新技术如何重塑建筑外墙涂料市场？

慧正资讯：据芝加哥的技术研究公司PreScouter报道，建筑外墙涂料的劣化可能由多种因素引起，例如烟灰沉积、生物生长、酸雨腐蚀或各种生化/物理效应的组合。保护户外外墙的新技术引起了人们的关注，以减少意外维修带来的巨大经济损失。

建筑外墙涂料的创新不仅可以解决退化问题，还可以通过帮助确保更耐用和高性能的建筑来成为更可持续城市的力量。这些技术甚至可以有助于减少二氧化碳排放、改善能源节约和提高空气质量。

一些最新和最有趣的应用是自清洁外墙材料、用于节能的轻质隔热涂层砂浆（含气凝胶/EPS）、应用于水泥材料的自生和生物基自修复技术，以及改善建筑节能的热致变色超疏水涂层。

光催化外墙涂料：

许多研究表明了，半导体如二氧化钛 (TiO2) 应用于建筑材料的效果及其对去除挥发性有机化合物 (VOCs)、有机染料和发生在不同表面上的生物发展的降解作用。

二氧化钛是一种白色颜料，最常以纳米锐钛矿形式用于自清洁目的。当二氧化钛颗粒接收到能量高于带隙能量的光子时，紫外光被吸附，从而导致电子从价带转移到正空穴，从而产生这种机制。如果表面水合（可能由空气湿度或雨水引起），这些空穴会与水分子发生反应，产生羟基自由基 (OH+)，羟基自由基 (OH+) 是一种强氧化剂，可将有机污染物转化为危害较小的CO2成分。二氧化钛也是无毒、稳定、零能耗的，被证明在平均直径为5-50纳米的情况下具有更好的光催化性能。

此外，应用于砂浆和混凝土的二氧化钛可以通过将氮氧化物和甲苯等危险气体转化为无害成分，有效地促进建筑涂料附近区域的空气净化。常见的应用是在白色涂料中，一个例子是在罗马朱比利教堂的白色混凝土中使用二氧化钛作为添加剂。

除了分解导致建筑物损坏和空气污染的成分外，光催化处理还具有其他环境优势。例如，自清洁混凝土外墙不需要使用通常用于建筑物清洁处理的溶剂，从而消除了另一个污染物来源。此外，较浅的涂层（通常为白色，由二氧化钛色素沉着引起）反射更多的光，从而在炎热季节降低内部和外部温度。

根据欧洲涂料杂志(European Coatings)的数据，目前钛白粉市场价值178.2亿欧元，2020年全球二氧化钛消费量约为645万吨，油漆和涂料行业是主要消费者。预计 2025年的年消费量将增至800万吨。

砂浆和混凝土的自愈机制：

水泥材料中的裂缝被认为是自然发生的，因为这些结构承受重量或与不同的暴露环境接触。硫酸盐和氯离子等侵蚀性物质容易通过裂缝入侵，这些物质随后将成为建筑物涂层劣化的根源。这种影响可能很有害，因为不仅这些材料的表面受到影响，而且在与混凝土钢构件接触时可能会发生进一步的腐蚀，这意味着耐久性能的极端损耗，也可能导致灾难性的失效。

由于这些担忧，试图评估和改进砂浆和混凝土自愈机制的研究引起了人们的极大兴趣。水泥基材料的自愈现象主要分为自修复和自主愈合两大过程，其成因不同。

自修复是基于水泥颗粒固有的水化过程，其机制是通过未反应的水泥颗粒在有水的情况下连续水化，或通过溶解存在于基质中的钙离子 (Ca2+) 与环境中的碳酸根离子 (CO32-) 发生反应，从而在碳酸钙 (CaCO3) 的裂缝处沉淀来实现。自愈的效率取决于环境（例如，雨水/水的存在）、温度和混合成分。

自主愈合需要应用添加剂，其中最有希望的是一种生物基细菌，它们也可以通过碳酸钙沉淀来密封裂缝。其他常用方法基于嵌入式胶囊或容器，当水泥表面出现裂缝时，这些胶囊或容器可促进愈合剂（通常是化学添加剂）的流动，使其即使在固化几天后也能愈合。

ReSHEALience项目是一个主要的研究小组项目，包括对超高耐久性混凝土（UHDC）的自愈现象进行研究，以评估极端条件下的耐久性。该项目由13个国家组成，获得了欧盟地平线2020研究和创新计划的资助。此外，预计到2030年，全球自愈混凝土市场的收入复合年增长率预计将达到36.8%。

热致变色外墙涂料：

根据国际能源署关于建筑围护结构的跟踪报告，2020年，建筑施工占全球能源和工艺相关排放的10%，是碳排放增加和自然资源浪费的重要原因。由于在高温下使用高能耗冷却设备，成功开发了超疏水太阳能反射涂层等材料，以满足对太阳能反射率的需求。然而，在寒冷时期，这些材料无法在建筑物内建立正常温度，因为太阳反射率太高——导致需要加热设备。

为了解决这些能源使用问题，已经研究了热致变色微胶囊（TCM）在外墙胶凝材料中的应用，因为它们能够改变自己的颜色。原理很简单：当外界温度高时，TCM会将其颜色变为浅色/无色；室外寒冷时，TCM诱发的颜色较深，降低了太阳反射率。这是可能的，因为热致变色特性基于粉末形式的有机颜料，这些颜料被封装在有机微胶囊中，并具有决定其颜色变化的转变温度。

主要的热致变色染料是无色染料（如荧烷、螺内 酯和俘精酸酐）与负责给电子的化合物（如环酯）和溶剂（如酸或酯）的混合物。在建筑应用中，已经对多种颜色进行了测试，在Yuxuan等人的研究中，染料的颜色转变温度为31℃，这与Kolotek市售的一些颜料相似。

建筑围护结构的应用仍在开发中，但有一项包含热致变色微胶囊的砂浆的专利，中国的一项研究通过模拟显示，与传统的白色冷却涂层相比，在中国北方，使用热致变色超疏水涂层可使年总能耗降低13.74%。

轻质隔热砂浆：

另一种降低建筑能耗和减少碳足迹的方法是添加具有热性能的轻质材料，以取代砂浆中的细骨料。这些替代材料通过降低热变化来改善建筑物的热性能，同时降低材料的重量并提高其隔音性能。

一些已被测试为砂浆添加剂的轻质材料包括二氧化硅气凝胶、塑料废料、橡胶，以及最近的蛭石和发泡聚苯乙烯（EPS）。一些公司，如位于希腊的Tekto公司，已经开发了一种具有超轻质和隔热EPS的商业预拌砂浆，并拥有一种无机轻质骨料隔热砂浆的专利。该机制基于其绝缘性能，这显著降低了砂浆的导热性，并延长了使用寿命。

结论：

许多更智能、更环保的建筑材料的替代品已经在使用中，为进一步开发和鼓励使用创新涂料的公司提供了了大量的机会。经济优势与更舒适、更清洁、更耐用以及外部空气净化等性能优势紧密相连，因此建筑外墙涂料的创新前景广阔。