天然橡胶专利研发态势分析

李一萍+张慧坚+孙继华+李玉萍+李晓娜+曾安逸+王大鹏

摘 要 采用专利计量方法，对德温特数据库收录天然橡胶专利文献（1963～2015年）进行分析。结果表明：世界天然橡胶专利优先权年跨度为1955～2015年，中国为1986～2015年。世界和中国天然橡胶专利申请量逐年增加；主要申请国为日本、中国、韩国、美国和德国，日本、中国和美国既是专利技术来源国又是市场国；世界天然橡胶专利技术领域研发热点为高分子化合物的组合物、无機物或非高分子有机物填料、轮胎、化学改性等，中国还涉及电缆、导体、绝缘体、涂料和林业领域。

关键词 天然橡胶 ；专利技术 ；专利分析

中图分类号 G306 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.05.019

Analysis of the Development of Patent Technology of Natural Rubber

LI Yiping1） ZHANG Huijian1） SUN Jihua1）

LI Yuping1） LI Xiaona1） ZENG Anyi1） WANG Dapeng1）

（1 Institute of Scientific and Technical Information， CATAS， Danzhou， Hainan 571737；

2 Rubber Research Institute， CATAS， Danzhou， Hainan 571737）

Abstract The bibliometric analysis method was used to analyze the natural rubber patent documents collected in the Derwent database during 1963-2015. The results showed that the natural rubber patent priority started from 1955 to 2015 in the worldwide but from1986 to 2015 in China. The number of natural rubber patent applications was increasing year by year in China and the world. The main applicant countries were Japan， China， Korea， the United States and Germany， and Japan， China and the United States were the countries and markets of patented technology. The international hot fields of natural rubber patented technology included compositions of macromolecular compounds， inorganic or non-macromolecular organic filler， tyre， chemical modification and so on. In China， more fields were also listed， such as cables， conductors， insulators， paints and forestry.

Keywords natural rubber ； patent technology ； patent analysis

天然橡胶是世界性的工业原料，是重要的战略物资[1-2]。据国际橡胶研究组织（IRSG）最新研究报告，2015年世界天然橡胶消费量同比增长1.8%，预计2016年世界橡胶消费量将强劲增长，增幅为2.8%～3.6%[3-4]。中国作为天然橡胶的主产国和世界最大的天然橡胶消费国，经过60多年的发展，天然橡胶产业不断壮大，现已有113.9万hm2橡胶林，年产量80万t以上，吸纳300多万人就业[5-6]。专利文献是重要的技术信息来源，全球每年研究与开发产出的90%至95%体现在专利信息上。通过专利计量分析发现，某一领域的技术演化路线，揭示技术发展趋势，展现行业内各机构间的竞争态势[7-13]。随着天然橡胶产业的发展，世界天然橡胶技术领域相关机构加大了对科研的投入，如普利司通从银胶菊中提取天然橡胶制造轮胎；大陆马牌公司利用蒲公英胶乳制造轮胎；山东永泰化工集团有限公司采用天然橡胶等原料开发出三元乙丙橡胶胎侧胶；中国热带农业科学院致力于天然橡胶土壤农化、细胞与分子生物学、加工及合成材料等领域的研究[14-17]。天然橡胶在热带农业中具有重要地位，而热带农业领域的计量分析相对薄弱，课题组前期已对天然橡胶SCI论文收录情况进行统计分析[18]，因此非常有必要开展天然橡胶专利文献计量分析。本研究对德温特创新索引收录的天然橡胶专利进行检索，利用专利计量方法对检索的专利文献数据进行统计分析，综述世界和中国天然橡胶产业研发态势，期望为天然橡胶科技创新和领域内相关机构制定决策提供参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

