聚氨酯橡胶专利分析

宋聪雨

一、引言

聚氨酯橡胶（PUR），也称聚氨酯弹性体，是一类在分子链中含有较多的氨基甲酸酯（-NHCOO-）特性基团的弹性聚合物材料，是一种既有橡胶弹性又有塑料热塑性的高分子材料。聚氨酯橡胶最大的特点是在硬度范围内（邵氏A10至邵氏D75度）保持较高的弹性（伸长率可达400%～1 000%），耐磨性卓越（约为天然橡胶的3～10倍），有良好的机械强度、耐油性和耐臭氧性，低温性能也很出色。由于聚氨酯橡胶具有非常良好的综合性能，因此应用领域十分广泛，几乎遍及工业、农业、医疗、国防等各个方面：在矿山、冶金等行业的应用，如筛板、摇床等；在机械工业方面的应用，如胶辊、胶带、密封件等；在汽车工业方面的应用，如轮胎、密封圈等；在轻工业方面的应用，如聚氨酯鞋底料、聚氨酯合成革、聚氨酯纤维；在建筑工业方面的应用，如防水材、铺装材、灌封材等。

本文研究采用的数据库是中国专利数据库（CPRS）和外文专利检索系统（EPOQUE）外文数据库，其中EPOQUE系统中使用了德温特数据库（WPI）作为数据检索的主要来源库。

二、聚氨酯橡胶全球专利分析

截至2014年10月，在德温特WPI数据库中检索到涉及聚氨酯橡胶的全球专利申请共计25 333项。

1.专利申请趋势分析

从全球聚氨酯橡胶专利申请趋势（图1）可以看出，20世纪60年代以前，聚氨酯橡胶只有零星的专利出现，因为在合成橡胶的发展和应用过程中，对聚氨酯橡胶的开发应用时间较晚。1942年，德国Dynamit Nobel A G的H. Pinten使用合成的聚己二酸型聚酯多元醇和异氰酸酯反应，首先生产出类似橡胶的聚合物，称为“I-Rubber”。到1950年，德国拜耳公司和英国ICI公司相继发表聚氨酯橡胶生产的有关技术和消息，初步实现了工业生产（但是由于该年代的专利数据在德温特数据库中没有收录，因此在图1中未体现1950年之前聚氨酯橡胶的专利申请情况）。在20世纪60年代以前的零星专利中，申请人集中在拜耳公司、杜邦公司、美国固特异轮胎橡胶公司、邓禄普公司、英国ICI公司等业内耳熟能详的行业巨头中，这些公司的研发历史和实力可见一斑。

聚氨酯橡胶的发展速度很快，从1960-1992年左右，聚氨酯橡胶的专利呈稳步增长的趋势，这是因为其优异的性能得到了业内的认可，应用范围越来越广。各先进的工业化国家投入了较大的人力、物力和财力，进行了大量的研究工作，单从美国一个国家统计，在1955-1985年内，其产量增长了约260倍。与此相对应，专利申请量也由1960年的10项增加到了1992年的498项。

与其他基础领域的专利申请趋势类似，受1990-1992年海湾战争影响，20世纪90年代前期聚氨酯橡胶的专利申请量有下滑趋势。从1996年开始，随着汽车、高速公路、高铁和新能源行业的发展，又给聚氨酯橡胶带来了新的契机，业内对其改性及应用的研发投入持续增长，其专利申请量也继续稳步增长，至2012年，其年申请量已经达到了1 452项。

在聚氨酯橡胶专利申请中，中国、日本、美国、欧洲是4个重点专利申请来源国/地区，图2显示了自1994-2013年该领域全球申请总量及上述4方专利申请量随年代的变化趋势。

从图2（b）中可以看出，近20年中，日本在本领域的专利申请量占据了绝对的优势，在2001年达到了最高峰的351项。日本聚氨酯工业的历史虽然比欧洲国家和美国晚，但是，对聚氨酯橡胶的巨大需求刺激了其对聚氨酯橡胶技术的研发，因此日本聚氨酯橡胶的发展速度非常快，早已用于日本的新干线中。近几年，日本的聚氨酯橡胶专利申请量稍有下滑，这与其技术的日趋成熟分不开。作为研究聚氨酯橡胶最早的国家/地区，欧洲和美国相关领域的专利申请量也一直呈稳步增长，特别是美国作为生产汽车轮胎的大国，随着聚氨酯橡胶在轮胎胎面的应用日益增多，其专利申请量也随之增长。2007年，其最高值达到了333项，超越了同年日本的申请量。

