彩砂及制备方法 技术领域
本发明涉及一种表面装饰材料及制备方法，具体涉及一种有装饰用途的彩砂及制备方法。
背景技术
彩砂作为一种表面装饰材料，一般分为天然彩砂及人造彩砂两种。天然彩砂是通过直接破碎自然界的有色矿石而获得，但它们大多数色泽混沌，强度差，容易分化；而那些色泽鲜艳的天然彩砂，数量较少，且价格昂贵，局限性大。人造彩砂是将矿物颗粒通过表面包覆有色涂层获得，通过颜料的改变，可以制备出丰富多彩的彩砂品种，满足人们的不同需求。
彩砂可用于建筑涂料。近年来，建筑涂料的发展十分迅猛，其中深受人们重视和喜爱的砂壁状墙面涂料，就是由于彩沙的使用，才赋予了其特有的厚实质感和庄重的表面立体感。砂壁状涂料有保护和装饰的双重功能，现今它不仅用于各类建筑物的内外墙装饰，而且用于城市雕塑、泡沫雕花艺术、广告宣传牌、玻璃钢浮雕、石膏体系装饰材料、饱和聚脂泡沫体系装饰材料等等，还可在各种造型的木、竹、塑料、金属、水泥、玻璃、胶合板、纸皮等材料的表面喷涂。彩砂也可防水屋面材料，比如用于彩色沥青瓦表面，它不仅可以保护沥青表层免受阳光直接照射，延长沥青的使用寿命，并且可以丰富产品的色彩，有利于防火安全，以及起到隔离卷材的作用以方便开卷等。
目前人造彩砂的制造方法主要有三种：一种是用有机颜料染色法，该法主要采用与砂石结合力强的有机粘结剂，如氯丁橡胶、环氧树脂、氯偏树脂、丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅类等等。其中尤以丙烯酸酯类及有机硅类为优，如“苯一丙乳液彩砂涂料的制作与使用”一文中介绍以苯-丙乳液为基料加入若干功能辅料调制成制备彩砂的涂料，详见《今日科技》2000年第8期P8-9。但这一类制备的彩砂其耐老化性能差，时间一长容易褪色。第二种制备彩砂的方法是用树脂混合无机色料涂布在石英砂表层，然后在200-300℃温度下烘烤固化着色。该法制备地彩砂也存在耐老化性能差，易褪色和包裹不均匀等缺陷。第三种制备彩砂的方法是高温烧结法，如用无机色料，低熔点物和石英砂混合，再在1200-1350℃高温烧结成一体，然后经破碎、筛分成彩砂成品，详见CN1042627C，1999年3月24日。这类方法制备彩砂的缺点是能耗大，工序复杂。也有采用陶瓷彩釉烧结原理制备彩砂的方法，这种工艺的特征是提供了合适的无机氧化物颜料和碱性氧化物助熔剂。当颜料和助熔剂均匀分布在石英砂表面，置于800-900℃炉中烧结时，助熔剂的熔体与软化了的石英砂表层相互渗透，颜料也随之渗入，并发生固相反应而着色，详见CN1357580A，2002年7月10日。这类方法制备彩砂对基体材料的要求较高，尤其对于基体材料是深颜色的矿物来说，当制备浅色调的彩砂时往往要进行二次包裹，这极大地提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种彩砂及其制备方法，该方法易于工业化生产，煅烧温度较低，所制备的彩砂耐老化性能好、不易褪色、呈色好等特点。
本发明的目的是这样实现的：一种表面装饰材料彩砂及其制备方法，其包括下列步骤：
1、彩砂基础材料的制备：对于彩砂的基础材料可以选取石英，玄武岩，辉绿岩等莫氏硬度较大的矿物或铁、铜等金属冶金矿渣等。这些无机矿物或矿渣，经颚式破碎机破碎后，需经圆锥式破碎机进行破碎，从而得到破碎后颗粒的外形以三方或四方棱锥，上述物料经筛分、洗涤和烘干，制备成具有一定粒径级配的颗粒，其具体粒径级配有下列特征：中国筛目为测试标准筛目。
8-12目 1～5％
12-16目 20～30％
16-20目 10～20％
20-30目 25～40％
30-40目 5～15％
40目以下 3～5％。
2、彩砂表面包裹用色料浆的制备
