豐富逼真，同時(shí)解決了普通墨水附著力差的問(wèn)題。
2.1.1 常見墨水的制備方法
噴繪墨水制備的關(guān)鍵在于使色料在溶劑中分散穩(wěn)定。目前，常見墨水的主要制備方法有分散法、溶膠－凝膠法以及反相微乳法。
（1)分散法。分散法是利用球磨法將陶瓷色料粉碎到納米級(jí)，再加入調(diào)節(jié)劑、分散劑使色料顆粒均勻分散于墨水溶劑中，獲得穩(wěn)定的噴繪墨水。
（2)溶膠－凝膠法。溶膠－凝膠法是將無(wú)機(jī)物或金屬醇鹽作前驅(qū)體，與溶劑混合、攪拌，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化，膠粒間緩慢聚合形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑。凝膠經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米亞結(jié)構(gòu)的材料。
（3)反相微乳液法。反相微乳液法是指由油、水、乳化劑、助乳劑等組成的均相體系，該體系具有高穩(wěn)定性和分散性，以及透明、熱力學(xué)穩(wěn)定、光學(xué)上各向同性等特點(diǎn)。
溶膠－凝膠法制備的墨水分散穩(wěn)定性好，理化性能可調(diào)節(jié)，但其制備過(guò)程復(fù)雜、固含量較低、長(zhǎng)期放置易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。反相微乳法制備的墨水水溶液溶解量比較低，通常不足以制備固含量要求高的墨水。分散法憑借較低的制備成本、相對(duì)簡(jiǎn)單的制備工藝與較好的墨水顏色效果等優(yōu)勢(shì)，成為了現(xiàn)代工業(yè)批量化生產(chǎn)玻璃墨水的主要生產(chǎn)方法。分散法制備墨水工藝包括制備低溫玻璃粉（軟化點(diǎn)500~600℃)、與色料和分散劑等混合均勻、球磨等過(guò)程，最終得到顆粒均勻細(xì)小、久放不分層的玻璃墨水。
2.1.2 數(shù)碼彩釉玻璃墨水的研究
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于數(shù)碼彩釉玻璃墨水的研究報(bào)道較少，玻璃噴墨打印設(shè)備及玻璃墨水的關(guān)鍵技術(shù)主要掌握在以色列Dip-Tech、美國(guó)Ferro和西班牙Torrecid等公司手中。關(guān)于彩釉玻璃噴繪墨水的研究報(bào)道最早出現(xiàn)在1992年，Anthony C.A等公開申請(qǐng)了名為“陶瓷或玻璃用噴墨打印機(jī)墨水”的專利。2004年以色列的Dip-Tech公司提交了一份名為“用于陶瓷表面的墨水”的專利，該專利借鑒了陶瓷噴墨打印技術(shù)，由此奠定了噴墨打印技術(shù)在玻璃基板上的應(yīng)用基礎(chǔ)。
玻璃油墨的優(yōu)異色彩表現(xiàn)能力以及抗磨損、抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，引起了世界各國(guó)科學(xué)家的廣泛興趣。英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的Dearden等合成了一種有機(jī)銀油墨，利用噴墨打印機(jī)可將此油墨噴涂于玻璃上。根據(jù)此原理，可開發(fā)出許多含金屬的油墨，用于印刷各種基材。伊朗顏色科學(xué)與技術(shù)研究所的Maryam等利用微乳液法研制出一種含有納米二氧化鈦的自潔玻璃油墨。采用愛(ài)普生Photo P50打印機(jī)將制備的二氧化鈦納米顆粒墨水打印在顯微鏡玻片上，從而獲得一種具有自清潔性能的玻璃樣品；日本岐阜縣陶瓷研究所的Obata等利用分散法制備出黃、紅、藍(lán)、黑四種顏色的陶瓷／玻璃裝飾墨水，進(jìn)一步奠定了彩色玻璃油墨噴墨打印的廣譜性。
