我國(guó)納米纖維素的專(zhuān)利文獻(xiàn)分析

陳麗卿 周秋菊

摘要： 采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，利用Incopat專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)的專(zhuān)利文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，從專(zhuān)利的申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量分析我國(guó)在納米纖維素領(lǐng)域的專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展水平和實(shí)力，以揭示納米纖維素的研發(fā)態(tài)勢(shì)和了解納米纖維素技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：納米纖維素;文獻(xiàn)計(jì)量;Incopat專(zhuān)利;專(zhuān)利文獻(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TS72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.09.012

Abstract： This article applied the bibliometric method to analyse the nanocellulose patent literatures in China by using Incopat patent database. It aimed to reveal the research and development trend of nanocellulose disciplines in China and understand the key points of nanocellulose technology innovation.

Key words：? nanocellulose; bibliometric method; Incopat patent database; patent literatures

納米纖維素是指在某種維度上具有納米尺寸的生物質(zhì)基高分子材料，可通過(guò)機(jī)械法、化學(xué)法、生物法或幾者相結(jié)合的方法處理纖維而制得[1-2]。通常，人們所說(shuō)的納米纖維素包括：纖維素納米纖絲（cellulose nanofiber，CNF）、納米微晶纖維素（nanocrystalline cellulose，NCC）、纖維素納米晶體（cellulose nanocrystalline，CNC）、微纖化纖維素（microfibrillated cellulose，MFC）及細(xì)菌纖維素（bacterial nanocellulose，BC）[3-5]。納米纖維素具有許多優(yōu)良特性，如高結(jié)晶度、高純度、高楊氏模量、高親水性、高透明性、氣體阻隔性、黏彈性、可食性、可生物降解性、生物相容性及可再生性等特性，其在造紙、建筑、汽車(chē)、食品、化妝品、電子產(chǎn)品、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有巨大潛在的應(yīng)用前景[6]。

目前，關(guān)于“納米纖維素”這一主題的文獻(xiàn)大多集中在制備、改性和應(yīng)用等方面，而對(duì)其相關(guān)專(zhuān)利文獻(xiàn)的分析甚少[7]。專(zhuān)利文獻(xiàn)是專(zhuān)利制度的產(chǎn)物，是記錄有關(guān)發(fā)明創(chuàng)造信息的文獻(xiàn)。專(zhuān)利文獻(xiàn)包含了大量的科學(xué)與技術(shù)成果，能預(yù)示未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)大量的專(zhuān)利數(shù)據(jù)分析，可以充分把握一個(gè)國(guó)家整體以及各個(gè)地區(qū)、科研機(jī)構(gòu)等的研究動(dòng)態(tài)，所以對(duì)專(zhuān)利文獻(xiàn)的研究具有重要的意義和價(jià)值。

本文旨在利用Incopat專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)的專(zhuān)利數(shù)據(jù)，從專(zhuān)利的申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量分析我國(guó)在納米纖維素領(lǐng)域的專(zhuān)利技術(shù)發(fā)展水平，以揭示我國(guó)納米纖維素的研發(fā)態(tài)勢(shì)和了解納米纖維素技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新的重點(diǎn)。

1 專(zhuān)利文獻(xiàn)檢索方法

專(zhuān)利的數(shù)據(jù)源：Incopat專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)。

檢索關(guān)鍵詞：納米纖維素（nanocellulose）、纖維素納米材料（cellulose nanomaterials）、纖維素納米纖絲（cellulose nanofibril，CNF）、納米微纖化纖維素（nanofibrillated cellulose，NFC）、微纖化纖維素（microfibrillated cellulose，MFC）、納米微晶纖維素（nanocrystalline cellulose，NCC）、纖維素納米晶體（cellulose nanocrystals，CNC）、纖維素納米晶須（cellulose nanowhisker，CNW）和細(xì)菌纖維素（bacterial nanocellulose，BC）。

檢索式：TIABC=（nanocellulose or cellulose nanomaterials or cellulose nanofibril or nanofibrillated cellulose or microfibrillated cellulose or nanocrystalline cellulose or cellulose nanowhisker or bacterial nanocellulose） or （TIABC=（CNF or NFC or MFC or NCC or CNC or BC） and TIABC= （nanocellulose）） or （TIABC=（nanocellulose or nanofibril or nanofibrillated or nanofibrous or nanofiber or nanocrystal） and TIABC=cellulose）。

時(shí)間跨度，未設(shè)時(shí)間限制，從第一篇專(zhuān)利1953年開(kāi)始，數(shù)據(jù)搜集時(shí)間2018年9月20—25日。

