人工彩砂工艺研究进展与研发方向展望

刘志鹏，姚红蕊，，葛晶，王飞，张伟，王娜，，穆生龙，

（1.沈阳化工大学辽宁省特种功能材料合成与制备重点实验室，辽宁沈阳 110142；
2.沈阳市新型功能涂层材料重点实验室，辽宁沈阳 110142；
3.辽宁顺风新材料科技有限公司，辽宁沈阳 110150）

彩砂具有多色彩、强立体感、坚硬质地以及可增加材料美观性和功能性的特点，被广泛应用于建筑材料、装饰涂料、房屋饰材等领域。彩砂根据获取的方式不同，可分为天然彩砂和人工彩砂。天然彩砂由开采出的彩色天然矿石经过多道工序加工而成，拥有颜色的独特性，并且特定颜色的彩砂只在特定的地域产出[1]。该类材料存在硬度小、颜色暗淡、韧性差且理化性能不均一等缺点，其应用发展已然达到了瓶颈，并且日益减少的天然彩砂资源已经不能满足消费者对彩砂的需求。

通过不同工艺制备的人工彩砂可以解决天然彩砂颜色单一、产量不足以及性质不稳定等问题，从而应用在彩砂地坪、沥青瓦、真石漆涂料及墙面装饰等领域。本文综述了人工彩砂的制备工艺与应用，并对功能彩砂研发方向提出总结与讨论。

1984 年，日本申请了人工彩砂的发明专利[1]，其通过低温烧制石英砂、碱金属硅酸盐和缩聚磷酸铝制备出人工彩砂。我国在日本申请专利前就拥有制备人工彩砂的工艺——搪瓷法，利用搪瓷[2]的金属与陶瓷复合特性在无机材料表面形成复杂的硅酸盐玻璃体。到了20 世纪70 年代，我国开始对人工彩砂的生产工艺与方法进一步的研发与探究，发展出多种制备工艺[3]。

1.1 直接染色法

直接染色法是指在常温下将粒径为18～60 目的干燥石英砂与颜料经过混合、搅拌、干燥等工序得到人工彩砂的工艺方法。由于固相石英砂表面与液相颜料两相浸润优良，因此颜料可以扩展到石英砂表面的凹坑中产生机械锚合作用，从而使界面结合强度达到包覆的要求。

郑玉宝和袁大伟[4]按照如图1 所示的工艺流程采用有机颜料与无机颜料混合的颜料制备出色彩鲜艳的彩砂。所制备的彩砂主要技术性能：含水率≤3%；
耐水性1000 h 无色差变化；
2%盐酸浸泡100 h 无色差变化；
2%氢氧化钠浸泡100 h无色差变化；
500 W 紫外线96 h 无色差变化。

图1 直接染色法工艺流程

通过乳液或颜料直接混合制备的人工彩砂其结合强度主要依靠粘合剂的粘合作用，但是由于物理包覆强度低导致彩砂易出现耐磨性差、易褪色的问题。因此将研究方向着眼于化学作用来提高包覆层与砂体之间的附着力，进而增强人工彩砂的耐磨性能。

1.2 有机固化法

有机固化法是在粒径为40~80 目的石英砂表面用树脂中活泼特征基团发生化学固化交联，形成具有网状结构的聚合物包覆层制备人工彩砂的工艺方法。树脂固化机理为树脂、固化剂、助剂混合在一个体系中，随着溶剂的不断挥发，树脂与固化剂逐渐接近，树脂中的活泼基团与固化剂结合在一起形成网状结构。

针对人工彩砂包覆层的化学作用，白艳军[5]通过树脂、固化剂与附着力促进剂的不同配比，找出了合适的交联密度，制备出颜色均匀、耐老化性能达到800 h 的彩砂涂层。郑新凯和蔡国强[6]利用引入氟单体改性树脂作为包覆层，引入的分子结构通过增强聚合物树脂主链的柔性来增大树脂聚合物的韧性，进而制备出耐盐雾性≥1000 h 无变化、耐水性与耐碱性240 h 无变化的人工彩砂。刘春峰等[7]利用聚氨酯树脂与有机硅对天然风沙进行二次包覆，通过聚氨酯树脂的高交联密度与有机硅中硅氧键的表面张力双重作用制备出含水率≤0.3%、耐老化性能600 h 无变化的人工风沙彩砂，为治理天然风沙提供了一种新的途径。

