CN111471355A - 彩色粉画组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了彩色粉画组合物及其制备方法和应用。由以下各成分组成：粘土，粘结剂，六方氮化硼，炭粉，水镁石粉，颜料粉和钛白粉；该彩色粉画组合物能制备成铅芯、粉质材料或粉饼等。本发明采用六方氮化硼、炭粉、水镁石粉的组合使得体系手感效果、绘画效果以及强度得到明显提升，基于粘土，耐高温无机纳米粘结剂，六方氮化硼，炭粉，水镁石粉，颜料和钛白粉的最优组合体系确定最优体系强度及手感与绘画效果的最佳组合。本发明通过全矿物成分原料的组合及其相配套的生产工艺，使成品具有区别于其他彩铅的粉质手感及优异的着色、大面积铺色效果，易揉擦晕染同时具有一定的水溶效果，成品强度较高，便于制笔削尖，手感疏松、顺滑似于炭画铅笔。

Description

彩色粉画组合物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及彩色粉画组合物及其制备方法，本发明进一步涉及用该组合物制成铅芯或各种形状、长短、粗细的粉质材料或粉饼中的应用，属于彩色粉画材料及其应用领域。

背景技术

油性彩色铅笔芯及水溶性彩色铅笔芯通过将高岭土、颜料、蜡、粘合剂、水按一定比例混合均匀、压制出芯，通过烘干后得到油性彩色铅笔芯及水溶性彩色铅笔芯，制成铅笔可以进行书写和绘画。

现有油性彩色铅笔芯较硬，笔芯偏蜡质，不溶于水，与纸面附着力较强，作画后无法揉擦和大面积铺色。另外，现有水溶性彩色铅笔芯较软且偏蜡质，作画后状态与油性彩铅相似，无法揉擦及铺色。遇水后可溶，可通过笔刷蘸水将颜料晕开，因其遇水可溶的特性，适合于大面积铺色。

总之，国内彩芯，无论油性彩铅或是水溶性彩铅都为蜡质彩铅，在纸上附着力较强，作画后无法进行揉差及大面积铺色，手感滑腻，亟待改进。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种彩色粉画组合物；

本发明的目的之二是提供一种所述彩色粉画组合物的制备方法；

本发明的目的之三是将所述的彩色粉画组合物应用于制成铅芯或各种形状、长短、粗细的粉质材料或粉饼。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种彩色粉画组合物，由以下各成分组成：

一种彩色粉画组合物，由以下各成分组成：粘土，粘结剂，六方氮化硼，炭粉，水镁石粉，颜料粉，钛白粉。

其中，各组成成分的质量份优选为：粘土15-25份，粘结剂2-10份，六方氮化硼15-30份，炭粉2-15份，水镁石粉14-30份，颜料粉28-32份，钛白粉1-5份；优选的，各组成成分的质量份为：水洗粘土15份，粘结剂5份，六方氮化硼21份，炭粉5份，水镁石粉21份，颜料粉30份，钛白粉3份。

所述的粘土为经过淘洗处理后的粘土；采用淘洗工艺对粘土进行淘洗处理，除掉无用杂质及大颗粒物质得到粒度约900～1200目的淘洗后的细粘土，有效成分高达99.9％，大大增加粘结作用；作为一种参考的方法，所述淘洗处理包括：

(1)将粘土与大量水加入搅拌机混合制成泥浆，泥浆要有充分的流动性，水与粘土的比例超过5:1，水和泥浆均连续加入形成连续泥浆流；

(2)先将各沉淀池注满清水后，用泥浆泵将泥浆连续输入沉淀池入口；

(3)将泥浆按顺序流过各个沉淀池；通过控制流入泥浆的流速，可在各沉淀池分离大颗粒杂质和不同粒度的淘洗粘土，收集得到粒度约900～1200目的淘洗后的细粘土。

由于在制备时采用高温烧结工艺，本发明的粘结剂优选使用耐高温无机纳米复合粘结剂，使得成品强度大幅增加；优选的，所述耐高温无机纳米复合粘结剂以磷酸二氢铝、氢氧化铝为主成分,以氧化锌、氧化锆和氧化铁为固化剂，经缩聚反应制成；更优选的，各成分的质量百分比为：磷酸二氢铝45％，氢氧化铝35％，氧化锌13％，氧化锆2％，氧化铁5％。

