摘要：從彩砂涂料的應用狀況出發(fā)，簡述了彩砂的基本性要求，同時根據(jù)實驗分析結(jié)果，開發(fā)了一種新的石英砂中溫燒結(jié)著色的技術，給出了著色工藝的主要流程和方法。

1、引言

近年來，建筑化學工業(yè)迅速崛起，各種新型建筑裝飾不斷涌現(xiàn)，建筑涂料更是五光十色，而砂壁狀墻面涂料由于其厚實質(zhì)感和表面立體感越來越受到人們的重視和喜愛。

彩砂作為砂壁狀外墻涂料的重要組成部分，起著調(diào)節(jié)涂層色相、明度及彩度的作用，使涂料的花色品種變化無窮。因此，彩砂的好壞將直接影響到外墻涂料的使用性能。

2、砂壁涂料應用現(xiàn)狀和彩砂的基本性能要求

2.1 應用狀況

砂壁涂料的作用是保護墻體和裝飾墻體立面。它不僅能用于各種類建筑物的內(nèi)外墻裝飾，而且能用于城市雕塑、泡沫雕花藝術、廣告宣傳牌、玻璃鋼浮雕、石膏系列裝飾材料、飽和聚脂泡沫系列裝飾材料等等，還可在各種造型的木、竹、塑料、金屬、水泥、玻璃、膠合板、紙皮等材料和表面噴涂。砂壁狀涂料由合成樹脂乳液、成膜助劑和骨料組成。骨料的作用是提供色彩和防水質(zhì)點，有天然砂和人造彩砂。

天然砂顏色品種少粉碎化后顏色明顯變淡，著色效果不理想。目前，日本對砂壁狀涂料的研究處于較優(yōu)地位，由于采用人造彩砂，其產(chǎn)品性能好、品種多。在我國，有代表性的真石漆也得到廣泛應用。然而，國內(nèi)產(chǎn)品的色彩比較單一，且性能也有待改善，其主要原因是人造彩砂的性能達不到要求。因天然彩砂色彩單調(diào)且來源困難，所以用石英砂著色成彩色砂是彩砂涂料的主要生產(chǎn)途徑。

2.2 彩砂的基本性能要求

由于墻面（特別是外墻）的使用條件嚴酷，保養(yǎng)更換困難。同時，又要保證花色品種變化無窮，以滿足不同用戶、不同用途、不同品位的裝飾要求。因此，彩砂需要具備如下性能。

2.2.1 色彩豐富，明亮飽滿。

2.2.2 耐水性好，室溫條件下浸水500h外觀不變化。

2.2.3 耐堿性好，用飽和Ca(OH)2溶液浸泡500h外觀不變化。

2.2.4 耐酸性好，用20%HCl溶液浸泡500h外觀不變化。

2.2.5 耐候性好，其外觀不受環(huán)境、氣候、季節(jié)的影響。

3、石英砂著色工藝的基本原理

彩砂的傳統(tǒng)著色工藝通常有三種：一是用顏料染色；二是用樹脂混合無機色料涂布在石英砂表層，然后在200-300℃溫度下烘烤固化著色；三是用無機色料粘附在石英砂表層，再用1200-1350℃高溫燒結(jié)著色。而本彩砂著色工藝采用陶瓷彩釉燒結(jié)原理，與傳統(tǒng)方法不同，該工藝包括釉漿配方和工藝參數(shù)，品種有碧海藍、青藍、紫紅、紫藍、綠色、豆沙色等。其特征是提供了合適的無機氧化物顏料和堿性氧化物助熔劑。當顏料和助熔劑均勻分布在石英砂表面，置于800-900℃爐中燒結(jié)時，助熔劑的熔體與軟化了的石英砂表層相互滲透，顏料也隨之滲入，并發(fā)生固相反應面著色。

4、燒結(jié)工藝的實驗和分析

4.1 燒結(jié)工藝實驗

4.1.1 低溫燒結(jié)法：用丙烯酸樹脂、硅溶膠拌和無機色料在石英砂表層，在250℃溫度下燒結(jié)半小時著色。

4.1.2 高溫燒結(jié)法：用陶瓷色料和硅溶膠等拌和在石英砂表層，在1100℃溫度下燒結(jié)半小時著色。

4.1.3 兩步燒結(jié)法：一步把石英砂表層用純堿在600℃溫度下玻璃化半小時，粉碎過篩；二步加入陶瓷色料在800-900℃溫度下燒結(jié)半小時著色。

