人物访谈‖刘立伟：富锌VS烯锌，没必要再浪费锌粉资源了！

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%。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。

《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。

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。

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。