专利名称：一种实现玻化彩砂活性着色的方法
技术领域：
本发明涉及一种彩砂的高温着色方法，属于建筑领域，特别是一种借助内热式彩砂烧结炉及其配套工艺参数、实现玻化彩砂活性着色的方法。
背景技术：
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，其特点是颜色均勻、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，在建筑装饰材料中占有很重要的地位。。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°C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、着色不均勻的问题，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。但目前第三种方法制备彩砂的技术还不成熟，由于烧结设备采用的是外热式窑体，且不可旋转加热。挂好色浆的基料被直接投入窑体，静止进行烧结，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。其次，由于其采用的是外热式窑体，通过加热窑壁达到烧结的目的，不仅造成了热源的浪费，也限制了烧结温度不能控制的太高，若温度达到了基料的熔点，那么在色浆包裹层里边的基料就会熔化，直接导致不能成彩砂颗粒，若温度不达到或刚达到基料的熔点临界值，那么色浆包裹层只能是浅浅的粘附在基料表层，经风雨洗刷就会剥落或者掉色。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烧结工艺。
发明内容
本发明要解决现有技术中彩砂烧结工艺由于烧结设备以及技术的限制，得到的彩砂不耐雨水冲洗、易褪色的技术问题，对现有彩砂的烧结工艺进行了改进，提供了一种实现玻化彩砂活性着色的方法，使达到玻璃流态的色膜与基料表层相互渗透、粘结在一起形成玻化彩砂外膜。本发明为实现发明目的采用的技术方案是，一种实现玻化彩砂活性着色的方法， 本方法是基于包络色膜的基料进行动态烧结形成玻化色膜的工艺过程，其关键在于所述方法借助彩砂烧结炉实现物料流动中加热，控制炉内物料温度沿炉窑轴线形成升温-色膜初熔-动态保持-降温的阶梯形变化曲线、在动态保持阶段的温度梯度变化为高于初熔温度20-50°C;配套工艺参数包括窑体倾角3 10°、窑体转速5 30转/分、物料流量为 50 250kg/ho采用本方法活性着色的关键是沿炉窑轴线形成的阶梯型变化曲线、以及窑体倾角、窑体转速、物料流量四个参数的相互配合，四者缺一不可。窑体倾角、窑体转速及物料流量是要实现物料流动，目的是避免在烧结窑体的高温环境中，物料粘结抱团，降低彩砂质量。物料的流动是为了配合沿炉窑轴线形成的阶梯型变化曲线，使物料流经整个阶梯型变化曲线正好完成一个烧结周期T。采用本发明制备的彩砂，色泽鲜亮，色彩明丽，彩砂的耐老化性能得到了大大提高；同时可借助本方法严格控制温度梯度场的变化曲线，保证采用不同成分的彩砂基料或颜料均能通过合理控制温度制备出质量优良的彩砂。
图1是本发明中阶梯形变化曲线的一个实施例。附图中，t代表时间轴，temp代表温度轴，T代表烧结周期。