4.1.4 中溫燒結(jié)法：該法選用廉價的無機氧化物顏料，并加人適當?shù)闹蹌?，使石英砂表面?00-900℃溫度下燒結(jié)半小時著色。

4.2 不同著色法的彩砂性能對比

表1不同著色法的彩砂性能對比

效果	彩砂類型	低溫色砂	高溫色砂	兩步色砂	中溫色砂
外觀		暗淡、雜色	鮮艷，有晶瑩感	較艷，有晶瑩感，但不夠均勻	鮮艷，有晶瑩感
20%HCl溶液浸泡500小時		褪色、溶液變混濁	無變化	輕微變化	無變化
飽和Ca(OH)2溶液浸泡500小時		褪色、溶液變混濁	無變化	輕微變化	無變化

4.3 不同原材料著色的效果對比

表2不同原材料著色效果對比

砂料類型	石英砂	海砂	河沙	大理石顆粒
外觀效果	鮮艷的碧落藍，有晶瑩感	碧海藍，有點雜色	碧海藍，有點雜色	不能著色

分別稱取適量的石英砂、海砂、河砂、大理石細顆粒與調(diào)配好的陶瓷碧海藍色料混合均勻，置于爐中1100℃下燒結(jié)半小時，其結(jié)果列入表2。

4.4 中溫燒結(jié)石英砂著色工藝及其參數(shù)和主要成分對彩砂性能的影響

釉漿的基礎配方：硼酸50g/L，堿性氧化物100g/L，添加劑5g/L，表面活化劑0.05g/L。工藝參數(shù)：燒結(jié)溫度800-900℃；燒結(jié)時間30分鐘。工藝流程圖如圖1所示。其中硼酸和堿性氧化物是起助熔作用，對著色產(chǎn)生重大影響；添加劑起懸浮、分散顏料的作用；表面活性劑有利于顏料附著在石英砂表層。

按以上配方調(diào)好釉漿后，量取50ml加入到100g礦砂中混合均勻，再分別加入一定量的不同的無機氧化物顏料充分混合，置于爐中在800℃溫度下燒結(jié)30分鐘，產(chǎn)生出的彩砂產(chǎn)品分別顯示出美麗的碧海藍、淺藍、紫色、豆沙色等等。下列各表列出了以燒結(jié)碧海藍為例各種參數(shù)對彩砂主要外觀性能的影響。

表3燒結(jié)溫度的影響

溫度	500℃	600℃	700℃	800℃	900℃	1000℃
外觀性能	基本上雜色	暗粉狀雜色	少許粉狀雜色	艷麗碧海藍	艷麗碧海藍	艷麗碧海藍、淡色

表4燒結(jié)時間的影響

燒結(jié)時間	10分鐘	20分鐘	30分鐘	40分鐘	50分鐘
外觀性能	雜色粉狀	不均勻粉狀藍色	碧海藍色	碧海藍色	碧海藍色

表5硼酸的影響

硼酸(g/L)	20	30	40	50	60
外觀性能	暗藍色	暗藍色	淡藍色	鮮艷碧海藍色	鮮艷碧海藍色

表6堿性氧化物的影響

堿性助溶劑(g/L)	60	80	100	120
外觀性能	粉狀雜質(zhì)	不均勻藍色	鮮艷碧海藍色	鮮艷碧海藍色，稍淡

表7高、中溫著色彩砂性能成本對比

比較項目	高溫著色彩砂	中溫著色彩砂
外觀	色澤鮮艷	色澤鮮艷
耐水性	常溫浸水500小時不變化	常溫浸水500小時不變化
耐酸性	用20%HCL溶液浸泡500小時不變化	用20%HCL溶液浸泡500小時不變化
耐堿性	用飽和Ca(OH)2溶液浸泡500小時不變化	用飽和Ca(OH)2溶液浸泡500小時不變化
耐候性	置于室外一年不變化	置于室外一年不變化

5、結(jié)論

用顏料染色的石英砂和低溫燒結(jié)著色的石英砂，色澤欠美觀，且一年以后就會出現(xiàn)褪色現(xiàn)象。用陶瓷色料高溫燒結(jié)的石英砂，色澤美觀，豐富多彩，長期使用不褪色，但其色料價格昂貴，燒結(jié)溫度高，費用也相應提高，且設備使用條件嚴酷，保養(yǎng)維修困難。兩步法燒結(jié)的石英砂，雖然降低了燒結(jié)濕度，然而燒結(jié)時間延長，并要增加粉碎過篩的工序，故燒結(jié)成本居高不下。而采用中溫燒結(jié)著色的彩砂，具有高溫燒結(jié)彩砂的相同效果，但其成本卻是高溫燒結(jié)的40%。

綜上所述，中濕燒結(jié)工藝技術是生產(chǎn)彩砂的一種新技術。其產(chǎn)品色澤鮮艷，豐富多彩，耐水、耐酸、耐堿、耐紫外光。不受環(huán)境、氣候、時間的影響。不但具有高溫著色的特點，而且成本低廉，工藝新穎，施工容易，生產(chǎn)方便，具有良好的推廣應用價值。