劉立偉  博士

蘇州格瑞豐納米科技有限公司 董事長(zhǎng)

?媒體采訪 鄂忠敏《涂層與防護(hù)》

2022年11月16-18日在江蘇常州召開(kāi)的第19屆防腐蝕涂料年會(huì)暨第5屆特種涂料會(huì)議上，劉博士作了“石墨烯創(chuàng)新防腐技術(shù)及雙碳貢獻(xiàn)”的專(zhuān)題報(bào)告。報(bào)告中涉及了很多創(chuàng)新性的概念、技術(shù)。為了更深入地了解這些，《涂層與防護(hù)》會(huì)后對(duì)劉博士進(jìn)行了采訪。

20世紀(jì)40年代，歐洲最先開(kāi)始使用環(huán)氧富鋅，由于具有較好的防腐施工性能，環(huán)氧富鋅應(yīng)用廣泛，幾十年來(lái)，一直是工業(yè)防腐、重防腐涂層的一種通用選擇，市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展到200多億。

但是，從材料機(jī)理和涂裝性能上看，環(huán)氧富鋅還存在一些不可調(diào)和的技術(shù)缺陷，即使用中間涂層和面涂層配套來(lái)彌補(bǔ)，體系仍不完善。

第一，機(jī)理上，即使是“富鋅”，也沒(méi)有保證長(zhǎng)效防腐的機(jī)制。

（1） 鋅粉利用率低，無(wú)法長(zhǎng)效防腐。僅有與鋼材連通的約1/3鋅粉能參與陰極保護(hù)作用，約2/3 孤立的鋅粉沒(méi)有活性。

（2）腐蝕發(fā)生時(shí)，活性鋅粉逐漸被氧化成絕緣的鋅鹽，導(dǎo)電通路被破壞，陰極防護(hù)失效。只能靠生成產(chǎn)物的物理屏蔽。

（3）環(huán)氧樹(shù)脂本身的抗?jié)B透性差，耐水、耐濕熱性差，依然無(wú)法長(zhǎng)效防腐。

由此可以理解，HG/T 3668-2020《富鋅底漆》標(biāo)準(zhǔn)中，單層劃線(xiàn)耐中性鹽霧性能要求不高，200~600 h (60-80% Zn含量)。

第二，由于“富鋅”，漆膜韌性差，致密性差，施工容忍性差，容易出現(xiàn)防腐失效。成也“富鋅”，敗也“富鋅”。

（1）大量鋅粉的使用，漆膜的脆性大，韌性差。膜厚超過(guò)150μm后容易開(kāi)裂。在銳邊、內(nèi)外角、焊縫等處，經(jīng)常容易出現(xiàn)漆膜開(kāi)裂、應(yīng)力腐蝕、焊縫腐蝕等失效現(xiàn)象。

（2）大量鋅粉的使用，漆膜致密性差，耐水差，耐濕熱差，附著力降低。容易導(dǎo)致起泡、脫落、生銹等病害。

（3） 施工容忍性差，漆膜厚度、溫濕氣候、基材處理、復(fù)涂間隔等都要進(jìn)行嚴(yán)格控制。否則，容易出現(xiàn)漆膜脫落、針孔、起泡、生銹等病害。

這些缺陷尚不可調(diào)和，因?yàn)樾枰罅夸\粉構(gòu)成陰極防護(hù)的導(dǎo)電通路，鋅粉少防腐性能差。為彌補(bǔ)這些缺陷，環(huán)氧富鋅體系需要中間涂層和面涂層組成三涂層配套體系。環(huán)氧富鋅底漆作為核心，對(duì)金屬基材起到防腐蝕作用，常見(jiàn)的環(huán)氧云鐵中間涂層主要起到抗?jié)B透、耐濕熱作用，并連接底和面涂層作用。聚氨酯/氟碳面涂層起到抗紫外耐候性能。

