HydroGraph 客户案例研究：Sparc Technologies — 石墨烯增强型防护涂料

1. 企业简介与业务角色

Sparc Technologies 是一家澳大利亚先进材料公司，专注于为防护涂料市场开发和商业化石墨烯增强型解决方案。

Sparc 的 ecosparc® 添加剂平台是一系列专有产品，可将精心挑选且分散均匀的石墨烯融入用于钢铁基础设施的增强型防护（防腐）涂料中。

Sparc 拥有一座设备齐全的涂料和石墨烯配方实验室，并独立运营一家专门生产 ecosparc® 添加剂的商业制造工厂，同时持有经劳氏船级社审核的 ISO 认证。

2. 项目实施前的挑战

到2025年初，Sparc Technologies 已花费五年时间开发其 ecosparc® 平台，验证了数种适用于溶剂型防护涂料的石墨烯等级，并与全球主要涂料企业共同推进了测试和试用工作。

随着Sparc向商业化迈进，两大战略重点推动着其持续开展的石墨烯采购与评估计划：首先，扩大其经过验证的供应基地，其中应包括拥有关键目标市场所需监管批准（EPA、REACH）的生产商；其次，专门针对水性及其他涂料体系，甄选出高性能石墨烯。

Sparc的认证流程刻意设计得极为严格：在其广泛的防护涂料研究工作中，仅有约3–5%的市售石墨烯等级通过筛选，该筛选要求石墨烯必须在液体介质中展现出经证实的耐腐蚀性能、批次间的一致性以及长期稳定性。在水性体系中，这一门槛被证明更难跨越，因为在溶剂型配方中表现良好的石墨烯等级并不一定适用，且在水中实现稳定分散会带来额外的配方挑战，而大多数等级都无法满足这一要求。

“石墨烯有数百种不同的等级，每种的表现各不相同。我们的一项关键工作就是确定哪些等级在保护性涂料中，无论从技术还是商业角度来看，确实可行。”

Sparc Technologies 董事总经理 Nick O’Loughlin

3. 关键所在

经过多年与防护涂料行业的合作开发和测试，Sparc正迎来一个关键时刻。该公司即将推出首款商业化的ecosparc®产品，并正与多家全球最大的涂料公司进行积极磋商。

能否迅速进军新市场（尤其是北美市场），部分取决于是否已拥有获得美国环保署（EPA）批准的石墨烯供应合作伙伴，这样Sparc就无需为其添加剂主导漫长且结果未知的注册流程。

随着全球挥发性有机化合物（VOC）法规日益严格，水性涂料市场份额不断扩大，这一领域代表着重要的额外机遇，但需要一种专门适用于水性化学体系的石墨烯等级。此外，随着涂料企业和资产所有者在可持续发展方面面临日益增大的压力，原材料的环保资质正逐渐成为供应决策中的关键考量因素。

在三个维度（合规准备度、水性性能和环境表现）上找到合适的合作伙伴，将决定Sparc能够以多快的速度、多广的范围将ecosparc®引入防护涂料市场的这一细分领域。

“即使涂料性能仅有微小的提升，也能为大型资产所有者带来巨大价值，因为维护和重涂成本非常高。”

HydroGraph总裁兼首席执行官 Kjirstin Breure

4. 目标

初步评估的目的是将HydroGraph公司的FGA-1分形石墨烯™作为Sparc公司水基ecosparc®配方的一种候选材料进行评估，同时评估其他正在评估中的石墨烯等级。HydroGraph公司备受关注，原因在于其已获得美国环保署（EPA）和REACH法规的批准，拥有位于西方的供应基地，其石墨烯生产工艺的能源足迹和碳足迹在同类工艺中最低，且其分形石墨烯具有独特的特性。本阶段的具体目标包括：

• 采用一致且受控的方法对FGA-1进行筛选
• 在具有商业意义的添加量水平下，将FGA-1与其他石墨烯候选产品进行对比评估
• 在盐雾环境下的长期暴露测试中（最长1680小时），证明其在商用水性涂料中具有持久的性能提升
• 确立与“ecosparc”系列产品的兼容性——这是一种可扩展、即插即用的石墨烯集成方案，无需更改现有的涂料制造工艺®

