聚氨酯橡膠專利分析

宋聰雨

一、引言

聚氨酯橡膠（PUR），也稱聚氨酯彈性體，是一類在分子鏈中含有較多的氨基甲酸酯（-NHCOO-）特性基團的彈性聚合物材料，是一種既有橡膠彈性又有塑料熱塑性的高分子材料。聚氨酯橡膠最大的特點是在硬度范圍內(nèi)（邵氏A10至邵氏D75度）保持較高的彈性（伸長率可達400%～1 000%），耐磨性卓越（約為天然橡膠的3～10倍），有良好的機械強度、耐油性和耐臭氧性，低溫性能也很出色。由于聚氨酯橡膠具有非常良好的綜合性能，因此應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、國防等各個方面：在礦山、冶金等行業(yè)的應(yīng)用，如篩板、搖床等；在機械工業(yè)方面的應(yīng)用，如膠輥、膠帶、密封件等；在汽車工業(yè)方面的應(yīng)用，如輪胎、密封圈等；在輕工業(yè)方面的應(yīng)用，如聚氨酯鞋底料、聚氨酯合成革、聚氨酯纖維；在建筑工業(yè)方面的應(yīng)用，如防水材、鋪裝材、灌封材等。

本文研究采用的數(shù)據(jù)庫是中國專利數(shù)據(jù)庫（CPRS）和外文專利檢索系統(tǒng)（EPOQUE）外文數(shù)據(jù)庫，其中EPOQUE系統(tǒng)中使用了德溫特數(shù)據(jù)庫（WPI）作為數(shù)據(jù)檢索的主要來源庫。

二、聚氨酯橡膠全球?qū)＠治?/p>

截至2014年10月，在德溫特WPI數(shù)據(jù)庫中檢索到涉及聚氨酯橡膠的全球?qū)＠暾埞灿?5 333項。

1.專利申請趨勢分析

從全球聚氨酯橡膠專利申請趨勢（圖1）可以看出，20世紀60年代以前，聚氨酯橡膠只有零星的專利出現(xiàn)，因為在合成橡膠的發(fā)展和應(yīng)用過程中，對聚氨酯橡膠的開發(fā)應(yīng)用時間較晚。1942年，德國Dynamit Nobel A G的H. Pinten使用合成的聚己二酸型聚酯多元醇和異氰酸酯反應(yīng)，首先生產(chǎn)出類似橡膠的聚合物，稱為“I-Rubber”。到1950年，德國拜耳公司和英國ICI公司相繼發(fā)表聚氨酯橡膠生產(chǎn)的有關(guān)技術(shù)和消息，初步實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)（但是由于該年代的專利數(shù)據(jù)在德溫特數(shù)據(jù)庫中沒有收錄，因此在圖1中未體現(xiàn)1950年之前聚氨酯橡膠的專利申請情況）。在20世紀60年代以前的零星專利中，申請人集中在拜耳公司、杜邦公司、美國固特異輪胎橡膠公司、鄧祿普公司、英國ICI公司等業(yè)內(nèi)耳熟能詳?shù)男袠I(yè)巨頭中，這些公司的研發(fā)歷史和實力可見一斑。

聚氨酯橡膠的發(fā)展速度很快，從1960-1992年左右，聚氨酯橡膠的專利呈穩(wěn)步增長的趨勢，這是因為其優(yōu)異的性能得到了業(yè)內(nèi)的認可，應(yīng)用范圍越來越廣。各先進的工業(yè)化國家投入了較大的人力、物力和財力，進行了大量的研究工作，單從美國一個國家統(tǒng)計，在1955-1985年內(nèi)，其產(chǎn)量增長了約260倍。與此相對應(yīng)，專利申請量也由1960年的10項增加到了1992年的498項。

