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摘要：本文主要探讨“双碳”目标下中国建筑行业的绿色、节能化发展趋势以及有机硅在中国建筑行业的应用价值及需求分析。建筑行业作为碳排放大户，实现绿色转型对全球节能减排和可持续发展具有重要意义，中国政府出台一系列政策和措施推动行业的绿色转型。本文详细分析陶氏公司建筑与基础设施解决方案在门窗幕墙行业的应用实践，展现了有机硅作为一种高性能材料，其应用能够有效提升建筑能效和整体性能，将加速助力“双碳”目标的实现。
关键词：“双碳”目标;建筑行业;有机硅应用;绿色转型
1. 引言
1.1 “双碳”目标下中国建筑行业的绿色、节能化发展趋势
当下，世界正在经历一波巨大的建筑浪潮。为满足不断增长的城市人口的居住需求，到2060年，全球将增加2.5万亿平方英尺的建筑物。这相当于连续40年不间断，每个月都在建一个纽约市。[1]就改善人们的生活水平来说，这自然是好消息，但对气候来说无疑是一道头痛的难题。
建筑行业是“碳排放大户”，也是实现“双碳”目标的重点领域。据统计，建材行业碳排放量占钢铁、化工、建材三类主要工业碳排放量35%，其主要碳排放来源于水泥生产，2020年水泥生产碳排放量为13.2亿吨，约占建材行业总碳排放量的80%。[2]中国拥有世界上最大的建筑市场。因此，中国建筑行业的绿色转型对全球节能减排和可持续发展的意义重大。相关数据显示，近年来中国建筑与建造能耗占全国能耗的比例逐步超过40%。[3]发展绿色建筑已成为中国在建筑领域落实“双碳”目标战略的重要抓手。中国政府出台了一系列政策和措施，鼓励建筑行业采用更加环保和节能的材料与技术，推动建筑行业的绿色转型。
1.2 有机硅在中国建筑行业的应用价值及需求分析
在建筑行业，有机硅被作为一大类的建筑材料，包括有机硅密封胶、胶粘剂和涂料，它的应用能够有效帮助提升建筑的能效和整体性能。[4]其中，有机硅密封胶主要用作接缝的密封材料，用于门（词条“门”由行业大百科提供）窗（词条“窗”由行业大百科提供）、幕墙和建筑屋顶等应用的粘接（词条“粘接”由行业大百科提供）和密封;有机硅胶粘剂主要用作装饰面板、保温材料、防腐隔离层等结构粘接;有机硅涂料主要用作建筑表面防护，增强其耐候性（词条“耐候性”由行业大百科提供）能。在“双碳”目标的推动下，中国建筑行业对高性能材料需求显著增长，有机硅市场呈现出快速发展的趋势。
2. 有机硅在建筑行业应用的发展概述
2.1 有机硅在全球建筑行业应用的初创、成长、发展时期
自1943年道康宁公司(原陶氏化学和康宁的合资公司，合并重组后成为陶氏化学全资子公司)在美国建成世界第一个有机硅工厂以来，有机硅材料工业不断发展。由于其性能优异、形态多样、用途广泛，自问世以来，历经70多年的开发应用，商品品种迭代演进多达上万种，在这其中，建筑行业成为一大重要应用领域。
1958年，有着“胶水博士”之称的Edwin Plueddemann开发出首款商用有机硅密封胶。因为其拥有高强度、高弹性、耐候性和耐化学腐蚀性等优点，成为建筑幕墙、汽车制造、电子设备（词条“设备”由行业大百科提供）等领域的理想材料。
随着技术的不断发展，有机硅在建筑领域的应用范围不断扩大，进入七八十年代的成长期。在此期间，有机硅的应用开始多样化，涵盖了建筑外墙、幕墙系统等更广泛的领域，并逐渐替代了传统的有机密封材料。这一时期，有机硅具备的耐高温、耐候性和抗紫外线等性能被更广泛地认识和应用，在提升建筑物的整体性能和外观上发挥了重要作用。1971年，陶氏率先推出了四边硅酮结构性装配(SSG)，帮助建筑师们找到了新的方法设计并完成纯玻璃美学建筑，界定了当今美丽的城市风景线。
近年来，随着人们对建筑节能环保的要求越来越高，有机硅在建筑领域的应用又迎来了新的发展机遇。有机硅材料的高弹性、耐候性和耐化学腐蚀（词条“腐蚀”由行业大百科提供）性等特点，使其成为建筑幕墙、BIPV(光伏建筑一体化)、道路与基础设施、室内装饰等应用的理想材料。同时，有机硅还可以与其他材料进行复合，形成具有多种功能的新型建筑材料，如硅烷改性聚醚密封胶等。
