CN115043606A - 一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，涉及一种建筑涂料原料制备方法，该方法以常温固化的氟碳树脂与乙烯基醚或酯的物质形成共聚物作为包覆材料，对由废弃矿石、废弃玻璃等固体废弃颗粒等组成的基材进行包覆，包覆层与基材之间进行强力的粘合制备成人工彩砂。包覆的氟碳树脂层由于氟原子的屏蔽效应，以及氟烯烃与烷烯基醚或酯进行交替排列结构。颜料采用主要成分为丙烯酸的有机染料，与烷烯基醚或酯进行有机结合，并采用相容剂对染料与基体间进行连接，形成一个整体，增加氟碳树脂包覆层的耐磨性。制备出的彩砂增加了废弃资源利用的有效途径，使得减少天然彩砂的资源的开采，保护了环境。

Description

一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑涂料原料制备方法，特别是涉及一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法。
背景技术
随着人们对建筑装饰美感的追求，彩砂的开发和应用受到越来越多的青睐。但是随着环境保护要求日益严苛，天然彩砂的开采和使用受到限制，难以满足建筑市场的需求。与此同时，天然彩砂在使用过程中，存在成色不均，硬度较小、较脆，应用范围单一等问题。因此，天然彩砂逐渐退出历史舞台。而人造彩砂具有颜色均匀、色彩明亮，可根据实际应用进行加工等优点，日益受到重视，成为替代天然彩砂必然之路。
彩砂一般分为天然彩砂和人造彩砂。由于天然彩砂的过度开采，导致资源枯竭与此同时在使用过程中出现呈色不均，硬度较小、较脆，应用范围单一、成本较高等问题限制了天然彩砂的应用。而人造彩砂是不同矿物的颗粒料，根据不同需要，进行染色。其特点是颜色均匀，色彩丰富。因此在实际应用中得到广泛使用。由于传统的彩砂在制备过程中能耗量大，污染环境，制品性能不稳定等缺点日益突出，并且在生产过程中要消耗大量天然矿产资源，这一高能耗的建筑材料迫切需要一种新的方法代替。与此同时，环境保护越来越受到世界各国重视，因此具有节能环保和固废基建材的产品日益得到重视。
专利号为《CN202110182098》的“一种利用尾矿为原料生产染色彩砂的方法”将废弃尾矿制备彩砂，既对尾矿实现了零排放，又带来了经济效益。专利号为《CN201510067952》的“一种风沙染色方法”将不能应用于建筑材料的天然风沙制备成人工彩砂，并且拥有优异的性能。固废基制备彩砂利用了低成本的原料，带来更大的经济效益。
由于我国地域广阔，气候类型复杂多样，不同地区由于温度、湿度、辐射总量等因素的不同，彩砂应用在彩砂地坪，外墙涂料等容易受气候影响方面，因此对彩砂的耐候性比较要求较高。
目前市面的人工彩砂的耐候性较差且价格较高，远超天然彩砂的价格，需要一种低成本、高耐候、工艺简单的人工彩砂的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，本发明采用常温固化的氟碳树脂与乙烯基醚或酯的物质形成共聚物作为包覆材料，对由废弃矿石、废弃玻璃等固体废弃颗粒等组成的基材进行包覆，制备成人工彩砂。包覆层与基材之间进行强力的粘合，包覆的氟碳树脂层由于氟原子的屏蔽效应，以及氟烯烃与烷烯基醚或酯进行交替排列结构，赋予人工彩砂整体的高耐候性，极高的耐候的性能可以延长人工彩砂的使用寿命。颜料采用主要成分为丙烯酸的有机染料，与烷烯基醚或酯进行有机结合，并采用相容剂对染料与基体间进行连接，形成一个整体，增加氟碳树脂包覆层的耐磨性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种制备高耐候的固废基人工彩砂方法，包括以下步骤：
（a）将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，所述的容器带有电动搅拌机与温度计；将相容剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的相容剂；将50-100份废弃玻璃放入容器中，水浴搅拌1h得到改性后的材料。
（b）将二月桂酸二丁基酸锡、份表面活性剂、份有机硅消泡剂助剂混合搅拌均匀，在依次加入10-30份氟碳树脂、1-5份乙烯基醚或酯类物质、3-5份有机颜料、5-20份固化剂。在水浴锅50℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h。得到具有交替结构的共聚物。将改性的废弃玻璃与新制备的共聚物混合放在水浴锅中，混合搅拌1h，得到高耐候的固废基人工彩砂。
优选的，所述（a）中混合液体积比乙醇：水=2:1。
优选的，所述（a）中80℃，800-1000r/min水浴搅拌40min，得到改性的材料。
优选的，所述（b）中氟碳树脂的固化温度为常温。
优选的，所述（b）中形成交替结构共聚物的条件为为温度50℃，搅拌速度500-700r/min，时间1h。
所述的一种制备高耐候的固废基人工彩砂方法，包括以下质量份数的原料：
废弃玻璃50-100份、氟碳树脂10-30份、乙烯基醚或酯1-5份、有机颜料3-5份、相容剂1-3份、固化剂5-20份、二月桂酸二丁基酸锡1-3份、表面活性剂1-3份、有机硅消泡剂1-3份
进一步地，氟碳树脂的主要物质为三氟氯乙烯、四氟乙烯中的一种。
进一步地，乙烯基醚或酯的物质为醋酸乙烯酯、丁基乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚中的一种。