與其他基礎(chǔ)領(lǐng)域的專利申請趨勢類似，受1990-1992年海灣戰(zhàn)爭影響，20世紀90年代前期聚氨酯橡膠的專利申請量有下滑趨勢。從1996年開始，隨著汽車、高速公路、高鐵和新能源行業(yè)的發(fā)展，又給聚氨酯橡膠帶來了新的契機，業(yè)內(nèi)對其改性及應(yīng)用的研發(fā)投入持續(xù)增長，其專利申請量也繼續(xù)穩(wěn)步增長，至2012年，其年申請量已經(jīng)達到了1 452項。

在聚氨酯橡膠專利申請中，中國、日本、美國、歐洲是4個重點專利申請來源國/地區(qū)，圖2顯示了自1994-2013年該領(lǐng)域全球申請總量及上述4方專利申請量隨年代的變化趨勢。

從圖2（b）中可以看出，近20年中，日本在本領(lǐng)域的專利申請量占據(jù)了絕對的優(yōu)勢，在2001年達到了最高峰的351項。日本聚氨酯工業(yè)的歷史雖然比歐洲國家和美國晚，但是，對聚氨酯橡膠的巨大需求刺激了其對聚氨酯橡膠技術(shù)的研發(fā)，因此日本聚氨酯橡膠的發(fā)展速度非?？欤缫延糜谌毡镜男赂删€中。近幾年，日本的聚氨酯橡膠專利申請量稍有下滑，這與其技術(shù)的日趨成熟分不開。作為研究聚氨酯橡膠最早的國家/地區(qū)，歐洲和美國相關(guān)領(lǐng)域的專利申請量也一直呈穩(wěn)步增長，特別是美國作為生產(chǎn)汽車輪胎的大國，隨著聚氨酯橡膠在輪胎胎面的應(yīng)用日益增多，其專利申請量也隨之增長。2007年，其最高值達到了333項，超越了同年日本的申請量。

中國的聚氨酯橡膠研究起步較晚，特別是20世紀90年代，研發(fā)力量比較薄弱，年專利申請量在20項以下。2000年以后，隨著國家對橡膠產(chǎn)業(yè)的扶持以及各界對專利保護制度的重視，中國相關(guān)領(lǐng)域的專利申請量快速增長，至2009年中國的年申請量已經(jīng)超越了美、日、歐，2012年更是達到了671項。中國聚氨酯橡膠專利申請量快速增長的原因還與其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)，21世紀以來，汽車、高速鐵路、高鐵在中國快速發(fā)展，自然也就帶動了聚氨酯橡膠的發(fā)展。

2.專利申請區(qū)域分析

從全球聚氨酯橡膠專利申請量的區(qū)域分布（圖3）可以看出，日本、美國、歐洲和中國在該領(lǐng)域的專利申請中占據(jù)了前4的位置，韓國與前述4個國家/地區(qū)的差距較大，以占全球總申請量的4%排第5位。上述5個國家/地區(qū)的總申請量占了全球總申請量的89%，可見聚氨酯橡膠技術(shù)的地域非常集中。

在排名前5位的國家/地區(qū)中，日本以占全球申請量37%的絕對優(yōu)勢穩(wěn)居第1，其專利申請量已達9 836項，可見其對聚氨酯橡膠技術(shù)研究的重視程度。雖然日本聚氨酯橡膠的研發(fā)晚于歐美國家，但是由于聚氨酯橡膠的高耐磨性、高彈性使其成為汽車、高速軌道、地下軌道行業(yè)的寵兒，而上述行業(yè)也恰好是日本的優(yōu)勢行業(yè)，這就使得日本對聚氨酯橡膠的需求巨大，這種龐大的需求刺激了其對于聚氨酯橡膠的研發(fā)。另一方面，因為日本是資源匱乏的國家，這使得日本一直非常重視合成材料的研發(fā)，這也是其申請量遙遙領(lǐng)先的原因之一。此外，日本擁有多家世界級的化學(xué)品公司，如可樂麗株式會社、普利司通公司、東麗株式會社等，這決定了其整體的研發(fā)能力很強，這種優(yōu)勢使其研發(fā)處于良性競爭的狀態(tài)，研發(fā)能力也得到更快速提升。