具体实施例方式一种实现玻化彩砂活性着色的方法，本方法是基于包络色膜的基料进行动态烧结形成玻化色膜的工艺过程，其关键在于所述方法借助彩砂烧结炉实现物料流动中加热，控制炉内物料温度沿炉窑轴线形成升温-色膜初熔-动态保持-降温的阶梯形变化曲线、在动态保持阶段的温度梯度变化为高于初熔温度20-50°C ；配套工艺参数包括窑体倾角3 10°、窑体转速5 30转/分、物料流量为50 250kg/h。上述的基料是石英砂或是玻璃微珠或是耐火石料，采用金属氧化物烧结成色的无机颜料与水性粘结剂按设计配比混合形成色浆、粘挂在基料表层烘干后形成色膜。上述方法中还包括借助彩砂烧结炉内电加热元件实现以炉窑轴心为集热点、向炉窑壁扩散热量，并控制炉窑轴心温度高于炉窑壁温度50 150°C。上述的彩砂烧结炉的半径为0. 2 0. 4m,长度为3 6m。上述的构成色浆主料的无机颜料是陶瓷颜料或是玻璃颜料。控制彩砂烧结炉进料口温度为80 150°C、出料口温度为350 800°C，所述的动态保持阶段的物料温度具体参数的设定是以色浆主料及基料的具体成分划分的，以石英砂为基料、以陶瓷颜料为色浆主料，动态保持阶段的物料温度变化范围是(700 1300) + (20 50) V，以玻璃微珠为基料、以玻璃颜料为色浆主料，动态保持阶段的物料温度变化范围是G50 700) + (20 50) °C。上述的方法中，阶梯形变化曲线代表了一个烧结周期T，该烧结周期T是10 30min。上述的物料流经动态保持阶段的时间控制在3 7分钟。本方法的关键是借助自主研发的内热式彩砂烧结设备及形成的温度梯度场、以及配套工艺参数的设置，实现物料流动加热、形成彩砂玻化外膜。采用本方法实现玻化彩砂活性着色优于现有技术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，却不能继续升温保持，因为在色浆熔点接近玻璃微珠的熔点温度，若保持此温度加热，玻璃微珠就会熔化成为玻璃流态，最终导致不能烧结形成彩砂，若不保持该熔点温度，这样色浆中的颜料也只能是一颗颗独立的颗粒浅浅的粘附在基料的表层；而本工艺可借助内热式彩砂烧结设备，由物料入口至出口形成具有温度梯度的热场，首先经预热段达到色膜初熔的温度，并动态保持该熔点温度，直至流经该动态保持阶段的色膜完全玻化并渗入基料表层、形成中间粘结层，使成品彩砂在历经数百年也不会脱色，即本方法中所说的活性着色。本方法中所说的动态烧结具有两层含义，一是指在物料流动中进行加热烧结，二是指在借助彩砂烧结窑内变化的温度梯度场进行烧结。采用本发明制备的彩砂，色泽鲜亮，色彩明丽，彩砂的耐老化性能能得到了大大提高；同时可借助本方法严格控制温度梯度场的变化曲线，保证采用不同成分的彩砂基料或颜料均能通过合理控制温度制备出质量优良的彩砂。本发明在具体实施时，首先需要强调的是，采用本方法活性着色的关键是沿炉窑轴线形成的阶梯型变化曲线、以及窑体倾角、窑体转速、物料流量四个参数的相互配合，四者缺一不可。窑体倾角、窑体转速及物料流量是要实现物料流动，目的是避免在烧结窑体的高温环境中，物料粘结抱团，降低彩砂质量。物料的流动是为了配合沿炉窑轴线形成的阶梯型变化曲线，使物料流经整个阶梯型变化曲线正好完成一个烧结周期T。参看图1，图1是本发明中阶梯形变化曲线的一个实施例，是以玻璃微珠为基料实现本方法的一个具体实施例。横轴代表时间轴t，竖轴代表温度轴temp，T代表物料流经阶窑体完成的一个烧结周期T，烧结周期T与窑体长度配套设置。设置窑体倾角为3°、窑体转速为20转/分、进料量为120kg/h。带有色膜包裹层的玻璃微珠进入彩砂烧结窑体，在流经阶梯型变化曲线的升温阶段时，物料温度也随之升温、持续升温3 5分钟直至达到色膜初熔点590°C，此时的色膜开始熔化，由于色膜初熔点不容易控制，故进入动态保持阶段、使动态保持阶段的温度高于色膜初熔点；在动态保持阶段持续升温，但最高温度也仅仅是高于色膜初熔点20°C，即610°C，在达到最高温度点610°C时，再降温恢复到色膜初熔点，物料流经动态保持阶段的时间是2 4分钟，在动态保持阶段升温-达到最高点-降温的这个过程中，色膜与玻璃微珠的表层完全玻化、并有一定时间相互渗透，形成中间粘结层，由于玻璃微珠的自身性质，在高温状态下会很快变成玻璃流态，因此，在动态保持阶段中将温度最高点610°C设置成玻璃微珠的熔点温度，使玻璃微珠处于将熔不熔的状态，使物料很快流经该最高温度点，避免玻璃微珠熔化成玻璃流态。
