王莉瑋，江麗芳，熊 坤

(閩江學(xué)院 海洋學(xué)院，福建 福州 350108)

隨著我國社會與經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，新材料越來越多的出現(xiàn)在人們的視線中，隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展和生活水平提高，建筑裝飾美化環(huán)境越來越引起人們的重視[1]。人們對于建筑的外觀、材料有了新的審美和要求。彩色石英砂有著色彩豐富且鮮艷、性能比較穩(wěn)定、質(zhì)感好、無毒、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，作為建筑材料能夠起到重要的作用。其豐富的色彩組合、卓越的使用性能、現(xiàn)代與傳統(tǒng)的完美結(jié)合，受到越來越多的建筑師、地產(chǎn)開發(fā)商和消費(fèi)者的歡迎[2]。

云母鈦珠光顏料的基質(zhì)為云母薄片，表面包覆了透明、較透明高折射率的二氧化鈦薄膜，能反射和透射光線，形成珠光效果。粒徑相同的云母薄片，隨薄膜厚度的增加，顏色按銀、金、紅、紫、藍(lán)、綠周期性變化[3]。

彩砂是用天然砂石為基底和各種著色劑加工而制成的[4]。彩砂分為天然彩砂和人工彩砂兩種，天然彩砂是由天然彩色礦石制備的，它的色彩柔和，制備工藝簡單，但由于各地的礦石不同，易出現(xiàn)顏色上的差異，硬度較小不耐磨。而人工彩砂是由人工對石英砂進(jìn)行著色得到的，顏色均勻，色彩豐富且鮮艷，硬度高，耐磨[5]。 制備彩色石英砂的方法有許多種，如高溫?zé)Y(jié)法[6]、樹脂固化法、常溫染色法[7]、陶瓷彩釉法[8]、直接染色法、搪瓷法、硅酸鹽廢渣法[9]等方法，每種方法所需的原料、溫度各不相同，它們的優(yōu)缺點(diǎn)也各不相同。

本課題所用方法工藝步驟簡單，制備時(shí)間少。利用固固相合成技術(shù)，高溫?zé)Y(jié)法將珠光顏料與礦化劑與石英砂按一定比例，在600～800℃的高溫中燒結(jié)，尋找石英砂、珠光顏料、礦化劑最佳配比；最佳燒結(jié)溫度、時(shí)間等，達(dá)到降低成本，節(jié)約資源，生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的目的。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 彩色石英砂的制備

用天平稱取一定量的石英砂于坩堝中，加入一定量的珠光顏料和礦化劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍湃腭R弗爐中，設(shè)置合適的溫度與時(shí)間，探究不同條件對制備彩色石英砂的影響。

1.2 表征方法

樣品的測定通過肉眼觀察來確定其珠光效果，依據(jù)國標(biāo)測定耐水耐酸耐堿性及吸油值。耐水性測定：將1 g樣品，20 mL蒸餾水放入帶塞的試管內(nèi)，振蕩5 min，真空抽濾，觀察濾液濾色程度對照濾色灰色分級卡定級，最好5級，最差1級。

耐酸性測定：將1 g樣品，20 mL 2%HCl溶液放入帶塞的試管內(nèi)(對比樣，內(nèi)放蒸餾水)，振蕩5 min，真空抽濾，濾餅對照變色樣卡定級，濾液對照濾色灰色樣卡定級。最好5級，最差1級。

耐堿性測定：將1 g樣品，20 mL 2%NaOH溶液放入帶塞的試管內(nèi)(對比樣，內(nèi)放蒸餾水)，振蕩5 min，真空抽濾，濾餅對照變色樣卡定級，濾液對照濾色灰色樣卡定級。最好5級，最差1級。

吸油值(g/100g)測定：在一定的試樣中逐步添加試劑鄰苯二甲酸二辛酯，充分?jǐn)嚢璩蓤F(tuán)狀體，且無過量的試劑浸出，以增加試劑的質(zhì)量計(jì)算試樣的吸油量。

