1. La estabilidad de la tinta cerámica

La tinta cerámica es un sistema de dispersión obtenido al dispersar colorantes en un medio de dispersión, y este sistema es relativamente estable. La estabilidad de la dispersión requiere que no se agregue ni precipite después de un cierto período de tiempo. La agregación se refiere a la agregación mutua entre pigmentos inorgánicos, que está relacionada con el efecto de dispersión entre las partículas de pigmento. La precipitación se refiere a la agregación continua de partículas de pigmento inorgánico hasta que se depositan en el fondo del sistema de dispersión. Los factores que influyen incluyen la densidad, la distribución del tamaño de partícula y la composición del sistema de dispersión del pigmento inorgánico. Al mismo tiempo, el sistema de dispersión requiere la selección de medios de dispersión, dispersantes, aglutinantes y otros compuestos orgánicos apropiados, lo que exige que la tinta mantenga una buena estabilidad química y no sufra cambios por reacción química incluso después de un almacenamiento prolongado. Los pigmentos cerámicos inorgánicos tienen una alta densidad. Después de que la tinta cerámica se deja reposar durante un cierto período de tiempo, los pigmentos en la tinta cerámica se sedimentan. Si se aplica agitación, la tinta cerámica volverá a ser un sistema de dispersión uniforme, lo que es un proceso reversible. La tinta cerámica circula por las impresoras de inyección de tinta y sus boquillas, y su recuperabilidad es especialmente importante.

Los factores que afectan la estabilidad de la tinta incluyen el movimiento browniano, la sedimentación gravitacional y la aglomeración de partículas de color. El movimiento browniano depende principalmente de la temperatura, la viscosidad y el tamaño de las partículas de tinta. Cuanto mayor sea la temperatura, más intenso será el movimiento browniano; cuanto mayor sea la viscosidad y el tamaño de las partículas, más débil será el movimiento browniano y menor la probabilidad de que las partículas se agrupen. Debido a que las partículas de pigmento son relativamente grandes y tienen una alta densidad, la velocidad de sedimentación de la tinta depende principalmente de la diferencia de densidad entre el pigmento y el disolvente. Cuanto mayor sea la diferencia de densidad, más rápida será la velocidad de sedimentación. La velocidad de sedimentación es directamente proporcional al cuadrado del tamaño de la partícula. Cuanto mayor sea la partícula, mayor será la velocidad de sedimentación; cuanto mayor sea la viscosidad de la tinta, más lenta será la velocidad de sedimentación. Existen dos mecanismos de estabilización para la dispersión de partículas de tinta: el impedimento estérico y la estabilización electrostática. El impedimento espacial se refiere a la encapsulación de microcápsulas de polímero en la superficie de las partículas de tinta para evitar la adhesión entre partículas en el espacio. Actualmente, este mecanismo se utiliza ampliamente en la industria de tintas cerámicas, pero tiene la desventaja de afectar la viscosidad de la tinta, lo que provoca una disminución de la misma con el tiempo y, por consiguiente, afecta su estabilidad. La estabilidad electrostática se logra mediante el uso de dispersantes de moléculas pequeñas, adecuados para agua y diluyentes polares, pero actualmente la mayoría de las tintas cerámicas utilizan diluyentes no polares.

2. Viscosidad

Una viscosidad adecuada garantiza una circulación fluida de la tinta en el conducto, lo que facilita su expulsión por la boquilla y la formación uniforme de gotas. Si la viscosidad es demasiado baja, la fuerza de fricción interna de la tinta es pequeña y las gotas líquidas adquieren forma de media luna, lo que provoca oscilaciones amortiguadas y afecta la velocidad de pulverización. Una viscosidad excesiva produce una baja fluidez de la tinta y dificulta la formación de gotas pequeñas. Además, la pulverización de tinta es muy sensible a los cambios de viscosidad, e incluso un ligero aumento de la viscosidad puede imposibilitar la impresión. Xaar indica en su sitio web oficial que la boquilla Xaar 1001 GS12 es adecuada para tinta cerámica con un rango de viscosidad de 7 a 50 mPa·s (lo que implica ajustar la temperatura de la tinta para regular la viscosidad durante la pulverización a 7-20 mPa·s; sin embargo, una viscosidad alta o baja puede afectar la vida útil de la boquilla). El manual de parámetros técnicos de la Dimatix Fujifilm StarFireTM SG-1024/MC indica que la boquilla se puede utilizar para tinta cerámica con un rango de viscosidad de 8-20 mPa·s, y el rango recomendado es de 10-14 mPa·s.

