高職學生科技創新研究
——以“中國首創超支化水性聚氨酯新材料研究”項目為例

孫偉力，陳凱蓉，周琳琳，梁雯玲

（廣州城市職業學院，廣東廣州 510300）

1 項目研究的意義

1.1 培育創業與研發能力

項目致力于弘揚團隊成員正確的價值觀，厚植家國情懷[1]，恪守倫理規范，培育團隊創新創業精神，開拓化工新材料發展的道路。本項目起步于學校實驗項目，2019 年10 月，成立超能材料團隊，2020 年1 月，導師指導團隊進行超支化水性聚氨酯新材料實驗，2021 年7 月，校企合作為超能團隊共建了1 個創業中心和2 間實驗室；同年10 月，校級創新創業項目立項，2021 年12 月，參加學校開展的創新創業訓練營；2022 年03 月，超能材料團隊與廣東恒和永盛集團有限公司簽訂了合作協議，并于后續確定了初步的投資意向，超支化水性聚氨酯新材料開始投放廣州市場；同年5 月，產品試用用戶反饋良好，項目團隊取得階段性成果。

項目從2019 年成長時期探究材料原理至今，超支化水性聚氨酯新材料歷經研究、突破與發展，團隊致力于推動我國化工新材料發展。項目瞄準的是“技術壁壘”問題，突破國內瓶頸，研發出的產品填補了國內行業空白。

1.2 提升創業團隊素養和塑造力，社會效益明顯

項目以產學研協同為抓手，帶動行業發展，回饋母校、回饋社會[11]。團隊將專業知識與商業知識有效結合并轉化為商業價值和社會價值,同時展現創新創業的基本過程和基本邏輯。

團隊通過開展超能材料技能培訓、化學公開課、化學實踐課、技術講座以及創立新材料項目基地等[10]，為學校設立新材料技術組并提供實習機會，為社會發展貢獻力量，同時為青年樹立榜樣，帶領更多人創新創業。團隊與企業達成合作協議，擴大團隊影響力，逐步發展壯大。團隊對創新創業所需的專業知識、商業知識、行業知識與技能的掌握與應用，充分展現出團隊的創新創業綜合能力。

項目經學校創新創業實訓室和創業中心成功孵化，逐步發展壯大；項目持續聚焦市場痛點，建立超能材料研學基地，帶動就業450 人。超能材料團隊與廣東恒和永盛集團有限公司、廣東大正彩翼涂飾有限公司簽訂戰略合作協議，達成戰略合作，不斷拓展團隊規模，擴大團隊影響力。

2 項目研究背景

水性聚氨酯是一種現代新興的有機高分子材料，因其卓越的性能而被廣泛應用于建筑、化工、3C 電子產品等領域。油性聚氨酯的使用導致生產加工污染大、環境污染大，還會對使用者的身體產生一定的危害。隨著國家各種環保政策的發布，國家鼓勵油性聚氨酯企業轉型生產和研發出環保的水性聚氨酯，目前，市場上的油性聚氨酯應用范圍有限，在部分性能上存在一定的缺陷，如在防腐蝕性能上，油性聚氨酯在防腐蝕實驗中時間普遍不會超過200 h，若將其暴露在空氣中，約半年表面就會被腐蝕，需要反復刷漆維持原狀，其防腐蝕性差；在耐高溫能力方面，材料的耐熱程度也是工業生產中一項重要的性能指標，工業生產的溫度普遍在300 ℃以上，油性聚氨酯最高耐溫為150 ℃，超過150 ℃后就會融化燒毀、揮發。由此可見，油性聚氨酯耐高溫能力弱，且油性聚氨酯含有苯、二甲苯和環己酮等對環境有危害的物質，靜置在空氣中，會分解出大量揮發性有機物，混雜在空氣中污染大氣層，危害人體健康。可見，進行聚氨酯產業革新已迫在眉睫，工業環保是未來中國乃至世界的必然趨勢，聚氨酯的市場潛力巨大，水性聚氨酯是實現碳中和的第一步，因此，市場亟需一款能替代大部分油性聚氨酯，同時性能優于同類水性聚氨酯的產品，超支化水性聚氨酯應運而生。

3 市場痛點

3.1 防腐蝕性能差

經調查研究，油性聚氨酯在防腐蝕實驗中時間普遍不超過200 h，若將其暴露在空氣中，容易遭受酸堿以及空氣中水汽的腐蝕，致使該表面不到半年就會腐蝕、生銹，因此，需要給產品表面重復刷漆以維持原狀。