2 結(jié)果與討論

2.1 礦化劑種類對制備珠光石英砂的影響

礦化劑在高溫?zé)Y(jié)法中的作用非常大，使主晶相發(fā)育完善，會有效降低液相的粘度，有利于質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散加速反應(yīng)進(jìn)程[10]。不同的礦化劑、組合方式和所加量的不同，對燒結(jié)時(shí)工藝參數(shù)、呈色性能、物相組成、顯微結(jié)構(gòu)有很大影響。加入礦化劑能形成固溶體或中間化合物，促進(jìn)晶格活化，加速晶體生長，降低反應(yīng)溫度，減少能耗[11]。常見的礦化劑有CaF2，CaCl2，Na2SiF6，NaF，PbO，H3BO3，KNO3等，加入量隨礦化劑種類和溫度的不同而變化。

將石英砂，珠光顏料和礦化劑按照10∶1∶1的比例稱取置于坩堝中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，放入馬弗爐中，設(shè)置溫度為700 ℃，恒溫時(shí)間2 h，程序升溫時(shí)間1 h，礦化劑為KCl、NaF、CaCl2、Na2SiF6、CaCl2+CaF2、PbO，不同的礦化劑對制備珠光石英砂的影響不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出，不同的礦化劑在制備珠光石英砂時(shí)的礦化效果不一樣，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出礦化效果最好的礦化劑為PbO，適合于作為礦化劑，其他的礦化劑礦化效果較差，這是由于PbO通過晶格活化，增強(qiáng)了反應(yīng)能力，加速了固相反應(yīng)速度，從而降低煅燒溫度。

表1 不同礦化劑對制備珠光石英砂的影響

2.2 礦化劑用量對制備珠光石英砂的影響

礦化劑的添加量過多，反應(yīng)物直接間距變大，增加了離子、電子擴(kuò)散傳質(zhì)的路程，阻礙了固相反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致礦化劑揮發(fā)出腐蝕性物質(zhì)，形成低共熔物，使所合成的珠光石英砂結(jié)塊，難以破碎。礦化劑添加量過少時(shí)，不能起到有效的礦化作用。只有當(dāng)?shù)V化劑與石英砂的比例合適時(shí)，才能達(dá)到最好的礦化效果。將石英砂和珠光顏料按照10∶1的比例至于坩堝中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，放入馬弗爐中，設(shè)置溫度為700 ℃，恒溫時(shí)間2 h，程序升溫時(shí)間1 h，礦化劑為PbO，探究PbO與石英砂不同比例時(shí)對制備珠光石英砂的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 礦化劑與石英砂配比對制備珠光石英砂的影響

礦化劑與石英砂的不同配比在制備珠光石英砂時(shí)的礦化效果不一樣，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)?shù)V化劑與石英砂比例為1∶6時(shí)，所制備的珠光石英砂泛紅色，表明礦化劑PbO加入量略多。當(dāng)?shù)V化劑與石英砂比例為1∶8和1∶10時(shí)，所制備的珠光石英砂效果最好。當(dāng)?shù)V化劑與石英砂比例為1∶12時(shí)，珠光顏料與石英砂少部分結(jié)合。所以礦化效果最好的礦化劑與石英砂配比為1∶10。

2.3 煅燒溫度對制備珠光石英砂的影響

由于本課題采用的是高溫?zé)Y(jié)法，所以溫度與燒結(jié)時(shí)間的選擇對制備珠光石英砂至關(guān)重要。將石英砂，珠光顏料和礦化劑按照10∶1∶1的比例稱取置于坩堝中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，放入馬弗爐中，設(shè)置恒溫時(shí)間2 h，程序升溫時(shí)間1 h，探究煅燒溫度的不同對制備珠光石英砂的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 煅燒溫度對制備珠光石英砂的影響