专利数据检索源自Thomson Reuters（汤森路透）Derwent Innovations Index（德温特创新索引，简称DII），它整合了来自Derwent World Patent Index（德温特世界专利索引，简称DWPI）和Patent Citation Index（专利引文索引）的专利信息资源。收录40多个专利授权机构（覆盖100多个国家）的1 460多万项基本发明专利，3 000多万条专利情报，每周更新，并追溯至1963年。内容涵盖化学、电气、电子和工程等技术领域，是检索全球专利的最权威的数据库[19-20]。

1.2 研究方法

采用检索策略TI=“rubber tree*”or “rubber plantation”or“rubber forest”or “natur* rubber”or“rubber latex*”or“rubber tapping”or“hevea”，选择时间跨度为1963～2015，共获得符合检索条件的记录10 039项，检索日期2016年10月26日。利用Excel 2007进行专利数据转换和图表绘制，并从专利申请数量时间趋势、主要申请国家、技术来源国和市场国、主要专利权人、专利IPC技术主题分布和技术研发布局对数据进行统计分析。鉴于专利优先权数据在专利分析中的重要作用，本文基于专利优先权年和优先权国家/地区进行统计[8-9]。

2 结果与分析

2.1 世界天然橡胶专利申请数量时间趋势

截止检索日期，共检索到10 039项专利文献，同族专利8 172项，专利优先权年时间跨度为1955～2015共61 a。由于专利从申请日或优先权日到公开日存在滞后期，以及数据库的收录时间滞后，因此2015年的数据仅供参考。

世界最早的天然橡胶专利申请始于1955年，该专利由美国凡士通轮胎和橡胶公司申请，专利名称为合成的异戊二烯、天然橡胶和可硫化橡胶的聚合物[21]；同年美国匹兹堡平板玻璃公司发明公开了以二氧化硅作为填料的天然橡胶专利[22]。由图1可见1955～1975年，专利申请数量较少，天然橡胶专利还未形成相关技术领域，其发展处于萌芽期；1976～1995年，专利申请数量增长平缓，呈稳定发展态势；1996～2015年，专利申请数量持续上升，呈快速发展态势。说明世界天然橡胶产业发展正处于增长期。

世界天然橡胶专利申请主要集中在日本、中国、韩国、美国和德国，其专利申请量占全部专利的82.95%（图2）。美国最早开始天然橡胶专利申请，其研发活动始于1955年；日本和德国对天然橡胶的专利申请始于1960年初期，比美国晚了5～8 a；中国和韩国起步较晚，都是于1980年早期进入天然橡胶研究领域，比美国落后30 a。美国虽然最早进入天然橡胶专利申请领域，但其天然橡胶专利申请涨幅不大；日本在1970年末期超过美国成为天然橡胶专利申请的第一大国，经过40多年的发展历程，日本企业基本占据了天然橡胶产业的大部分市场；中国和韩国作为后起之秀，近10年来专利申请量增长迅速，并且中国的专利申请总量已超过美国、德国和韩国位居世界第2位。

2.2 世界天然橡胶专利技术来源国/地区和市场国/地区

专利技术来源国/地区是指专利的最早优先权国家，假设各国都是最早在本国进行专利申请，对世界天然橡胶专利技术来源国/地区进行分析。日本的专利产出位居世界第1，占比36.95%；中国和韩国也是该领域技术产出较多国家，排在第2和第3位，分别占比33.04%和5.58%；国际专利、美国、德国、欧盟、俄罗斯和英国也进入专利技术产出的前15位国家（图3）。

专利申请人就同一个专利到多个国家/地区提出申请，由此形成的一组专利称为同族专利[14-15]。专利技术市场国/地区就是指专利的同族专利申请国/地区，一般同族专利涉及的申请国家/地区就是该专利的市场布局国家/地区。从专利技术的市场分布来看（图4），世界天然橡胶专利主要分布于日本、中国、美国、欧盟、德国、韩国、加拿大、国际专利、英国、澳大利亚和法国等国家/地区。同时，也体现了日本、中国、美国、德国和韩国是天然橡胶产业的主要市场。这说明相关技术专利申请人以日本、中国、韩国为最多，另外，进行天然橡胶技术研发的企业大都以日本、中国、美国为主要市场；而中国除了在本国申请专利以外，在其他国家的专利布局较少。

