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大红墨水研制成功之路

来源:陶城网-陶城报  2016-06-11

       2016年目前为止,陶瓷行业最具爆炸性的新闻无疑就是———大红墨水研制成功!为什么这样说?这里援引广东省建筑材料行业协会会长吴一岳的话说明一下:大红墨水的研制成功,让我们中国陶瓷人登上了外国人一直想登却没有登上去的创新高峰。大红墨水的创新含金量与以往很多创新技术不同,以往的很多创新都是属于末端技术的创新,大红墨水是从基础材料上实现了突破,将来会在此基础上衍生出更多的创新成果。大红墨水基础材料的研发成功,对今后行业发展影响至深。

  二十世纪七八十年代,辊道窑的诞生使得建筑陶瓷的生产效率大幅提升,推动了现代建筑陶瓷行业的飞速发展;丝网印刷、胶辊印刷技术应用于建筑陶瓷行业,实现了大工业化生产的瓷砖表面装饰图案的丰富多彩;2008年左右,喷墨打印技术引入建筑陶瓷行业后引发的一系列深度变革至今还余威尚存,瓷砖装饰从此进入了高清、仿真时代,产品设计周期大大缩短,产品更新迭代大大增速。

  截止2015年,喷墨打印技术引入建筑陶瓷行业7年多,通过不断的技术进步,应用越来越纯熟、广泛,遗留的技术难题越来越少。大红色墨水,是喷墨打印技术从诞生之日起就一直无法逾越的世界性难题。2016年1月9日,宏宇集团携手景德镇陶瓷大学联合研发的“高温陶瓷大红墨水”经广东省科学技术厅组织鉴定达到“国际领先水平”,标志着“大红墨水”这一世界难题终于被中国陶瓷人成功攻克。


2016年1月9日,“高温陶瓷大红墨水”科技成果鉴定会现场

  大红墨水,世界难题

  在世界陶瓷史上,大红色陶瓷一直是人们梦寐以求想要获得却很难制作成功的一类陶瓷。究其原因,是由于能发出大红色的釉料对温度、气氛非常敏感,在1000℃以上的高温下很容易失色。大红色,在中国文化中代表者吉祥、喜庆,是中华民族的底色,中国陶瓷人从古至今都在孜孜追求大红色陶瓷的烧制秘诀。直到明朝宣德年间,景德镇出现了“铜红”釉瓷器———祭红。“祭红”这一名字源自一个凄美的传说:一个窑工的女儿舍身跳入窑火中,鲜血染红了陶坯,红色陶瓷才烧制而成。由此可见,在古代,大红色陶瓷烧制之困难。

  随着近现代陶瓷技艺的不断发展,铬铝红、锰铝红、钴镁红、铁锆红等可以烧制出粉红、棕红的色釉料陆续出现。但是,能烧制出大红的色釉料,一直都是世界性难题,千百年来都无法突破。现代建筑陶瓷业自二十世纪六七十年代开始蓬勃发展,人们对瓷砖产品从最基础的卫生、洁净的需求,越来越过渡到对装饰效果的追求,希望使用多姿多彩、图案丰富的瓷砖装饰家居。为了满足人们日益提升的消费需求,建筑陶瓷业开始将艺术陶瓷、日用陶瓷中一直广泛使用的彩色釉料引入瓷砖产品的生产制造中,不断丰富瓷砖的色彩和纹理表现力。而在这一过程中,大红色釉料的缺失,始终影响着瓷砖花色的明艳度、饱和度。

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大红墨水喷烧仿石材瓷砖

  二十世纪八十年代,随着改革开放的春风吹遍珠三角,陶瓷古镇佛山石湾在建筑陶瓷领域开始焕发新生,孕育了一大批优秀的中国现代建筑陶瓷企业。从刚开始的引进国外先进技术、设备,到后来自力更生、自主研发,中国建陶企业越来越展现出蓬勃的发展势头,截至目前,中国建筑陶瓷产量已占到全球总产量的60%左右,技术水平赶超欧洲陶瓷强国。这是一条荣耀与艰辛同行的发展之路,在这条路上,源于对“中国红”情结的执着,很多中国建陶企业一直在突破大红色釉料的创新之路上不断攀登,梦想着有朝一日,在建筑陶瓷领域,大红色,中华文化的底色,能由中国建陶企业实现突破,让大红色在建筑陶瓷上焕发煌煌荣光,中国陶瓷借此光耀世界。