2.2 有机硅在中国建筑行业的高速发展
2.2.1 中国市场在有机硅领域的影响力日益增强
有机硅在中国建筑领域的发展历程可以追溯到20世纪80年代。当时，随着国内建筑行业的逐步发展和技术引进，有机硅材料开始进入中国建筑市场，主要应用于建筑密封、防水、保温等领域。
21世纪初前后，随着中国经济和建筑业的快速发展，对优质建材的需求显著增加，这为有机硅材料提供了广阔的应用市场。从那时起，有机硅不仅在传统的建筑密封、防水、保温等领域得到了广泛应用，还逐渐扩展到建筑结构加固、桥梁加固、混凝土养护等领域。IHSMarkit数据显示，2002年中国有机硅消费仅占全球消费量的7%，到了2019年，这一数字上升到42%。目前，中国已经成为全球最大的有机硅消费国。
在这一背景的驱动下，全球有机硅领先企业也纷纷将目光瞄准中国市场。以龙头企业陶氏公司为例，2004年，陶氏持股的合资公司道康宁(后成为陶氏 全资控股)获批结构有机硅密封胶生产许可证，开创外国公司的先河。[5]
2007年，陶氏在张家港建立了有机硅的一体化工厂。2020年3月，陶氏宣布计划在张家港投入3亿多美元，提升高附加值有机硅的产品供应，主要满足绿色建筑、消费电子和电动汽车等领域需求。2021年1月，陶氏张家港有机硅树脂（词条“有机硅树脂”由行业大百科提供）工厂在张家港落成，成为陶氏在美国本土之外第一家海外有机硅树脂（词条“硅树脂”由行业大百科提供）工厂、同时也是陶氏全球第二家高附加值有机硅树脂生产基地。[6]
今年6月21日，陶氏公司在中国张家港生产基地启动有机硅下游产品扩建项目，将大幅提升陶氏高附加值有机硅树脂的全球产能，满足全球相关行业和新兴市场对特种有机硅产品不断攀升的需求
总体来看，有机硅在中国建筑领域的发展历程是一个逐步扩大应用范围、不断提升技术和质量的过程，市场前景可期。
2.2.2 中国政策及经济发展带来的市场新需求
近年来，中国政府对有机硅行业给予了高度关注，并出台了一系列支持政策，如《战略性新兴产业分类(2018)》《鼓励外商投资产业目录(2019年版)》《中国制造2025》重点领域技术创新路线图等，为有机硅行业的发展提供了明确发展路线和广阔的市场空间。
具体到建筑领域来看，当前，中国有机硅密封胶需求主要集中在传统建筑幕墙、中空玻璃、门窗装饰等领域(图1)。在“双碳”目标的推动下，绿色建筑已成为中国建筑行业的重要发展方向。“十四五”规划纲要明确提出，要推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅建设低碳城市。中国住建部、应急部2021年发布的《关于加强超高层建筑规划建设管理的通知》也进一步指出，超高层建筑绿色建筑水平不得低于3星级标准。
与此同时，随着消费者对健康和环保的关注度不断提高，市场对绿色建筑的需求也在增加。这为有机硅的进一步应用带来绝佳的契机。
首先，有机硅材料具有优异的性能，如防水、耐候、耐腐蚀、耐高温等，这些特性使得有机硅在建筑保温、防水、密封、涂料等领域具有广泛的应用。其次，有机硅材料还可以提高建筑物的能源利用效率，降低能源消耗，符合绿色建筑的发展理念。此外，有机硅材料还具有环保优势，例如低挥发性有机化合物(VOC)排放、无毒无害等，有利于改善室内环境质量，提高居住舒适度。根据中信证券的测算，预计至2025年，中国建筑领域(包括传统建筑+装配式建筑)有机硅市场将望达到190亿左右，未来5年 CAGR为 7.86%。此外，由于装配式建筑接缝较多，密封胶的运用也会进一步提升。[7]
在这一判断推动下，国内外主要有机硅厂商都纷纷加大自身对环保和高性能有机硅产品的研发投入。比如，2016年，陶氏宣布成功完成对道康宁的所有权重组，对技术研发持续投入，积极开发更多有助于低碳环保和可持续发展的创新产品。[8]2018年2月，陶氏将原道康宁®有机硅品牌正式更名为陶熙™，融入陶氏的前沿科技，为中国客户提供更加可持续的商业解决方案，推动建筑行业向着更高效能、更环保的方向发展。
