[00117382]钴蓝/凹凸棒石纳米杂化颜料产业化关键技术研究

① 项目来源与背景 《钴蓝/凹凸棒石纳米杂化颜料产业化关键技术研究》为2017年甘肃省科技重大专项计划项目,项目编号为17ZD2GA018。 钴蓝具有优异的耐热性、耐候性、耐酸碱性以及耐各种溶剂性,其耐温性可达1200-1400oC,在蓝色色系颜料中具有不可替代性。但是,由于钴矿在自然界中分布很少,钴化合物价格昂贵,长期以来钴蓝颜料仅限用于军事和绘画颜料。随着国内外环保法规要求的日益严厉,寻求合适的技术路线制备价廉、性能优异的环保型无机颜料已成为必然趋势。 目前,国内外主要以固相法为主生产钴蓝颜料,其能耗大,生产成本高,制备出的钴蓝颗粒粒径较大,粒度分布不均匀且易团聚。为了满足市场需求,近年来采用液相法和气相法制备钴蓝颜料,但二者共同缺点是制备过程复杂,成本较高,后期热处理时容易造成粉体的硬团聚和晶粒自行长大等问题,没有实现大规模推广应用。 凹凸棒石黏土作为一种重要的非金属矿产资源,广泛应用于农牧业、建材、石油、冶金、食品等众多领域。甘肃省拥有丰富的凹凸棒石黏土资源,远景储量 达10 亿吨之多。但我省凹凸棒石资源开发利用较晚,在矿物提纯、表面改性、活化和复合等深加工技术与国际先进水平差距较大,开发应用主要还是原矿和低档产品,高附加值、高档次产品的开发应用尚处于起步阶段。如何发挥地方资源优势和技术优势,提升凹凸棒石的附加值是亟待解决的现实问题。 ② 研究的目的及意义 本项目针对国内钴蓝颜料不能满足市场高端需求的现状,依托甘肃得天独厚的凹凸棒石特色资源,利用无机-无机杂化原理,以纳米凹凸棒石的棒晶为载体,联合共沉淀和高温晶化法,自主创新开发高端钴蓝/凹凸棒石纳米杂化颜料制备技术,通过智能化生产线的自主设计和建设,突破钴蓝纳米杂化颜料规模化生产关键技术,填补国内外高性能黏土基钴蓝杂化颜料空白,引领我省凹凸棒石的高值利用,项目期内实现200吨/年规模化生产。通过引入具有一维棒晶结构的纳米凹凸棒石,在其表面担载钴蓝粒子,不仅可避免钴蓝粒子在后续晶化过程中的团聚和尺寸增大等问题,而且可降低传统钴蓝颜料40 %的生产成本,提升颜料性能,拓展在涂料等领域的广泛应用。通过产学研密切合作和协同创新,在技术研发和创新示范方面起到引领作用。 ③ 主要论点与论据 本项目采用无机-无机杂化原理,以凹凸棒石的纳米一维棒晶为载体,联合共沉淀和高温晶化法,自主创新开发高端钴蓝/凹凸棒石纳米杂化颜料。引入凹凸棒石黏土矿物有效改善了颜料粒子的团聚问题,提高了无机颜料的分散性能和悬浮稳定性,在保证着色能力的同时最大程度降低了钴蓝颜料的生产成本,使产品拥有较高的性价比。 ④ 创新与创见 1. 项目采用无机-无机杂化原理,联合共沉淀和高温晶化法,创制了钴蓝/凹凸棒石纳米杂化颜料,通过工艺条件组合可调控钴蓝纳米杂化颜料的结构和颜色性能,解决了在高温晶化过程中钴蓝纳米粒子易团聚问题,降低了高温煅烧温度,所制备的钴蓝凹凸棒石纳米杂化颜料性能达到国外产品指标。 2. 项目突破了钴蓝纳米杂化颜料规模化生产关键技术,自主设计建成了2000吨/年的自动化生产线,填补国内外高性能黏土基钴蓝杂化颜料产品和工艺空白,实现了系列钴蓝凹凸棒石杂化颜料新产品的规模化生产,并建立了产品标准。 3. 项目采用表面改性技术,实现了钴蓝纳米杂化颜料的表面疏水改性,满足不同行业领域应用的个性化需求,分别在涂料、塑料、陶瓷和电子浆料领域进行了应用研究,并实现产品销售推广。 ⑤ 社会经济效益,存在的问题 1. 经济效益：基于本项目的实施,开发出环保型、低成本、满足市场需求的新型钴蓝纳米杂化颜料。通过纳米杂化技术开发和自动化生产技术,可降低传统钴蓝颜料40 %的生产成本,提升颜料综合性能,在实现涂料领域应用的基础上,挖掘高端钴蓝颜料市场潜力,可替代国外同类产品,并拓展在工程塑料等领域的应用。项目期内形成销售收入2000万元,实现利税500万元以上。 2. 社会效益：通过本项目实施,可填补黏土基钴蓝纳米杂化颜料的国内外技术空白,引领高端环保型无机颜料的工艺技术发展方向;同时实现我省凹凸棒石“资源优势”、“技术优势”向“经济优势”的转变,助推兰白试验区和白银高新区建设以及区域经济发展。该项目的实施还有利于延伸和拓宽甘肃省凹凸棒石产业链开发,引导黏土矿物资源向高值化方向发展,壮大产业集群,形成联动发展效应,为我省新材料产业培育探索新路径。 3. 环境效益：本项目产品属于绿色、环保、高性能产品,工艺设计为清洁、全自动生产工艺,生产过程无新“三废”产生;项目实施不仅可实现甘肃凹凸棒石的高值化利用,降低对钴资源依赖,有利于我国对稀缺钴矿资源的保护利用,同时对经济社会可持续发展、环境保护都具有重要的现实意义。 项目期间发表论文7篇,其中SCI 6篇;申报国家发明专利5项,已授权4项;培养了3名硕博士、6名高级职称技术人员和项目工程师,形成了一支院企合作开展成果转移转化的创新创业团队。