CN102180609A - 一种玻化彩砂的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种玻化彩砂的制备工艺，解决了彩砂制作方法存在的工序复杂、成本过高以及制作得到的彩砂不耐雨水冲洗、易褪色的技术问题，采用的技术方案是，以石英砂或耐火石料或耐火石料或玻璃微珠为基料、包裹色浆烧结而成，关键在于彩砂的烧结工艺步骤，本发明在烧结的工艺步骤中，优于现有烧结工艺的地方是：现有技术由于烧结设备和技术的限制，其烧结温度只能控制在表面色浆刚好达到始熔态，这样色浆中的无机颜料只能是一颗颗独立的颗粒浅浅的粘附在基料的表层；而本工艺可借助自主研发的内热式回转炉窑设备，将烧结温度控制在色浆及基料表层同时达到玻璃流态的程度，使玻璃流态色浆与基料熔融态的表层相互渗透、粘结在一起，使成品彩砂在数百年后也不会脱色。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑装饰彩砂的制备工艺，属于建筑领域，特别是一种改进的以玻璃微珠或石英砂为基料通过高温玻化烧结着色的彩砂制备工艺。
背景技术
彩砂以色彩鲜艳、性能稳定、质感丰富、无毒环保的优点，在建筑装饰材料中占有很重要的地位。彩砂分为天然彩砂和人造彩砂。天然彩砂是通过直接破坏自然界的有色矿石而获得，大多数天然彩砂色泽混沌，强度差，容易分化，附着力弱，而少数色泽鲜艳的天然彩砂，价格昂贵，局限大。人造彩砂是通过在矿物颗粒表面包覆有色涂层获得，其特点是颜色均匀、色彩明快，可根据颜色需求进行加工，从而制备出丰富多彩的彩砂品种，满足人们的不同需求。人造彩砂的传统制造方法主要有三种：第一种，有机染料染色法；第二种，树脂固化法；第三种高温烧结法。但采用上述三种方法制备的彩砂均存在不同程度的缺陷：第一种方法中，有机染料不耐老化也不耐雨水冲洗，易褪色；第二种方法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，该方法制备的彩砂存在易老化、易褪色、着色不均匀的问题，同时由于其使用的粘结剂价格昂贵，增加了彩砂的制备成本，第三种方法是将无机颜料和石英砂混合，经高温烧结成一体，然后经破碎、筛分成彩砂成品，但目前这种制备彩砂的技术还不成熟，一是烧结后的彩砂抱团呈整体结构，还需要再次破碎、筛分才能形成独立的彩砂颗粒，这样不但加大了生产耗能，彩砂的外着色壳层的质量也会在破碎的过程中出现瑕疵，甚至导致整颗彩砂破碎，成为残次品。
在申请号为200910073164.6的专利文献中公开了一种《玻化彩珠及其制备方法》，其制备工艺存在极大的缺陷，根本不存在可实施性，不可能制备成质量优良的玻化彩珠，甚至不可能制备成玻化彩珠。首先，其采用的碱性溶液对陶瓷颜料具有极强的腐蚀性，会严重影响陶瓷颜料的成色质量，甚至会导致脱色，这在本领域中属于公知技术，基本不会有人采用腐蚀性强的碱性溶液与陶瓷颜料混合来影响彩珠的质量。其次，其在背景技术中提到：“玻璃颜料中高含有对人体有害的有毒物质”，而在其技术特征中又采用了玻璃颜料的上位概念-“陶瓷颜料”来代替玻璃颜料，由此可见，申请人并不清楚玻璃颜料和陶瓷颜料是根据颜料的用途来划分的，同一种成分的颜料，用在玻璃上就被称为玻璃颜料，用在陶瓷上就被陶瓷颜料，一般玻璃颜料可以看做是陶瓷颜料的一种低温状态，因此，该申请自身就存在矛盾。由此可见，申请号为200910073164.6的专利文献公开的彩珠制备工艺不具有可实施性，不可能制备成质量优良、色彩明丽的玻化彩珠。
为解决上述问题，我们经过大量实验重新开发研制了一种耐久不退色的彩砂以及配套制备工艺。
发明内容
本发明的目的是要解决彩砂制作方法存在的工序复杂、成本过高以及制作得到的彩砂不耐雨水冲洗、易褪色的技术问题，对现有彩砂的制备工艺进行了改进，提供了一种工序简单、易操作的建筑装饰彩砂的制备工艺。
