人工彩砂工藝研究進展與研發方向展望

劉志鵬，姚紅蕊，，葛晶，王飛，張偉，王娜，，穆生龍，

（1.沈陽化工大學遼寧省特種功能材料合成與制備重點實驗室，遼寧沈陽 110142；2.沈陽市新型功能涂層材料重點實驗室，遼寧沈陽 110142；3.遼寧順風新材料科技有限公司，遼寧沈陽 110150）

0 引 言

彩砂具有多色彩、強立體感、堅硬質地以及可增加材料美觀性和功能性的特點，被廣泛應用于建筑材料、裝飾涂料、房屋飾材等領域。彩砂根據獲取的方式不同，可分為天然彩砂和人工彩砂。天然彩砂由開采出的彩色天然礦石經過多道工序加工而成，擁有顏色的獨特性，并且特定顏色的彩砂只在特定的地域產出[1]。該類材料存在硬度小、顏色暗淡、韌性差且理化性能不均一等缺點，其應用發展已然達到了瓶頸，并且日益減少的天然彩砂資源已經不能滿足消費者對彩砂的需求。

通過不同工藝制備的人工彩砂可以解決天然彩砂顏色單一、產量不足以及性質不穩定等問題，從而應用在彩砂地坪、瀝青瓦、真石漆涂料及墻面裝飾等領域。本文綜述了人工彩砂的制備工藝與應用，并對功能彩砂研發方向提出總結與討論。

1 人工彩砂的制備工藝及其原理

1984 年，日本申請了人工彩砂的發明專利[1]，其通過低溫燒制石英砂、堿金屬硅酸鹽和縮聚磷酸鋁制備出人工彩砂。我國在日本申請專利前就擁有制備人工彩砂的工藝——搪瓷法，利用搪瓷[2]的金屬與陶瓷復合特性在無機材料表面形成復雜的硅酸鹽玻璃體。到了20 世紀70 年代，我國開始對人工彩砂的生產工藝與方法進一步的研發與探究，發展出多種制備工藝[3]。

1.1 直接染色法

直接染色法是指在常溫下將粒徑為18～60 目的干燥石英砂與顏料經過混合、攪拌、干燥等工序得到人工彩砂的工藝方法。由于固相石英砂表面與液相顏料兩相浸潤優良，因此顏料可以擴展到石英砂表面的凹坑中產生機械錨合作用，從而使界面結合強度達到包覆的要求。

鄭玉寶和袁大偉[4]按照如圖1 所示的工藝流程采用有機顏料與無機顏料混合的顏料制備出色彩鮮艷的彩砂。所制備的彩砂主要技術性能：含水率≤3%；耐水性1000 h 無色差變化；2%鹽酸浸泡100 h 無色差變化；2%氫氧化鈉浸泡100 h無色差變化；500 W 紫外線96 h 無色差變化。

圖1 直接染色法工藝流程

通過乳液或顏料直接混合制備的人工彩砂其結合強度主要依靠粘合劑的粘合作用，但是由于物理包覆強度低導致彩砂易出現耐磨性差、易褪色的問題。因此將研究方向著眼于化學作用來提高包覆層與砂體之間的附著力，進而增強人工彩砂的耐磨性能。

1.2 有機固化法

有機固化法是在粒徑為40~80 目的石英砂表面用樹脂中活潑特征基團發生化學固化交聯，形成具有網狀結構的聚合物包覆層制備人工彩砂的工藝方法。樹脂固化機理為樹脂、固化劑、助劑混合在一個體系中，隨著溶劑的不斷揮發，樹脂與固化劑逐漸接近，樹脂中的活潑基團與固化劑結合在一起形成網狀結構。