檢索結(jié)果：4263件。

專(zhuān)利從申請(qǐng)到公開(kāi)需要1～2年的時(shí)間，近期內(nèi)的新技術(shù)并不能從專(zhuān)利文獻(xiàn)分析中完全反映出來(lái)，有一定的滯后期。另外有的企業(yè)采用技術(shù)保密策略來(lái)保持公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這些保密的信息在專(zhuān)利搜索中查找不到，但是對(duì)整個(gè)專(zhuān)利文獻(xiàn)分析的內(nèi)容不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響[8]。

2 專(zhuān)利文獻(xiàn)結(jié)果分析

2.1 納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)和公開(kāi)趨勢(shì)分析

全球納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量及公開(kāi)數(shù)量分別見(jiàn)圖1和圖2。由圖1和圖2可知，2000年前，全球各國(guó)每年申請(qǐng)納米纖維素專(zhuān)利的總件數(shù)為個(gè)位數(shù)（日本個(gè)別年份除外：1982年17件;1995年11件;1997年13件;1999年11件）。美國(guó)的納米纖維素研究起步較早，于1953年申請(qǐng)了第一個(gè)相關(guān)專(zhuān)利，并于1956年公開(kāi)。我國(guó)申請(qǐng)的納米纖維素專(zhuān)利起步較晚，第一個(gè)納米纖維素專(zhuān)利的申請(qǐng)年份是1984年，1985年公開(kāi)，比美國(guó)晚了30年。

進(jìn)入21世紀(jì)，全球迎來(lái)了一個(gè)全新的技術(shù)革命時(shí)期，新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)納米纖維素的研究有了一定的進(jìn)展，納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量保持良好的增長(zhǎng)趨勢(shì)。2000—2010年期間，我國(guó)納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量整體低于世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、美國(guó)和日本，但我國(guó)納米纖維素2009年專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量（65件）與世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織和日本持平，略低于美國(guó)（67件），2010年我國(guó)納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量（89件）與世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織持平，反超日本（75件），仍略低于美國(guó)（90件）;2009年和2010年的專(zhuān)利公開(kāi)數(shù)量分別為54和61件，與日本基本持平（52和61件），略低于世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織和美國(guó)（分別為61、72件和58、76件）。我國(guó)作為后起之秀，自2008年開(kāi)始重視納米纖維素技術(shù)領(lǐng)域研究，加大相關(guān)投入。

2010—2018年，我國(guó)納米纖維素研究進(jìn)入快速發(fā)展期，納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量在近幾年有了質(zhì)的飛躍，展示了我國(guó)科技力量的進(jìn)步和強(qiáng)大，納米纖維素的研究逐漸完善，技術(shù)逐漸成熟。2014—2017年，我國(guó)納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量幾乎呈“井噴”上升趨勢(shì)，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量分別為288、376、409、304件和254、367、415、361件（2017和2018年數(shù)據(jù)減少的原因是收集時(shí)間為2018年9月20—25日，統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)不完全，下同）;而世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織在這4年的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量分別為136、144、149、123件和156、122、152、162件;美國(guó)在這4年的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量分別為134、135、102、43件和147、125、148、75件;日本在這4年的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量分別為80、69、88、17件和98、77、79、60件。這些數(shù)據(jù)表明，我國(guó)申請(qǐng)人在最近幾年開(kāi)始加快在納米纖維素領(lǐng)域的專(zhuān)利布局，成為該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量增長(zhǎng)的主要推動(dòng)力。

2.2 納米纖維素專(zhuān)利技術(shù)構(gòu)成

通過(guò)國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)（IPC分類(lèi)號(hào)）的統(tǒng)計(jì)與分析，可指明納米纖維素的具體研究方向，了解納米纖維素技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新的重點(diǎn)。納米纖維素IPC分類(lèi)號(hào)專(zhuān)利數(shù)量排名前10小類(lèi)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，納米纖維素領(lǐng)域申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量最多的小類(lèi)是C08L，其次是C08K，排名第三的是C08J，D21H排名第四，其他小類(lèi)的申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量也較多?？梢?jiàn)，納米纖維素作為一種用途十分廣泛的生物質(zhì)基材料，其在傳統(tǒng)領(lǐng)域（如紙和包裝產(chǎn)品等）、非傳統(tǒng)領(lǐng)域（如流變改性劑、食品添加劑、涂料等）、新型領(lǐng)域（如醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和光電材料等）等有著巨大的潛在應(yīng)用前景。

