光固化涂料在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的專利技術(shù)分析

徐冰 劉雪梅

摘 要：【目的】紫外光固化涂料具有涂裝效率高、安全環(huán)保等優(yōu)勢，在汽車涂裝領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文通過梳理光固化涂料在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的專利技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，為汽車涂裝企業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展及核心競爭力提高提供決策支撐?！痉椒ā客ㄟ^檢索、統(tǒng)計(jì)和分析汽車用紫外光固化涂料的專利申請文獻(xiàn)，從中獲取國內(nèi)申請量趨勢、區(qū)域分布、主要申請人等方面的多維度信息，并對其進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)?！窘Y(jié)果】廣東和上海的申請量較大，國內(nèi)申請人主要集中于企業(yè)和大專院校，韓國、德國、日本和美國是國外申請量的大國。【結(jié)論】目前國外汽車用光固化涂料占據(jù)優(yōu)勢地位，國內(nèi)對其研究力度也在加強(qiáng)。未來將會出現(xiàn)更多研發(fā)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)汽車用光固化涂料領(lǐng)域的創(chuàng)新自主權(quán)。

關(guān)鍵詞：紫外光固化；汽車；涂料；專利

中圖分類號：TQ637 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ?文章編號：1003-5168（2023）14-0133-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.14.027

Patent Technology Analysis of UV Curable Coatings Applied in the

Automotive Industry

XU Bing LIU Xuemei

（Patent Examination Cooperation （Tianjin） Center of the Patent Office， CNIPA， Tianjin 300308， China）

Abstract： [Purposes] UV curable coatings have the advantages of high coating efficiency， safety and environmental protection， and are widely used in the field of automotive painting. This article provides decision-making support for the innovative development and core competitiveness improvement of automotive ?coating enterprises by reviewing the development of patented technologies in the application of UV curable coatings in the automotive field. [Methods] By searching， counting and analyzing of patent application literature for UV curable coatings for automobiles， multi-dimensional information on domestic application trends， regional distribution， main applicants， etc. is obtained， and analyzed. [Findings] Guangdong and Shanghai have a large number of applications， with domestic applicants mainly concentrated in enterprises and colleges. ?South Korea， Germany， Japan and the United States are major countries in terms of foreign application volume. [Conclusions] Currently， foreign automotive UV curable coatings occupy a dominant position， and domestic research on them is also strengthening. In the future， more research and development enterprises will emerge to achieve innovative autonomy in the field of automotive UV curable coatings.

Keywords： UV curing; automotive; coating; patent

0 引言

傳統(tǒng)的涂料固化通過加熱即物理干燥的方法將涂料中的溶劑去除。而光固化涂料則通過紫外光或者輻射等光能量在光引發(fā)劑的作用下，使涂料中帶有雙鍵的低分子量預(yù)聚體和活性稀釋劑中雙鍵發(fā)生聚合反應(yīng)，從而固化成膜。紫外光固化涂料主要由四大部分組成，即光固化低聚物、光引發(fā)劑、活性稀釋劑和助劑。光固化涂料在光照下最短數(shù)秒即可成膜，施工方便效率高；其無須加熱，因此可在一些不適宜熱固化的基材上使用，并且耗能比熱固化低；其所需溶劑較少，也可無須使用溶劑，對環(huán)境污染較小?；诠夤袒苛系纳鲜鰞?yōu)勢，其在涂裝工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著及其重要作用，廣泛應(yīng)用在木材、玻璃、金屬、紙張等基材上，是涂裝領(lǐng)域發(fā)展方向標(biāo)之一 ［1-4］。

汽車涂料是高產(chǎn)值、高附加值的產(chǎn)品，代表著涂料工業(yè)發(fā)展的最高水平和發(fā)展方向。汽車涂料作為汽車的“外衣”，不僅要求有良好的防腐、耐磨和抗沖擊性能，而且還要求漆膜豐滿、鮮映度高、不泛黃，并且具有各種裝飾效果［5］。汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對汽車涂料提出了更高的要求。而紫外光固化涂料在常見的汽車材料（如鋼材、鍍鋅鋼板、鋁板劑塑料等）上均能夠保證良好的附著力，其干燥后具有合適的硬度和韌性及良好的干磨和濕磨性能，同時具有良好的保光性和填充性等優(yōu)勢，被廣泛用作汽車塑料部件涂裝涂料，光固化修補(bǔ)漆和汽車面漆等［6-7］。

