劉立偉 董事長
蘇州格瑞豐納米科技有限公司
?媒體采訪
鄂忠敏《涂層與防護》
人物簡介
劉立偉，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員，博士生導師；蘇州格瑞豐納米科技有限公司董事長；國家石墨烯標準化推進工作組成員；國家石墨烯產品質量監督檢驗中心顧問委員會委員；中國石墨烯產業聯盟的標委會委員；江蘇省涂料行業協會專家委員會委員；蘇州工業園區納米領軍人才；Nature出版集團Scientific Reports期刊編委會成員；參與起草HG/T3375-2019《石墨烯鋅粉涂料》行業標準；參加起草CSTM團體標準《涂料中石墨烯材料的測定》。
《涂層與防護》：環氧富鋅涂料的歷史、技術發展，和當前的市場發展現狀？
環氧富鋅涂料，從20世紀40年代歐洲開始投入應用，仍是中等和重防腐的重要選擇，市場規模巨大，當前全球超過200多億。
在傳統環氧富鋅涂料中，為實現良好金屬防腐性能，需要大量鋅粉構成電化學導電通路，要求不揮發分中金屬鋅用量大，高達60%~80%（HG/T3668-2009），大量鋅粉約占材料成本的60%~70%無機涂料網cnwjtl.com。大量使用鋅粉不僅成本高，而且消耗稀缺的鋅粉資源。
然而，大量使用鋅粉資源，只是技術局限，并不是必須的。2007年海虹老人實驗室發現，環氧富鋅底漆中只有1/3的鋅發揮了作用，大量孤立的鋅粉并未發揮作用。ISO12944-5:2019的6.1指出隨著技術的發展，如果有新的涂料技術被證明和認證有效，可以采用。
80多年以來，傳統環氧富鋅涂料，幾乎無重大的技術突破，技術停滯也導致嚴重產品同質化競爭，當前處在產品生命周期的衰退期，衰退期特征是規模巨大價值很低，激烈競爭導致利潤極低，甚至惡性競爭出現偽劣富鋅產品充斥低端市場，已經不具有前進的動力。
隨著新的石墨烯鋅粉涂料創新產品出現，性能優異，具有極高的性價比，具有低碳、節約資源的社會價值，在具有創新實力企業推動下，將逐漸滲透環氧富鋅市場，實現產品和市場的替代和升級。
《涂層與防護》：鋅的資源和使用狀況令人堪憂，對富鋅涂料、鍍鋅產業將產生怎樣的影響？
鋅在地球上儲量有限，屬于耗竭資源，總消耗量的一半被用于金屬防腐。根據2021年美國地質勘探局(USGS)，全球探明鋅礦儲量2.5億噸，澳大利亞占總量的27%，中國占17%。2020年全球鋅礦產量1200萬噸。
2020年中國鋅的生產量420萬噸，占全球34%以上，生產量占比高于儲量占比，是全球最大的鋅消費國。而中國鋅礦儲量4400萬噸，中國靜態可開采年限（當期儲量/當期產量）不超過10年。
金屬鋅儲量有限，如果不能有效控制、過度使用，將影響所有使用鋅粉的防腐涂料，如熱鍍鋅、環氧富鋅、無機富鋅、冷涂鋅等產品生命周期，甚至影響重防腐涂料行業的可持續發展。
《涂層與防護》：在“碳達峰、碳中和”目標框架下，鋅的生產狀況和市場走向如何？
據初步統計，2020年，我國有色金屬二氧化碳總排放量約6.5億噸，占全國總排放量的6.5%。金屬的噸量生產碳排放量中鋅排第三，鋁>鎳>鋅。
