CN102260053A - 一种彩色硅砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种彩色硅砂以及该彩色硅砂的制备方法，其中，该彩色硅砂包括硅砂基材和包覆在硅砂基材表面的彩色树脂层，所述彩色树脂层含有颜料剂、树脂和固化剂。该彩色硅砂的制备方法包括：将硅砂基材在100-200℃下与树脂混合均匀，然后使硅砂基材和树脂的混合物与含有至少一种颜色的颜料和固化剂接触，在硅砂基材表面形成彩色树脂层。本发明的彩色硅砂及其制备方法克服了现有技术中硅砂颜色单一、着色困难以及着色后颜色长期稳定性差的问题，能够使硅砂很容易地着色，并且着色后硅砂颜色长期稳定性良好。

Description

一种彩色硅砂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种彩色硅砂及其制备方法。

背景技术

硅砂，又称石英砂，是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，粒径为0.020mm-3.350mm，其主要矿物成分是二氧化硅，硅砂的颜色为乳白色或无色半透明状，硬度为7，相对密度为2.65，硅砂的化学、热学和机械性能具有明显的异向性。由于硅砂所具有的独特的物理、化学特性，而广泛应用于玻璃、铸造、陶瓷、冶金、建筑、化工等众多领域。

天然硅砂资源丰富，且价格低廉，在建筑材料领域中常用作一些沙基透水砖、透水路面等的透水性材料的主要原料，但是这些天然硅砂的颜色单一，在作为建筑材料应用时已不能满足现代多彩建筑材料的需求。并且，通过普通方法对硅砂染色时，由于硅砂的特殊性能，很难使硅砂着色，更难获得着色后颜色长期稳定性良好的彩色硅砂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中硅砂颜色单一、着色困难以及着色后颜色长期稳定性差的问题，提供一种容易着色和着色后颜色长期稳定性好的彩色硅砂以及其制备方法。

本发明提供了一种彩色硅砂，该彩色硅砂包括硅砂基材和包覆在硅砂基材表面的彩色树脂层，所述彩色树脂层含有颜料剂、树脂和固化剂。

本发明还提供了一种上述彩色硅砂的制备方法，其中，该方法包括：

将硅砂基材在100-200℃下与树脂混合均匀，然后使硅砂基材和树脂的混合物与含有至少一种颜色的颜料和固化剂接触，在硅砂基材表面形成彩色树脂层。

本发明通过在硅砂基材的表面包覆一层彩色树脂层，能够实现硅砂的多彩化，并且由于树脂具有良好的物化性能，能够维持所得彩色硅砂的颜色长期稳定性。另外，本发明的彩色硅砂的制备方法通过首先在250-1000℃下对硅砂基材预先进行表面处理，能够充分除去硅砂表面的杂质，从而能够使硅砂基材与彩色树脂层更紧密地结合在一起，从而避免了因硅砂表面的杂质引起的颜色脱落的问题，保证了颜料在硅砂基材表面的长期稳定性。

具体实施方式

本发明提供了一种彩色硅砂，该彩色硅砂包括硅砂基材和包覆在硅砂基材表面的彩色树脂层，所述彩色树脂层含有颜料剂、树脂和固化剂。

根据本发明的彩色硅砂，作为硅砂基材可以是本领域常规的各种天然硅砂，如矿砂等；也可以是经过人工处理后的各种硅砂，如焙烧砂、气烧砂、烘干砂、再生砂等。彩色树脂层只要能够实现本发明的目的，就没有特别的限定，为了进一步提高彩色硅砂的颜色长期稳定性，在优选的情况下，彩色树脂层的平均厚度可以为0.01-10μm，优选为0.1-5μm。彩色树脂层的平均厚度在上述范围内时，一方面能够保证表现出充分的色彩效果，另一方面还可以保证彩色树脂层与硅砂基材之间的结合强度。彩色树脂层的平均后可以利用本领域公知的硅砂平均粒径测定方法，通过分别测定硅砂基材在包覆彩色树脂层前后的平均粒径来计算得到。