通过树脂在砂体表面形成的致密交联网状结构包覆的彩砂耐候性较直接染色法大大提高。但是制备的人工彩砂通常表面有大块状易剥落的颜料团聚体，使得彩砂表面出现颜色不均匀、色差较大等问题。杨汉标[8]利用添加分散剂的方式增大颜料粒子表面电位，表面电位的最大绝对值从18 mV 增大到49 mV，电位越大颜料分散越均匀。以颜料表面形成的带电粒子的稳定扩散层辅以相同电荷的离子排斥作用来保证颜料在液体介质中的分散作用，使颜料可以均匀地分散在无机材料表面且不易剥落。企业在实际批量生产人工彩砂过程中还是不可避免地出现质感差、易团聚的问题。研究人员想通过更加微观的分子运动解决有机固化质感差、易团聚的生产痛点。

1.3 高温烧结法

高温烧结法是指通过1000 ℃左右的高温加热条件下，使得分子获得迁移的能量，进而无机颜料分子能够有序固化在粒径为40~200 目的无机基体表面，形成一个包覆强度高且结构致密的人工烧结彩砂的工艺方法。

陈孟[9]采用均匀混合的硅酸盐矿粒与无机色浆在1000 ℃回转滚筒炉中制备了烧结彩砂，解决了彩砂工艺不能连续生产的问题。卢亭枫[10]在800 ℃高温煅烧后的冷却工艺过程中喷洒表面活性剂，使得活跃的颜料分子经过表面活性剂的作用后分散能力变强，从而表面包覆层更加光滑均匀，制备出的陶瓷废料基烧结人工彩砂具有优异的性能。彩砂在浓度3%盐酸（耐酸性）与浓度3%烧碱（耐碱性）中不变色，彩砂耐溶剂性优异。刘维平[11]采用铜尾矿替代石英砂作为无机基体制备烧结彩砂，研究了颜料与助剂的用量、烧结温度、气氛和时间对人工烧结彩砂的颜色与性能的影响。通过工艺优化制备的彩砂在5%盐酸以及5%氢氧化钠中浸泡均不褪色，机械搅拌2 h 不褪色，400 ℃保温1 h 不褪色。

采用烧结法制备的彩砂具有颜色鲜艳、质感逼真、耐候性强的特点。但是高温工艺生产条件会消耗大量的能源，导致烧结砂的价格昂贵，不能大规模生产。面对烧结人工彩砂资源消耗大的问题，科研人员以古代陶瓷烧制工艺为创新萌芽，利用陶瓷彩釉弥补降低工艺温度制备烧结彩砂的性能，降低高温烧结工艺的能源消耗与产品成本。

1.4 陶瓷彩釉法

陶瓷彩釉法分彩釉制备和彩砂着色2 个部分，是在粒径为14~50 目之间的釉胚石英砂表面形成一层彩色的釉料包覆层来制备人工彩砂的方法。彩釉的呈色机理为离子呈色、分子呈色以及胶体着色3 种[12]。离子呈色是一种彩釉颜料离子替代某个处在硅酸盐晶格结点上的离子而产生固溶；
分子呈色为彩釉与二氧化硅分子产生高温固相反应，生成了呈色的硅酸盐分子；
胶体着色即彩釉经过热处理后，成为对光进行反射的胶体状态来呈现出硅酸盐颜色。彩釉的制备工艺流程如图2 所示[12]。添加剂在制备彩釉中起到分散颜料的作用，可以增加釉胚表面反应活性位点，增加釉胚表面对颜料的吸附能力以及在釉胚表面的均匀分布提高耐磨性。

图2 彩釉的制备工艺流程

李保国和张艳芳[13]将表面涂覆自制粘合剂的石英砂、颜料及其他试剂均匀混合在一起，在最低烧制温度600 ℃左右下烧制。由于使用的无机颜料分子在高温下与石英砂表面进行分子运动，形成固相反应，从而制备出颜色鲜艳、耐久性强的彩砂。马金龙[14]利用工业废料作为矿化助剂与石英砂在800℃左右烧结制备彩釉砂，降低了彩砂的制备成本并且对废弃物进行了循环利用，制得的彩砂浸泡在3%盐酸与5%硫酸中无变化；
在5%氢氧化钠与5%碳酸钠中无变化；
在300 ℃中保温1 h 后放入冷水中无变化；
在-25 ℃下冷冻2 h，进行15次后无变化。