2.3 世界天然橡胶专利申请人排名

世界约有2 900多个专利申请人活跃在天然橡胶专利研发领域。专利申请量前15位申请人中大部分为企业，日本共有8家企业进入世界排名前15，另外还有6家企业分别是韩国3家、中国2家和美国1家（表1）。可以看出日本整体实力雄厚，是世界天然橡胶市场占有率最大的国家。

通过分析专利申请活跃期和近年专利申请量可以发现，竞争机构对于某一技术领域的领先持续度和最新发展态势。在天然橡胶领域专利中，从排名前15位机构的专利申請活跃期和近5年专利申请量占比来看，申请人的专利申请活跃期平均35 a；日本的8家企业专利申请活跃期均超过40 a，中国和韩国起步较晚，专利申请活跃期较短；最早开始专利申请并且申请活跃期最长的是日本合成橡胶株式会社（1963，52 a），美国固特异轮胎橡胶公司作为世界上最大的轮胎生产公司，其申请活跃期长达50 a。近5年专利申请占比大于20%的机构主要有日本的普利司通、住友橡胶、横滨橡胶和东洋橡胶，中国的山东永泰化工集团有限公司、中国热带农业科学院、中国石化，韩国的韩泰轮胎、LG化学。这说明普利司通、住友橡胶、横滨橡胶等老牌橡胶行业巨头在该领域的整体研发实力较强，中国企业在这些方面还有一定的差距。

从技术分类（IPC分类）角度分析，上述机构技术研发主要涉及高分子化合物的组合物、使用无机物或非高分子有机物作为填料、橡胶的处理或化学改性、轮胎、纺织品处理、以及遗传转化、树木处理等。

2.4 世界天然橡胶专利IPC技术主题分布

按照国际专利技术分类（International Patent Classification，IPC），世界天然橡胶相关技术专利共约5 000多个IPC代码，所涉及的IPC技术类型主要集中在高分子化合物的组合物、使用无机物或非高分子有机物作为填料、轮胎或与轮胎有关的装置、加工、配料的一般工艺过程、橡胶的处理或化学改性等方面。近5年专利技术类型主要分布在鞋类或鞋类配件、林业、待成型材料的准备或预处理、制作颗粒或预型件、使用无机物或非高分子有机物作为填料、高分子化合物的组合物等方面，详见表2。因此，天然橡胶领域的世界专利申请基本围绕着高分子化合物的处理或改性来进行，也是该行业的研发热点。

2.5 世界天然橡胶专利技术研发布局

德温特手工代码（Derwent Manual Codes，DMC）是德温特索引专家针对每项专利进行手工标引，用于表示具体发明的技术创新点及其应用，通过DMC分析专利技术可以从内容和类型两方面双重表达专利技术的创新特征[23-25]。按照德温特手工代码分类，世界天然橡胶相关技术专利约有3 200多个DMC代码，所涉及的DMC分类主要集中在天然橡胶、轮胎、轨道、聚合物、填料、增强剂、交联剂和抗氧化剂等。而近5年专利技术主要分布在交联剂、抗氧化剂、复合、共混、均质、填料和增强剂等（表3）。这说明世界天然橡胶领域的技术创新主要应用于轮胎、轨道、聚合物、填料、增强剂、交联剂和抗氧化剂等领域。

