本发明属于安全环保颜料和染料技术领域，涉及一种安全环保型珠光砂及其制备方法。
背景技术：
珠光砂是一种由酸性火山玻璃质熔岩经破碎、预热、熔烧膨胀而成的具有多孔结构的细颗粒状材料，具有化学稳定性好、不可燃、无毒、无味、吸音等特性，将其应用于涂料中，如真石漆中，能够使涂布该涂料的物体具有天然真实的珠光色泽，给人以高雅、和谐、庄重之美感，并能够提高物体的耐化学腐蚀性能及防火阻燃性能，已广泛应用于汽车、日用品、建筑等诸多领域。
然而，正是由于珠光砂的应用日益广泛，天然珠光砂的开采量不断增加，导致天然珠光砂资源日益枯竭。此外，随着近年来雾霾越来越严重，一些珠光砂矿场逐渐被国家强制关停，导致珠光砂供货紧张，质量下降，限制了相关行业的发展。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用人工方法制备而成的安全环保型珠光砂及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种安全环保型珠光砂，该珠光砂包括以下组分及重量份含量：着色剂460-480份、石英砂20-40份，所述的着色剂包括以下组分及重量份含量：钠水玻璃390-410份、锂水玻璃45-55份、固化剂2-4份、偏硅酸盐0.5-1.5份、浓硫酸0.5-1.5份、填料90-110份、珠光粉380-420份、成膜助剂45-55份及水40-50份。
本发明采用石英砂作为珠光砂的基本原料，通过珠光粉对石英砂着色，使石英砂的表面能够呈现出柔和的珍珠光泽。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，熔点1750℃，能够耐高温，可作为耐火材料。因此，石英砂与天然珠光砂在许多性能方面较为相似，采用石英砂制成的珠光砂，能够在许多领域代替天然珠光砂，并获得与天然珠光砂几乎一致的效果。
用珠光粉对石英砂进行着色，关键问题在于如何将珠光粉均匀地包裹在石英砂的表面，并使制得的珠光砂具有良好的颜色稳定性，能够持久散发出珍珠光泽。因此，通过选用合适的粘合剂，作为珠光粉与石英砂之间的桥梁，将珠光粉与石英砂结合在一起。
水玻璃的粘结力强，是建筑领域常用的一种粘合剂。水玻璃主要包括锂水玻璃、钠水玻璃及钾水玻璃，其中，锂水玻璃及钾水玻璃的价格较高，而钠水玻璃的耐水性较差。由于锂离子半径比钾离子半径小的多，因而锂水玻璃的耐水性能优于钾水玻璃。另外，锂水玻璃具有自干性，溶液水分蒸发后，能生成一种不溶于水的干膜，具有水不可逆性，而钾水玻璃的自然固化过程非常缓慢且不完全，往往需要加盐后才固化，在水分蒸发后，生成的膜容易再次被水溶解，呈水可逆性。因此，本发明选用价格便宜的钠水玻璃作为主要粘合剂，并辅以适量的锂水玻璃来提高粘合剂的耐水性。钠水玻璃水解后会生成氢氧化钠，研究表明，改善钠水玻璃耐水性的关键在于Na+及-OH，通过在钠水玻璃中加入锂水玻璃，使得在成膜硬化时锂水玻璃能吸附在聚硅酸的表面，并将内层的Na+屏蔽起来，以减弱钠水玻璃的吸湿性，提高其耐水性能；而成膜助剂能够填充在水玻璃的-Si-O-Si-网状结构的间隙中，屏蔽残存的-OH，减少涂膜对水的敏感程度，进而使着色剂具有较好的耐水性能。
所述的固化剂为氟硅酸钠。为了加速钠水玻璃的固化，加入适当的氟硅酸钠作为固化剂，其固化过程为：钠水玻璃先水解生成氢氧化钠和硅溶胶，而氟硅酸钠水溶液呈弱酸性，中和了氢氧化钠，使钠水玻璃水解出更多的硅溶胶，硅溶胶之后进行脱水缩合，生成二氧化硅，形成网状结构，导致材料的固化。
所述的偏硅酸盐为偏硅酸钠。偏硅酸盐能够促进成膜助剂与水玻璃的相互作用，保证成膜助剂充分填充在水玻璃的-Si-O-Si-网状结构的间隙中。