根据本发明的彩色硅砂，所述树脂只要能够实现本发明的目的，就没有特别的限定，可以使用各种树脂材料，在优选的情况下，树脂可以为选自环氧树脂、酚醛树脂和呋喃树脂中的至少一种，所述树脂的重均分子量通常可以为300-10000，优选为500-800。环氧树脂的环氧值通常可以为0.3-0.6eq/100g，例如可以使用北京合力化工有限公司的环氧树脂E44、环氧值为0.41-0.47eq/100g，环氧树脂E51、环氧值为0.48-0.54eq/100g，酚醛树脂可以使用例如北京合力化工有限公司的939P酚醛树脂，呋喃树脂可以使用例如北京合力化工有限公司的YJ呋喃树脂，这些树脂可以单独使用一种，也可以几种组合使用。

根据本发明的彩色硅砂，所述树脂的含量只要能够实现本发明的目的，就没有特别的限定，为了进一步提高彩色树脂层与硅砂基材之间的结合强度，提高所得彩色硅砂的颜色长期稳定性，在优选的情况下，以硅砂基材的重量为基准，所述树脂的含量可以为0.01-10重量％，优选为0.1-8重量％。所述树脂的含量在上述范围内时，一方面能够保证树脂与硅砂基材充分接触，使彩色树脂层的平均厚度为0.01-10μm，另一方面还可以使彩色树脂层与硅砂基材之间更紧密地结合。

另外，在本发明的彩色硅砂中，彩色树脂层可以只覆盖树脂层的一部分，也可以覆盖全部树脂层。在彩色树脂层只覆盖树脂层的一部分时，可以得到彩色斑点或斑纹效果的硅砂，而全部覆盖树脂层时，可以得到各种色彩的硅砂，当然此时也同样可以得到多彩斑纹的硅砂。相对于硅砂基材表面积，彩色树脂层的覆盖面积没有特别的限定，可以根据实际需要而适当选择。在优选的情况下，相对于硅砂基材的表面积，所述彩色树脂层的覆盖率可以为5-100％，优选为30-100％，更优选为60-100％，进一步优选为100％。在上述优选的情况下，可以得到各种色彩斑斓的彩色硅砂。

根据本发明的彩色硅砂，所使用的颜料只要能够实现硅砂着色的目的，就没有特别的要求，通常可以使用本领域中各种常规的颜料，如钛白粉、炭黑、酞青蓝等。对于所述颜料的含量只要能够使颜料所形成的彩色树脂层覆盖树脂层就没有特别的限定，可以根据实际需要适当地选择。在本发明的优选情况下，以硅砂基材的重量为基准，颜料的含量可以优选为0.01-0.5重量％。

按照本发明的彩色硅砂，所述固化剂的含量没有特别的限定，可以根据实际需要进行选择，为了使彩色树脂层更充分地固化，在优选的情况下，以硅砂基材的重量为基准，所述固化剂的含量可以为0.001-5重量％。所述固化剂只要能够实现本发明的目的，就没有特别要求，可以使用本领域常规的各种固化剂，在优选的情况下，可以为双氰胺、己二酸二酰肼、酸酐、多元酚、聚硫醇、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、脂肪族多胺、脂环族多胺、聚酰胺、改性芳胺、咪唑以及三氟化硼络合物中的至少一种。这些固化剂均可通过商购得到。

本发明还提供了一种上述彩色硅砂的制备方法，其中，该方法包括：

将硅砂基材在100-200℃下与树脂混合均匀，然后使硅砂基材和树脂的混合物与含有至少一种颜色的颜料和固化剂接触，在硅砂基材表面形成彩色树脂层。

在优选的情况下，可以将与树脂混合前的硅砂基材在250-1000℃下热处理1-60min，更优选在400-800℃下加热15-30min，硅砂经过上述温度下的热处理后，能够将硅砂表面的杂质充分除去，能够促进硅砂基材与彩色树脂层紧密地结合。在进一步优选的情况下，将热处理后的硅砂基材转移至混砂机中，并在搅拌速度为50-200r/min的搅拌下自然冷却至100-200℃，加入树脂，继续搅拌至混合均匀，即得到硅砂基材和树脂的均匀混合物。所述树脂的用量只要能够实现本发明的目的，就没有特别的限定，为了进一步提高彩色树脂层与硅砂基材之间的结合强度，提高所得彩色硅砂的颜色长期稳定性，在优选的情况下，以硅砂基材的重量为基准，所述树脂的用量可以为0.01-10重量％，优选为0.1-8重量％。所述树脂的用量在上述范围内时，一方面能够保证树脂与硅砂基材充分接触，使彩色树脂层的平均厚度为0.01-10μm，另一方面还可以使彩色树脂层与硅砂基材之间的更紧密地结合。

