摘要：從彩砂涂料的應(yīng)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?zé)Y(jié)著色的技術(shù)，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(xué)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(yīng)用現(xiàn)狀和彩砂的基本性能要求
2.1 應(yīng)用狀況
砂壁涂料的作用是保護(hù)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(shù)、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(yīng)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(dá)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(yán)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(jī)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(jī)色料粘附在石英砂表層，再用1200-1350℃高溫?zé)Y(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(lán)、青藍(lán)、紫紅、紫藍(lán)、綠色、豆沙色等。其特征是提供了合適的無機(jī)氧化物顏料和堿性氧化物助熔劑。當(dāng)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(yīng)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?zé)Y(jié)法：用丙烯酸樹脂、硅溶膠拌和無機(jī)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?zé)Y(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?zé)Y(jié)法：該法選用廉價的無機(jī)氧化物顏料，并加人適當(dāng)?shù)闹蹌故⑸氨砻嬖?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(lán)，有晶瑩感 | 碧海藍(lán)，有點雜色 | 碧海藍(lán)，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(xì)顆粒與調(diào)配好的陶瓷碧海藍(lán)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?zé)Y(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(chǔ)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(jī)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(lán)、淺藍(lán)、紫色、豆沙色等等。下列各表列出了以燒結(jié)碧海藍(lán)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(lán) | 艷麗碧海藍(lán) | 艷麗碧海藍(lán)、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(lán)色 | 碧海藍(lán)色 | 碧海藍(lán)色 | 碧海藍(lán)色 |
表5硼酸的影響
| 硼酸(g/L) | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| 外觀性能 | 暗藍(lán)色 | 暗藍(lán)色 | 淡藍(lán)色 | 鮮艷碧海藍(lán)色 | 鮮艷碧海藍(lán)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(lán)色 | 鮮艷碧海藍(lán)色 | 鮮艷碧海藍(lán)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?zé)Y(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?zé)Y(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(yīng)提高，且設(shè)備使用條件嚴(yán)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?zé)Y(jié)著色的彩砂，具有高溫?zé)Y(jié)彩砂的相同效果，但其成本卻是高溫?zé)Y(jié)的40%。
綜上所述，中濕燒結(jié)工藝技術(shù)是生產(chǎn)彩砂的一種新技術(shù)。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(yīng)用價值。