5. 选定的解决方案

经与其他等级石墨烯的对比评估，HydroGraph公司的FGA-1分形石墨烯™被认定为水性ecosparc®配方中性能最优的材料。FGA-1在本次测试中的表现，加之HydroGraph公司已获得的EPA和REACH（英国及欧盟）监管批准、其北美生产基地以及环保的生产工艺，使其成为加入Sparc合格石墨烯供应体系的有力候选者。

FGA-1以低添加量被纳入一款商用双组分水性丙烯酸环氧涂料中。该产品通过ecosparc®平台以稳定、即用型添加剂的形式提供，设计为可直接替代现有涂料生产工艺的成分，无需更改生产流程。

HydroGraph的爆震合成生产工艺使FGA-1在所有商用石墨烯生产方法中拥有最低的能耗和碳足迹，这一特性强化了水性涂料的可持续性定位，并符合主要涂料制造商和资产所有者的环保承诺——他们正日益致力于降低其产品的生命周期影响。

“我们设计ecosparc®的初衷是将其作为涂料行业的‘即插即用’解决方案。该添加剂在涂料制造过程中加入，无需任何工艺调整即可提升涂料的性能和耐久性。”

Sparc Technologies 董事总经理 Nick O’Loughlin

6. 实施——关键步骤

实施过程遵循了结构化、基于证据的筛选方法：

• 涂层体系选择：选用一款市售的双组分水性丙烯酸环氧涂层作为基础涂层体系，干膜厚度（DFT）约为100 µm。
• 基材处理：对冷轧钢（CRS）板（150 × 100 × 2 mm）进行石榴石喷砂处理，使表面粗糙度达到35–50 μm。该基材规格是严苛耐腐蚀性评估的标准要求，并能模拟实际工业应用条件。
• 石墨烯筛选：利用ecosparc®分散平台，在同一涂层体系内对多种石墨烯材料进行评估，以确保其添加的一致性和可比性。
• 测试方案：水性涂料在测试前于50°C下固化7天。涂覆后的板材在ISO 9227中性盐雾（NSS）条件下，分别于480小时、960小时和1680小时三个时间点进行评估。
• 对比分析：将石墨烯改性体系的划痕蠕变（腐蚀）结果与未改性的参考涂层以及各改性体系之间进行对比，以确定性能最佳的石墨烯材料。
• 材料选定：HydroGraph公司的FGA-1（石墨烯B）被确定为性能最佳的材料，并被选定进行进一步验证。

7. 最大挑战与解决方案

挑战：不同等级石墨烯的性能不一致

石墨烯的性能、质量、结构和行为存在较大差异，这一问题一直制约着涂层行业的发展。大多数市售石墨烯材料在加入防护涂层配方后，无法提供可重复的结果。

解决方案：Sparc Technologies 通过在同一受控涂层体系内对多种石墨烯材料进行系统性的比较筛选，解决了这一问题。这一方法是 Sparc 积累丰富专业知识的核心要素，使其能够识别出适用于涂层应用的特定石墨烯特性与规格。

挑战：在水性体系中实现石墨烯的有效分散

在水性涂料体系中实现石墨烯的稳定、均匀分散是一项众所周知的技术障碍。分散性差会限制性能和可重复性。

解决方案：ecosparc® 添加剂平台正是为应对这一挑战而专门设计的，它能够以稳定且具有商业应用价值的形式，将石墨烯可靠地融入涂料配方中。

挑战：在全球涂料行业建立公信力并获得准入机会

全球防护涂料行业高度依赖技术规范且数据密集。主要涂料企业和资产所有者在考虑采用新添加剂前，通常需要进行广泛且多轮的测试；而历史上，早期石墨烯试验因质量不稳定和效果承诺过高而引发了质疑。要进入有实质意义的测试项目，需要数年时间的持续关系建设，以及一套可信且不断增长的经验证的数据集。

解决方案：Sparc 投入超过 5 年时间，与全球涂料巨头及主要资产所有者建立深厚关系，组建了一支拥有数十年行业经验的团队，并进行了九轮 ISO 12944 测试（累计长达 4,200 小时），以生成这些组织所要求的庞大且严谨的数据集。这一策略使Sparc得以从初期测试阶段，逐步推进至与多家全球涂料公司联合生产试制批次，并最终与阿克苏诺贝尔（AkzoNobel）及越南石油涂料公司（Petro Vietnam Paint）共同推出商业化产品。该公司还与必和必拓（BHP）、沙特阿美（Saudi Aramco）和桑托斯（Santos）等资产所有者建立了公开合作关系。

