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刘立伟:富锌VS烯锌,没必要再浪费锌粉资源了!
2021年10月27日    阅读量:     新闻来源:《涂层与防护》杂志  |  投稿

刘立伟:富锌VS烯锌,没必要再浪费锌粉资源了! 涂料在线,coatingol.com

刘立伟  董事长 

苏州格瑞丰纳米科技有限公司


❖媒体采访

鄂忠敏《涂层与防护》


人物简介

刘立伟,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员,博士生导师;苏州格瑞丰纳米科技有限公司董事长;国家石墨烯标准化推进工作组成员;国家石墨烯产品质量监督检验中心顾问委员会委员;中国石墨烯产业联盟的标委会委员;江苏省涂料行业协会专家委员会委员;苏州工业园区纳米领军人才;Nature出版集团Scientific Reports期刊编委会成员;参与起草HG/T3375-2019《石墨烯锌粉涂料》行业标准;参加起草CSTM团体标准《涂料中石墨烯材料的测定》。


《涂层与防护》:环氧富锌涂料的历史、技术发展,和当前的市场发展现状?


环氧富锌涂料,从20世纪40年代欧洲开始投入应用,仍是中等和重防腐的重要选择,市场规模巨大,当前全球超过200多亿。


在传统环氧富锌涂料中,为实现良好金属防腐性能,需要大量锌粉构成电化学导电通路,要求不挥发分中金属锌用量大,高达60%~80%(HG/T3668-2009),大量锌粉约占材料成本的60%~70%中国牛涂网ntw360.com。大量使用锌粉不仅成本高,而且消耗稀缺的锌粉资源。


然而,大量使用锌粉资源,只是技术局限,并不是必须的。2007年海虹老人实验室发现,环氧富锌底漆中只有1/3的锌发挥了作用,大量孤立的锌粉并未发挥作用。ISO12944-5:2019的6.1指出随着技术的发展,如果有新的涂料技术被证明和认证有效,可以采用。


80多年以来,传统环氧富锌涂料,几乎无重大的技术突破,技术停滞也导致严重产品同质化竞争,当前处在产品生命周期的衰退期,衰退期特征是规模巨大价值很低,激烈竞争导致利润极低,甚至恶性竞争出现伪劣富锌产品充斥低端市场,已经不具有前进的动力。


随着新的石墨烯锌粉涂料创新产品出现,性能优异,具有极高的性价比,具有低碳、节约资源的社会价值,在具有创新实力企业推动下,将逐渐渗透环氧富锌市场,实现产品和市场的替代和升级。

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《涂层与防护》:锌的资源和使用状况令人堪忧,对富锌涂料、镀锌产业将产生怎样的影响?


锌在地球上储量有限,属于耗竭资源,总消耗量的一半被用于金属防腐。根据2021年美国地质勘探局(USGS),全球探明锌矿储量2.5亿吨,澳大利亚占总量的27%,中国占17%。2020年全球锌矿产量1200万吨。


2020年中国锌的生产量420万吨,占全球34%以上,生产量占比高于储量占比,是全球最大的锌消费国。而中国锌矿储量4400万吨,中国静态可开采年限(当期储量/当期产量)不超过10年。


金属锌储量有限,如果不能有效控制、过度使用,将影响所有使用锌粉的防腐涂料,如热镀锌、环氧富锌、无机富锌、冷涂锌等产品生命周期,甚至影响重防腐涂料行业的可持续发展。


《涂层与防护》:在“碳达峰、碳中和”目标框架下,锌的生产状况和市场走向如何?