3.2 耐高溫能力弱

材料的耐熱程度也是工業生產中一項重要的性能指標，只有材料的耐高溫能力足夠強，工業生產的產量和品質才可以有所提升，工業生產的溫度普遍在300 ℃以上，而油性聚氨酯最高耐溫為150 ℃，超過150 ℃后易融化燒毀、揮發，由此可見，油性聚氨酯耐高溫能力弱。

3.3 環境污染大

一些傳統材料已成為大氣VOC（揮發性有機化合物）產生和排放的重要工業污染源，在全球氣溫變暖背景下，揮發性有機化合物已經成為污染環境的重要因素，且市場上的傳統材料大多數含有少量揮發性有毒物質，材料制作以及使用過程中都難以避免對環境造成污染以及對人體健康造成威脅。

4 解決方案

隨著科學技術的發展、人們生活水平及環保意識的提高，國家在重視技術革新、產業發展的同時，項目及研究成果的綠色環保、能實現排放零污染也日益受到重視。我國的航海船舶、軌道交通、3C 電子產品行業領域快速發展并且取得了較大的成就，但是這些領域使用的功能性材料還存在耐高溫能力弱、防腐蝕性能差、環境污染嚴重等問題。功能性材料的開發是材料行業變革的必然趨勢，耐高溫、防腐蝕、綠色環保已成為材料行業開發新產品的必然趨勢。綠色健康產品材料在人們的生活中越來越受歡迎，因此，亟需一種耐高溫穩定性強、防腐蝕性能佳、綠色環保的新材料。

“超能材料——中國首創超支化水性聚氨酯新材料”項目基于此背景應運而生，項目的目標是研發一種耐高溫穩定性強、防腐蝕性能佳、高硬度、高光澤且純綠色環保的超支化水性聚氨酯新材料。

4.1 研發產品介紹

4.1.1 研發產品

超支化水性聚氨酯新材料是對油性聚氨酯技術的突破[21]，促成了超支化技術在水性聚氨酯領域的首次應用，解決了油性聚氨酯防腐蝕性能差、耐高溫能力弱、高污染等問題，是一種防腐蝕性能佳、耐高溫穩定性強、純綠色環保的超支化水性聚氨酯新材料。

4.1.2 研發歷程

研發背景：國家在高職院校大力開展創新創業教育，鼓勵高職在校生參加“互聯網+”大賽和自主創業，是深化高職教學改革，“以賽促創，以創促就”，使高職學生充分就業的重要措施。

2019 年10 月，超能團隊在學校政策支持下正式啟動項目，在進行市場調研，了解當時市場上對材料的需求方向后，在水性材料方面開展進一步研究，正式確定水性聚氨酯材料為主材料。

2019 年11 月，團隊探討如何使水性聚氨酯在耐高溫、防腐蝕性能上實現突破。參考百余篇相關文獻，導師團隊進行多次的探討，與廣東恒和永盛集團有限公司技術顧問深度交流，嘗試將超支化技術首次運用在水性聚氨酯上。2021 年9 月，通過團隊的不斷努力，經過300 多次小試實驗，攻克超支化技術應用在水性聚氨酯方面的難點，確定最佳配比，首次研發出超支化水性聚氨酯新材料。2022 年1 月，完成中試5 次，中試每次產量10 kg 進行測試，隨后進行3 個批次的量產復核，3個批次的量產分別為15 t、30 t、30 t，總共75 t。2022 年3 月，與廣東大正彩翼涂飾有限公司進行戰略合作，客戶檢測使用反饋團隊量產復核批次結果符合預期。

4.1.3 技術分析

研發技術——有機氟/碳納米管復合改性超支化聚氨酯技術[3]，利用接枝反應引入有機氟；在工藝方面，合成過程中嚴格調控溫度，為超支化反應提供最優反應條件；在乳化過程中采用環保技術，加入的三乙胺使共聚物具有親水性，繼而在水里分散成分散體，最后又通過蒸餾工藝循環使用丙酮溶劑，達到水性環保的效果。

