CN110451835B

CN110451835B - 一种高耐磨低温烧结人造彩砂及其制备方法

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Publication number: CN110451835B
Application number: CN201910874835.2A
Authority: CN
Inventors: 刘雪霆; 李缘; 朱洪程; 刘长明
Original assignee: Anhui Homesky Paint Stock Co ltd; Hefei University of Technology
Current assignee: Anhui Homesky Paint Stock Co ltd; Hefei University of Technology
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: CN110451835A

Abstract

本发明公开一种高耐磨低温烧结人造彩砂及其制备方法，主要由石英砂、无机颜料、内外双层包覆剂组成。其中石英砂为100份，无机颜料为1‑2份，内包覆剂为1‑20份，外包覆剂为1‑20份。所述石英砂细度为40‑100目，其主要化学组成为SiO2 90‑96%，Al2O3 1‑2%，Fe2O3+K2O 1‑3%。所述内包覆剂为自制的水性硅基改性剂，所述外包覆剂为自制的水性铝基改性剂。通过低温烧结制得彩砂。该产品颜色种类多样，色彩纯正，耐磨耐候性能良好，满足市场要求，且生产工艺简单，烧结温度低，节能环保，符合国家所倡导的资源节约型生产的要求，具有较高的市场价值和广阔的应用前景。

Description

一种高耐磨低温烧结人造彩砂及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种高耐磨低温烧结人造彩砂的制备方法。

背景技术

彩砂作为一种重要的“装饰调味素”，在真石漆、环氧地坪、浮雕、玻纤沥青瓦等建材领域得到广泛使用，需求有增无减。然而天然彩石资源的无序开采已造成生态环境的破坏，不符合国家对资源节约型生产的要求，同时天然彩石批次色差大给生产使用带来困难，因此迫切需要研制一种能达到天然彩砂的使用效果且价格合理，制备工艺简单，符合资源节约型生产要求的人工彩砂制备工艺。人工彩砂制备方法主要有：染色法、树脂固化法、陶瓷彩釉法和高温烧结法。前两种方法虽然操作简单成本低，但是着色颜料涂层的耐水耐候性差，附着力也较差，不能满足真石漆配色搅拌的耐磨性要求；陶瓷彩釉法耐磨性较好，但是生产工艺复杂，技术要求高，能耗大，产品价格昂贵，颜色品种受到一定限制；高温烧结法工艺较简单，彩砂颜色纯正，耐候性好，但其耐磨性仍难以满足真石漆配色搅拌的要求，且价格高于天然彩砂。201510563419.2号中国专利申请公开了一种人工彩砂的制备方法，主要由石英砂、高岭土、硅微粉、色料、分散剂等组成，该方法将陶瓷烧结理论和新的原料体系相结合，简化了生产工序，但并没有降低烧结温度，仍需高温煅烧（1000℃），不符合国家倡导的节能环保的主题。201711460908.0号中国专利申请公开了一种人造彩砂的制备方法，主要由砂石基料、色料、树脂改性剂组成。该方法虽工艺简单、能耗较低，生产的彩砂成品色彩纯正，但是由于骨砂表面的树脂改性剂附着力不强，所以产品存在耐磨性不足的问题。

随着市场的发展，彩砂的应用范围越来越广，功能性也越来越强。除了在真石漆、环氧地坪、浮雕、玻纤沥青瓦等建材领域有较大应用价值，还可应用于诸如箔金工艺砂画、国画、传统脸谱等艺术作品，以及台面、柱面、桌面、雕塑等饰面材料上。因此，对人造彩砂的性能要求也越来越高，要求具有较高的硬度、较佳的耐水、耐磨和耐老化性能等。

发明内容

本发明的目的在于克服人造彩砂烧结温度高以及耐磨性不佳的关键问题，提供一种高耐磨低温烧结人造彩砂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高耐磨低温烧结人造彩砂，其特征在于，由以下重量份数配比的原料制成：石英砂为100份，颜料为1-2份，内包覆剂为1-20份，外包覆剂为1-20份；

所述内包覆剂按质量比为1:10的硅基改性剂与去离子水，制得水性硅基改性剂；

所述外包覆剂按质量比为1:10的铝基改性剂与去离子水，制得水性铝基改性剂。

在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案：

所述硅基改性剂包括锂水玻璃、钾水玻璃、硅溶胶中的任一种，所述铝基改性剂包括硝酸铝、硫酸铝的任一种；

所述石英砂细度为40-100目，其主要化学组成为SiO₂ 90-96%，Al₂O₃ 1-2%，Fe₂O₃+K₂O 1-3%。

本发明还提供了一种高耐磨低温烧结人造彩砂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）内包覆剂的制备：按质量比为1:10取硅基改性剂与去离子水混合搅拌均匀，制得水性硅基改性剂，备用；

