一種人工彩砂著色劑、使用該著色劑的人工彩砂及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種功能型砂料，特別涉及一種復合著色劑，及由該復合著色劑制備 的人工彩砂，屬于建筑涂料領域。
【背景技術】
[0002] 彩砂因其鮮艷的色彩、穩定的性能等優點在建筑裝飾領域得到了廣泛的應用。彩 砂作為一種表面裝飾材料，一般分為天然彩砂和人工彩砂兩種。自2000年以后，隨著國內 真石漆建筑涂料的興起，作為真石漆的主體原料天然彩砂資源日益枯竭。2012年開始，北方 受霧霾天氣影響，國家陸續強制停止了大多數彩砂礦源的開采，造成了涂料行業彩砂供貨 緊張、彩砂質量日益下降的現象，彩砂資源的匱乏對真石漆的發展無疑是最大的障礙。于是 國內的真石漆廠家開始將目光投向人工彩砂。
[0003] 人工彩砂為采用自然界資源廣泛的石英砂、粘土等作為原料，通過不同的技術手 段，在表面或者整體著色成膜層，使透明的石英砂具備不同的顏色。目前制備的人工彩砂 主要有：一、染色砂：使用如聚氨酯、環氧樹脂等作為粘結劑，添加色漿著色。包裹攪拌石英 砂，使其表面覆蓋上相應的顏色，最后把石英砂通過烘干的方式得到。這種生產方式比較 簡單方便、顏色易于實現，速度快。但綜合性能較差。二、高溫陶瓷砂：采用陶瓷粘土、高嶺 土等在1000攝氏度以上的高溫下燒制成陶塊，然后經破碎成顆粒、粒徑過篩而成。高溫陶 瓷砂由于顏色是通過調節粘土里直接添加彩料，經過高溫反應來實現，因此顏色從里到外 都是一致的，但不同批次的顏色穩定性不好控制。三、燒結彩砂：其是一種以石英砂為原料， 加入無機顏料和特殊涂層，經過600攝氏度左右的高溫燒結制備，燒結彩砂的工藝方法，由 攪拌、預熱、煅燒和冷卻四個步驟組成，其中，在預熱和煅燒步驟中用熱風爐提供的熱風對 攪拌好的物料在預熱滾筒和煅燒滾筒內進行預熱、煅燒。
[0004] 但是，現有技術中上述的主要人工彩砂仍然存在其固有的缺陷。
[0005] 染色砂：（1)由于只是在石英砂表面薄薄的一層著色，顏色無法深入底層，在使用 過程中，顏色在砂粒的相互摩擦過程中，容易磨掉。（2)由于染色用的粘結劑采用的是聚氨 酯、環氧樹脂等親油性包裹，在真石漆這種水性涂料中，相容性存在重大隱患。
[0006] 高溫陶瓷砂：（1)需要加溫到1000多度，屬于高能耗低附加值產品，不符合國家對 環保的要求。（2)陶瓷塊在破碎成顆粒的過程中，由于陶瓷塊硬度較高，對設備的損傷較大， 且顆粒的均勻度無法保證。
[0007] 燒結彩砂：（1)需要加溫600度，高能耗。（2)燒結彩砂也是屬于對表面的包裹，顏 色不均勻，局部會有裸露，平攤彩砂之后看有雜色。煅燒溫度對著色料的顏色影響較大，顏 色穩定性不好。

【發明內容】

[0008] 本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中所存在的上述不足，而提供一種耐 磨性能好、與水性樹脂乳液相容性好的著色劑，并提供一種采用該著色劑制備的、顏色均 勻、耐候性好，并能根據顏色需要進行加工的人工彩砂，并提高制備該人工彩砂的制備方 法。特別是，該人工彩砂及制備方法解決著色砂耐磨性差、與水性樹脂乳液相容性差的問 題，以及無需高溫煅燒，常溫干燥性便能夠滿足要求，且顏色穩定均勻。
[0009] 為了解決上述技術問題，達到上述的技術效果，本發明的技術方案及其相應目的 如下：
[0010] -種用于制備人工彩砂成膜的復合著色劑，其特征在于：該著色復合劑包括第一 無機粘合物、室溫固化劑和第二粘合物，該第一無機粘合物優先選取水玻璃，特別優選鉀水 玻璃，該固化劑優選選取縮合磷酸鋁，該第二粘合物優選選取水性樹脂乳液，特別優選乳液 996AD。
[0011] 其中還優先，該復合著色劑包括無機酸或有機酸、填料、穩定劑、色粉和水，所述的 穩定劑為硅酸鹽，所述的無機酸為濃硫酸，所述的填料為云母粉、重鈣粉、石英粉或滑石粉； 也優選呈片狀結構的云母粉等填料。
[0012]還特別優選，該復合著色劑各組分的質量比分滿足：鉀水玻璃為280-320、乳液 996AD為45-55、濃硫酸為2. 8-3. 2,硅酸鹽為0. 9-1. 1，云母粉為75-125,色粉為435-560， 水為40-52。
