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摘要：本文主要探討“雙碳”目標下中國建筑行業的綠色、節能化發展趨勢以及有機硅在中國建筑行業的應用價值及需求分析。建筑行業作為碳排放大戶，實現綠色轉型對全球節能減排和可持續發展具有重要意義，中國政府出臺一系列政策和措施推動行業的綠色轉型。本文詳細分析陶氏公司建筑與基礎設施解決方案在門窗幕墻行業的應用實踐，展現了有機硅作為一種高性能材料，其應用能夠有效提升建筑能效和整體性能，將加速助力“雙碳”目標的實現。
關鍵詞：“雙碳”目標;建筑行業;有機硅應用;綠色轉型
1. 引言
1.1 “雙碳”目標下中國建筑行業的綠色、節能化發展趨勢
當下，世界正在經歷一波巨大的建筑浪潮。為滿足不斷增長的城市人口的居住需求，到2060年，全球將增加2.5萬億平方英尺的建筑物。這相當于連續40年不間斷，每個月都在建一個紐約市。[1]就改善人們的生活水平來說，這自然是好消息，但對氣候來說無疑是一道頭痛的難題。
建筑行業是“碳排放大戶”，也是實現“雙碳”目標的重點領域。據統計，建材行業碳排放量占鋼鐵、化工、建材三類主要工業碳排放量35%，其主要碳排放來源于水泥生產，2020年水泥生產碳排放量為13.2億噸，約占建材行業總碳排放量的80%。[2]中國擁有世界上最大的建筑市場。因此，中國建筑行業的綠色轉型對全球節能減排和可持續發展的意義重大。相關數據顯示，近年來中國建筑與建造能耗占全國能耗的比例逐步超過40%。[3]發展綠色建筑已成為中國在建筑領域落實“雙碳”目標戰略的重要抓手。中國政府出臺了一系列政策和措施，鼓勵建筑行業采用更加環保和節能的材料與技術，推動建筑行業的綠色轉型。
1.2 有機硅在中國建筑行業的應用價值及需求分析
在建筑行業，有機硅被作為一大類的建筑材料，包括有機硅密封膠、膠粘劑和涂料，它的應用能夠有效幫助提升建筑的能效和整體性能。[4]其中，有機硅密封膠主要用作接縫的密封材料，用于門（詞條“門”由行業大百科提供）窗（詞條“窗”由行業大百科提供）、幕墻和建筑屋頂等應用的粘接（詞條“粘接”由行業大百科提供）和密封;有機硅膠粘劑主要用作裝飾面板、保溫材料、防腐隔離層等結構粘接;有機硅涂料主要用作建筑表面防護，增強其耐候性（詞條“耐候性”由行業大百科提供）能。在“雙碳”目標的推動下，中國建筑行業對高性能材料需求顯著增長，有機硅市場呈現出快速發展的趨勢。
2. 有機硅在建筑行業應用的發展概述
2.1 有機硅在全球建筑行業應用的初創、成長、發展時期
自1943年道康寧公司(原陶氏化學和康寧的合資公司，合并重組后成為陶氏化學全資子公司)在美國建成世界第一個有機硅工廠以來，有機硅材料工業不斷發展。由于其性能優異、形態多樣、用途廣泛，自問世以來，歷經70多年的開發應用，商品品種迭代演進多達上萬種，在這其中，建筑行業成為一大重要應用領域。
1958年，有著“膠水博士”之稱的Edwin Plueddemann開發出首款商用有機硅密封膠。因為其擁有高強度、高彈性、耐候性和耐化學腐蝕性等優點，成為建筑幕墻、汽車制造、電子設備（詞條“設備”由行業大百科提供）等領域的理想材料。
