1. A estabilidade da tinta cerâmica

A tinta cerâmica é um sistema de dispersão obtido pela dispersão de corantes em um meio dispersante, sendo este sistema relativamente estável. A estabilidade da dispersão requer que se considere a sua ausência de agregação ou precipitação após um determinado período de tempo. Agregação refere-se à aglomeração mútua entre pigmentos inorgânicos, relacionada ao efeito de dispersão entre as partículas de pigmento. Precipitação refere-se à aglomeração contínua de partículas de pigmento inorgânico até que estas se depositem no fundo do sistema de dispersão. Os fatores que influenciam esse processo incluem a densidade, a distribuição do tamanho das partículas e a composição do pigmento inorgânico no sistema de dispersão. Ao mesmo tempo, o sistema de dispersão requer a seleção de meios dispersantes, dispersantes, aglutinantes e outros compostos orgânicos adequados, exigindo que a tinta mantenha uma boa estabilidade química e não sofra alterações por reação química mesmo após armazenamento prolongado. Os pigmentos cerâmicos inorgânicos possuem alta densidade. Após um determinado período de tempo, os pigmentos presentes na tinta cerâmica tendem a se depositar. Enquanto houver agitação, a tinta cerâmica voltará a se dispersar uniformemente, num processo reversível. A tinta cerâmica circula nas impressoras jato de tinta e nos bicos, e sua capacidade de recuperação é de extrema importância.

Os fatores que afetam a estabilidade da tinta incluem o movimento browniano, a sedimentação gravitacional e a aglomeração de partículas coloridas. O movimento browniano depende principalmente da temperatura, da viscosidade e do tamanho das partículas da tinta. Quanto maior a temperatura, mais forte o movimento browniano; quanto maior a viscosidade e o tamanho das partículas, mais fraco o movimento browniano e menor a probabilidade de as partículas se agregarem. Como as partículas de pigmento são relativamente grandes e têm alta densidade, a velocidade de sedimentação da tinta depende principalmente da diferença de densidade entre o pigmento e o solvente. Quanto maior a diferença de densidade, mais rápida a sedimentação. A velocidade de sedimentação é diretamente proporcional ao quadrado do tamanho da partícula. Quanto maior a partícula, maior a velocidade de sedimentação; quanto maior a viscosidade da tinta, mais lenta a sedimentação. Existem dois mecanismos de estabilização para a dispersão de partículas de tinta: impedimento estérico e estabilização eletrostática. O impedimento estérico refere-se ao encapsulamento de microcápsulas de polímero na superfície das partículas de tinta para impedir a adesão entre as partículas no espaço. Atualmente, esse mecanismo é amplamente utilizado na indústria de tintas cerâmicas, mas apresenta a desvantagem de afetar a viscosidade da tinta, resultando em uma tendência de diminuição da viscosidade ao longo do tempo, o que afeta a estabilidade da tinta. A estabilidade eletrostática, que requer dispersantes de pequenas moléculas, é adequada para água e diluentes polares, mas atualmente a maioria das tintas cerâmicas utiliza diluentes apolares.

2. Viscosidade

A viscosidade adequada garante a circulação suave da tinta no percurso, o que é benéfico para a ejeção da tinta pelo bico e para a formação uniforme de gotas de tinta. Uma viscosidade muito baixa resulta em pequena força de atrito dentro da tinta, fazendo com que as gotas formem um formato crescente, causando oscilações e afetando a velocidade de pulverização. Viscosidade excessiva resulta em baixa fluidez da tinta e dificuldade na formação de gotas finas. Além disso, a pulverização de tinta é muito sensível a variações de viscosidade, e mesmo pequenos fenômenos de espessamento por cisalhamento podem impossibilitar a impressão devido a um aumento repentino da viscosidade. A Xaar informa em seu site oficial que o bico Xaar 1001 GS12 é adequado para tinta cerâmica com viscosidade entre 7 e 50 mPa·s (o que pode ser entendido como o ajuste da temperatura da tinta para ajustar a viscosidade durante a pulverização para 7 a 20 mPa·s, mas viscosidades muito altas ou muito baixas podem afetar a vida útil do bico). O manual de parâmetros técnicos da Dimatix Fujifilm StarFireTM SG-1024/MC indica que o bico pode ser usado com tinta cerâmica com viscosidade entre 8 e 20 mPa·s, sendo a faixa recomendada de 10 a 14 mPa·s.