此工艺制备的人工彩砂性能优异、颜色鲜艳、耐候性好。但是制备彩砂的工艺精度要求大、色料价格昂贵、设备维护保养困难以及工艺成本高，这些都是导致彩釉砂价格昂贵、不适合进行大规模生产的原因。其中工艺难点主要是温度高对环境资源的消耗以及设备运行时高温对设备造成的损耗。高温烧结法与陶瓷彩釉法的共同点为基体不能使用主要成分为碳酸钙的无机材料，当温度高于800 ℃时碳酸钙会分解成氧化钙与二氧化碳，破坏了基体的晶型结构进而降低人工彩砂硬度[15]。

1.5 无机凝胶法

上述直接染色法、有机固化法、高温烧结法、陶瓷彩釉法4种工艺制备彩砂所使用的无机基体均为主要成分为二氧化硅和碳酸钙的矿石颗粒。针对主要成分为氧化铝与二氧化硅的钢渣，研究人员开发出了另一种彩砂制备工艺——无机凝胶法。无机凝胶法以粒径10~20 目的无机基体、胶凝剂和无机颜料为主要原料，经过对混合物进行加水、调浆、常温包裹、热养护等加工工序制备而成的工艺方法，其主要工艺流程如图3 所示[16]。其原理是将主要成分为氧化钙的粉煤灰在碱性条件下水化后，形成胶凝化合物作为人工彩砂的包覆层。其中玻璃体SiO2与Al2O3为包覆层提供活性，通过水泥水化生成的Ca（OH）2提供的碱性环境生成无机凝胶，增强包覆层的致密程度。

图3 无机凝胶法制备工艺流程

赵忠忠等[17-18]通过对有机染色法、高温陶化法和无机凝胶法3 种不同工艺制备的彩砂进行形貌观察以及性能测试，无机胶凝法制备的人工彩砂整体呈球形和椭球形，且包覆层与砂体间粘结致密。同时也对无机凝胶法的养护制度与彩砂的耐磨影响关系进行了分析。发现随着养护时间的延长与温度的升高，彩砂的耐磨性能会逐渐增强，最后趋于稳定，磨损率低至0.96%。随着无机胶凝材料的水化程度越深，彩砂内部的凝胶结构就越致密，耐磨性能越优异。樊飙等[19]在无机凝胶法的基础上分析不同胶凝剂制备的彩砂对其耐磨性的影响。由于无机胶凝剂与有机胶凝剂之间发生协同作用，因此复合胶凝剂制备的彩砂更光滑，耐磨性更优异。

无机凝胶法制备的人工彩砂温度低，整体呈现规则形状，但表面光滑程度欠佳，并且制备的彩砂需要进行养护使彩砂的性能稳定。使用复合胶凝剂制备的彩砂性能优于无机胶凝剂彩砂，但是需对复合胶凝剂之间的协同作用机理进行深层次的探究，找到制备复合胶凝彩砂的最佳配比。

如图4 所示为3 种制备工艺的彩砂表面形貌以及本研究团队所用低温染色方法制备的彩砂形貌[16]。低温染色方法首先利用环氧化硅氧烷（γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）在80 ℃对彩砂基体进行接枝改性，进一步利用双组分羟基丙烯酸聚氨酯中的羧酸基团与环氧基团进行开环反应，形成酯基醇，最后通过多异氰酸基团和双组分聚氨酯中的羟基基团进行交联固化形成聚氨酯包覆层，进而制成人工彩砂。

图4 不同制备方法制得彩砂的表面形貌

图4（a）、（b）彩砂表面形貌有明显的尖锐和凹坑，颗粒呈现不规则的形态，这是由于有机染色法与高温烧结法制备的彩砂中的包覆层没有对无机砂体形成完全包覆。图4（c）、（d）彩砂表面形貌光滑，颗粒整体呈现椭圆状的形态，但是图4（d）彩砂的表面均匀程度要优于图4（c），这是由于无机凝胶法形成的包覆层结构致密，但形成包覆层的无机胶凝剂在水化过程中不规则运动导致表面凹凸，而本团队通过低温染色技术制备的彩砂不仅形成了完全包覆，而且彩砂的包覆层结构致密且光滑均匀。

人工彩砂具有硬度大、颜色鲜艳、韧性强且理化性能均一等优点，被广泛应用于环氧彩砂地坪、沥青瓦、道路标线带、真石漆、水磨石地面以及艺术砂画等领域。人工彩砂的制备原料广泛，并且可以有效减少开采天然矿石造成的环境污染，人工彩砂取代天然彩砂是各应用领域的发展趋势。