权利要求
1.一种实现玻化彩砂活性着色的方法，本方法是基于包络色膜的基料进行动态烧结形成玻化色膜的工艺过程，其特征在于所述方法借助彩砂烧结炉实现物料流动中加热，控制炉内物料温度沿炉窑轴线形成升温-色膜初熔-动态保持-降温的阶梯形变化曲线、在动态保持阶段的温度梯度变化为高于初熔温度20-50°C ；配套工艺参数包括窑体倾角3 10°、窑体转速5 30转/分、物料流量为50 250kg/h。
2.根据权利要求1所述的一种实现玻化彩砂活性着色的方法，其特征在于所述的基料是石英砂或是玻璃微珠或是耐火石料，采用金属氧化物烧结成色的无机颜料与水性粘结剂按设计配比混合形成色浆、粘挂在基料表层烘干后形成色膜。
3.根据权利要求1所述的一种实现玻化彩砂活性着色的方法，其特征在于所述方法中还包括借助彩砂烧结炉内电加热元件实现以炉窑轴心为集热点、向炉窑壁扩散热量，并控制炉窑轴心温度高于炉窑壁温度50 150°C。
4.根据权利要求1所述的一种实现玻化彩砂活性着色的方法，其特征在于所述的彩砂烧结炉的半径为0. 2 0. 4m,长度为3 6m。
5.根据权利要求2所述的一种实现玻化彩砂活性着色的方法，其特征在于所述的构成色浆主料的无机颜料是陶瓷颜料或是玻璃颜料。
6.根据权利要求5所述的一种实现玻化彩砂活性着色的方法，其特征在于控制彩砂烧结炉进料口温度为80 150°C、出料口温度为350 800°C，所述的动态保持阶段的物料温度具体参数的设定是以色浆主料及基料的具体成分划分的，以石英砂为基料、以陶瓷颜料为色浆主料，动态保持阶段的物料温度变化范围是(700 1300) + (20 50) V，以玻璃微珠为基料、以玻璃颜料为色浆主料，动态保持阶段的物料温度变化范围是G50 700) + (20 50) "C。
7.根据权利要求1所述的一种实现玻化彩砂活性着色的方法，其特征在于所述的方法中，阶梯形变化曲线代表了一个烧结周期(T)，该烧结周期(T)是10 30min。
8.根据权利要求1所述的一种实现玻化彩砂活性着色的方法，其特征在于所述的物料流经动态保持阶段的时间控制在3 7分钟。
全文摘要
一种实现玻化彩砂活性着色的方法，解决了现有技术中彩砂烧结工艺由于烧结设备以及技术的限制，得到的彩砂易褪色的技术问题，采用的技术方案是，本方法借助彩砂烧结炉实现物料流动中加热，控制炉内温度沿炉窑轴线形成升温-色膜初熔-动态保持-降温的阶梯形变化曲线、在动态保持阶段的温度梯度变化为高于初熔温度20-50℃；配套工艺参数包括窑体倾角3～10°、窑体转速5～30转/分、物料流量为50～250kg/h。采用本发明制备的彩砂，色泽鲜亮，色彩明丽，不易退色，彩砂的耐老化性能得到了大大提高；同时可借助本方法严格控制温度梯度场的变化曲线，保证采用不同成分的基料或颜料均能通过合理控制温度制备出质量优良的彩砂。
文档编号C04B14/06GK102180608SQ20111003012
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者牛智勇 申请人:牛智勇