3. tensão superficial

Uma tensão superficial adequada garante a formação uniforme de gotas de tinta e evita que o bico grude, o que contribui para a estabilidade a longo prazo na impressão a jato de tinta. Se a tensão superficial da tinta cerâmica for muito alta, isso pode facilmente levar ao arrasto das gotas de tinta; se for muito baixa, as gotas de tinta tendem a se difundir e a formar gotas satélite, o que pode reduzir a nitidez e a definição da imagem. Além disso, a tensão superficial da tinta diminui com o aumento da temperatura. O sistema de controle de temperatura do bico pode ser usado para ajustar a tensão superficial da tinta cerâmica. Atualmente, a tensão superficial da tinta cerâmica comercializada em temperatura de jato de tinta é de cerca de 20-35 mN·m⁻¹.

4. Distribuição do tamanho das partículas

Devido às limitações da abertura do bico e do sistema de fluxo de tinta, as partículas de pigmento na tinta devem ser suficientemente pequenas para garantir uma impressão a jato de tinta uniforme. Além de evitar a precipitação de partículas durante o armazenamento e uso, é fundamental que as partículas do corante sejam pequenas. A distribuição do tamanho das partículas na tinta cerâmica deve ser a mais estreita possível para evitar o desenvolvimento irregular da cor causado por corantes muito grosseiros (densidade de empacotamento irregular de corantes em produtos cerâmicos) e o enfraquecimento causado por partículas muito finas (fusão de corantes no esmalte). Atualmente, o D50 da tinta cerâmica comercializada está em torno de 200-350 nm e o D90 é inferior a 850 nm.

5. sólidos

O teor de sólidos refere-se à porcentagem em massa de pigmentos cerâmicos inorgânicos e aditivos de fase sólida relacionados na tinta cerâmica, sendo o principal componente os pigmentos cerâmicos inorgânicos. Quanto maior o teor de sólidos, maior a quantidade de pigmento por unidade de massa de tinta, o que pode melhorar a intensidade e a gama de cores da impressão a jato de tinta cerâmica, reduzir a quantidade de tinta cerâmica utilizada e, consequentemente, diminuir os custos para as empresas produtoras de cerâmica. Em termos de expressividade dos desenhos, o aumento do teor de sólidos da tinta apresenta melhor desempenho do que a sobreposição de pontos de tinta por meio da impressão repetida no mesmo local. Isso ocorre porque a impressão repetida no mesmo local pode facilmente causar o desvio dos pontos de tinta da posição desejada, reduzindo a nitidez. O aumento do teor de sólidos também pode levar a um aumento na viscosidade da tinta cerâmica.

6. A cor aparece após o disparo.

Os principais fatores que afetam a cor da impressão a jato de tinta em cerâmica incluem o tipo de pigmento, a estrutura cristalina, a pureza, o teor de pigmento na tinta e a distribuição do tamanho das partículas; a composição da base e do esmalte; a temperatura, o sistema atmosférico, entre outros. Comparados aos pigmentos comuns, os pigmentos para tinta exigem boa capacidade de coloração mesmo em partículas ultrafinas. Os pigmentos selecionados devem reagir completamente durante o processo de preparação, apresentar cristais de cor bem desenvolvidos, boa estabilidade em altas temperaturas e resistência à erosão do esmalte. Isso requer a seleção de matérias-primas corantes de alta pureza, tamanho de partícula uniforme e alta atividade. Em termos de processo, é necessário um tempo de queima mais longo para garantir um crescimento cristalino mais completo e integridade estrutural. O teor de sólidos da tinta também afeta a cor, sendo que quanto maior o teor de sólidos, mais escura a cor. Como o alto teor de sólidos afeta a estabilidade da tinta, o teor de sólidos de tintas de diferentes cores deve ser ajustado de acordo com a situação. Quanto maior o tamanho da partícula, mais próxima a cor do pigmento estará da cor original. Após a moagem fina do pigmento, algumas cores, como o amarelo e o vermelho, podem ficar mais claras ou até mesmo desaparecer. O tom da tinta marrom e laranja também se altera, portanto, o tamanho das partículas influencia a tonalidade e a intensidade da cor. Devido à redução do tamanho das partículas, o ponto de fusão dos corantes para tinta é muito menor do que o de corantes comuns. Consequentemente, após uma grande variação de temperatura, os corantes podem derreter completamente e, após a fusão, não se tornam cristais, mas sim corpos fundidos, o que leva a diferenças de cor e até mesmo ao desbotamento. Por exemplo, o desempenho de coloração do pigmento azul cobalto depende da energia de desdobramento do campo de coordenação. Diferentes energias de desdobramento resultam em diferentes comprimentos de onda absorvidos, e o pigmento exibirá uma série de cores. O Co²⁺(3d²) absorve luz laranja, amarela e parte da luz verde, apresentando uma cor azul-arroxeada; o Co³⁺(3d³) absorve luz colorida, exceto verde, refletindo fortemente o verde e apresentando uma cor verde. A tinta cerâmica azul cobalto é colorida principalmente pelo Co²⁺ presente no pigmento CoAl₂O₄. Se os cristais de CoAl2O4 se fundirem a altas temperaturas, o Co2+(3d2) pode ser oxidado a Co3+(3d3), causando diferença de cor.