进一步地，有机颜料的主要成分为纯丙乳液、硅丙乳液中的一种。
进一步地，相容剂为氟硅烷偶联剂十七氟癸基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
进一步地，固化剂为甲苯二异氰酸酯（TDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）中的一种。
本发明的优点与效果是：
1、本发明制备彩砂所用的基材为固体废弃材料，原材料成本较低且资源广泛。
2、本发明氟碳树脂与乙烯基醚或酯的物质形成共聚物作为包覆层，采用氟碳树脂层氟碳树脂的氟烯烃与烷烯基醚或酯进行交替排列结构，赋予人工彩砂整体的高耐候性，延长人工彩砂的使用寿命。
具体实施方式
实施例1
步骤一：改性固废基材料废弃玻璃
将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，所述的容器带有电动搅拌机与温度计；将相容剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的相容剂；将50份废弃玻璃放入容器中，水浴搅拌1h得到改性后的材料。
步骤二：高耐候固废基人工彩砂的制备
将二月桂酸二丁基酸锡、份表面活性剂、份有机硅消泡剂助剂混合搅拌均匀，在依次加入10份氟碳树脂、3份乙烯基醚或酯类物质、3份有机颜料、5份固化剂。在水浴锅50℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h。得到具有交替结构的共聚物。将改性的废弃玻璃与新制备的共聚物混合放在水浴锅中，混合搅拌1h，得到高耐候的固废基人工彩砂。
实施例2
步骤一：改性固废基材料废弃玻璃
将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，所述的容器带有电动搅拌机与温度计；将相容剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的相容剂；将100份废弃玻璃放入容器中，水浴搅拌1h得到改性后的材料。
步骤二：高耐候固废基人工彩砂的制备
将二月桂酸二丁基酸锡、份表面活性剂、份有机硅消泡剂助剂混合搅拌均匀，在依次加入10份氟碳树脂、3份乙烯基醚或酯类物质、3份有机颜料、5份固化剂。在水浴锅50℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h。得到具有交替结构的共聚物。将改性的废弃玻璃与新制备的共聚物混合放在水浴锅中，混合搅拌1h，得到高耐候的固废基人工彩砂。
实施例3
步骤一：改性固废基材料废弃玻璃
将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，所述的容器带有电动搅拌机与温度计；将相容剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的相容剂；将50份废弃玻璃放入容器中，水浴搅拌1h得到改性后的材料。
步骤二：高耐候固废基人工彩砂的制备
将二月桂酸二丁基酸锡、份表面活性剂、份有机硅消泡剂助剂混合搅拌均匀，在依次加入20份氟碳树脂、3份乙烯基醚或酯类物质、3份有机颜料、10份固化剂。在水浴锅50℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h。得到具有交替结构的共聚物。将改性的废弃玻璃与新制备的共聚物混合放在水浴锅中，混合搅拌1h，得到高耐候的固废基人工彩砂。
对比例1
步骤一：改性固废基材料废弃玻璃
将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，所述的容器带有电动搅拌机与温度计；将相容剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的相容剂；将50份废弃玻璃放入容器中，水浴搅拌1h得到改性后的材料。
步骤二：高耐候固废基人工彩砂的制备
将二月桂酸二丁基酸锡、份表面活性剂、份有机硅消泡剂助剂混合搅拌均匀，在依次加入20份环氧树脂、3份乙烯基醚或酯类物质、3份有机颜料、10份固化剂。在水浴锅50℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h。得到具有交替结构的共聚物。将改性的废弃玻璃与新制备的共聚物混合放在水浴锅中，混合搅拌1h，得到高耐候的固废基人工彩砂。
对比例2
步骤一：改性固废基材料废弃玻璃
将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，所述的容器带有电动搅拌机与温度计；将相容剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的相容剂；将50份废弃玻璃放入容器中，水浴搅拌1h得到改性后的材料。
步骤二：高耐候固废基人工彩砂的制备
将二月桂酸二丁基酸锡、份表面活性剂、份有机硅消泡剂助剂混合搅拌均匀，在依次加入20份聚氨酯树脂、3份乙烯基醚或酯类物质、3份有机颜料、10份固化剂。在水浴锅50℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h。得到具有交替结构的共聚物。将改性的废弃玻璃与新制备的共聚物混合放在水浴锅中，混合搅拌1h，得到高耐候的固废基人工彩砂。