  创建于1997年,扎根佛山石湾的宏宇集团,很多年来也一直胸怀着“大红”之梦,并且在实现梦想之路上不断艰苦爬涉、奋勇前进。经过不懈努力,2013年,宏宇研发成功“高温大红釉”,成功烧制出国旗般鲜艳润泽的大红色釉面砖;2014年,“高温大红印花釉”又被宏宇攻克,釉面砖产品图案纹理的色彩明艳度和立体感大大提升。

  高温大红釉、高温大红印花釉的研发获得成功后,陶瓷高温大红领域就剩下“高温大红墨水”这个难题了,宏宇再接再厉,继续朝着这一世界陶瓷技术创新高峰奋勇前进。但是,在攀登高峰的过程中,最后快要接近顶点的那段路最是崎岖难行,攀登科技创新的高峰亦如此。

  陶瓷喷墨打印机的喷头孔径非常细小,一般只有40μm(微米:千分之一毫米)。墨水必须制备成亚微米甚至是纳米级(百万分之一毫米)的悬浮液,墨水中的色料颗粒粒度必须要小至喷头孔径的二十分之一(D100≤2μm),才能保证打印顺畅。如此微小的颗粒,在高温条件下极易氧化,发色的难度可想而知。世界上现有的,能发出大红色的“镉硒红包裹色料”,其粒径为4-10μm,如用其制备大红墨水,需要采用砂磨机磨细至2μm以下。而磨细过程中必然会破坏硅酸锆包裹层,从而导致硫硒化镉色料颗粒在高温煅烧过程中氧化分解,使大红色颜色变浅,甚至失去颜色。大红墨水研发过程中的关键技术难题既多且杂,国内专业生产陶瓷墨水的企业也无法攻克,甚至连陶瓷喷墨技术的发源地———欧洲陶瓷强国对此也束手无策,始终无法成功研发出大红墨水。直至2015年4-5月间,意大利也才首次研发成功粉红墨水。

  中国力量,突破难题

  宏宇集团长期以来在不断的技术创新、自主研发过程中,尝试走出了一条“产学研合作”的模式,与景德镇陶瓷大学、华南理工大学都成功合作过多项产学研联合研发创新项目。在大红墨水项目确定启动时,宏宇也想到了产学研模式,充分利用大学在人才、科研方面的优势,结合企业自身在生产实践中积累的宝贵经验以及雄厚的技术创新实力,携手攻克这一陶瓷行业世界性难题。最终,宏宇选择与景德镇陶瓷大学合作,联合研发大红墨水,并组建了以宏宇瓷片厂厂长余国明为企业研发带头人和以景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院副院长汪永清教授为学校研发带头人的产学研联合研发团队。从理论模型建立、基础研究,到生产应用实践,校企双方分工合作,联手开展大红墨水的研究探索。


大红墨水后时代,用大红墨水喷烧而成的瓷砖产品高清全彩

  在经过无数次的理论探索后,产学研团队受“镉硒红包裹色料”原理启发,最终确定了大红墨水的研发方向———二次包裹。经过研究发现,硫硒化镉色料极不稳定,在普通情况下可以发出大红色,但是在砂磨和高温烧制过程中很容易失色。如果能成功研发出一种二次包裹物,在砂磨过程以及高温下,保护硫硒化镉色料,就能保障硫硒化镉色料在高温烧制后也能发出大红色。宏宇瓷片厂厂长余国明领导的团队,不断调整配方,寄出无数个样品到景德镇陶瓷大学进行下一步的试验。景德镇陶瓷大学材料学院副院长汪永清教授领导的团队,把收到的配方逐个按要求磨细,将基础釉料和色料按不同比例用水调和、试烧。2014年5月中旬,基础釉料试制成功。

