從企業(yè)專利申請淺談我國緩/控釋肥料的技術(shù)發(fā)展

余愛麗

(國家知識產(chǎn)權(quán)局化學(xué)發(fā)明審查部，北京 100088)

隨著化肥行業(yè)的發(fā)展，化肥企業(yè)之間的競爭也越來越激烈。國內(nèi)外的企業(yè)紛紛尋求新產(chǎn)品、新工藝等來應(yīng)對日益加劇的市場競爭。化肥企業(yè)要?jiǎng)?chuàng)新，要開發(fā)新型肥料，就要走“科技、環(huán)保、高產(chǎn)、高效”之路。緩/控釋肥料能明顯地提高肥料利用率，有效地降低肥料使用量、減少勞動(dòng)強(qiáng)度、減少化肥面源污染，而且具有極其廣闊的應(yīng)用前景和市場需求，因而成為肥料市場的熱點(diǎn)和發(fā)展方向［1-2］。越來越多的企業(yè)開始進(jìn)行緩/控釋肥料的研發(fā)，同時(shí)也加強(qiáng)了對新產(chǎn)品、新工藝等成果和自身的知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。其中對新成果進(jìn)行專利申請是保護(hù)企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)的最有效途徑之一。

在當(dāng)代，衡量一個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、競爭能力已不再僅依據(jù)一些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，更主要的是看這個(gè)企業(yè)在技術(shù)上擁有的實(shí)力［3］。一個(gè)企業(yè)專利數(shù)量的多少從側(cè)面反映了企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新水平，也反映了企業(yè)的綜合競爭能力和可持續(xù)發(fā)展的能力。隨著國家知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略的實(shí)施，化肥企業(yè)逐漸重視知識產(chǎn)權(quán)，保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的意識逐漸增強(qiáng)，肥料領(lǐng)域的專利申請數(shù)量也逐年大幅增長，尤其2007年以后，關(guān)于緩/控釋肥料的企業(yè)專利申請明顯增多。依據(jù)其強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和自主的知識產(chǎn)權(quán)，占據(jù)了較大的市場份額，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文將從企業(yè)專利申請的角度，對我國緩/控釋肥料的定義、分類、企業(yè)專利申請的研究歷史和現(xiàn)狀，及發(fā)展趨勢等作簡要的介紹。

1 緩/控釋肥料的定義和分類

1.1 緩/控釋肥料的定義

廣義上講，緩/控釋肥料是指肥料養(yǎng)分釋放速率緩慢，釋放期較長，在作物的整個(gè)生長期都可以滿足作物生長需要的肥料。但是，狹義上對緩釋肥料和控釋肥料來說又有其各自不同的定義。緩釋肥料(簡稱SRF)又稱長效肥料，主要指施入土壤后轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镉行юB(yǎng)分的速度比普通肥料緩慢的肥料。其釋放速率、方式和持續(xù)時(shí)間不能很好地控制，受施肥方式和環(huán)境條件的影響較大。緩釋肥的高級形式為控釋肥料(簡稱CRF)，是指通過各種機(jī)制措施預(yù)先設(shè)定肥料在作物生長季節(jié)的釋放模式，使其養(yǎng)分釋放規(guī)律與作物養(yǎng)分吸收基本同步，從而達(dá)到提高肥效目的的一類肥料［4-6］。

1.2 緩/控釋肥料的分類

緩/控釋肥料按照加工過程的不同可分為物理型、化學(xué)型和物理化學(xué)型緩/控釋肥料。

物理型緩/控釋肥料就是通過簡單的物理過程處理，使肥料具有緩控性。物理型緩/控釋肥料大多為包膜肥料，如包硫尿素、涂層尿素、包裹肥料、聚合物包膜肥料等。包膜肥料包括無機(jī)包膜型肥料和有機(jī)包膜型肥料，如用硫黃、硅酸鹽、石膏、磷酸鹽等包膜的無機(jī)物包膜緩/控釋肥和用天然高分子、合成高分子、半合成高分子等包膜的有機(jī)聚合物包膜緩/控釋肥。