按照本发明的彩色硅砂的制备方法，在所述接触中，对于所使用的颜料只要能够实现硅砂着色的目的，就没有特别的要求，通常可以使用本领域中各种常规的颜料，如钛白粉、炭黑、酞青蓝等。对于所述颜料的用量只要能够使颜料所形成的彩色树脂层覆盖硅砂基材就没有特别的限定，可以根据实际需要适当地选择。在本发明的优选情况下，以硅砂基材的重量为基准，颜料的用量可以优选为0.01-0.5重量％。

按照本发明的彩色硅砂的制备方法，为了使彩色树脂层能够更好地与硅砂基材结合在一起，在优选的情况下，所述接触可以在50-200℃下进行。在上述温度范围内使含有至少一种颜色的颜料和固化剂与硅砂基材接触时，可以使得到的彩色硅砂的颜色更加饱满且具有光泽。为了在短时间内使颜料在硅砂基材和树脂的混合物中均匀分散，在进一步优选的情况下，所述接触可以在搅拌速度为50-200r/min的搅拌下进行。

按照本发明的彩色硅砂的制备方法，为了使颜料和固化剂与硅砂基材和树脂的混合物更充分地接触，在更优选的情况下，使含有至少一种颜色的颜料先与硅砂基材和树脂的混合物接触10-100s后再加入固化剂。所述固化剂的用量没有特别的限定，可以根据实际需要进行选择，为了使彩色树脂层更充分地固化，在优选的情况下，以硅砂基材的重量为基准，所述固化剂的用量可以为0.001-5重量％。加入固化剂后进行固化的时间没有特别的限定，为了固化更充分，固化的时间可以为30-600s。为了均匀固化，所述固化可以在搅拌速度为50-200r/min的搅拌下进行。所述固化剂只要能够实现本发明的目的，就没有特别要求，可以使用本领域常规的各种固化剂，在优选的情况下，可以为双氰胺、己二酸二酰肼、酸酐、多元酚、聚硫醇、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、脂肪族多胺、脂环族多胺、聚酰胺、改性芳胺、咪唑以及三氟化硼络合物中的至少一种。这些固化剂均可通过商购得到。

按照本发明的彩色硅砂的制备方法，为了使得到的彩色硅砂具有良好的流动性，在进一步优选的情况下，该方法还包括在彩色树脂层固化后，进一步加入润滑剂。所述润滑剂的用量可以为0.0001-1重量％，更优选为0.1-1重量％。另外，只要能够实现本发明的目的，所述润滑剂没有特别的要求，可以使用本领中的各种常规润滑剂，例如可以为硬脂酸盐、矿物油、合成油、动植物油和水基液体中的至少一种。其中，硬脂酸盐可以举出硬脂酸钠、硬脂酸钙等，矿物油可举出馏分矿物油、残渣润滑油、调合润滑油等，动植物油可举出鲸鱼油、菜油、茶油、蓖麻油等，水基液体可举出水、乳化液、水与乙二醇及其它物质的混合物等。上述润滑剂均均为本领域人员所熟知，可通过商购所得到。

按照本发明的彩色硅砂的制备方法，能够使彩色树脂层与硅砂紧密地结合在一起，大大提高了彩色硅砂的颜色长期稳定性，能够实现长时间不变色、不掉色的效果。该彩色硅砂的制备方法可以用于各种彩色硅砂的制备，进而用于制备由彩色硅砂所形成的各种建筑材料等，如在制备沙基透水砖等时，通过使用本发明的彩色硅砂，可以得到各种色彩的透水砖，实现透水砖的颜色多样化，提高透水砖的美观度。