紫外光固化涂料的發(fā)展可以大致分為三個階段。第一階段是起步階段（1946—1972 年），此時光固化技術(shù)剛被人發(fā)現(xiàn)，世界上第一份紫外光固化專利誕生，合成高分子技術(shù)也正處于快速發(fā)展期，不斷有人探索紫外光引發(fā)的高分子聚合反應(yīng)，但成果較少。第二階段是穩(wěn)步發(fā)展階段（1973—1989年），隨著德國拜耳與巴斯夫兩家公司在紫外光固化技術(shù)上取得突破性進(jìn)展，以不飽和聚酯樹脂為主的光固化涂料在世界上也取得了快速發(fā)展。第三階段是快速發(fā)展階段（20世紀(jì)90 年代至今），由于環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，紫外光固化涂料越來越得到人們的重視，在此階段專利申請量快速增長。從20世紀(jì)70年代初期開始，我國光固化涂料的研究開始起步，但是由于處于發(fā)展的初期階段，發(fā)展較為緩慢。我國在1985 年申請了第一份紫外光固化涂料技術(shù)專利后，一直到1992 年，整個專利申請數(shù)量都較少，在這期間，國內(nèi)的研究單位和公司還處于摸索狀態(tài)，更多是對國外技術(shù)的吸收和引進(jìn)。在1993—2002 年這段時期，我國的紫外光固化技術(shù)有了初步的發(fā)展，早期的國外引進(jìn)出現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)換，逐步有了自己的獨(dú)立技術(shù)成果。自2003 年以后，國內(nèi)紫外光固化涂料開始有了飛速發(fā)展，國內(nèi)的自主技術(shù)進(jìn)步明顯。而紫外光固化汽車涂料的發(fā)展?fàn)顩r尚不明晰，基于此，筆者對汽車涂裝用紫外光固化涂料的專利所蘊(yùn)含的多維度信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為國內(nèi)外企業(yè)未來的發(fā)展方向和發(fā)展路徑提供指引。

1 數(shù)據(jù)收集

為了獲得紫外光固化涂料的發(fā)展?fàn)顩r的多維度信息，通過準(zhǔn)確的關(guān)鍵詞和分類號在Incopat中進(jìn)行檢索，數(shù)據(jù)采集時間截至2023年3月31日，并對采集信息進(jìn)行分類分析，從中獲取其蘊(yùn)含的多維度信息，為汽車涂裝領(lǐng)域的發(fā)展指明方向。

2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果與分析

2.1 國內(nèi)外專利主要申請人申請量、類型和區(qū)域分布概況

國內(nèi)主要申請人的專利申請量如圖1所示，從中可以得出，廣東省的專利申請量排名第一，申請人主要為深圳塞拉尼斯公司、廣東深展實(shí)業(yè)有限公司、廣東工業(yè)大學(xué)、巴斯夫廣州公司和惠州市常潤發(fā)涂料有限公司，這幾個公司的申請總和占廣東省的49%，但是上述企業(yè)主要研究領(lǐng)域并不是汽車涂料。廣東省還有一些汽車涂料生產(chǎn)企業(yè)，如維新、銀帆、雅圖和中山大橋等，雖然其致力于汽車涂料的研發(fā)，但是基于光固化汽車涂料的研究較少，未來可以加強(qiáng)此方面的研發(fā)。上海市的專利申請量同樣占比也比較高，主要有蕪湖春風(fēng)新材料有限公司和東來涂料有限公司，這兩個公司都是國內(nèi)知名汽車涂料企業(yè)。蕪湖春風(fēng)新材料有限公司是汽車用紫外光固化涂料研發(fā)的龍頭企業(yè)，其申請量在全國排名靠前，同時其也注重企業(yè)研發(fā)的連續(xù)性，將知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)貫穿于企業(yè)發(fā)展的全鏈條。

