彩釉玻璃用无铅彩釉油墨的制备及性能研究

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彩釉玻璃是目前建筑行业广泛应用的一种装饰材料,但生产彩釉玻璃所用油墨大部分为含铅玻璃油墨,对人们的健康和生态环境会产生严重危害。为解决该问题,本论文以SiO2-B2O3-ZnO系玻璃作为彩釉玻璃油墨基料,研究CeO2、Bi2O3和Cr2O3含量对SiO2-B2O3-ZnO玻璃基料物相组成、化学稳定性、特征温度、膨胀系数、力学性能以及基料与钠钙玻璃润湿性的影响,并探讨了相关机理。将优化后的玻璃基料、无机颜料、有机溶剂和助剂配制成无铅玻璃油墨,通过正交实验对彩釉玻璃油墨的各组分以及球磨时间进行复配,得到了彩釉玻璃油墨的优选配方。主要研究结果如下:(1)随CeO2含量的增加,玻璃基料的抗弯强度先增加后降低,而其失重率、膨胀系数和与钠钙玻璃润湿角均是先下降后升高。当CeO2的含量为4wt%时,基料的抗弯强度取到最大值75.7MPa;CeO2的含量为1wt%时,基料与钠钙玻璃的润湿角取到最小值45.6°;CeO2的含量为3wt%时,基料在5wt%的H2SO4溶液中浸泡10min后,失重率取到最小值2.8mg/cm2。(2)随Bi2O3含量的增加,玻璃基料特征温度、抗弯强度、与钠钙玻璃的润湿角均呈现先增加后降低的趋势,而失重率和膨胀系数则是先降低后升高。当Bi2O3的含量为2wt%时,基料的膨胀系数取到最小值79.7×10-7℃-1;其对应的特征温度最高,Tg和Tf分别为515.3℃和464.8℃;与钠钙玻璃的润湿角取最大值55.4°。(3)随着Cr2O3含量的增加,玻璃基料中有Zn2SiO4晶体析出,基料的膨胀系数一直降低,而失重率、与钠钙玻璃的润湿角先降低后升高。当Cr2O3的含量为0.5wt%时,基料与钠钙玻璃的润湿角取到最小值36.8°;当Cr2O3的含量为1wt%时,基料的耐酸性和抗弯强度最好,其抗弯强度为85.9MPa。综合考虑玻璃基料的各项性能,最终确定玻璃基料优化配方为:SiO2(3 1.69wt%),H3BO3(22.12wt%),K2CO3(11.80wt%),ZnO(19.69wt%),BaCO3(6.36wt%),CeO2(1.87wt%),Bi2O3(5.97wt%),Cr2O3(0.5wt%)。(4)彩釉玻璃油墨中各组分的优选组合为玻璃基料、无机颜料、调墨油、分散剂之比为53:10:33:1.5,球磨时间为6h,玻璃的钢化温度为660℃~680℃时,玻璃涂层的综合性能最优。
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