針對人工彩砂包覆層的化學作用，白艷軍[5]通過樹脂、固化劑與附著力促進劑的不同配比，找出了合適的交聯密度，制備出顏色均勻、耐老化性能達到800 h 的彩砂涂層。鄭新凱和蔡國強[6]利用引入氟單體改性樹脂作為包覆層，引入的分子結構通過增強聚合物樹脂主鏈的柔性來增大樹脂聚合物的韌性，進而制備出耐鹽霧性≥1000 h 無變化、耐水性與耐堿性240 h 無變化的人工彩砂。劉春峰等[7]利用聚氨酯樹脂與有機硅對天然風沙進行二次包覆，通過聚氨酯樹脂的高交聯密度與有機硅中硅氧鍵的表面張力雙重作用制備出含水率≤0.3%、耐老化性能600 h 無變化的人工風沙彩砂，為治理天然風沙提供了一種新的途徑。

通過樹脂在砂體表面形成的致密交聯網狀結構包覆的彩砂耐候性較直接染色法大大提高。但是制備的人工彩砂通常表面有大塊狀易剝落的顏料團聚體，使得彩砂表面出現顏色不均勻、色差較大等問題。楊漢標[8]利用添加分散劑的方式增大顏料粒子表面電位，表面電位的最大絕對值從18 mV 增大到49 mV，電位越大顏料分散越均勻。以顏料表面形成的帶電粒子的穩定擴散層輔以相同電荷的離子排斥作用來保證顏料在液體介質中的分散作用，使顏料可以均勻地分散在無機材料表面且不易剝落。企業在實際批量生產人工彩砂過程中還是不可避免地出現質感差、易團聚的問題。研究人員想通過更加微觀的分子運動解決有機固化質感差、易團聚的生產痛點。

1.3 高溫燒結法

高溫燒結法是指通過1000 ℃左右的高溫加熱條件下，使得分子獲得遷移的能量，進而無機顏料分子能夠有序固化在粒徑為40~200 目的無機基體表面，形成一個包覆強度高且結構致密的人工燒結彩砂的工藝方法。

陳孟[9]采用均勻混合的硅酸鹽礦粒與無機色漿在1000 ℃回轉滾筒爐中制備了燒結彩砂，解決了彩砂工藝不能連續生產的問題。盧亭楓[10]在800 ℃高溫煅燒后的冷卻工藝過程中噴灑表面活性劑，使得活躍的顏料分子經過表面活性劑的作用后分散能力變強，從而表面包覆層更加光滑均勻，制備出的陶瓷廢料基燒結人工彩砂具有優異的性能。彩砂在濃度3%鹽酸（耐酸性）與濃度3%燒堿（耐堿性）中不變色，彩砂耐溶劑性優異。劉維平[11]采用銅尾礦替代石英砂作為無機基體制備燒結彩砂，研究了顏料與助劑的用量、燒結溫度、氣氛和時間對人工燒結彩砂的顏色與性能的影響。通過工藝優化制備的彩砂在5%鹽酸以及5%氫氧化鈉中浸泡均不褪色，機械攪拌2 h 不褪色，400 ℃保溫1 h 不褪色。

采用燒結法制備的彩砂具有顏色鮮艷、質感逼真、耐候性強的特點。但是高溫工藝生產條件會消耗大量的能源，導致燒結砂的價格昂貴，不能大規模生產。面對燒結人工彩砂資源消耗大的問題，科研人員以古代陶瓷燒制工藝為創新萌芽，利用陶瓷彩釉彌補降低工藝溫度制備燒結彩砂的性能，降低高溫燒結工藝的能源消耗與產品成本。

1.4 陶瓷彩釉法

陶瓷彩釉法分彩釉制備和彩砂著色2 個部分，是在粒徑為14~50 目之間的釉胚石英砂表面形成一層彩色的釉料包覆層來制備人工彩砂的方法。彩釉的呈色機理為離子呈色、分子呈色以及膠體著色3 種[12]。離子呈色是一種彩釉顏料離子替代某個處在硅酸鹽晶格結點上的離子而產生固溶；分子呈色為彩釉與二氧化硅分子產生高溫固相反應，生成了呈色的硅酸鹽分子；膠體著色即彩釉經過熱處理后，成為對光進行反射的膠體狀態來呈現出硅酸鹽顏色。彩釉的制備工藝流程如圖2 所示[12]。添加劑在制備彩釉中起到分散顏料的作用，可以增加釉胚表面反應活性位點，增加釉胚表面對顏料的吸附能力以及在釉胚表面的均勻分布提高耐磨性。