本发明将淘洗粘土与耐高温无机纳米粘结剂进行组合使用使得体系强度与手感有了明显的提升。

本发明采用六方氮化硼、炭粉、水镁石粉的组合使得体系手感效果及绘画效果得到明显提升，同时对强度也起到一定提升作用；其中，六方氮化硼起顺滑调节作用同时提高体系强度，炭粉与水镁石粉的搭配起到粉质与疏松手感的效果，炭粉同时对体系色相进行调节，整体的搭配起到调节绘画效果的作用。

由于本发明组合物制备时采用了烧结工艺，所述的颜料优选采用耐高温颜料粉，通过各种颜色颜料组合搭配及体系原料的协同作用形成需求的各种颜色，同时加入钛白粉进行明度调节。

本发明基于水洗粘土，耐高温无机纳米粘结剂，六方氮化硼，炭粉，水镁石粉，颜料和钛白粉的最优组合体系，通过增减改变各组分各自含量，确定最优体系强度及手感与绘画效果。根据试验结果可知，强度、手感、颜色三部分原料配比需限定在各自适量范围内，过多或过少都会影响体系的强度和手感及绘画效果；在固定三部分各自适合含量条件下，增减各部分内部所含成分含量最后发现按照以下组成的配方，在强度和手感及绘画效果上均取得了最优的效果：水洗粘土15份，粘结剂5份，六方氮化硼21份，炭粉5份，水镁石粉21份，颜料粉30份，钛白粉3份。

本发明进一步公开了一种制备所述彩色粉画组合物的方法，包括：

(1)将各成分搅拌混合得到混合物1；(2)将混合物1加入水后继续进行搅拌得到混合物2；(3)将混合物2进行第一次捏合；(4)将捏合后的产物用辊压机进行三辊研磨；(5)将研磨后的产物进行第二次捏合；(6)挤芯；(7)烘干；(8)烧结，即得。

其中，步骤(1)中所述的搅拌时间优选为20-50分钟，更优选为40-50分钟；步骤(2)中所加入的水占混合物1总质量的120％，所述的搅拌时间优选为20-100分钟，更优选为60-100分钟。

步骤(3)或步骤(5)中所述的捏合优选为真空捏合；真空捏合的使用解决干粉物料搅拌不均匀的问题，使成品整体均匀度提高(颜色、指标、手感)；在用捏合机进行真空捏合时的温度优选为40-60℃，最优选为50-60℃，捏合时间优选为10分钟。

步骤(4)中将捏合后的产物用辊压机进行三辊研磨时的辊压次数优选为5-35次，最优选为15次，并且保持辊压机20℃恒温。

步骤(6)中所述的挤芯物料含水率为15-25wt％，当挤芯物料含水率为20wt％时，成品强度最优。

步骤(7)中所述的烘干温度优选为80-140℃，最优选为100℃；针对该发明粉质特点烘芯易碎，采用内表面光滑的套罐放置铅芯及自转烘干方式，烘干温度100℃与烘干时间300min，具体套罐方式为：将需烘干的铅笔芯装入内径为30mm的小直径烘芯罐中，再将5个小直径的烘芯罐放入内径90mm的大烘芯罐内，将装有小直径烘芯罐的大烘芯罐装入烘芯炉内烘干。

步骤(8)中所述的烧结的温度优选为230-320℃，最优选为260℃；所述的烧结时间优选为60-150分钟，最优选为120分钟；由于本发明组合物体系为全矿物体系，区别于彩芯传统工艺，引入烧结工艺。为了增加铅芯疏松手感及高强度，加入低温烧结工艺，优化烧结温度为260℃，烧结时间120分钟。

