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彩砂的种类及应用
2011-2-11 来源:本站原创
 分析了以生产工艺分类的4种彩砂的生产工艺、特点及应用,讨论了沥青瓦、卷材用彩砂的主

       要性能要求,介绍了多种用途的特种彩砂,列举了彩砂用于屋面及地面的工程实例。 
关键词:彩砂;性能;应用  
   彩砂通常分为天然和加工两类,天然彩砂由于色彩品种较少且不耐老化因而大规模使用受到制约;加工彩砂产品种类繁多、性能好、使用面广,各国都大量发展。本文就加工彩砂的各主要品种、涉及工艺、性能指标及应用技术进行讨论。 
1彩砂的分类及生产工艺  
  以生产工艺分类,彩砂可分为染色法、粘结法、玻化法及陶化法4种。 
1.l染色法  
  染色法彩砂是以着色剂经搅拌包覆在矿粒上烘干而成 其生产流程为: 

矿粒精细筛分--清洗--烘干--搅拌--烘干--产品 
                                                                │             
                                                             着色剂  
   染色法彩砂粒径较小,一般生产2种规格的粉砂,粒径0.2~0.9 mm和0.05~0.8 mm.使用小型设备精细生产,要求颗粒均匀、色彩鲜艳。主要用于工艺美术方面(美国的老人、小孩用于彩砂画),重要产地为台湾及美国,估计用量为3万t左右。 
1.2粘结法  
   粘结法彩砂是以高分子粘结剂粘结色料包覆矿粒而成。其生产流程为: 

色料浆 
                                       │ 
矿粒--吹风去尘--搅拌--干燥结膜--成品  

   粘结法彩砂生产成本低,但由于高分子材料抗老化性较差,长期暴露使用色彩受到影响。 
1.3玻化法  
   玻化法彩砂是在矿料表面形成玻璃体制成的彩砂。其生产流程为: 

       成色氧化剂料浆 
                                                       │ 
矿料——清洗——烘干——搅拌——烧成  

   玻化法彩砂一般要选择白色矿料,生成的彩砂外观近乎透明,能够反射光线,有色彩缤纷的效果。在欧洲及中东使用较多,只能用于室内,室外使用易开裂粉化。 
由于各种氧化剂形成玻璃体的温度不同,因而每种颜色的玻化法彩砂要求的温度不同,其变化在600~1 100℃之间。实际烧成时,一种颜色的彩砂用—种温度。 
1.4陶化法  
   陶化法彩砂是在矿粒表面形成陶瓷体制成的彩砂。其生产流程为: 
  色料浆 
                                              │ 
矿粒——风力去尘——搅拌——烘干——烧成  