以下，通过实施例对本发明的彩色硅砂及其制备方法进一步说明，但本发明并不限于以下各实施例。

在以下的各实施例和对比例中，所使用的硅砂基材为购自内蒙奈曼第六砂厂的硅砂，所使用的有树脂购自北京合力化工有限公司，所使用的颜料购自上海新艳颜料公司，所使用的固化剂购自上海欧盛化工有限公司，所使用的润滑剂购自青岛德慧精细化工有限公司。

实施例1

本实施例用于说明本发明的彩色硅砂及其制备方法。

将100kg硅砂加入到混砂机中，在100r/min的搅拌速度下，冷却至150℃时，加入5kg环氧树脂(型号为E51，环氧值为0.48-0.54eq/100g)，继续搅拌，得到环氧树脂与硅砂的均匀混合物。然后，在100℃的温度下，向混合物中添加0.2kg CR-826型钛白粉，搅拌60s后，加入1kg甲阶酚醛树脂(型号为2127)，继续搅拌300s，即得彩色硅砂。经测定彩色硅砂的彩色树脂层的平均厚度为5μm。

对比例1

按照实施例1的方法的方法制备彩色硅砂，不同的是，在彩色硅砂制备过程中，没有添加环氧树脂和甲阶酚醛树脂。

实施例2

本实施例用于说明本发明的彩色硅砂及其制备方法。

将100kg硅砂加入到马弗炉中，在800℃下焙烧20min，然后直接将焙烧后的硅砂转移至混砂机中，在100r/min的搅拌速度下，冷却至150℃时，加入5kg环氧树脂(型号为E51，环氧值为0.48-0.54eq/100g)，继续搅拌，得到环氧树脂和硅砂的均匀混合物。然后，在100℃的温度下，向混合物中添加0.2kg CR-826型钛白粉，搅拌60s后，加入1kg甲阶酚醛树脂(型号为2127)，继续搅拌300s，即得彩色硅砂。经测定彩色硅砂的彩色树脂层的平均厚度为5μm。

实施例3

本实施例用于说明本发明的彩色硅砂及其制备方法。

将100kg硅砂加入到马弗炉中，在1000℃下焙烧1min，然后直接将焙烧后的硅砂转移至混砂机中，在200r/min的搅拌速度下，冷却至200℃时，加入10kg环氧树脂粘合剂(型号为E51，环氧值为0.48-0.54eq/100g)，继续搅拌，得到环氧树脂和硅砂的均匀混合物。然后，在200℃的温度下，向混合物中添加0.01kg CR-826型钛白粉，搅拌10s后，加入5kg甲阶酚醛树脂(型号为2127)，继续搅拌600后，加入1kg矿物油(型号为：X11644)，搅拌均匀，即得彩色硅砂。经测定彩色硅砂的彩色树脂层的平均厚度为10μm。。

实施例4

本实施例用于说明本发明的彩色硅砂及其制备方法。

将100kg硅砂加入到马弗炉中，在250℃下焙烧60min，然后直接将焙烧后的硅砂转移至混砂机中，在50r/min的搅拌速度下，冷却至100℃时，加入0.01kg环氧树脂粘合剂(型号为E51，环氧值为0.48-0.54eq/100g)，继续搅拌，得到环氧树脂和硅砂的均匀混合物。然后，在50℃的温度下，向混合物中添加0.5kg CR-826型钛白粉，搅拌30s后，加入0.001kg甲阶酚醛树脂(型号为2127)，继续搅拌100s后，加入0.0001kg矿物油(型号为：X11644)，搅拌均匀，即得彩色硅砂。经测定彩色硅砂的彩色树脂层的平均厚度为0.01μm。

实施例5

本实施例用于说明本发明的彩色硅砂及其制备方法。

将100kg硅砂加入到马弗炉中，在600℃下焙烧30min，然后直接将焙烧后的硅砂转移至混砂机中，在120r/min的搅拌速度下，冷却至160℃时，加入1kg环氧树脂粘合剂(型号为E51，环氧值为0.48-0.54eq/100g)，继续搅拌，得到环氧树脂和硅砂的均匀混合物。然后，在120℃的温度下，向其中添加0.2kg H190型炭黑，搅拌100s后，加入0.1kg甲阶酚醛树脂(型号为2127)，继续搅拌480后，加入0.1kg矿物油(型号为：X11644)，搅拌均匀，彩色硅砂。经测定彩色硅砂的彩色树脂层的平均厚度为1μm。