2.6 中国天然橡胶专利申请数量时间趋势

本次检索共得到中国专利3 317项，同族专利925项，专利优先权年时间跨度为1986～2015共30 a。中国最早的天然橡胶专利申请始于1986年，是江苏省丹徒县橡胶厂申请的用于研磨电视显像屏的橡胶套筒的专利（专利号：CN8606308-A）[26]；中国热带农业科学院最早的天然橡胶专利是橡胶树桑寄生杀除方法及其施药装置（1988年，专利号：CN8800039-A）[27]。1986～2003年，中国天然橡胶领域专利发展缓慢，每年只有少量专利产出；自2004年后，年度申请量超过10件以上，专利申请量开始逐渐增加，呈现稳定上升趋势；2009年开始，专利申请量快速增长。专利申请类型包括发明专利、实用新型专利和进入中国国家阶段的PCT发明专利，并以发明专利申请为主，占中国专利申请量的90.02%（图5）。这表明近年来中国在天然橡胶相关技术领域发展过程较快，但仍处于初期发展阶段。

2.7 中国天然橡胶专利申请人排名

中国约有1 700多个申请人在天然橡胶领域申请专利，排名前10位专利申请人以企业为主、还包括高校和科研机构（表4）。中国热带农业科学院、山东永泰化工有限公司和中国石化排在专利申请前3位；6家企业进入排名前10，分别是山东永泰化工有限公司、中国石化、北京橡胶工业研究设计院（中国化工科学研究院隶属科技型企业）、中国石油、际华制鞋有限公司和杭州中策橡胶有限公司；高校有北京化工大学、海南大学和华南理工大学进入前10名，分别排在第6、第8和第9位；中国热带农业科学院作为从事热带农业科技创新的农业部直属科研机构，是唯一进入世界排名第4，中国排名第1的科研机构，也是国内最早开始天然橡胶专利申请及申请活跃期最长（1988，28年）的科研机构；山东永泰化工集团有限公司近5年专利申请占比最高，该企业以生产子午轮胎为主，在国内同行中逐步发展成为实力最强的大型企业集团；排名前10位机构的近5年专利占比均超过35%。说明中国天然橡胶技术领域的研发主力是企业和高校，科研机构的研发实力还有进一步提升空间。

上述机构的专利技术类型主要包括高分子化合物的组合物、使用无机物或非高分子有机物作为填料、轮胎、鞋类、组培、遗传转化和树木处理等。

2.8 中国天然橡胶专利IPC技术主题分布

中国天然橡胶相关技术专利共涉及2 000多个IPC分类，所涉及的技术方向主要分为5大类，高分子化合物的组合物、使用无机物或非高分子有机物作为填料、轮胎或与轮胎有关的装置、加工和配料的一般工艺过程、塑性成型或接合。近5年专利申请量较活跃的技术领域也分为5类，电缆、导体、绝缘体及其相关性能材料的选择、鞋类或鞋类配件、使用无机物或非高分子有机物作为填料、涂料组合物、林业（表5）。说明中国天然橡胶专利技术研究热点与世界基本一致，还增加了电缆、导体、绝缘体及其相关性能材料的选择、涂料组合物和林业领域。

2.9 中国天然橡胶专利技术研发布局

中国天然橡胶相关技术专利共包含1 700多个德温特手工代码，中国天然橡胶领域的技术主要集中在天然橡胶、交联剂、促进剂、抗氧化剂、混合、复合、均质、共混等方面，近5年专利申请量较活跃的技术领域是交联剂、抗氧化剂、混合、复合、均质、共混、填料、增强剂和聚合物（表6），也可以认为，这些方面是中国天然橡胶领域技术的具体应用。

3 讨论

3.1 世界和中国天然橡胶产业专利研发态势

从专利申请的时间趋势、研发布局和专利权人对德温特数据库收录的天然橡胶产业专利进行对比分析，发现天然橡胶产业专利研发态势如下：从时间趋势上看，世界天然橡胶专利优先权年的时间跨度为1955～2015年，共计10 039项专利文献，同族专利8 172项；中国专利优先权年跨度为1986～2015年，共计3 317项专利，同族专利925项。总体而言，世界和中国的专利申请量逐年增加，目前处于稳步发展阶段；中国天然橡胶专利申请晚于美国、德国和日本，但近年来在天然橡胶相关技术领域发展迅速，专利申请量已越居世界第2；从研发布局来看，日本、中国、韩国、美国和德国是天然橡胶专利的主要技术来源国，天然橡胶领域的研发机构大都将专利布局在日本、中国和美国等市场；中国主要在本国申请专利，在其他国家的专利布局较少；从专利申请人来看，世界天然橡胶产业专利申请人以企业为主，日本整体研发实力雄厚，普利司通、住友橡胶、横滨橡胶等在该领域的专利申请量占绝对优势；中国有1家科研机构和2家企业进入世界前15，中国热带农业科学院是唯一进入世界前15的科研机构，其科研实力与日俱增；但国内专利申请活动大部分还是由企业和高校承担，反映出科研机构作为科技创新的主体，研发能力还有待提升。