3. tensión superficial

Una tensión superficial adecuada garantiza la formación uniforme de gotas de tinta y evita que la boquilla se adhiera, lo que contribuye a la estabilidad a largo plazo en la impresión por inyección de tinta. Una tensión superficial demasiado alta en la tinta cerámica puede provocar fácilmente que las gotas se dispersen; si es demasiado baja, las gotas tienden a difundirse y se generan gotas con forma de satélite, lo que reduce la nitidez y la estratificación del patrón. Asimismo, la tensión superficial de la tinta disminuye con el aumento de su temperatura. El sistema de control de temperatura de la boquilla permite ajustar la tensión superficial de la tinta cerámica. Actualmente, la tensión superficial de la tinta cerámica comercial a temperatura de inyección de tinta oscila entre 20 y 35 mN·m⁻¹.

4. Distribución del tamaño de las partículas

Debido a las limitaciones de la abertura de la boquilla y el sistema de recorrido de la tinta, las partículas de pigmento en la tinta deben ser lo suficientemente pequeñas para garantizar una inyección de tinta uniforme. Además de evitar la precipitación de partículas durante el almacenamiento y el uso, también se requiere que las partículas del colorante sean pequeñas. La distribución del tamaño de partícula en la tinta cerámica debe ser lo más estrecha posible para evitar el fenómeno de desarrollo de color desigual causado por colorantes demasiado gruesos (densidad de empaquetamiento desigual de colorantes en productos cerámicos) y el debilitamiento causado por partículas demasiado finas (colorantes que se funden en el esmalte). Actualmente, el D50 de la tinta cerámica comercializada es de aproximadamente 200-350 nm, y el D90 es inferior a 850 nm.

5.sólidos

El contenido de sólidos se refiere al porcentaje en masa de pigmentos cerámicos inorgánicos y aditivos de fase sólida relacionados en la tinta cerámica, siendo los pigmentos cerámicos inorgánicos el componente principal. Cuanto mayor sea el contenido de sólidos, mayor será el contenido de pigmento por unidad de masa de tinta, lo que puede mejorar la intensidad y la gama de colores de la inyección de tinta cerámica, reducir la cantidad de tinta cerámica utilizada y, por lo tanto, disminuir el costo para las empresas de producción de cerámica. En términos de poder expresivo de los bocetos de diseño, el efecto de aumentar el contenido de sólidos de la tinta es mejor que el efecto de apilar puntos de tinta imprimiendo repetidamente en la misma posición. Esto se debe a que la impresión repetida en la misma posición puede fácilmente provocar que los puntos de tinta se desvíen de la posición objetivo, reduciendo la nitidez. El aumento del contenido de sólidos también puede provocar un aumento de la viscosidad de la tinta cerámica.

6. El color aparece después del disparo.

Los principales factores que afectan el color de la tinta cerámica de inyección incluyen el tipo de pigmento, la estructura cristalina, la pureza, el contenido de pigmento en la tinta y la distribución del tamaño de partícula; la composición del cuerpo y el esmalte; la temperatura, el sistema de atmósfera, etc. En comparación con los pigmentos comunes, los pigmentos de tinta requieren una buena capacidad de coloración en estado de partículas ultrafinas. Los pigmentos seleccionados deben reaccionar completamente durante el proceso de preparación, tener cristales de color bien desarrollados, buena estabilidad a altas temperaturas y resistir la erosión del esmalte. Esto requiere la selección de materias primas de alta pureza, tamaño de partícula uniforme y alta actividad para los colorantes. En cuanto al proceso, se requiere un tiempo de cocción más prolongado para asegurar un crecimiento cristalino más completo y una mayor integridad estructural. El contenido de sólidos de la tinta también afecta el color, y cuanto mayor sea el contenido de sólidos, más oscuro será el color. Debido a que un alto contenido de sólidos afecta la estabilidad de la tinta, el contenido de sólidos de las tintas de diferentes colores debe ajustarse según la situación. Cuanto mayor sea el tamaño de partícula, más se aproximará al color del pigmento. Después de moler finamente el pigmento, algunos colores como el amarillo y el rojo se aclaran o incluso desaparecen. El tono de color de la tinta marrón y naranja cambia, por lo que el tamaño de partícula afecta el tono y la profundidad del color. Debido a la disminución del tamaño de partícula, el punto de fusión de los colorantes de tinta es mucho menor que el de los colorantes comunes. Por lo tanto, después de una gran fluctuación de temperatura, los colorantes pueden fundirse por completo y, tras la fusión, no son cristales sino cuerpos fundidos, lo que provoca diferencias de color e incluso decoloración. Por ejemplo, el rendimiento de coloración del pigmento azul cobalto depende de la energía de desdoblamiento del campo de coordinación. Diferentes energías de desdoblamiento dan como resultado diferentes longitudes de onda absorbidas, y el pigmento exhibirá una serie de colores. El Co2+(3d2) absorbe luz naranja, amarilla y algo de luz verde, presentando un color azul violáceo; el Co3+(3d3) absorbe luz de color distinta del verde, reflejando fuertemente el verde y apareciendo verde. La tinta cerámica azul cobalto se colorea principalmente por el Co2+ en el pigmento CoAl2O4. Si los cristales de CoAl2O4 se funden a altas temperaturas, el Co2+(3d2) puede oxidarse a Co3+(3d3), lo que provoca una diferencia de color.

