1. La stabilità dell'inchiostro ceramico

L'inchiostro ceramico è un sistema di dispersione ottenuto disperdendo coloranti in un mezzo disperdente, e questo sistema è relativamente stabile. La stabilità della dispersione deve tenere conto del fatto che non si verifica aggregazione o precipitazione dopo un certo periodo di tempo. L'aggregazione si riferisce all'aggregazione reciproca tra i pigmenti inorganici, che è correlata all'effetto di dispersione tra le particelle di pigmento. La precipitazione si riferisce all'aggregazione continua delle particelle di pigmento inorganico fino al loro deposito sul fondo del sistema di dispersione. I fattori che influenzano questo processo includono la densità, la distribuzione granulometrica e la composizione del sistema di dispersione del pigmento inorganico. Allo stesso tempo, il sistema di dispersione richiede la selezione di mezzi disperdenti, disperdenti, leganti e altri composti organici appropriati, affinché l'inchiostro mantenga una buona stabilità chimica e non subisca alterazioni dovute a reazioni chimiche anche dopo una conservazione prolungata. I pigmenti ceramici inorganici hanno un'elevata densità. Dopo un certo periodo di tempo, i pigmenti presenti nell'inchiostro ceramico tendono a depositarsi. Agitando, l'inchiostro ceramico tornerà a essere un sistema di dispersione uniforme, un processo reversibile. L'inchiostro ceramico circola nelle stampanti a getto d'inchiostro e negli ugelli, e la sua recuperabilità è particolarmente importante.

I fattori che influenzano la stabilità dell'inchiostro includono il moto browniano, la sedimentazione gravitazionale e l'agglomerazione delle particelle colorate. Il moto browniano dipende principalmente dalla temperatura dell'inchiostro, dalla sua viscosità e dalle dimensioni delle particelle. Maggiore è la temperatura, più intenso è il moto browniano; maggiore è la viscosità e il numero di particelle, più debole è il moto browniano e minore è la probabilità che le particelle si aggreghino. Poiché le particelle di pigmento sono relativamente grandi e hanno un'elevata densità, la velocità di sedimentazione dell'inchiostro dipende principalmente dalla differenza di densità tra il pigmento e il solvente. Maggiore è la differenza di densità, maggiore è la velocità di sedimentazione. La velocità di sedimentazione è direttamente proporzionale al quadrato della dimensione delle particelle. Maggiore è la dimensione delle particelle, maggiore è la velocità di sedimentazione; maggiore è la viscosità dell'inchiostro, minore è la velocità di sedimentazione. Esistono due meccanismi di stabilizzazione per la dispersione delle particelle di inchiostro: l'ingombro sterico e la stabilizzazione elettrostatica. L'ingombro sterico si riferisce all'incapsulamento di microcapsule polimeriche sulla superficie delle particelle di inchiostro per impedire l'adesione tra le particelle nello spazio. Attualmente, questo meccanismo è ampiamente utilizzato nell'industria degli inchiostri ceramici, ma presenta lo svantaggio di influenzare la viscosità dell'inchiostro, determinando una tendenza alla diminuzione della viscosità nel tempo, il che influisce sulla stabilità dell'inchiostro. La stabilità elettrostatica, utilizzando disperdenti a piccole molecole, è adatta per acqua e diluenti polari, ma attualmente la maggior parte degli inchiostri ceramici utilizza diluenti non polari.