隨著技術的不斷發展，有機硅在建筑領域的應用范圍不斷擴大，進入七八十年代的成長期。在此期間，有機硅的應用開始多樣化，涵蓋了建筑外墻、幕墻系統等更廣泛的領域，并逐漸替代了傳統的有機密封材料。這一時期，有機硅具備的耐高溫、耐候性和抗紫外線等性能被更廣泛地認識和應用，在提升建筑物的整體性能和外觀上發揮了重要作用。1971年，陶氏率先推出了四邊硅酮結構性裝配(SSG)，幫助建筑師們找到了新的方法設計并完成純玻璃美學建筑，界定了當今美麗的城市風景線。
近年來，隨著人們對建筑節能環保的要求越來越高，有機硅在建筑領域的應用又迎來了新的發展機遇。有機硅材料的高彈性、耐候性和耐化學腐蝕（詞條“腐蝕”由行業大百科提供）性等特點，使其成為建筑幕墻、BIPV(光伏建筑一體化)、道路與基礎設施、室內裝飾等應用的理想材料。同時，有機硅還可以與其他材料進行復合，形成具有多種功能的新型建筑材料，如硅烷改性聚醚密封膠等。
2.2 有機硅在中國建筑行業的高速發展
2.2.1 中國市場在有機硅領域的影響力日益增強
有機硅在中國建筑領域的發展歷程可以追溯到20世紀80年代。當時，隨著國內建筑行業的逐步發展和技術引進，有機硅材料開始進入中國建筑市場，主要應用于建筑密封、防水、保溫等領域。
21世紀初前后，隨著中國經濟和建筑業的快速發展，對優質建材的需求顯著增加，這為有機硅材料提供了廣闊的應用市場。從那時起，有機硅不僅在傳統的建筑密封、防水、保溫等領域得到了廣泛應用，還逐漸擴展到建筑結構加固、橋梁加固、混凝土養護等領域。IHSMarkit數據顯示，2002年中國有機硅消費僅占全球消費量的7%，到了2019年，這一數字上升到42%。目前，中國已經成為全球最大的有機硅消費國。
在這一背景的驅動下，全球有機硅領先企業也紛紛將目光瞄準中國市場。以龍頭企業陶氏公司為例，2004年，陶氏持股的合資公司道康寧(后成為陶氏 全資控股)獲批結構有機硅密封膠生產許可證，開創外國公司的先河。[5]
2007年，陶氏在張家港建立了有機硅的一體化工廠。2020年3月，陶氏宣布計劃在張家港投入3億多美元，提升高附加值有機硅的產品供應，主要滿足綠色建筑、消費電子和電動汽車等領域需求。2021年1月，陶氏張家港有機硅樹脂（詞條“有機硅樹脂”由行業大百科提供）工廠在張家港落成，成為陶氏在美國本土之外第一家海外有機硅樹脂（詞條“硅樹脂”由行業大百科提供）工廠、同時也是陶氏全球第二家高附加值有機硅樹脂生產基地。[6]
今年6月21日，陶氏公司在中國張家港生產基地啟動有機硅下游產品擴建項目，將大幅提升陶氏高附加值有機硅樹脂的全球產能，滿足全球相關行業和新興市場對特種有機硅產品不斷攀升的需求
總體來看，有機硅在中國建筑領域的發展歷程是一個逐步擴大應用范圍、不斷提升技術和質量的過程，市場前景可期。
2.2.2 中國政策及經濟發展帶來的市場新需求
近年來，中國政府對有機硅行業給予了高度關注，并出臺了一系列支持政策，如《戰略性新興產業分類(2018)》《鼓勵外商投資產業目錄(2019年版)》《中國制造2025》重點領域技術創新路線圖等，為有機硅行業的發展提供了明確發展路線和廣闊的市場空間。
