新型液体纳米分散染料开发研究.docx
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新型液体纳米分散染料开发研究
可行性报告
新型液体纳米分散染料开发研究
一、项目的背景和意义
１、国内外项目研究背景
1））行业现状和水平
目前世界聚酯纤维的年产量已超过2000万吨，我国的聚酯纤维也达到了770万吨，因此，市场上分散染料的需要量增长很快。
2002年我国分散染料的产量达到了约38万吨，不仅占到我国染料总产量的53%，而且超过世界分散染料年产量的2/3，成为世界上最大的分散染料生产国。
分散染料的年出口量超过我国染料年出口总量的46%，成为我国出口量最大的染料类别。
近年我国分散染料新品种的开发虽不及前几年那么快，但一些有技术难度的品种如分散翠蓝S-GL、分散翠蓝S-BL、分散蓝S-BGL和分散艳红E-RLN等都已开发成功，产品质量也接近国外同类产品水平，特别是环保型分散黑EX-SF300%和环保型分散蓝EX-SF300%都已投入市场并大量出口。
但我国分散染料行业也存在着盲目发展，部分产品严重供过于求；产品结构仍以偶氮型（占约65%）老品种为主；商品化质量差：
粒径大、粒径的分布范围宽、粒子形状不规则、有球形、菱形、针形和圆柱形等；晶型不清楚；分散稳定性差；能源及原材料消耗高；污染源多，三废治理水平低；市场竞争激烈，规模生产效应已明显下降等忧患。
为适应新形势下的要求和应对“绿色产品”和“绿色工艺”的市场竞争，必须坚持科学的经济发展观，在染料产品结构调整的同时注重与根除或减轻三废的“绿色工艺----环境友好工艺”开发的结合。
努力通过技术创新，加大新型分散染料的研发力度，包括耐热迁移分散染料、对尼龙和氨纶等低沾污的分散染料、适用汽车内装饰织物染色的超耐光分散染料、高发色值分散染料、取代禁用分散染料的新型环保型分散染料、高坚牢度稠杂环环保型分散染料以及喷射打印和热转移成像用分散型功能染料。
加快产品结构调整和产业升级。
2）纳米分散染料研究现状和水平
染料染色有非常久远的历史，染料印染使纺织品五颜六色，光彩照人，但是染料印染仍存在着严重的缺点：
染色后的织物有大量浮色，必须水洗，产生大量废水；印染工艺长，设备多，设备投资大；能源消耗高，成本高，利润低；色牢度低，大部分产品达不到生态纺织品的要求。
纳米技术是单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度内研究物质的特征和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的高新技术。
纳米技术被认为与物质和系统的结构和元素有关，因为这种结构和元素在纳米范围内，所以他们表现出新颖和有大幅提高的物理、化学和生物特性、现象和处理过程。
纳米技术的目标是通过在原子、分子、超分子水平上控制结构来发现这些特性，以及学会有效地生产和运用这些工具。
保持接触面的稳定和在微米、肉眼观察范围内合成这些纳米结构是另外一个目标。
纳米材料又称为超微颗粒材料是纳米技术的基础，是指固体颗粒小到纳米（1纳米=10-9米）尺度的超微粒子（也称之为纳米粉）和晶粒尺寸小到纳米量级的固体和薄膜。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。
从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
“纳米染料”是指利用纳米技术制造的产品粒子的三维尺寸均100nm左右的染料产品。
而普通染料粒径小于175μm。
其生态含义是指染料本身、印染过程及印染产品均符合生态要求。
由于“纳米染料”的特殊纳米结构并含粘合剂成分，因而具有色牢度优良、生态性能、工艺性能良好、对各种纤维无选择性等优良性能，可以解决染料印染所存在的上述问题，从而开创印染工艺新时代。
2003年日本的小松工艺公司采用纳米加工技术和分散剂的混配技术开发超细纳米级分散染料，平均粒径小于100nm。
该公司超细纳米分散染料的开发工作得到日本经济产业省和石川地方当局的支持。
国内吉林科洋纳米技术有限公司等已开展了应用纳米乳液聚合技术合成“纳米生态染料”的研究。
2003年上海纳诺微新材料科技有限公司开发了超细颜料墨“NNW水性颜料墨”。
纳米级水性颜料墨的开发突破了高品质、低成本、规模化制造的国际性难题，为国际着色剂领域真正实现低成本、商业化、高性能和环保型产品的规模化生产奠定了基础。
但目前国内外的研究仍处于技术基础研究阶段，研究的重点在基于物理作用的纳米加工技术和染料的商业化加工技术两方面。
尚未见纳米染料工业化生产的文献报道。
