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石墨烯重防腐涂料打破行業瓶頸

2023-12-23251

1、重防腐涂料行業定義及分類

重防腐涂料是指采用高耐蝕性涂料,涂膜厚度在200300μm以上,能在相對苛刻腐蝕環境里應用,并具有能達到比常規防腐涂料更長保護期的一類防腐涂料。在化工大氣和海洋環境里,一般可使用10年或15年以上,即使在酸、堿、鹽和溶劑介質里,在一定溫度條件下,也能使用5年以上。由于其防腐期特別長,因此也稱長效防腐涂裝。

重防腐涂料的顯著特點是厚膜化。為實現幾十年的防腐,涂膜薄是難以奏效的。高耐蝕性樹脂和新型顏料、填料的開發是實現重防腐涂料的前提。對金屬基體進行認真的表面清理是重防腐涂料的基礎。科學的涂裝設計要求、涂料配套方案、涂裝施工技術是重防腐涂裝的關鍵,嚴格的質量檢測和維護管理是實現重防腐涂裝效果的保證。

從應用范圍來看,重防腐涂料以其卓越的防護性能,主要應用在船舶、集裝箱、石油化工、建筑鋼結構、鐵路、橋梁、電力和水利工程等諸多關乎發展戰略和經濟命脈的重要領域,重防腐涂料對經濟發展起著非常重要的保駕護航作用。從行業分類來看,重防腐涂料一般可分為環氧、氯乙烯、氯化橡膠、丙烯酸聚氨酯、氟碳、醇酸、有機硅耐高溫、無溶劑防腐涂料和特種防腐涂料。

重防腐涂料的分類

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重防腐涂料的應用領域

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重防腐涂料種類豐富,總的來看,其發展主要受到終端產業發展帶動,對產業鏈而言,是牽一發而動全身的牽引力和帶動力,因此未來行業發展方向也必將與終端產業的發展方向一致,隨著國內環保監管趨嚴,未來綠色環保的重防腐涂料需求更高。

2、傳統防腐涂料侵害人類健康,重防腐涂料將取代傳統防腐涂料

傳統防腐涂料主要VOC含量高、重金屬含量嚴重超標,污染大、防腐壽命短、耐腐蝕、耐候性不強,老化速度快,在施工后容易出現涂層起泡、涂層的濕附著力、腐蝕性介質在涂層中的滲透等缺陷,因此在實際應用中受到限制。

重防腐涂料是防腐涂料中更具技術代表性和影響力、最有發展潛力的一類防護涂料,也是衡量一個涂料工業發展水平的重要標志之一。不論是在日常生活中,還是海洋工程、水處理設備、土木、鋼結構及石油化工等腐蝕環境嚴重行業的防腐蝕領域都有廣泛且良性循環的利用,研究其產生原理、應用方向、發展困境和未來趨勢成為至關重要的方向。

環氧類重防腐涂料具備高附著力、高強度、耐化學品和耐磨性,是綜合性能更高的重防腐涂料,也是目前海洋重防腐領域應用最早、范圍最廣的重防腐涂料種類之一。對不同的下游應用(金屬、石油等),要綜合考量不同重防腐涂料的機械強度、加工難易程度、耐熱性能及材料的來源和價格等。其中,粘結力、抗老化性能、化學穩定性能對于材料的防腐影響較大。從使用重防腐涂料產品的需求出發,改性后的聚氨酯防腐涂料涂層的機械性能和熱穩定性能較好,適用于航天、海洋、汽車等防腐領域;從重防腐涂料本身的性能出發,氟碳樹脂含有特殊的C-F基團,賦予了氟碳涂料既有優越的耐候性、耐化學藥品性和耐熱性,又有優異的防腐性能,是目前長效免維護工程外用涂料和高性能防腐涂料的主要代表。綜合來看,聚氨酯重防腐涂料、無機富鋅重防腐涂料、氟碳涂料和聚脲重防腐涂料等的發展根據其側重點不同,在不同的領域得到廣泛應用。

3、工業防護是更大消費領域,海洋防腐涂料是研發重點

從全球范圍來看,工業防護和船舶涂料領域的相關技術目前已經被部分所突破,為大規模投產和應用奠定了初步的技術基礎。數據顯示,工業防護是重防腐涂料的更大消費領域,占總消費量的46%;船舶涂裝次之,占35%;集裝箱涂裝和海洋設施防護各占9%,其他領域應用較小,不足1%

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其中,船舶涂料和集裝箱涂料的進入壁壘較高,一方面,其使用場景均為海洋環境,金屬在海洋中腐蝕導致的應力腐蝕斷裂(SCC)、氫脆(HE)、腐蝕疲勞(CF)、晶間腐蝕(IC)等會使海工鋼結構發生突然斷裂,導致海洋環境生態災難,造成巨大損失。此外,海工產品防腐涂層的提前失效和涂層維修帶來的停工損失也相當大。因此,必須采取合適的防腐蝕技術予以解決。另一方面,這類領域使用的重防腐涂料因技術含量較高,需要滿足ISO12944NORSOKM501NACESPO108ISO20340相關防腐標準的要求。國際知名重防腐涂料主要集中在英國的IP、美國的PPG、丹麥的Hemple、挪威的Jotun及日本的關西涂料等實力雄厚的大公司或靠政府支持的部門,我國海洋重防腐涂料的生產主要集中在青島、上海、大連、天津、常州、廣州及廈門等幾家涂料企業,研究工作主要集中在中科院海洋研究所、中科院金屬腐蝕研究所、海洋化工研究院、中海油常州涂料研究院、中船725所等研究機構。目前我國海洋領域重防腐涂料技術與國外發達有明顯的差距,一些關鍵技術尚未解決,沒有形成具有我國自主知識產權的技術,而且缺少相應的防腐規范和標準,這些都嚴重影響了海洋工程結構的設計、建造和安全運行。十四五《規劃》提出,在東部沿海地區積極推進海上風電集群化開發,預計未來五年重防腐涂料需求有望迎來爆發式增長。