本发明为实现发明目的采用的技术方案是，一种玻化彩砂的制备工艺，以石英砂或耐火石料或玻璃微珠为基料、包裹色浆烧结而成，其关键在于：本工艺是借助内热式回转炉窑设备、形成以炉窑中心为集热点、向炉窑壁扩散热量的动态高温烧结环境，在以上环境中烧结形成彩砂，所说工艺的具体步骤包括：
a、调配色浆：将采用金属氧化物烧结成色的无机颜料与水性粘结剂按克重为1∶(1～3)的配比均匀混合成糊状色浆，备用；
b、基料挂色：将以上色浆与基料置入搅拌机中进行搅拌，直至基料的表层均匀粘附色浆、形成外包裹层，其中色浆与基料的重量百分比为：
色浆：1～5％，基料：95～99％；
c、烘干：将挂色后的基料投入内热式回转炉窑设备的动态烘干窑体，控制窑体转速为10～60转/分、烘干温度为50～200℃，加热10～30min烘干形成色膜包裹层；
d、烧结：烘干后将带色膜包裹层的基料引入内热式回转炉窑中动态烧结，控制窑体转速为10～60转/分、烧结温度为450～1300℃，加热10～30min，直至色膜包裹层与基料表层同时达到熔融态、形成玻璃态彩砂外膜；
e、形成玻璃态彩砂外膜的彩砂动态快速冷却，直至室温；
f、留样，编号、包装出厂。
本发明的关键在彩砂的烧结工艺步骤，本发明在烧结的工艺步骤中，优于现有烧结工艺的地方是：现有技术由于烧结设备和技术的限制，其烧结温度只能控制在表面色浆刚好达到始熔态，这样色浆中的无机颜料只能是一颗颗独立的颗粒浅浅的粘附在基料的表层；而本工艺可借助自主研发的内热式回转炉窑设备，将烧结温度控制在色浆及基料表层同时达到玻璃流态的程度，使玻璃流态色浆与基料熔融态的表层相互渗透、粘结在一起，使成品彩砂在历经数百年也不会脱色。
本发明采用借助内热式回转炉窑设备形成的流动生产线制备彩砂，烘干和烧结可连续不间断的同时进行，大大节约了生产时间，提高了生产效率；同时色浆配料成分简单、成本低廉，但并不影响成品质量，大大节约了生产成本；采用本工艺制成的彩砂质量优良，在高温状态下，彩砂可保持20小时不退色，耐老化性能能得到了大大提高。
具体实施方式
一种玻化彩砂的制备工艺，以石英砂或耐火石料或玻璃微珠为基料、包裹色浆烧结而成，其关键在于：本工艺是借助内热式回转炉窑设备、形成以炉窑中心为集热点、向炉窑壁扩散热量的动态高温烧结环境，在以上环境中烧结形成彩砂，所说工艺的具体步骤包括：
a、调配色浆：将采用金属氧化物烧结成色的无机颜料与水性粘结剂按克重为1∶(1～3)的配比均匀混合成糊状色浆，备用；
b、基料挂色：将以上色浆与基料置入搅拌机中进行搅拌，直至基料的表层均匀粘附色浆、形成外包裹层，其中色浆与基料的重量百分比为：
色浆：1～5％，基料：95～99％；
c、烘干：将挂色后的基料投入内热式回转炉窑设备的动态烘干窑体，控制窑体转速为10～60转/分、烘干温度为50～200℃，加热10～30min烘干形成色膜包裹层；
d、烧结：烘干后将带色膜包裹层的基料引入内热式回转炉窑的动态烧结窑体中进行动态烧结，控制窑体转速为10～60转/分、烧结温度为450～1300℃，加热10～30min，直至色膜包裹层与基料表层同时达到熔融态、形成玻璃态彩砂外膜；
e、形成玻璃态彩砂外膜的彩砂动态快速冷却，直至室温；
f、留样，编号、包装出厂。
上述的水性粘结剂是浓度为1～3％的纤维素水溶液。
上述基料的颗粒细度为10～120目。
在步骤a中，色浆调配的具体步骤是：将金属氧化物烧结成色的无机颜料与水性粘结剂置入搅拌装置中，以60～360转/分的速率搅拌3～15分钟。
上述的步骤b中，基料挂色的具体步骤是：将基料与色浆置入搅拌装置中，以10～60转/分的速率搅拌15～30分钟。
上述的步骤a中，无机颜料是以金属氧化物为色料借助熔剂烧结而成。