“石墨烯具备所有这些卓越的特性，但真正的挑战在于如何将其有效整合到防护涂料中，以在实际应用中发挥性能，并拥有数据作为支撑。”

Sparc Technologies 董事总经理 Nick O’Loughlin

8. 取得的成果——指标与改进

HydroGraph的FGA-1通过ecosparc®平台以低负载量添加，在ISO 9227中性盐雾试验条件下，所有测试时段均展现出稳定且可量化的性能提升：

• 480 小时时，划痕腐蚀爬行减少 60%
• 960 小时时，划痕腐蚀爬行减少 39%
• 1680 小时时，划痕腐蚀爬行减少 59%
• 从 960 小时起，起泡现象明显减少，其中 FGA-1 在 1680 小时时展现出最显著的抗起泡性能。这一结果具有重要的商业意义，因为分层和起泡现象往往会导致现场高昂的维护成本

在480、960和1680小时的每个时间点，FGA-1的表现均优于未经改性的对照涂层，且优于或与所测试的其他石墨烯等级相当。在每个时间点测得的划痕腐蚀蠕变值高度一致，介于0.27毫米至0.28毫米之间。

“这绝非微不足道的进步。这些显著的改进能够大幅延长钢铁资产的使用寿命。”

HydroGraph总裁兼首席执行官 Kjirstin Breure

9. 最具价值的成果

本次评估最具价值的成果是，确认了HydroGraph公司的FGA-1是Sparc公司水性ecosparc®配方中一款高性能候选材料，并为此建立了更广泛战略合作的基础。

测试结果显示，在低石墨烯负载量下，各测试时段的划痕腐蚀爬行率降低了39%至60%，且各时段表现高度一致，这一成果意义重大。对于资产所有者和涂料企业而言，一种能在暴露过程的多个阶段可靠地提升性能的材料，其商业价值远高于仅在特定条件下表现良好的材料。

此次性能筛选使 FGA-1 成功纳入 Sparc 经验证的石墨烯供应体系，特别针对水性体系细分领域以及 HydroGraph 监管批准直接适用的市场。

这使 FGA-1 与 ecosparc® 的组合成为防护涂料行业中极具吸引力、可扩展且具有商业可行性的解决方案。测试结果还证明，Sparc Technologies 的筛选方法是识别和鉴定特定涂料应用中石墨烯材料的有效框架。

“通过对多种石墨烯材料进行系统筛选，FGA-1被确定为水性丙烯酸环氧涂料中防腐性能最佳的材料。”

Sparc Technologies 董事总经理 Nick O’Loughlin

10. 给面临类似情况的其他方的建议

基于本研究的发现，现向正在评估石墨烯或其他先进材料用于防护涂层应用的组织提供以下指导：

• 并非所有石墨烯都相同：石墨烯在结构、质量和性能方面存在很大差异。材料选择至关重要，在受控且可比的条件下对多种等级的材料进行筛选，是确定适合特定应用的正确材料的最可靠途径。
• 分散效果与材料本身同等重要：即使是高品质的石墨烯材料，若未能有效融入基材，其性能表现也会大打折扣。开发一个稳健的分散平台对于释放材料性能至关重要。
• 采用结构化筛选以降低开发风险：系统化的比较评估方法可减少变异性，生成可重复的数据，并为材料采用提供有说服力的依据。
• 低添加量也能产生显著效果：实验结果表明，即使在极低的石墨烯浓度下也能实现显著的性能提升，这证明了大规模应用石墨烯增强型涂料配方的商业可行性。
• 考虑全生命周期价值：即使涂料耐久性仅有微小提升，也能通过降低钢结构的维护频率和重涂需求，在资产生命周期内带来可观的成本节约。

“石墨烯有望提升几乎所有材料的性能——但能否取得成功，取决于能否以一种适用于大规模应用的形式将其投入使用。”

Kjirstin Breure，HydroGraph总裁兼首席执行官