根據(jù)結(jié)果可以看出，當(dāng)溫度為625 ℃和650 ℃時(shí)，石英砂與珠光顏料部分著色。當(dāng)溫度為675 ℃和700 ℃時(shí)，石英砂與珠光顏料完全結(jié)合著色。當(dāng)溫度為750℃時(shí)，石英砂與珠光顏料粘結(jié)，結(jié)成堅(jiān)硬石塊，未能著色。說明煅燒溫度不是越高越好，而是在一個(gè)閾值時(shí)，珠光顏料覆蓋在石英砂表面效果才好，探究最佳的煅燒溫度，能夠減少能耗，節(jié)約資源，使制備珠光石英砂的成本降低。

2.4 煅燒時(shí)間對制備珠光石英砂的影響

由于石英砂受到環(huán)境的長期影響，會吸附大氣中的Na、K、Ca、Fe、Al、Mg等離子，主要以氧化物或氫氧化物的形式存在，降低了石英砂的純度，阻礙了珠光顏料和石英砂之間的接觸，降低了石英砂和珠光顏料之間的結(jié)合力，使制備的珠光石英砂易脫色[12]。高溫能重組石英砂表面結(jié)構(gòu)，使其對雜質(zhì)相顆粒吸附作用下降，加上石英砂的體積膨脹，使石英砂表面的雜質(zhì)脫落，不再形成羥基，提高了表面活性，凈化了石英砂，使珠光顏料能更好的覆蓋在石英砂表面。因此，煅燒時(shí)間對珠光石英砂影響也進(jìn)行了探究。用天平稱取石英砂，珠光顏料和礦化劑PbO按照10∶1∶1的比例于坩堝中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，放入馬弗爐中，設(shè)置溫度675 ℃，程序升溫時(shí)間1 h，探究煅燒時(shí)間的不同對制備珠光石英砂的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 煅燒時(shí)間對制備珠光石英砂的影響

通過結(jié)果可以看出，煅燒時(shí)間為0.25 h時(shí)，石英砂與珠光顏料完全分離。煅燒時(shí)間為0.5～2 h時(shí)，石英砂與珠光顏料完全結(jié)合。煅燒時(shí)間為2.5～3 h時(shí)，石英砂與珠光顏料粘結(jié)，結(jié)成石塊。煅燒時(shí)間太長，石英砂與珠光顏料容易粘結(jié)，結(jié)成石塊；而煅燒時(shí)間太短時(shí)不著色。當(dāng)溫度越低時(shí)，能耗越小，所以應(yīng)選擇的煅燒時(shí)間為0.5 h，能達(dá)到節(jié)約資源，使制備珠光石英砂的成本降低的目的。

2.5 珠光顏料用量對制備珠光石英砂的影響

用天平稱取石英砂和礦化劑PbO按10∶1的比例于坩堝中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，放入馬弗爐中，設(shè)置溫度為675 ℃，恒溫時(shí)間0.5 h，程序升溫時(shí)間1 h，探究珠光顏料用量的不同對制備珠光石英砂的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 珠光顏料用量對制備珠光石英砂的影響

通過表5結(jié)果可以看出，珠光顏料的用量會影響珠光石英砂制備的效果，由于珠光顏料太多會浪費(fèi)掉，太少著色效果又較差，所以探究出最適合的珠光顏料與石英砂的比例為1∶10，能夠制得質(zhì)量較好的珠光石英砂，又節(jié)約原料，能達(dá)到節(jié)約資源，使制備珠光石英砂的成本降低的目的。

2.6 珠光石英砂的性能測試

對制備好的珠光石英砂進(jìn)行耐水性，耐酸性和耐堿性測試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過測試珠光石英砂的顏色并沒有褪去，石英砂表面的珠光顏料也沒有脫落，說明此產(chǎn)品耐水性，耐酸性和耐堿性比較好。樣品的耐油性經(jīng)過測試，吸油值為10，所以本產(chǎn)品性能良好。

3 結(jié)論

通過以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出來，制備珠光效果珠光石英砂的最佳條件為：石英砂∶珠光顏料∶礦化劑的比例為12∶1∶1.2，溫度675 ℃，恒溫時(shí)間0.5 h，程序升溫時(shí)間1 h。此條件下制備的珠光石英砂著色效果好，色彩均勻，所以適合于大批量生產(chǎn)。