一种风沙染色方法，采用聚氨酯与有机硅作为包覆材料，对天然风沙进行包覆，制成人工彩砂，利用有机硅及氟碳表面活性剂对聚氨酯表面进行处理。聚氨酯包覆层能与天然风沙材料进行牢固的粘合，极好的耐磨性能增加使用寿命，可以有效减少成本，而有机硅包覆层耐高低温性、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性的优异特性，有效解决了现有人工彩砂的制备成本高，强度低，色牢度差等问题。另外，本发明采用风沙取代了现有技术中常使用的石英砂，克服了风沙硬度大、表面积小、不易染色的问题，既开辟了风沙资源的利用途径，为治理风沙提供了新的深加工方向，又不需要开采矿产资源，显著的降低生产成本。
步骤1、彩色聚氨酯预聚体的制备：将多元醇置于干燥的三口烧瓶中，所述三口烧瓶带有电动搅拌机、恒压滴液漏斗、温度计、及干燥管；在115℃下减压到0.01-0.05MPa除水2h后自然冷却至65℃，加入丙酮溶液进行稀释，然后加入二月桂酸二丁基锡；取甲苯二异氰酸酯，用丙酮稀释后一次性加入，加入色粉、羟基硅油，在65℃搅拌反应，冷却至室温，得到彩色的含有硅元素的聚氨酯预聚体；
步骤3、扩链：加丙酮以降低反应物粘度，取聚醚胺ED-2003亲水扩链剂，加丙酮溶清后在室温、300-1000 r/min快速搅拌下加入到聚氨酯预聚体中，搅拌反应45min；再加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550扩链反应15min；
步骤4、分散和去溶剂：加入防腐剂在1000-3000 r/min强烈搅拌下加入去离子水乳化
45min，减压到0.01-0.05MPa蒸馏除去丙酮，得到人工染色的风沙；
步骤5、采用氟碳表面活性剂对上述人工染色的风沙进行改性，得到氟碳改性的聚氨酯单包覆人工染色的风沙；
步骤6、取正硅酸乙脂、无水乙醇倒入洁净三口瓶中，滴加盐酸调节pH值至2-3，水浴保温60℃，搅拌转速250-400r/min，保温反应0.3-1h，待正硅酸乙酯的水解反应发生后，将单包覆的人工染色的风沙倒入，水浴降温至30℃，搅拌转速200-400r/min，保温反应1-2h，使得水解产物在聚氨酯树脂层上进行缩合反应，干燥洗涤后得双包覆的染色风沙，即双包覆的人工彩砂；
所述的各原料成分的重量份数为：天然风沙1-30份、正硅酸乙酯10-20份，盐酸0.1-5份，无水乙醇20-30份，硅烷偶联剂1-5份、色粉1-10份、多元醇1-10份，羟基硅油1-10份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550 1-10份、甲苯二异氰酸酯10-30份、二月桂酸二丁基锡1-10份、聚醚胺1-10份、氟碳表面活性剂1-10份，防腐剂1-10份、去离子水1-5份，丙酮1-30份。
2.如权利要求1所述的风沙染色方法，其特征在于，所述双包覆的人工彩砂，由基础材料和双层的表面包覆层组成：所述基础材料为硅烷偶联剂改性的天然风沙，所述表面包覆层的成分包括色粉、正硅酸乙酯，无水乙醇，盐酸，多元醇，羟基硅油、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550、甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、聚醚胺、氟碳表面活性剂、防腐剂、去离子水、丙酮。
3.如权利要求1所述的风沙染色方法，其特征在于，所述色粉为有机色粉或无机色粉。
4.如权利要求1所述的风沙染色方法，其特征在于，所述多元醇为二丙二醇。
5.如权利要求1所述的风沙染色方法，其特征在于，所述防腐剂为异噻唑啉酮衍生物、苯并咪唑酯类、道维希尔-75、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的风沙染色方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为Si-69、KH540、KH560、KH570、KH792、DL602中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的风沙染色方法，其特征在于，所述氟碳表面活性剂为羧酸盐类氟碳表面活性剂、磺酸盐类氟碳表面活性剂、磷酸盐类氟碳表面活性剂中的一种或者几种。
一种风沙染色方法
技术领域
[0001] 本发明涉及表面装饰材料及制备方法，尤其涉及一种风沙染色方法。
背景技术
[0002] 随着经济技术的发展和人们审美观念的提高，普通外墙涂料的装饰效果已经不能满足市场的需求，近年来真石漆、质感涂料已经逐渐取代原有普通胶乳漆，而真石漆的主要原料天然彩砂。彩砂作为一种表面装饰材料，一般分为天然彩砂及人造彩砂两种。天然彩砂是通过直接破碎自然界的有色矿石而获得，但它们大多数色泽混沌、强度差、容易分化，且颜色批次不稳定，供货紧张，价格较高。人造彩砂是将矿物颗粒通过表面包覆有色涂层获得，通过颜料的改变，可以制备出丰富多彩的彩砂品种，满足人们的不同需求，常使用的矿物颗粒为天然石英砂。