國(guó)內(nèi)關(guān)于玻璃油墨打印的研究起步較晚。國(guó)立清華大學(xué)化學(xué)系的Lee等利用甲醛化學(xué)還原法制備出一種分散良好的納米銀膠體水基導(dǎo)電油墨，使用愛(ài)普生R-210噴墨打印機(jī)在玻璃基板上進(jìn)行噴墨打印，形成連續(xù)、光滑的曲線，線寬可設(shè)定為100um或更大。圍繞高溫玻璃油墨大陸學(xué)者相繼開發(fā)了無(wú)鉛玻璃油墨、水性玻璃油墨等技術(shù)，例如：李榮輝等采用Bi2O3-ZnO-B2O3系玻璃為彩釉墨水基料，以乙二醇、異丙醇和正丁醇的混合濟(jì)為溶劑，使用分散法制備了無(wú)鉛玻璃墨水，解決了現(xiàn)有的含鉛玻璃墨水污染環(huán)境、危害人體健康等問(wèn)題。為了避免有機(jī)溶劑的污染，也有人以SiO2-Bi2O3-ZnO系無(wú)鉛玻璃粉為原料制備了水性黑色高溫玻璃油墨，經(jīng)670℃燒結(jié)，形成的玻璃薄膜具有良好的光澤度、耐酸性和抗粘性等特點(diǎn)。揭俊楠等以純銳鈦礦型TiO2為白色初級(jí)色料，按一定比例與低熔點(diǎn)玻璃、溶劑、分散劑混合，利用分散法制備了一種玻璃用噴墨打印白色無(wú)鉛玻璃墨水。牟長(zhǎng)浩使用分散法制備出一種著色力強(qiáng)的噴墨打印玻璃墨水，可制備出黃色、紅色、藍(lán)色、綠色、墨色以及白色等多種顏色的玻璃墨水。姚有智等使用分散法制備了一種玻璃墨水專用的鉍玻璃粉體，解決了玻璃粉體因易團(tuán)聚、難分散而導(dǎo)致墨水中顆粒半徑過(guò)大、堵塞噴頭等問(wèn)題，并且儲(chǔ)存時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)數(shù)月。
但迄今為止，國(guó)內(nèi)玻璃油墨多數(shù)應(yīng)用于純色圖案或簡(jiǎn)單色彩搭配的彩釉玻璃，具有復(fù)雜色彩搭配和藝術(shù)效果的數(shù)碼彩釉玻璃制備用玻璃油墨還是要依靠進(jìn)口產(chǎn)品。
2.2 數(shù)碼彩釉玻璃打印設(shè)備
噴墨打印技術(shù)是一種非接觸、無(wú)壓力、無(wú)印版式的打印技術(shù)，其原理是在墨水泵提供的壓力控制下，墨水從墨盒進(jìn)入壓力腔，從噴頭噴出一束細(xì)小的液流，根據(jù)打印需要，控制墨滴，使其在被打印材料上形成文字或圖案。噴墨打印技術(shù)可以分為連續(xù)噴墨技術(shù)（Continuous Printing,CP)和按需噴墨技術(shù)（Drop-on-demand,DOD),其中連續(xù)噴墨技術(shù)又分為二值偏轉(zhuǎn)式噴墨和多值偏轉(zhuǎn)式噴墨。而按需噴墨技術(shù)根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同可以分為熱氣泡噴墨、壓電噴墨、靜電噴墨等技術(shù)。如圖4所示為噴墨打印技術(shù)分支圖。其中，相比連續(xù)噴墨技術(shù)和熱氣泡噴墨技術(shù)，壓電噴墨打印技術(shù)具有精度高、噴頭壽命長(zhǎng)、對(duì)墨水的求低、可以使用粘度較高的玻璃墨水進(jìn)行噴涂、對(duì)墨滴控制力好、打印分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，因此是市面上應(yīng)用最為廣泛的噴墨打印技術(shù)。
圖4 噴墨打印技術(shù)分支圖
2.2.1 噴頭壓電噴墨技術(shù)
壓電噴墨技術(shù)是通過(guò)電脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷元件使其體積發(fā)生瞬間變化，進(jìn)而影響腔室的體積，腔室體積瞬間增大或縮小所產(chǎn)生的負(fù)壓或正壓，促使油墨從噴孔回縮或噴出，壓電晶體的變形量控制噴墨量的多少。壓電噴墨技術(shù)分為壓縮性壓電噴墨技術(shù)、彎曲型壓電噴墨技術(shù)、剪切型壓電噴墨技術(shù)與推進(jìn)型壓電噴墨技術(shù)不同結(jié)構(gòu)的壓電噴墨噴頭如圖5所示。壓電噴墨打印技術(shù)具有定位準(zhǔn)確、墨滴小、精度高等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代工業(yè)噴墨打印領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。以色列Dip-Tech和中國(guó)越達(dá)彩印等企業(yè)生產(chǎn)的高溫彩釉玻璃打印機(jī)均采用壓電噴墨技術(shù)。
圖5 不同結(jié)構(gòu)的壓電噴墨噴頭
2.2.2數(shù)碼彩釉玻璃設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀
