CN113429831B - 一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法 - Google Patents

一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法，该方法涉及的微反应器是由第一通道、第二通道、第三通道和第四通道、引流槽和出口组成，将八水氧氯化锆加入去离子水配置成溶液A，将环己烷、正戊烷或正庚烷与曲拉通和正己醇混合配置成溶液B，将氨水配置成溶液C作为沉淀剂，去离子水作为溶液D，分别注入微反应器的第一通道、第二通道、第三通道和第四通道进行瞬时形成纳米氢氧化锆沉淀，将生成的氢氧化锆沉淀收集、洗涤和干燥，高温煅烧得到氧化锆粉体，再将氧化锆粉体与分散剂、粘合剂和水混合搅拌超声，静置，即得氧化锆陶瓷墨水。通过本发明所述方法获得的氧化锆陶瓷墨水具备极好的分散稳定性，主要用在喷墨打印中，效果优良。

Description

一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的 方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷墨水的制备方法，具体是一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法。
背景技术
近几年，随着陶瓷喷墨打印技术逐渐走入人们的视野，其应用领域也在逐渐的扩大，为氧化锆陶瓷墨水的应用打开了一条新路径，但也因此显露出传统氧化锆陶瓷墨水制备方法反应时间较长，硬团聚问题，分散性差，烧结活性低，工艺复杂等巨大弊端，因而逐渐向粉粒更细，粒度分布更大，团聚程度更低的工艺发展。和发达国家相比，我国生产的氧化锆仍存在很多关键性的技术问题，如氧化锆块的瓷结合和硬度，含水量等都与国外先进水平有水平差距，而陶瓷喷墨打印成型技术作为一种全新的陶瓷成型方法，是现代计算机技术和纳米陶瓷粉体墨水制备技术相结合的产物，具有速度快、成本低、自动化程度高、且应用十分广泛，可以制备多种复杂图案元件等优点。因此氧化锆牙冠的成型制备可借助喷墨打印技术得以实现和完善。
如果利用喷墨打印设备，想要喷打出尺寸可控，性能良好的氧化锆牙冠，那么关于氧化锆陶瓷墨水的配制至关重要，配制出的氧化锆陶瓷墨水如果稳定分散性不好，就会很容易堵塞喷头，影响设备运行，而且对于最后的氧化锆牙冠成型也会造成一定影响。因此，配制均匀分散稳定的氧化锆陶瓷墨水成为整个喷墨打印环节中最重要的一环。现在已有的众多文献对陶瓷墨水的制备方法所进行的研究，着重解决的就是陶瓷墨水的分散性和稳定性问题。但是综合国内外研究现状来看，目前已公开发表的普通陶瓷墨水制备方法仍集中于固相法和分散法，但制备出的氧化锆粉体粒度较大，易团聚并且会阻塞或磨损打印机喷嘴，因此，本发明将利用微反应器技术制备粒径更小的氧化锆粉体，实现配制出均匀稳定的适用于喷墨打印的水系氧化锆陶瓷墨水。
发明内容
本发明目的在于，提供一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法，该方法涉及的微反应器是由第一通道、第二通道、第三通道和第四通道、引流槽和出口组成，将八水氧氯化锆加入去离子水配置成溶液A，将环己烷、正戊烷或正庚烷与曲拉通和正己醇混合配置成溶液B，将氨水配置成溶液C作为沉淀剂，去离子水作为溶液D，分别注入微反应器的第一通道、第二通道、第三通道和第四通道进行瞬时形成纳米氢氧化锆沉淀，将生成的氢氧化锆沉淀收集、洗涤和干燥，高温煅烧得到氧化锆粉体，再将氧化锆粉体与分散剂、粘合剂和水混合搅拌超声，静置，即得氧化锆陶瓷墨水。通过本发明所述方法获得的氧化锆陶瓷墨水具备极好的分散稳定性，主要用在喷墨打印中，效果优良。