美國對于聚氨酯橡膠的研發(fā)起步較早，其相關(guān)領(lǐng)域的專利申請量為5 303項，占全球總申請量的20%，位居第2。一方面，由于美國在制鞋業(yè)、汽車業(yè)的迅速發(fā)展，美國長期以來是聚氨酯橡膠的主要消費市場；另一方面，美國擁有陶氏化學(xué)集團、杜邦公司等世界一流的化學(xué)品原材料公司，整體研發(fā)實力強大；此外，美國對于專利保護非常重視，以上原因決定了美國在聚氨酯橡膠的申請量一直保持高位。

圖8是拜耳各技術(shù)分支的專利申請量趨勢圖，可見，其生產(chǎn)工藝技術(shù)分支的專利申請起步最早。與生產(chǎn)工藝相比，其在改性方法上不太重視，該分支起步較晚且申請量比生產(chǎn)工藝分支少，在應(yīng)用技術(shù)分支上，自21世紀以來，拜耳在該分支上的專利申請也呈增長趨勢。綜合來看，拜耳公司注重基礎(chǔ)型研發(fā)，這與其強大的研發(fā)實力和經(jīng)濟支撐是分不開的。

（3）專利申請區(qū)域分布

圖9是拜耳公司在主要國家/地區(qū)的專利申請數(shù)量，從中可見，拜耳公司非常重視國外市場，從其申請專利之初就在美國和日本進行了專利申請，且其在歐洲外的申請量與在德國本土和歐洲專利局的申請量相差不是很大，可見作為全球聚氨酯橡膠技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，拜耳對全球主要國家/地區(qū)的市場都非常重視。

2.巴斯夫

（1）企業(yè)基本情況

巴斯夫股份公司（簡稱“巴斯夫”）是一家德國化工企業(yè)，也是世界知名的化工企業(yè)之一。巴斯夫在歐洲、亞洲、美洲的41個國家擁有超過160家全資子公司或者合資公司。公司總部位于萊茵河畔的路德維希港，是世界上工廠面積最大的化學(xué)產(chǎn)品基地，向客戶提供一系列高性能的產(chǎn)品，涵蓋化學(xué)品、塑料、特性產(chǎn)品、作物保護產(chǎn)品以及原油和天然氣。其中聚氨酯產(chǎn)品在全球有著廣泛的用戶基礎(chǔ)。巴斯夫非常重視研究開發(fā)，每年拿出巨資用于研發(fā)和實驗室建設(shè)。在中國的山東濟寧、南京、上海浦東、廣州、佛山等均建有工廠。

（2）專利申請總體情況

圖10是巴斯夫各技術(shù)分支的申請量分布情況，從圖中可以看出，與拜耳公司不同，巴斯夫更注重應(yīng)用技術(shù)分支的研發(fā)，其應(yīng)用分支的申請量為370項，占到了總申請量654項的56.6%。雖然其應(yīng)用分支所占比例最高，但是作為一家綜合實力很強的研發(fā)型企業(yè)，其在生產(chǎn)工藝和改性方法技術(shù)分支等基礎(chǔ)型研發(fā)方面的專利申請量也很大，其中生產(chǎn)工藝分支為290項，改性方法分支為231項，分別占到了總申請量的44.3%和35.3%。

巴斯夫在生產(chǎn)工藝和改性方法技術(shù)分支方面起步較早，對于聚氨酯橡膠應(yīng)用的研發(fā)較晚，從2000年以后在應(yīng)用分支方面的申請量迅速增長，可見其近幾年對應(yīng)用有所側(cè)重。