对比例3
步骤一：改性固废基材料废弃玻璃
将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，所述的容器带有电动搅拌机与温度计；将相容剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的相容剂；将50份废弃玻璃放入容器中，水浴搅拌1h得到改性后的材料。
步骤二：高耐候固废基人工彩砂的制备
将二月桂酸二丁基酸锡、份表面活性剂、份有机硅消泡剂助剂混合搅拌均匀，在依次加入20份氟碳树脂、3份乙烯基醚或酯类物质、3份无机颜料、10份固化剂。在水浴锅50℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h。得到具有交替结构的共聚物。将改性的废弃玻璃与新制备的共聚物混合放在水浴锅中，混合搅拌1h，得到高耐候的固废基人工彩砂。
通过对实施例1、实施例2、实施例3、对比例1、对比例2和对比例3六组制备的人工彩砂进行耐候性实验对比。
对彩砂的耐酸碱性能、耐老化性能、耐磨性能、耐水性能、耐磨性能进行测试。
耐碱性能测试：将一定量的彩砂试样加入到200ml的锥形瓶中，再将100ml0.1mol/L的NaOH 溶液加入到锥形瓶中，密封浸泡48h后，晃动锥形瓶，观察瓶中是否出现彩色杂物漂浮、白色砂粒露出以及溶液浑浊的现象。
耐酸性能测试：将一定量的彩砂试样加入到200ml的锥形瓶中，再将100ml0.05mol/L的H2SO4溶液加入到锥形瓶中，密封浸泡48h后，晃动锥形瓶，观察瓶中是否出现彩色杂物漂浮、白色砂粒露出以及溶液浑浊的现象。
耐老化性能测试：取少量彩砂样品，用型号为JW-XD-900的氙灯老化耐候试验箱进行耐候性测试，每隔1h测试12min，连续测试500h。
耐水性能测试：称取一定量的彩砂样品置于装有蒸馏水的烧杯中，用蒸馏水清洗一遍后，再重新加入蒸馏水至没过彩砂试样，浸泡7天，然后用玻璃棒搅拌5min，静置1min后观察烧杯中的水是否变得浑浊。
耐磨性能测试：称量一定量的彩砂试样置于装有自来水的烧杯中（水的体积与彩砂的体积之比为1：1），将其放入到转速为600HZ的变速搅拌机上进行。搅拌机的转速为600r/min，搅拌时间为5min，静置，观察烧杯中的水是否浑浊。
观察性能测试后、六组彩砂的的测试结果如表一所示
表一彩砂测试后的结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
经过六组的对彩砂的性能对比发现，经过氟碳树脂与乙烯基醚或酯的共聚物制备的彩砂均具有优异的耐候性。通过实施例3与对比例3之间的比较，发现有机颜料拥有更强的耐候性，这是由于有机颜料参与到氟碳树脂与乙烯基醚或酯的反应中，与氟碳树脂包覆层成为一个整体，增大了彩砂的耐候性。

Claims (7)

1.一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下制备过程：
（a）将乙醇与水依次加入到干燥的容器中，容器带有电动搅拌机与温度计；将相容剂加入到容器中，300-500r/min下搅拌直到水浴锅的温度达到80℃，得到水解后的相容剂；将50-100份废弃玻璃放入容器中，水浴搅拌1h得到改性后的材料；
（b）将二月桂酸二丁基酸锡、份表面活性剂、份有机硅消泡剂助剂混合搅拌均匀，在依次加入10-30份氟碳树脂、1-5份乙烯基醚或酯类物质、3-5份有机颜料、5-20份固化剂；在水浴锅50℃，转速500-700r/min下水浴搅拌1h；得到具有交替结构的共聚物；将改性的废弃玻璃与新制备的共聚物混合放在水浴锅中，混合搅拌1h，得到高耐候的固废基人工彩砂。
2.根据权利要求1所述的一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，其特征在于，所述上述原料成分的重量份数：废弃玻璃50-100份、氟碳树脂10-30份、乙烯基醚或酯1-5份、有机颜料3-5份、相容剂1-3份、固化剂5-20份、二月桂酸二丁基酸锡1-3份、表面活性剂1-3份、有机硅消泡剂1-3份。
3.根据权利要求1所述的一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，其特征在于，所述上述（a）中相容剂为氟硅烷偶联剂十七氟癸基三甲氧基硅烷、硅烷偶联剂γ―甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，其特征在于，所述上述（b）中氟碳树脂的物质为三氟氯乙烯、四氟乙烯中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，其特征在于，所述上述（b）中乙烯基醚或酯的物质为醋酸乙烯酯、丁基乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，其特征在于，所述上述（b）中有机颜料的成分为纯丙乳液、硅丙乳液中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高耐候固废基人工彩砂的制备方法，其特征在于，所述上述（b）中固化剂为甲苯二异氰酸酯（TDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）中的一种。
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