2.1 环氧彩砂地坪

环氧彩砂地坪是由改性环氧树脂、彩色矿石颗粒以及助剂制备而成，地坪的施工厚度一般为3~5 mm。环氧彩砂地坪因为自身美观大方、硬度高等优势被称为“彩砂无缝硬地毯”。颜色暗淡且单一以及硬度小的劣势使得天然彩砂作为环氧彩砂地坪的主要原材料不能将彩砂地坪的特点充分发挥出来。具备颜色的可组合性以及批次稳定特性的人工彩砂使得彩砂地坪不但具有良好的装饰效果，而且具有诸多优异性能。符合环保要求的彩砂地坪将会使住宅及其家居装饰业的潜在需求变为现实需求。

环氧地坪应选用颗粒形状为球形并具有合适级配的彩砂，这样有利于彩砂颗粒实现最紧密堆”，保证产品质量的同时减少树脂的使用，大大降低材料与人工成本。许育标和陈晓城[20]提出了环氧地坪彩砂的制备工艺以及大面积施工工艺的要点。钟鑫等[21]介绍了水性环氧地坪涂料中各组分对地坪的影响及其施工工艺，并且提出以水性涂料代替传统的溶剂型涂料，为环保环氧彩砂地坪的进一步发展提供了思路。周盾白等[22]认为，聚氨酯彩砂地坪具有比环氧彩砂地坪更为广泛的应用范围。刘身凯等[23]提出无溶剂环氧浮动彩砂自流平是传统环氧彩砂地坪的升级产品，是绿色发展彩砂地坪的必经之路。

2.2 彩色沥青瓦

作为坡屋面主要构成部分的彩色沥青瓦在加拿大等国家得到了广泛的应用。在国内，由于多彩的组合、卓越的实用性能、阻挡辐射、耐候性强等优点使它受到越来越多的建筑设计师和消费者的欢迎。朱晓华和胡蕾[24]对沥青瓦所用的专用彩砂提出了要求，即沥青瓦专用彩砂不可以使用透光透明的石英砂和易与水反应的矿石作为原材料。

彩色沥青瓦符合了市场对建筑材料的性能与美观需求和政府提出节能减排、低碳环保的政策导向，在性能、安全、施工、节能、美观等方面都优于目前的黏土瓦、水泥瓦等产品。

2.3 道路及标志材料

道路标线带被人们称为道路交通安全的“生命线”。道路标线带主要结构如图5 所示，由成膜物质、填料、颜料、助剂和反光材料等成分构成，无机填料的加入对于材料整体的性能起到了关键性作用，无机填料一般采用如石英粉、滑石粉和硅石粉等[25]。本研究团队以废弃玻璃珠为原材料制备的人工彩砂与丙烯酸树脂按2.3∶1 质量比制备的道路标线带性能较优，可保证标线带不会由于外部因素的影响产生褪色、变形等现象。

图5 道路标线带的主要结构

2.4 真石漆建筑涂料

内外墙涂料的快速发展推动了新产品、新技术的开发，衍生了一种新的材料“液态石”——真石漆。彩砂是真石漆的主要成分，目前大多数企业使用的是天然彩砂，但是天然彩砂存在批次颜色不稳定性与硬度小的问题，会导致制备的真石漆性能变差。

因此，优异的人工彩砂是市场发展的迫切需要，也是促进企业的自身发展的捷径。李百奎等[26]分析了当前主流真石漆技术体系存在的不足，列举了真石漆技术体系的不同功能以及可进步的发展方向，同时对应发展方向提出可实现的技术路线、技术方案和实效应用意义。蒋勤逸[27]提出真石漆需要向环保化、功能化、高性能化方向发展，扩大真石漆的应用市场，推动涂料行业发展。段德丹等[28]对使用复合胶凝法制备真石漆的人工固废彩砂颗粒的粒径、用量以及乳液的用量对真石漆的影响进行了研究，降低了制备真石漆的成本。魏勇和李瑞玲[29]针对真石漆中仿花岗岩真石漆提出了制备工艺并进行了展望。吴勇等[30]对仿花岗岩真石漆的未来前景进一步展望与规划。

真石漆的价格与性能大部分取决于主要填料人工彩砂，降低制备人工彩砂的制备成本、提高人工彩砂的性能是未来制备更为优异的真石漆主要途径。真石漆的未来发展方向是朝着多功能化涂料的方向发展，给外墙建筑、内墙建筑美观的同时附加更多的功能。