本发明通过全矿物成分原料的组合及其相配套的生产工艺，使成品具有区别于其他彩铅的粉质手感及优异的着色、大面积铺色效果，易揉擦晕染同时具有一定的水溶效果，成品强度较高，便于制笔削尖；手感疏松、顺滑似于炭画铅笔。

本发明通过全矿物粉的组合，达到类似于炭画笔的粉质手感及素描作画手法，可直接进行大面积铺色及可揉擦特性，且兼有油画和水彩的艺术效果，具有其独特的艺术魅力。在塑造和晕染方面有独到之处，且色彩变化丰富、绚丽、典雅，最宜表现变幻细腻的物体，色彩常给人以清新之感。它不需借助油、水等媒体来调色，可以直接作画，如同铅笔般使用方便；它的调色只需色粉之间互相搓合即可得到理想的色彩。因其以矿物质色料为主要原料，所以色彩稳定性好，明亮饱和，经久不褪色，表现力强，色相非常鲜艳与饱和，颜色既可以画得很强烈，又可以画得特别的“糯”与柔和。比油画要轻便，也不像水粉、水彩那样有一个水份干湿衔接的问题，所以它不受时间和水分的限制，既不用调色油，也不要计算水份，简易便捷，十分省事。该发明克服粉质铅芯强度较低的特点，通过材料工艺的优化在保持较低硬度与疏松、顺滑手感的同时达到较高的强度。

本发明区别于目前其它种类彩芯的蜡质体系及手感，采用适合种类的矿物粉及颜料的组合与特定的比例达到粉质手感及大面积铺色与揉擦的效果，类似于炭画笔的粉质手感及素描作画手法，且兼有油画和水彩的艺术效果，在塑造和晕染方面有独到之处，它不需借助油、水等媒体来调色，可以直接作画，如同铅笔般使用方便，且比油画要轻便，也不像水粉、水彩那样有一个水份干湿衔接的问题，所以它不受时间和水分的限制，既不用调色油，也不要计算水份，简易便捷，十分省事。

本发明通过工艺及配方的优化解决了粉质材料普遍强度较低的问题，在保持疏松、顺滑手感及较低硬度的同时达到较高的强度，成品可制成铅芯或各种形状、长短、粗细的粉质材料甚至直接制为粉饼进行使用，易于削尖且书写绘画不易断的特点。

附图说明

图1淘洗粘土的沉淀池流淌工艺示意图。

图2淘洗粘土的沉淀池A-A向示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

预备实施例1粘土的淘洗

1、将粘土与大量水加入搅拌机混合制成泥浆，泥浆要有充分的流动性，水与粘土的比例大于5:1，水和泥浆均连续加入，形成连续泥浆流。

2、先将如图1的各沉淀池注满清水后，用泥浆泵将泥浆连续输入沉淀池入口。

3、泥浆按顺序流过1～5号沉淀池。每个泥浆池的深度约1.6米(安全高度)，1～4号沉淀池的容积分别为4～6立方米，5号沉淀池的容积约20立方米。

4、经连续流经各沉淀池后，流出5号沉淀池的基本是清水。

5、通过控制流入泥浆的流速，可在各沉淀池分离大颗粒杂质和不同粒度的淘洗粘土。在5号沉淀池的沉积量达到约70％时，停止泥浆在入口的输入。此时1～2号沉淀池内基本是大颗粒的杂质，3、4沉淀池内是不同粒度直径的相对粗的粘土，5号沉淀池内是较细的粘土。