化學(xué)型緩/控釋肥料是直接或間接地將其連接到預(yù)先形成的聚合物上，構(gòu)成一種新型組合物，其釋放速率取決于組合物鍵的性質(zhì)、立體化學(xué)結(jié)構(gòu)疏水性、降解難易程度和交聯(lián)程度等;養(yǎng)分釋放機(jī)理比較復(fù)雜?；瘜W(xué)型緩/控釋肥料主要包括化學(xué)合成緩/控釋肥料和化學(xué)抑制型緩/控釋肥料?；瘜W(xué)合成緩/控釋肥料主要包括:①難溶性有機(jī)化合物，包括脲甲醛、丁烯叉二脲和草酰胺;②水溶性難降解化合物，如異丁叉二脲等;③低溶性無機(jī)鹽，如磷酸鎂銨等?；瘜W(xué)抑制型緩/控釋肥料主要是通過添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑等調(diào)節(jié)土壤微生物的活性，減緩尿素的水解和對銨態(tài)氮的硝化—反硝化作用，從而達(dá)到肥料氮素緩慢釋放和減少損失的目的。物理化學(xué)型緩/控釋肥料是綜合了物理和化學(xué)方法對目標(biāo)肥料進(jìn)行處理，其養(yǎng)分釋放機(jī)理較為復(fù)雜，不僅包括化學(xué)過程同時(shí)也包括物理過程［1-4］。

2 緩/控釋肥料專利申請的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

我國緩/控釋肥料的研究方面起步較晚，可追溯到20世紀(jì)70年代。緩/控釋肥料自20世紀(jì)90年代以來才在我國農(nóng)業(yè)、肥料制造業(yè)等行業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域備受關(guān)注。緩/控釋肥料的研發(fā)不僅集聚了我國該領(lǐng)域的大部分科研人員和產(chǎn)業(yè)化機(jī)構(gòu)，而且我國緩/控釋肥料等新型高效肥料的研究與產(chǎn)業(yè)化也正在積極推進(jìn)［5，7，8］。自中國專利法從 1985 年 4 月 1日開始實(shí)施到如今，關(guān)于緩/控釋肥料的企業(yè)專利申請歷經(jīng)了二十幾年，筆者根據(jù)企業(yè)專利的申請情況，將我國化肥企業(yè)對緩/控釋肥料的研究劃分為三個(gè)階段。

2.1 企業(yè)申請緩/控釋肥料專利初期階段

在初期階段(20世紀(jì)80年代到90年代末)，在我國進(jìn)行關(guān)于緩/控釋肥料的企業(yè)發(fā)明專利申請的數(shù)量不多，僅為20多件，其中國外申請者居多，有10多件;而國內(nèi)的企業(yè)申請僅有8件。這些國外企業(yè)主要集中在美國、日本和德國，如美國的?？松芯颗c工程公司、萊斯科技術(shù)公司、阿冶樂西技術(shù)有限公司和OMS投資公司;日本的窒素公司和德國的K+S股份公司。其中緩/控釋肥料以聚合物包膜為主，例如聚醚多元醇包膜、磺化聚合物包膜、環(huán)氧聚合物底涂層等。而國內(nèi)企業(yè)則主要是廣州氮肥廠、江蘇省盱眙縣磷肥廠、南京化學(xué)工業(yè)(集團(tuán))公司永大實(shí)業(yè)公司、四川省綿陽市新皂化工總廠、河北省滄州大化集團(tuán)有限責(zé)任公司等。表1列舉了部分企業(yè)的專利申請。

表1 20世紀(jì)80年代到90年代末部分國內(nèi)企業(yè)的專利申請

這段時(shí)期內(nèi)，我國企業(yè)申請的專利很少，究其原因有兩個(gè)方面:其一是我國專利法實(shí)施時(shí)間不長，企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識很淡薄，沒有積極地將新成果進(jìn)行專利申請;而國外企業(yè)的專利保護(hù)意識很強(qiáng)，在80年代末就進(jìn)入中國進(jìn)行專利申請;其二是我國當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況所決定，我國的緩/控釋肥料的研究主要以大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)為主，20世紀(jì)70年代中期以后國內(nèi)化肥企業(yè)主要采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)大化肥，對開發(fā)新產(chǎn)品的科研投入不足，即使有少量的新技術(shù)也是“肥包肥”的緩釋肥料，因而企業(yè)對緩/控釋肥料的研究工作是很薄弱的。

2.2 企業(yè)申請緩/控釋肥料專利成長階段

在成長階段(從2000年至2006年底)，我國關(guān)于緩/控釋肥料的企業(yè)發(fā)明申請量有一定的增加，有50多件，其中國內(nèi)企業(yè)占大多數(shù)，國外企業(yè)較少。關(guān)于緩/控釋肥料的申請內(nèi)容不僅包括無機(jī)物包膜緩/控釋肥和有機(jī)聚合物包膜緩/控釋肥，還包括一些加入緩釋劑(如硝化抑制劑或脲酶抑制劑)的緩/控釋肥料;其中膜材料的選擇上有硫黃、硅酸鹽、石膏、磷酸鹽;天然高分子如蠟、纖維素、淀粉、木質(zhì)素等;合成高分子如雙環(huán)戊二烯與甘油酯的共聚物及橡膠粉、含烴類蠟和聚合物和半合成高分子等。其中申請專利較多的國內(nèi)肥料企業(yè)有:上海漢楓緩釋肥料有限公司、深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司、天津市漢沽區(qū)福祥肥料加工廠等。另外，還有許多其他企業(yè)也進(jìn)行這方面的研究工作。表2簡單地列舉了該階段部分企業(yè)的專利申請。