4.1.4 技術路線

（1）超支化水性聚氨酯（HBPU）核（Core）預聚物。

在裝有冷凝器、溫度計、攪拌槳、蠕動泵的燒瓶中，加入二羥甲基丙酸、異佛爾酮二異氰酸酯、N-乙基吡咯烷酮等溶液， 攪拌均勻，然后升溫至101 ℃，反應1 h。隨后將燒瓶放置-5～0 ℃的冰鹽浴，滴加DEA（二乙醇胺）的NEP （N-乙基吡咯烷酮）溶液，滴加2 h，繼續攪拌30 min，滴加催化劑DBTDL（二月桂酸二丁基錫），升溫60 ℃，保溫2 h，制得超支化水性聚氨酯核預聚物[5]。

（2）超支化水性聚氨酯（HBPU）。

在裝有冷凝器、攪拌槳和溫度計的四口燒瓶中，加入UH-200 （聚碳酸多元醇）和IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯），101 ℃反應6 h，降溫至80 ℃，加入DPMA（二羥甲基丙酸）的NEP （N-乙基吡咯烷酮）溶液、NPG（新戊二醇）和催化劑DBTDL（二月桂酸二丁基錫），升溫至101 ℃，反應4 h，反應過程加入適量丙酮降低粘度，降溫至75 ℃，加入HEMA（甲基丙烯酸羥乙酯）和ACNT（氨基化碳納米管），反應1.5 h，加入步驟1 得到的超支化水性聚氨酯（HBPU）核（Core）預聚體，反應3 h，降溫至35 ℃左右，加入TEA（三乙胺）中和，加水快速攪拌30 min，加入EDA（乙二胺）水相擴鏈，負壓（0.5～0.8 MPa）抽真空，脫出丙酮，得到超支化水性聚氨酯分散體和有機氟改性超支化水性聚氨酯（HBPU-F）。工藝流程見圖1。

圖1 配方工藝流程

4.1.5 技術創新

（1）配方創新。

超支化預聚體+復合材料，在水性聚氨酯的制作材料基礎上添加有機氟，通過攪拌與其他物質進行結合反應，所生成的物質就可以獲得良好的防腐性、耐紫外線和耐化學品性。“氟還具有耐高溫的性質，將氟原子引入水性聚氨酯的側鏈后，含氟基團會向水性聚氨酯的表面進行聚集，對內部化學結構起到保護作用”[6]，從而獲得性能良好的聚合物材料，并且引入的碳納米管能提高材料的力學性能、熱性能。

（2）技術創新。

首次將超支化技術運用在水性聚氨酯，豐富末端官能團，使其擁有更多性能。從一個中心核出發，不斷進行反應；支鏈不斷擴大，進行超支化反應，在超支化過程中引入有機氟與碳納米管，提高其疏水性，賦予其防腐蝕和耐高溫性能。在聚合物的主鏈或者支鏈中引入氟元素，主鏈聚合物溶解作為支鏈的單體，然后在指定條件下進行接枝反應，就能得到有機氟改性接枝共聚物，提升超支化水性聚氨酯新材料的耐高溫和防腐蝕性能[7]。

（3）工藝創新。

通過合成工藝改變傳統合成路線的溫度，嚴格調控反應溫度，經過調試，最終確認超支化反應的最優溫度[8]；使用環保工藝，循環利用丙酮，使超支化水性聚氨酯達到水性環保更綠色的效果。采取自乳化工藝，在其中加入三乙胺使其中和聚合物更具有親水性，在水里分散成分散體，最后又通過蒸餾工藝脫出里面的丙酮溶劑，達到水性環保的目的。脫出的丙酮會被回收，再次重復利用，不會排放到空氣中，在做到零排放有機蒸氣不污染環境的同時，達到循環生產、節約資源的效果。

4.2 產品性能

中國首創超支化水性聚氨酯新材料順應國家油轉水技術政策而生，是對油性聚氨酯技術的突破，是在水性聚氨酯領域的首創技術，解決了油性聚氨酯耐高溫能力弱、防腐蝕性能差、硬度低、高污染等問題，在應用層面首次成功研發出了耐高溫穩定性強、防腐蝕性能佳、硬度高、綠色環保的超支化水性聚氨酯新材料。

超支化水性聚氨酯是一種含有多元醇及不飽和雙鍵，具有特殊功能的高分子新材料，與市面上的油性聚氨酯相比防腐蝕性能提高了15 倍、耐高溫性能提高了5 倍以上，生產符合GB/T 19250-2013 標準。