6、将泥浆泵放入在5号沉淀池，将沉淀后的泥浆用泥浆泵抽出分别灌装过滤布袋，可适当向5号沉淀池补充清水，以方便将沉淀后的泥浆抽出。

7、装好泥浆的过滤袋扎好口，摆放入栅栏围成的笼子内，堆放高度3米左右，自然挤压控水约3～5天，即可得到粒度约900～1200目的淘洗后的细粘土。

试验例1彩色粉画组合物的配方筛选试验

整体配方按功能分为强度调节、手感绘画调节、颜色调节三大部分。

(1)强度调节部分

选用淘洗工艺对粘土进行淘洗处理，除掉无用杂质及大颗粒物质，得到的淘洗粘土有用成分高达99.9％，大大增加粘结作用；由于高温烧结工艺的引入，使用耐高温无机纳米复合粘结剂的搭配，使得成品强度大幅增加。表1为固定其它成分，对比淘洗粘土与其它常规方案(在120℃下低温烘干)。

表1强度调节部分的配方筛选试验结果

从表1对比数据可以看出，在低温烘干条件下，淘洗粘土与其它粘土相比使得体系强度与手感绘画效果有了一定程度的提升。

由此说明仅使用水洗粘土与常规胶粘剂且在低温烘干后无法达到理想强度与手感绘画效果，故须引入高温烧结工艺，通过煅烧使得粘土强度进一步提高，并且需要使用关键成分粘结剂协同作用，常规粘结剂在高温煅烧下会产生失效，故需使用耐高温粘结剂，使得成品强度大幅增加。表2为固定水洗粘土并使用耐高温粘结剂与常规粘结剂对比数据(260℃高温烧结)。

表2固定水洗粘土并使用耐高温粘结剂与常规粘结剂对比试验结果

从表2对比数据可以看出，常规胶粘剂在高温煅烧下会发生失效，虽然水洗粘土在高温煅烧下会提高一定的强度，但随着常规胶粘剂的失效，整体强度无法提高。

表3对比了各类别高温胶粘剂及各组成成分耐高温无机纳米胶粘剂。

表3各类别高温胶粘剂及各组成成分耐高温无机纳米胶粘剂的性能对比试验结果

原料	环氧树脂	酚醛树脂	有机硅	聚酰亚胺	稀土氧化物类	磷酸二氢铝类
							挠曲强度	2531	2474	2312	2203	2632	3086
芯尖	8.32	7.66	7.31	6.89	8.63	10.31
							硬度	126	143	155	147	165	65
绘画效果	中	良	中	中	中	优
							手感效果	中	中	差	中	差	优

耐高温无机纳米粘结剂是一种由无机纳米材料经缩聚反应制成的耐高温无机纳米复合粘结剂，属于磷酸盐类粘合剂，以磷酸二氢铝、氢氧化铝为主成分,以氧化锌、氧化锆和氧化铁为固化剂。

表4对比了耐高温无机纳米粘结剂配方组成的不同用量配比结果。

表4耐高温无机纳米粘结剂不同用量配比结果

根据表4的耐高温无机纳米粘结剂配方组成的不同用量配比结果，优选组成成分：磷酸二氢铝45％，氢氧化铝35％，氧化锌13％，氧化锆2％，氧化铁5％。在上述配比组成时，在绘画效果和手感效果上均达到优的效果。

(2)手感绘画调节部分

采用六方氮化硼、炭粉、水镁石粉的组合使得体系手感效果及绘画效果得到明显提升，同时对强度也起到一定提升作用；其中六方氮化硼起顺滑调节作用同时提高体系强度，炭粉与水镁石粉的搭配起到粉质与疏松手感的效果，炭粉同时对体系色相进行调节，整体的搭配起到调节绘画效果的作用