2.5 水磨石地面

通过彩砂颜色不同可以排列组合形成图形各异的彩色水磨石地面，进而映衬出建筑内部装饰的素雅及和谐的美感。戴五平[31]以天然彩砂颗粒、人工陶瓷彩色颗粒等骨料制备了无缝艺术环氧水磨石地坪，通过“玻化”技术使水磨石拥有镜子般的光洁度，具有极强的装饰效果。温若岚等[32]根据水磨石在广东园林中的应用情况，总结了水磨石的使用特征与优势以及水磨石工艺在工程中的缺点。

水磨石与彩砂地坪两者都是对地面进行装饰。水磨石由于施工周期长的原因，在工业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。水磨石则更多地应用在酒店、宾馆等装饰性强的场所。

2.6 艺术砂画

彩砂可用于卡通画、传统脸谱和景泰蓝工艺画等拥有优异文化底蕴的砂画创作。彩砂也可应用在一些如金丝彩砂画这样高档的家居装饰奢侈品上，以彩砂点缀画的颜色，以金属丝勾勒出想要的轮廓，是一种非常时尚的手工艺术品。奉向阳[33]对金丝彩砂装饰画进行了系统的分析与研究，创造性地演绎出彩砂世界异常丰富的色彩变化和偶然得之的天然肌理效果，以金丝镶边，彩砂铺贴，呈现出色彩艳丽的艺术效果，发扬中国传统文化精神。

人工彩砂的应用场景决定研发方向，影响人工彩砂性能的主要是彩砂的无机基体与包覆层。人工彩砂的无机基体决定其质地硬度，决定人工彩砂性能的是包覆层。耐磨彩砂、耐酸碱彩砂以及功能彩砂等均通过改变包覆层的组成、结构以及交联程度来实现。在包覆层中引入其他基团或物质、增大包覆层交联程度以及改变包覆层与无机基体的附着方式等方法制得不同性能与功能的人工彩砂。

3.1 耐磨彩砂

耐磨彩砂是因为包覆层的作用防止了人工彩砂由于摩擦作用造成的颜料剥落。赵忠忠等[34]测试了3 种彩砂制备工艺在空气介质中的磨损率。结果表明，无机凝胶法的彩砂耐磨性最佳，这是由于无机胶凝剂的水化作用导致包覆层的结构致密，经过养护作用后表面无机胶凝剂完全固化导致包覆层对基体的附着力强。杨汉标等[35]研究了分散剂对有机固化法制备的彩砂耐磨性的影响，结果表明，在颜料乳液体系中分散剂的原子会与乳液颗粒形成配位键，增大表面的电位值，体系的电位的绝对值越大，进而整个体系中的颗粒越小、越均匀，并且分散剂会使得颜料分子吸附相互排斥的相同电荷，最终形成分散性更加优异的包覆层[36]，从而减少彩砂表面包覆层颜料剥落。樊飙等[19]研究了不同胶凝剂制备人造彩砂的耐磨性能，结果表明，复合胶凝剂制备的彩砂磨损率最低，为0.05%，由于有机胶凝剂颗粒均匀分散在无机胶凝剂中，随着无机胶凝剂水化的进行与毛细孔隙中的水量逐渐减少，颗粒凝聚形成一层附着在凝胶及未水化颗粒上的连续封闭的薄膜，薄膜与薄膜之间的水分逐渐被吸收到水化过程的化学结合水中，进而颗粒与颗粒之间完全融合，形成聚合物网络结构，导致复合胶凝剂包覆层均匀致密。

提高彩砂耐磨性能的关键在于包覆层与基体之间的可以通过分子运动、化学作用的强结合能力以及颜料通过同极电荷相斥、能量迁移、表面张力等作用加强在基体表面的分散能力。这2 个能力是研究提高彩砂耐磨性能的主要方向。耐磨彩砂包覆层均匀程度也是人工彩砂耐磨性能的影响因素，本研究团队对制备的人工彩砂进行断面的SEM 观察（见图6），确定了所制备的人工彩砂表面均匀，耐磨性能优异。