（2）外包覆剂的制备：按质量比为1:10取铝基改性剂与去离子水混合搅拌均匀，制得水性铝基改性剂，备用；

（3）称取适量所需的无机颜料，备用；

（4）按上述配比，将石英砂与无机颜料混合均匀，加入内包覆剂，搅拌混匀后于50-70℃用烘箱烘干，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块；然后加入外包覆剂，搅拌混匀后于50-70℃用烘箱烘干，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，再将混合料置于烧结炉中，程序升温煅烧，煅烧的温度为100-300℃，所述煅烧的时间为3-5h。

本发明的有益效果在于：

1).内包覆剂与外包覆剂反应形成耐水耐磨的铝硅酸盐外包覆层，阻隔水的侵蚀，提高了彩砂的耐磨性，满足真石漆配色搅拌工艺对耐磨性的需求；

2).内包覆剂与外包覆剂可在常温下反应生成耐水耐磨的铝硅酸盐，故烧结温度低，且制备工艺简单易行，能耗和生产成本低；

3).原料价格低廉且全部都是无机物，生产过程中无VOC产生，安全环保；

4).所得彩砂颜色纯正、稳定，应用于真石漆等生产过程时，可使用不同颜色不同质量比例的彩砂混合搅拌成所需的彩砂，可以很好的满足市场的需求。

附图说明

图1是本发明高耐磨低温烧结人造彩砂工艺流程图；

图2是两种包覆剂煅烧前后的XRD图，其中（a）硅基包覆剂煅烧前后XRD图，前后晶相有变化，但其耐水性仍然较差；（b）铝基改性剂和硅基改性剂反应生成的铝硅酸盐煅烧前后XRD图，煅烧前是无定形态，煅烧后的产物结构和硅基包覆剂煅烧后的结构有些类似，反应形成的铝硅酸盐外包覆层具有很好的耐水性和耐磨性；

图3为铝硅酸盐包覆剂的热重（TG）分析图，热失重大部分在200℃以前完成，质量减少量为15%；

图4为铝硅酸盐包覆剂的示差扫描量热（DSC）分析图，该过程为吸热过程，峰值在120℃左右，图3和图4表明铝硅酸盐的生成反应基本在200℃以前完成。

具体实施方式

一种高耐磨低温烧结人造彩砂，主要由石英砂、无机颜料、内外双层包覆剂组成。其中石英砂为100份，颜料为1-2份，内包覆剂为1-20份，外包覆剂为1-20份。所述石英砂细度为40-100目，其主要化学组成为SiO₂ 90-96%，Al₂O₃ 1-2%，Fe₂O₃+K₂O 1-3%。所述内包覆剂为按质量比1：10取硅基改性剂与去离子水混合搅拌均匀制得的水性硅基改性剂，所述外包覆剂为按质量比1：10取铝基改性剂与去离子水混合搅拌均匀制得的水性铝基改性剂。

所述硅基改性剂包括锂水玻璃、钾水玻璃、硅溶胶中的任一种，所述铝基改性剂包括硝酸铝、硫酸铝的任一种。

实施例1：

一种人造彩砂的制备方法，包括以下步骤：

（1）内包覆剂的制备：按质量比为1:10取硅基改性剂与去离子水混合搅拌均匀，制得水性硅基改性剂，硅基改性剂选用锂水玻璃，备用。

（2）外包覆剂的制备：按质量比为1:10取铝基改性剂与去离子水混合搅拌均匀，制得水性铝基改性剂，铝基改性剂选用硝酸铝，备用。

（3）称取适量所需的无机颜料（钛白），备用。

（4）称取100.0g细度为40-60目的石英砂与1.2g无机颜料混合均匀，加入8.0g内包覆剂，搅拌混匀后放入60℃烘箱中烘干，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块；混合料取出加入8.0g外包覆剂，搅拌混匀后放入60℃烘箱中烘干，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，再将混合料置于烧结炉中，200℃程序升温煅烧4h。

实施例2：

本实施例的制备方法同实施例1，不同的是砂粒细度为60-80目，采用实施例1中的内包覆剂和外包覆剂均为12.0g，硫酸铝代替实施例1中的硝酸铝。

实施例3：

本实施例的制备方法同实施例2，不同的是1.4g无机颜料（钛白），硅溶胶代替实施例2中的锂水玻璃。

实施例4：

本实施例的制备方法同实施例3，不同的是采用实施例3中的内包覆剂和外包覆剂均为16.0g，硝酸铝代替实施例3中的硫酸铝。

实施例5：

一种人造彩砂的制备方法，包括以下步骤：

（1）内包覆剂的制备：按质量比为1:10取硅基改性剂与去离子水混合搅拌均匀，制得水性硅基改性剂，硅基改性剂选用锂水玻璃。备用。

（2）外包覆剂的制备：按质量比为1:10取铝基改性剂与去离子水混合搅拌均匀，制得水性铝基改性剂，铝基改性剂选用硝酸铝。备用。

（3）称取适量所需的无机颜料（铁红），备用。

（4）称取100.0g细度为80-100目的石英砂与1.4g无机颜料混合均匀，加入16.0g内包覆剂，混匀后放入60℃烘箱中烘干，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块；混合料取出加入16.0g外包覆剂，混匀后放入60℃烘箱中烘干，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，再将混合料置于烧结炉中，200℃程序升温煅烧4h。