（3）專利申請區(qū)域分布

作為一家德國公司，巴斯夫在德國本土的申請量最大，為441項，其次是在歐專局和美國，在日本的申請量較少，為190項，然后是中國和韓國，分別為89項和88項。作為一家國際型企業(yè)，巴斯夫比較重視國外市場，1973-1982年其在美國已經(jīng)申請了43項專利，僅次于德國本土的55項，可見其很早就開始重視國外市場；巴斯夫在中國的專利申請主要是在近10年，1993-2002年在中國的申請只有18項，2003-2012年在中國的申請量激增到了71項，可見巴斯夫?qū)χ袊袌鋈找嬷匾暋?/p>

3.可樂麗

（1）企業(yè)基本情況

可樂麗株式會社（簡稱“可樂麗”）成立于1926年，是日本著名的綜合類化學(xué)工業(yè)集團，自成立以來，可樂麗以高分子化學(xué)、合成化學(xué)為基礎(chǔ)，積累了各種應(yīng)用技術(shù)。同時運用這些技術(shù)獨自開發(fā)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，其產(chǎn)品包括波瓦爾樹脂、人造皮革、牙科材料、醫(yī)用產(chǎn)品、亞克力人造石等。

（2）專利申請總體情況

截至2013年，可樂麗的專利申請量為613項，其專利申請趨勢在20世紀60年代和80年代出現(xiàn)了高峰，在20世紀70年代和進入21世紀以來出現(xiàn)了波谷，除了與日本的經(jīng)濟形勢有關(guān)外，主要是因為研發(fā)的技術(shù)瓶頸期。

與拜耳公司和巴斯夫不同，可樂麗在聚氨酯橡膠領(lǐng)域的專利申請主要是在應(yīng)用技術(shù)分支，該分支申請量為493項，占到了總申請量613項的80.4%，基礎(chǔ)型的專利生產(chǎn)工藝分支僅占總申請量的20.2%，可見其研發(fā)側(cè)重點在于聚氨酯橡膠產(chǎn)品的研發(fā)，對基礎(chǔ)型研發(fā)不太重視或者實力不夠。

（3）專利申請區(qū)域分布

同大多數(shù)日本申請人一樣，可樂麗公司非常重視日本本土市場，對國外市場重視度很低，其對美國申請量最多，但也僅有51項，僅僅占到了其本土申請量的8.6%。

4.重要申請人綜合實力比較

圖11為拜耳、巴斯夫和可樂麗3個申請人的各技術(shù)分支在全球的申請量，從圖中可以看出，拜耳在生產(chǎn)工藝分支的申請量最大，可見其基礎(chǔ)研發(fā)實力強大；巴斯夫在應(yīng)用技術(shù)分支的申請量最大，但是在生產(chǎn)工藝和改性方法分支也有一定的實力；可樂麗公司的申請中生產(chǎn)工藝和改性方法分支的占比很少，其研發(fā)重點在應(yīng)用技術(shù)分支。

從重要申請人全球區(qū)域分布比較（圖12）可以看出，拜耳和巴斯夫非常重視國外市場，在各重點國家/地區(qū)的專利申請量都比較多，而可樂麗公司主要重視日本本土市場，對在國外申請專利不太重視。

四、結(jié)語

聚氨酯橡膠性能優(yōu)異，其耐磨性優(yōu)異、彈性模量高、強度高、能量吸收性能好、耐油性能優(yōu)異，介電性能和兼容性好，因此其應(yīng)用日益廣泛，在輪胎、沖壓彈性元件、工業(yè)膠輥、汽車部件中都可作為高性能材料。在區(qū)域分布方面，日本的聚氨酯橡膠研究雖然起步晚于歐美，但是后來居上，排名世界第1，其申請量占到了全球總申請量的37%。據(jù)統(tǒng)計，美國聚氨酯橡膠需求預(yù)計以年均3%左右速度增長，西歐地區(qū)增長速度約為1.5%，與此同時，環(huán)太平洋地區(qū)國家對聚氨酯橡膠的需求也在持續(xù)增長，因此可以預(yù)見，隨著需求的增長，各研發(fā)主體對聚氨酯橡膠的研發(fā)熱情不會減退，未來幾年內(nèi)，申請量會持續(xù)增長。