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慧正資訊， ChemQuest協同創新領域副總裁Victoria Scarborough博士，近期就他關注的全球涂料領域的創新機遇進行了梳理。即將結束的2023年，在結束了新冠疫情和全球供應鏈中斷之后，進入了“常態化”發展階段。但在常態之下，來自經濟不確定和日益嚴苛的法規監管下，全球產業和制造業依舊面臨著挑戰和創新，但對于創新型的涂料企業來說，機遇比比皆是。
ChemQuest認為3D打印的商業化應用、新能源電動汽車（EV）的日益普及以及與應對氣候變化相關的挑戰，正在成為推動涂料行業增長和創新的三個主要趨勢。
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3D打印：耐高堿度涂料的機會
3D打印（也稱為additive manufacturing增材制造）是一種軟件驅動的計算機控制生產技術，可以逐層構建零件。在建筑領域，3D打印房屋使用混凝土代替木材等傳統材料，將混凝土分層擠出，一次建造一層墻體系統。
3D打印對建筑業的吸引力主要是因為住房資源和勞動力短缺。在三位工作人員的操作下，185平方米房屋的內墻和外墻系統可以在短短一周內完成3D打印。與生產傳統木結構所需的時間和人員相比，3D打印可以更快地建造更多的房屋，同時節省大量人力資源。
此外，3D打印很容易實現與設計相關的創新。新的土木工程工具可幫助建筑師和承包商在項目開始就賦予節能降耗的設計結構，或者包括彎曲墻等設計元素，而這些元素是傳統建筑方法和材料不易實現的。
本已龐大的全球3D建筑市場（2022年估計為14億美元，折合人民幣約100億元）預計將在2038年之前實現異常強勁的增長，復合年增長率為80-100%，達到42億美元（折合人民幣約300億元）。這對涂料行業意味著什么？
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混凝土的孔隙比木材要多，而且堿性也很強，一般情況下在水凝土固化28天之后，才可以采用涂料進行涂裝。因此，耐高堿度的涂料產品擁有了更多的市場開發和使用的機會，因為這種產品可以大大縮短建筑工期。目前，有兩種方法可以在高堿性的混凝土上直接涂裝。
一種方法是選擇高耐堿和耐候性出色的礦物硅酸鹽涂料。這些產品基本上利用水泥作為涂料的基礎，因此水泥基材上也很有效。另一種選擇是開發具有更耐堿性樹脂的配方，例如用于混凝土道路標線涂料的環氧樹脂、聚氨酯和聚天冬氨酸等樹脂。水性與涂料結合方法也被證明是有效的，快速固化水泥的新方法有可能與專門為3D打印基質配制的涂層協同工作。
許多原材料公司和涂料配方設計師正在研究這一領域的解決方案。例如，西卡投入了大量資源，并創建了一個新部門，以專注于建筑業的3D打印。在一份新聞稿中，西卡表示，他們已經開發了一種用于3D混凝土打印的多組件系統，包括材料供應、混合技術、專利打印頭、打印機系統和軟件控制。
新能源電動汽車：二氧化硅和膠黏劑的機遇
世界各地的汽車制造商都宣布了在未來5-10年內轉換為電動汽車（EV）的計劃。政府的激勵措施，加上消費者對采取措施解決可持續發展問題的愿望，正在推動該行業的增長。
涂料廣泛用于各種電動汽車組件，包括電池單元和電池組、電源轉換系統和電力驅動系統。2022年全球電動汽車電池涂料市場估計為3.3億美元（折合人民幣約24億元），預計到2028年的復合年增長率將達到15%。
所有電動汽車都需要防火、對腐蝕和沖擊進行保護、進行熱管理和電氣屏蔽，盡管每個電池組設計都有自己的一套需要解決的要求和挑戰。電動汽車電池依靠涂層來保持最佳溫度、降低火災損壞風險并減輕電氣干擾。
由于金屬部件之間的電弧，這些電池特別容易過熱。介電涂層用于防止這種電弧，聚偏二氟乙烯（PVDF）是首選的介電材料。
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由于這些材料非常昂貴，因此涂料行業有很多機會開發可以止火、防止電弧和保持低成本的產品。且由于對PFAS（全氟烷基和多氟烷基物質）的擔憂，許多研究人員在研發工作中也開始遠離“氟”材料。
因此，像卡博特這樣的公司正在提供氣相二氧化硅（白炭黑）和氣凝膠等材料，以應對電動汽車電池的挑戰。二氧化硅基材料不會燃燒，加入涂層處理可以提供有效且具有成本效益的保護。
當然，電動汽車對膠粘劑行業來說也是一個巨大的機遇。聚合物基材復合材料被用于制造更輕的電動汽車，通過車身框架、動力總成、光學元件、傳感器和雷達系統上的粘合劑系統固定在一起。
聚氨酯、環氧、有機硅和丙烯酸類膠黏劑占全球電動汽車膠黏劑市場的80%，2022年估計為14億美元（約100億元人民幣），預計到2028年的復合年增長率為8%。這里的發展因素包括熱管理、輕量化、可持續性、安全性和降低成本。
應對氣候變化的涂料解決方案：制冷與修復
氣候變化是包括涂料在內的眾多行業創新的驅動力。例如，在城市熱島中，高度集中的建筑物和道路吸收并保留熱量，而缺乏綠色植物通常會限制陰影量。隨著全球氣溫的持續升高，各地城市只會變得更加炎熱。