2、项目研究在市场需求、经济、社会、生态效益等方面意义
纺织是我国在国际上占优势的产业，也是我国加入WTO以后受惠最大的行业之一，并因此获得巨大的历史发展机遇。
随着科学技术的进一步发展，纺织材料除了用于服装和装饰外，已开始大量用于产业。
近年来我国规模以上纺织工业年销售收入超过1万亿元，出口创汇650多亿美元，实现利润总额350多亿元。
纺织工业是浙江省的第一大支柱产业。
但我国纺织工业存在着产品档次较低、结构不合理、附加值不高的现状，在研究开发清洁加工、安全无害的绿色技术方面从整体来说与欧美发达国家尚有差距。
因此应追踪有关纺织材料先进技术和新纤维材料制备的国际研究前沿，围绕着“绿色纺织”、“清洁生产”——重点研发对纺织行业和区域科技进步、经济发展有重大影响的关键共性技术，也是我省“十一五“纺织业科技自主创新实现跨越式发展的重点之一。
我国分散染料的生产主要集中在浙江省。
浙江省染料行业现有染料及染料中间体、助剂生产企业100余家，2002年工业总产值达53.6亿元，产量达30于万吨。
有大中型企业9家，其中企业集团5家。
目前生产的染料品种有分散染料、酸性染料、活性染料、阳离子染料等百余种，总产量约25万吨，占全国染料总量的60%，名列全国之首，已成为我国染料工业的主要生产基地。
其中分散染料产量最大，占染料总量的80%，占全国分散染料总量的70%以上，分散染料出口占我省染料出口总量的75%以上。
1）市场前景及社会效益
“纳米染料”的研究是利用纳米技术改造传统印染工业的基础，也是近年来国内外染料化学工业界研究的新热点之一。
染料印染使纺织品五颜六色，光彩照人，但是染料印染仍存在着废水量大；印染工艺长，设备投资大；能源消耗高，成本高，利润低；色牢度低等问题，大部分产品达不到生态纺织品的要求。
“纳米染料”的每个粒子均有粘合力，每个都有颜色，无需成膜提升色牢度，每个粒子自行粘合在纤维上，即非成膜粘合机理（点粘合机理）。
因此在印染是可降低浴比，避免产生大量污水。
“纳米染料”可解决染料印染所存在的上述问题，从而开创印染工艺新时代。
纳米分散染料的开发将会为突破高品质、低成本、规模化制造超细染料的国际性难题，为分散染料领域真正实现低成本、商业化、高性能和环保型产品的规模化生产奠定基础。
纳米染料产品市场应用前景广阔、纳米染料开发的经济和社会效益良好。
近年来由于世界市场上供应不足以及对液体分散染料需求量的急剧增加，至使分散黑在市场上十分紧俏。
据上海外贸公司报导中国出口分散黑已达4000-5000吨之多。
纳米分散黑的开发将实现老产品的更新换代，满足市场需求。
2）技术经济效益预评价
商品化液体分散黑100%销售成本≤2.8万元/吨,
预计纳米分散黑100%产品售价≥3.5万元/吨。
以销售2000吨计，项目完成后销售收入7000万元，实现税利
1400万元。
二、项目主要研究内容、技术关键及科研创新性
1、项目研究的主要内容
◆利用补色原理和复配增深技术，重点开发有自主知识产权的适用于高效短流程染色技术---数码喷射印花技术配套的新型高固着率、高深色度分散黑染料系列的复配增深关键技术。
◆纳米级分散黑纳米化技术的研究开发。
研究采用再沉淀－高压均质复合技术，确定纳米级分散黑的纳米化生产工艺,制备出粒径为100-200nm之间的商品化分散黑。
2、技术关键
◆分散黑的复配增深技术：
研究高深色度分散黑染料的藏青、橙色和红色的三色复配增深技术共性问题。
总结分散黑染料复配增深的配方筛选规律。
◆纳米级分散黑的商品化技术:
针对助剂的结构特征和表面基团特性，研究开发出选择性好的专用分散剂等助剂的合成工艺，采用复配技术开发可制备商品化纳米级分散黑产品并使之能稳定存储的助剂组合和商品化加工专有技术，使纳米分散黑产品符合生态纺织品标准Oeko－Tex－Standard100的要求。
3、项目创新性
◆技术创新：
纳米分散染料的结构具有纳米微粒化的结构创新特征，研究开发“纳米分散染料”新合成工艺可形成独特的自主知识产权技术，为我省的纳米分散染料及相关精细化学品的生产开发和染料企业参与世界竞争提供坚实的基础。
◆环境友好：
“纳米分散染料”结构创新带来一系列优良的性能，色牢度高而对纤维无选择性，染色与其它整理一浴进行，无污水排放等，减少了对环境的污染，简化了工艺流程。
4、纳米染料加工技术及可行性
高压均质机（又名均化器）是一种制备超细液-液乳化液和液-固分散物的通用设备，它的工作原理：
物料在高压下进人可以调整间隙的阀件时，能得到极高的流速（300～50米/秒），从而在均质阀里形成一个巨大的压力下跌，在空穴效应、强烈冲击巨大剪切力的多种作用下把原先比较粗糙的乳浊液或悬浮液，加工成极细微、均匀、稳定的液-液乳化物和液-固分散物。