中国的聚氨酯橡胶研究起步较晚，特别是20世纪90年代，研发力量比较薄弱，年专利申请量在20项以下。2000年以后，随着国家对橡胶产业的扶持以及各界对专利保护制度的重视，中国相关领域的专利申请量快速增长，至2009年中国的年申请量已经超越了美、日、欧，2012年更是达到了671项。中国聚氨酯橡胶专利申请量快速增长的原因还与其相关应用领域的发展密切相关，21世纪以来，汽车、高速铁路、高铁在中国快速发展，自然也就带动了聚氨酯橡胶的发展。

2.专利申请区域分析

从全球聚氨酯橡胶专利申请量的区域分布（图3）可以看出，日本、美国、欧洲和中国在该领域的专利申请中占据了前4的位置，韩国与前述4个国家/地区的差距较大，以占全球总申请量的4%排第5位。上述5个国家/地区的总申请量占了全球总申请量的89%，可见聚氨酯橡胶技术的地域非常集中。

在排名前5位的国家/地区中，日本以占全球申请量37%的绝对优势稳居第1，其专利申请量已达9 836项，可见其对聚氨酯橡胶技术研究的重视程度。虽然日本聚氨酯橡胶的研发晚于欧美国家，但是由于聚氨酯橡胶的高耐磨性、高弹性使其成为汽车、高速轨道、地下轨道行业的寵儿，而上述行业也恰好是日本的优势行业，这就使得日本对聚氨酯橡胶的需求巨大，这种庞大的需求刺激了其对于聚氨酯橡胶的研发。另一方面，因为日本是资源匮乏的国家，这使得日本一直非常重视合成材料的研发，这也是其申请量遥遥领先的原因之一。此外，日本拥有多家世界级的化学品公司，如可乐丽株式会社、普利司通公司、东丽株式会社等，这决定了其整体的研发能力很强，这种优势使其研发处于良性竞争的状态，研发能力也得到更快速提升。

美国对于聚氨酯橡胶的研发起步较早，其相关领域的专利申请量为5 303项，占全球总申请量的20%，位居第2。一方面，由于美国在制鞋业、汽车业的迅速发展，美国长期以来是聚氨酯橡胶的主要消费市场；另一方面，美国拥有陶氏化学集团、杜邦公司等世界一流的化学品原材料公司，整体研发实力强大；此外，美国对于专利保护非常重视，以上原因决定了美国在聚氨酯橡胶的申请量一直保持高位。

图8是拜耳各技术分支的专利申请量趋势图，可见，其生产工艺技术分支的专利申請起步最早。与生产工艺相比，其在改性方法上不太重视，该分支起步较晚且申请量比生产工艺分支少，在应用技术分支上，自21世纪以来，拜耳在该分支上的专利申请也呈增长趋势。综合来看，拜耳公司注重基础型研发，这与其强大的研发实力和经济支撑是分不开的。

（3）专利申请区域分布

图9是拜耳公司在主要国家/地区的专利申请数量，从中可见，拜耳公司非常重视国外市场，从其申请专利之初就在美国和日本进行了专利申请，且其在欧洲外的申请量与在德国本土和欧洲专利局的申请量相差不是很大，可见作为全球聚氨酯橡胶技术的领导者，拜耳对全球主要国家/地区的市场都非常重视。

2.巴斯夫

（1）企业基本情况

巴斯夫股份公司（简称“巴斯夫”）是一家德国化工企业，也是世界知名的化工企业之一。巴斯夫在欧洲、亚洲、美洲的41个国家拥有超过160家全资子公司或者合资公司。公司总部位于莱茵河畔的路德维希港，是世界上工厂面积最大的化学产品基地，向客户提供一系列高性能的产品，涵盖化学品、塑料、特性产品、作物保护产品以及原油和天然气。其中聚氨酯产品在全球有着广泛的用户基础。巴斯夫非常重视研究开发，每年拿出巨资用于研发和实验室建设。在中国的山东济宁、南京、上海浦东、广州、佛山等均建有工厂。