根據冷屋頂評級委員會（Cool Roof Rating Council）的說法，隨著社會探索城市熱島的解決方案，屋頂、墻壁和人行道的制冷涂層將至關重要。由于它們能夠將熱量反射回大氣中，因此在建筑物上安裝反光材料會降低建筑物的表面溫度以及建筑物內部的溫度。
與具有傳統屋頂和墻壁的建筑物相比，僅需要更少的空調來保持居住者的舒適，并且建筑物在沒有空調的情況下可依舊保持涼爽。涼爽的屋頂和墻壁也有助于增加社區的太陽反射率，這實際上有助于降低室外空氣溫度。據《紐約時報》報道，新加坡正在花費大量資源來為自己的城市降溫，并可能為其他城市提供榜樣。
據估計，2022年屋頂制冷涂料的全球市場達到45億美元（折合人民幣315億元）;預計增長將保持強勁，到2028年的復合年增長率為7%。涼爽的屋頂由一種可以降低屋頂表面溫度的涂層制成，從而減少傳遞到住宅或商業建筑中的熱量。一般來說，傳統的屋頂在白天吸收陽光，加熱建筑物和周圍的空氣。顏色較淺或反光的屋頂比吸收陽光的屋頂更為涼爽。
有兩種方法可以幫助冷卻屋頂。首先，制冷的屋頂應該具有高太陽反射率（SR），它通過反射陽光來保持涼爽。其次，制冷的屋頂可以具有高熱發射率（TE），它釋放或散發熱量（紅外輻射），因此保持涼爽。
理想的制冷屋頂是同時具有高太陽反射率和高熱發射率的屋頂。雖然淺色屋頂往往具有最佳的高太陽反射率和高熱發射率，但現在存在新的涂層和材料技術發展，已經找到適用于具有高太陽反射率和高熱發射率的其他顏色。
除了高太陽反射率、高熱發射率和卓越的耐熱性外，制冷屋頂的關鍵涂層性能還包括自清潔以保持清潔、白色的表面;承受積水的能力;以及類似彈性體的特性，以適應結構的不斷變化。
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建筑外墻的陽光量只有屋頂的一半左右，但它們也可以吸收熱量，所以制冷屋頂涂料的技術原理一樣適合于外墻立面，并且外墻制冷涂料還應該具備有一定程度的可擦洗性，以及防沾污和防霉性能。
在道路制冷涂料的設計中，應該把極強的耐久性作為重要的涂層性能指標，涂層應該能抵抗輪胎在發熱情況對涂層粘粘損失、防止積水失效和任何類型的高磨損。
目前，ChemQuest關注到幾個研發領域正在尋求提高制冷涂層的性能。例如，相變材料的制冷性能研究，正在隨著開發的不深入變得越來越接近實際應用。相變材料通常為微米級膠囊，并含有一定熔點的蠟。蠟在熔化時吸收熱能，然后在冷卻并返回固體時釋放能量。事實上，一家大型屋頂公司GAF已經投資了一家相變材料公司Phase Change Solutions，以支持其在采用相變技術材料開發出制冷涂料技術。
另一方面，全球氣候變化也成為導致野火和颶風等自然災害數量增加的部分原因。根據《2021年Lexis Nexis®家庭保險趨勢報告》，近150萬戶家庭受到嚴重自然災害的影響，造成56億美元的財產損失。多年來，保險業一直在跟蹤災難性天氣事件以及投保和未投保保險之間的差距，發現差距一直在擴大。此外，越來越多的保險公司拒絕為某些類型的天氣損害提供保險。
正如雅各布·博格（Jacob Bogage）最近在《華盛頓郵報》上所寫的那樣，“至少有五家美國大型財產保險公司——包括好事達（Allstate）、美國家庭（American Family）、全國保險公司（Nationwide）、伊利保險集團（ErieInsurance Group）和伯克希爾哈撒韋公司（Berkshire Hathaway）——告訴監管機構，氣候變化導致的極端天氣模式導致他們停止在某些地區承保，排除了對各種天氣事件的保護，并提高了每月保費和免賠額。
修復和補救（R&R）市場的興起，正是因為被風、水、火、煙等損壞的房產（住宅和商業）數量規模增加導致。涂料行業在修復和補救市場中發揮著重要作用，因為需要特殊產品來解決修復現場出現的問題。示例包括：
·底漆，有助于減輕霉菌和霉菌、煙霧和火災造成的污漬。干燥后，將抗菌技術融入涂料中有助于防止表面霉菌再生。
·含有異味控制添加劑的涂料可以幫助減輕與霉菌和煙霧損害相關的異味。
·安全、有效的抗菌涂料滿足了消費者日益增長的健康意識，解決了消費者對霉菌損壞可能導致健康問題的擔憂。
·具有阻燃性能的涂料可以幫助防止美國西部等干旱、野火易發地區的房屋受到極端破壞，減少火災造成的損失。
關注趨勢之間相互交織帶來的結構性變化
全球大趨勢代表了指向未來技術增長需求和機遇的驅動力。而趨勢之間相互合力，也會在發揮發生協同效應。
如向電動汽車的過渡和氣候變化，相互交織，以降低全球變暖潛力；較高的環境溫度會對涂料的應用、性能和耐久性產生負面影響，因此需要耐高溫的技術來提升涂料的應用新能；而滿足對安全、防火和防風住房的需求無疑將有助于推動3D打印房屋的建設。
毫無疑問，未來世界可能將為涂料行業帶來新的挑戰。密切關注全球結構性變化，對于創造滿足未來需求的新產品至關重要。
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