染料在60MPa压力作用下，部分分散染料开始起作用，压力达90MPa时对所用染料起作用，经超高压匀质后的染料分散性能极好。
在一般情况下，压力越高被粉碎的颗粒越细微、越均匀。
再沉淀就是将目标物溶解或分散在复合分散助剂溶液中，然后注入到另一种溶解性较差的溶剂中，由于环境的突变使有机分子产生沉淀生成有机纳米颗粒。
项目所在团队已实验研究了再沉淀-均质法制备纳米级分散染料的新工艺。
将目标物滤饼溶解或分散在复合分散助剂溶液中，然后注入到另一种溶解性较差的溶剂（水）中，由于环境的突变使有机分子产生沉淀生成分散染料微粒，再经高压均质纳米化得到纳米级分散染料产品。
与微乳液和激光辐射等工艺相比再沉淀-均质法纳米化工艺具有产品纳米化质量稳定、工艺流程短、操作简单、设备要求低和易工业化等优点。
再沉淀-均质法制备纳米级分散染料的新工艺为自主创新技术，项目完成后可申报发明专利。
三.项目预期目标
1、主要技术指标
●染料粒径D90：
100~200nm；
●液状分散黑强度：
100%，
●染料用量比常规量减少5~8%；
●染色工艺温度不超过120℃；
●染色浴比下降10~15%。
2、产品质量指标
●扩散性：
≥5级；
●分散性：
≥A/4级；
●高温分散稳定性：
≥A/4级；
●上染率（130℃，60min）：
≥90.0%；
●在纯涤纶织物上的染色色牢度（见下表）。
在纯涤纶织物上的染色色牢度
染色深度
耐光（氙弧）
耐洗60℃
耐汗渍
耐干热
耐摩擦
耐热压180℃
酸
碱
变色
涤沾
棉沾
变色
涤沾
棉沾
变色
涤沾
棉沾
变色
涤沾
棉沾
干
湿
变色（4h）
1/1
7
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
3
4
4-5
4-5
5
注：
2%（o.w.f）相当于1/1染色标准深度
3、项目成果与经济指标
●项目完成后，形成“纳米分散染料”新合成工艺可形成独特的自主知识产权技术；
●纳米级分散黑与普通分散黑成本相比不超过15%。
●申报中国发明专利1项，研究性论文1－2两篇。
四、实施方案
1、技术方案
本项目拟结合现有常用合成技术，设计研究开发纳米级分散黑的关键生产工艺技术。
根据染料拼黑用黄、红、蓝三原色理想的波长依次为：
460-480nm，520-540nm，600-620nm的原理。
研究高深色度活性黑染料的藏青、橙色和红色的三色复配增深技术共性问题。
针对助剂的结构特征和表面基团特性，研究开发出选择性好的专用分散剂等助剂的合成工艺，采用复配技术开发可制备商品化纳米级分散黑产品并使之能稳定存储的助剂组合专有技术；文献检索和初步实验结果表明该研究路线是先进可行的。
纳米染料加工技术拟采用再沉淀-均质法技术。
将目标物滤饼溶解或分散在复合分散助剂溶液中，然后注入到另一种溶解性较差的溶剂（水）中，由于环境的突变使有机分子产生沉淀生成分散染料微粒，再经高压均质纳米化得到纳米级分散染料产品。
项目组已有购有高压均质机并初步实验研究了制备纳米级分散染料的再沉淀-均质新工艺。
与微乳液和激光辐射等工艺相比再沉淀-均质法纳米化工艺具有产品纳米化质量稳定、工艺流程短、操作简单、设备要求低和易工业化等优点。
2．项目研究条件
浙江工业大学精细化工研究所已有主要仪器设备：
气相色谱-质谱连用仪（美国VARIAN）；激光粒度分析仪（英国马尔文NanoZS90）；高效液相制备色谱仪（美国Waters2010型）；气相色谱仪（日本岛津GC-9A）；红外光谱仪；可见紫外分光光度计等及较为完备的染料化学合成研究仪器与设备。
精细化工研究所现有仪器设备总固定资产180余万元，科研条件优良，能基本满足本项目的实验研究要求。
五、项目进度
项目具体进度一览表
NO
项目进度
完成内容
1.
2006/12～2007/2
项目立项、调研、文献检索、技术方案论证，设计纳米级分散黑的关键生产工艺技术。
2.
2007/3～2007/9
研究开发纳米级分散黑的关键生产工艺技术。
纳米工艺实验研究、工艺论证、纳米参数测试。
3.
2007/10～2007/11
总结研究成果；撰写论文；申请专利；结题
六、经费预算
项目总经费：
8000元。
项目技术研发经费构成细目一览表
预算支出科目
金额（元）
计算根据及理由
试验仪器
1500
纳米实验装置用耗材、部分分析测试耗材等
实验材料费
3000
主要用于助剂合成化学药品、溶剂等。
实验资料费
1500
实验文献检索、资料、总结等
外协实验测试费
1000
用于纳米染料产品、中间体及助剂的有机光波谱结构鉴定、分析测试和表征
其它
1000
论文发表、专利申报及差旅费等
合计
8000
升级会员 