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摘要：本文主要探討“雙碳”目標(biāo)下中國建筑行業(yè)的綠色、節(jié)能化發(fā)展趨勢以及有機(jī)硅在中國建筑行業(yè)的應(yīng)用價值及需求分析。建筑行業(yè)作為碳排放大戶，實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型對全球節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)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(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。本文詳細(xì)分析陶氏公司建筑與基礎(chǔ)設(shè)施解決方案在門窗幕墻行業(yè)的應(yīng)用實踐，展現(xiàn)了有機(jī)硅作為一種高性能材料，其應(yīng)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(biāo)的實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：“雙碳”目標(biāo);建筑行業(yè);有機(jī)硅應(yīng)用;綠色轉(zhuǎn)型
1. 引言
1.1 “雙碳”目標(biāo)下中國建筑行業(yè)的綠色、節(jié)能化發(fā)展趨勢
當(dāng)下，世界正在經(jīng)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?qū)⒃黾?.5萬億平方英尺的建筑物。這相當(dāng)于連續(xù)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(yè)是“碳排放大戶”，也是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重點領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計，建材行業(yè)碳排放量占鋼鐵、化工、建材三類主要工業(yè)碳排放量35%，其主要碳排放來源于水泥生產(chǎn)，2020年水泥生產(chǎn)碳排放量為13.2億噸，約占建材行業(yè)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(yè)的綠色轉(zhuǎn)型對全球節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的意義重大。相關(guān)數(shù)據(jù)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(fā)展綠色建筑已成為中國在建筑領(lǐng)域落實“雙碳”目標(biāo)戰(zhàn)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(yè)采用更加環(huán)保和節(jié)能的材料與技術(shù)，推動建筑行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型。
1.2 有機(jī)硅在中國建筑行業(yè)的應(yīng)用價值及需求分析
在建筑行業(yè)，有機(jī)硅被作為一大類的建筑材料，包括有機(jī)硅密封膠、膠粘劑和涂料，它的應(yīng)用能夠有效幫助提升建筑的能效和整體性能。[4]其中，有機(jī)硅密封膠主要用作接縫的密封材料，用于門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）、幕墻和建筑屋頂?shù)葢?yīng)用的粘接（詞條“粘接”由行業(yè)大百科提供）和密封;有機(jī)硅膠粘劑主要用作裝飾面板、保溫材料、防腐隔離層等結(jié)構(gòu)粘接;有機(jī)硅涂料主要用作建筑表面防護(hù)，增強(qiáng)其耐候性（詞條“耐候性”由行業(yè)大百科提供）能。在“雙碳”目標(biāo)的推動下，中國建筑行業(yè)對高性能材料需求顯著增長，有機(jī)硅市場呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢。
2. 有機(jī)硅在建筑行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展概述
2.1 有機(jī)硅在全球建筑行業(yè)應(yīng)用的初創(chuàng)、成長、發(fā)展時期
自1943年道康寧公司(原陶氏化學(xué)和康寧的合資公司，合并重組后成為陶氏化學(xué)全資子公司)在美國建成世界第一個有機(jī)硅工廠以來，有機(jī)硅材料工業(yè)不斷發(fā)展。由于其性能優(yōu)異、形態(tài)多樣、用途廣泛，自問世以來，歷經(jīng)70多年的開發(fā)應(yīng)用，商品品種迭代演進(jìn)多達(dá)上萬種，在這其中，建筑行業(yè)成為一大重要應(yīng)用領(lǐng)域。
