摘要：从彩砂涂料的应用状况出发，简述了彩砂的基本性要求，同时根据实验分析结果，开发了一种新的石英砂中温烧结着色的技术，给出了着色工艺的主要流程和方法。
1、引言
近年来，建筑化学工业迅速崛起，各种新型建筑装饰不断涌现，建筑涂料更是五光十色，而砂壁状墙面涂料由于其厚实质感和表面立体感越来越受到人们的重视和喜爱。
彩砂作为砂壁状外墙涂料的重要组成部分，起着调节涂层色相、明度及彩度的作用，使涂料的花色品种变化无穷。因此，彩砂的好坏将直接影响到外墙涂料的使用性能。
2、砂壁涂料应用现状和彩砂的基本性能要求
2.1 应用状况
砂壁涂料的作用是保护墙体和装饰墙体立面。它不仅能用于各种类建筑物的内外墙装饰，而且能用于城市雕塑、泡沫雕花艺术、广告宣传牌、玻璃钢浮雕、石膏系列装饰材料、饱和聚脂泡沫系列装饰材料等等，还可在各种造型的木、竹、塑料、金属、水泥、玻璃、胶合板、纸皮等材料和表面喷涂。砂壁状涂料由合成树脂乳液、成膜助剂和骨料组成。骨料的作用是提供色彩和防水质点，有天然砂和人造彩砂。
天然砂颜色品种少粉碎化后颜色明显变淡，着色效果不理想。目前，日本对砂壁状涂料的研究处于较优地位，由于采用人造彩砂，其产品性能好、品种多。在我国，有代表性的真石漆也得到广泛应用。然而，国内产品的色彩比较单一，且性能也有待改善，其主要原因是人造彩砂的性能达不到要求。因天然彩砂色彩单调且来源困难，所以用石英砂着色成彩色砂是彩砂涂料的主要生产途径。
2.2 彩砂的基本性能要求
由于墙面（特别是外墙）的使用条件严酷，保养更换困难。同时，又要保证花色品种变化无穷，以满足不同用户、不同用途、不同品位的装饰要求。因此，彩砂需要具备如下性能。
2.2.1 色彩丰富，明亮饱满。
2.2.2 耐水性好，室温条件下浸水500h外观不变化。
2.2.3 耐碱性好，用饱和Ca(OH)2溶液浸泡500h外观不变化。
2.2.4 耐酸性好，用20%HCl溶液浸泡500h外观不变化。
2.2.5 耐候性好，其外观不受环境、气候、季节的影响。
3、石英砂着色工艺的基本原理
彩砂的传统着色工艺通常有三种：一是用颜料染色；二是用树脂混合无机色料涂布在石英砂表层，然后在200-300℃温度下烘烤固化着色；三是用无机色料粘附在石英砂表层，再用1200-1350℃高温烧结着色。而本彩砂着色工艺采用陶瓷彩釉烧结原理，与传统方法不同，该工艺包括釉浆配方和工艺参数，品种有碧海蓝、青蓝、紫红、紫蓝、绿色、豆沙色等。其特征是提供了合适的无机氧化物颜料和碱性氧化物助熔剂。当颜料和助熔剂均匀分布在石英砂表面，置于800-900℃炉中烧结时，助熔剂的熔体与软化了的石英砂表层相互渗透，颜料也随之渗入，并发生固相反应面着色。
4、烧结工艺的实验和分析
4.1 烧结工艺实验
4.1.1 低温烧结法：用丙烯酸树脂、硅溶胶拌和无机色料在石英砂表层，在250℃温度下烧结半小时着色。
4.1.2 高温烧结法：用陶瓷色料和硅溶胶等拌和在石英砂表层，在1100℃温度下烧结半小时着色。
4.1.3 两步烧结法：一步把石英砂表层用纯碱在600℃温度下玻璃化半小时，粉碎过筛；二步加入陶瓷色料在800-900℃温度下烧结半小时着色。
4.1.4 中温烧结法：该法选用廉价的无机氧化物颜料，并加人适当的助熔剂，使石英砂表面在800-900℃温度下烧结半小时着色。
4.2 不同着色法的彩砂性能对比
表1不同着色法的彩砂性能对比
| 效果 | 彩砂类型 | 低温色砂 | 高温色砂 | 两步色砂 | 中温色砂 |
| 外观 | 暗淡、杂色 | 鲜艳，有晶莹感 | 较艳，有晶莹感，但不够均匀 | 鲜艳，有晶莹感 | |
| 20%HCl溶液浸泡500小时 | 褪色、溶液变混浊 | 无变化 | 轻微变化 | 无变化 | |