（2）专利申请总体情况

图10是巴斯夫各技术分支的申请量分布情况，从图中可以看出，与拜耳公司不同，巴斯夫更注重应用技术分支的研发，其应用分支的申请量为370项，占到了总申请量654项的56.6%。虽然其应用分支所占比例最高，但是作为一家综合实力很强的研发型企业，其在生产工艺和改性方法技术分支等基础型研发方面的专利申请量也很大，其中生产工艺分支为290项，改性方法分支为231项，分别占到了总申请量的44.3%和35.3%。

巴斯夫在生产工艺和改性方法技术分支方面起步较早，对于聚氨酯橡胶应用的研发较晚，从2000年以后在应用分支方面的申请量迅速增长，可见其近几年对应用有所侧重。

（3）专利申请区域分布

作为一家德国公司，巴斯夫在德国本土的申请量最大，为441项，其次是在欧专局和美国，在日本的申请量较少，为190项，然后是中国和韩国，分别为89项和88项。作为一家国际型企业，巴斯夫比较重视国外市场，1973-1982年其在美国已经申请了43项专利，仅次于德国本土的55项，可见其很早就开始重视国外市场；巴斯夫在中国的专利申请主要是在近10年，1993-2002年在中国的申请只有18项，2003-2012年在中国的申请量激增到了71项，可见巴斯夫对中国市场日益重视。

3.可乐丽

（1）企业基本情况

可乐丽株式会社（简称“可乐丽”）成立于1926年，是日本著名的综合类化学工业集团，自成立以来，可乐丽以高分子化学、合成化学为基础，积累了各种应用技术。同时运用这些技术独自开发出优质的产品，其产品包括波瓦尔树脂、人造皮革、牙科材料、医用产品、亚克力人造石等。

（2）专利申请总体情况

截至2013年，可乐丽的专利申请量为613项，其专利申请趋势在20世纪60年代和80年代出现了高峰，在20世纪70年代和进入21世纪以来出现了波谷，除了与日本的经济形势有关外，主要是因为研发的技术瓶颈期。

与拜耳公司和巴斯夫不同，可乐丽在聚氨酯橡胶领域的专利申请主要是在应用技术分支，该分支申请量为493项，占到了总申请量613项的80.4%，基础型的专利生产工艺分支仅占总申请量的20.2%，可见其研发侧重点在于聚氨酯橡胶产品的研发，对基础型研发不太重视或者实力不够。

（3）专利申请区域分布

同大多数日本申请人一样，可乐丽公司非常重视日本本土市场，对国外市场重视度很低，其对美国申请量最多，但也仅有51项，仅仅占到了其本土申请量的8.6%。

4.重要申请人综合实力比较

图11为拜耳、巴斯夫和可乐丽3个申请人的各技术分支在全球的申请量，从图中可以看出，拜耳在生产工艺分支的申请量最大，可见其基础研发实力强大；巴斯夫在应用技术分支的申请量最大，但是在生产工艺和改性方法分支也有一定的实力；可乐丽公司的申请中生产工艺和改性方法分支的占比很少，其研发重点在应用技术分支。

从重要申请人全球区域分布比较（图12）可以看出，拜耳和巴斯夫非常重视国外市场，在各重点国家/地区的专利申请量都比较多，而可乐丽公司主要重视日本本土市场，对在国外申请专利不太重视。

四、结语

聚氨酯橡胶性能优异，其耐磨性优异、弹性模量高、强度高、能量吸收性能好、耐油性能优异，介电性能和兼容性好，因此其应用日益广泛，在轮胎、冲压弹性元件、工业胶辊、汽车部件中都可作为高性能材料。在区域分布方面，日本的聚氨酯橡胶研究虽然起步晚于欧美，但是后来居上，排名世界第1，其申请量占到了全球总申请量的37%。据统计，美国聚氨酯橡胶需求预计以年均3%左右速度增长，西欧地区增长速度约为1.5%，与此同时，环太平洋地区国家对聚氨酯橡胶的需求也在持续增长，因此可以预见，随着需求的增长，各研发主体对聚氨酯橡胶的研发热情不会减退，未来几年内，申请量会持续增长。