2. Viscosità

Una viscosità adeguata garantisce una circolazione fluida dell'inchiostro nel percorso di spruzzatura, favorendo l'espulsione dell'inchiostro dall'ugello e la formazione uniforme di gocce. Una viscosità troppo bassa riduce la forza di attrito all'interno dell'inchiostro e fa sì che le gocce assumano una forma a mezzaluna, causando oscillazioni smorzate e compromettendo la velocità di spruzzatura. Una viscosità eccessiva, al contrario, compromette la fluidità dell'inchiostro e rende difficile la formazione di gocce di piccole dimensioni. Inoltre, la spruzzatura dell'inchiostro è molto sensibile alle variazioni di viscosità, e anche piccoli fenomeni di ispessimento per taglio possono rendere impossibile la stampa a causa di un brusco aumento della viscosità. Xaar dichiara sul proprio sito web ufficiale che l'ugello Xaar 1001 GS12 è adatto per inchiostri ceramici con un intervallo di viscosità compreso tra 7 e 50 mPa·s (il che significa che è necessario regolare la temperatura dell'inchiostro per adattare la viscosità durante la spruzzatura a un intervallo compreso tra 7 e 20 mPa·s, ma una viscosità dell'inchiostro troppo alta o troppo bassa può influire sulla durata dell'ugello). Il manuale dei parametri tecnici della stampante Dimatix Fujifilm StarFireTM SG-1024/MC indica che l'ugello può essere utilizzato con inchiostri ceramici con un intervallo di viscosità compreso tra 8 e 20 mPa · s, mentre l'intervallo consigliato è di 10-14 mPa · s.

3. tensione superficiale

Una tensione superficiale adeguata garantisce la formazione uniforme delle gocce d'inchiostro e un ugello antiaderente, contribuendo a mantenere la stabilità a lungo termine nella stampa a getto d'inchiostro. Se la tensione superficiale dell'inchiostro ceramico è troppo elevata, si verifica facilmente il fenomeno della "coda" delle gocce d'inchiostro; se la tensione superficiale è troppo bassa, le gocce d'inchiostro tendono a diffondersi e si generano gocce a forma di satellite, che possono ridurre la nitidezza e la stratificazione del motivo. Allo stesso tempo, la tensione superficiale dell'inchiostro diminuisce con l'aumento della temperatura. Il sistema di controllo della temperatura dell'ugello può essere utilizzato per regolare la tensione superficiale dell'inchiostro ceramico. Attualmente, la tensione superficiale dell'inchiostro ceramico commercializzato alla temperatura di stampa a getto d'inchiostro è di circa 20-35 mN · m⁻¹.

4. Distribuzione delle dimensioni delle particelle

A causa delle limitazioni imposte dall'apertura dell'ugello e dal sistema di percorso dell'inchiostro, le particelle di pigmento nell'inchiostro devono essere sufficientemente piccole da garantire un getto d'inchiostro uniforme. Oltre a evitare la precipitazione delle particelle durante lo stoccaggio e l'utilizzo, è necessario che le particelle del colorante siano di piccole dimensioni. La distribuzione granulometrica nell'inchiostro ceramico dovrebbe essere la più ristretta possibile per evitare il fenomeno dello sviluppo non uniforme del colore causato da coloranti troppo grossolani (densità di impaccamento non uniforme dei coloranti sui prodotti ceramici) e l'indebolimento causato da particelle troppo fini (fusione dei coloranti nello smalto). Attualmente, il D50 degli inchiostri ceramici commercializzati è di circa 200-350 nm, mentre il D90 è inferiore a 850 nm.

5.solidi

Il contenuto di solidi si riferisce alla percentuale in massa di pigmenti ceramici inorganici e relativi additivi in ​​fase solida presenti nell'inchiostro ceramico, il cui componente principale è costituito da pigmenti ceramici inorganici. Maggiore è il contenuto di solidi, maggiore è il contenuto di pigmento per unità di massa di inchiostro, il che può migliorare l'intensità e la gamma cromatica della stampa a getto d'inchiostro ceramico, ridurre la quantità di inchiostro ceramico utilizzato e quindi diminuire i costi per le aziende produttrici di ceramica. In termini di potere espressivo dei disegni, l'effetto dell'aumento del contenuto di solidi dell'inchiostro è migliore rispetto all'effetto della sovrapposizione di punti di inchiostro mediante la stampa ripetuta nella stessa posizione. Questo perché la stampa ripetuta nella stessa posizione può facilmente causare la deviazione dei punti di inchiostro dalla posizione desiderata, riducendo la nitidezza. L'aumento del contenuto di solidi può anche comportare un aumento della viscosità dell'inchiostro ceramico.