   陶化法烧成的彩砂耐酸、耐碱、耐老化,性能均优于其他方法,目前国际上主要生产厂家均使用这种工艺。 
2彩砂主要性能探讨 
2.1沥青瓦彩砂  
 2.l.1抗冻性  
   彩砂颗粒如果有裂缝,雨水就会进人,冰冻时引起体积膨胀,裂缝进一步扩展,如此冻融循环,最后导致彩砂开裂破碎。矿粒在生产过程中有裂缝是很难避免的,但只要陶化层包覆完整就可以避免水和冰冻的影响。 
一般彩砂是用冻融循环试验来判定抗冻性的,方法是-25℃冻、50℃融,以15次或25次为一轮进行试验,用筛分和低倍显微镜确定其是否破坏。  
 2.1.2颜色一致性  
   同一种颜色的彩砂色彩是否均匀一致,是沥青瓦用户非常关注的指标,因沥青瓦在使用过程中受不同强度的光线照射,很容易看出颜色差别。而这种差别在生产时往往不易发现,特别是分批出厂的产品更要注意颜色一致性。  
 2.1.3膜强度  
   较高的膜强度才能够避免彩砂在运输过程中、沥青防水材料生产时或使用过程中受到的冲击影响(例如冰雹)。 
试验方法有2种: 
枪击法:彩砂放入专用的气枪中,对2 m远的陶瓷靶射击,测定射击前后的筛分结果。 
重力法:彩砂以一定高度(1 m或2 m)自由落下撞击在金属板或陶瓷板上,同样以筛分结果作为判定的依据。 
            枪击法测定时间短,但要求专用仪器;重力法测定次数多,自由落下的次数有50次、100次、200 
            次、500次等,测定时间长。  
 2.1.4抗紫外线  
    在长期(数十年)使用中不能褪色,这是对彩砂的基本要求,国际上1970年开始做了大量研究。最早使用的仪器是人工加速老化仪,最后发现彩砂的人工加速老化和自然老化建立不起相关性。经大量研究,明确褪色的主要因素是紫外光的影响,紫外光对颜色的变化反应极为灵敏。 
美国几家主要的沥青瓦公司都建有自然老化试验场所,与紫外线老化作出对比。现今彩砂行业已采用紫外线照射作为彩砂褪色性的标准测试方法。通常以一定强度的紫外光照射一定时间(对颜色反应最灵敏的波段为365 nm和420 nm),老化的等级分为8级,沥青瓦或卷材用的彩砂要达到7级以上。地面用彩砂4级以上,粉砂2级以上。  
 2.1.5储存和运输  
    储存和运输过程中特别需要注意的是吸水现象和易碎性。彩砂生产完后是干燥的,但是在储存和运输过程中,尤其是在空气湿度较大的季节容易吸潮,含水量会增加,严重的会直接影响到彩砂和沥青的粘结力,解决的办法是将生产完后的彩砂进行表面处理。易碎性不好的彩砂会在储存和运输过程中产生破碎,直接影响了彩砂质量,解决的办法是必须选用品质优良的矿料。  
  2.l.6粒径分布  
    合理的粒径分布的目的就是在沥青瓦的表面形成良好的彩砂覆盖层。好的覆盖层应该是在干刷合格的前提下瓦表面看不到沥青的析出,只看到颜色一致的彩砂。影响粒径分布的原因有很多,包括彩砂的供货、沥青瓦生产线供砂系统的结构和落砂器的结构。供砂系统的设计原则上应有使粗细砂子均匀分布的导向板或分配板,落砂器的设计原则上应使砂子沿横向面均匀落砂。  
  2.l.7包裹质量  
    包裹质量是衡量彩砂质量的一个重要指标,不同的厂家有不同的检测方法,通过显微镜的观察可以看到,包裹不好的彩砂存在不同程度的开裂和掉皮现象。有的厂家通过抗冻性试验来测试,有的厂家通过水煮来测试,有的厂家则通过吸水率来测试。原则上说,开裂和掉皮现象越严重,吸水率也越高。  
2.2卷材彩砂  
    卷材彩砂的矿粒使用页岩或板岩,一般以绿色居多,其次为灰色、白色、红色。国内目前卷材彩砂使用中存在下列问题: 
 1)褪色  
    很多卷材彩砂使用染色法或粘结法生产,因而褪色问题不好解决,应该使用陶化法生产较为可靠。 
 2)泪线  
    某些卷材使用后受到雨水影响有黄色液体流淌下来,污染墙面,形成黄色条纹,称为泪线。其原因为采用的页岩矿不合适及包覆不严,因页岩矿中含硫量高,所以极易产生泪线。解决办法是选择含硫量低的矿源,并解决包覆的完整性。 
 3)粘结性  
    这是指彩砂和卷材表面的粘结性,国内卷材用页岩彩砂有些在使用一段时期后容易脱落,成为用户投诉的主要原因。这个问题较早时候在国外也同样有发生。因卷材的基础材料已从氧化沥青发展为改性沥青,改性沥青的内聚力远大于氧化沥青,因此对彩砂的粘结性要求更高解决的办法是彩砂要经过表面处理以增加粘结性,直至达到要求。  
    粘结性的测定有专用设备。其原理是用特定的刷子,刷规定的次数(干刷),然后将同一试样浸泡在固定温水中一定时间后再刷(湿刷),用这2个指标判定是否合格。 
3特种彩砂 
 3.1抗菌彩砂  
    用于医院手术室及无菌操作的工厂。这些环境都要求极强的抗菌性,细菌接触到地面墙面即灭活。普通地面细菌量每cm2为1.l万~6.8万个,灭活率指标为95%,但实际上灭菌要求希望达到99%。抗菌彩砂有2种生产方法:一种是涂层抗菌,即彩砂另加透明抗菌涂层,这种方法工艺简单、成本低,但涂层容易磨损失效。另一种是抗菌剂加人色料浆中与矿粒搅拌后烧成,彩砂包覆层均具有抗菌效果,产品使用年限很长。但这种方法对抗菌剂的要求很高,须能经受900℃以上高温,这种抗菌剂主要起作用的是银离子。 
 3.2抗静电彩砂  
    主要用于电器件加工的无尘车间墙面及地面。生产方法也是将抗静电剂加入涂层或加入陶化层中。抗静电有很多种类可以选择。 
 3.3耐磨彩砂  
    用于车库、停车场、停机坪等,具有防滑、耐磨的功能。生产方法是在色料浆中加入耐磨材料或彩砂表面使用薄膜纳米金刚石。 
 3.4隔热彩砂  
    能源紧张,各国对节能要求日益提高,屋面是建筑物节能重点。就沥青瓦或卷材而言,除了做成白色表面,其他颜色的表面层会吸收太阳光大部分的红外线,起不到隔热效果。2002年美国加州能源委员会邀请伯克利国家实验室和橡树岭国家实验室,共同研发隔热屋面材料,称为“非白色冷屋面”。目前,一种“冷黑色沥青瓦”已进人工程实验阶段,其反射率比普通沥青瓦提高4倍。热沥青瓦,起重要作用的是隔热彩砂,用纳米散射颜料代替普通颜料是主要的途径。 
 3.5荧光彩砂  
    主要用于庭院、道路、机场等天黑时需要大面积显示或需特别指示的场合。一般是使用贮光材料加人彩砂中,通常使用晶体贮光材料或高分子贮光材料。这种彩砂在白天吸收光能贮存,晚上放出荧光。将物体(例如楼梯、栏杆)显示出来。 
荧光彩砂由于夜间发光不必消耗能源而受到重视。但高分子贮光材料由于不耐老化,使用受到限制。晶体荧光彩砂可以长期暴露而性能不变,但价格过高,也不能大规模推广。当前各国从节能角度出发都积极研发价格低的晶体荧光彩砂。 
4彩砂的应用实例 

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