國內(nèi)申請人類型分類如圖2所示，從中可以看出，國內(nèi)申請人主要集中于企業(yè)和大專院校，個人申請量較少。汽車用紫外光固化涂料具有較高的技術(shù)含量，個人較難進(jìn)行此方面的研究，所以較少有個人申請。隨著我國汽車企業(yè)的蓬勃發(fā)展，尤其是比亞迪等新能源汽車的大力發(fā)展，相信未來有更多的企業(yè)和大專院校加入汽車紫外光固化涂料的研究工作，實(shí)現(xiàn)我國汽車涂料領(lǐng)域的自主創(chuàng)新發(fā)展。國外專利申請的區(qū)域分布如圖3所示，韓國、德國、日本和美國是汽車用紫外光固化涂料申請量的大國，這些國家汽車領(lǐng)域發(fā)展較早較快，擁有汽車涂料生產(chǎn)的大型企業(yè)，如巴斯夫、關(guān)西等。

2.2 主要申請人專利技術(shù)發(fā)展路線

汽車用紫外光固化涂料在許多方面做了大量改進(jìn)性研究，為了更加準(zhǔn)確和清晰地把握該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，接下來將結(jié)合本領(lǐng)域重要申請人對其專利技術(shù)發(fā)展路線做詳細(xì)研究。

2.2.1 蕪湖春風(fēng)新材料有限公司。蕪湖春風(fēng)新材料有限公司是國內(nèi)一家專注于汽車原廠漆的研發(fā)制造企業(yè)，成立于2008年，是國內(nèi)較早專注服務(wù)于汽車行業(yè)的涂料企業(yè)。關(guān)于其所涉及的汽車用紫外光固化涂料的專利申請主要起始于2017年。其主要的專利申請發(fā)展脈絡(luò)如圖4所示。

紫外光固化涂料的主要缺陷在于，陰影部分或者涂層深處部分，由于紫外光線很難照射到，從而使得這些部位固化不充分，從而影響涂膜性能。考慮到這些因素，春風(fēng)新材料有限公司采用紫外和自然固化雙重固化的方式對涂料做了進(jìn)一步的改進(jìn)。汽車內(nèi)外飾UV系列油漆的研發(fā)順應(yīng)市場趨勢，汽車內(nèi)外飾UV系列油漆在汽車內(nèi)飾件的應(yīng)用有著極其廣闊的前景。隨著汽車內(nèi)飾從PU漆轉(zhuǎn)化UV漆，對UV漆的性能要求越來越高，市場競爭越來越激烈。CN110616034 A和CN111073427 A通過對UV涂料的各組分進(jìn)行調(diào)整，使得UV漆的各項(xiàng)性能進(jìn)一步提高，從而滿足日益增長的對汽車內(nèi)飾漆的使用需求。

綜上，蕪湖春風(fēng)新材料有限公司作為國內(nèi)的汽車漆生產(chǎn)廠家，從2017年開始致力于汽車內(nèi)飾用UV漆的研發(fā)，針對UV漆固化不完全的缺點(diǎn)，于涂料組分中加入具有自然固化特點(diǎn)的羥基樹脂，使涂膜兼具固化速率快和固化完全的優(yōu)點(diǎn)，并在后續(xù)研究中針對汽車內(nèi)飾漆的漆膜使用要求對組分進(jìn)行調(diào)整，適應(yīng)使用需求。相信接下來，該公司將會在汽車UV漆領(lǐng)域做出更大的發(fā)展。

2.2.2 江南大學(xué)。江南大學(xué)主要的專利申請發(fā)展脈絡(luò)如圖5所示。與企業(yè)更偏重實(shí)用性不同，高校和科研機(jī)構(gòu)對新技術(shù)的敏感度比較高，因此，其最早開始的申請始于2012年。相較于傳統(tǒng)的溶劑型涂料，江南大學(xué)更側(cè)重于水性UV固化防霧涂料的研究，更進(jìn)一步提升了UV涂料的環(huán)保性能。同時，相較于企業(yè)，江南大學(xué)所制備的涂料的合成手段比較復(fù)雜。

