基于专利分析聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯技术发展态势

1 全球PBAT专利申请状况

以Incopat数据库为专利数据来源,PBAT全球专利为数据分析对象,利用关键词构建检索式,检索日期为 2023年5月10 日,对检索到的专利逐篇筛选,得到与主题相关的专利3 600篇。

1.1 PBAT专利数量总体发展趋势和专利技术生命周期分析

对PBAT技术相关专利申请数量进行统计,可以了解该领域专利技术整体发展情况,从而制定出相应的发展策略。如表1所示,PBAT技术发展大致可分为三个阶段:2001—2007年为萌芽期,全球PBAT相关专利开始出现,专利申请数量和专利申请人均相对较少,年均申请数量低于50件,德国巴斯夫欧洲公司、意大利诺瓦蒙特股份公司、美国伊士曼化学公司等跨国公司率先开展技术研究和产业化应用;2008—2015年为初步发展期,这阶段国务院办公厅发布《国务院办公厅关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》,中国科学院理化技术研究所、中国科学院长春应用化学研究所等科研机构相继投入到 PBAT工业化的研究中,开始围绕核心技术展开专利布局,国内申请数量增多,2010年前后国内自主技术的PBAT工业化装置开始出现;2016年至今为快速发展期,专利申请数量和专利申请人快速增长,尤其是2020年1月国家发展和改革委员会发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》后,可降解材料需求量大幅增加,大量企业开始投资建设PBAT项目。预计到2026年PBAT生产能力将达到10 000～20 000 kt/a,随着PBAT产业的发展,PBAT专利申请也会持续快速增长[14]。

表1 全球PBAT专利历年申请数量和申请人数量Tab.1 Number of global PBAT patent applications and applicants by year

1.2 全球专利申请国家/地区分布

从表2 PBAT技术专利的申请来源国家/地区分布可以看出,中国处于PBAT专利申请数量的首位,申请专利数为2 393件,其次是韩国、美国、日本、德国、法国,申请专利数分别为318,205,194,92,67件。

表2 全球PBAT专利申请来源国家/地区分布Tab.2 Distribution of global PBAT patent applications by source countries/regions

由表3可以看出,中国、日本和美国是较早进入PBAT技术领域的国家,其中美国、日本的申请数量始终保持稳定,增长缓慢,中国自2012年起申请数量开始迅速增长,且近5年受理的相关专利数量增长尤为迅速。此外,各国通过世界知识产权组织(WO)途径申请的专利数量一直保持稳定,说明相关申请人都在积极进行国外布局。

表3 PBAT专利受理量居前4的国家/地区受理量年度分布Tab.3 Annual distribution of PBAT patent acceptance in the top 5 countries/regions

1.3 技术领域分布

对PBAT技术相关专利基于国际专利分类号(IPC)进行统计分析,可以了解PBAT技术相关专利主要涉及的技术领域和技术重点等。如表4所示,全球PBAT专利主要IPC分布主要集中在以下领域:(1)PBAT的制备,例如直接酯化法、酯交换法等[1,3,11,14],主要分类号包括C08L67等;(2)PBAT用于制备薄膜、片材、植保覆盖物、医用材料等[15,17-23],主要分类号包括C08J5、C08L3、B32B27、C08K9、C08L97等;(3)PBAT用于制备复合材料,如通过共混改性提高 PBAT混合物的综合性能,同时保持其基本的生物降解性并降低价格[14,25-26],主要分类号包括C08K3、C08K5、C08K13、C08L23等。

表4 全球PBAT专利前10位IPC分布Tab.4 Distribution of top 10 IPC in global PBAT patent applications

