CN107522418A - 一种耐磨人造彩砂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种耐磨人造彩砂及其制备方法，由以下质量份数配比的原料组成：砂粒1000份，粘结剂30—60份，无机色料5—20份，高分子分散剂0.1—2份，硼砂1—5份，水30—80份；所述粘结剂为磷酸二氢铝溶液和水玻璃混合制成的无机粘结剂；所述高分子分散剂是以水为溶剂，马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂所制备的三元共聚物型分散剂。产品具有很强的耐磨性，不溶于酸和碱，颜色纯正、稳定，可使用不同种颜色不同质量比例的彩砂混合调成所需颜色的彩砂，较好地满足真石漆市场的需求；制备方法操作方便，烧结温度低，具有节能，环保，成本低的优点。

Description

一种耐磨人造彩砂及其制备方法

技术领域

本发明涉及功能型砂料领域，特别涉及一种耐磨人造彩砂及其制备方法。

背景技术

彩砂作为一种表面装饰材料，具有色彩鲜艳、性能稳定以及环保等优点，在建筑装饰领域得到了广泛的应用。近年来，由于建筑行业的发展，市场对彩砂的需求量越来越大，有限的天然彩砂储量，已无法满足市场的需求，同时天然彩砂是通过直接破碎自然界的有色矿石而获得，他们大多数色泽混沌，强度差，容易分化；而色泽鲜艳的彩砂，数量稀少，且价格昂贵。相比天然彩砂，人造彩砂性质稳定，调色方便，可以通过改变颜料的配比，制备各种色彩的彩砂，满足人们的需要。人造耐磨型彩砂，更能有效应用在真石漆等行业，拓展人造彩砂的应用范围。

目前，彩砂的制备方法主要有三种：第一种是有机颜料染色法；第二种是树脂固化法：利用有机粘结剂与颜料、石英砂等混合，将粘结剂涂布在砂粒表面，然后在100-200℃温度下固化着色；第三种是高温烧结法：用无机粘结剂与无机颜料、石英砂等混合后高温烧结而成。201010195457.4号中国专利申请公开了一种树脂彩砂的制备方法，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，所述彩色硅砂层含有颜料剂、树脂和固化剂。尽管此方法能使硅砂很容易着色及颜色稳定性好，但是，此方法生产出的彩砂耐磨性不强，由于只是在硅砂表面包裹一层有机树脂，时间一长或经高速搅拌后容易脱落。201410412978.9号中国专利申请公开了一种水玻璃高温烧结砂，该方法生产出的彩砂颜色纯正，耐候性好，然而水玻璃砂裸露在空气中会产生吸湿现象，而且存在耐碱和耐水性不佳等问题。

随著人们对内外墙涂料装饰性要求的提高，真石漆以其独特的外观及性能越来越受到大家的喜爱，不少高档住宅、庭院甚至高楼大厦都提出涂饰与天然花岗岩、大理石等天然石材外观十分相近的真石漆，在性能方面要求具有较强的硬度、防水、耐磨、耐老化等。

发明内容

本发明的目的是解决现有的人造彩砂存在耐磨性不强，耐碱和耐水性不佳的问题，提供一种耐磨人造彩砂及其制备方法，产品耐磨、耐碱和耐水性明显提高，制备方法应具有操作简单，能耗低，能大规模连续化生产的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的，一种耐磨人造彩砂，其特征在于，由以下质量份数配比的原料组成：砂粒1000份，粘结剂30—60份，无机色料5—20份，高分子分散剂0.1—2份，硼砂1—5份，水30—80份；所述粘结剂为磷酸二氢铝溶液和水玻璃混合制成的无机粘结剂；所述高分子分散剂是以水为溶剂，马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂所制备的三元共聚物型分散剂。

进一步的，所述砂粒的粒径为20-120目。

一种耐磨人造彩砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1） 磷酸二氢铝的制备：磷酸和氢氧化铝的质量比为4:1，先将磷酸加入到带有恒速搅拌器、回流冷凝管、温度计的三口烧瓶内加热温度升至90—100℃，再将氢氧化铝缓慢的加入到该烧瓶内，转速为500r/min，保持温度2h，反应完全后得到磷酸二氢铝溶液，备用；