6. Il colore appare dopo la cottura

I principali fattori che influenzano il colore dell'inchiostro ceramico a getto d'inchiostro includono il tipo di pigmento, la struttura cristallina, la purezza, il contenuto di pigmento nell'inchiostro e la distribuzione granulometrica; la composizione del corpo e dello smalto; la temperatura, il sistema di atmosfera e così via. Rispetto ai pigmenti ordinari, i pigmenti per inchiostro richiedono una buona capacità colorante allo stato di particelle ultrafini. I pigmenti selezionati devono reagire completamente durante il processo di preparazione, avere cristalli di colore ben sviluppati, una buona stabilità alle alte temperature e resistere all'erosione dello smalto. Ciò richiede la selezione di materie prime per i coloranti ad elevata purezza, granulometria uniforme e alta attività. In termini di processo, è necessario un tempo di cottura più lungo per garantire una crescita cristallina più completa e un'integrità strutturale. Anche il contenuto di solidi dell'inchiostro influisce sul colore: maggiore è il contenuto di solidi, più scuro sarà il colore. Poiché un elevato contenuto di solidi influisce sulla stabilità dell'inchiostro, il contenuto di solidi dei diversi inchiostri colorati deve essere regolato in base alla situazione. Maggiore è la dimensione delle particelle, più il colore si avvicina a quello del pigmento. Dopo la macinazione fine del pigmento, alcuni colori come il giallo e il rosso risulteranno più chiari o addirittura incolori. La tonalità di colore dell'inchiostro marrone e arancione cambierà, quindi la dimensione delle particelle influisce sulla tonalità e sulla profondità del colore. A causa della diminuzione della dimensione delle particelle, il punto di fusione dei coloranti per inchiostro è molto più basso di quello dei coloranti ordinari. Pertanto, dopo un'ampia fluttuazione di temperatura, i coloranti possono fondere completamente e, dopo la fusione, non sono più cristalli ma corpi fusi, il che porta a differenze di colore e persino allo sbiadimento. Ad esempio, le prestazioni di colorazione del pigmento blu cobalto dipendono dall'energia di scissione del campo di coordinazione. Diverse energie di scissione determinano diverse lunghezze d'onda assorbite e il pigmento mostrerà una serie di colori. Co2+(3d2) assorbe la luce arancione, gialla e in parte verde, presentando un colore blu violaceo; Co3+(3d3) assorbe la luce colorata diversa dal verde, riflettendo fortemente il verde e apparendo verde. L'inchiostro ceramico blu cobalto è colorato principalmente dal pigmento Co2+ nel CoAl2O4. Se i cristalli di CoAl2O4 fondono ad alte temperature, il Co2+(3d2) può ossidarsi a Co3+(3d3), causando una differenza di colore.

7. Adattabilità alla smaltatura del corpo

A parità di altre condizioni, la composizione del corpo e dello smalto può variare notevolmente, con conseguente grande differenza nell'effetto della stampa a getto d'inchiostro. Studi correlati hanno dimostrato che diversi ossidi metallici presenti nella composizione dello smalto, come ossido di litio, ossido di boro, ossido di zinco, ossido di magnesio e ossido di antimonio, possono influenzare il colore dell'inchiostro e pertanto il loro utilizzo dovrebbe essere evitato o ridotto. L'effetto negativo dell'ossido di potassio sul colore dell'inchiostro ceramico è maggiore di quello del perossido di sodio. L'ossido di calcio e l'ossido di bario non alterano significativamente il colore dell'inchiostro ceramico e possono essere utilizzati in sostituzione di sostanze come l'ossido di litio e l'ossido di boro. L'ossido di stagno può esaltare il colore rosso dei capelli, ma può causare un'eccessiva colorazione rossa del prodotto. L'ossido di titanio può esaltare i colori rosso e giallo dei capelli, ma può causare un ingiallimento del prodotto e indebolire il colore nero dei capelli.