1.4 主要国家/地区的技术布局

如表5所示,中国、韩国、美国和日本4个主要国家/地区的PBAT专利技术布局如下:(1)中国专利主要集中在C08L67、C08K3、C08K5、C08J5和C08L3,涉及PBAT制备及改性、催化剂制备、工艺优化,发泡材料、农用地膜、保鲜膜、抗菌材料、可降解容器等应用领域,申请数量远超其他国家,全产业链优势明显;(2)韩国专利主要集中在C08L67、C08K3、C08K5、C08J5和B32B27,涉及PBAT复合材料制备及改性、成膜装置,包装材料、农用地膜、可降解容器、抗菌面料、功能纤维、发泡材料、包装材料等应用领域;(3)美国专利主要集中在C08L67、C08K5和C08J5,在合成工艺方面具有很强的技术积累,涉及PBAT制备工艺、薄膜材料制备、复合改性,可降解容器、包装材料、纤维制品、堆肥工艺等应用领域;(4)日本主要集中在C08L67、C08K5、C08J5和B32B27,涉及PBAT复合材料制备及改性,农用地膜、保鲜膜、包装材料、抗菌面料、功能纤维等应用领域。此外,各国通过WO途径申请的专利主要集中在C08L67、C08K5、C08J5和B32B27,涉及PBAT制备工艺、催化剂制备、复合材料开发等核心技术。

表5 主要国家/地区在PBAT领域的专利布局Tab.5 Patent layout of major countries/regions in PBAT field

1.5 重要专利申请人

全球PBAT专利申请数量不少于15件的申请人见表6。

表6 全球部分PBAT专利申请人及申请数量Tab.6 Partial PBAT patent applicants and number of patent applications in the world

从表6可以看出:全球PBAT专利申请数量不少于15件的申请人中中国有12家,申请人包括研究机构、高校和企业,其中金发科技股份有限公司的申请数量最多,其次为中国科学院长春应用化学研究所,目前国内已经攻克PBAT 的合成、改性和应用等关键技术难题,拥有自主知识产权的PBAT生产工艺包及应用专利技术,为我国PBAT产业化发展奠定了扎实基础[27];国外申请人主要是跨国公司,如德国巴斯夫欧洲公司、美国伊士曼化学公司等,表明这些跨国公司PBAT技术已经非常成熟。

从表7可以看出,国外申请人对于自主开发的技术保护意识很强,比较注重通过专利合作条约(PCT)途径在全球进行专利布局,并围绕核心技术进行多方面的外围专利布局,如德国巴斯夫欧洲公司在美国、日本、韩国、中国、WO、欧洲专利局(EPO)的申请数量分别为23、24、21、28、37、34件,而我国在PBAT专利领域排名前列的高校和科研机构均以国内申请为主,缺乏完善的海外布局。

表7 PBAT主要国外专利申请人专利保护策略Tab.7 Patent protection strategies for major PBAT patent applicants outside China

1.6 重要专利申请人专利布局分析

从表8可知:国外申请人在复合材料制备方面具有较强的技术积累,其中德国巴斯夫欧洲公司聚焦于合成工艺和食品包装材料开发,法国卡比奥斯公司侧重于生物酶降解技术开发,韩国乐金集团在汽车内饰和面板材料方面做了大量布局,韩国 SKC 高科技材料有限公司聚焦于食品包装材料、纤维和薄膜制备技术,且这些企业已在巴西、澳大利亚、日本、韩国、WO、中国、EPO、加拿大、美国等进行专利布局;中国申请人中金发科技股份有限公司、中国科学院长春应用化学研究所等机构在增强增韧等功能改性领域有较强的技术开发能力,而其他申请人则大多聚焦于农用膜和食品包装等领域,如上海昶法新材料有限公司、万华化学集团股份有限公司等,且仅在中国、WO、EPO进行专利布局。

表8 全球专利申请量排名前10专利申请人的专利布局Tab.8 Patent layout of top 10 patent applicants in terms of patent application volume in the world

2 中国区域PBAT技术专利重点分析

2.1 专利数量年度分布分析

从图1可以看出:中国受理的PBAT专利申请数量总计2 670件,2001—2015年申请数量较少,呈现较为缓慢的上升趋势;自2016年起,中国受理的相关专利开始进入快速增长阶段。

图1 中国受理的PBAT专利数量的年度变化趋势Fig.1 Annual trend in the number of PBAT patents accepted in China

从图2可以看出:2015—2017年中国申请人的申请数量处于增长趋势,2018年专利申请量有所下降,之后又呈现逐年上升态势;2001年国外申请人开始在中国申请PBAT相关专利,此后申请数量相对稳定。