1958年，有著“膠水博士”之稱的Edwin Plueddemann開發(fā)出首款商用有機(jī)硅密封膠。因為其擁有高強(qiáng)度、高彈性、耐候性和耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)點，成為建筑幕墻、汽車制造、電子設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）等領(lǐng)域的理想材料。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，有機(jī)硅在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，進(jìn)入七八十年代的成長期。在此期間，有機(jī)硅的應(yīng)用開始多樣化，涵蓋了建筑外墻、幕墻系統(tǒng)等更廣泛的領(lǐng)域，并逐漸替代了傳統(tǒng)的有機(jī)密封材料。這一時期，有機(jī)硅具備的耐高溫、耐候性和抗紫外線等性能被更廣泛地認(rèn)識和應(yīng)用，在提升建筑物的整體性能和外觀上發(fā)揮了重要作用。1971年，陶氏率先推出了四邊硅酮結(jié)構(gòu)性裝配(SSG)，幫助建筑師們找到了新的方法設(shè)計并完成純玻璃美學(xué)建筑，界定了當(dāng)今美麗的城市風(fēng)景線。
近年來，隨著人們對建筑節(jié)能環(huán)保的要求越來越高，有機(jī)硅在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用又迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。有機(jī)硅材料的高彈性、耐候性和耐化學(xué)腐蝕（詞條“腐蝕”由行業(yè)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(chǔ)設(shè)施、室內(nèi)裝飾等應(yīng)用的理想材料。同時，有機(jī)硅還可以與其他材料進(jìn)行復(fù)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(jī)硅在中國建筑行業(yè)的高速發(fā)展
2.2.1 中國市場在有機(jī)硅領(lǐng)域的影響力日益增強(qiáng)
有機(jī)硅在中國建筑領(lǐng)域的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)80年代。當(dāng)時，隨著國內(nèi)建筑行業(yè)的逐步發(fā)展和技術(shù)引進(jìn)，有機(jī)硅材料開始進(jìn)入中國建筑市場，主要應(yīng)用于建筑密封、防水、保溫等領(lǐng)域。
21世紀(jì)初前后，隨著中國經(jīng)濟(jì)和建筑業(yè)的快速發(fā)展，對優(yōu)質(zhì)建材的需求顯著增加，這為有機(jī)硅材料提供了廣闊的應(yīng)用市場。從那時起，有機(jī)硅不僅在傳統(tǒng)的建筑密封、防水、保溫等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，還逐漸擴(kuò)展到建筑結(jié)構(gòu)加固、橋梁加固、混凝土養(yǎng)護(hù)等領(lǐng)域。IHSMarkit數(shù)據(jù)顯示，2002年中國有機(jī)硅消費(fèi)僅占全球消費(fèi)量的7%，到了2019年，這一數(shù)字上升到42%。目前，中國已經(jīng)成為全球最大的有機(jī)硅消費(fèi)國。
在這一背景的驅(qū)動下，全球有機(jī)硅領(lǐng)先企業(yè)也紛紛將目光瞄準(zhǔn)中國市場。以龍頭企業(yè)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(jié)構(gòu)有機(jī)硅密封膠生產(chǎn)許可證，開創(chuàng)外國公司的先河。[5]
2007年，陶氏在張家港建立了有機(jī)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(jī)硅的產(chǎn)品供應(yīng)，主要滿足綠色建筑、消費(fèi)電子和電動汽車等領(lǐng)域需求。2021年1月，陶氏張家港有機(jī)硅樹脂（詞條“有機(jī)硅樹脂”由行業(yè)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(jī)硅樹脂（詞條“硅樹脂”由行業(yè)大百科提供）工廠、同時也是陶氏全球第二家高附加值有機(jī)硅樹脂生產(chǎn)基地。[6]
今年6月21日，陶氏公司在中國張家港生產(chǎn)基地啟動有機(jī)硅下游產(chǎn)品擴(kuò)建項目，將大幅提升陶氏高附加值有機(jī)硅樹脂的全球產(chǎn)能，滿足全球相關(guān)行業(yè)和新興市場對特種有機(jī)硅產(chǎn)品不斷攀升的需求