（2）按质量比为1:3.5—10取固含量为54.8%的水玻璃与上述磷酸二氢铝溶液充分混合均匀，再加入混合液1/3的水稀释，制得无机粘结剂；

（3）高分子分散剂的制备：以水为溶剂，马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸丁酯为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂制备了一种三元共聚物型分散剂，其中单体摩尔比，马来酸酐: 丙烯酸: 丙烯酸丁酯为2:1:0.25，异丙醇占质量比为20%，过硫酸铵占质量比为8%，在85℃下反应2.5h后得到目标产物；

（4）色浆的制备：根据所需颜色，将无机色料、工业硼砂、水、分散剂按照重量配比混合，经高速搅拌后制得色浆；

（5）将砂粒、无机粘结剂、色浆混合均匀，送入搅拌器中，使粘结剂和色浆吸附在砂料的表面；然后放入110℃的干燥箱内，干燥2h，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块，待砂粒表面干燥后，再将混合料移入烧结炉内，450—600℃温度下烧结4h，经系统降温后，即得人工彩砂。

所述一种耐磨人造彩砂在真石漆中的应用。

本发明的有益效果在于：

1)所制备的彩砂不但耐磨、耐碱和耐水性强，而且操作方便：粘结剂、色浆与砂料搅拌均匀后移入干燥器和烧结炉中烧结结束即可；

2)环保：所用粘结剂在烧结后与砂粒结合，不溶于水、酸、碱等液体，对环境无污染；成本低：磷酸二氢盐的用量较少，水玻璃的价格低；

3）所使用的高分子分散剂与传统的表面处理剂相比，具有以下优点: 其表面丰富的锚固基团COO-取代了传统分散剂的亲水基团，与颜料颗粒之间形成不可逆吸附，使其难以 解吸；而聚合物溶剂化链取代传统分散剂的亲油基团，形成空间位阻 效应，溶剂化链的长短可由聚合度来调控；其大分子可形成胶束，包裹颗粒表面，更好的起到润湿分散作用；

4)所得彩砂颜色纯正、稳定，应用于真石漆时，可使用不同种颜色不同质量比例的彩砂混合搅拌成所需的彩砂，由于耐磨尤其便于调色，可以很好的满足市场的需求，还可以广泛应用于环氧地坪、人造大理石等建筑行业。

具体实施方式

一种耐磨人造彩砂，由以下质量份数配比的原料组成：砂粒1000份，粘结剂30—60份，无机色料5—20份，高分子分散剂0.1—2份，硼砂1—5份，水30—80份；砂粒的粒径为20—120目；所述粘结剂为磷酸二氢铝溶液和水玻璃混合制成的无机粘结剂；所述高分子分散剂是以水为溶剂，马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂所制备的三元共聚物型分散剂。

实施例1：

一种人造彩砂的制备方法，包括以下步骤：

（1） 磷酸二氢铝的制备：磷酸和氢氧化铝的质量比为4:1，先将磷酸加入到带有恒速搅拌器、回流冷凝管、温度计的三口烧瓶内加热温度升至90—100℃，再将氢氧化铝缓慢的加入到该烧瓶内，转速为500r/min，保持温度2h，反应完全后得到磷酸二氢铝溶液，备用；

（2）按质量比为1:10取固含量为54.8%的水玻璃与上述磷酸二氢铝溶液充分混合均匀，再加入混合液1/3的水稀释，制得无机粘结剂；

（3）高分子分散剂的制备：以水为溶剂，马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂制备了一种三元共聚物型分散剂，其中单体摩尔比n(MA):n(AA):n(BA)为2:1:0.25，异丙醇占质量比为20%，过硫酸铵占质量比为8%，在85℃下反应2.5h后得到目标产物；与传统的表面处理剂相比，具有以下优点: 其表面丰富的锚固基团COO-取代了传统分散剂的亲水基团，与颜料颗粒之间形成不可逆吸附，使其难以解吸；而聚合物溶剂化链取代传统分散剂的亲油基团，形成空间位阻 效应，溶剂化链的长短可由聚合度来调控；其大分子可形成胶束，包裹颗粒表面，因此更好的起到润湿分散作用。