原生鋅錠80%是濕法冶煉生產的，噸鋅冶煉生產耗電高達4000度，碳排放量約為5.19噸。生產涂料應用的細鋅粉，要加熱到大約上千度高溫，生產1噸鋅粉，用電約1000度(kW/h)。金屬鋅冶煉和鋅粉生產都是高能耗的，都面臨能耗雙控和雙碳目標壓力。
近期，鋅價格破位上漲，短期是國內外能源電力供應緊張，長期看漲是因為鋅粉資源有限和減少碳排放壓力。隨著《鉛鋅行業規范條件(2020版)》對于行業的環保、能耗、技術等要求趨嚴，以及規范無序開采，對外依賴程度提升，金屬鋅生產成本將維持上升趨勢。
《涂層與防護》：鋅的資源問題日益突出，涂料行業也在致力于石墨烯低鋅涂料技術創新，近年來有哪些成效？
當今，中國引領的石墨烯鋅粉涂料技術和行業標準（HG/T 5573-2019），通過融合石墨烯創新技術，石墨烯替代大量鋅粉構成導電通路，并對鋅粉和金屬提供良好的屏蔽保護。其中，干膜金屬鋅用量可降低至30%。
優化配方設計的石墨烯鋅粉涂料，使用很少量高質量薄層石墨烯，不揮發分中僅占30%金屬鋅，耐中性鹽霧性能可高達3000~6000 h (單涂層，劃痕，90 μm膜厚以內)，耐鹽霧時間超過ISO12944定義的C5環境要求的3倍，超過《石墨烯鋅粉涂料》（HG/T 5573-2019）、《富鋅底漆》（HG/T 3668-2009）標準的3倍以上。
除了提升耐鹽霧性能，同時還提升施工便利性，高質量石墨烯的合理使用，還具有非常好的厚膜抗開裂性能，增加漆膜韌性，并且提升漆膜與襯底基材的附著力。
石墨烯新材料創新技術對涂料產業將產生深遠影響，高質量石墨烯鋅粉涂料，為實現省鋅、減碳、降本，發展石墨烯鋅粉涂料，是實現含鋅涂料產業可持續發展的重要保障措施。
傳統鋅粉用量觀念，“富鋅” 意味著防腐性能好，“低鋅”意味著“偷工減料”，隨著石墨烯含鋅涂料的出現，這些認識可以轉變了。用石墨烯和少量鋅粉實現優異防腐性能，防腐性能好壞與鋅粉用量不成正比，今后沒有必要再浪費鋅粉了。
《涂層與防護》：從節省鋅粉資源和材料成本上來看，石墨烯創新技術在富鋅防腐涂料替代升級的市場應用前景如何？
高性能石墨烯鋅粉涂料在政策和標準指導下，眾多研究院所和行業創新企業的參與和推動，新的石墨烯鋅粉涂料賽道已經形成，并開始逐步蓬勃發展，而且從國家政策、行業標準推動，逐步開始了企業、市場推動。
通過節省鋅粉資源，降低環氧鋅粉涂料成本，降低一半以上的鋅粉，相當于節約了25%左右的材料成本，利用高質量石墨烯創新技術，可以大大提升產品附加值。
另外，高性能的石墨烯鋅粉涂料，可以減少維護，延長使用年限，也可以實現節省資源和成本。尤其，新修改版的JT/T 722中橋梁主體涂層的保護年限均提高到30年（除了附屬鋼結構）。
當前，石墨烯防腐涂料在橋梁、石化、能源、風電、海工、建筑鋼結構等市場應用逐漸展開，替代處在產品生命衰退期的傳統環氧富鋅已經形成必然趨勢。
從技術發展、升級替代、性價比、節能減碳、節約資源來看，沒有必要再浪費鋅粉資源了。
石墨烯創新技術，節省鋅粉資源，減少能耗和碳排放，符合國家“雙碳”目標和相關產業政策，也符合涂料行業向綠色化、資源節約化發展趨勢，同時，提升防護性能，延長防護時間，降低材料成本和維護成本。新技術將改變未來工業防腐涂料的市場格局，助力行業高質量發展。
