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孙媛
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来源:企业供图

863成果转化,衡元高分子正在成为全球领先的湿度管理专家

2021-07-05
早期项目
除了常见的干燥剂,衡元的创新点聚焦在兼具吸湿、放湿的调湿产品。

【猎云网(微信:ilieyun)上海】7月5日报道(文/孙媛)

近年来,大众和投资人给予“卡脖子”的科技创新产业很多关注,其实在更广泛的领域内,还有大量中国企业在默默努力研发创新,将科研成果转化到产业应用,逐渐取代进口产品,走到了全球细分行业的前沿。

湿度管理,这是一个关注度低,但影响到各行各业产品工艺提升的细分赛道。在中国,高分子材料科学的研发急速前行,目前在技术研发、产业化等方面已经成为全球优等生。

上海衡元高分子材料有限公司就是国内专注研发调湿材料的企业。这家成立于2002年,以复旦大学高分子科学系为技术依托的创业公司,在创始人沈跃华的带领下,走出了一条产学研相结合的科研工作者创业之路。

从干燥剂到双向调湿材料,衡元产品遍布三大领域

各行各业的产品只要有包装或者储存这样微环境的需求,就对湿度有一定要求。沈跃华表示,除了常见的干燥剂,衡元的创新点聚焦在兼具吸湿、放湿的调湿产品。

“目前来说大部分行业都是防潮为主,最常用的就是食品、药品、电子产品、集装箱运输。这些在包装运输过程当中都需要防潮。而随着一些行业需求的提升,对湿度范围的精准要求开始涌现。”

沈跃华表示,不少细分行业对湿度存在刚需,衡元的双向调湿产品应用在众多领域:文博、4G/5G基站、新能源车充电桩、烟草、实验室和制造业等。在2010年世博会期间,衡元为中国馆的青铜器和墨西哥馆的油画提供湿度保护。“以前都是进口产品,后来做了研发之后,从十一五计划到十三五计划都开始慢慢在文物的展柜以及库房里面用国产的调湿产品。”

衡元的产品还可以为基站的凝露问题带来更好的解决方案。温差导致金属箱内形成凝露,大量凝露对电器设备形成损害,造成安全隐患。目前常见解决方案是通过加温的方式防止凝露的产生。

采用衡元高分子调湿片后,温度低时吸收水分,温度高时把水分缓慢释放到空气中。不需要利用电力加温,符合节省能耗,减少碳排放的刚需目标。

面向基站的产品,衡元从2017年开始研发,已经进入标准化产品生产阶段。“5G基站能耗更厉害,温差更大,所以调湿就在5G里面变成一个标配。”

同样的需求也存在于电力柜、新能源车的充电桩,湿度过高有凝露就容易跳闸,甚至会发生漏电等大事故。这就对于干燥剂或者调湿材料的需求变高,此时干燥剂和调湿剂的不同也就显现。

“干燥剂不容易释放湿度,以单向吸湿为主,而调湿材料不仅能实现精准的湿度值,而且在一定的温度或者湿度的空气中,非常容易实现吸湿和放湿的双向湿度调节功能。这就是为什么干燥剂无法取代调湿剂的原因。”

另外一个广阔的市场来自于欧美国家大麻产品的合法化。大麻产品对于保持精准湿度要求很高,大麻内的某些成分会随着湿度的变化而发生变化。在这个行业,从农场生产、存储、成品加工,都需要不同形态双向调湿材料。

用国货取代进口,衡元优势几何

过去,无论是国内的文博产业还是国外的烟草行业,都采用海外品牌,而衡元的科研成果彰显了国货的竞争力。

以文博为例,过去,日本Artsorb和德国的Prosorb的产品都是颗粒状的硅胶产品,需要包在一个袋子里或者装在盒子内,放在展示柜中也会显得和展品格格不入。衡元调湿片的形态是纸片状的,不占用多余空间,可以隐蔽到展柜隔层。

其次是性价比。尽管文物价值连城,但国外产品的大量使用,会造成巨额的成本投入,国产替代进口让博物馆能节省很大一笔预算。

在绿色环保方面,衡元的产品基于植物纤维,是环保可降解的,不会给环境造成污染。而国外的产品主要是硅胶类的材料,二氧化硅使用完后无法降解,也会给环境造成负担。

在文物库房的应用场景中,衡元更是把调湿产品做成了瓷砖的形态,贴在墙的四周或吊顶来使用。

过去,库房调湿主要都是日本品牌,作为行业研究40年的老大哥,日本率先用调湿建材来减少库房能耗,让文物湿度波动范围小。

但不容忽视的是,根据日本博物馆的库房标准,不仅对调湿板材的施工要求严苛,而且对库房自身的密闭性要求也很高。而中国博物馆的老库房通常没有那么好的密闭性,在这种情况下,日本调湿板材的湿容量较低,达不到理想效果。而衡元产品的优势就凸显出来了,不仅湿容量大,且简便的施工要求,更适合中国的博物馆库房的现状条件。