上述的金属氧化物是氧化铁、氧化铬、氧化钴、氧化锆中的一种或至少两种组成的混合物。
上述的熔剂可以采用硼酸。
上述的步骤d中，烧结温度的控制是根据基料的成分划分的，采用玻璃微珠为基料制备彩砂，烧结温度控制为450～700℃，采用石英砂为基料制备彩砂，烧结温度控制为700～1300℃。
形成玻璃态彩砂外膜的彩砂动态冷却至室温的时间控制在20-45分钟。
以上动态冷却是指彩砂保持某一速率逐渐冷却，在以玻璃微珠为基料制备彩砂时可采用动态冷却，采用石英砂制备彩砂时可逐渐冷却也可快速冷却。
本发明的关键是，在色浆调配中，把握好配料的组分比例，形成颗粒悬浮均匀的糊状色浆，在基料表层包裹好色浆层后，成批投入内热式回转炉窑设备进行烘干和动态烧结，使在烘干和烧结过程中的基料一直保持独立分散状态，避免出现颗粒抱团情况。
本发明采用借助内热式回转炉窑设备形成的流动生产线制备彩砂，烘干和烧结可连续不间断的同时进行，大大节约了生产时间，提高了生产效率；同时色浆配料成分简单、成本低廉，但并不影响成品质量，大大节约了生产成本；采用本工艺制成的玻化彩砂质量优良，实现了陶瓷烧结的形态，耐老化性能能得到了大大提高。
本发明在烧结的工艺步骤中，优于现有烧结工艺的地方是：现有技术由于烧结设备和技术的限制，其烧结温度只能控制在表面色浆刚好达到始熔态，这样色浆中的无机颜料只能是一颗颗独立的颗粒浅浅的粘附在基料的表层；而本工艺可借助自主研发的内热式回转炉窑设备，将烧结温度控制在色浆及基料表层同时达到玻璃流态的程度，使玻璃流态色浆与基料熔融态的表层相互渗透、粘结在一起，使成品彩砂在历经数百年也不会脱色。
具体实施时，下面给出三个具体实施例。
第一例：将浓度为1％的纤维素水溶液作为水性粘结剂，采用由金属氧化物烧结成色的无机颜料作为色剂，将无机染料与1％纤维素水溶液按克重比为1∶1.5的比例进行配比，并置入搅拌装置中，以120转/min的速率搅拌5min形成糊状色浆。将调配好的色浆与石英砂以一同置入搅拌装置中进行搅拌，搅拌装置以20转/min的速率搅拌15min，此时石英砂的表层均匀粘附色浆、形成外包裹层，其中色浆与石英砂的重量百分比为：色浆：1％，基料：99％。将挂色后的石英砂投入内热式回转炉窑设备的烘干窑体，以200℃的温度，烘干10min形成色膜包裹层，烘干的同时采用10转/min的速率同步搅拌石英砂，避免石英砂颗粒抱团影响产品质量；烘干后进入回转炉窑的烧结设备，将烧结设备的温度提升至800℃，保温10min，烧结至色浆与石英砂表层同时达到熔融态、形成玻璃态彩砂外膜，最后将烧结形成的彩砂经35分钟缓慢冷却至室温、包装出厂，完成彩砂的制备工艺。
第二例：将浓度为3％的纤维素水溶液作为水性粘结剂，采用由金属氧化物制成的无机颜料作为染色剂，将无机颜料与3％纤维素水溶液按克重比为1∶1的比例进行配比，并置入搅拌装置中，以360转/min的速率搅拌15min形成糊状色浆。将调配好的色浆与石英砂以一同置入搅拌装置中进行搅拌，搅拌装置以30转/min的速率搅拌30min，此时石英砂的表层均匀粘附色浆、形成外包裹层，其中色浆与石英砂的重量百分比为：色浆：3％，石英砂：97％。将挂色后的石英砂投入内热式回转炉窑设备，以200℃的温度，烘干30min形成色膜包裹层，烘干的同时采用20转/min的速率同步搅拌石英砂，避免石英砂颗粒抱团影响产品质量；烘干后进入回转炉窑的烧结设备，将烧结设备的温度提升至1000℃，保温30min，烧结至色浆与石英砂表层同时达到熔融态、形成玻璃态彩砂外膜，最后将烧结形成的彩砂经40分钟缓慢冷却至室温、包装出厂，完成彩砂的制备工艺。