總體來看，有機(jī)硅在中國建筑領(lǐng)域的發(fā)展歷程是一個逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍、不斷提升技術(shù)和質(zhì)量的過程，市場前景可期。
2.2.2 中國政策及經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的市場新需求
近年來，中國政府對有機(jī)硅行業(yè)給予了高度關(guān)注，并出臺了一系列支持政策，如《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類(2018)》《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄(2019年版)》《中國制造2025》重點領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新路線圖等，為有機(jī)硅行業(yè)的發(fā)展提供了明確發(fā)展路線和廣闊的市場空間。
具體到建筑領(lǐng)域來看，當(dāng)前，中國有機(jī)硅密封膠需求主要集中在傳統(tǒng)建筑幕墻、中空玻璃、門窗裝飾等領(lǐng)域(圖1)。在“雙碳”目標(biāo)的推動下，綠色建筑已成為中國建筑行業(yè)的重要發(fā)展方向。“十四五”規(guī)劃綱要明確提出，要推廣綠色建材、裝配式建筑和鋼結(jié)構(gòu)住宅建設(shè)低碳城市。中國住建部、應(yīng)急部2021年發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)超高層建筑規(guī)劃建設(shè)管理的通知》也進(jìn)一步指出，超高層建筑綠色建筑水平不得低于3星級標(biāo)準(zhǔn)。
與此同時，隨著消費(fèi)者對健康和環(huán)保的關(guān)注度不斷提高，市場對綠色建筑的需求也在增加。這為有機(jī)硅的進(jìn)一步應(yīng)用帶來絕佳的契機(jī)。
首先，有機(jī)硅材料具有優(yōu)異的性能，如防水、耐候、耐腐蝕、耐高溫等，這些特性使得有機(jī)硅在建筑保溫、防水、密封、涂料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其次，有機(jī)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(fā)展理念。此外，有機(jī)硅材料還具有環(huán)保優(yōu)勢，例如低揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)排放、無毒無害等，有利于改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，提高居住舒適度。根據(jù)中信證券的測算，預(yù)計至2025年，中國建筑領(lǐng)域(包括傳統(tǒng)建筑+裝配式建筑)有機(jī)硅市場將望達(dá)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(yùn)用也會進(jìn)一步提升。[7]
在這一判斷推動下，國內(nèi)外主要有機(jī)硅廠商都紛紛加大自身對環(huán)保和高性能有機(jī)硅產(chǎn)品的研發(fā)投入。比如，2016年，陶氏宣布成功完成對道康寧的所有權(quán)重組，對技術(shù)研發(fā)持續(xù)投入，積極開發(fā)更多有助于低碳環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新產(chǎn)品。[8]2018年2月，陶氏將原道康寧®有機(jī)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(xù)的商業(yè)解決方案，推動建筑行業(yè)向著更高效能、更環(huán)保的方向發(fā)展。
3. 陶氏公司建筑與基礎(chǔ)設(shè)施解決方案在門窗幕墻行業(yè)的應(yīng)用實踐
3.1 陶氏公司建筑與基礎(chǔ)設(shè)施解決方案在幕墻門窗中的實例介紹
經(jīng)過長時間的發(fā)展實踐，陶氏通過提供高效能、環(huán)保的有機(jī)硅材料和技術(shù)，為門窗幕墻行業(yè)的發(fā)展做出了顯著貢獻(xiàn)。其中，陶氏有機(jī)硅高性能建筑解決方案在全球幕墻門窗領(lǐng)域享有盛譽(yù)，其創(chuàng)新技術(shù)和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品已成為行業(yè)標(biāo)桿。以下為解決方案在幕墻門窗領(lǐng)域的實例應(yīng)用。
3.1.1 結(jié)構(gòu)性裝配技術(shù)