IBM公司在1976研發(fā)出了世界上第一臺(tái)商業(yè)噴墨打印機(jī)并將其與計(jì)算機(jī)配合使用。隨后賽爾科技推出XAAR1001系列數(shù)碼陶瓷技術(shù)噴頭、精工愛(ài)普生推出的第五代數(shù)碼壓電噴頭，噴墨打印技術(shù)的精度和穩(wěn)定性得到了飛速發(fā)展。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的數(shù)碼UV打印機(jī)可在金屬、PVC、陶瓷等基材表面進(jìn)行噴墨打印。以色列的Dip-Tech公司是第一家進(jìn)行數(shù)碼彩釉玻璃打印的公司，至今仍是數(shù)碼彩釉玻璃技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。
在國(guó)內(nèi)，藝術(shù)彩釉玻璃的出現(xiàn)，很快成為建筑玻璃制造領(lǐng)域的熱點(diǎn)。中國(guó)企業(yè)目前采用進(jìn)口打印機(jī)和進(jìn)口油墨制備的藝術(shù)彩釉玻璃已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑裝飾中，并形成了較大的市場(chǎng)規(guī)模。以此產(chǎn)業(yè)發(fā)展為契機(jī)，國(guó)內(nèi)一些做陶瓷噴墨打印設(shè)備的企業(yè)，也積極研發(fā)用于彩釉玻璃的數(shù)碼打印設(shè)備。但國(guó)產(chǎn)數(shù)碼彩釉玻璃打印機(jī)在打印速度、精度、噴繪寬幅等關(guān)鍵技術(shù)性能上與國(guó)外數(shù)碼彩釉玻璃打印機(jī)仍有一定差距。此外，數(shù)碼打印玻璃墨水在穩(wěn)定性、色彩表現(xiàn)力、打印設(shè)備與噴印墨水的匹配等關(guān)鍵問(wèn)題，也需國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)與研發(fā)機(jī)構(gòu)投入更多研發(fā)費(fèi)用和人力資源協(xié)同解決。
結(jié)束語(yǔ)
數(shù)碼彩釉玻璃打印技術(shù)憑借其全數(shù)字印刷、作業(yè)時(shí)間短、靈活性強(qiáng)、圖案質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，成為玻璃彩印行業(yè)的熱點(diǎn)。越來(lái)越多的建筑裝潢采用耐蝕、耐候性更強(qiáng)的數(shù)碼彩釉玻璃。
值得指出的是，陶瓷噴墨打印技術(shù)與數(shù)碼彩釉玻璃打印技術(shù)看起來(lái)很相似，但其技術(shù)核心卻無(wú)法簡(jiǎn)單移植。積累，在陶瓷噴墨打印機(jī)、陶瓷噴墨墨水方面已經(jīng)形成了成熟的產(chǎn)業(yè)鏈條。值得指出的是,陶瓷噴墨打印技術(shù)與數(shù)碼彩釉玻璃打印技術(shù)看起來(lái)很相似,但其技術(shù)核心卻無(wú)法簡(jiǎn)單移植。例如陶瓷噴墨墨水的使用溫度是1100 ℃左右,而數(shù)碼彩釉打印所用低溫?zé)o鉛玻璃油墨不僅要求燒結(jié)溫度與基體玻璃鋼化溫度(680 ℃)一致，而且還要具有較好的耐蝕、耐磨性能;與陶瓷素坯不同，被打印的玻璃基材不吸水，為了保證噴印圖案的精度，要求玻璃油墨不能像陶瓷噴墨打印墨水一樣稀，而高的黏度又容易導(dǎo)致數(shù)碼彩釉打印設(shè)備噴頭堵塞等技術(shù)難題。
數(shù)碼彩釉玻璃噴墨技術(shù)高度集成了數(shù)字控制、圖像處理、新材料等多學(xué)科技術(shù)，我國(guó)在玻璃油墨的系統(tǒng)化生產(chǎn)開發(fā)、噴頭的設(shè)計(jì)制造、數(shù)碼彩釉玻璃打印設(shè)備的數(shù)字控制系統(tǒng)等方面還有一定差距,通過(guò)產(chǎn)學(xué)研用多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新是解決問(wèn)題的最佳途徑，需要中國(guó)玻璃制造業(yè)、裝備制造業(yè)與科研機(jī)構(gòu)一起為打造出類似佛山陶瓷噴墨產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)集群而攜手努力。