[0003] 天然石英砂是由花岗岩、石英岩、石英砂岩和脉石英等母岩经过自然界长期风化而形成的一种以石英为主要矿物成分的砂状矿物原料，主要产自河湖相沉积砂矿床和海相沉积砂矿床。石英砂广泛用于玻璃、陶瓷、水泥、铸造、耐火材料等行业，近年来，随着石英砂资源的大量开采，石英砂岩资源已日益短缺，且对环境造成了巨大的影响。面对石英砂开采加工业的高消耗、高污染和资源环境约束问题，寻求人工彩砂制备过程中天然石英砂的替代品是十分必要的。
[0004] 目前人造彩砂的制造方法主要有三种：第一种是用有机颜料染色法，该法主要采用与砂石结合力强的有机粘结剂，如氯丁橡胶、环氧树脂、氯偏树脂等；但是这一类制备的彩砂其耐老化性能差，时间一长容易褪色。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；该方法也存在耐老化性能差、易褪色和包裹不均匀等缺陷。第三种方法是高温烧结法，如用无机色料、低熔点物和石英砂混合，再在1200-1350℃高温烧结成一体，然后经破碎、筛分成彩砂成品。这种方法的缺点是能耗大、工序复杂。因此，现有的人工彩砂制备方法难以满足人们的需要，亟需开发一种新的人工彩砂制备方法，制备出能够满足真石漆涂料基本的要求，且成本低廉、色彩丰富的彩砂，以满足实际的需求。
[0005] 风沙实际上是一种典型的陆相沉积混合物，由粗细不同的粒级组分构成，分布在我国干旱、半干旱地区。风力侵蚀及风沙流作用的结果导致地表物质被剥离、搬运、沉积，造成土壤养分流失，质地粗化，结构变差，土地生产力降低以及沙丘活化，流沙蔓延。尤其是沙丘的移动，常常埋压农田、牧场、村庄，侵袭道路及水利设施，给农牧业生产和经济建设造成2
极大的危害。我国是世界上受风沙危害严重的国家之一，目前全国荒漠化土地达262万km ，占国土面积的27.3%，风沙活动最为活跃的沙化土地近30万km2，日趋严重的风沙灾害已经使人类的生存环境遭到极大的破坏，如：蚕食可利用土地，沙进人退，造成人员伤亡和经济损失等。
[0006] 目前，针对风沙问题，人们主要集中在风沙治理上，如减少沙区土地人口负荷，增加沙区灌草植被覆盖，营造防风固沙阻沙林带等；而对风沙资源的利用却少有研究，由于风沙粗细粒径不同，形状各异，且硬度大、不易染色，因而风沙资源的深加工利用，未见相关报道，因此，风沙是一种有待开发利用的资源，若能以风沙为原料进行深加工利用，使其成为一种可利用的资源，不仅有助于缓解日益严重的沙漠化问题，还能变废为宝，降低生产成本。
发明内容
[0007] 针对上述问题，本发明提供一种风沙染色方法，采用聚氨酯与有机硅作为包覆材料，对天然风沙进行包覆，制成人工彩砂，成本低廉，强度高，色彩丰富。
[0008] 为实现本发明的上述目的，本发明提供一种风沙染色方法，具体步骤为。
[0009] 步骤1、彩色聚氨酯预聚体的制备：将多元醇置于干燥的三口烧瓶中，所述三口烧瓶带有电动搅拌机、恒压滴液漏斗、温度计、及干燥管；在115℃下减压到0.01-0.05MPa除水2h后自然冷却至65℃，加入丙酮溶液进行稀释，然后加入二月桂酸二丁基锡；取甲苯二异氰酸酯，用丙酮稀释后一次性加入，加入色粉、羟基硅油，在65℃搅拌反应，冷却至室温，得到彩色的含有硅元素的聚氨酯预聚体。
[0010] 步骤2、加入硅烷偶联剂改性的天然风沙。
[0011] 步骤3、扩链：加丙酮以降低反应物粘度，取聚醚胺ED-2003亲水扩链剂，加丙酮溶清后在室温、300-1000 r/min快速搅拌下加入到聚氨酯预聚体中，搅拌反应45min；再加入Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH550扩链反应15min。
[0012] 步骤4、分散和去溶剂：加入防腐剂在1000-3000 r/min强烈搅拌下加入去离子水乳化45min，减压到0.01-0.05MPa蒸馏除去丙酮，得到人工染色的风沙。
[0013] 步骤5、采用氟碳表面活性剂对上述人工染色的风沙进行改性，得到氟碳改性的聚氨酯单包覆人工染色的风沙。
[0014] 步骤6、取正硅酸乙脂、无水乙醇倒入洁净三口瓶中，滴加盐酸调节PH值至2-3，水浴保温60℃，搅拌转速250-400r/min，保温反应0.3-1h，待正硅酸乙脂的水解反应发生后，将单包覆的人工染色的风沙倒入，水浴降温至30℃，搅拌转速200-400r/min，保温反应1-2h，使得水解产物在聚氨酯树脂层上进行缩合反应，干燥洗涤后得双包覆的染色风沙，即双包覆的人工彩砂。