3. 陶氏公司建筑与基础设施解决方案在门窗幕墙行业的应用实践
3.1 陶氏公司建筑与基础设施解决方案在幕墙门窗中的实例介绍
经过长时间的发展实践，陶氏通过提供高效能、环保的有机硅材料和技术，为门窗幕墙行业的发展做出了显著贡献。其中，陶氏有机硅高性能建筑解决方案在全球幕墙门窗领域享有盛誉，其创新技术和优质产品已成为行业标杆。以下为解决方案在幕墙门窗领域的实例应用。
3.1.1 结构性装配技术
结构性装配系统是商业建筑领域功能最多样、最受欢迎的幕墙建筑形式之一。在结构性装配硅酮密封技术中，有机硅结构密封胶被用于粘结建筑框架与玻璃、陶瓷、金属、石块、复合板等材料。鉴于高拉伸强度、抗撕裂性以及长期的柔韧性的特性，陶氏的有机硅结构密封胶不仅是结构性装配工程中的可靠选择，也在抗冲击型窗户系统中被广泛应用，可有效抵御恶劣天气、极端温度和紫外线辐射。比如，陶氏的DOWSIL™ 995 硅酮结构密封胶对大多数基材具有优异的免底涂液粘结力，适用于抗飓风或防撞门窗的结构装配应用，位移能力可达±50%。
3.1.2 中空玻璃应用
在中空玻璃中，有机硅密封胶通常应用于双道密封中空玻璃单元的第二道密封，并依据设计的需求分为结构性和非结构性两种应用。陶氏研发的高性能中空玻璃有机硅结构密封胶有助于提高中空玻璃单元的隔热性能及窗户的节能等级，减少水汽渗透，延长中空玻璃单元的有效使用寿命，真正实现建筑物的可持续利用。
3.1.3 耐候性保护
一方面，有机硅耐候密封胶能够最大程度降低大自然对建筑外层的磨损。凭借优异的防水和抗紫外线性能，陶氏的DOWSIL™ 791硅酮耐候密封胶在相同情况下的使用寿命通常远超其他有机密封材料。另一方面，有机硅密封胶可用于减少幕墙污染。陶氏的DOWSIL™ 991高性能硅酮耐候密封胶是陶氏专为多孔性材料应用而研发设计的产品，其独有的配方可以大大降低硅胶对多孔性材料的污染，减少对石材幕墙的污染的可能性。
3.1.4 防火应用
具备良好弹性的低模量（词条“模量”由行业大百科提供）有机硅密封胶主要用于密封贯穿防火区块的设备及管件孔洞或间隙，以避免建筑由于接缝开裂变位而形成火或烟通道。陶氏的防火密封材料(包含单组分硅酮密封胶及双组分硅酮发泡密封材料)研发至今，广泛应用于超高层大楼及一些公共设施与厂房建筑，如台湾台北的101大楼。
3.2 幕墙门窗性能的提升和改善效果的分析
凭借高性能的产品和全方位服务，硅酮建筑系统解决方案已被广泛地应用于各著名地产和公共项目中，成功打造安全、耐久、可持续性的绿色建筑。在中国市场，上海中心的双层玻璃幕墙(图2)、广州电视塔的半隐框玻璃幕墙(图3)、天津周大福中心的超高层玻璃幕墙(图4)、北京国家大剧院的玻璃和钛金属板幕墙(图5)、成都来福士广场的单元式幕墙(图6)等知名建筑结构上均采取了该解决方案。
这些应用，不仅彰显了陶氏产品的高性能，也显著改善了建筑的整体性能。具体来看，其性能提升和效果改善主要体现在耐用性、节能性、美观性和环境友好性四个方面。
在提升耐用性方面，陶氏有机硅产品能够抵御极端气候条件，如强风、高温、寒冷和紫外线照射，从而延长建筑结构的使用寿命。例如，在上海中心大厦项目中，使用陶氏有机硅密封胶的幕墙系统能够承受强风压和温度变化，保持长期的结构稳定性和密封性。此外，德国联邦材料检验研究院(BAM)的一场模拟耐久性试验也指出，DOWSIL™ 993 硅酮机构密封胶具备50年的预期使用寿命。[9]这一结果进一步表明，陶氏有机硅材料在提高幕墙门窗的耐候性和耐久性方面的显著效果。
在提高节能性方面，陶氏有机硅产品通过优化幕墙门窗的密封和隔热性能，帮助建筑降低能耗，实现节能。例如，陶氏有机硅密封胶应用于广州塔的Low-E镀膜半钢化中空SGP夹胶玻璃幕墙，显著降低了室内能耗，还减少了幕墙对环境的光污染。
在增强美观性方面，陶氏有机硅产品能够在确保建筑完整性的前提下，保持幕墙的高透明度。例如，陶氏有机硅密封胶的应用使得北京国家大剧院成为一个具有视觉冲击力的标志性建筑。2008年，北京国家大剧院凭借其在建筑工程中的大量新工艺和新材料（词条“新材料”由行业大百科提供）获得鲁班奖（词条“鲁班奖”由行业大百科提供）。