8. Secchezza

Se il tempo di asciugatura è troppo lento, un'eccessiva diffusione dell'inchiostro ceramico causerà variazioni di colore e motivi sfocati; se il tempo di asciugatura è troppo rapido, un'insufficiente diffusione dell'inchiostro ceramico può causare aree di riempimento vuote, l'espansione delle gocce di inchiostro e l'azione capillare possono anche portare a sbavature. Il modo principale in cui l'inchiostro ceramico si asciuga sulla superficie del corpo è attraverso la diffusione delle gocce di inchiostro sul corpo stesso, e il modo secondario è attraverso l'evaporazione delle gocce di inchiostro nell'aria. La velocità di diffusione dipende dall'umidità sulla superficie del corpo verde, dalla porosità del corpo verde, nonché dalla composizione dell'inchiostro e del tensioattivo. Il tempo di asciugatura dipende dal coefficiente di diffusione dell'inchiostro ed è linearmente correlato alla densità di copertura dell'inchiostro. L'asciugatura ad alta risoluzione dell'inchiostro a getto d'inchiostro è più semplice.
Al processo di produzione dell'inchiostro ceramico si può aggiungere una certa quantità di solventi alcolici per aumentarne la volatilità; si può anche aggiungere una piccola quantità di disperdente (come polioli alchil eteri e altri composti organici) per soddisfare i requisiti della stampa a getto d'inchiostro. Per evitare che l'inchiostro ceramico evapori troppo rapidamente a temperatura ambiente, causando interruzioni nella spruzzatura e ostruzioni degli ugelli, è necessario aggiungere alcuni agenti umidificanti ad alto punto di ebollizione e non volatili durante il processo di preparazione. Colorobia ha dichiarato sul sito web del Centro di Ricerca Ceramica di aver aggiunto DEG (dietilenglicole, con un punto di ebollizione di 245 °C) al suo inchiostro ceramico per evitarne la volatilizzazione; e nel suo brevetto europeo EP 1840178 A1 si menziona che il punto di ebollizione del mezzo disperdente deve superare i 200 °C. Per prevenire le differenze di colore causate dalle diverse velocità di diffusione delle gocce di inchiostro dal centro al bordo della superficie della stampante, e per evitare la formazione di un'eccessiva quantità di vapore acqueo, attualmente gli inchiostri ceramici utilizzano principalmente un sistema di dispersione a base oleosa (organica). Tra questi, gli ugelli Xaar 1001 GS12 e Dimatix Fujifilm StarFireTM SG-1024/MC richiedono l'utilizzo di inchiostri ceramici a base oleosa, come indicato nel manuale di istruzioni.

9. Altri indicatori di performance

Oltre agli aspetti sopra menzionati, anche la compatibilità tra l'inchiostro ceramico e l'ugello (se usurerà eccessivamente l'ugello, se lo ostruirà, se influenzerà l'iniezione di altri ugelli sulla base dell'ugello a causa dell'eccessiva espansione dell'inchiostro ceramico, se potrà funzionare senza intoppi con l'equazione della forma d'onda dell'impulso di tensione appropriata, se la velocità di iniezione e la capacità della goccia di inchiostro sono ragionevoli, se il punto di caduta della goccia di inchiostro è preciso, ecc.), la compatibilità con le stampanti a getto d'inchiostro ceramico (valore del pH, se corroderà, dissolverà il sistema del percorso dell'inchiostro, ecc.) e altri indicatori di prestazione (conduttività, ecc.) devono soddisfare, in una certa misura, i requisiti della stampa a getto d'inchiostro ceramico.

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