Keramischer Tintenstrahldruck ist im Trend, doch die Farbwiedergabe der Tinte ist noch nicht so gut wie bei herkömmlichen Pigmenten. Daher stellt die Verbesserung der Farbwiedergabe ein Problem dar, das jedes Unternehmen lösen möchte. Tinten- und Druckqualität sind Schlüsselfaktoren für die Tintenfarbe, aber der Einfluss des Keramikherstellungsprozesses auf die Tintenfarbe ist entscheidend und darf nicht vernachlässigt werden. In diesem Beitrag analysieren wir den Einfluss der folgenden Prozessfaktoren auf die Tintenfärbung.

1. Der Farbentwicklungsmechanismus von Tintenstrahltinte

Die Farbstabilität von Pigmenten hängt hauptsächlich von der Art des Pigments, dem Temperaturbereich der Färbung, der Brennatmosphäre und der Zusammensetzung der passenden Basisglasur ab.
Die chemische Zusammensetzung der Basisglasur hat einen erheblichen Einfluss auf die Farbwirkung der Pigmente. So benötigen manche Pigmente beispielsweise eine Basisglasur mit höherem Zink- oder Bleigehalt, um intensivere Farben zu erzielen. Beispielsweise benötigen Fe-Cr-Zn-Spinellbraunpigmente (die einen hohen Zinkgehalt erfordern) eine Basisglasur mit geringen Mengen an Zink und Magnesium. Andere Farbpigmente hingegen benötigen weder Zink noch Magnesium in der Basisglasur, was zu einer noch schöneren Glasurfarbe führt.
1) Reisgelb, Gelbbraun (FeCrZnAl), Rotbraun, Zirkon-Eisenrot (ZrSiFe) und Dunkelbraun (FeCrZnAl) eignen sich gut für Glasuren und erzielen auf Zirkon-Opakglasuren eine bessere Farbwirkung. Die Farbsättigung bleibt bei unterschiedlichen Brenntemperaturen durchschnittlich stabil. Glasuren mit hohem Zink-, Bor- und Bariumgehalt neigen zu einem gelblichen Farbton. 2) Gelb und Praseodymgelb (ZrSiPr) eignen sich gut für Glasuren und kommen auf Zirkon-Opakglasuren mit einem breiteren Temperaturbereich besonders gut zur Geltung. 3) Blau, Kobaltblau (CoAlZn) oder Dunkelblau (CoSi) sowie Kobaltblau (CoAlSnZn) eignen sich gut für Glasuren, und die Farbsättigung bleibt bei unterschiedlichen Brenntemperaturen relativ stabil. Ein zu hoher Zink- und Magnesiumgehalt in der Glasur sollte jedoch vermieden werden, um ein Violettwerden des Farbtons zu verhindern. 4) Rosa und Chromzinnrot (SnCrCaSi) vertragen Glasuren schlecht, und ihre Farbsättigung ändert sich stark mit der Temperatur. Zinkhaltige Glasuren können leicht zu einem deutlichen Farbverblassen führen; ein höherer Kalziumgehalt wirkt sich positiv auf die rosa Farbe aus.
5) Grün und Chromgrün (CrAl) eignen sich im Allgemeinen gut für Glasuren, und ihre Farbsättigung bleibt bei Änderungen der Brenntemperatur relativ stabil. Sie eignen sich besonders gut zum Einfärben auf transparenter Glasur. 6) Schwarz und Kobaltschwarz (FeCrCoMn) eignen sich schlecht für Glasuren, hauptsächlich aufgrund der leichten Farbtonveränderungen bei Änderungen der Glasurzusammensetzung. Die Stabilität der Farbsättigung bei Änderungen der Brenntemperatur ist im Allgemeinen durchschnittlich. Zink und Magnesium in der Glasur können leicht Farbtonveränderungen verursachen. Calcium und Barium in der Glasur fördern die Entwicklung der schwarzen Farbe, erscheinen jedoch auf Zirkonium-opaken Glasuren heller.