圖2 彩釉的制備工藝流程

李保國和張艷芳[13]將表面涂覆自制粘合劑的石英砂、顏料及其他試劑均勻混合在一起，在最低燒制溫度600 ℃左右下燒制。由于使用的無機顏料分子在高溫下與石英砂表面進行分子運動，形成固相反應，從而制備出顏色鮮艷、耐久性強的彩砂。馬金龍[14]利用工業廢料作為礦化助劑與石英砂在800℃左右燒結制備彩釉砂，降低了彩砂的制備成本并且對廢棄物進行了循環利用，制得的彩砂浸泡在3%鹽酸與5%硫酸中無變化；在5%氫氧化鈉與5%碳酸鈉中無變化；在300 ℃中保溫1 h 后放入冷水中無變化；在-25 ℃下冷凍2 h，進行15次后無變化。

此工藝制備的人工彩砂性能優異、顏色鮮艷、耐候性好。但是制備彩砂的工藝精度要求大、色料價格昂貴、設備維護保養困難以及工藝成本高，這些都是導致彩釉砂價格昂貴、不適合進行大規模生產的原因。其中工藝難點主要是溫度高對環境資源的消耗以及設備運行時高溫對設備造成的損耗。高溫燒結法與陶瓷彩釉法的共同點為基體不能使用主要成分為碳酸鈣的無機材料，當溫度高于800 ℃時碳酸鈣會分解成氧化鈣與二氧化碳，破壞了基體的晶型結構進而降低人工彩砂硬度[15]。

1.5 無機凝膠法

上述直接染色法、有機固化法、高溫燒結法、陶瓷彩釉法4種工藝制備彩砂所使用的無機基體均為主要成分為二氧化硅和碳酸鈣的礦石顆粒。針對主要成分為氧化鋁與二氧化硅的鋼渣，研究人員開發出了另一種彩砂制備工藝——無機凝膠法。無機凝膠法以粒徑10~20 目的無機基體、膠凝劑和無機顏料為主要原料，經過對混合物進行加水、調漿、常溫包裹、熱養護等加工工序制備而成的工藝方法，其主要工藝流程如圖3 所示[16]。其原理是將主要成分為氧化鈣的粉煤灰在堿性條件下水化后，形成膠凝化合物作為人工彩砂的包覆層。其中玻璃體SiO2與Al2O3為包覆層提供活性，通過水泥水化生成的Ca（OH）2提供的堿性環境生成無機凝膠，增強包覆層的致密程度。

圖3 無機凝膠法制備工藝流程

趙忠忠等[17-18]通過對有機染色法、高溫陶化法和無機凝膠法3 種不同工藝制備的彩砂進行形貌觀察以及性能測試，無機膠凝法制備的人工彩砂整體呈球形和橢球形，且包覆層與砂體間粘結致密。同時也對無機凝膠法的養護制度與彩砂的耐磨影響關系進行了分析。發現隨著養護時間的延長與溫度的升高，彩砂的耐磨性能會逐漸增強，最后趨于穩定，磨損率低至0.96%。隨著無機膠凝材料的水化程度越深，彩砂內部的凝膠結構就越致密，耐磨性能越優異。樊飆等[19]在無機凝膠法的基礎上分析不同膠凝劑制備的彩砂對其耐磨性的影響。由于無機膠凝劑與有機膠凝劑之間發生協同作用，因此復合膠凝劑制備的彩砂更光滑，耐磨性更優異。