沈跃华表示,作为调湿材料来说,最主要的性能就是湿容量。日本产品是天然的无机物组成,所以吸放湿容量很有限,而衡元的产品是在天然的多孔结构里加入了功能性复合材料,从而湿容量达到天然材料的近4倍。当然,沈跃华也表示,对于相同材质的多孔结构基材,湿容量应控制在一定的范围,而不是越高越好,主要取决于多孔结构的锁水能力。所以,功能复合材料与基材的组合也正是沈跃华的核心专利技术。

同时,从性能上,衡元调湿材料因为功能性复合材料的加入,吸放湿速度快。无论是初始“预调”,还是“动态平衡”过程,衡元产品对湿度的响应速度远远快于日本产品,能快速将库房内湿度调节到目标值。

“日本的天然矿物质材料需要空调来进行预调。比如库房要达到50湿度,首先一定要装上空调,开7天,之后空调就可以间歇暂停工作,将湿度保持在一定范围内。除非门开了或者有空气交换才打破这平衡。但衡元的产品本身就能提供精准的湿度,再加上吸放湿速度快,在库房温湿度达标的前提下,空调开启时间大大缩短,帮博物馆库房节省大量电费。”

最后,在施工安装上,衡元材料更是“因地制宜”。

沈跃华表示,衡元为不同场景量身定制不同产品。“我们是比较垂直细分的行业,所以专业性要求较强,不同的应用场景产品也不同,对标的产品也不同。”

在文物展柜里,衡元提供纸片类调湿产品,可以放在展柜抽屉,而在库房,调湿产品又可以像瓷砖一样贴起来。

随着衡元的调湿产品越来越被市场所知,2015年海外商家更是通过网络找到了沈跃华,要求定制雪茄大麻保存所需的精准调湿配方,衡元便由此打开了海外市场。

但是,调湿材料在文物行业和烟草行业还是有较大的不同,新的市场意味着新的挑战。文物要求调湿材料不能有挥发性离子,所以必须使用非离子的组合物配方;而烟草虽然是同样的湿度需求,但要求湿容量大且调湿响应快,那含离子的组合物配方是优选。因此,基于市场应用的组合物配方的选择,也是沈跃华的核心专利技术之一。

在大麻行业,种植商收割了大麻花后,先进行干燥然后将其放在一个相对密闭的袋子或其他容器里面进行调湿。目前使用的产品都是袋装液体状的调湿剂,例如Boveda和Boost,它们都存在两个痛点:1)无论放几包,与大麻花的接触面积有限,导致调湿均匀度不好,大麻花品质就受到影响。2)液体漏包的不安全隐患,一旦漏液,就会污染烟草产品,给种植商造成损失。

因此,衡元在储存大麻的袋子里设计了一个隔层,让整个袋子的内壁都布满精准调湿的纸片,如此一来不仅非常安全,而且在这样一个柔性的袋子里面,调湿效果就会非常好。

沈跃华表示,衡元把调湿机理研究透之后,每应用到一个全新行业,都会针对客户需求来选择最合适的配方。“我们的技术成果在于研究了各种物质的调湿机理,然后在不同的调湿机理组合之后可以符合不同需求,即用功能性复合材料配成各种湿度配方,来达到精准的湿度。其中复合材料,包括了无机物和高分子材料。”

从不被认可到企业用户超300家,调湿将成为未来刚需

衡元发展至今20余年,沈跃华一直在研发的路上。第一个十年,沈跃华致力于纤维干燥剂,但对于以硅胶、氯化钙、矿土为材料的干燥剂行业来说,纸片状的干燥剂难被认可。

“刚开始,很多人不接受,说:纸片怎么会是干燥剂呢?”沈跃华笑道,“当时恰巧有一个细分领域,生物试剂中的血糖试纸条,本身包装很小。但是传统的颗粒干燥剂会让包装变得很大,衡元纸片状的干燥剂刚好可以任意裁切。也就是因为这一点点形态上的差异化优势,就让生物试剂这个细分领域成为衡元的主要市场之一。”

沈跃华坦言,在开拓市场、主动销售方面做得比较少,目前调湿产品是创业的第二个十年,这一次,湿度管理在很多行业成为了刚需。

随着各行各业在产品包装方面的质量标准提高,企业逐渐意识到包装仅有防潮是不够的,还需要控制湿度范围,不能太干、也不能太潮。因此市场需求的提升是衡元有机会快速成长的主要理由。