結(jié)構(gòu)性裝配系統(tǒng)是商業(yè)建筑領(lǐng)域功能最多樣、最受歡迎的幕墻建筑形式之一。在結(jié)構(gòu)性裝配硅酮密封技術(shù)中，有機(jī)硅結(jié)構(gòu)密封膠被用于粘結(jié)建筑框架與玻璃、陶瓷、金屬、石塊、復(fù)合板等材料。鑒于高拉伸強(qiáng)度、抗撕裂性以及長期的柔韌性的特性，陶氏的有機(jī)硅結(jié)構(gòu)密封膠不僅是結(jié)構(gòu)性裝配工程中的可靠選擇，也在抗沖擊型窗戶系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)密封膠對大多數(shù)基材具有優(yōu)異的免底涂液粘結(jié)力，適用于抗颶風(fēng)或防撞門窗的結(jié)構(gòu)裝配應(yīng)用，位移能力可達(dá)±50%。
3.1.2 中空玻璃應(yīng)用
在中空玻璃中，有機(jī)硅密封膠通常應(yīng)用于雙道密封中空玻璃單元的第二道密封，并依據(jù)設(shè)計的需求分為結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性兩種應(yīng)用。陶氏研發(fā)的高性能中空玻璃有機(jī)硅結(jié)構(gòu)密封膠有助于提高中空玻璃單元的隔熱性能及窗戶的節(jié)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(xiàn)建筑物的可持續(xù)利用。
3.1.3 耐候性保護(hù)
一方面，有機(jī)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(yōu)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(yuǎn)超其他有機(jī)密封材料。另一方面，有機(jī)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(yīng)用而研發(fā)設(shè)計的產(chǎn)品，其獨(dú)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(yīng)用
具備良好彈性的低模量（詞條“模量”由行業(yè)大百科提供）有機(jī)硅密封膠主要用于密封貫穿防火區(qū)塊的設(shè)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(fā)泡密封材料)研發(fā)至今，廣泛應(yīng)用于超高層大樓及一些公共設(shè)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(chǎn)品和全方位服務(wù)，硅酮建筑系統(tǒng)解決方案已被廣泛地應(yīng)用于各著名地產(chǎn)和公共項目中，成功打造安全、耐久、可持續(xù)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(jié)構(gòu)上均采取了該解決方案。
這些應(yīng)用，不僅彰顯了陶氏產(chǎn)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(xiàn)在耐用性、節(jié)能性、美觀性和環(huán)境友好性四個方面。
在提升耐用性方面，陶氏有機(jī)硅產(chǎn)品能夠抵御極端氣候條件，如強(qiáng)風(fēng)、高溫、寒冷和紫外線照射，從而延長建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命。例如，在上海中心大廈項目中，使用陶氏有機(jī)硅密封膠的幕墻系統(tǒng)能夠承受強(qiáng)風(fēng)壓和溫度變化，保持長期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和密封性。此外，德國聯(lián)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(jī)構(gòu)密封膠具備50年的預(yù)期使用壽命。[9]這一結(jié)果進(jìn)一步表明，陶氏有機(jī)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(jié)能性方面，陶氏有機(jī)硅產(chǎn)品通過優(yōu)化幕墻門窗的密封和隔熱性能，幫助建筑降低能耗，實現(xiàn)節(jié)能。例如，陶氏有機(jī)硅密封膠應(yīng)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(nèi)能耗，還減少了幕墻對環(huán)境的光污染。
在增強(qiáng)美觀性方面，陶氏有機(jī)硅產(chǎn)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(jī)硅密封膠的應(yīng)用使得北京國家大劇院成為一個具有視覺沖擊力的標(biāo)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(yè)大百科提供）獲得魯班獎（詞條“魯班獎”由行業(yè)大百科提供）。