無機凝膠法制備的人工彩砂溫度低，整體呈現規則形狀，但表面光滑程度欠佳，并且制備的彩砂需要進行養護使彩砂的性能穩定。使用復合膠凝劑制備的彩砂性能優于無機膠凝劑彩砂，但是需對復合膠凝劑之間的協同作用機理進行深層次的探究，找到制備復合膠凝彩砂的最佳配比。

如圖4 所示為3 種制備工藝的彩砂表面形貌以及本研究團隊所用低溫染色方法制備的彩砂形貌[16]。低溫染色方法首先利用環氧化硅氧烷（γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）在80 ℃對彩砂基體進行接枝改性，進一步利用雙組分羥基丙烯酸聚氨酯中的羧酸基團與環氧基團進行開環反應，形成酯基醇，最后通過多異氰酸基團和雙組分聚氨酯中的羥基基團進行交聯固化形成聚氨酯包覆層，進而制成人工彩砂。

圖4 不同制備方法制得彩砂的表面形貌

圖4（a）、（b）彩砂表面形貌有明顯的尖銳和凹坑，顆粒呈現不規則的形態，這是由于有機染色法與高溫燒結法制備的彩砂中的包覆層沒有對無機砂體形成完全包覆。圖4（c）、（d）彩砂表面形貌光滑，顆粒整體呈現橢圓狀的形態，但是圖4（d）彩砂的表面均勻程度要優于圖4（c），這是由于無機凝膠法形成的包覆層結構致密，但形成包覆層的無機膠凝劑在水化過程中不規則運動導致表面凹凸，而本團隊通過低溫染色技術制備的彩砂不僅形成了完全包覆，而且彩砂的包覆層結構致密且光滑均勻。

2 人工彩砂應用概況

人工彩砂具有硬度大、顏色鮮艷、韌性強且理化性能均一等優點，被廣泛應用于環氧彩砂地坪、瀝青瓦、道路標線帶、真石漆、水磨石地面以及藝術砂畫等領域。人工彩砂的制備原料廣泛，并且可以有效減少開采天然礦石造成的環境污染，人工彩砂取代天然彩砂是各應用領域的發展趨勢。

2.1 環氧彩砂地坪

環氧彩砂地坪是由改性環氧樹脂、彩色礦石顆粒以及助劑制備而成，地坪的施工厚度一般為3~5 mm。環氧彩砂地坪因為自身美觀大方、硬度高等優勢被稱為“彩砂無縫硬地毯”。顏色暗淡且單一以及硬度小的劣勢使得天然彩砂作為環氧彩砂地坪的主要原材料不能將彩砂地坪的特點充分發揮出來。具備顏色的可組合性以及批次穩定特性的人工彩砂使得彩砂地坪不但具有良好的裝飾效果，而且具有諸多優異性能。符合環保要求的彩砂地坪將會使住宅及其家居裝飾業的潛在需求變為現實需求。

環氧地坪應選用顆粒形狀為球形并具有合適級配的彩砂，這樣有利于彩砂顆粒實現最緊密堆”，保證產品質量的同時減少樹脂的使用，大大降低材料與人工成本。許育標和陳曉城[20]提出了環氧地坪彩砂的制備工藝以及大面積施工工藝的要點。鐘鑫等[21]介紹了水性環氧地坪涂料中各組分對地坪的影響及其施工工藝，并且提出以水性涂料代替傳統的溶劑型涂料，為環保環氧彩砂地坪的進一步發展提供了思路。周盾白等[22]認為，聚氨酯彩砂地坪具有比環氧彩砂地坪更為廣泛的應用范圍。劉身凱等[23]提出無溶劑環氧浮動彩砂自流平是傳統環氧彩砂地坪的升級產品，是綠色發展彩砂地坪的必經之路。

2.2 彩色瀝青瓦

作為坡屋面主要構成部分的彩色瀝青瓦在加拿大等國家得到了廣泛的應用。在國內，由于多彩的組合、卓越的實用性能、阻擋輻射、耐候性強等優點使它受到越來越多的建筑設計師和消費者的歡迎。朱曉華和胡蕾[24]對瀝青瓦所用的專用彩砂提出了要求，即瀝青瓦專用彩砂不可以使用透光透明的石英砂和易與水反應的礦石作為原材料。

