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智能涂料中呈现的新商机

作者:Lawrence Gasman,首席分析师,n-techn Research, 美国弗吉尼亚州格伦艾伦市(Glen Allen)   |  发表于:2016-07-22   |  关键词:汽车涂料,船舶涂料,   | 摘自: 2016年美国PCI中文版电子杂志5月刊

多年来,智能涂料已经被心照不宣地被定义为最具功能性的功能涂料。当然,涂料和其它材料的功能已经发生了改变。过去被认为是智能涂料的产品现在可能就不再是了。随着时间的推移,过去被认为是智能涂料的那一代涂料现在只能是功能性涂料,智能涂料的类别早已被冠名给新一代涂料。

n-tech Research认为这正是目前发生的事情。智能涂料在“智能”方面将要实现大的飞跃,推动了新的智能涂料产品和产品类别的出现。反过来,这对材料企业(包括基材企业)来说代表着新的机遇,对涂料机械制造商甚至OEM来说也是如此。表1列出了随着时间的推移我们认为的智能涂料在智能方面的情况。许多相关的研发计划似乎以经达到了某一阶段,即它们在智能水平上只是领先于市售产品一两年,这些产品以前尚未见过。

表1

下一件大事?

所有这一切都表明,未来的智能涂料(智能材料更普遍)将是一个巨大的商机,我们希望看到大企业能够对智能涂料进行巨大的投资;其实一些企业已经在投资了。这些公司将不仅仅包括涂料企业,也包括大型的玻璃生产商以及其它供应链上游的企业。

智能涂料是一个充满活力的话题,在全球已经有数十个智能涂料研发项目,更不用说还有几个相关的会议了。在不久的将来,我们认为智能涂料将创建受保护的知识产权(IP),避免这些涂料产品商品化,并在持续一段时间内带来一连串的新产品。

这些趋势将会产生重要的影响。该趋势会导致更好的知识产权(IP)环境,从而吸引投资者和慈善家更多地关注和投资智能涂料业务。这是涂料行业的一个重要部分,它们似乎常常被认为是小公司,正千方百计地在整个供应链中谋求生存。

上面列出的两个因素表明,预计智能涂料领域的重要参与者能够长期保持良好的利润空间,这就是目前为什么大型专业化学品公司应该认真研究智能涂料领域的原因。图1给出了智能涂料从2015年至2022年的市场预测。

图1

本文将介绍一些智能涂料的主要市场,同时我们对智能涂料领域的潜在商机提出了一些意见。

自修复、自组装和自清洁

虽然这三个类别中的每一种涂料都已经面市一些时日,我们认为他们即将达到前所未有的使用寿命和性能水平。最新一代的自修复、自组装和自清洁涂层的市场占有率将更大,具有吸引力的工艺路线,且低的商品化机会。

自修复涂料

n-tech Research期待自修复涂料领域的重大技术飞跃,是他们能够自修复的损坏类型和大小。虽然我们不是炒作智能涂料,他们迟早有一天能够修复飞机机身的重大损坏,今天的自修复涂料仍有很多改进的空间,它往往只比耐划伤涂层修复的稍大一些。然而,在这一领域的竞争将不仅仅是涂层可以修复的孔或刮擦的大小,而是(1)修复需要的时间(一些自修复涂层目前需要几小时),(2)涂层的使用寿命。

自组装涂料

自组装涂料已经展示了令人印象深刻的优势,n-tech Research认为,这些优势会增加进入市场的新一代自组装涂料的量。特别是,我们认为,先进的自组装涂料具有降低成本和简化制造工艺方面的优点。例如,自分层涂料已经可以提供一种不需要使用多道涂层的方法。但更有可能的是随着自组装涂料(更普遍的是自组装材料)的发展,他们将成为先进生产技术的一个重要组成部分。

自清洁涂料

自清洁涂层广泛应用于烤箱。但由于缺少合适的涂层,其它的自清洁涂料和自清洁表面尚未得以开发和利用,尤其是具有足够长使用寿命的涂料。例如,从2001年上市以来的自清洁窗户,耐久性还不够长,这一点也是他们没有占领住宅市场的原因。