[0013] 一種人工彩砂，其中包括碎石砂料和基礎漿料，所述碎石砂料包括石英砂、方解 石中的至少一種或多種，所述的基礎漿料包括復合著色劑，其中包括采用了前述用于制備 人工彩砂成膜的復合著色劑。優選，所述的碎石砂料與所述復合著色劑的質量比例為： 20-40/980-960。
[0014]優選所述碎石砂料為石英砂，其中，所述著色劑與石英砂的質量配比、石英砂的 粒徑，分別滿足以下（1)-⑷的任一方式：（1)20/980、石英砂（的粒徑）為10-20目， (2)30/970、20-40 目，（3)35/965、40-80 目，（4)40/960、80-120 目。
[0015] 該復合著色劑及由該復合著色劑制備的人工彩砂具有了現有傳統著色劑不具有 的優越性能，特別是，解決了著色人工彩砂耐磨性差，與水性樹脂乳液相容性差的問題，也 無需高溫煅燒，其常溫干燥性能滿足相應要求，還具有顏色穩定均勻等優點。
[0016] -種制備上述復合著色劑的工藝方法，其包括如下步驟：1)水玻璃酸改性步驟， 向水玻璃中加入無機酸或有機酸，在400-500轉/分鐘的轉速條件下，攪拌8-13分鐘；2) 添加穩定劑步驟，向改性后水玻璃中投入填料、所需顏色的色粉，邊攪拌邊投入穩定劑，在 400-500轉/分鐘的轉速條件下攪拌均勻后，再在1450-1550轉/分鐘的轉速條件下高速分 散8-13分鐘；3)再次提高粘結效力的復配步驟，向上述高速分散后得到的混合物中投入水 性樹脂乳液，攪拌使之均勻。
[0017] -種根據上述的人工彩砂制備方法，其包括制備上述復合著色劑的步驟，還包括 以下相關的步驟：a將所述的碎石砂料與所述的復合著色劑混合，投入攪拌機攪拌均勻，b 通過履帶式干燥機干燥，c過篩，d包裝。
【具體實施方式】：
[0018] 下面通過具體實施例介紹本發明的研發過程，以便本領域技術人員更好地理解本 發明，但本發明不局限于實施例的描述。
[0019]實施例1
[0020] 經過長期反復研究，申請人發現影響人工彩砂性能與加工工藝的關鍵性材料在于 粘結劑。優良的粘結劑需要滿足以下一些條件：（1)具備超強滲透性，能滲透入石英砂內 部，常溫干燥的人工彩砂粘結劑；(2)粘結劑必需具有一定的親水性，以確保與水性樹脂乳 液的形容性；（3)成膜強度高。
[0021] 為了滿足上述的要求，我們通過反復研究實驗，成功地解決了這些問題，關鍵在于 采用了無機粘結劑水玻璃與有機樹脂乳液復配的方式。以下陳述關鍵的粘結劑及助劑的篩 選過程。
[0022] ( -）、第一粘結物--水玻璃的選取
[0023] 水玻璃俗稱泡花堿，是一種水溶性硅酸鹽，其化學式為R2Si03 ? 9H20,（R為金屬 鹽，常用的為鈉、鉀、鋰），由于鈉水玻璃耐水性相對較差，鉀水玻璃價格高，我們采用鉀水玻 璃來作為無機粘結物。鉀水玻璃與有機粘結劑相比，具有無可比擬的粘結力和滲透性，作 為人工彩砂粘結劑能滿足耐磨、相容性的要求。其主要原因為鉀水玻璃時生成的硅凝膠可 滲入石英砂的毛細孔隙，形成根系狀的固定，而且成膜比表面積非常大，因而具有較高的粘 結力。鉀水玻璃的自然固化過程非常緩慢且不完全，為加速固化，還需加入固化劑。常用的 固化劑有縮合磷酸鹽、氧化物、硼酸鹽等。不同的固化劑比較結果如表1所示：
[0024] 表1不同固化劑比較
[0025]
[0026] 通過篩選，最終優選確定縮合磷酸鋁為鉀水玻璃固化劑，固化機理為：
[0027] 第一步，鉀水玻璃的水解反應：硅酸鉀發生水解反應，生成硅酸凝膠和氫氧化鉀。
[0028]K20.nSi02+(2n+l)H20 - 2K0H+nSi(0H)4
[0029] 第二步，鉀水玻璃與縮合磷酸鋁的反應：粉料中的縮合磷酸鋁在鉀水玻璃的堿性 溶液中發生水解反應，生成氫氧化鋁和偏磷酸。
[0030]Aim(P03)+3mH20 -mAl(OH)3+3mHP03
[0031] 生成的偏磷酸（HP03)與硅酸鉀的水解產物氫氧化鉀（KOH)發生中和反應，因此 破壞了硅酸鉀溶液的可逆平衡，使反應向生成硅酸凝膠的方向進行：
[0032]K0H+HP03 -KP03+H20
[0033] 第三步，硅酸凝膠脫水縮合：生成的硅酸凝膠（Si(0H) 4)將耐酸耐熱粉料粘結成 體，繼續發生脫水縮合反應，生成二氧化硅，形成網狀結構，最后導致材料的固化。
[0034](二）、