然而，傳統(tǒng)環(huán)氧云鐵中間涂層和面涂層的抗?jié)B透能力仍然有限，腐蝕介質(zhì)還會(huì)滲透到底漆，對(duì)基材造成腐蝕。這也是環(huán)氧富鋅涂層體系設(shè)計(jì)耐久保護(hù)年限15~25年，結(jié)果通常5~15年出現(xiàn)局部腐蝕維護(hù)，甚至需要重涂的原因。

因此，環(huán)氧富鋅的這些缺陷決定了它還不是理想的技術(shù)方案，只能算作應(yīng)用的權(quán)宜之計(jì)，ISO12944-5:2019的6.1中指出，隨著技術(shù)的發(fā)展，如果有新的涂料技術(shù)被證明和認(rèn)證有效，可以采用。

從對(duì)比表可以看出，相比缺點(diǎn)很多的環(huán)氧富鋅，創(chuàng)新的石墨烯鋅優(yōu)點(diǎn)很多，帶來(lái)多方面的創(chuàng)新附加價(jià)值，包括技術(shù)、產(chǎn)品、市場(chǎng)和社會(huì)價(jià)值。石墨烯鋅取代環(huán)氧富鋅，表面看，政策支持、創(chuàng)新企業(yè)推動(dòng)和業(yè)主接受度增加，歸根結(jié)底，還是隨著石墨烯新材料發(fā)展，技術(shù)優(yōu)勢(shì)決定的產(chǎn)品和市場(chǎng)升級(jí)，是不依人的意志轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢(shì)。

富鋅涂料，使用大量鋅粉，不僅材料成本高，且浪費(fèi)資源和能源。金屬鋅為耗竭資源，全球不到30年將耗盡。不可控使用，將影響防腐行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

石墨烯低鋅(含鋅)涂料，根據(jù)HG/T 5573-2019標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，含有石墨烯材料，并且不揮發(fā)分中金屬鋅含量（≥30%，且＜60%）的涂料。石墨烯低鋅具有極高的性?xún)r(jià)比，具有低碳、節(jié)約資源的社會(huì)價(jià)值。

有色金屬冶煉行業(yè)中，鋅冶煉高能耗，高碳排放，1噸鋅冶煉耗電4000度，CO₂排放5.2噸。

石墨烯低鋅，提高鋅粉利用率，1噸涂料，可節(jié)約 ~425 kg 鋅粉，減少CO₂排放~1.2噸，節(jié)約資源，助力雙碳。

石墨烯低鋅和石墨烯富鋅(鋅含量≥60%)，在調(diào)整合理配方的情況下，性能同樣優(yōu)異，中科院蘇州納米所團(tuán)隊(duì)/涂創(chuàng)時(shí)代(COATIME)已經(jīng)在國(guó)家涂料檢測(cè)中心測(cè)試，石墨烯低鋅耐鹽霧性能可高達(dá)5000 h以上，遠(yuǎn)超常規(guī)環(huán)氧富鋅耐鹽霧(400~1500h)性能。

石墨烯低鋅性能優(yōu)異，其根本原因在于石墨烯鋅涂料的機(jī)理與傳統(tǒng)富鋅不同，石墨烯材料在物理屏蔽和陰極防護(hù)協(xié)同作用中起到了主導(dǎo)作用，而不是鋅粉量占主導(dǎo)。

環(huán)氧富鋅涂料，需要大量鋅粉構(gòu)成陰極防護(hù)的導(dǎo)電通路，鋅粉少防腐性能差，用鋅粉含量多少衡量性能，甚至“富鋅”成了性能好的一種保證，成了一種心里安慰劑。

石墨烯低鋅展現(xiàn)的優(yōu)異性能，打破了“富鋅”思想局限，不再是富鋅就比低鋅好，石墨烯富鋅也不意味著比石墨烯低鋅好。

石墨烯低鋅的推廣，給業(yè)主資產(chǎn)提供耐久保護(hù)，給涂企提升產(chǎn)品價(jià)值，并能夠節(jié)省資源，降低能耗和碳排放，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。