第三例：将浓度为2％的纤维素水溶液作为水性粘结剂，采用金属氧化物制成的无机颜料为染色剂，将无机颜料与2％纤维素水溶液按克重比为1∶3的比例进行配比，并置入搅拌装置中，以120转/min的速率搅拌15min形成糊状色浆。将调配好的色浆与玻璃微珠以一同置入搅拌装置中进行搅拌，搅拌装置以30转/min的速率搅拌30min，此时玻璃微珠的表层均匀粘附色浆、形成外包裹层，其中色浆与玻璃微珠的重量百分比为：色浆：3％，玻璃微珠：97％。将挂色后的玻璃微珠投入内热式回转炉窑设备的烘干窑体，以100℃的温度，烘干30min形成色膜包裹层，烘干的同时采用20转/min的速率同步搅拌玻璃微珠，避免玻璃微珠颗粒抱团影响产品质量；烘干后进入回转炉窑的动态烧结窑体，将烧结设备的温度提升至500℃，保温30min，烧结至色浆与玻璃微珠表层同时达到熔融态、形成玻璃态彩砂外膜，最后将烧结形成的彩砂经45分钟缓慢冷却至室温、包装出厂，完成彩砂的制备工艺。
Claims (9)
1.一种玻化彩砂的制备工艺，以石英砂或耐火石料或玻璃微珠为基料、包裹色浆烧结而成，其特征在于：本工艺是借助内热式回转炉窑设备、形成以炉窑中心为集热点、向炉窑壁扩散热量的动态高温烧结环境，在以上环境中烧结形成彩砂，所说工艺的具体步骤包括：
a、调配色浆：将采用金属氧化物烧结成色的无机颜料与水性粘结剂按克重为1∶1～3的配比均匀混合成糊状色浆，备用；
b、基料挂色：将以上色浆与基料置入搅拌机中进行搅拌，直至基料的表层均匀粘附色浆、形成外包裹层，其中色浆与基料的重量百分比为：
色浆：1～5％，基料：95～99％；
c、烘干：将挂色后的基料投入内热式回转炉窑设备的动态烘干窑体，控制窑体转速为10～60转/分、烘干温度为50～200℃，加热10～30min烘干形成色膜包裹层；
d、烧结：烘干后将带色膜包裹层的基料引入内热式回转炉窑中动态烧结，控制窑体转速为10～60转/分、烧结温度为450～1300℃，加热10～30min，直至色膜包裹层达到熔融态、形成玻璃态彩砂外膜；
e、形成玻璃态彩砂外膜的彩砂冷却至室温；
f、留样，编号、包装出厂。
2.根据权利要求1所述的一种玻化彩砂的制备工艺，其特征在于：所述的水性粘结剂是浓度为1～3％的纤维素水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种玻化彩砂的制备工艺，其特征在于：所述基料的颗粒细度为10～120目。
4.根据权利要求1所述的一种玻化彩砂的制备工艺，其特征在于：在步骤a中，色浆调配的具体步骤是：将金属氧化物烧结成色的无机颜料与水性粘结剂置入搅拌装置中，以60～360转/分的速率搅拌3～15分钟。
5.根据权利要求1所述的一种玻化彩砂的制备工艺，其特征在于：所述的步骤b中，基料挂色的具体步骤是：将基料与色浆置入搅拌装置中，以10～60转/分的速率搅拌15～30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种玻化彩砂的制备工艺，其特征在于：所述的步骤a中，无机颜料是以金属氧化物为色料借助熔剂烧结而成。
7.根据权利要求1或6所述的一种玻化彩砂的制备工艺，其特征在于：所述的金属氧化物是氧化铁、氧化铬、氧化钴、氧化锆中的一种或至少两种组成的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种玻化彩砂的制备工艺，其特征在于：所述的步骤d中，烧结温度的控制是根据基料的成分划分的，采用玻璃微珠为基料制备彩砂，烧结温度控制为450～700℃，采用石英砂为基料制备彩砂，烧结温度控制为700～1300℃。
9.根据权利要求1所述的一种玻化彩砂的制备工艺，其特征在于：形成玻璃态彩砂外膜的彩砂动态冷却至室温的时间控制在20-45分钟。
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