具體到建筑領域來看，當前，中國有機硅密封膠需求主要集中在傳統建筑幕墻、中空玻璃、門窗裝飾等領域(圖1)。在“雙碳”目標的推動下，綠色建筑已成為中國建筑行業的重要發展方向。“十四五”規劃綱要明確提出，要推廣綠色建材、裝配式建筑和鋼結構住宅建設低碳城市。中國住建部、應急部2021年發布的《關于加強超高層建筑規劃建設管理的通知》也進一步指出，超高層建筑綠色建筑水平不得低于3星級標準。
與此同時，隨著消費者對健康和環保的關注度不斷提高，市場對綠色建筑的需求也在增加。這為有機硅的進一步應用帶來絕佳的契機。
首先，有機硅材料具有優異的性能，如防水、耐候、耐腐蝕、耐高溫等，這些特性使得有機硅在建筑保溫、防水、密封、涂料等領域具有廣泛的應用。其次，有機硅材料還可以提高建筑物的能源利用效率，降低能源消耗，符合綠色建筑的發展理念。此外，有機硅材料還具有環保優勢，例如低揮發性有機化合物(VOC)排放、無毒無害等，有利于改善室內環境質量，提高居住舒適度。根據中信證券的測算，預計至2025年，中國建筑領域(包括傳統建筑+裝配式建筑)有機硅市場將望達到190億左右，未來5年 CAGR為 7.86%。此外，由于裝配式建筑接縫較多，密封膠的運用也會進一步提升。[7]
在這一判斷推動下，國內外主要有機硅廠商都紛紛加大自身對環保和高性能有機硅產品的研發投入。比如，2016年，陶氏宣布成功完成對道康寧的所有權重組，對技術研發持續投入，積極開發更多有助于低碳環保和可持續發展的創新產品。[8]2018年2月，陶氏將原道康寧®有機硅品牌正式更名為陶熙™，融入陶氏的前沿科技，為中國客戶提供更加可持續的商業解決方案，推動建筑行業向著更高效能、更環保的方向發展。
3. 陶氏公司建筑與基礎設施解決方案在門窗幕墻行業的應用實踐
3.1 陶氏公司建筑與基礎設施解決方案在幕墻門窗中的實例介紹
經過長時間的發展實踐，陶氏通過提供高效能、環保的有機硅材料和技術，為門窗幕墻行業的發展做出了顯著貢獻。其中，陶氏有機硅高性能建筑解決方案在全球幕墻門窗領域享有盛譽，其創新技術和優質產品已成為行業標桿。以下為解決方案在幕墻門窗領域的實例應用。
3.1.1 結構性裝配技術
結構性裝配系統是商業建筑領域功能最多樣、最受歡迎的幕墻建筑形式之一。在結構性裝配硅酮密封技術中，有機硅結構密封膠被用于粘結建筑框架與玻璃、陶瓷、金屬、石塊、復合板等材料。鑒于高拉伸強度、抗撕裂性以及長期的柔韌性的特性，陶氏的有機硅結構密封膠不僅是結構性裝配工程中的可靠選擇，也在抗沖擊型窗戶系統中被廣泛應用，可有效抵御惡劣天氣、極端溫度和紫外線輻射。比如，陶氏的DOWSIL™ 995 硅酮結構密封膠對大多數基材具有優異的免底涂液粘結力，適用于抗颶風或防撞門窗的結構裝配應用，位移能力可達±50%。
3.1.2 中空玻璃應用
在中空玻璃中，有機硅密封膠通常應用于雙道密封中空玻璃單元的第二道密封，并依據設計的需求分為結構性和非結構性兩種應用。陶氏研發的高性能中空玻璃有機硅結構密封膠有助于提高中空玻璃單元的隔熱性能及窗戶的節能等級，減少水汽滲透，延長中空玻璃單元的有效使用壽命，真正實現建筑物的可持續利用。
3.1.3 耐候性保護