所述的浓硫酸中H2SO4的质量分数为95-98％。由于钠水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全硬化，仍然会残留少量的钠水玻璃，使得固化后的材料不耐碱、不耐水。加入适量的浓硫酸能够进一步提高材料的耐水性。
所述的填料为滑石粉。滑石粉能够提高涂膜的润滑性及丰满度。
所述的成膜助剂为市售的巴德富RS-3799。成膜助剂除了能够减少涂膜对水的敏感程度，还能够提高涂膜的韧性和抗冲击性能。
所述的石英砂的目数为10-120目。珠光砂的横断面具有类似于珍珠的物理结构，其中，内部结构的折射率较低，而包裹在外层的金属氧化物具有较高的折射率，且平行于物质表面形成多层分布，入射光线会通过多重反射、干涉，呈现出珠光效果。因此，珠光砂的成色原理与传统的光学吸收型颜料及光学反射型颜料不同，其效果也十分独特。珠光砂的颗粒大小不同，在实际应用中表现出的效果也有所区别。颗粒越大，闪烁效果越强，而对底色的遮盖力越弱；颗粒越小，对底色的遮盖力越强，光泽越柔和。在制备珠光砂的过程中，选用不同粒径的石英砂，着色剂的用量也应做相对调整。着色剂过多会导致砂粒结块，无法分离；过少则无法将石英砂完全着色。
作为优选的技术方案，当选用10-20目的石英砂时，着色剂与石英砂的质量比为460:40；当选用20-40目的石英砂时，着色剂与石英砂的质量比为465:35；当选用40-80目的石英砂时，着色剂与石英砂的质量比为470:30；当选用80-120目的石英砂时，着色剂与石英砂的质量比为480:20。
通过组分的选择改变金属氧化物的种类，或通过组分用量的改变调节金属氧化物层的厚度，都会带来珠光砂的色彩变化。研究表明，钠水玻璃与锂水玻璃的复配能够使制备出的珠光砂产生优美的珍珠光泽，且该珠光砂更具耐高温、耐光照、耐酸碱、耐磨擦的特点。
一种安全环保型珠光砂的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
(1)着色剂的制备：
(1-1)将钠水玻璃、锂水玻璃及固化剂混合后，搅拌均匀；
(1-2)分别加入偏硅酸盐、浓硫酸、填料及珠光粉，并搅拌均匀；
(1-3)分别加入成膜助剂及水，并搅拌均匀，即制得所述的着色剂；
(2)珠光砂的制备：
将着色剂与石英砂混合后，搅拌均匀，之后依次经干燥、筛分，即制得所述的安全环保型珠光砂。
步骤(1-1)中，搅拌机转速为400-500r/min，搅拌时间为8-12min；
步骤(1-2)中，搅拌机转速为1300-1700r/min，搅拌时间为8-12min；
步骤(1-3)中，搅拌机转速为300-800r/min，搅拌时间为5-15min；
步骤(2)中，搅拌机转速为400-700r/min，搅拌时间为15-25min。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)采用石英砂作为珠光砂的基本原料，通过珠光粉对石英砂着色，使石英砂的表面能够呈现出柔和的珍珠光泽，且在许多性能方面具有与天然珠光砂相似的特点，能够在许多领域代替天然珠光砂，并获得与天然珠光砂几乎一致的效果，有效缓解了天然珠光砂资源的紧缺对相关行业的限制；
2)将钠水玻璃与锂水玻璃复配，作为粘合剂的主要成分，不仅具有高粘结强度和超强的渗透性，能够使珠光粉与石英砂充分均匀结合在一起，制备出具有柔和珍珠光泽的珠光砂，且兼具钠水玻璃的低成本与锂水玻璃的高耐水性，并通过锂水玻璃与钠水玻璃的相互作用，在一定程度上提高钠水玻璃的耐水性，使最终制得的珠光砂兼具耐高温、耐光照、耐酸碱、耐水、耐磨擦的特点，且环保无毒无害，广泛适用于汽车、日用品、建筑等领域的涂料中；
3)通过组分用量的改变调整金属氧化物层的厚度，进而制备出各种色彩的珠光砂，且石英砂的粒径也可以自由选择，灵活性好；