开发自清洁涂料的一个动机是他们需要较少的维护、减少清洗时间并降低成本。为了更好地利用这些机遇,新的亲水、疏水、疏油、两疏性和多功能涂料正在被研发。n-tech Research看到:在自清洁涂层领域具有合理潜在可能性的技术趋势是:(1)纳米技术方法到有纹理的疏水性表面;(2)超疏水涂层。

对于自清洁涂层来说,在疏水性表面的应用比在亲水表面应用要广。这些涂层通常使用光催化工艺,以TiO2作为主要原材料。但仍存在许多问题,需要用纳米TiO2晶体来解决,尤其是它在玻璃窗行业的稳定性和光学透明度。正在研究的其它方法,如掺杂。已做出了各种努力来将各种材料添加到二氧化钛中。亲水涂层是有效的,但也有其局限性;不能去除无机污垢。

虽然不能达到完全的自清洁,涂料仍能提供防污和抗菌功能。在防污领域,我们看到了不含铜和金属材料发展的机会。不含杀菌剂的防污涂料解决方案也正在研究中,如多层聚合物防污涂料。智能抗菌剂意味着其中存在着一个时间-释放机理。然而,我们看到了智能抗菌涂料领域对使用自组装和亲水技术方面的改变。

玻璃和变色

自调光玻璃经常被赞为是智能涂料成功的典范之一。电致变色(EC)汽车后视镜已经发展成一个十亿美元的业务。自调光窗户也是一项可靠的利基业务。虽然除了电致变色涂料以外,还有一些方法可用来生产智能窗户,但是目前我们还不能把它们考虑成重要的替代品。

与自调光涂层稍微有点关联的是变色涂料;两者都会改变它们所涂覆的基材的色度,并且他们使用相关的技术,但具有不同的用途。变色涂料,往往用于汽车和建筑物,近来发现应用在包装上,来帮助消费者避免使用假冒药品和其它假货。

许多这些变色涂料的成本高,其最终影响可能还有些不确定。因此变色涂料尚有改进的空间。然而,不同于我们已研究的其它智能涂料的机会,变色涂料可寻找的市场似乎很有限。

电子产品

n-tech Research强烈认为智能电子产品涂料具有潜在的商机,这关系到物联网(IOT)的出现,以及移动智能和可穿戴电子产品的持续增长。


智能涂料和物联网

物联网背后的想法是使用嵌入式传感器和处理器——建筑物、器具、机器和物品将变得能更快地对个人和专业环境的人类需求做出反应,并提供增强的功能性,提高数据收集能力。

虽然智能材料在目前的物联网文献中没有被特别提到,n-tech Research却看到完美的结合。想法包括:可以自动地或根据外部情况响应能够自清洁和自修复涂料;嵌入涂层和表面的传感器收集数据并根据需要做出反应;作为传感器的智能涂料,作为一种性价比更高的方法来创建一个比大阵列的传感装置传感范围更宽的传感器面板。在这方面的可能性非常重要。

用于智能手机和平板的自清洁涂料

n-tech Research认为,智能手机和其它移动设备的防护智能涂料将有巨大的商机。它们会保护设备防止变黄和发生化学作用,防止污垢、微生物和污迹的积聚。

苹果最近所做的一个并不成功的尝试是用蓝宝石来涂覆手机,这至少说明了这类涂料最终会是多么重要,市场一直期待着接纳这类保护涂层。

自修复涂料也是一类智能涂料,它们会给电子行业带来收入。水性聚氨酯分散体已经被证明可以方便地重新自我调整来填补划痕。我们也期待智能抗菌剂能瞄准这一利好市场。

在任何情况下,智能手机和平板电脑市场是如此的庞大——每年上市大约20亿个设备——有一点似乎是毋庸置疑,也就是说智能涂料生产商受到诱惑来设计专用于该市场的涂料。

能源与建筑

很多智能涂料市场在过去十年中的重点发展是在建筑行业,环保倡议是一个重要的驱动力。然而在2015年,石油价格的大幅下降不仅削弱了能源效率故事,而且会遏制绿色建筑领域的复苏,这些都是自修复和自清洁涂层具有可行性应用的领域。