本发明制备彩砂用的表面包裹色层的色料浆配方以加入乳浊熔块、无机色料、膨润土、高岭土、无机粘结剂。
上述配方中所加入的无机粘结剂具体为：多聚磷酸钠、磷酸氢二铝、硅溶胶、硅酸钠、正硅酸乙脂一种或两种及两种以上混合物。
上述配方中所加入的色料为各种不同颜色的无机色料：包括简单化合物色料、尖晶石型色料或钙钛矿型色料。
上述配方中所加入的高岭土，选用微观结构以片状为主的苏州土。
上述配方中所加入的膨润土，选用辽宁黑山膨润土。
上述配方中所加入的乳浊熔块，其配方组成以重量百分比计为：
纯碱 10-25％，
长石 10-18％，
石灰石 2-10％，
氧化锌 3-9％，
水洗高岭土 2-8％，
石英 15-30％，
硼酸 10-30％，
氧化锆 2-10％，
萤石 0-2％。
彩砂表面包裹色层的色料浆配方组成以重量百分比计为：
乳浊熔块 10-25％
无机色料 5-25％
黑山膨润土 2-10％
苏州土 10-30％
无机粘结剂 10-40％
自来水 20-50％
将上述原料按配比称量后，倒入球磨机进行混合球磨，球磨时间为2-48小时，色浆细度达5-6um以下。
3、包裹表面色层工艺
在上述制备好的色料浆中加入有机分散剂，该有机分散剂为环氧乙烷与高级脂肪醇的缩合物，有机分散剂的加入量为0.2％。加入有机分散剂后进行充分的搅拌，静置备用。
称1000克烘干干净的且呈粒径级配的矿物颗粒，与20-130克的加入有机分散剂的色料浆进行混和，包裹好后，通入热空气进行烘干被色浆包裹的颗粒，热风温度为200℃，直至彩砂颗粒的含水率小于0.3％为止。
4、彩砂的煅烧
将上述烘干的彩砂采用外热式的回转窑设备进行煅烧，煅烧温度为500-950℃，保温时间0.5-1小时，制得彩砂。所采用的外热式回转窑的燃烧室与窑的回转筒体是隔离的，彩砂在回转筒体内进行煅烧；外热式回转窑的筒体内无需铺砌耐火砖，是由耐热不锈钢材料制成；外热式回转窑的筒体内设有扬料板；外热式回转窑的筒体倾斜度可调范围为1-3度；外热式回转窑的筒体旋转速度可实现连续调节。
本发明通过选取无机色料作为彩砂的显色成分，首先通过无机粘结剂辅以有机分散剂，将这些无机色料很好地涂覆于矿物颗粒的表面，再经中、高温煅烧，通过乳浊熔块将色料与矿物颗粒很好地黏附在一起，形成一个统一的整体，从根本上解决了彩砂的颜色耐老化性差、易褪色和化学稳定性差等问题。
特别是本发明中添加的乳浊熔块一方面起到粘结色料和矿物颗粒的作用，另一方面这些乳浊熔块自身呈现白色不透明状，可以很好地对矿物颗粒的底色加以覆盖，这不仅可以扩大彩砂基础材料的选择范围，而且在用深色调基材制备浅色调彩砂时，可以实现一次包裹，一次煅烧，克服了以往需要进行底色覆盖包裹，面层呈色包裹的这样一种二次包裹与煅烧的反复，有效避免了生产的烦琐。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实例1：
1.1彩砂基础材料的制备
选取玄武岩矿物经颚式破碎机破碎后，再经圆锥式破碎机进行破碎，然后进行筛分、洗涤和烘干，制备成具有一定粒径级配的颗粒，中国筛目为测试用标准筛目。
8-12目 2％
12-16目 25％
16-20目 18％
20-30目 40％
30-40目 10％
40目以下 5％。
1.2乳浊熔块的制备
依据下列配方组成进行配料，以重量百分比计：
纯碱 20％，
长石 12％，
石灰石 5％，
氧化锌 6.5％，
水洗高岭土 2.5％，
石英 20％，
硼酸 24.4％，
氧化锆 8.1％，
萤石 1.5％。
然后在1200℃熔融，淬冷成粒，球磨至325目备用。
1.3彩砂表面包裹用色料浆的配制
按下列彩砂表面包裹色层的色料浆配方组成配方，以重量配比计，进行称量。
乳浊熔块 15克
铁红色料Fe2O3 10克
黑山膨润土 5克