表2 從2000年至2006年底部分國內(nèi)企業(yè)的專利申請

這個(gè)階段，企業(yè)申請的專利包括緩/控釋肥產(chǎn)品、生產(chǎn)方法或工藝，主要研究工作集中在以下幾各方面:無機(jī)類或高分子控釋材料的選擇和包膜工藝技術(shù)、轉(zhuǎn)化抑制劑型的穩(wěn)定氮肥、添加各種穩(wěn)定劑的長效氮肥和尿素涂層技術(shù)。這段時(shí)期，隨著中國加入世貿(mào)組織，企業(yè)逐漸加強(qiáng)了對知識產(chǎn)權(quán)的認(rèn)識，也逐漸開始注重和加強(qiáng)自身知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。隨之，企業(yè)專利申請的數(shù)量有一定的增加，關(guān)于緩/控釋肥料的企業(yè)申請也增多。從企業(yè)申請專利數(shù)量的增多，可以看出企業(yè)在緩/控釋肥料的研究有一定的進(jìn)展。企業(yè)在緩/控釋肥料研究上已不局限于包裹或涂層，而在物理、化學(xué)、物理化學(xué)型的緩/控釋肥料領(lǐng)域均有涉及。雖然各個(gè)肥料企業(yè)的研究工作都有了一定的進(jìn)展，但是現(xiàn)階段我國關(guān)于緩/控釋肥料的研究仍是以研究機(jī)構(gòu)為主，同時(shí)也初步出現(xiàn)了科研單位與企業(yè)聯(lián)合研究的模式，并且這些技術(shù)的工業(yè)化程度普遍不高，創(chuàng)新點(diǎn)不夠突出，原創(chuàng)性不夠，產(chǎn)業(yè)化程度也不大。

2.3 企業(yè)申請緩/控釋肥料專利快速發(fā)展階段

從2007年開始，我國關(guān)于緩/控釋肥料的企業(yè)申請量逐年較快增加，其中國內(nèi)企業(yè)占絕大多數(shù)，國外企業(yè)還是很少。緩/控釋肥料的研究主要是采用各種高分子材料在顆粒肥料的表面制備控釋膜上的研究，這仍然是市場研究的熱點(diǎn)。在此技術(shù)路線下，國內(nèi)開發(fā)出多種高分子聚合物包膜肥料，這些技術(shù)采用流化床噴涂包膜工藝，開發(fā)出流化床控釋肥料包膜技術(shù)。該技術(shù)能夠有效的控制肥料養(yǎng)分的釋放期，盡量達(dá)到肥料的養(yǎng)分釋放速率與目標(biāo)作物的養(yǎng)分需求規(guī)律相匹配的最佳要求。但是從生產(chǎn)成本和技術(shù)穩(wěn)定性來看，目前都還不能完全實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。專利申請的企業(yè)主要是集中在國內(nèi)最大的緩/控釋肥料企業(yè)——山東金正大生態(tài)股份有限公司，該公司的專利申請不僅包括膜材料的研究如硫黃、熱塑性樹脂、熱固性樹脂、環(huán)氧樹脂、水性聚合物包膜劑、水性聚合物—石蠟雙層包膜、水性聚合物—硫雙層包膜等，還包括工藝流程產(chǎn)業(yè)化的研究;同時(shí)還包括在一系列大田作物和經(jīng)濟(jì)作物等上的專用包膜摻混型緩/控釋肥料，如棉花、小麥、水稻、花卉、果樹等專用控釋肥。這些專用控釋肥料的組分中均涉及的熱塑性樹脂包膜尿素、硫加高分子聚合物包膜尿素、熱塑加熱固雙層包膜尿素等。目前該公司獲得授權(quán)的專利達(dá)90多件。除了山東金正大生態(tài)股份有限公司之外，還有許多其他企業(yè)也在緩/控釋肥料方面進(jìn)行研究，并且進(jìn)行了專利申請，如煙臺昊峰有機(jī)肥料有限公司申請的“以殼聚糖包膜的控釋肥料”(ZL200710013267)、山東九州生物技術(shù)開發(fā)有限公司申請的“以腐殖酸基質(zhì)緩釋控釋技術(shù)”(ZL200710016898)等，在此不一一列舉。