2. Der Einfluss der Glasurherstellung und des Glasurauftragsprozesses auf die Farbe

Die Einflussfaktoren der Glasurherstellung auf die Tintenfärbung spiegeln sich hauptsächlich in der Feinheit und dem Wasserrückhaltevermögen der Glasur wider. Je gröber die Glasur, desto geringer die Packungsdichte der Glasuroberfläche nach dem Trocknen. Beim Tintenstrahldruck dringt die Tinte tiefer in die Glasurschicht ein, und die Reaktion mit der Glasur verläuft beim Brennen vollständiger. Die konkreten Veränderungen der Farbsättigung und des Farbtons können jedoch je nach Tintenmenge, Brennvorgang und den Farbeigenschaften des Pigments variieren. Theoretisch kann die unterschiedliche Feinheit der Glasur auch zu einer unterschiedlichen Aushärtungstemperatur führen und somit die Farbentwicklung der Tinte beeinflussen.
Die Gleichmäßigkeit des Wassersprühens und Glasierens beim Glasurprozess beeinflusst maßgeblich die Gleichmäßigkeit der Farbwiedergabe auf der Glasuroberfläche. Ungleichmäßiges Sprühen und Glasieren führt zu einem ungleichmäßigen Wassergehalt auf der Glasuroberfläche während des Druckvorgangs. Dies wiederum bedingt ein ungleichmäßiges Eindringen und Haften der Farbe und beeinträchtigt somit die Farbkonsistenz. Umgekehrt können Schwankungen beim Wassersprühen und Glasurauftrag ebenfalls zu Farbschwankungen führen.
Die Wasserrückhaltefähigkeit einer Glasur beeinflusst maßgeblich das Eindringen und die Haftung der Tinte auf der Glasuroberfläche nach dem Tintenstrahldruck. Sie wirkt sich auf den Feuchtigkeitsgehalt der Glasuroberfläche während des Druckvorgangs aus und beeinflusst somit die endgültige Tintenfarbe. Je besser die Wasserrückhaltefähigkeit, desto höher ist der Wassergehalt auf der Glasuroberfläche beim Tintenstrahldruck und desto geringer dringt die Tinte in die Glasur ein. Dadurch ist die Reaktion mit der Glasur beim Brennen weniger vollständig. Der genaue Einfluss auf die endgültige Tintenfarbe kann jedoch je nach Tintenmenge, Brennprozess und den Farbeigenschaften des Pigments variieren.

3. Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung der Glasur auf die Farbe

Die chemische Zusammensetzung von Glasuren beeinflusst die Farbentwicklung verschiedener Pigmente unterschiedlich. Häufig verwendete Flussmittel in architektonischen Keramikglasuren, wie Magnesiumoxid, Zinkoxid, Boroxid usw., beeinträchtigen die Farbentwicklung der meisten Tintenpigmente und sollten daher sparsam eingesetzt werden. Kaliumoxid, Natriumoxid, Calciumoxid und Bariumoxid haben im Vergleich dazu einen relativ geringen Einfluss.
Basisglasuren mit hohem Zirkoniumdioxidanteil weisen üblicherweise eine deutlich bessere Farbentwicklung auf als andere zirkoniumfreie Pigmente wie Praseodymgelb und Zirkoneisenrot, die ebenfalls Zirkoniumdioxid enthalten. In Basisglasuren mit hohem Zinkanteil erzielen eisenhaltige Pigmente wie Goldgelb, Beige und Rotbraun eine vergleichsweise bessere Farbgebung. Bei Hochschwarz und Kobaltschwarz der schwarzen Farbreihe wirken sich Zinkoxid und Zirkoniumdioxid in der Basisglasur negativ auf die Farbentwicklung aus. Auch die Farbe von Rosa reagiert sehr empfindlich auf den Zinkoxidgehalt. Im Allgemeinen beginnt die Farbe von rosa Tinte deutlich zu verblassen, sobald der Zinkoxidgehalt 1 % übersteigt. Die unterschiedlichen Auswirkungen der verschiedenen Komponenten auf die Farbentwicklung der Pigmente müssen bei der Formulierung unter Berücksichtigung des Glasureffekts, der Anforderungen an die Tintenfarbentwicklung und des vorherrschenden Farbtons des Produkts ausbalanciert werden.