表5为替代作为手感粉质与疏松部分的水镁石成分所做的对比试验。

表5替代作为手感粉质与疏松部分的水镁石成分所做的对比试验

表6为将作为手感顺滑效果的六方氮化硼替换为滑石粉以及是否使用炭粉的对比试验结果。

表6六方氮化硼替换为滑石粉以及是否使用炭粉的对比试验结果

从表5和表6的对比数据可以看出，替代水镁石粉或者六方氮化硼或者缺少六方氮化硼、炭粉、水镁石粉任何一组分都无法达到最佳的手感与强度效果。

(3)颜色调节部分

由于烧结工艺的引入，颜料采用耐高温颜料粉，通过各种颜色颜料组合搭配及体系原料的协同作用形成需求的各种颜色；同时加入钛白粉进行明度调节。

(4)配方优化

基于水洗粘土+耐高温无机纳米粘结剂+六方氮化硼+炭粉+水镁石粉+耐高温颜料+钛白粉的最优组合体系，通过增减改变各组分各自含量，从而得到最优体系强度及手感与绘画效果。

表7配方组合优化体系1

表8配方组合优化体系2

表9配方组合优化体系3

表10配方组合优化体系4

表11配方组合优化体系5

表12配方组合优化体系6

表13配方组合优化体系7

表14配方组合优化体系8

表15配方组合优化体系9

表16配方组合优化体系10

由表7-表16的对比可知，强度、手感、颜色三部分原料配比需限定在各自适量范围内，过多或过少都会影响体系的强度和手感及绘画效果；在固定三部分各自适合含量条件下，增减各部分内部所含成分含量，最后确定最优方案为：水洗粘土15份+耐高温无机纳米粘结剂5份+六方氮化硼21份+炭粉5份+水镁石粉21份+颜料粉30份+钛白粉3份。

试验例2彩色粉画组合物制成铅芯的工艺参数优化试验

本试验分别对干粉搅拌时间、加水搅拌时间、捏合机温度、辊压次数、挤芯物料、烘干温度、烧结温度和烧结时间等制备工艺参数进行了优化，优化结果分别见表17-表24。

表17干粉搅拌时间优化试验结果

干粉搅拌	10min	20min	30min	40min	50min
						物时料间均匀	低	中	良	优	优

根据表17的试验结果可见，干粉搅拌时间为20-50分钟具有较好的效果，其中，40-50分钟的搅拌时间效果最佳。

表18加水搅拌时间优化试验结果

加水搅拌	20min	40min	60min	80min	100min
						物时料间均匀	中	良	优	优	优

根据表18的试验结果可见，加水搅拌时间为40-100分钟具有较好的效果，其中，60-100分钟的搅拌时间效果最优。

表19捏合机温度优化试验结果

捏合机温	20℃	30℃	40℃	50℃	60℃
						物度料均匀	中	中	良	优	优

根据表15的试验结果可见，捏合机温度为40-60℃具有较好的物料均匀度，其中，捏合温度为50-60℃时物料均匀度最优。

表20辊压次数优化试验结果

辊压次数	5次	15次	25次	35次
					物料均匀度	中	优	良	中

根据表20的试验结果可见，辊压次数为5-35次具有较好的物料均匀度，其中，辊压次数为15次时物料均匀度最优。

表21挤芯物料含水率优化试验结果

挤芯物料含水率(wt％)	10％	15％	20％	25％
					成品强度	差	良	优	中

本发明配方中所列物质为干粉物质(重量总和为100％)，在生产过程中捏合搅拌工序还需额外加入120％的蒸馏水(按照干粉物质总重量相比)。蒸馏水通过捏合搅拌及辊压工序进行蒸发并在挤芯工序前物料含水率达到20％(相对干粉重量相比)时达到最优效果。

表22烘干温度优化试验结果

烘干温度	60℃	80℃	100℃	120℃	140℃
						成品率	低	中	优	良	中

根据表22的试验结果可见，烘干温度为80-140℃时具有较好的成品率，其中，烘干温度为100℃时时，成品率最高。

表23烧结温度优化试验结果

烧结温度	200℃	230℃	260℃	290℃	320℃
						成品手感	低	中	优	良	中
成品强度	低	中	优	优	优

根据表23的试验结果可见，烧结温度为230-320℃时具有较好的成品手感、着色以及成品强度，其中，烧结温度为260℃时，无论是成品手感、着色还是成品强度均具有最佳的效果。