本发明所述一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法，该方法涉及的微反应器为已有装置是由第一通道(1)、第二通道(2)、第三通道(3)和第四通道(4)、引流槽(5)、出口(6)组成，按下列步骤进行：
氧化锆纳米粉体的制备：
a、将八水氧氯化锆加入去离子水中，充分溶解，配制成浓度为0.5-3mol/L的氧氯化锆溶液A；
b、按质量比1.0-3.0∶1.5-3.5∶6-9将曲拉通TrionX-100∶正己醇∶环己烷、正庚烷或正辛烷混合搅拌均匀，形成有机相溶液B；
c、将氨水配制成浓度为0.5-3mol/L的水溶液C，作为沉淀剂；
d、利用微反应器将得到的步骤a溶液A、步骤b溶液B、步骤c溶液C和去离子水分别由与微反应器中各通道相连的注射器通过注射泵注入到微反应器的第一通道(1)、第二通道(2)、第三通道(3)和第四通道(4)中，各注射器的对冲速率比为1:1-10:1-10:1，将溶液A、溶液B、溶液C和去离子水通过与第一通道(1)、第二通道(2)、第三通道(3)和第四通道(4)相连的引流槽(5)快速对冲撞击，瞬时形成纳米氢氧化锆沉淀，通过出口(6)将形成的沉淀收集，再用醇洗并干燥，得到纯净的氢氧化锆；
e、将步骤d中的氢氧化锆沉淀在空气氛围中以速率为1-5℃/min升温500℃-800℃进行煅烧，保温时间为1-4h，取出研磨，得到形貌为二维纳米片状，厚度在100nm的氧化锆纳米粉体；
水系氧化锆陶瓷墨水的制备：
f、将步骤e得到的氧化锆纳米粉体按墨水总质量的5-50wt％分散在分散剂、粘合剂和水中，超声搅拌，静置形成均匀稳定，得到分散良好的水系氧化锆陶瓷墨水，其中分散剂为三乙醇胺、聚乙二醇400或聚丙烯酸；粘合剂为水溶性淀粉、海藻酸钠或聚乙烯吡洛烷酮；水、分散剂和粘合剂的质量百分比分别为氧化锆纳米粉体的50-95wt％，0.5-10wt％，0.1-5wt％；
g、将步骤f分散稳定好的水系氧化锆陶瓷墨水注入贮液管中，调节电压和气压，按照设定的图案进行喷墨打印成型。
本发明所述的一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法，该方法涉及的微反应器为华东理工大学设计制备，专利号201310728056.4。
本发明所述的一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法，该方法与现有技术相比，创新点有如下几点：(1)快速高效，微反应器制备氢氧化锆沉淀从组装到材料合成不到15分钟，瞬时对冲产生沉淀，相对其他液相法如共沉淀和水热等方法，更加节能省时高效；(2)氢氧化锆粒径更小，尺寸分布更加均匀，因为瞬时形成纳米沉淀，消除了核生长阶段，直接在核形成时就直接得到氢氧化锆粉体。
附图说明
图1为本发明微反应器结构示意图；
图2为本发明微反应器中四个通道结构示意图；
图3为本发明微反应器图片；
图4为本发明实施例2所得氧化锆粉体XRD图像；
图5为本发明实施例2所得氧化锆粉体SEM图像；
图6为本发明实施例2所得氧化锆陶瓷墨水喷墨打印图。
具体实施方式
实施例1
本发明所述一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法，该方法涉及的微反应器为已有装置是由第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4、引流槽5、出口6组成，按下列步骤进行：