彩色瀝青瓦符合了市場對建筑材料的性能與美觀需求和政府提出節能減排、低碳環保的政策導向，在性能、安全、施工、節能、美觀等方面都優于目前的黏土瓦、水泥瓦等產品。

2.3 道路及標志材料

道路標線帶被人們稱為道路交通安全的“生命線”。道路標線帶主要結構如圖5 所示，由成膜物質、填料、顏料、助劑和反光材料等成分構成，無機填料的加入對于材料整體的性能起到了關鍵性作用，無機填料一般采用如石英粉、滑石粉和硅石粉等[25]。本研究團隊以廢棄玻璃珠為原材料制備的人工彩砂與丙烯酸樹脂按2.3∶1 質量比制備的道路標線帶性能較優，可保證標線帶不會由于外部因素的影響產生褪色、變形等現象。

圖5 道路標線帶的主要結構

2.4 真石漆建筑涂料

內外墻涂料的快速發展推動了新產品、新技術的開發，衍生了一種新的材料“液態石”——真石漆。彩砂是真石漆的主要成分，目前大多數企業使用的是天然彩砂，但是天然彩砂存在批次顏色不穩定性與硬度小的問題，會導致制備的真石漆性能變差。

因此，優異的人工彩砂是市場發展的迫切需要，也是促進企業的自身發展的捷徑。李百奎等[26]分析了當前主流真石漆技術體系存在的不足，列舉了真石漆技術體系的不同功能以及可進步的發展方向，同時對應發展方向提出可實現的技術路線、技術方案和實效應用意義。蔣勤逸[27]提出真石漆需要向環?；?、功能化、高性能化方向發展，擴大真石漆的應用市場，推動涂料行業發展。段德丹等[28]對使用復合膠凝法制備真石漆的人工固廢彩砂顆粒的粒徑、用量以及乳液的用量對真石漆的影響進行了研究，降低了制備真石漆的成本。魏勇和李瑞玲[29]針對真石漆中仿花崗巖真石漆提出了制備工藝并進行了展望。吳勇等[30]對仿花崗巖真石漆的未來前景進一步展望與規劃。

真石漆的價格與性能大部分取決于主要填料人工彩砂，降低制備人工彩砂的制備成本、提高人工彩砂的性能是未來制備更為優異的真石漆主要途徑。真石漆的未來發展方向是朝著多功能化涂料的方向發展，給外墻建筑、內墻建筑美觀的同時附加更多的功能。

2.5 水磨石地面

通過彩砂顏色不同可以排列組合形成圖形各異的彩色水磨石地面，進而映襯出建筑內部裝飾的素雅及和諧的美感。戴五平[31]以天然彩砂顆粒、人工陶瓷彩色顆粒等骨料制備了無縫藝術環氧水磨石地坪，通過“?；奔夹g使水磨石擁有鏡子般的光潔度，具有極強的裝飾效果。溫若嵐等[32]根據水磨石在廣東園林中的應用情況，總結了水磨石的使用特征與優勢以及水磨石工藝在工程中的缺點。

水磨石與彩砂地坪兩者都是對地面進行裝飾。水磨石由于施工周期長的原因，在工業地面慢慢被彩砂地坪所取代，并且彩砂地坪的耐磨性要高于水磨石。水磨石則更多地應用在酒店、賓館等裝飾性強的場所。

2.6 藝術砂畫

彩砂可用于卡通畫、傳統臉譜和景泰藍工藝畫等擁有優異文化底蘊的砂畫創作。彩砂也可應用在一些如金絲彩砂畫這樣高檔的家居裝飾奢侈品上，以彩砂點綴畫的顏色，以金屬絲勾勒出想要的輪廓，是一種非常時尚的手工藝術品。奉向陽[33]對金絲彩砂裝飾畫進行了系統的分析與研究，創造性地演繹出彩砂世界異常豐富的色彩變化和偶然得之的天然肌理效果，以金絲鑲邊，彩砂鋪貼，呈現出色彩艷麗的藝術效果，發揚中國傳統文化精神。

