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慧正资讯， ChemQuest协同创新领域副总裁Victoria Scarborough博士，近期就他关注的全球涂料领域的创新机遇进行了梳理。即将结束的2023年，在结束了新冠疫情和全球供应链中断之后，进入了“常态化”发展阶段。但在常态之下，来自经济不确定和日益严苛的法规监管下，全球产业和制造业依旧面临着挑战和创新，但对于创新型的涂料企业来说，机遇比比皆是。
ChemQuest认为3D打印的商业化应用、新能源电动汽车（EV）的日益普及以及与应对气候变化相关的挑战，正在成为推动涂料行业增长和创新的三个主要趋势。
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3D打印：耐高碱度涂料的机会
3D打印（也称为additive manufacturing增材制造）是一种软件驱动的计算机控制生产技术，可以逐层构建零件。在建筑领域，3D打印房屋使用混凝土代替木材等传统材料，将混凝土分层挤出，一次建造一层墙体系统。
3D打印对建筑业的吸引力主要是因为住房资源和劳动力短缺。在三位工作人员的操作下，185平方米房屋的内墙和外墙系统可以在短短一周内完成3D打印。与生产传统木结构所需的时间和人员相比，3D打印可以更快地建造更多的房屋，同时节省大量人力资源。
此外，3D打印很容易实现与设计相关的创新。新的土木工程工具可帮助建筑师和承包商在项目开始就赋予节能降耗的设计结构，或者包括弯曲墙等设计元素，而这些元素是传统建筑方法和材料不易实现的。
本已庞大的全球3D建筑市场（2022年估计为14亿美元，折合人民币约100亿元）预计将在2038年之前实现异常强劲的增长，复合年增长率为80-100%，达到42亿美元（折合人民币约300亿元）。这对涂料行业意味着什么？
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混凝土的孔隙比木材要多，而且碱性也很强，一般情况下在水凝土固化28天之后，才可以采用涂料进行涂装。因此，耐高碱度的涂料产品拥有了更多的市场开发和使用的机会，因为这种产品可以大大缩短建筑工期。目前，有两种方法可以在高碱性的混凝土上直接涂装。
一种方法是选择高耐碱和耐候性出色的矿物硅酸盐涂料。这些产品基本上利用水泥作为涂料的基础，因此水泥基材上也很有效。另一种选择是开发具有更耐碱性树脂的配方，例如用于混凝土道路标线涂料的环氧树脂、聚氨酯和聚天冬氨酸等树脂。水性与涂料结合方法也被证明是有效的，快速固化水泥的新方法有可能与专门为3D打印基质配制的涂层协同工作。
许多原材料公司和涂料配方设计师正在研究这一领域的解决方案。例如，西卡投入了大量资源，并创建了一个新部门，以专注于建筑业的3D打印。在一份新闻稿中，西卡表示，他们已经开发了一种用于3D混凝土打印的多组件系统，包括材料供应、混合技术、专利打印头、打印机系统和软件控制。
新能源电动汽车：二氧化硅和胶黏剂的机遇
世界各地的汽车制造商都宣布了在未来5-10年内转换为电动汽车（EV）的计划。政府的激励措施，加上消费者对采取措施解决可持续发展问题的愿望，正在推动该行业的增长。
涂料广泛用于各种电动汽车组件，包括电池单元和电池组、电源转换系统和电力驱动系统。2022年全球电动汽车电池涂料市场估计为3.3亿美元（折合人民币约24亿元），预计到2028年的复合年增长率将达到15%。
所有电动汽车都需要防火、对腐蚀和冲击进行保护、进行热管理和电气屏蔽，尽管每个电池组设计都有自己的一套需要解决的要求和挑战。电动汽车电池依靠涂层来保持最佳温度、降低火灾损坏风险并减轻电气干扰。
由于金属部件之间的电弧，这些电池特别容易过热。介电涂层用于防止这种电弧，聚偏二氟乙烯（PVDF）是首选的介电材料。
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由于这些材料非常昂贵，因此涂料行业有很多机会开发可以止火、防止电弧和保持低成本的产品。且由于对PFAS（全氟烷基和多氟烷基物质）的担忧，许多研究人员在研发工作中也开始远离“氟”材料。
因此，像卡博特这样的公司正在提供气相二氧化硅（白炭黑）和气凝胶等材料，以应对电动汽车电池的挑战。二氧化硅基材料不会燃烧，加入涂层处理可以提供有效且具有成本效益的保护。
当然，电动汽车对胶粘剂行业来说也是一个巨大的机遇。聚合物基材复合材料被用于制造更轻的电动汽车，通过车身框架、动力总成、光学元件、传感器和雷达系统上的粘合剂系统固定在一起。
聚氨酯、环氧、有机硅和丙烯酸类胶黏剂占全球电动汽车胶黏剂市场的80%，2022年估计为14亿美元（约100亿元人民币），预计到2028年的复合年增长率为8%。这里的发展因素包括热管理、轻量化、可持续性、安全性和降低成本。
应对气候变化的涂料解决方案：制冷与修复
气候变化是包括涂料在内的众多行业创新的驱动力。例如，在城市热岛中，高度集中的建筑物和道路吸收并保留热量，而缺乏绿色植物通常会限制阴影量。随着全球气温的持续升高，各地城市只会变得更加炎热。