（4）色浆的制备：根据所需颜色，将无机色料、工业硼砂、水、高分子分散剂按照重量配比混合，经高速搅拌后制得色浆；

（5）将100kg 20—40目的石英砂加入搅拌机中，然后依次加入3000g粘结剂、5600g色浆（含铁红800g），混合均匀送入搅拌器中，使粘结剂和色浆吸附在砂料的表面；然后放入110℃的干燥箱内，干燥2h，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块，待砂粒表面干燥后，再将混合料移入烧结炉内，550℃温度下烧结4h，经系统降温后，即得人工红色彩砂。

实施例2：

本实施例的制备方法同实施例1，不同的是砂粒为40—80目，4500g实施例1中的粘结剂。

实施例3：

本实施例的制备方法同实施例2，不同的是7000g铁红色浆（含铁红1000g）。

实施例4：

一种人造彩砂的制备方法，包括以下步骤：

（1） 磷酸二氢铝的制备：磷酸和氢氧化铝的质量比为4:1，先将磷酸加入到带有恒速搅拌器、回流冷凝管、温度计的三口烧瓶内加热温度升至90—100℃，再将氢氧化铝缓慢的加入到该烧瓶内，转速为500r/min，保持温度2h，反应完全后得到磷酸二氢铝溶液，备用；

（2）按质量比为1:5取固含量为54.8%的水玻璃与上述磷酸二氢铝溶液充分混合均匀，再加入混合液1/3的水稀释，制得无机粘结剂；

（3）高分子分散剂的制备：以水为溶剂，马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂制备了一种三元共聚物型分散剂，其中单体摩尔比n(MA):n(AA):n(BA)为2:1:0.25，异丙醇占质量比为20%，过硫酸铵占质量比为8%，在85℃下反应2.5h后得到目标产物；

（4）色浆的制备：根据所需颜色，将无机色料、工业硼砂、水、高分子分散剂按照重量配比混合，经高速搅拌后制得色浆；

（5）将100kg 80—120目的石英砂加入搅拌机中，然后依次加入5400g粘结剂、7000g钛黄色浆（含1000g钛黄粉），混合均匀送入搅拌器中，使粘结剂和色浆吸附在砂料的表面；然后放入110℃的干燥箱内，干燥2h，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块，待砂粒表面干燥后，再将混合料移入烧结炉内，550℃温度下烧结4h，经系统降温后，即得人工黄色彩砂。

实施例5：

本实施例的制备方法同实施例4，不同的是6000g实施例4中的粘结剂、8400g钛黄色浆（1200g钛黄粉）。

实施例6：

本实施例的制备方法同实施例4，不同的是砂粒为40-80目，4800g实施例4中的粘结剂。

实施例7：

一种人造彩砂的制备方法，包括以下步骤：

（1） 磷酸二氢铝的制备：磷酸和氢氧化铝的质量比为4:1，先将磷酸加入到带有恒速搅拌器、回流冷凝管、温度计的三口烧瓶内加热温度升至90—100℃，再将氢氧化铝缓慢的加入到该烧瓶内，转速为500r/min，保持温度2h，反应完全后得到磷酸二氢铝溶液，备用；

（2）按质量比为1:3.5取固含量为54.8%的水玻璃与上述磷酸二氢铝溶液充分混合均匀，再加入混合液1/3的水稀释，制得无机粘结剂；

（3）高分子分散剂的制备：以水为溶剂，马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂制备了一种三元共聚物型分散剂，其中单体摩尔比n(MA):n(AA):n(BA)为2:1:0.25，异丙醇占质量比为20%，过硫酸铵占质量比为8%，在85℃下反应2.5h后得到目标产物；