本階段，肥料企業(yè)在緩/控釋肥料研究中所涉及的技術(shù)開始變得廣泛，不僅包括膜材料的篩選、新工藝、轉(zhuǎn)化抑制劑型的穩(wěn)定氮肥等的繼續(xù)深入研究開發(fā)，還包括系列專用包膜摻混型緩/控釋肥料的研制。這些研究與開發(fā)標(biāo)志著我國緩/控釋肥料技術(shù)的研究已邁出較大的步伐，正在快速地發(fā)展壯大。該階段中所研制的部分緩/控釋肥料產(chǎn)品已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品的含金量逐漸加大。然而大部分產(chǎn)品與國外產(chǎn)品還有一定的差距，整體水平不高，另外配套設(shè)備的開發(fā)相對薄弱。這個(gè)階段，我國緩/控釋肥料的企業(yè)專利數(shù)量有大幅度的增加，說明企業(yè)在緩/控釋肥料的研究中的主體作用日益凸顯。這主要得益于國家政策的重視和科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目等的支持，而且我國的緩控肥企業(yè)能抓住時(shí)機(jī)，大力發(fā)展緩/控釋肥料技術(shù)，積極創(chuàng)新取得了豐碩的科技成果;同時(shí)部分企業(yè)也愈發(fā)重視知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，將自主研發(fā)的技術(shù)進(jìn)行專利申請加以保護(hù)，不僅申請保護(hù)核心技術(shù)，而且還申請保護(hù)外圍技術(shù)，從而形成堅(jiān)實(shí)的專利保護(hù)壁壘。另外，緩/控釋肥料企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化也加快了發(fā)展的步伐。

總之，與國外同類技術(shù)相比，我國緩/控釋肥料行業(yè)的發(fā)展時(shí)間較短，僅30多年;而我國的企業(yè)申請專利更短，也才20多年的歷史。從企業(yè)申請專利的數(shù)量與申請的技術(shù)來看，緩/控釋肥料的研發(fā)方面取得了較快的發(fā)展，科研技術(shù)成果日趨成熟，特別是某些包膜材料及工藝流程等關(guān)鍵技術(shù)等方面已達(dá)到或領(lǐng)先于國際先進(jìn)水平。

3 緩/控釋肥料的技術(shù)發(fā)展展望

雖然我國企業(yè)研究緩/控釋肥料取得很大的進(jìn)步，但是國內(nèi)緩/控釋肥料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展相對落后。目前，影響緩/控釋肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特別是大田作物上廣泛應(yīng)用的主要問題是肥料價(jià)格偏高，究其原因主要是控釋材料的價(jià)位高，工藝成本高、設(shè)備規(guī)模較小等。研究緩/控釋材料是開發(fā)緩/控釋肥料的關(guān)鍵，進(jìn)一步開發(fā)新型、高效、廉價(jià)的包膜材料和簡單易行的生產(chǎn)工藝成為發(fā)展緩/控釋肥料的首要目標(biāo)。選取一些天然有機(jī)物如纖維素、木質(zhì)素、腐殖酸等制成包膜材料以及篩選環(huán)境友好的土壤脲酶抑制劑、硝化抑制劑等新材料作為膜材料，均具有一定的發(fā)展?jié)摿涂臻g。另外，在生產(chǎn)過程中，減少對環(huán)境的污染，也成為緩/控釋肥料的一個(gè)必要條件，選擇高分子聚合物為主的復(fù)合型緩/控釋材料必須具有可降解性和可控的養(yǎng)分釋放，并且溶劑要求必須是無毒、高效和經(jīng)濟(jì)的。另外，需要研究一些控釋新工藝、配套新設(shè)備以滿足工業(yè)產(chǎn)業(yè)化的需求。

從企業(yè)申請專利數(shù)量的增加，可以看出我國企業(yè)逐漸成為研究緩/控釋肥料的主要力量。企業(yè)可以充分利用專利信息來跟蹤國際研究前沿的同時(shí)，結(jié)合我國化肥工業(yè)生產(chǎn)與使用所存在的問題，開發(fā)出符合我國國情和實(shí)際生產(chǎn)的有價(jià)值的產(chǎn)品。另外，緩/控釋肥料是一種新型肥料，需要多學(xué)科交叉研究、需要不同領(lǐng)域的研究者合作，否則很難集成一項(xiàng)高科技含量的研究成果。企業(yè)需要加強(qiáng)與科研院所的交流，更要加大研發(fā)投入，包括資金和人力上的投入，從而提高緩/控釋肥料的技術(shù)含量，積極開發(fā)出自主創(chuàng)新產(chǎn)品，依據(jù)其強(qiáng)有力的技術(shù)實(shí)力和自主知識產(chǎn)權(quán)，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，同時(shí)推動(dòng)我國緩/控釋肥料的技術(shù)發(fā)展。

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