衡元在研发上从未止步,而市场也逐步开始释放需求。“20年前说可降解,可能市场不会理解,但当下,可降解的调湿材料已成为了不少行业的刚需。”

沈跃华表示,衡元产品的价值创新给客户带来了直接和间接的降本增效,是这么多年来客户持续合作的主要原因。

“我们服务过一个艺术库房,他们给客户提供的服务之一是代为储存馆藏产品。如果要让库房24小时温湿度达标,此前是需要24小时开空调,但是通过衡元的库房建材,可以每天只开4小时空调这样的循环模式来实现节电的效果,且湿度和温度都达标。”

衡元的产品施工简单、材料价格比进口产品略低,且服务体验佳,成为了业内不少博物馆、艺术馆选择的替代产品。“日本库房建材产品价格高,博物馆使用得不多,反而是空调的使用率很高。通过使用我们的产品,可以让空调降低启动频率,从而达到节能降本。”

下一个创新,认知的跃迁

据悉,目前衡元也在打造以服务为主的湿度智能管理系统,对于库房、实验室、制造业车间等场景,用IoT的技术来检测湿度,在云端实时监测、预警和调控,从而不断提升智能和节能效果。

沈跃华透露,衡元的智能化系统让客户能够随时随地直观看到数据。温湿度智能服务系统将更多用于工业库房和厂房,随着制造业产业升级,车间对温湿度控制的需求提升,未来针对工业车间、库房和实验室市场的智能管理系统将会有更多的应用落地。对于智能管理平台,衡元按照SaaS的模式来收取服务费。

目前衡元企业客户超300家,沈跃华对猎云网表示,随着除湿产品在各行各业变成刚需,需求量逐年都在两位数的增长。但当下90%以上除湿产品还是以传统的颗粒的硅胶和氯化钙为主,竞争虽激烈,几千家供应商应用市场却很分散。同样是对“湿度”的管理,衡元的调湿产品可以说是除湿产品的一个升级,除湿和调湿一字之差,体现的是认知上的差异。

在沈跃华看来,除湿和调湿就是产品对湿度需求的不同阶段,未来行业的趋势一定是双向调湿占比更大。

让中国调湿品牌走向世界,衡元要用实践走出一条产学研之路

在研发过程中,沈跃华都是从行业的实际应用场景出发,基于不同调湿机理的研究,从而提出各种“跨界”组合的解决方案,包括配方、吸附基材、包材、及工艺的各种组合创新。在沈跃华看来,创业以来一直都在带领团队攻克各种各样的行业应用难题。

2008年,沈跃华申请863项目“关于新型可降解纤维调湿材料的研究和产业化”,衡元高分子成为了复旦大学产学研基地,研发出第一代产品。

在和科研院校合作第二代配方升级期间,沈跃华又读了化学工程博士。同时,也把公司的骨干员工送去进修学历,在她看来,这就是属于衡元特色的产学研之路。

2010年,沈跃华在文保领域推出了第一代调湿材料,被作为日本和德国产品的进口替代,当时作为科研成果,在2010年的世博会里被用在了中国馆的青铜器和墨西哥馆的油画的保护中。

2015年立项做的调湿建材,则是替代了日本产品,如今有机会参与制定行业标准,并进入更多博物馆库房的新建或改造项目。

作为科研人员创业,沈跃华是幸运的。2019年衡元跟复旦张江研究院联合成立了调湿材料联合研究中心。与此同时,合作院校也可以通过衡元成熟的生产和应用链条来对科技成果进行产业转化。沈跃华表示,研发上一直是通过产学研的方式与外部资源进行合作;销售上目前也组建了9人的核心团队。

从研发到商业化,沈跃华觉得衡元已经准备好了。

衡元设立在崇明富盛开发区的工厂,共三层面积达7000多平方米,集研发生产为一体。

据猎云网发现,衡元工厂现场的5S和可视化体现了精益生产的管理水平。沈跃华表示,这些设备都是自主研发定制,并非是全套的流水线,而是以独立的工序存在,通过组合生产出各类产品,因此属于“柔性生产工艺”。当然这样的流程对于车间工作的员工要求较高,基本所有员工都是“多能工”,在上岗前都会培训每一道工序,目前工人共有28人。

沈跃华表示,衡元的愿景是做全球领先的湿度管理专家,让中国品牌引领世界。同时也想证明,即便没有大量启动资金,科研人员创业也可以走出一条产业化之路。

沈跃华希望未来衡元的材料可以组合智能的采集终端,来实现跟各种动力系统的联动,通过不同应用场景的数据采集,建立数据模型,将节能变得更加智能。

据悉,目前衡元的工厂已成为这套系统的最大样板间,库房、实验室和车间都已投入使用,将温湿度达标和智能节能进行到底。


项目:衡元高分子
公司:上海衡元高分子材料有限公司

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