可見，高校申請與企業(yè)申請的側(cè)重點(diǎn)是不同的，高校的申請更加偏重于新技術(shù)的研發(fā)，對簡單的制備工藝沒有過高要求，其可以通過合成各種具有優(yōu)良性能的組分從而實(shí)現(xiàn)對涂料的改性，而企業(yè)申請更加偏重實(shí)用性，組分相對簡單，通過選擇不同的商業(yè)化成品組分來實(shí)現(xiàn)對涂膜性能的調(diào)整。

2.2.3 國外申請人。德國巴斯夫公司是一家大型化工企業(yè)，其在涂料行業(yè)也有舉足輕重的地位。其最早的汽車用紫外光固化涂料的申請始于1996年，最早的雙重固化汽車用紫外光固化涂料的申請始于1998年，可見，國外在此行業(yè)的發(fā)展是遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于國內(nèi)的。從紫外光涂料在汽車上的應(yīng)用領(lǐng)域來說，其涉獵面比較廣，有紫外光固化零件漆、紫外光固化底漆和面漆、紫外光固化車身修補(bǔ)漆、紫外光固化復(fù)層涂料等。從紫外光固化涂料的分類來說，包括水性漆、溶劑型漆和粉末涂料。從紫外光固化的成膜物質(zhì)來說，包括聚氨酯涂料、丙烯酸樹脂涂料、聚酯樹脂涂料和環(huán)氧樹脂涂料等。從紫外光固化涂料的改性方法來講，其性能的調(diào)整不但涉及對主要成膜物質(zhì)和稀釋劑種類的調(diào)整，各種功能助劑的添加，還涉及對助劑和光引發(fā)劑的改性，從而進(jìn)一步提升涂料的光固化性能。可見，德國巴斯夫公司相較于國內(nèi)企業(yè)和高校，其起步時間不但早，并且發(fā)展較快，涉及面廣泛，在主要的應(yīng)用市場都有比較深入且詳盡的研究。國內(nèi)許多技術(shù)都是從國外引進(jìn)而來，國內(nèi)申請人需要在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)自主研發(fā)，從而提升企業(yè)競爭力。

3 結(jié)論

基于對專利申請信息的分析和總結(jié)，可以得出如下結(jié)論。

①雖然目前國外汽車用紫外光固化涂料的研發(fā)占據(jù)優(yōu)勢地位，但是隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的發(fā)展，如比亞迪等新能源汽車的發(fā)展，國內(nèi)許多企業(yè)和院校已經(jīng)敏銳地察覺到汽車用光固化涂料的重要性。相信未來我國將會出現(xiàn)更多的汽車用紫外光固化涂料的研發(fā)企業(yè)，助力中國實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，實(shí)現(xiàn)汽車用光固化涂料領(lǐng)域的自主創(chuàng)新。

②目前有些企業(yè)還未意識到專利保護(hù)的重要性，尤其是一些中小型企業(yè)，其知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識不足。未來需要在全社會大力宣揚(yáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的重要性，引導(dǎo)這些企業(yè)重視專利布局，增強(qiáng)其在汽車用光固化涂料領(lǐng)域的專利技術(shù)競爭優(yōu)勢。同時，還需要加強(qiáng)專利在海外的保護(hù)，將專利保護(hù)貫穿于企業(yè)發(fā)展的全鏈條。

③要加強(qiáng)企業(yè)之間的合作，創(chuàng)新性地建設(shè)專利聯(lián)盟。專利聯(lián)盟不但需要企業(yè)加入，高等院校也是其重要組成部分。同時，高等院校要加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合。企業(yè)和高等院校要共同發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)資源共享、利益共享，助力聯(lián)合創(chuàng)新，促進(jìn)汽車用光固化涂料的發(fā)展。

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