苏州土 15克
多聚磷酸钠 25克
自来水 50克
将上述原料按配比称量后，倒入球磨机进行混合球磨，球磨时间为8小时，色浆细度达6微米以下进行出料。
1.4包裹表面色层
在上述制备好的色料浆中加入有机分散剂环氧乙烷与高级脂肪醇的缩合物，加入量为色料浆重量的0.2％。加入有机分散剂后进行充分的搅拌，静置备用。
称1000克烘干干净的1.1中制备的砂，与50克上述色料浆进行混和，快速搅拌约10分钟，通入热空气进行烘干被色浆包裹的颗粒，热风温度为200℃，直至彩砂颗粒干燥为止，此时彩砂的含水率应小于0.3％。
1.5彩砂的煅烧
将上述烘干的彩砂放入外热式小型回转窑内进行煅烧，煅烧温度为600℃，保温时间0.5小时，制成彩砂成品。
实例2：
2.1彩砂基础材料的制备
选取铁矿废渣经颚式破碎机破碎后，再经圆锥式破碎机进行破碎，然后进行筛分、洗涤和烘干，制备成具有一定粒径级配的颗粒，中国筛目为测试用标准筛目。粒径级配同例1。
2.2乳浊熔块的制备
依据下列配方组成进行配料，以重量百分比计：
纯碱 17％，
长石 13％，
石灰石 7％，
氧化锌 8％，
水洗高岭土 1.5％，
石英 21.5％，
硼酸 26％，
氧化锆 5％，
萤石 1％。
然后在1250℃熔融，淬冷成粒，球磨至325目备用。
2.3彩砂表面包裹用色料浆的配制
按下列彩砂表面包裹色层的色料浆配方组成配方，以重量配比计，进行称量。
乳浊熔块 20克
尖晶石型钴镍铬铁 15克
黑山膨润土 5克
苏州土 20克
液态磷酸氢二铝 20克
自来水 30克
将上述原料按配比称量后，倒入球磨机进行混合球磨，球磨时间为6小时，色浆细度达6微米以下进行出料。
2.4包裹表面色层
在上述制备好的色料浆中加入有机分散剂环氧乙烷与高级脂肪醇的缩合物，加入量为色料浆重量的0.2％。加入有机分散剂后进行充分的搅拌，静置备用。
称1000克烘干干净的1.1中制备砂，与60克上述色料浆进行混和，快速搅拌约30分钟，通入热空气进行烘干被色浆包裹的颗粒，热风温度为200℃，直至彩砂颗粒干燥为止，此时彩砂的含水率应小于0.3％。
2.5彩砂的煅烧
将上述烘干的彩砂放入外热式小型回转窑内进行煅烧，煅烧温度为800℃，保温时间0.5小时，制成彩砂成品。
实例3：
3.1彩砂基础材料的制备
选取石英岩经颚式破碎机破碎后，再经圆锥式破碎机进行破碎，然后进行筛分、洗涤和烘干，制备成具有一定粒径级配的颗粒，中国筛目为测试用标准筛目。粒径级配同例1。
3.2乳浊熔块的制备
依据下列配方组成进行配料，以重量百分比计：
纯碱 25％，
长石 10％，
石灰石 7％，
氧化锌 8％，
水洗高岭土 6％，
石英 18％，
硼酸 22％，
氧化锆 2％，
萤石 2％。
然后在1200℃熔融，淬冷成粒，球磨至325目备用。
3.3彩砂表面包裹用色料浆的配制
按下列彩砂表面包裹色层的色料浆配方组成配方，以重量配比计，进行称量。
乳浊熔块 17克
维多利亚绿色料Ca3Cr2Si3O1218克
黑山膨润土 3克
苏州土 25克
液态硅溶胶 30克
自来水 5克
将上述原料按配比称量后，倒入球磨机进行混合球磨，球磨时间为5小时，色浆细度达6微米以下进行出料。
3.4包裹表面色层
在上述制备好的色料浆中加入有机分散剂环氧乙烷与高级脂肪醇的缩合物，加入量为色料浆重量的0.2％。加入有机分散剂后进行充分的搅拌，静置备用。
称1000克烘干干净的1.1中制备砂，与55克上述色料浆进行混和，快速搅拌约8分钟，通入热空气进行烘干被色浆包裹的颗粒，热风温度为200℃，直至彩砂颗粒干燥为止，此时彩砂的含水率应小于0.3％。
3.5彩砂的煅烧
将上述烘干的彩砂放入外热式小型回转窑内进行煅烧，煅烧温度为850℃，保温时间0.5小时，制成彩砂成品。