3.2 世界和中国天然橡胶技术领域研发热点

从世界和中国两个层面来看，世界天然橡胶技术领域的研发热点主要集中在高分子化合物的组合物、使用无机物或非高分子有机物作为填料、輪胎或与轮胎有关的装置、加工、配料的一般工艺过程、橡胶的处理或化学改性等；中国天然橡胶的研发热点与世界基本一致，另外包括电缆、导体、绝缘体及其相关性能材料的选择、涂料和林业领域。橡胶树是热带地区典型的经济作物，天然橡胶是重要的工业原料，被广泛用日常生活、交通、建筑、工业和国防等领域[1-2]。天然橡胶的主要产出国分布在东南亚地区，天然橡胶的需求量主要集中在中国、美国、日本、印度和欧洲[28-29]。美国最早开始天然橡胶技术专利的研发，日本和德国略晚于美国，但重要核心技术仍掌握在日本和美国橡胶和轮胎行业企业手中；中国和韩国作为后起之秀，在天然橡胶领域发展迅速，并且中国的专利申请量已超过美国、德国和韩国位居世界第2位，但中国企业对外专利布局较少，还未形成自己核心的技术领域。

4 结论

基于德温特专利数据库，利用专利计量方法得出以下结论：世界天然橡胶专利优先权年跨度为1955～2015年，中国专利优先权年跨度为1986～2015年，世界和中国的天然橡胶专利申请量逐年增加；主要申请国是日本、中国、韩国、美国和德国，而日本、中国和美国既是专利技术来源国又是市场国；专利申请人以企业为主，日本的普利司通、住友橡胶、横滨橡胶等在该领域的专利申请量占绝对优势；中国热带农业科学院是唯一进入世界前15的科研机构；世界天然橡胶技术领域的研发热点主要集中在高分子化合物的组合物、使用无机物或非高分子有机物作为填料、轮胎或与轮胎有关的装置、加工、配料的一般工艺过程、橡胶的处理或化学改性等；中国的研发热点还涉及电缆、导体、绝缘体及其相关性能材料的选择、涂料和林业领域。

参考文献

[1] Warren T E， Dolman P M， Edwards D P. Increasing Demand for Natural Rubber Necessitates a Robust Sustainability Initiative to Mitigate Impacts on Tropical Biodiversity[J]. Conservation Letters， 2015， 8（4）： 230-241.

[2] Melba Y， Shivakumar K M. Price Formation and Supply Response of Natural Rubber[J]. Economic Affairs， 2016， 61（1）： 173-177.

[3] Internationl Rubber Study Group Irsg. Rubber Statistical Bulletin， Quarterly Statistics[EB/OL]. http：//www.rubberstudy.com/statistics.aspx， 2016-01-01/2016-11-10.

[4] 朱永康. IRSG发布世界橡胶市场最新研究报告[J]. 橡胶科技，2016，14（6）：15-15.

[5] 陈明文. 我国天然橡胶产业发展形势与因应策略[J]. 农业经济问题，2016（10）：91-94，112.

[6] 莫业勇. 2014年国内天然橡胶生产消费与2015年展望[J]. 中国热带农业，2015（2）：8-9.

[7] 杨浩明，樊凌雯，张保彦，等. 全球和中国橡胶机械产业专利情报分析[J]. 情报杂志，2014，33（6）：53-58.