表24烧结时间优化试验结果

烧结时间	30min	60min	90min	120min	150min
						成品手感	低	中	中	优	良
成品强度	低	低	良	优	优

根据表24的试验结果可见，烧结时间为60-150分钟时具有较好的成品手感、着色以及成品强度，其中，烧结时间为120分钟时，无论是成品手感、着色还是成品强度均具有最佳的效果

烧结温度与烧结时间需搭配以获得最佳效果，温度过高、时间过长会影响成品手感、颜色及着色效果，温度过低、时间过短无法达到理想手感与强度效果。

Claims (10)

1.一种彩色粉画组合物，其特征在于，由以下各成分组成：粘土，粘结剂，六方氮化硼，炭粉，水镁石粉，颜料粉和钛白粉。

2.按照权利要求1所述的彩色粉画组合物，其特征在于，各组成成分的质量份为：粘土15-25份，粘结剂2-10份，六方氮化硼15-30份，炭粉2-15份，水镁石粉14-30份，颜料粉28-32份，钛白粉1-5份；优选的，各组成成分的质量份为：水洗粘土15份，粘结剂5份，六方氮化硼21份，炭粉5份，水镁石粉21份，颜料粉30份，钛白粉3份。

3.按照权利要求1或2所述的彩色粉画组合物，其特征在于，所述的粘土为经过淘洗处理后的粘土；优选的，所述淘洗处理包括：(1)将粘土与大量水加入搅拌机混合制成泥浆，泥浆要有充分的流动性，水与粘土的体积比例超过5:1，水和泥浆均连续加入，形成连续泥浆流；(2)先将各沉淀池注满清水后，用泥浆泵将泥浆连续输入沉淀池入口；(3)将泥浆按顺序流过各个沉淀池；通过控制流入泥浆的流速，可在各沉淀池分离大颗粒杂质和不同粒度的淘洗粘土，收集得到粒度约900～1200目的淘洗后的细粘土。

4.按照权利要求3所述的彩色粉画组合物，其特征在于，所述的所述的粘结剂是耐高温无机纳米复合粘结剂；优选的，所述耐高温无机纳米复合粘结剂以磷酸二氢铝、氢氧化铝为主成分,以氧化锌、氧化锆和氧化铁为固化剂，经缩聚反应制成；更优选的，各成分的质量百分比为：磷酸二氢铝45％，氢氧化铝35％，氧化锌13％，氧化锆2％，氧化铁5％。

5.权利要求1或2所述的彩色粉画组合物在制备铅芯、粉质材料或粉饼中的应用。

6.一种应用权利要求1或2所述彩色粉画组合物制备彩色铅芯的方法，其特征在于，包括：

(1)将各成分搅拌混合得到混合物1；(2)将混合物1加入水后继续进行搅拌得到混合物2；(3)将混合物2进行第一次捏合；(4)将捏合后的产物用辊压机进行三辊研磨；(5)将研磨后的产物进行第二次捏合；(6)挤芯；(7)烘干；(8)烧结，即得。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的搅拌时间为20-50分钟，优选为40-50分钟；步骤(2)中所加入水的质量为混合物1总质量的120％；所述的搅拌时间为20-100分钟，优选为60-100分钟。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(3)或步骤(5)中所述的捏合为真空捏合；其中在进行真空捏合时的温度为40-60℃，优选为50-60℃，捏合时间优选为10分钟。

9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(4)中将捏合后的产物用辊压机进行三辊研磨时的辊压次数为5-35次，优选为15次；

步骤(6)中所述的挤芯物料的含水率为15-25％，挤芯物料的含水率优选为20％；

步骤(7)中所述的烘干温度为80-140℃，优选为100℃；烘干时间300分钟。

10.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(8)中所述的烧结的温度为230-320℃，优选为260℃；所述的烧结时间为60-150分钟，优选为120分钟。

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