[0015] 所述各原料成分的重量份数为：天然风沙1-30份、正硅酸乙酯10-20份，盐酸0.1-5份，无水乙醇20-30份，硅烷偶联剂1-5份、色粉1-10份、多元醇1-10份，羟基硅油1-10份、Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH550 1-10份、甲苯二异氰酸酯10-30份、二月桂酸二丁基锡1-10份、乙二胺1-10份、聚醚胺1-10份、氟碳表面活性剂1-10份，防腐剂1-10份、去离子水1-5份，丙酮1-30份。
[0016] 所述双包覆的人工彩砂，由基础材料和双层的表面包覆层组成：所述基础材料为硅烷偶联剂改性的天然风沙，所述表面包覆层的成分包括色粉、正硅酸乙酯，无水乙醇，盐酸，多元醇，羟基硅油、Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH550、甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、聚醚胺、氟碳表面活性剂、防腐剂、去离子水、丙酮。
[0017] 所述色粉为有机色粉或无机色粉。
[0018] 所述多元醇为二丙二醇。
[0019] 所述防腐剂为异噻唑啉酮衍生物、苯并咪唑酯类、道维希尔-75、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮中的一种或多种。
[0020] 所述硅烷偶联剂为Si-69、KH540、KH560、KH570、KH792、DL6021中的一种或几种。
[0021] 所述氟碳表面活性剂为羧酸盐类氟碳表面活性剂、磺酸盐类氟碳表面活性剂、磷酸盐类氟碳表面活性剂中的一种或者几种。
[0022] 所述天然风沙采集于内蒙古地区，粗细粒径不同，形状各异。
[0023] 与现有技术相比本发明的有益效果。
[0024] 本发明提供的风沙染色方法，采用聚氨酯与有机硅作为包覆材料，对天然风沙进行包覆，制成人工彩砂，利用有机硅（即正硅酸乙酯水解缩合产物）及氟碳表面活性剂对聚氨酯表面进行处理。聚氨酯包覆层能与天然风沙材料进行牢固的粘合，极好的耐磨性能增加使用寿命，可以有效减少成本；而有机硅包覆层耐高低温性、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性的优异特性，在改善了彩砂耐候性差的缺点同时能满足客户在色彩上个性化的需求，具有优异的耐溶剂性、耐机械搅拌性且颜色批次稳定、强度高、经济环保，解决了现有人工彩砂的制备成本高，强度低，色牢度差等问题。另外，本发明采用风沙取代了现有技术中常使用的石英砂，克服了风沙硬度大、表面积小、不易染色的问题，既开辟了风沙资源的利用途径，又显著的降低生产成本。
具体实施方式
[0025] 下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。
[0026] 本发明提供一种风沙染色方法，具体步骤为。
[0027] 步骤1、彩色聚氨酯预聚体的制备：称取10份的二丙二醇置于干燥的三口烧瓶中，所述三口烧瓶带有电动搅拌机、恒压滴液漏斗、温度计、及干燥管。在115℃下减压至0.01MPa除水2h 后自然冷却至65℃，然后加入5份丙酮稀释，溶清后加入2份催化剂二月桂酸二丁基锡，然后称取8份甲苯二异氰酸酯，用8份丙酮稀释后一次性加入，加入5份色粉、5份羟基硅油，在65℃搅拌反应，冷至室温，得到有机硅改性的彩色聚氨酯预聚体。
[0028] 步骤2、加入经3份Si-69改性的天然风沙15份。
[0029] 步骤3、扩链：称取8份的聚醚胺ED-2003亲水扩链剂，加8份丙酮溶清后在室温、800r/min快速搅拌下加入到预聚体中，搅拌反应45min，所述丙酮的加入可以有效降低反应物粘度；再加入8份Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH550扩链反应15min。
[0030] 步骤4、分散和去溶剂：加入3份1,2-苯并异噻唑啉-3-酮在3000 r/min强烈搅拌下加入3份去离子水乳化45min，减压到0.03MPa蒸馏除去丙酮，得到人工染色的风沙。
[0031] 步骤5、采用8份羧酸盐类氟碳表面活性剂对上述人工染色的风沙进行改性，得到氟碳改性的聚氨酯单包覆人工染色的风沙。
[0032] 步骤6、量取10份的正硅酸乙脂，20份的无水乙醇倒入洁净三口瓶中，滴加盐酸调节PH值至2，水浴保温60℃，搅拌转速300r/min，保温反应0.5h，待正硅酸乙脂的水解反应发生后，将单包覆的人工染色的风沙倒入，水浴降温至30℃，搅拌转速400r/min，保温反应1.5h，使得水解产物在聚氨酯树脂层上进行缩合反应，干燥洗涤后得双包覆的染色风沙，即双包覆的人工彩砂。
[0033] 所述各原料成分的份数均为重量份数。
[0034] 所述天然风沙采集于内蒙古地区，粗细粒径不同，硬度大、形状各异、表面积小、不