图6 人工彩砂断面的SEM 照片

3.2 耐酸碱、耐水、耐溶剂彩砂

人工彩砂由于颜料或颜料的载体与酸或碱发生化学反应，导致人工彩砂出现表面褪色、色彩不均匀等现象，关于人工彩砂耐酸碱性的报道较少，因此试图通过对包覆层耐酸碱性能的研究来为人工彩砂的耐酸碱性提供思路与方向。Men等[37]通过原位聚合法在铝颜料表面制备了一层氟聚物保护膜，结果表明，包覆后的颜料没有任何影响，氢氧化钠对原铝进行了表面腐蚀。对铝颜料进行的防腐包覆作用到彩砂的表面，从而形成化学包覆，具有优异的耐耐碱性能。左传潇等[38]以自制水性聚氨酯作为连续玄武岩纤维浸润剂的主成膜剂，经过浸润剂处理后的连续玄武岩纤维表面的薄膜阻碍了碱性溶液中氢氧根离子对连续玄武岩纤维中硅氧结构的破坏，进一步阻止酸性溶液中的氢离子与连续玄武岩纤维内部的碱金属离子发生离子交换，从而避免对连续玄武岩纤维造成腐蚀。这是由于具有耐酸碱性的氨基甲酸酯在形成薄膜的过程中分子间作用力强且空间排列紧密。

而彩砂的耐水性与耐溶剂性同耐酸碱性机理与人工彩砂包覆层的耐酸碱性相同。利用惰性基团对彩砂包覆层进行化学覆盖或者通过交联度大、空间排列紧密的致密包覆层减弱酸碱液、水、溶剂对彩砂的危害。

3.3 耐老化彩砂

耐老化彩砂通过包覆层来增强在自然环境中诸多因素作用下的耐久性，其中太阳光照射产生的辐射是老化的主要原因。吕金燕等[39]总结出颜料对复合材料的耐老化性能的影响，结构稳定的无机颜料可以减少由于自然光引起的聚合物断裂，但是稳定性不如无机颜料的有机颜料可以参与到聚合物反应中来增强整体的相容性。有机颜料的颜色种类多且应用范围较广，但价格昂贵。高温烧结、陶瓷彩釉等工艺温度较高的采用无机颜料，稳定性强，根据所采用的工艺对颜料进行选择。

3.4 功能彩砂

功能彩砂由于功能的独特性而被广泛应用，其中包覆层对人工彩砂的功能起决定性作用。超疏水彩砂还未见报道，但是关于石英砂与天然风沙作为超疏水砂原材料用于水资源的存储与运输、油水分离等方面的应用已有诸多研究。Chen 等[40]利用Si、Ag、Cu 三种无机材料对沙漠沙表面进行粗糙化处理，然后用疏水化合物对其进行了低表面能改性，最终获得了可用于水储存和运输的超疏水砂。Mosayebi 等[41]通过化学气相沉积在300 ℃高温下将聚二甲基硅氧烷沉积在砂表面，制备了超疏水砂，并展示了其在油水混合物分离中的潜力。Wang等[42]用1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTS）涂覆石英砂颗粒，获得了可用于分离油包水乳液的超疏水砂。Huang等[43]通过砂粒表面进行原位生长硅酮纳米丝的网络结构来合成超疏水砂，用于土壤保湿和油水分离。通过对超疏水砂的利用从而制备出超疏水彩砂，通过新型功能建筑材料超疏水彩砂实现建筑、地面形成永久性免维护的自洁功能。还可以通过对包覆层进行功能化改性，实现抗菌彩砂、吸波彩砂、抗静电彩砂等单功能或复合功能。

为解决天然彩砂资源有限、理化性质不均一等缺点，人工彩砂得到了深入的研究。根据不同的应用场景以及需要的性能，选择合适的工艺方法制备人工彩砂。制约人工彩砂发展的关键，也是人工彩砂未来发展的方向，具体表现在以下几方面：

（1）针对现有彩砂制备工艺污染大、能耗高、性能差等缺点，通过对偶联剂接枝改性、化学键合等微观机理与工艺设备进行优化改良，提高人工彩砂性能与节约彩砂制备成本。

（2）研究以可循环利用的固体废料为无机基体制备低能耗、低污染的人工彩砂，可循环利用的固体废料、低温的工艺条件、绿色环保的染料与助剂构成一个低碳绿色环保的人工彩砂制备环境，是响应国家绿色环保政策的重要方向。

（3）为了人工彩砂拥有更高的社会价值与经济价值，通过对人工彩砂无机基体与包覆层进行功能化的改性研究，如通过彩砂的超疏水性能可以减少彩砂表面的雨痕与污渍，实现永久性免维护的自洁功能，多种功能彩砂的制备使其拥有多方面的发展潜能。

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