（4）色浆的制备：根据所需颜色，将无机色料、工业硼砂、水、高分子分散剂按照重量配比混合，经高速搅拌后制得色浆；

（5）将100kg 80—120目的石英砂加入搅拌机中，然后依次加入6000g粘结剂、7000g钴蓝色浆（含钴蓝颜料1000g），混合均匀送入搅拌器中，使粘结剂和色浆吸附在砂料的表面；然后放入110℃的干燥箱内，干燥2h，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块，待砂粒表面干燥后，再将混合料移入烧结炉内，550℃温度下烧结4h，经系统降温后，即得人工蓝色彩砂。

实施例8：

本实施例的制备方法同实施例7，不同的是6000g实施例7中的粘结剂、8400g钴蓝色浆（1200g钴蓝颜料）。

实施例9：

本实施例的制备方法同实施例7，不同的是砂粒为40-80目，4800g实施例7中的粘结剂。

彩砂测试效果：

a. 耐酸碱性：分别取50.00g制备的彩砂放置在HCl溶液(1mol/L)、NaOH溶液(1mol/L)中；

浸泡24h后无明显色变，上层溶液未出现染色现象。

b. 耐磨性：分别取实施例1至实施例9制备的彩砂70.00g于砂磨机中，加入适量自来水，在1300-1400r/min的转速下，搅拌15-20min，静置，分离上层溶液和下层砂料，观察上层溶液是否被染色，对搅拌前后的彩砂颜色进行对比，看是否有色差，同时计算质量损失。测试结果为：搅拌后质量在69.86g—69.94g之间，无色差。

实施例1至实施例9彩砂均未出现明显的磨损，搅拌前后的彩砂无色差。说明本发明制备的的彩砂具有很好的耐磨性和耐酸碱性。

Claims (4)

1.一种耐磨人造彩砂，其特征在于，由以下质量份数配比的原料组成：砂粒1000份，粘结剂30—60份，无机色料5—20份，高分子分散剂0.1—2份，硼砂1—5份，水30—80份；所述粘结剂为磷酸二氢铝溶液和水玻璃混合制成的无机粘结剂；所述高分子分散剂是以水为溶剂，马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂所制备的三元共聚物型分散剂。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨人造彩砂，其特征在于：所述砂粒的粒径为20-120目。

3.权利要求1或2所述的一种耐磨人造彩砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1） 磷酸二氢铝的制备：磷酸和氢氧化铝的质量比为4:1，先将磷酸加入到带有恒速搅拌器、回流冷凝管、温度计的三口烧瓶内加热温度升至90—100℃，再将氢氧化铝缓慢的加入到该烧瓶内，转速为500r/min，保持温度2h，反应完全后得到磷酸二氢铝溶液，备用；

（2）按质量比为1:3.5—10取固含量为54.8%的水玻璃与上述磷酸二氢铝溶液充分混合均匀，再加入混合液1/3的水稀释，制得无机粘结剂；

（3）高分子分散剂的制备：以水为溶剂，马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸丁酯为单体，过硫酸铵为引发剂，异丙醇为链转移剂制备了一种三元共聚物型分散剂，其中单体摩尔比，马来酸酐: 丙烯酸: 丙烯酸丁酯为2:1:0.25，异丙醇占质量比为20%，过硫酸铵占质量比为8%，在85℃下反应2.5h后得到目标产物；

（4）色浆的制备：根据所需颜色，将无机色料、工业硼砂、水、分散剂按照重量配比混合，经高速搅拌后制得色浆；

（5）将砂粒、无机粘结剂、色浆混合均匀，送入搅拌器中，使粘结剂和色浆吸附在砂料的表面；然后放入110℃的干燥箱内，干燥2h，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块，待砂粒表面干燥后，再将混合料移入烧结炉内，450—600℃温度下烧结4h，经系统降温后，即得人工彩砂。

4.权利要求1或2所述的一种耐磨人造彩砂在真石漆中的应用。