納米纖維素IPC分類(lèi)號(hào)專(zhuān)利數(shù)量排名前10小類(lèi)的申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量分別如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，2000年之前，納米纖維素IPC分類(lèi)號(hào)各小類(lèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量均很少，這進(jìn)一步表明，2000年以前納米纖維素研究處于萌芽期。2000—2010年，納米纖維素IPC分類(lèi)號(hào)各小類(lèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量整體呈逐漸增加趨勢(shì)，表明納米纖維素技術(shù)領(lǐng)域研究于2000年后開(kāi)始得到重視，納米纖維素的研究有了一定進(jìn)展。2011年以后，納米纖維素的研究進(jìn)展迅速，納米纖維素IPC分類(lèi)號(hào)各小類(lèi)整體呈逐年增加趨勢(shì)，尤其是C08L和C08K小類(lèi)，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量增加趨勢(shì)更明顯。D21H小類(lèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量也呈逐年增加的趨勢(shì)，表明納米纖維素以獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)在制漿造紙工業(yè)領(lǐng)域吸引了科研人員的廣泛關(guān)注。納米纖維素在造紙工業(yè)中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：①用作造紙?jiān)鰪?qiáng)劑，提高紙張性能;②用作助留助濾劑，提高細(xì)小組分的留著率;③用作食品包裝紙的涂料，提高包裝紙的阻隔性能，以替代鋁箔;④用于生產(chǎn)特種紙，如納米紙及其復(fù)合材料、電子紙、透明紙基觸摸屏等[9]。

各國(guó)納米纖維素領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)如圖5所示。由圖5可知，我國(guó)納米纖維素相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)重點(diǎn)為C08L、C08K、C08B及C08J，這4類(lèi)研究方向?qū)＠臄?shù)量在納米纖維素專(zhuān)利總數(shù)量中的占比大，且排名居全球前列，D01F和C09D的專(zhuān)利數(shù)量也占較大比例。D21H專(zhuān)利數(shù)量排名靠前的是世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織和美國(guó)，我國(guó)和日本的D21H專(zhuān)利數(shù)量相近。

2.3 全球主要國(guó)家納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)及公開(kāi)地域排名

專(zhuān)利公開(kāi)國(guó)代表專(zhuān)利在某國(guó)申請(qǐng)和公開(kāi)，而專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)代表專(zhuān)利申請(qǐng)人來(lái)自某國(guó)。專(zhuān)利公開(kāi)國(guó)的專(zhuān)利數(shù)量代表該國(guó)的技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模。專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)的專(zhuān)利數(shù)量則可反映該國(guó)的科技創(chuàng)新能力。由納米纖維素領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)國(guó)和專(zhuān)利公開(kāi)國(guó)矩陣（見(jiàn)表2）可知，納米纖維素專(zhuān)利數(shù)量排名靠前的國(guó)家是中國(guó)、美國(guó)和日本。盡管我國(guó)在納米纖維素研究方面發(fā)展迅速，但專(zhuān)利集中在本土申請(qǐng)，對(duì)其他國(guó)家的市場(chǎng)布局較少。與我國(guó)不同，美國(guó)、日本等在多個(gè)國(guó)家進(jìn)行了專(zhuān)利保護(hù)。美國(guó)除了本土的專(zhuān)利保護(hù)外，在我國(guó)、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織、歐洲專(zhuān)利局、日本、加拿大等的專(zhuān)利布局也較多。

為了更為直觀地顯示專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)及專(zhuān)利公開(kāi)國(guó)的專(zhuān)利數(shù)據(jù)，對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行了可視化處理，結(jié)果見(jiàn)圖6。

2.4 納米纖維素專(zhuān)利申請(qǐng)機(jī)構(gòu)分析

納米纖維素專(zhuān)利數(shù)量排名前20的申請(qǐng)機(jī)構(gòu)見(jiàn)表3。納米纖維素專(zhuān)利數(shù)量前三的申請(qǐng)機(jī)構(gòu)是芬蘭斯道拉恩索集團(tuán)、日本制紙株式會(huì)社以及東華大學(xué)，全球知名化工企業(yè)陶氏杜邦公司排名第四。納米纖維素專(zhuān)利數(shù)量排名前20的申請(qǐng)機(jī)構(gòu)中，我國(guó)有7家，且這7家申請(qǐng)機(jī)構(gòu)全都是高等院校。這說(shuō)明，雖然我國(guó)關(guān)于納米纖維素的研究成果很多，但產(chǎn)學(xué)研之間形成的配合并不是十分密切，科學(xué)技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化率較低，難以在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮應(yīng)用的作用。

3 結(jié) 語(yǔ)