氧化锆纳米粉体的制备：
a、将八水氧氯化锆加入去离子水中，充分溶解，配制成浓度为0.5mol/L的氧氯化锆溶液A；
b、按质量比1.0∶3.5∶9将曲拉通TrionX-100∶正己醇∶环己烷混合搅拌均匀，形成有机相溶液B；
c、将氨水配制成浓度为0.5mol/L的水溶液C，作为沉淀剂；
d、利用微反应器将步骤a得到的溶液A、步骤b得到的溶液B、步骤c得到的溶液C和去离子水分别由与各通道相连的注射器通过注射泵注入到微反应器的第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4中，各注射器的对冲速率比为1:1:1:1，将溶液A、溶液B、溶液C和去离子水通过与第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4分别相连的引流槽5快速对冲撞击，瞬时形成纳米氢氧化锆沉淀，通过出口6将形成的沉淀收集，再用醇洗并干燥，得到纯净的氢氧化锆；
e、将步骤d中得到的氢氧化锆沉淀在空气氛围中以速率为1℃/min升温500℃进行煅烧，保温时间为4h，取出研磨，得到形貌为二维纳米片状，厚度在100nm的氧化锆纳米粉体；
水系氧化锆陶瓷墨水的制备：
f、将步骤e得到的氧化锆纳米粉体按墨水总质量的5wt％分散在分散剂三乙醇胺、粘合剂水溶性淀粉和水中，超声搅拌，静置形成均匀稳定，分散良好的水系氧化锆陶瓷墨水，其中水、分散剂和粘合剂的质量百分比分别为氧化锆纳米粉体的50wt％，10wt％，5wt％；
g、将步骤f分散稳定好的水系氧化锆陶瓷墨水注入贮液管中，调节电压和气压，按照设定的图案进行喷墨打印成型。
实施例2
该方法涉及的微反应器以实施例1为依据，具体操作按下列步骤进行：
氧化锆纳米粉体的制备：
a、将八水氧氯化锆加入去离子水中，充分溶解，配制成浓度为10mol/L的氧氯化锆溶液A；
b、按质量比3.0∶1.5∶6将曲拉通TrionX-100∶正己醇∶正庚烷混合搅拌均匀，形成有机相溶液B；
c、将氨水配制成浓度为10mol/L的水溶液C，作为沉淀剂；
d、利用微反应器将步骤a得到的溶液A、步骤b得到的溶液B、步骤c得到的溶液C和去离子水分别由与各通道相连的注射器通过注射泵注入到微反应器的第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4中，各注射器的对冲速率比为1:10:10:1，将溶液A、溶液B、溶液C和去离子水通过与第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4分别相连的引流槽5快速对冲撞击，瞬时形成纳米氢氧化锆沉淀，通过出口6将形成的沉淀收集，再用醇洗并干燥，得到纯净的氢氧化锆；
e、将步骤d中的氢氧化锆沉淀在空气氛围中以速率为3℃/min升温650℃进行煅烧，保温时间为3h，取出研磨，得到形貌为二维纳米片状，厚度在100nm的氧化锆纳米粉体；
水系氧化锆陶瓷墨水的制备：
f、将步骤e得到的氧化锆纳米粉体按墨水总质量的20wt％分散在分散剂聚乙二醇400、粘合剂海藻酸钠和水中，超声搅拌，静置形成均匀稳定，分散良好的水系氧化锆陶瓷墨水，其中水、分散剂和粘合剂的质量百分比分别为氧化锆纳米粉体的95wt％，0.5wt％，0.1wt％；
g、将步骤f分散稳定好的水系氧化锆陶瓷墨水注入贮液管中，调节电压和气压，按照设定的图案进行喷墨打印成型。
实施例3
该方法涉及的微反应器以实施例1为依据，具体操作按下列步骤进行：
氧化锆纳米粉体的制备：
a、将八水氧氯化锆加入去离子水中，充分溶解，配制成浓度为3mol/L的氧氯化锆溶液A；