一方面，有機硅耐候密封膠能夠最大程度降低大自然對建筑外層的磨損。憑借優異的防水和抗紫外線性能，陶氏的DOWSIL™ 791硅酮耐候密封膠在相同情況下的使用壽命通常遠超其他有機密封材料。另一方面，有機硅密封膠可用于減少幕墻污染。陶氏的DOWSIL™ 991高性能硅酮耐候密封膠是陶氏專為多孔性材料應用而研發設計的產品，其獨有的配方可以大大降低硅膠對多孔性材料的污染，減少對石材幕墻的污染的可能性。
3.1.4 防火應用
具備良好彈性的低模量（詞條“模量”由行業大百科提供）有機硅密封膠主要用于密封貫穿防火區塊的設備及管件孔洞或間隙，以避免建筑由于接縫開裂變位而形成火或煙通道。陶氏的防火密封材料(包含單組分硅酮密封膠及雙組分硅酮發泡密封材料)研發至今，廣泛應用于超高層大樓及一些公共設施與廠房建筑，如臺灣臺北的101大樓。
3.2 幕墻門窗性能的提升和改善效果的分析
憑借高性能的產品和全方位服務，硅酮建筑系統解決方案已被廣泛地應用于各著名地產和公共項目中，成功打造安全、耐久、可持續性的綠色建筑。在中國市場，上海中心的雙層玻璃幕墻(圖2)、廣州電視塔的半隱框玻璃幕墻(圖3)、天津周大福中心的超高層玻璃幕墻(圖4)、北京國家大劇院的玻璃和鈦金屬板幕墻(圖5)、成都來福士廣場的單元式幕墻(圖6)等知名建筑結構上均采取了該解決方案。
這些應用，不僅彰顯了陶氏產品的高性能，也顯著改善了建筑的整體性能。具體來看，其性能提升和效果改善主要體現在耐用性、節能性、美觀性和環境友好性四個方面。
在提升耐用性方面，陶氏有機硅產品能夠抵御極端氣候條件，如強風、高溫、寒冷和紫外線照射，從而延長建筑結構的使用壽命。例如，在上海中心大廈項目中，使用陶氏有機硅密封膠的幕墻系統能夠承受強風壓和溫度變化，保持長期的結構穩定性和密封性。此外，德國聯邦材料檢驗研究院(BAM)的一場模擬耐久性試驗也指出，DOWSIL™ 993 硅酮機構密封膠具備50年的預期使用壽命。[9]這一結果進一步表明，陶氏有機硅材料在提高幕墻門窗的耐候性和耐久性方面的顯著效果。
在提高節能性方面，陶氏有機硅產品通過優化幕墻門窗的密封和隔熱性能，幫助建筑降低能耗，實現節能。例如，陶氏有機硅密封膠應用于廣州塔的Low-E鍍膜半鋼化中空SGP夾膠玻璃幕墻，顯著降低了室內能耗，還減少了幕墻對環境的光污染。
在增強美觀性方面，陶氏有機硅產品能夠在確保建筑完整性的前提下，保持幕墻的高透明度。例如，陶氏有機硅密封膠的應用使得北京國家大劇院成為一個具有視覺沖擊力的標志性建筑。2008年，北京國家大劇院憑借其在建筑工程中的大量新工藝和新材料（詞條“新材料”由行業大百科提供）獲得魯班獎（詞條“魯班獎”由行業大百科提供）。
在助力環境友好性方面，陶氏有機硅密封膠產品通過減少VOC含量，降低對建筑環境空氣的污染。例如，成都來福士廣場項目通過采用包括結構性裝配硅酮密封膠在內的多種陶氏有機硅密封膠，降低建造過程中揮發性有機化合物排放量，獲得了美國建筑委員會頒發的“綠色建筑(LEED)預認證金獎”。
4. 下一個三十年發展前瞻及行業趨勢展望
隨著建筑手段的飛速發展和對可持續建筑的日益重視，新材料、創新設計理念及環保政策將共同塑造中國乃至全球建筑行業的未來。在這一趨勢下，有機硅材料的角色將變得更加關鍵，它們不僅將繼續提升建筑的性能和美觀，還將成為綠色建筑和制造業轉型升級的有力支撐。