7. Adaptabilidad al esmalte corporal

Cuando otros factores son iguales, la composición del cuerpo y el esmalte pueden diferir mucho, y el efecto de la impresión por inyección de tinta puede variar considerablemente. Estudios relacionados han demostrado que varios óxidos metálicos en la composición del esmalte, como el óxido de litio, el óxido de boro, el óxido de zinc, el óxido de magnesio y el óxido de antimonio, pueden afectar el color de la tinta y deben evitarse o reducirse en su uso. El efecto adverso del óxido de potasio sobre el color de la tinta cerámica supera al del peróxido de sodio. El óxido de calcio y el óxido de bario no afectan gravemente el color de la tinta cerámica y pueden usarse como sustitutos de sustancias como el óxido de litio y el óxido de boro. El óxido de estaño puede potenciar el color rojo del cabello, pero puede hacer que el producto se vuelva rojo. El óxido de titanio puede potenciar los colores rojo y amarillo del cabello, pero puede hacer que el producto se vuelva amarillo y debilitar el color negro del cabello.

8. Sequedad

Si el tiempo de secado es demasiado lento, la difusión excesiva de la tinta cerámica provocará cambios de color y patrones borrosos; si el tiempo de secado es demasiado rápido, la difusión insuficiente de la tinta cerámica puede provocar áreas de relleno en blanco, la expansión de las gotas de tinta y la acción capilar también pueden provocar efectos de rebaba. La principal forma en que la tinta cerámica se seca en la superficie del cuerpo es a través de la difusión de las gotas de tinta sobre el cuerpo, y la forma secundaria es a través de la evaporación de las gotas de tinta en el aire. La tasa de difusión depende de la humedad en la superficie del cuerpo verde, la porosidad del cuerpo verde, así como de la composición de la tinta y el surfactante. El tiempo de secado depende del coeficiente de difusión de la tinta, y el tiempo de secado de la tinta está relacionado linealmente con la densidad de cobertura de la tinta. El secado de inyección de tinta de alta resolución es más fácil.
Se puede agregar cierta cantidad de solventes de alcohol al proceso de tinta cerámica para aumentar la volatilidad; también se puede agregar una pequeña cantidad de dispersante (como éter de alquilo de poliol y otros compuestos orgánicos) para cumplir con los requisitos de la impresión de inyección de tinta. Para evitar que la tinta cerámica se evapore demasiado rápido a temperatura ambiente, causando interrupción de la pulverización y bloqueo de la boquilla, es necesario agregar algunos agentes humectantes de alto punto de ebullición y no volátiles durante el proceso de preparación. Colorobia declaró en el sitio web del Centro de Investigación Cerámica que agregó DEG (dietilenglicol, con un punto de ebullición de 245 ℃) a su tinta cerámica para evitar su volatilización; y se menciona en su patente europea EP 1840178 A1 que el punto de ebullición del medio de dispersión debe superar los 200 ℃. Para evitar las diferencias de color causadas por las distintas tasas de difusión de las gotas de tinta desde el centro hasta el borde de la tinta a base de agua sobre el cuerpo de la impresora, y para evitar la generación de una gran cantidad de vapor de agua, actualmente la tinta cerámica utiliza principalmente un sistema de dispersión a base de aceite (orgánico). Entre ellas, las boquillas Xaar 1001 GS12 y Dimatix Fujifilm StarFire™ SG-1024/MC requieren el uso de tintas cerámicas a base de aceite en su manual de especificaciones.

9. Otros indicadores de desempeño

Además de los aspectos mencionados, la compatibilidad entre la tinta cerámica y la boquilla (si desgastará gravemente la boquilla, si la obstruirá, si afectará la inyección de otras boquillas en la base de la boquilla debido a la expansión excesiva de la tinta cerámica, si puede funcionar sin problemas bajo la ecuación de forma de onda de pulso de voltaje adecuada, si la velocidad de inyección y la capacidad de gota de tinta son razonables, si el punto de caída de la gota de tinta es preciso, etc.), la compatibilidad con las impresoras de inyección de tinta cerámica (valor de pH, si corroerá, disolverá el sistema de ruta de tinta, etc.) y otros indicadores de rendimiento (conductividad, etc.) también deben cumplir en cierta medida con los requisitos de la impresión de inyección de tinta cerámica.

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