| 饱和Ca(OH)2溶液浸泡500小时 | 褪色、溶液变混浊 | 无变化 | 轻微变化 | 无变化 | |
4.3 不同原材料着色的效果对比
表2不同原材料着色效果对比
| 砂料类型 | 石英砂 | 海砂 | 河沙 | 大理石颗粒 |
| 外观效果 | 鲜艳的碧落蓝，有晶莹感 | 碧海蓝，有点杂色 | 碧海蓝，有点杂色 | 不能着色 |
分别称取适量的石英砂、海砂、河砂、大理石细颗粒与调配好的陶瓷碧海蓝色料混合均匀，置于炉中1100℃下烧结半小时，其结果列入表2。
4.4 中温烧结石英砂着色工艺及其参数和主要成分对彩砂性能的影响
釉浆的基础配方：硼酸50g/L，碱性氧化物100g/L，添加剂5g/L，表面活化剂0.05g/L。工艺参数：烧结温度800-900℃；烧结时间30分钟。工艺流程图如图1所示。其中硼酸和碱性氧化物是起助熔作用，对着色产生重大影响；添加剂起悬浮、分散颜料的作用；表面活性剂有利于颜料附着在石英砂表层。
按以上配方调好釉浆后，量取50ml加入到100g矿砂中混合均匀，再分别加入一定量的不同的无机氧化物颜料充分混合，置于炉中在800℃温度下烧结30分钟，产生出的彩砂产品分别显示出美丽的碧海蓝、浅蓝、紫色、豆沙色等等。下列各表列出了以烧结碧海蓝为例各种参数对彩砂主要外观性能的影响。
表3烧结温度的影响
| 温度 | 500℃ | 600℃ | 700℃ | 800℃ | 900℃ | 1000℃ |
| 外观性能 | 基本上杂色 | 暗粉状杂色 | 少许粉状杂色 | 艳丽碧海蓝 | 艳丽碧海蓝 | 艳丽碧海蓝、淡色 |
表4烧结时间的影响
| 烧结时间 | 10分钟 | 20分钟 | 30分钟 | 40分钟 | 50分钟 |
| 外观性能 | 杂色粉状 | 不均匀粉状蓝色 | 碧海蓝色 | 碧海蓝色 | 碧海蓝色 |
表5硼酸的影响
| 硼酸(g/L) | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| 外观性能 | 暗蓝色 | 暗蓝色 | 淡蓝色 | 鲜艳碧海蓝色 | 鲜艳碧海蓝色 |
表6碱性氧化物的影响
| 碱性助溶剂(g/L) | 60 | 80 | 100 | 120 |
| 外观性能 | 粉状杂质 | 不均匀蓝色 | 鲜艳碧海蓝色 | 鲜艳碧海蓝色，稍淡 |
表7高、中温着色彩砂性能成本对比
| 比较项目 | 高温着色彩砂 | 中温着色彩砂 |
| 外观 | 色泽鲜艳 | 色泽鲜艳 |
| 耐水性 | 常温浸水500小时不变化 | 常温浸水500小时不变化 |
| 耐酸性 | 用20%HCL溶液浸泡500小时不变化 | 用20%HCL溶液浸泡500小时不变化 |
| 耐碱性 | 用饱和Ca(OH)2溶液浸泡500小时不变化 | 用饱和Ca(OH)2溶液浸泡500小时不变化 |
| 耐候性 | 置于室外一年不变化 | 置于室外一年不变化 |
5、结论
用颜料染色的石英砂和低温烧结着色的石英砂，色泽欠美观，且一年以后就会出现褪色现象。用陶瓷色料高温烧结的石英砂，色泽美观，丰富多彩，长期使用不褪色，但其色料价格昂贵，烧结温度高，费用也相应提高，且设备使用条件严酷，保养维修困难。两步法烧结的石英砂，虽然降低了烧结湿度，然而烧结时间延长，并要增加粉碎过筛的工序，故烧结成本居高不下。而采用中温烧结着色的彩砂，具有高温烧结彩砂的相同效果，但其成本却是高温烧结的40%。
综上所述，中湿烧结工艺技术是生产彩砂的一种新技术。其产品色泽鲜艳，丰富多彩，耐水、耐酸、耐碱、耐紫外光。不受环境、气候、时间的影响。不但具有高温着色的特点，而且成本低廉，工艺新颖，施工容易，生产方便，具有良好的推广应用价值。