材料合成方面，回收材料和混合材料的技術創新將持續為建筑行業帶來更多新的可能性。生產商將使用回收材料進行有機硅材料再生產，降低整體碳排放。例如，陶氏和Circusil LLC將在北美肯塔基州建設首個商業化有機硅回收工廠，在有機硅生產中使用回收材料。跳出傳統有機硅框架，生產商還將通過納米技術和聚合物科學的應用，研發各種混合材料，增強新型環保建筑（詞條“環保建筑”由行業大百科提供）材料在耐候性和環境適應性方面的性能。陶氏作為建筑材料行業的領先企業，率先研發了包括DOWSIL™ 650可剝離防護涂料和陶熙™375建筑和玻璃嵌入灌封膠在內的多款材料，并斬獲AT世界建筑北極星獎。
未來應用場景方面，建筑行業的有機硅應用將會在使用者的安全性與舒適性方面取得進一步創新。在未來，有機硅產品將更加重視提高居住和工作環境的安全與舒適性。通過技術創新，如增加抗菌和空氣凈化功能的有機硅材料，為建筑內的居住者和使用者提供更健康的環境。陶氏推出的可持續性室內裝飾產品將滿足更新迭代的市場需求，并為建筑行業的可持續發展持續賦能。值得注意的是，未來有機硅材料也將更加注重其碳足跡，通過提高材料的能效和使用壽命，減少整個生命周期中的碳排放。比如，陶氏將通過減少金屬硅的碳足跡和加大包括桉樹種植園和碳匯在內碳抵消，不斷優化建筑幕墻硅酮碳中和服務，致力于可持續發展。
協同發展方面，上下游生態系統的協同合作是推動未來建筑行業創新和可持續增長的關鍵趨勢。以陶氏的Quality Bond項目和項目管理系統為例，該項目通過聯合有機硅產品的制造商、應用端用戶和施工單位，建立了一個質量和信任的網絡。同時，陶氏實施的項目管理系統成為提高效率和保證項目成功的關鍵。這一系統的應用不僅提升了項目執行的效率，也為整個行業提供了高效項目管理的范例。展望未來，建筑行業中，各企業之間的合作不僅限于傳統的供應商和客戶關系，更拓展到共同研發、市場推廣和技術創新等領域。
此外，從目前國際主流的綠色建筑評價體系來看，包括美國LEED、加拿大綠色建筑委員會(GCBC)、新西蘭綠色建筑委員會(NZGBC)、南非綠色建筑委員會(GBCSA)以及國際未來生活研究所(ILFI)等在內的機構，都不約而同地將有機硅的使用作為能否取得認證的重要考核標準之一。“雙碳”目標下，有機硅材料的高效水密性和耐候性，及其對減少整個建筑生命周期的碳足跡的重要性，在未來將進一步凸顯。
參考文獻
[1] 比爾·蓋茨. 氣候經濟與人類未來[M]. 北京: 中信出版集團, 2021: 166.
[2] 郅曉，安曉鵬，閆浩春等. 建材行業碳減排技術路徑研究[C]//中國企業改革與發展研究會，中國企業改革50人論壇.中國企業改革發展優秀成果2021(第五屆)下卷.中國商務出版社(CHINA COMMERCE AND TRADE PRESS)，2020:20.DOI:10.26914/c.cnkihy.2020.074147.
[3] 中國建筑能耗與碳排放研究報告(2022年)[J].建筑,2023(02):57-69.
[4] 王洪敏,朱應和,林承潔.有機硅密封膠在建筑上的應用[J].有機硅材料,2008(01):6-9.
[5] DOW. 公司介紹-陶熙道康寧-道康寧代理經銷商_中國官網[EB/OL]. [2023-11-29].
作者：陳潔 王文開
作者單位：陶氏(上海)投資有限公司
