摘要：從彩砂涂料的應用狀況出發，簡述了彩砂的基本性要求，同時根據實驗分析結果，開發了一種新的石英砂中溫燒結著色的技術，給出了著色工藝的主要流程和方法。
1、引言
近年來，建筑化學工業迅速崛起，各種新型建筑裝飾不斷涌現，建筑涂料更是五光十色，而砂壁狀墻面涂料由于其厚實質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，起著調節涂層色相、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地位，由于采用人造彩砂，其產品性能好、品種多。在我國，有代表性的真石漆也得到廣泛應用。然而，國內產品的色彩比較單一，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，其外觀不受環境、氣候、季節的影響。
3、石英砂著色工藝的基本原理
彩砂的傳統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℃高溫燒結著色。而本彩砂著色工藝采用陶瓷彩釉燒結原理，與傳統方法不同，該工藝包括釉漿配方和工藝參數，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，并發生固相反應面著色。
4、燒結工藝的實驗和分析
4.1 燒結工藝實驗
4.1.1 低溫燒結法：用丙烯酸樹脂、硅溶膠拌和無機色料在石英砂表層，在250℃溫度下燒結半小時著色。
4.1.2 高溫燒結法：用陶瓷色料和硅溶膠等拌和在石英砂表層，在1100℃溫度下燒結半小時著色。
4.1.3 兩步燒結法：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℃溫度下燒結半小時著色。
4.1.4 中溫燒結法：該法選用廉價的無機氧化物顏料，并加人適當的助熔劑，使石英砂表面在800-900℃溫度下燒結半小時著色。
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、大理石細顆粒與調配好的陶瓷碧海藍色料混合均勻，置于爐中1100℃下燒結半小時，其結果列入表2。
4.4 中溫燒結石英砂著色工藝及其參數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：燒結溫度800-900℃；燒結時間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30分鐘，產生出的彩砂產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碧海藍為例各種參數對彩砂主要外觀性能的影響。
表3燒結溫度的影響
| 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燒結時間的影響
| 燒結時間 | 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 | 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、結論
用顏料染色的石英砂和低溫燒結著色的石英砂，色澤欠美觀，且一年以后就會出現褪色現象。用陶瓷色料高溫燒結的石英砂，色澤美觀，豐富多彩，長期使用不褪色，但其色料價格昂貴，燒結溫度高，費用也相應提高，且設備使用條件嚴酷，保養維修困難。兩步法燒結的石英砂，雖然降低了燒結濕度，然而燒結時間延長，并要增加粉碎過篩的工序，故燒結成本居高不下。而采用中溫燒結著色的彩砂，具有高溫燒結彩砂的相同效果，但其成本卻是高溫燒結的40%。
綜上所述，中濕燒結工藝技術是生產彩砂的一種新技術。其產品色澤鮮艷，豐富多彩，耐水、耐酸、耐堿、耐紫外光。不受環境、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，生產方便，具有良好的推廣應用價值。