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n-tech Research认为,与我们在以前的智能涂料市场分析中所了解到的情况相比,智能涂料市场在油气行业的机会将受到更多地限制。特别是,我们预计,过去销售给石油和天然气公司的智能保护涂料正在寻找新的油井和场所,其销量会下降,比如,许多页岩油公司已经从根本上削减了资本支出。

然而,n-tech Research并不认为在能源领域的下降会永远持续下去,一旦能源价格开始以一些可持续的方式回升,我们预计与能源相关的智能涂料市场将会复苏。

在此期间,针对新能源技术的研发仍在进行,这里智能涂料可以发挥作用——例如燃料电池的开发。另外,正在开发用作油过滤材料的智能涂料,它们以非常经济的方式将油和水完全分开。鉴于对生态友好型去除溢油解决方案的法规支持,智能涂料的新产品仍可能在市场上流行。

此外,n-tech Research经常看到在自修复混凝土领域开展的活动,这与能源价格毫不相关。我们认为,有效的智能涂料与新建筑活动息息相关,因为广大消费者会在高昂的旧建筑改造费用面前望而却步。

军事和医疗

在世界范围内,美国军方不仅是智能涂料研究最重要的支持者,也是智能涂层技术最大的军事最终用户。在这个领域,大多数研究项目直接由美国军方承担或与其它研究机构一起承担,有时候是通过提供资金,有时通过合作共同进行。

军方似乎有可能继续成为智能涂料的一个有吸引力的市场(和资金来源)。正如n-tech Research所看到的,军方对防腐蚀涂料特别的感兴趣。在这方面最突出的是设计用于保护镀锌的钢和铝表面的新型智能涂料。在此背景下,我们预计,军用市场将会对这种智能涂料进行进一步的研究,来延长其使用寿命,降低运营成本,提高与军事用途有关的金属结构的耐化学品性能。这将推动这些材料被用于其它相关军事用途。

通过“防污/污损释放涂层项目”,美国海军研究办公室(ONR)积极介入到防污解决方案的开发中,因此n-tech Research相信会有更多创新市场解决方案,包括非金属及不含杀菌剂的涂料,它们将在不久至本报告预测的中期内被商品化。

已提出了开发带有自发射信号功能的智能涂料,它们能有效地伪装军事人员和设备,如坦克、直升机和卡车。另一种可能性是使用天然材料,例如反射材料,鱿鱼用来改变颜色和反射光线的蛋白质——提供红外线隐形。

在医疗保健领域,智能抗菌涂料已经开始使用。用作抗菌剂的智能涂料已超出医疗用途,用于食品、纺织品和住宅部分。因此n-tech Research认为智能抗菌涂料的可发掘市场在增加。

还有一个需求是新型药物递送剂。受到外部刺激后会自动释放药物的大部分智能涂料仍然处于研究阶段,并且不确定这种先进的药物递送系统在不久的将来是否会在市场推广。由于这种涂料要比许多其它的智能涂料经过更多的测试,在这个市场存在更多的经营风险。

这就是说,在医疗领域有一些有趣的开发,而这种新涂层可以满足发达国家人口老龄化的需求。在我们发现的医疗领域的众多开发中,满足实际需求的是bio-adhesive涂料,它们能控制药物释放,防止紧急情况下的药物过量。

运输

智能涂料在交通运输行业能提供诸多优点,如提高资产的使用期限、防止腐蚀损坏,降低维护和拥有的总成本。这些优势在运输领域的所有主要部分进行纵向延伸,就包括陆地车辆、飞机、火车和船只。

船舶涂料

除了通过自我调光窗户涂层的方法来节约能源以外,在全球船舶行业一直需求防污涂料解决方案。为了解决生物污染物的生长问题,新型智能防污涂料正在开发中。

航空涂料

飞机部件的腐蚀和防护涂层的失效是航空业关注的一些重点领域。目前,正在进行带有荧光涂层的光纤传感器的研究开发,它们能指出油漆退化和防止微生物影响的腐蚀发生。有关聚合物涂层的实验也在进行,这种聚合物通过形成一层阻挡水和氧的屏障来防止金属腐蚀。