b、按质量比2.0∶2.5∶8将曲拉通TrionX-100∶正己醇∶正辛烷混合搅拌均匀，形成有机相溶液B；
c、将氨水配制成浓度为3mol/L的水溶液C，作为沉淀剂；
d、利用微反应器将步骤a得到的溶液A、步骤b得到的溶液B、步骤c得到的溶液C和去离子水分别由与各通道相连的注射器通过注射泵注入到微反应器的第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4中，各注射器的对冲速率比为1:5:5:1，将溶液A、溶液B、溶液C和去离子水通过与第一通道1、第二通道2、第三通道3和第四通道4分别相连的引流槽5快速对冲撞击，瞬时形成纳米氢氧化锆沉淀，通过出口6将形成的沉淀收集，再用醇洗并干燥，得到纯净的氢氧化锆；
e、将步骤d中的氢氧化锆沉淀在空气氛围中以速率为5℃/min升温800℃进行煅烧，保温时间为4h，取出研磨，得到形貌为二维纳米片状，厚度在100nm的氧化锆纳米粉体；
水系氧化锆陶瓷墨水的制备：
f、将步骤e得到的氧化锆纳米粉体按墨水总质量的50wt％分散在分散剂聚丙烯酸、粘合剂聚乙烯吡洛烷酮和水中，超声搅拌，静置形成均匀稳定，分散良好的水系氧化锆陶瓷墨水，其中水、分散剂和粘合剂的质量百分比分别为氧化锆纳米粉体的75wt％，8wt％，3wt％；
g、将步骤f分散稳定好的水系氧化锆陶瓷墨水注入贮液管中，调节电压和气压，按照设定的图案进行喷墨打印成型。

Claims (1)

1.一种利用微反应器制备喷墨打印用水系氧化锆陶瓷墨水的方法，该方法涉及的微反应器为已有装置是由第一通道（1）、第二通道（2）、第三通道（3）和第四通道（4）、引流槽（5）和出口（6）组成，其特征在于，按下列步骤进行：
氧化锆纳米粉体的制备：
a、将八水氧氯化锆加入去离子水中，充分溶解，配制成浓度为0.5-3mol/L的氧氯化锆溶液A；
b、按质量比1.0-3.0∶1.5-3.5∶6-9将曲拉通TrionX-100∶正己醇∶环己烷、正庚烷或正辛烷混合搅拌均匀，形成有机相溶液B；
c、将氨水配制成浓度为0.5-3mol/L的水溶液C，作为沉淀剂；
d、利用微反应器将得到的步骤a溶液A、步骤b溶液B、步骤c溶液C和去离子水分别由与微反应器中的各通道相连的注射器通过注射泵注入到微反应器的第一通道（1）、第二通道（2）、第三通道（3）和第四通道（4）中，各注射器的对冲速率比为1:1-10:1-10:1，将溶液A、溶液B、溶液C和去离子水通过与第一通道（1）、第二通道（2）、第三通道（3）和第四通道（4）相连的引流槽（5）快速对冲撞击，瞬时形成纳米氢氧化锆沉淀，通过出口（6）将形成的沉淀收集，再用醇洗并干燥，得到纯净的氢氧化锆；
e、将步骤d中的氢氧化锆沉淀在空气氛围中以速率为1-5℃/min升温500℃-800℃进行煅烧，保温时间为1-4 h，取出研磨，得到形貌为二维纳米片状，厚度在100nm的氧化锆纳米粉体；
水系氧化锆陶瓷墨水的制备：
f、将步骤e得到的氧化锆纳米粉体按墨水总质量的5-50wt%分散在分散剂、粘合剂和水中，超声搅拌，静置形成均匀稳定，得到分散良好的水系氧化锆陶瓷墨水，其中分散剂为三乙醇胺、聚乙二醇400或聚丙烯酸；粘合剂为水溶性淀粉、海藻酸钠或聚乙烯吡洛烷酮；水、分散剂和粘合剂的质量百分比分别为氧化锆纳米粉体的50-95 wt%，0.5-10wt%，0.1-5wt%；
g、将步骤f分散稳定好的水系氧化锆陶瓷墨水注入贮液管中，调节电压和气压，按照设定的图案进行喷墨打印成型。
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