7. Adaptabilidade ao esmalte do corpo

Quando outros fatores são iguais, a composição do corpo e do esmalte pode diferir bastante, e o efeito da impressão a jato de tinta pode variar muito. Estudos relacionados mostraram que vários óxidos metálicos na composição do esmalte, como óxido de lítio, óxido de boro, óxido de zinco, óxido de magnésio e óxido de antimônio, podem afetar a cor da tinta e devem ser evitados ou utilizados com moderação. O efeito adverso do óxido de potássio na cor da tinta cerâmica é maior do que o do peróxido de sódio. O óxido de cálcio e o óxido de bário não afetam seriamente a cor da tinta cerâmica e podem ser usados ​​para substituir substâncias como o óxido de lítio e o óxido de boro. O óxido de estanho pode promover a cor vermelha, mas pode fazer com que o produto fique avermelhado. O óxido de titânio pode promover cores vermelhas e amarelas, mas pode fazer com que o produto fique amarelado e a cor preta fique desbotada.

8. Secura

Se o tempo de secagem for muito lento, a difusão excessiva da tinta cerâmica causará alterações de cor e padrões borrados; se o tempo de secagem for muito rápido, a difusão insuficiente da tinta cerâmica poderá causar áreas de preenchimento em branco, e a expansão das gotas de tinta e a ação capilar também podem levar a efeitos de rebarba. A principal forma de secagem da tinta cerâmica na superfície do corpo é por meio da difusão das gotas de tinta sobre o corpo, e a forma secundária é por meio da evaporação das gotas de tinta no ar. A taxa de difusão depende da umidade na superfície do corpo verde, da porosidade do corpo verde, bem como da composição da tinta e do surfactante. O tempo de secagem depende do coeficiente de difusão da tinta, e o tempo de secagem da tinta está linearmente relacionado à densidade de cobertura da tinta. A secagem em impressoras jato de tinta de alta resolução é mais fácil.
Uma certa quantidade de solventes alcoólicos pode ser adicionada ao processo de fabricação da tinta cerâmica para aumentar sua volatilidade; uma pequena quantidade de dispersante (como éter alquílico de poliol e outros compostos orgânicos) também pode ser adicionada para atender aos requisitos da impressão a jato de tinta. Para evitar que a tinta cerâmica evapore muito rapidamente à temperatura ambiente, causando interrupção da pulverização e entupimento dos bicos, é necessário adicionar alguns agentes umectantes de alto ponto de ebulição e não voláteis durante o processo de preparação. A Colorobia declarou no site do Centro de Pesquisa Cerâmica que adicionou DEG (dietilenoglicol, com ponto de ebulição de 245 °C) à sua tinta cerâmica para evitar sua volatilização; e sua patente europeia EP 1840178 A1 menciona que o ponto de ebulição do meio de dispersão deve ser superior a 200 °C. Para evitar diferenças de cor causadas pelas diferentes taxas de difusão das gotas de tinta do centro para a borda da tinta à base de água no corpo da impressora, e para evitar a geração de uma grande quantidade de vapor de água, atualmente a tinta cerâmica utiliza principalmente um sistema de dispersão à base de óleo (orgânico). Entre elas, os bicos Xaar 1001 GS12 e Dimatix Fujifilm StarFire™ SG-1024/MC exigem o uso de tintas cerâmicas à base de óleo em seus manuais de especificações.

9. Outros indicadores de desempenho

Além dos aspectos mencionados acima, a compatibilidade entre a tinta cerâmica e o bico (se causará desgaste severo no bico, se o obstruirá, se afetará a injeção de outros bicos na mesma base devido à expansão excessiva da tinta cerâmica, se funcionará corretamente sob a equação de forma de onda de pulso de tensão adequada, se a velocidade de injeção e a capacidade da gota de tinta são razoáveis, se o ponto de deposição da gota de tinta é preciso, etc.), a compatibilidade com impressoras jato de tinta cerâmica (valor de pH, se corroerá ou dissolverá o sistema de fluxo de tinta, etc.) e outros indicadores de desempenho (condutividade, etc.) também precisam atender, em certa medida, aos requisitos da impressão jato de tinta cerâmica.

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