3 人工彩砂研發方向

人工彩砂的應用場景決定研發方向，影響人工彩砂性能的主要是彩砂的無機基體與包覆層。人工彩砂的無機基體決定其質地硬度，決定人工彩砂性能的是包覆層。耐磨彩砂、耐酸堿彩砂以及功能彩砂等均通過改變包覆層的組成、結構以及交聯程度來實現。在包覆層中引入其他基團或物質、增大包覆層交聯程度以及改變包覆層與無機基體的附著方式等方法制得不同性能與功能的人工彩砂。

3.1 耐磨彩砂

耐磨彩砂是因為包覆層的作用防止了人工彩砂由于摩擦作用造成的顏料剝落。趙忠忠等[34]測試了3 種彩砂制備工藝在空氣介質中的磨損率。結果表明，無機凝膠法的彩砂耐磨性最佳，這是由于無機膠凝劑的水化作用導致包覆層的結構致密，經過養護作用后表面無機膠凝劑完全固化導致包覆層對基體的附著力強。楊漢標等[35]研究了分散劑對有機固化法制備的彩砂耐磨性的影響，結果表明，在顏料乳液體系中分散劑的原子會與乳液顆粒形成配位鍵，增大表面的電位值，體系的電位的絕對值越大，進而整個體系中的顆粒越小、越均勻，并且分散劑會使得顏料分子吸附相互排斥的相同電荷，最終形成分散性更加優異的包覆層[36]，從而減少彩砂表面包覆層顏料剝落。樊飆等[19]研究了不同膠凝劑制備人造彩砂的耐磨性能，結果表明，復合膠凝劑制備的彩砂磨損率最低，為0.05%，由于有機膠凝劑顆粒均勻分散在無機膠凝劑中，隨著無機膠凝劑水化的進行與毛細孔隙中的水量逐漸減少，顆粒凝聚形成一層附著在凝膠及未水化顆粒上的連續封閉的薄膜，薄膜與薄膜之間的水分逐漸被吸收到水化過程的化學結合水中，進而顆粒與顆粒之間完全融合，形成聚合物網絡結構，導致復合膠凝劑包覆層均勻致密。

提高彩砂耐磨性能的關鍵在于包覆層與基體之間的可以通過分子運動、化學作用的強結合能力以及顏料通過同極電荷相斥、能量遷移、表面張力等作用加強在基體表面的分散能力。這2 個能力是研究提高彩砂耐磨性能的主要方向。耐磨彩砂包覆層均勻程度也是人工彩砂耐磨性能的影響因素，本研究團隊對制備的人工彩砂進行斷面的SEM 觀察（見圖6），確定了所制備的人工彩砂表面均勻，耐磨性能優異。

圖6 人工彩砂斷面的SEM 照片

3.2 耐酸堿、耐水、耐溶劑彩砂

人工彩砂由于顏料或顏料的載體與酸或堿發生化學反應，導致人工彩砂出現表面褪色、色彩不均勻等現象，關于人工彩砂耐酸堿性的報道較少，因此試圖通過對包覆層耐酸堿性能的研究來為人工彩砂的耐酸堿性提供思路與方向。Men等[37]通過原位聚合法在鋁顏料表面制備了一層氟聚物保護膜，結果表明，包覆后的顏料沒有任何影響，氫氧化鈉對原鋁進行了表面腐蝕。對鋁顏料進行的防腐包覆作用到彩砂的表面，從而形成化學包覆，具有優異的耐耐堿性能。左傳瀟等[38]以自制水性聚氨酯作為連續玄武巖纖維浸潤劑的主成膜劑，經過浸潤劑處理后的連續玄武巖纖維表面的薄膜阻礙了堿性溶液中氫氧根離子對連續玄武巖纖維中硅氧結構的破壞，進一步阻止酸性溶液中的氫離子與連續玄武巖纖維內部的堿金屬離子發生離子交換，從而避免對連續玄武巖纖維造成腐蝕。這是由于具有耐酸堿性的氨基甲酸酯在形成薄膜的過程中分子間作用力強且空間排列緊密。