納米纖維素是一種用途十分廣泛的生物質(zhì)基材料，通過(guò)國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)（IPC分類(lèi)號(hào)）的統(tǒng)計(jì)與分析可知，申請(qǐng)技術(shù)專(zhuān)利數(shù)量最多的小類(lèi)是C08L（即高分子化合物的組合物）;其次是C08K（即使用無(wú)機(jī)物或非高分子有機(jī)物作為配料）;排名第三的是C08J（即加工;配料的一般工藝過(guò)程）;D21H（即漿料或紙漿組合物）排名第四。2011年后，D21H專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量增加顯著，可見(jiàn)納米纖維素作為新型造紙工業(yè)材料，其以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在制漿造紙工業(yè)領(lǐng)域吸引了科研人員的廣泛關(guān)注。

近幾年，我國(guó)納米纖維素研究進(jìn)入快速發(fā)展期，并加快了在納米纖維素領(lǐng)域的專(zhuān)利布局，成為該領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)數(shù)量和公開(kāi)數(shù)量增長(zhǎng)的主要推動(dòng)力。雖然目前我國(guó)納米纖維素專(zhuān)利數(shù)量最多，但專(zhuān)利集中在本土申請(qǐng)，對(duì)其他國(guó)家的市場(chǎng)布局較少，且產(chǎn)學(xué)研之間形成的配合并不是十分密切，科學(xué)技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化率較低，這也是我國(guó)與國(guó)外存在真正差距之處。因此，我國(guó)納米纖維素的產(chǎn)業(yè)化之路需各方齊心協(xié)力，讓研究機(jī)構(gòu)的眾多成果走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] YE D Y， HUANG H， FU H Q， et al. Advance in cellulose chemstry[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering （China）， 2006， 57（8）： 1783.

葉代勇， 黃 洪， 傅和青， 等. 纖維素化學(xué)研究進(jìn)展[J]. 化工學(xué)報(bào)， 2006， 57（8）： 1783.

[2] FAN Z Q， YUAN Y， SHEN Q. The research and application pro-gress of nanocellulose[J]. Polymer Bulletin， 2010（3）： 40.

范子千， 袁 曄， 沈 青. 納米纖維素研究及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào)， 2010（3）： 40.

[3] Luo HuiZe， Li JuanJuan， Zhou FengShan. Advances in Hard Tissue Engineering Materials--Nanocellulose-based Composites[J]. Paper and Biomaterials， 2018， 3（4）： 62.

[4] LI Y Y， CHEN C， JIAO L， et al. Recent Applications Progress of Nanocellulose on Electronic Devices[J]. Journal of Cellulose Science and Technology， 2015， 23（3）： 69.

李媛媛， 陳 晨， 焦 麗， 等. 納米纖維素基材在電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 纖維素科學(xué)與技術(shù)， 2015， 23（3）： 69.

[5] WU W B， ZHUANG Z L， DAI H Q. Research progress in nanocrystalline cellulose[J]. Transactions of China Pulp and Paper， 2013， 28（4）： 57.

吳偉兵， 莊志良， 戴紅旗. 納晶纖維素的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)造紙學(xué)報(bào)， 2013， 28（4）： 57.

[6] LV J. The dispersion of bacterial cellulose and its application in papermaking industry [D]. Xi’an： Shaanxi University of Science and Technology， 2012.

呂 瑾. 細(xì)菌纖維素的分散及其在造紙工業(yè)中的應(yīng)用研究[D]. 西安： 陜西科技大學(xué)， 2012.

[7] MOU K W， LIU Z Y， ZHOU J P. Research progress in nanocellulose[J]. Transactions of China Pulp and Paper， 2016， 31（4）： 55.

牟楷文， 劉卓燕， 周景蓬， 等. 納米纖維素的研究進(jìn)展： 2001～2015年收錄文獻(xiàn)檢索分析[J]. 中國(guó)造紙學(xué)報(bào)， 2016， 31（4）： 55.

[8] China National Pulp and Paper Research Institute Co.， Ltd.， China Pulp and Paper Magazines Publisher. The competitiveness report of China papermaking industry[R]. 2018.

中國(guó)制漿造紙研究院有限公司， 中國(guó)造紙雜志社. 2018中國(guó)造紙產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告[R]. 2018.

[9] CHA R T， WANG Z M， JIANG X Y. The industrialization progress of nanocellulose[M]//Almanac of China Paper Industry 2018. Beijing： China Technical Association of Paper Industry， 2018.

查瑞濤， 王明政， 蔣興宇. 納米纖維素的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展[M]//中國(guó)造紙年鑒2018. 北京： 中國(guó)造紙學(xué)會(huì)， 2018.

（責(zé)任編輯：董鳳霞）