4. Der Einfluss von Feuchtigkeit und Temperatur auf die Farbgebung von Tinten in glasierten Oberflächen

Die Menge und Gleichmäßigkeit der Feuchtigkeit auf der Glasuroberfläche beim Tintenstrahldruck beeinflussen die Farbentwicklung der Tinte auf der Glasuroberfläche genauso stark wie die Wasserspeicherfähigkeit des Glasurmaterials. Im Wesentlichen beeinflusst die Feuchtigkeit auf der Glasuroberfläche das Eindringen und die Haftung der Tinte. Zu viel Feuchtigkeit auf der Glasuroberfläche während des Druckvorgangs beeinträchtigt nicht nur die Farbentwicklung einzelner Tinten, sondern kann auch zu einem verlangsamten Eindringen und Trocknen der Tinte führen. Dies kann das Verschmelzen und Vermischen der Farben zwischen verschiedenen Tintenpunkten zur Folge haben und somit die Farbtreue verringern.
Die Temperatur des Glasurkörpers beeinflusst die Viskosität der aufgesprühten Tinte sowie die Verdunstungsrate des Lösungsmittels. Je höher die Glasurtemperatur, desto geringer die Viskosität der Tinte und desto leichter dringt sie in die Glasur ein. Gleichzeitig beschleunigt eine höhere Glasurtemperatur die Verdunstung und Trocknung des Lösungsmittels und erschwert das Eindringen in die Glasur. Bei einem signifikanten Unterschied im Einfluss beider Faktoren auf die Geschwindigkeit des Tinteneintritts können Temperaturänderungen der Glasur zu Farbveränderungen der Tinte führen.

5. Der Einfluss der Tintensortierung auf die Druckfarbe

Bei gängigen Keramik-Tintenstrahldruckern weisen Gelb und Rosa im Vergleich zu anderen Farben eine geringere Farbsättigung auf. Um die tatsächliche Farbintensität von Gelb und Rosa zu maximieren, empfiehlt es sich, die Druckreihenfolge so zu gestalten, dass Gelb und Rosa in den späteren Farbkanälen platziert werden. Die Überlappungsbereiche mehrerer Farben beim Tintenstrahldruck können die Reaktion zwischen Glasur und Gelb und Rosa während des Brennvorgangs leicht reduzieren und dadurch deren Farbsättigung erhöhen, da Gelb und Rosa übereinander gedruckt und auf andere Farben aufgetragen werden.

6. Der Einfluss des Trocknungsgrades nach dem Drucken auf die Farbe

Der Einfluss des Trocknungsprozesses des Glasurrohlings nach dem Sprühdruck auf die Tintenfarbe entsteht hauptsächlich durch die Migration löslicher Salze aus der Glasur an die Glasuroberfläche, wodurch sich deren chemische Zusammensetzung verändert. Dieser Einfluss der löslichen Salze auf die gerichtete Wassermigration in der Glasur verläuft relativ langsam und ist aufgrund des relativ stabilen Trocknungsprozesses bei der kontinuierlichen Produktion von Glasurlinien schwer zu beobachten. Eine zu lange Lagerzeit im Brennofen kann jedoch zu Farbunterschieden zwischen gelagerten und kontinuierlich produzierten Produkten führen. Aus diesem Grund und zur Gewährleistung einer stabilen Glasurfeuchte sollten Farbmischung und Plattenausrichtung im kontinuierlichen Produktionsbetrieb erfolgen.