  眼看着大红墨水的研发进展顺利,创新过程的又一个拦路虎:色料细度与发色、悬浮的矛盾对立,令大红墨水的研究又一次陷入了僵局。前面提到过,如果要保证大红墨水顺利通过喷墨打印机小至40μm孔径的喷头,大红墨水的色料颗粒粒度必须要小至喷头孔径的二十分之一(D100≤2μm),制备成亚微米甚至是纳米级的悬浮液。但是现实的矛盾在于,色料颗粒粒度越小,悬浮越容易,但发色越难;色料颗粒粒度越大,发色越容易,但悬浮越难。这一研究过程的难点在于,要找到色料颗粒既能发出大红色又能保证悬浮性较好的最佳平衡点。最终,产学研团队将突破口聚焦于———分散剂的研究。只要找到一种合适的分散剂,就能在保证色料颗粒发色的同时,增强大红墨水的悬浮性,提升墨水稳定性。经过千百次的试验,产学研团队终于攻克了这一难题。

  时间进展到2015年中,大红墨水的研发进入到最后一个重要关口———上机喷墨。6月,定制喷墨打印试验机到位,大红墨水上机喷墨试验正式开始。试验初期,大红墨水上机喷墨数次不成功,历经“喷不出→喷出来,烧成后不显色→烧成后显浅红色→烧成后显大红色”曲折过程。2015年10月13日,大红墨水成功上机喷烧出大红色。

  2016年1月9日,“高稳定包裹镉硒红高温陶瓷大红喷墨墨水的研制及其产品开发”创新成果经广东省科学技术厅组织鉴定达“国际领先水平”。


大红墨水前时代,用进口粉色墨水喷烧而成的瓷砖产品暗淡无彩

  喷墨全彩,中国智造

  由于大红墨水的缺失,长久以来,建筑陶瓷行业都使用棕色墨水或粉色墨水代替大红墨水,最终导致的问题是陶瓷喷墨打印图案的明度较低,颜色不够鲜艳、饱和,色域窄,图案易失真。“大红墨水”研制成功之后,为陶瓷墨水补上了欠缺的大红色基色,与其他颜色墨水混色喷印,瓷砖产品将从“暗淡无彩”升级为“高清全彩”。

  一直以来,为了迎合广大消费者对于天然石材的情有独钟,仿石材类产品成为瓷砖界的一大重要品类,其占据的市场份额还有逐年上升的趋势。很多建筑陶瓷企业都在仿石材瓷砖的研发设计中投入了巨大的人力、物力和财力,希望充当大自然的搬运工,原样复刻天然石材的纹理色彩,为消费者******几可乱真天然石材的瓷砖产品。

  但是,由于缺乏大红色墨水,很多色彩绚丽多姿、石纹层次感强的天然石材都无法完美******。硬着头皮用棕色或粉色墨水替代大红色墨水喷烧而成的仿石材瓷砖产品,纹理色彩严重失真,比之天然石材之神韵差之千里。大红墨水研制成功之后,建筑陶瓷行业完美临摹天然石材的梦想将变为现实。未来,瓷砖与天然石材几可乱真,纹理色彩完美复刻,天然石材的神韵在瓷砖产品上再现也不再是痴人说梦。另外,瓷砖产品比之天然石材硬度更高,更耐磨,更易清洁打理,真正能做到源于石材而胜于石材。

  大红墨水的研制成功对建筑陶瓷行业的影响,目前可见的可能只是冰山一角,在未来深入推广应用的过程中,将会衍生出更多的创新技术和产品,引发建筑陶瓷行业一系列连锁式、裂变性的创新革命,助推全球陶瓷行业的蓬勃发展。

  大红墨水,中国突破,世界陶业从此迈入喷墨高清全彩时代。成功攻克大红墨水世界难题,登顶世界陶瓷技术创新高峰,为中国人争了气,为“中国智造”稳步挺进世界最高水平再添强劲动力。

  / 后/记/

  正如蒸汽机、发电机、计算机、人工智能技术的创新推动了人类历史上四次重大的工业革命,让世界经济格局和社会结构发生了深层次的变革。中国企业对建筑陶瓷基础材料“高温陶瓷大红墨水”的成功突破,也将对全球建筑陶瓷产业的发展以及人们生活空间品质的提升产生积极而又深远的影响。

  大红墨水,功成中国,福荫世界。时空流转间,古老和现代、世界和民族、国家和个体,在这一节点上共融共通、相辅相成。

(作者:欧家瑞)