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此外,受益于跨海、跨江、跨河大橋修建數量逐年增多,橋梁用防腐涂料的需求量逐步提高,整體用量同比增長了35%,對我國橋梁用防腐涂料企業來說,充滿了發展契機,近十年來,防腐涂料無論是在數量上,還是在產品品種上,都有很大的增長空間。

4、五大因素促進行業增長,數字化和信息化的深度融合是發展方向

隨著國際產業鏈轉移、國內基礎設施建設的推進、世界制造基地推動我國地坪涂料快速增長、涂料涂裝整體解決方案的理念日益普及,推動了涂料開發和產品升級、環保法規推動新產品開發和進步,均推動了重防腐涂料市場的發展。另外,十四五規劃也提出,加強低VOC含量涂料推廣,全力打造綠色供應鏈,推動綠色低碳技術創新。考慮到重防腐涂料的生產流程與一般快速消費品制造相比截然不同,企業從顧客下訂單到交付顧客使用,其縱深遠遠大于一般性商品,必須借助數字化信息化來打通冗長的銷售、生產以及安裝服務的鏈條。因此,未來數字化和信息化的深度融合將成為重防腐涂料企業升級轉型的重要方法,具體表現在從裝備、生產的智能化,到計劃、檢驗、物流的數字化,使得重防腐涂料供應鏈從工藝配方的制定、生產任務的優化排程與下達、生產配料的精準備料與投放、生產過程的執行與控制、生產質量的管控、最后到倉儲與物流的管理與追蹤這幾個方面,都實現重防腐涂料產品的智能化生產與管理。借力智能裝備及物聯網技術,實現生產效率的提升與綠色制造。

5、石墨烯技術突破利好重防腐涂料生產, 產能釋放推動成本下降

重防腐涂料下游應用需求快速增長,但上游的樹脂、顏料、助劑等原材料技術未能被國內企業完全突破,由于受到原材料供應的制約,產能擴張潛力有限,國內生產企業積極與高校和科研機構合作解決這一問題,例如:電網新材料聯合實驗室由浙江寧波供電公司與中科院寧波材料所聯手研發的石墨烯重防腐涂料不僅填補了國內電網防腐涂料技術空白,還打破了國際壟斷,目前這種新型涂料已經進入市場推廣階段,預計年產5000噸左右,當前四川卡柏萊尼科技有限公司已經掌握了石墨烯重防腐涂料核心技術,其自主研發的石墨烯重防腐涂料,成本低且環保,早已通過5000小時耐鹽霧檢測,防腐性能遠超世界海洋重防腐體系標準,抗腐蝕強,同品質防腐價格比國外進口低20%左右。

重防腐涂料的生產成本主要包括原料成本和加工成本:在原材料上,國內企業生產重防腐涂料所使用的原材料長期依賴進口,成本高,技術突破有望解決進口替代問題,有助于企業降本增效;在加工成本上,目前存在的問題是生產規模偏小,加工成本較高,但隨著規模的擴大,預期加工成本走低。同時,部分國內的生產企業借助區位優勢壓縮成本,如國內重防腐涂料企業主要集中在長江三角洲地區、珠江三角洲地區、環渤海地區、三大涂料生產基地,利用當地良好的營商環境進行投資生產,為中高端涂料產品提供了良好的市場環境,降低了生產運輸成本。

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6、重防腐涂料的應用發展逐漸多元化

日常生活應用:隨著全球性環境污染的加劇、能源的匱乏和社會公眾對環境保護及人類可持續發展的日益關注以及環保政策在我國不斷出臺和完善,環境友好型重防腐涂料憑借其無毒安全、抗沖擊性、柔韌性、防水性優異及可生物降解循環利用等特性在高速公路護欄、煤氣管道及其設施(如煤氣柜)、氣管道、飲水設施、垃圾處理設備等方面的應用逐漸日常化,未來有望逐步替代傳統涂料,提升其日常生活的市場使用率。

醫療、農業等應用:重防腐涂料在新興海洋工程、現代交通運輸、能源工業、大型工業、市政設施領域的應用目前僅僅邁出步,未來隨著生產技術的不斷優化、產能的不斷擴大、成本下降,醫療設備中應用重防腐涂料可以防范金屬被腐蝕水箱或管道長期儲水易生銹影響水質衛生等的風險;農業設備應用重防腐涂料可以有效減少農產品的產后損失,減少對土地的污染,落實綠色農業。

工業應用:重防腐涂料未來能夠通過改性和可行的水性化工藝等實現性能的進一步提升,中長期有望替代傳統防腐涂料在船舶、集裝箱、石油化工等領域的應用。因工業領域的需求量大和高技術工藝要求,需要依賴于產能、技術和成本三方的同步優化。借鑒現今在涂料業的應用推廣,未來政策、需求以及供給企業方的驅動下,重防腐涂料在工業領域的應用會逐步釋放并向縱深發展。

由于不同終端市場對重防腐涂料的需求側重點不同,加上市場上的重防腐涂料體系還存在一些局限性比如干燥慢、不能厚涂、低溫、潮氣下的副反應較多、無法水下固化及水下施工、抗開裂性能差,尤其在高低溫循環的情況下更為嚴重,未來行業的發展將首先朝著完善這些應用缺陷進行開發,并進一步朝著環保性、功能性、涂料涂裝一體化三大方向發展。

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