在助力环境友好性方面，陶氏有机硅密封胶产品通过减少VOC含量，降低对建筑环境空气的污染。例如，成都来福士广场项目通过采用包括结构性装配硅酮密封胶在内的多种陶氏有机硅密封胶，降低建造过程中挥发性有机化合物排放量，获得了美国建筑委员会颁发的“绿色建筑(LEED)预认证金奖”。
4. 下一个三十年发展前瞻及行业趋势展望
随着建筑手段的飞速发展和对可持续建筑的日益重视，新材料、创新设计理念及环保政策将共同塑造中国乃至全球建筑行业的未来。在这一趋势下，有机硅材料的角色将变得更加关键，它们不仅将继续提升建筑的性能和美观，还将成为绿色建筑和制造业转型升级的有力支撑。
材料合成方面，回收材料和混合材料的技术创新将持续为建筑行业带来更多新的可能性。生产商将使用回收材料进行有机硅材料再生产，降低整体碳排放。例如，陶氏和Circusil LLC将在北美肯塔基州建设首个商业化有机硅回收工厂，在有机硅生产中使用回收材料。跳出传统有机硅框架，生产商还将通过纳米技术和聚合物科学的应用，研发各种混合材料，增强新型环保建筑（词条“环保建筑”由行业大百科提供）材料在耐候性和环境适应性方面的性能。陶氏作为建筑材料行业的领先企业，率先研发了包括DOWSIL™ 650可剥离防护涂料和陶熙™375建筑和玻璃嵌入灌封胶在内的多款材料，并斩获AT世界建筑北极星奖。
未来应用场景方面，建筑行业的有机硅应用将会在使用者的安全性与舒适性方面取得进一步创新。在未来，有机硅产品将更加重视提高居住和工作环境的安全与舒适性。通过技术创新，如增加抗菌和空气净化功能的有机硅材料，为建筑内的居住者和使用者提供更健康的环境。陶氏推出的可持续性室内装饰产品将满足更新迭代的市场需求，并为建筑行业的可持续发展持续赋能。值得注意的是，未来有机硅材料也将更加注重其碳足迹，通过提高材料的能效和使用寿命，减少整个生命周期中的碳排放。比如，陶氏将通过减少金属硅的碳足迹和加大包括桉树种植园和碳汇在内碳抵消，不断优化建筑幕墙硅酮碳中和服务，致力于可持续发展。
协同发展方面，上下游生态系统的协同合作是推动未来建筑行业创新和可持续增长的关键趋势。以陶氏的Quality Bond项目和项目管理系统为例，该项目通过联合有机硅产品的制造商、应用端用户和施工单位，建立了一个质量和信任的网络。同时，陶氏实施的项目管理系统成为提高效率和保证项目成功的关键。这一系统的应用不仅提升了项目执行的效率，也为整个行业提供了高效项目管理的范例。展望未来，建筑行业中，各企业之间的合作不仅限于传统的供应商和客户关系，更拓展到共同研发、市场推广和技术创新等领域。
此外，从目前国际主流的绿色建筑评价体系来看，包括美国LEED、加拿大绿色建筑委员会(GCBC)、新西兰绿色建筑委员会(NZGBC)、南非绿色建筑委员会(GBCSA)以及国际未来生活研究所(ILFI)等在内的机构，都不约而同地将有机硅的使用作为能否取得认证的重要考核标准之一。“双碳”目标下，有机硅材料的高效水密性和耐候性，及其对减少整个建筑生命周期的碳足迹的重要性，在未来将进一步凸显。
参考文献
[1] 比尔·盖茨. 气候经济与人类未来[M]. 北京: 中信出版集团, 2021: 166.
[2] 郅晓，安晓鹏，闫浩春等. 建材行业碳减排技术路径研究[C]//中国企业改革与发展研究会，中国企业改革50人论坛.中国企业改革发展优秀成果2021(第五届)下卷.中国商务出版社(CHINA COMMERCE AND TRADE PRESS)，2020:20.DOI:10.26914/c.cnkihy.2020.074147.
[3] 中国建筑能耗与碳排放研究报告(2022年)[J].建筑,2023(02):57-69.
[4] 王洪敏,朱应和,林承洁.有机硅密封胶在建筑上的应用[J].有机硅材料,2008(01):6-9.
[5] DOW. 公司介绍-陶熙道康宁-道康宁代理经销商_中国官网[EB/OL]. [2023-11-29].
作者：陈洁 王文开
作者单位：陶氏(上海)投资有限公司