实施例6

本实施例用于说明本发明的彩色硅砂及其制备方法。

将100kg硅砂加入到马弗炉中，在400℃下焙烧25min，然后直接将焙烧后的硅砂转移至混砂机中，在80r/min的搅拌速度下，冷却至120℃时，加入6kg环氧树脂粘合剂(型号为E51，环氧值为0.48-0.54eq/100g)，继续搅拌，得到环氧树脂和硅砂的均匀混合物。然后，在80℃的温度下，向其中添加0.2kg 4920型酞青蓝，搅拌60s后，加入3kg甲阶酚醛树脂(型号为2127)，继续搅拌180s后，加入0.6kg矿物油(型号为：X11644)，搅拌均匀，彩色硅砂。经测定彩色硅砂的彩色树脂层的平均厚度为6μm。

硅砂着色效果测试

1、表观颜色观察

肉眼观察实施例1-6以及对比例1中得到的着色硅砂，颜色均匀且无未着色硅砂的情况表示为○，反之，表示为×。测试结果如表1所示。

2、硅砂颜色耐候性试验

使用氙灯老化试验箱(北京鸿达天矩试验设备有限公司，型号为SN-500)，按照GB/T1865-1997对实施例1-6以及对比例1中得到的着色硅砂进行氙弧辐射试验，测试着色硅砂的耐候性。

将测试后颜色无明显变化的的表示为○，颜色发生明显变化标记为×。测试结果如表1所示。

表1

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

对比例1

表观颜色

○

○

○

○

○

○

×

耐候性

○

○

○

○

○

○

×

从表1中的测试结果可以看出，对比例1所得到的彩色硅砂或者着色不均匀，或者经氙弧辐射试验后发生颜色变化等问题。而通过本发明的彩色硅砂的制备方法得到的彩色硅砂具有良好表观颜色和耐候性。说明本发明的彩色硅砂具有良好的颜色长期稳定性，另外，本发明的彩色硅砂的制备方法简单，易于在工业上应用。

Claims (11)

1.一种彩色硅砂，该彩色硅砂包括硅砂基材和包覆在硅砂基材表面的彩色树脂层，所述彩色树脂层含有颜料剂、树脂和固化剂。

2.根据权利要求1所述的彩色硅砂，其中，所述彩色树脂层的平均厚度为0.01-10μm。

3.根据权利要求1所述的彩色硅砂，其中，所述树脂选自环氧树脂、酚醛树脂和呋喃树脂中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的彩色硅砂，其中，以硅砂基材的重量为基准，所述树脂的含量为0.01-10重量％。

5.根据权利要求3所述的彩色硅砂，其中，所述树脂的重均分子量为300-10000。

6.根据权利要求1所述的彩色硅砂，其中，以硅砂基材的重量为基准，所述固化剂的含量为0.001-5重量％。

7.根据权利要求6所述的彩色硅砂，其中，所述固化剂为双氰胺、己二酸二酰肼、酸酐、多元酚、聚硫醇、甲阶酚醛树脂、氨基树脂、脂肪族多胺、脂环族多胺、聚酰胺、改性芳胺、咪唑以及三氟化硼络合物中的至少一种。

8.一种权利要求1-7中任意一项所述的彩色硅砂的制备方法，其特征在于，该方法包括：

将硅砂基材在100-200℃下与树脂混合均匀，然后使硅砂基材和树脂的混合物与含有至少一种颜色的颜料和固化剂接触，在硅砂基材表面形成彩色树脂层。

9.根据权利要求8所述的彩色硅砂的制备方法，其中，该方法还包括将与树脂混合前的硅砂基材在250-1000℃下热处理1-60min。

10.根据权利要求8所述的彩色硅砂的制备方法，其中，所述接触在50-200℃下进行。

11.根据权利要求8所述的彩色硅砂的制备方法，其中，所述接触的时间为10-100s。