IBM公司在1976研發(fā)出了世界上第一臺(tái)商業(yè)噴墨打印機(jī)并將其與計(jì)算機(jī)配合使用。隨后賽爾科技推出XAAR1001系列數(shù)碼陶瓷技術(shù)噴頭、精工愛(ài)普生推出的第五代數(shù)碼壓電噴頭，噴墨打印技術(shù)的精度和穩(wěn)定性得到了飛速發(fā)展。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的數(shù)碼UV打印機(jī)可在金屬、PVC、陶瓷等基材表面進(jìn)行噴墨打印。以色列的Dip-Tech公司是第一家進(jìn)行數(shù)碼彩釉玻璃打印的公司，至今仍是數(shù)碼彩釉玻璃技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。
在國(guó)內(nèi)，藝術(shù)彩釉玻璃的出現(xiàn)，很快成為建筑玻璃制造領(lǐng)域的熱點(diǎn)。中國(guó)企業(yè)目前采用進(jìn)口打印機(jī)和進(jìn)口油墨制備的藝術(shù)彩釉玻璃已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑裝飾中，并形成了較大的市場(chǎng)規(guī)模。以此產(chǎn)業(yè)發(fā)展為契機(jī)，國(guó)內(nèi)一些做陶瓷噴墨打印設(shè)備的企業(yè)，也積極研發(fā)用于彩釉玻璃的數(shù)碼打印設(shè)備。但國(guó)產(chǎn)數(shù)碼彩釉玻璃打印機(jī)在打印速度、精度、噴繪寬幅等關(guān)鍵技術(shù)性能上與國(guó)外數(shù)碼彩釉玻璃打印機(jī)仍有一定差距。此外，數(shù)碼打印玻璃墨水在穩(wěn)定性、色彩表現(xiàn)力、打印設(shè)備與噴印墨水的匹配等關(guān)鍵問(wèn)題，也需國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)與研發(fā)機(jī)構(gòu)投入更多研發(fā)費(fèi)用和人力資源協(xié)同解決。
結(jié)束語(yǔ)
數(shù)碼彩釉玻璃打印技術(shù)憑借其全數(shù)字印刷、作業(yè)時(shí)間短、靈活性強(qiáng)、圖案質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，成為玻璃彩印行業(yè)的熱點(diǎn)。越來(lái)越多的建筑裝潢采用耐蝕、耐候性更強(qiáng)的數(shù)碼彩釉玻璃。
值得指出的是，陶瓷噴墨打印技術(shù)與數(shù)碼彩釉玻璃打印技術(shù)看起來(lái)很相似，但其技術(shù)核心卻無(wú)法簡(jiǎn)單移植。積累，在陶瓷噴墨打印機(jī)、陶瓷噴墨墨水方面已經(jīng)形成了成熟的產(chǎn)業(yè)鏈條。值得指出的是,陶瓷噴墨打印技術(shù)與數(shù)碼彩釉玻璃打印技術(shù)看起來(lái)很相似,但其技術(shù)核心卻無(wú)法簡(jiǎn)單移植。例如陶瓷噴墨墨水的使用溫度是1100 ℃左右,而數(shù)碼彩釉打印所用低溫?zé)o鉛玻璃油墨不僅要求燒結(jié)溫度與基體玻璃鋼化溫度(680 ℃)一致，而且還要具有較好的耐蝕、耐磨性能;與陶瓷素坯不同，被打印的玻璃基材不吸水，為了保證噴印圖案的精度，要求玻璃油墨不能像陶瓷噴墨打印墨水一樣稀，而高的黏度又容易導(dǎo)致數(shù)碼彩釉打印設(shè)備噴頭堵塞等技術(shù)難題。
數(shù)碼彩釉玻璃噴墨技術(shù)高度集成了數(shù)字控制、圖像處理、新材料等多學(xué)科技術(shù)，我國(guó)在玻璃油墨的系統(tǒng)化生產(chǎn)開發(fā)、噴頭的設(shè)計(jì)制造、數(shù)碼彩釉玻璃打印設(shè)備的數(shù)字控制系統(tǒng)等方面還有一定差距,通過(guò)產(chǎn)學(xué)研用多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新是解決問(wèn)題的最佳途徑，需要中國(guó)玻璃制造業(yè)、裝備制造業(yè)與科研機(jī)構(gòu)一起為打造出類似佛山陶瓷噴墨產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)集群而攜手努力。
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