图2 在中国申请的PBAT专利数量的年度变化趋势Fig.2 Annual trend in the number of PBAT patents applied in China●—国外申请人申请量;■—中国申请人申请量

2.2 专利申请来源地分析

在检索到的2 670件PBAT技术中国专利申请中,国内申请数量2 393件,占89.6%,其他国家或地区申请数量277件,占10.3%,主要来源于美国、德国、韩国、日本、法国、芬兰、瑞士、英国、荷兰等国家,见表9。

美国申请人申请的专利主要集中在复合改性、薄膜制备、包装材料、纤维和片材开发、堆肥工艺等领域,代表性公司有美国伊士曼化学公司、维里科尔公司、美国阿拉丁制造公司、丹尼米尔生物塑料有限公司、美国梅塔玻利克斯公司、宝洁公司等。德国申请人申请的专利主要集中在合成工艺、复合改性、薄膜制备、包装材料、阻燃材料等领域,代表性公司有德国巴斯夫欧洲公司、朗盛公司、莱茵化学公司等。韩国申请人申请的专利主要集中在复合改性、医用材料、发泡材料、汽车内饰材料等领域,代表性公司有韩国乐金集团、韩国SKC高科技材料有限公司、韩国三星集团等。日本申请人申请的专利主要集中在生产装置、复合改性、薄膜制备等领域,代表性公司有日本钟化株式会社、日本旭化成株式会社、日本TBM株式会社、日本东丽公司、日本三菱公司等。法国申请人申请的专利主要集中在发泡材料、可降解容器、降解酯酶等领域,代表性公司有法国卡比奥斯公司、阿克马法国公司、罗盖特公司等。

2.3 国外专利申请人构成

国外在中国的PBAT技术领域专利主要申请人来自德国、法国、韩国、美国、日本、芬兰和意大利,主要有德国巴斯夫欧洲公司(28件)、法国卡比奥斯公司(25件)、韩国乐金集团(10件)、美国伊士曼化学公司(9件)、芬兰斯托拉恩公司(7件)、韩国三星集团(7件)、韩国SKC高科技材料有限公司(6件)、美国梅塔玻利克斯公司(5件)、日本东丽公司(4件)、日本钟化株式会社(4件)、意大利诺瓦蒙特股份公司(4件)。

德国巴斯夫欧洲公司主要集中在食品包装材料、复合材料工艺开发、阻燃材料方面的布局;法国卡比奥斯公司则集中在生物降解用生物酶的开发;韩国乐金集团主要集中于汽车内饰材料、生物可降解面板材料方面的布局;美国伊士曼化学公司和美国梅塔玻利克斯公司主要集中在复合材料工艺开发方面的布局;芬兰斯托拉恩主要集中在包装材料和相关工艺开发方面的布局;韩国三星集团主要集中在发泡材料、复合材料工艺开发方面的布局;韩国SKC高科技材料有限公司主要涉及复合材料工艺优化;日本东丽公司和日本钟化株式会社主要集中在复合材料工艺开发和片材制备方面;意大利诺瓦蒙特股份公司则聚焦于增强增韧改性方面。

3 结语

PBAT技术具有广阔的应用前景,其相关专利的现状如下:(1)PBAT的全球相关专利申请量在2001— 2015年处于缓慢发展期,2016年后处于快速增长期;(2)PBAT技术专利申请主要集中在原料合成、增强增韧、功能改性、制备技术、应用开发等领域;(3)国内PBAT制品的研发和生产主要集中在包装材料、农用地膜等中低端产品领域,应用于汽车行业、电子行业、医疗行业的高端应用目前还存在空白;(4)国外申请人比较注重通过PCT途径在全球提前进行专利布局,我国在PBAT海外专利布局方面相对欠缺。

目前,我国PBAT技术正值产业化大规模的推进阶段,前景可期,但是存在高端PBAT制品相关专利技术储备不足,缺乏完善的海外布局等问题。未来我国需重点关注跨国企业专利布局动向,积极开展高端PBAT制品关键技术开发,加强海外专利布局和标准制定,在满足中低端PBAT制品市场需求基础上,提前布局高端市场,促使我国PBAT产业持续快速发展。