4.3 應用領域及競爭優勢

超支化水性聚氨酯是耐高溫穩定性強、防腐蝕性能佳、綠色環保無污染的新材料。油性聚氨酯耐高溫穩定性差，僅能承受150 ℃的溫度，而超支化水性聚氨酯能承受500～800 ℃高溫，性能提高了5 倍以上。為順應國家與社會需求，團隊竭力研發高性能的水性聚氨酯，經過不斷努力，成功研發出了一種耐高溫穩定性強、防腐蝕性能佳、純綠色環保的超支化水性聚氨酯新材料。油性聚氨酯是以溶劑為介質，且溶劑中含有許多有毒害物質，一旦生產過程中溶劑揮發，這些有毒物質會排放到空氣中污染環境，而超支化水性聚氨酯以水為介質，綠色環保無污染，應用范圍廣泛。

4.3.1 航海船舶

經研究發現：航海船舶防腐蝕性差，原因是其表面使用了油性聚氨酯進行涂抹，且油性聚氨酯在防腐蝕實驗中時間普遍不超過200 h，若將其暴露在空氣中，該表面約半年就會被腐蝕，需要反復刷漆維持原狀，防腐蝕性差。超支化水性聚氨酯耐酸堿、耐候性能佳，其防腐蝕性能力強，防腐蝕性達3 000 h（45 年），性能提高15 倍，減少了因自然環境、人為等因素造成的涂層腐蝕、脫落等危害。

4.3.2 軌道交通

交通工具經常日曬雨淋且在使用時會不斷發熱，為了解決這一問題，鐵軌鏈接與地軌接觸的地面材料可利用超支化水性聚氨酯，將超支化水性聚氨酯與其他基礎材料結合，比普通材料更加耐高溫，同時，可以解決其他的材料在暴曬與強暴雨等惡劣天氣環境下的腐蝕以及運輸工具在運行時發熱等所產生的問題[9]。

4.3.3 C電子產品

21 世紀以來，手機已成為生活必需品，手機的耐摔性和光澤度一直是用戶挑選手機品牌的重要參考指標。超支化水性聚氨酯新材料有著高硬度、光澤度高且耐油耐磨等優點，在滿足客戶多需求的同時，帶給客戶更好的體驗。

5 市場前景預測

本團隊產品定位為中高端客戶，價格定位為5萬元/ t，通過線上線下銷售，為了占領市場，實施購買10 t 9.5 折，20 t 9 折，50 t 以上8 折，經銷商8 折優惠，以優惠價格、高質量來吸引客戶，通過廣告、加盟銷售商等方式繼續推廣，第一年預計銷售155 t 超支化水性聚氨酯新材料，第二年預計銷售375 t，第三年預計銷售750 t、第四年預計銷售1 500 t，第五年預計銷售4 500 t。

5.1 店鋪實現直銷

公司人員密切關注并跟蹤全國各市場水性聚氨酯材料的發展趨勢，做好登記與反饋。各店鋪做好宣傳與推銷工作，在各地開設連鎖店，拓寬超支化水性聚氨酯新材料市場，以確保直銷工作的順利開展。

5.2 網店經銷商實現代銷

通過使用網店代銷，由經銷商替團隊銷售產品，使新材料被更多客戶所熟悉和購買。同時，利用公司官網、行業網站、短視頻平臺等各網站進行推廣，讓真正對產品感興趣的潛在客戶了解產品或服務信息，縮短交易流程。

5.2.1 前期：適當給經銷商降低價格

前期，團隊可適當降低新材料的價格，給經銷商和客戶提供精美的產品圖片和多種規格，使經銷商有一定的利潤空間，使經銷商有和團隊長期合作的欲望，進而發展更多的經銷商，提升整體收益。

5.2.2 中后期：讓出少部分股權

如果公司中后期門店也能順利開設，發展更多的經銷商，團隊可以給予有意愿入股的經銷商以現金或其他資產換取公司部分股權，當市場上具有渠道優勢的幾家經銷商成為公司股東后，公司盈利時，它們將按持股比例獲取更多利潤，這樣能有效提高經銷商銷售工作的積極性，在很大程度上提高盈利能力、降低財務風險。

5.3 與各類產品合作

新材料以防腐蝕性能佳、耐高溫穩定性強為主要優勢，這種超支化水性聚氨酯新材料不僅可以用在家具上，還能用于各類汽車、航海船舶、手機殼、核電站等以及建筑物內外墻上。團隊和各類產品制造商合作，提供防腐蝕性能佳、耐高溫穩定性強、綠色節能環保的超支化水性聚氨酯新材料，在合作推廣的過程中使超支化水性聚氨酯材料融入各個領域，被更多的人所熟知。