而彩砂的耐水性與耐溶劑性同耐酸堿性機理與人工彩砂包覆層的耐酸堿性相同。利用惰性基團對彩砂包覆層進行化學覆蓋或者通過交聯度大、空間排列緊密的致密包覆層減弱酸堿液、水、溶劑對彩砂的危害。

3.3 耐老化彩砂

耐老化彩砂通過包覆層來增強在自然環境中諸多因素作用下的耐久性，其中太陽光照射產生的輻射是老化的主要原因。呂金燕等[39]總結出顏料對復合材料的耐老化性能的影響，結構穩定的無機顏料可以減少由于自然光引起的聚合物斷裂，但是穩定性不如無機顏料的有機顏料可以參與到聚合物反應中來增強整體的相容性。有機顏料的顏色種類多且應用范圍較廣，但價格昂貴。高溫燒結、陶瓷彩釉等工藝溫度較高的采用無機顏料，穩定性強，根據所采用的工藝對顏料進行選擇。

3.4 功能彩砂

功能彩砂由于功能的獨特性而被廣泛應用，其中包覆層對人工彩砂的功能起決定性作用。超疏水彩砂還未見報道，但是關于石英砂與天然風沙作為超疏水砂原材料用于水資源的存儲與運輸、油水分離等方面的應用已有諸多研究。Chen 等[40]利用Si、Ag、Cu 三種無機材料對沙漠沙表面進行粗糙化處理，然后用疏水化合物對其進行了低表面能改性，最終獲得了可用于水儲存和運輸的超疏水砂。Mosayebi 等[41]通過化學氣相沉積在300 ℃高溫下將聚二甲基硅氧烷沉積在砂表面，制備了超疏水砂，并展示了其在油水混合物分離中的潛力。Wang等[42]用1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTS）涂覆石英砂顆粒，獲得了可用于分離油包水乳液的超疏水砂。Huang等[43]通過砂粒表面進行原位生長硅酮納米絲的網絡結構來合成超疏水砂，用于土壤保濕和油水分離。通過對超疏水砂的利用從而制備出超疏水彩砂，通過新型功能建筑材料超疏水彩砂實現建筑、地面形成永久性免維護的自潔功能。還可以通過對包覆層進行功能化改性，實現抗菌彩砂、吸波彩砂、抗靜電彩砂等單功能或復合功能。

4 結語與展望

為解決天然彩砂資源有限、理化性質不均一等缺點，人工彩砂得到了深入的研究。根據不同的應用場景以及需要的性能，選擇合適的工藝方法制備人工彩砂。制約人工彩砂發展的關鍵，也是人工彩砂未來發展的方向，具體表現在以下幾方面：

（1）針對現有彩砂制備工藝污染大、能耗高、性能差等缺點，通過對偶聯劑接枝改性、化學鍵合等微觀機理與工藝設備進行優化改良，提高人工彩砂性能與節約彩砂制備成本。

（2）研究以可循環利用的固體廢料為無機基體制備低能耗、低污染的人工彩砂，可循環利用的固體廢料、低溫的工藝條件、綠色環保的染料與助劑構成一個低碳綠色環保的人工彩砂制備環境，是響應國家綠色環保政策的重要方向。

（3）為了人工彩砂擁有更高的社會價值與經濟價值，通過對人工彩砂無機基體與包覆層進行功能化的改性研究，如通過彩砂的超疏水性能可以減少彩砂表面的雨痕與污漬，實現永久性免維護的自潔功能，多種功能彩砂的制備使其擁有多方面的發展潛能。