除冰是业界的第二个主要问题,大型航空公司和研究机构正在联合开发新的涂料,可导致飞机机身表面无霜。

汽车涂料

一段时间以来,与汽车第二道涂层的施工有关的劳动力和原材料成本一直成为业界关注的问题。因此自分层涂层能够从单一涂层体系形成多层保护膜,这在汽车行业变得日益重要。

汽车行业正在进行许多智能涂料的开发。一些著名的例子包括:改善制动和悬浮系统效率的涂层,轮胎用带有嵌入式传感器的智能涂料,当轮胎失去摩擦力时驾驶员会感受到该信号;智能润滑剂涂层能增强汽车用油的性能和效力,或者完全不需要使用汽车用油。

其它市场

部分智能涂料的市场仍然较小,可能是因为可发掘的市场有限,或因为有待完成的技术开发工作仍处于比较早的初级阶段。

耐腐蚀/耐磨耗

该领域仍有很多机会来开发新涂料,在这些涂料中要避免使用过去涂料中常使用的六价铬。基于pH值变化的方法似乎是特别流行,这里的改变可使用荧光分子、量子点或通过某些其它方法来检测。

压力敏感智能涂料

压力敏感涂料(PSP)用于在风洞中进行空气动力学测试,其中PSP用于测量气流。该用途对汽车和航空业都适用。但是宾夕法尼亚州立大学的科学家们开发了自称是比PSP上更好的发光压敏涂料。因此,这对超出更常规的压力敏感涂料(PSP)的压敏智能涂料来说意味着有可能是一种机会。

未来机会

n-tech Research认为,智能涂料眼前的机会主要在现有材料市场不断扩大改进。然而,也有一些示例是新型智能涂料应用于全新的材料平台,但是大部分是长期机会。一个例子是在智能光学涂层使用超材料。另一种是小型研究计划,旨在创造新型的自修复产品。

特别令人兴奋的是多层涂层,这是我们能看到的一个重要的商品化方向,因为它是开发多功能涂层最简单的方法。作为真正的智能涂料的一个例子,可以想象能提供光伏发电智能涂层,本身还具有自修复和自清洁能力。无论多层涂层的功能如何,成本将是阻碍这些复杂智能涂料的开发和利用的一个重要因素。

表2显示了智能涂料未来的开发蓝图。

表2

阻碍增长的屏障

尽管智能涂料在各种工业应用中具有巨大潜力,但也有灰色地带需要有效解决,来扩大全球智能涂料市场,超越了传统的消费群体范围。有些需要关注的重点领域需要智能涂料界提供合理的解决办法,包括了合理的价格结构、技术差距、不利的环保法规,以及对特定产品最终用户不感兴趣。

潜在的机会

有几个大型专业化学品公司,已在为市场供应智能涂料,他们能提供一种或两种“半智能”的涂料。但是,我们还没有看到任何大型专业化学品公司真正专注于智能涂料。很难说其中较大的专业化学品公司在智能涂料领域会采取什么措施。但是有可能——确实有可能——即一些大型企业会在智能涂层方面投入大量资源,但他们的活动将限制在某些特定的市场领域,与企业的经营目标中心和产品系列相适应。

鉴于总体上还缺乏致力于将智能涂料作为一类材料,我们看到投资收购专门从事智能涂料的创新型小公司是这些公司在智能涂料市场寻找的重要切入点。

对于投资者、改革创新人员和发明人员来说,这是需要考虑的一个潜在的重要机会。虽然材料玩家对电子产品、软件和内容公司的投资不会期望得到大量回报,他们确实能提供合理的回报潜力。如果知识产权正确、目标用途合理,大学、小型初创企业等能从大公司或小型投资集团获得合理的资金。

要了解更多信息,可通过发邮件至:info@ntechresearch.com进行联系。



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