在助力環(huán)境友好性方面，陶氏有機(jī)硅密封膠產(chǎn)品通過減少VOC含量，降低對建筑環(huán)境空氣的污染。例如，成都來福士廣場項目通過采用包括結(jié)構(gòu)性裝配硅酮密封膠在內(nèi)的多種陶氏有機(jī)硅密封膠，降低建造過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物排放量，獲得了美國建筑委員會頒發(fā)的“綠色建筑(LEED)預(yù)認(rèn)證金獎”。
4. 下一個三十年發(fā)展前瞻及行業(yè)趨勢展望
隨著建筑手段的飛速發(fā)展和對可持續(xù)建筑的日益重視，新材料、創(chuàng)新設(shè)計理念及環(huán)保政策將共同塑造中國乃至全球建筑行業(yè)的未來。在這一趨勢下，有機(jī)硅材料的角色將變得更加關(guān)鍵，它們不僅將繼續(xù)提升建筑的性能和美觀，還將成為綠色建筑和制造業(yè)轉(zhuǎn)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(shù)創(chuàng)新將持續(xù)為建筑行業(yè)帶來更多新的可能性。生產(chǎn)商將使用回收材料進(jìn)行有機(jī)硅材料再生產(chǎn)，降低整體碳排放。例如，陶氏和Circusil LLC將在北美肯塔基州建設(shè)首個商業(yè)化有機(jī)硅回收工廠，在有機(jī)硅生產(chǎn)中使用回收材料。跳出傳統(tǒng)有機(jī)硅框架，生產(chǎn)商還將通過納米技術(shù)和聚合物科學(xué)的應(yīng)用，研發(fā)各種混合材料，增強(qiáng)新型環(huán)保建筑（詞條“環(huán)保建筑”由行業(yè)大百科提供）材料在耐候性和環(huán)境適應(yīng)性方面的性能。陶氏作為建筑材料行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)，率先研發(fā)了包括DOWSIL™ 650可剝離防護(hù)涂料和陶熙™375建筑和玻璃嵌入灌封膠在內(nèi)的多款材料，并斬獲AT世界建筑北極星獎。
未來應(yīng)用場景方面，建筑行業(yè)的有機(jī)硅應(yīng)用將會在使用者的安全性與舒適性方面取得進(jìn)一步創(chuàng)新。在未來，有機(jī)硅產(chǎn)品將更加重視提高居住和工作環(huán)境的安全與舒適性。通過技術(shù)創(chuàng)新，如增加抗菌和空氣凈化功能的有機(jī)硅材料，為建筑內(nèi)的居住者和使用者提供更健康的環(huán)境。陶氏推出的可持續(xù)性室內(nèi)裝飾產(chǎn)品將滿足更新迭代的市場需求，并為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展持續(xù)賦能。值得注意的是，未來有機(jī)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(nèi)碳抵消，不斷優(yōu)化建筑幕墻硅酮碳中和服務(wù)，致力于可持續(xù)發(fā)展。
協(xié)同發(fā)展方面，上下游生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同合作是推動未來建筑行業(yè)創(chuàng)新和可持續(xù)增長的關(guān)鍵趨勢。以陶氏的Quality Bond項目和項目管理系統(tǒng)為例，該項目通過聯(lián)合有機(jī)硅產(chǎn)品的制造商、應(yīng)用端用戶和施工單位，建立了一個質(zhì)量和信任的網(wǎng)絡(luò)。同時，陶氏實施的項目管理系統(tǒng)成為提高效率和保證項目成功的關(guān)鍵。這一系統(tǒng)的應(yīng)用不僅提升了項目執(zhí)行的效率，也為整個行業(yè)提供了高效項目管理的范例。展望未來，建筑行業(yè)中，各企業(yè)之間的合作不僅限于傳統(tǒng)的供應(yīng)商和客戶關(guān)系，更拓展到共同研發(fā)、市場推廣和技術(shù)創(chuàng)新等領(lǐng)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(nèi)的機(jī)構(gòu)，都不約而同地將有機(jī)硅的使用作為能否取得認(rèn)證的重要考核標(biāo)準(zhǔn)之一。“雙碳”目標(biāo)下，有機(jī)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(jìn)一步凸顯。
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作者：陳潔 王文開
作者單位：陶氏(上海)投資有限公司
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