7. Der Einfluss des Brennsystems auf die Tintenfärbung

Da die Pigmente in Tinte durch Hochtemperaturbrand entstehen, variiert der Brenntemperaturbereich von Architekturkeramik nur geringfügig. Der Einfluss des Brennsystems auf die Tintenfärbung entsteht im Wesentlichen durch die Beeinflussung des Schmelzverhaltens der Glasur an den Pigmentpartikeln bei hohen Temperaturen. Drei Hauptfaktoren beeinflussen die Farbwirkung: Brenntemperatur, Haltezeit und Brennatmosphäre. Verschiedene Farben reagieren unterschiedlich empfindlich auf den Brennprozess.
Ist die Brenntemperatur im Vergleich zur Erweichungstemperatur der Glasur relativ niedrig, reagieren die Pigmentpartikel der Tinte leicht nicht vollständig mit der Glasur und verschmelzen nicht, was zu einem unvollständigen Brand führt. In diesem Fall erscheint die Tinte auf der Glasuroberfläche orangenhautartig oder matt, mit einer helleren Farbe an der Oberfläche und einer dunkleren, gesättigten Farbe im Reaktionsbereich mit der Glasur.
Wenn die Brenntemperatur der Aushärtungstemperatur der Glasur entspricht, bestimmt die Dicke der Pigmentschicht – abhängig von der Partikelgröße des Tintenpigments und dem üblichen Tintenvolumen –, dass sie vollständig in die Glasur einschmelzen kann, ohne von dieser übermäßig angelöst oder aufgeschmolzen zu werden. Die Tinte weist eine normale Farbentwicklung, hohe Farbsättigung und einen Glanz auf, der im Wesentlichen mit der Glasuroberfläche übereinstimmt. Das Gesamtergebnis ist optimal.
Ist die Brenntemperatur im Vergleich zur Erweichungstemperatur der Glasur relativ hoch, werden aufgrund der deutlich erhöhten Schmelzreaktionsfähigkeit der Glasur mehr Pigmentpartikel der Tinte geschmolzen und zerstört, teilweise sogar vollständig in der Glasurschmelze aufgelöst. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung oder zum vollständigen Verschwinden der verbleibenden Pigmentpartikel. Beim anschließenden Abkühlen kann sich die Struktur der ursprünglichen Farbkristalle nicht wiederherstellen, was eine deutliche Reduzierung oder sogar Farblosigkeit zur Folge hat. Entspricht die Brenntemperatur der Erweichungstemperatur der Glasur, ist die Haltezeit annähernd umgekehrt proportional zur Farbintensität der Tinte. Eine zu kurze Haltezeit bei hoher Temperatur kann dazu führen, dass einige Pigmentpartikel nicht in die Glasur aufgelöst werden. Bei einer Haltezeit zwischen 2 und 5 Minuten ist der Reaktions- und Schmelzgrad zwischen den Pigmentpartikeln in der Tinte und der Glasur in der Regel ausreichend, um in die Glasur einzudringen und möglichst viele der ursprünglichen Kristalle unbeschädigt zu erhalten. Unter diesen Bedingungen erzielt die Tinte die beste Farbwirkung.
Darüber hinaus erhöht eine längere Isolierzeit die Kristallisationsneigung der Glasurschicht. Die in den geschmolzenen Pigmentkristallen vorhandenen Metalloxide können in der neuen Schmelze neue Kristalle bilden und so neue Farbtöne erzeugen. Alternativ kann die Kristallisation der Glasur deren optische Eigenschaften wie Absorption, Reflexion, Brechung und Transmission von Lichtwellen verändern und dadurch die Farbe der ungeschmolzenen Pigmentpartikel beeinflussen. Tatsächlich neigen eisenhaltige Pigmente wie Rotbraun und Schwarz bei geeigneter Glasurzusammensetzung, Brenntemperatur und Atmosphäre dazu, bei längerer Einwirkung hoher Temperaturen einen metallischen Glasureffekt auf der Oberfläche zu entwickeln. Der Gesamtton weicht dabei leicht von dem normal isolierter Glasuren ab.
Die unterschiedlichen Brennatmosphären beeinflussen auch die Farbe der Tinte, da sie zum einen den Grundton des Scherbens und der Glasur verändern und so einen Mischeffekt im Farbton der Tinte erzeugen. Zum anderen werden aufgrund der feinen Partikelgröße der Pigmentpartikel in der Tinte einige von ihnen durch die Glasur bei hohen Temperaturen geschmolzen und zersetzt und konzentrieren sich an der Oberfläche der Glasurschicht. Im Vergleich zur oxidierenden Atmosphäre kann die reduzierende Atmosphäre das Schmelzen der Pigmentpartikel begünstigen. Dabei werden die ursprünglich hochvalenten Oxide der Farbmetalle zu niedrigvalenten Oxiden reduziert, wodurch neue Farbgruppen entstehen, die letztendlich die tatsächliche Farbe der Tinte beeinflussen.

Zusammenfassung:
Der Einfluss der Keramikherstellungstechnologie auf die Farbe von Tintenstrahldruckfarben ist vielschichtig. Die chemische Zusammensetzung der Glasur, der Feuchtigkeitsgehalt der Glasuroberfläche während des Druckvorgangs und das Brennverfahren haben den größten Einfluss auf die Farbentwicklung der Tinte im Gebrauch. Neben dem Verständnis der Auswirkungen verschiedener Prozessdetails auf die Farbgebung während der Produktion ist es besonders wichtig zu erkennen, dass der Tintenstrahldruck aufgrund der prozessbedingten Farbeigenschaften der Tinte deutlich empfindlicher ist als herkömmliche Druckverfahren. Die strikte Gewährleistung der Stabilität des Produktionsprozesses ist daher unerlässlich, um eine gleichbleibende Farbentwicklung der Tinte während der Produktion und im Gebrauch sicherzustellen.

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