实施例6：

本实施例的制备方法同实施例5，不同的是采用实施例5中的内包覆剂和外包覆剂均为14.0g，硫酸铝代替实施例5中的硝酸铝。

实施例7：

本实施例的制备方法同实施例6，不同的是无机颜料（铁红）为1.6g，实施例6中的内包覆剂和外包覆剂均为20.0g，硅溶胶代替实施例6中的锂水玻璃。

实施例8：

本实施例的制备方法同实施例7，不同的是砂粒细度为60-80目，采用实施例7中的内包覆剂和外包覆剂均为14.0g，硝酸铝代替实施例7中的硫酸铝。

实施例9：

一种人造彩砂的制备方法，包括以下步骤：

（1）内包覆剂的制备：按质量比为1:10取硅基改性剂与去离子水混合搅拌均匀，制得水性硅基改性剂，硅基改性剂选用钾水玻璃。备用。

（3）称取适量所需的无机颜料（钴蓝），备用。

（4）称取100.0g细度为80-100目的石英砂与1.4g无机颜料混合均匀，加入20.0g内包覆剂1，混匀后放入60℃烘箱中烘干，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块；混合料取出加入20.0g外包覆剂2，混匀后放入60℃烘箱中烘干，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，再将混合料置于烧结炉中，200℃程序升温煅烧4h。

实施例10：

本实施例的制备方法同实施例9，不同的是无机颜料（钴蓝）为1.6g，硫酸铝代替实施例9中硝酸铝。

实施例11：

本实施例的制备方法同实施例10，不同的是砂粒细度为60-80目，实施例10中的内包覆剂和外包覆剂均为14.0g，硅溶胶代替实施例10中的钾水玻璃。

实施例12：

本实施例的制备方法同实施例11，不同的是无机颜料（钴蓝）为1.4g，硝酸铝代替实施例11中的硫酸铝。

彩砂测试效果：

a. 耐磨性：分别取实施例1至实施例12制备的彩砂50.0g于砂磨机中，加入适量自来水和适量丙烯酸树脂，在1000-1500r/min的转速下，搅拌15-20min，静置，分离上层溶液和下层砂料，将下层砂料过滤洗涤干燥，利用色差仪对耐磨性测试前后的彩砂颜色进行对比，取5次平均值。测试结果为：ΔE≤2，结果满足ΔE≤3-4的要求[目前人造彩砂的国家标准还没有制定，可以参考相近的沥青瓦用彩砂国家建材行业标准（JC/T 1071-2008）]。

b. 耐酸碱性：分别取50.0g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。分离上层溶液和下层砂料，将下层砂料过滤洗涤干燥，利用色差仪对耐酸碱性测试前后的彩砂颜色进行对比，取5次平均值。测试结果为：ΔE≤2，结果满足ΔE≤3-4的要求[目前人造彩砂的国家标准还没有制定，可以参考相近的沥青瓦用彩砂国家建材行业标准（JC/T 1071-2008）]。

实施例1至实施例12彩砂均未出现明显的磨损，耐磨性测试前后的彩砂色差值满足要求，耐酸碱性测试前后的色差值同样也满足要求。说明本发明制备的彩砂具有很好的耐磨性和耐酸碱性。

以上所述，仅为本发明的部分实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围应以其权利要求的内容为准，凡是根据本发明的发明内容加以同等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高耐磨低温烧结人造彩砂，其特征在于，由以下重量份数配比的原料制成：石英砂为100份，颜料为1-2份，内包覆剂为1-20份，外包覆剂为1-20份；

所述内包覆剂按质量比为1:10的硅基改性剂与去离子水，制得水性硅基改性剂；所述外包覆剂按质量比为1:10的铝基改性剂与去离子水，制得水性铝基改性剂；

所述硅基改性剂包括锂水玻璃、钾水玻璃、硅溶胶中的任一种；

所述铝基改性剂包括硝酸铝、硫酸铝的任一种；

所述石英砂细度为40-100目，其主要化学组成为SiO₂ 90-96%，Al₂O₃ 1-2%，Fe₂O₃+K₂O1-3%。

2.根据权利要求1所述的一种高耐磨低温烧结人造彩砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（3）称取适量所需的无机颜料，备用；

（4）按权利要求1所述的配比，将石英砂与无机颜料混合均匀，加入内包覆剂，搅拌混匀后于50-70℃用烘箱烘干，期间每15分钟搅拌一次，以防混合料在干燥阶段凝结成块；然后加入外包覆剂，搅拌混匀后于50-70℃用烘箱烘干，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，再将混合料置于烧结炉中，程序升温煅烧，煅烧的温度为100-300℃，所述煅烧的时间为3-5h。