据初步统计,2020年,我国有色金属二氧化碳总排放量约6.5亿吨,占全国总排放量的6.5%。金属的吨量生产碳排放量中锌排第三,铝>镍>锌。


原生锌锭80%是湿法冶炼生产的,吨锌冶炼生产耗电高达4000度,碳排放量约为5.19吨。生产涂料应用的细锌粉,要加热到大约上千度高温,生产1吨锌粉,用电约1000度(kW/h)。金属锌冶炼和锌粉生产都是高能耗的,都面临能耗双控和双碳目标压力。


近期,锌价格破位上涨,短期是国内外能源电力供应紧张,长期看涨是因为锌粉资源有限和减少碳排放压力。随着《铅锌行业规范条件(2020版)》对于行业的环保、能耗、技术等要求趋严,以及规范无序开采,对外依赖程度提升,金属锌生产成本将维持上升趋势。


《涂层与防护》:锌的资源问题日益突出,涂料行业也在致力于石墨烯低锌涂料技术创新,近年来有哪些成效?


当今,中国引领的石墨烯锌粉涂料技术和行业标准(HG/T 5573-2019),通过融合石墨烯创新技术,石墨烯替代大量锌粉构成导电通路,并对锌粉和金属提供良好的屏蔽保护。其中,干膜金属锌用量可降低至30%。


优化配方设计的石墨烯锌粉涂料,使用很少量高质量薄层石墨烯,不挥发分中仅占30%金属锌,耐中性盐雾性能可高达3000~6000 h (单涂层,划痕,90 μm膜厚以内),耐盐雾时间超过ISO12944定义的C5环境要求的3倍,超过《石墨烯锌粉涂料》(HG/T 5573-2019)、《富锌底漆》(HG/T 3668-2009)标准的3倍以上。


除了提升耐盐雾性能,同时还提升施工便利性,高质量石墨烯的合理使用,还具有非常好的厚膜抗开裂性能,增加漆膜韧性,并且提升漆膜与衬底基材的附着力。

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石墨烯新材料创新技术对涂料产业将产生深远影响,高质量石墨烯锌粉涂料,为实现省锌、减碳、降本,发展石墨烯锌粉涂料,是实现含锌涂料产业可持续发展的重要保障措施。


传统锌粉用量观念,“富锌” 意味着防腐性能好,“低锌”意味着“偷工减料”,随着石墨烯含锌涂料的出现,这些认识可以转变了。用石墨烯和少量锌粉实现优异防腐性能,防腐性能好坏与锌粉用量不成正比,今后没有必要再浪费锌粉了。


《涂层与防护》:从节省锌粉资源和材料成本上来看,石墨烯创新技术在富锌防腐涂料替代升级的市场应用前景如何?


高性能石墨烯锌粉涂料在政策和标准指导下,众多研究院所和行业创新企业的参与和推动,新的石墨烯锌粉涂料赛道已经形成,并开始逐步蓬勃发展,而且从国家政策、行业标准推动,逐步开始了企业、市场推动。


通过节省锌粉资源,降低环氧锌粉涂料成本,降低一半以上的锌粉,相当于节约了25%左右的材料成本,利用高质量石墨烯创新技术,可以大大提升产品附加值。


另外,高性能的石墨烯锌粉涂料,可以减少维护,延长使用年限,也可以实现节省资源和成本。尤其,新修改版的JT/T 722中桥梁主体涂层的保护年限均提高到30年(除了附属钢结构)。


当前,石墨烯防腐涂料在桥梁、石化、能源、风电、海工、建筑钢结构等市场应用逐渐展开,替代处在产品生命衰退期的传统环氧富锌已经形成必然趋势。

刘立伟:富锌VS烯锌,没必要再浪费锌粉资源了! 涂料在线,coatingol.com

从技术发展、升级替代、性价比、节能减碳、节约资源来看,没有必要再浪费锌粉资源了。


石墨烯创新技术,节省锌粉资源,减少能耗和碳排放,符合国家“双碳”目标和相关产业政策,也符合涂料行业向绿色化、资源节约化发展趋势,同时,提升防护性能,延长防护时间,降低材料成本和维护成本。新技术将改变未来工业防腐涂料的市场格局,助力行业高质量发展。


标签:防腐涂料高端访谈工业涂料原材料
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