5.4 線上線下推廣

線上利用行業網站、短視頻平臺、微信公眾號、論壇等進行產品推廣；線下參加行業展會，如國際聚氨酯展覽會、國際海洋新材料展會，打響產品品牌，開拓國際市場。

6 財務狀況分析

6.1 股本結構

團隊項目研發實施情況良好，超支化水性聚氨酯新材料不僅具有耐高溫、防腐蝕、高硬度、高光澤等特點，還有無毒無味、無環境污染、耐老化、耐摩擦等優點，具有極大的經濟效益和長遠的發展空間，適合擴大再生產。

創業團隊預計投入42%的資金用于產品研發，投入28%的資金用于運營，投入30%的資金用于購置設備。根據公司現狀和未來5 年發展前景及整體盈利情況分析，對公司進行估值，公司估值2 000 萬元，公司技術轉化為專利產權變現后，公司預估值為1.47 億元，財務融資結構如下：創業團隊占總股本的100%，其中核心創始人占總股本的65%，其他創始人占總股本的35%。

6.2 投融資規劃

6.2.1 資金需求

目前，團隊項目尚處于創意階段，項目實施情況良好，項目計劃在2023 年1 月份注冊公司，意向合作伙伴投資或者向投資公司融資200～500 萬元人民幣，擬通過出讓10%～15%公司股權以獲得資金支持。融資將用于：設備投入30%，研發投入42%，運營投入28%。

6.2.2 收入預測分析

公司生產的產品主要是超支化水性聚氨酯新材料，包括50 kg、200 kg、500 kg、1 000 kg 等包裝規格，前兩年每月平均生產產品30 t 左右。第三年后擴大再生產，產量大幅提高，結合公司擴張目標，做出了如下銷售收入預測，未來5 年平均單價及銷售收入如表1 所示。

表1 銷售收入預測表

7 項目特色與社會效益

7.1 提升解決復雜問題的科學思維能力

打破固有思維，以賽促學、以賽促優，團隊成員德技雙修，品學兼優，具有新創業意識。項目充分體現了團隊解決復雜問題的綜合能力和創新思維；在項目推進過程中體現了團隊成員的創新創業精神與能力[12]。

團隊在教師指導下積極將創新創業理論與實踐結合,不斷提高動手能力和思維能力，形成創新意識，全面發展自己。團隊成員具有不同學科背景，碰撞出項目新思維、新亮點，思政融合、德技雙修，向成為“六有青年”目標靠近[15]。團隊成員在參與項目實踐中鍛煉了自我，在校取得一、二、三等獎學金和國家勵志獎學金，積極參加課外學術活動，在中國輕工業聯合會發表論文，不斷突破自我。

7.2 培育、孵化創新創業項目

學校建有1 個國家級實訓基地、1 個國家級協同創新中心、1 個省級公共實訓中心，與廣東恒和永盛集團有限公司等企業共建1 個創業中心、2 個專業實訓室，學校制定政策，提供2 個實驗室、研發設備300 萬元和經費50 萬元，通過講座、訓練營孵化本項目。

學校通過開展創新創業培訓講座，培養學生創新創業能力；通過設立創新創業項目幫扶中心，孵化新材料項目；與企業合作為新材料項目創立研學基地，助力新材料技術發展；為項目提供研發場所、實驗設備和經費，為新材料技術發展奠定堅實基礎[13]。

7.3 帶動就業

超能團隊研發的超支化水性聚氨酯新材料代表新材料未來發展的方向。按照“政策扶持、創業培訓、創業服務”的宗旨[14]，協調工商、稅務等部門貫徹落實就業資金和各項稅費減免政策，以優化創業環境，實現以創業帶動就業。本團隊項目企業預計可直接帶動就業30 人，三年內增長至360 人。創業帶動就業、圍繞產業鏈與供應鏈——通過上下游完整產業鏈間接帶動420 人就業，三年內增長至2 300 人。新材料聯盟200 家企業——直接帶動600 余人就業人數，預計2025 年直接帶動300個就業崗位，間接帶動1 500 個就業崗位[16]。

作為青年一代創新創業主力軍的一員，超能材料團隊正在奮力跑出中國創新的加速度。