根据冷屋顶评级委员会（Cool Roof Rating Council）的说法，随着社会探索城市热岛的解决方案，屋顶、墙壁和人行道的制冷涂层将至关重要。由于它们能够将热量反射回大气中，因此在建筑物上安装反光材料会降低建筑物的表面温度以及建筑物内部的温度。
与具有传统屋顶和墙壁的建筑物相比，仅需要更少的空调来保持居住者的舒适，并且建筑物在没有空调的情况下可依旧保持凉爽。凉爽的屋顶和墙壁也有助于增加社区的太阳反射率，这实际上有助于降低室外空气温度。据《纽约时报》报道，新加坡正在花费大量资源来为自己的城市降温，并可能为其他城市提供榜样。
据估计，2022年屋顶制冷涂料的全球市场达到45亿美元（折合人民币315亿元）;预计增长将保持强劲，到2028年的复合年增长率为7%。凉爽的屋顶由一种可以降低屋顶表面温度的涂层制成，从而减少传递到住宅或商业建筑中的热量。一般来说，传统的屋顶在白天吸收阳光，加热建筑物和周围的空气。颜色较浅或反光的屋顶比吸收阳光的屋顶更为凉爽。
有两种方法可以帮助冷却屋顶。首先，制冷的屋顶应该具有高太阳反射率（SR），它通过反射阳光来保持凉爽。其次，制冷的屋顶可以具有高热发射率（TE），它释放或散发热量（红外辐射），因此保持凉爽。
理想的制冷屋顶是同时具有高太阳反射率和高热发射率的屋顶。虽然浅色屋顶往往具有最佳的高太阳反射率和高热发射率，但现在存在新的涂层和材料技术发展，已经找到适用于具有高太阳反射率和高热发射率的其他颜色。
除了高太阳反射率、高热发射率和卓越的耐热性外，制冷屋顶的关键涂层性能还包括自清洁以保持清洁、白色的表面;承受积水的能力;以及类似弹性体的特性，以适应结构的不断变化。
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建筑外墙的阳光量只有屋顶的一半左右，但它们也可以吸收热量，所以制冷屋顶涂料的技术原理一样适合于外墙立面，并且外墙制冷涂料还应该具备有一定程度的可擦洗性，以及防沾污和防霉性能。
在道路制冷涂料的设计中，应该把极强的耐久性作为重要的涂层性能指标，涂层应该能抵抗轮胎在发热情况对涂层粘粘损失、防止积水失效和任何类型的高磨损。
目前，ChemQuest关注到几个研发领域正在寻求提高制冷涂层的性能。例如，相变材料的制冷性能研究，正在随着开发的不深入变得越来越接近实际应用。相变材料通常为微米级胶囊，并含有一定熔点的蜡。蜡在熔化时吸收热能，然后在冷却并返回固体时释放能量。事实上，一家大型屋顶公司GAF已经投资了一家相变材料公司Phase Change Solutions，以支持其在采用相变技术材料开发出制冷涂料技术。
另一方面，全球气候变化也成为导致野火和飓风等自然灾害数量增加的部分原因。根据《2021年Lexis Nexis®家庭保险趋势报告》，近150万户家庭受到严重自然灾害的影响，造成56亿美元的财产损失。多年来，保险业一直在跟踪灾难性天气事件以及投保和未投保保险之间的差距，发现差距一直在扩大。此外，越来越多的保险公司拒绝为某些类型的天气损害提供保险。
正如雅各布·博格（Jacob Bogage）最近在《华盛顿邮报》上所写的那样，“至少有五家美国大型财产保险公司——包括好事达（Allstate）、美国家庭（American Family）、全国保险公司（Nationwide）、伊利保险集团（ErieInsurance Group）和伯克希尔哈撒韦公司（Berkshire Hathaway）——告诉监管机构，气候变化导致的极端天气模式导致他们停止在某些地区承保，排除了对各种天气事件的保护，并提高了每月保费和免赔额。
修复和补救（R&R）市场的兴起，正是因为被风、水、火、烟等损坏的房产（住宅和商业）数量规模增加导致。涂料行业在修复和补救市场中发挥着重要作用，因为需要特殊产品来解决修复现场出现的问题。示例包括：
·底漆，有助于减轻霉菌和霉菌、烟雾和火灾造成的污渍。干燥后，将抗菌技术融入涂料中有助于防止表面霉菌再生。
·含有异味控制添加剂的涂料可以帮助减轻与霉菌和烟雾损害相关的异味。
·安全、有效的抗菌涂料满足了消费者日益增长的健康意识，解决了消费者对霉菌损坏可能导致健康问题的担忧。
·具有阻燃性能的涂料可以帮助防止美国西部等干旱、野火易发地区的房屋受到极端破坏，减少火灾造成的损失。
关注趋势之间相互交织带来的结构性变化
全球大趋势代表了指向未来技术增长需求和机遇的驱动力。而趋势之间相互合力，也会在发挥发生协同效应。
如向电动汽车的过渡和气候变化，相互交织，以降低全球变暖潜力；较高的环境温度会对涂料的应用、性能和耐久性产生负面影响，因此需要耐高温的技术来提升涂料的应用新能；而满足对安全、防火和防风住房的需求无疑将有助于推动3D打印房屋的建设。
毫无疑问，未来世界可能将为涂料行业带来新的挑战。密切关注全球结构性变化，对于创造满足未来需求的新产品至关重要。
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