[8] 陈小莉. 工业机器人产业专利竞争态势[J]. 科学观察，2016（2）：12-23.

[9] 梁琴琴，赵志耘，赵蕴华. 全球MEMS传感器技术创新现状与趋势——基于2000-2014年专利分析[J]. 科技管理研究，2016，36（10）：165-169.

[10] 魏 珣，贾敬敦，孙康泰，等. 基于文献计量的世界家畜种业科技创新研究态势分析[J]. 中国农业科学，2015，48（13）：2 622-2 634.

[11] 吴学彦，韩雪冰，孙 琳，等. 基于DII的转基因玉米领域专利计量分析[J]. 情报杂志，2013，32（5）：99-102.

[12] 郑 佳，袁学敏. 碳纤维技术在不同应用领域中的发展状况研究[J]. 高技术通讯，2016（1）：37-44.

[13] 沈喜玲，曲 昭，丁 堃. 基于专利计量视角比较中美石油企业技术差异[J]. 科技管理研究，2015，35（7）：152-157.

[14] 斯 佳. 普利司通研制成功银胶菊橡胶轮胎[J]. 中国橡胶，2015（20）：35-35.

[15] 燕 丰. 山东永泰集团开发出一种三元乙丙橡胶胎侧胶[J]. 橡塑技术与装备，2016（11）：29-29.

[16] 朱永康. 大陸马牌开始用蒲公英胶乳制造轮胎[J]. 现代橡胶技术，2015，41（3）：29-29.

[17] 中国热带农业科学院编著. 中国热带作物学科发展研究[M]. 北京：科学出版社，2015：1-21.

[18] 李一萍，高秀云，胡小婵，等. 基于SCI-E天然橡胶科研论文统计分析[J]. 农业图书情报学刊，2016，28（10）：61-66.

[19] Silva L C S， Kovaleski J L， Gaia S， et al. World Scenario of Green Patents： Perspectives and Strategies for the Development of Eco-innovations[J]. African Journal of Business Management， 2013， 7（6）： 472-479.

[20] Klingmen K J， Castner J， Titus A H. A Review of Worldwide Patents： Innovations in Peak Flow Meters for Asthma[J]. Nursing Research， 2016， 65（3）： 238-248.

[21] Firestone Tire & Rubber Co. Synthetic Homopolymer of Isoprene-Combining the Desirable Props of Hevea and Sulphur Vulcanisable Synthetic Rubbers： US， 3632563-A[P]. 1955-08-24/2016-11-09.

[22] Pittsburgh Plate Glass Co. Goated Silica Fillers for Natural Rubber： US， 540614[P]. 1955-10-14/2016-11-09.

[23] 车 尧，李雪梦. 基于德温特手工代码的专利技术分析——以风能为例[J]. 情报科学，2015，33（4）：132-138.

[24] 沈 君，高继平，滕 立. 德温特手工代码共现法：一种实用的专利地图法[J]. 科学学与科学技术管理，2012，33（1）：12-16.

[25] 刘 畅，房元锋，王海峰，等. 利用德温特数据库手工代码分析研究安防专利[J]. 电子世界，2014（10）：490-490.

[26] Miao J. Rubber Sleeve for Grinding TV Screen - Comprises Natural Rubber， Carbon Powder and Sulphur： CN， 8606308-A[P]. 1988-03-23/2016-11-09.

[27] Dong X， Zhou Y， Zhong A. Rubber Tree Loranthus Parasiticus Pesticidal Compsn. Applicator - Includes bag Filled with Metribuzin soln.， Glass Tube and Rubber Pipe： CN， 8800039-A[P]. 1988-07-13/2016-11-09.

[28] 莫业勇. 全球有60多个国家生产天然橡胶[J]. 中国热带农业，2014（5）：75-76.

[29] 那美君. 东南亚主要橡胶出口国竞争力对比分析研究[D]. 杭州：浙江工业大学，2015.