4)制备条件温和，避免了高温工艺，节能减排，且由于没有高温对颜色的不利影响，使得各批次间的颜色均匀性及稳定性得到保证。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
一种安全环保型珠光砂，该珠光砂包括以下组分及重量份含量：着色剂460份、石英砂40份，着色剂包括以下组分及重量份含量：钠水玻璃390份、锂水玻璃55份、固化剂2份、偏硅酸盐1.5份、浓硫酸0.5份、填料110份、珠光粉380份、成膜助剂55份及水40份。
其中，固化剂为氟硅酸钠；偏硅酸盐为偏硅酸钠；浓硫酸中H2SO4的质量分数为97％；填料为滑石粉；成膜助剂为市售的巴德富RS-3799；石英砂的目数为10-20目。
该珠光砂的制备方法具体包括以下步骤：
(1)着色剂的制备：
(1-1)将钠水玻璃、锂水玻璃及固化剂混合后，在400r/min的搅拌机转速下搅拌12min；
(1-2)分别加入偏硅酸盐、浓硫酸、填料及珠光粉，并在1700r/min的搅拌机转速下搅拌8min；
(1-3)分别加入成膜助剂及水，并在300r/min的搅拌机转速下搅拌15min，即制得着色剂；
(2)珠光砂的制备：
将着色剂与石英砂混合后，在700r/min的搅拌机转速下搅拌15min，之后依次经干燥、筛分，即制得安全环保型珠光砂。
对制得的安全环保型珠光砂进行性能测试，结果如下表所示：
实施例2：
一种安全环保型珠光砂，该珠光砂包括以下组分及重量份含量：着色剂480份、石英砂20份，着色剂包括以下组分及重量份含量：钠水玻璃410份、锂水玻璃45份、固化剂4份、偏硅酸盐0.5份、浓硫酸1.5份、填料90份、珠光粉420份、成膜助剂45份及水50份。
其中，固化剂为氟硅酸钠；偏硅酸盐为偏硅酸钠；浓硫酸中H2SO4的质量分数为98％；填料为滑石粉；成膜助剂为市售的巴德富RS-3799；石英砂的目数为80-120目。
该珠光砂的制备方法具体包括以下步骤：
(1)着色剂的制备：
(1-1)将钠水玻璃、锂水玻璃及固化剂混合后，在500r/min的搅拌机转速下搅拌8min；
(1-2)分别加入偏硅酸盐、浓硫酸、填料及珠光粉，并在1300r/min的搅拌机转速下搅拌12min；
(1-3)分别加入成膜助剂及水，并在800r/min的搅拌机转速下搅拌5min，即制得着色剂；
(2)珠光砂的制备：
将着色剂与石英砂混合后，在400r/min的搅拌机转速下搅拌25min，之后依次经干燥、筛分，即制得安全环保型珠光砂。
实施例3：
一种安全环保型珠光砂，该珠光砂包括以下组分及重量份含量：着色剂470份、石英砂30份，着色剂包括以下组分及重量份含量：钠水玻璃400份、锂水玻璃50份、固化剂3份、偏硅酸盐1份、浓硫酸1份、填料100份、珠光粉400份、成膜助剂50份及水45份。
其中，固化剂为氟硅酸钠；偏硅酸盐为偏硅酸钠；浓硫酸中H2SO4的质量分数为95％；填料为滑石粉；成膜助剂为市售的巴德富RS-3799；石英砂的目数为40-80目。
该珠光砂的制备方法具体包括以下步骤：
(1)着色剂的制备：
(1-1)将钠水玻璃、锂水玻璃及固化剂混合后，在450r/min的搅拌机转速下搅拌10min；
(1-2)分别加入偏硅酸盐、浓硫酸、填料及珠光粉，并在1500r/min的搅拌机转速下搅拌10min；
(1-3)分别加入成膜助剂及水，并在500r/min的搅拌机转速下搅拌10min，即制得着色剂；
(2)珠光砂的制备：
将着色剂与石英砂混合后，在500r/min的搅拌机转速下搅拌20min，之后依次经干燥、筛分，即制得安全环保型珠光砂。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。