宋聰雨

一、引言

聚氨酯橡膠（PUR），也稱聚氨酯彈性體，是一類在分子鏈中含有較多的氨基甲酸酯（-NHCOO-）特性基團(tuán)的彈性聚合物材料，是一種既有橡膠彈性又有塑料熱塑性的高分子材料。聚氨酯橡膠最大的特點(diǎn)是在硬度范圍內(nèi)（邵氏A10至邵氏D75度）保持較高的彈性（伸長(zhǎng)率可達(dá)400%～1 000%），耐磨性卓越（約為天然橡膠的3～10倍），有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐油性和耐臭氧性，低溫性能也很出色。由于聚氨酯橡膠具有非常良好的綜合性能，因此應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、國(guó)防等各個(gè)方面：在礦山、冶金等行業(yè)的應(yīng)用，如篩板、搖床等；在機(jī)械工業(yè)方面的應(yīng)用，如膠輥、膠帶、密封件等；在汽車工業(yè)方面的應(yīng)用，如輪胎、密封圈等；在輕工業(yè)方面的應(yīng)用，如聚氨酯鞋底料、聚氨酯合成革、聚氨酯纖維；在建筑工業(yè)方面的應(yīng)用，如防水材、鋪裝材、灌封材等。

本文研究采用的數(shù)據(jù)庫(kù)是中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)（CPRS）和外文專利檢索系統(tǒng)（EPOQUE）外文數(shù)據(jù)庫(kù)，其中EPOQUE系統(tǒng)中使用了德溫特?cái)?shù)據(jù)庫(kù)（WPI）作為數(shù)據(jù)檢索的主要來(lái)源庫(kù)。

二、聚氨酯橡膠全球?qū)＠治?/p>

截至2014年10月，在德溫特WPI數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到涉及聚氨酯橡膠的全球?qū)＠暾?qǐng)共計(jì)25 333項(xiàng)。

1.專利申請(qǐng)趨勢(shì)分析

從全球聚氨酯橡膠專利申請(qǐng)趨勢(shì)（圖1）可以看出，20世紀(jì)60年代以前，聚氨酯橡膠只有零星的專利出現(xiàn)，因?yàn)樵诤铣上鹉z的發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)聚氨酯橡膠的開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)間較晚。1942年，德國(guó)Dynamit Nobel A G的H. Pinten使用合成的聚己二酸型聚酯多元醇和異氰酸酯反應(yīng)，首先生產(chǎn)出類似橡膠的聚合物，稱為“I-Rubber”。到1950年，德國(guó)拜耳公司和英國(guó)ICI公司相繼發(fā)表聚氨酯橡膠生產(chǎn)的有關(guān)技術(shù)和消息，初步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)（但是由于該年代的專利數(shù)據(jù)在德溫特?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有收錄，因此在圖1中未體現(xiàn)1950年之前聚氨酯橡膠的專利申請(qǐng)情況）。在20世紀(jì)60年代以前的零星專利中，申請(qǐng)人集中在拜耳公司、杜邦公司、美國(guó)固特異輪胎橡膠公司、鄧祿普公司、英國(guó)ICI公司等業(yè)內(nèi)耳熟能詳?shù)男袠I(yè)巨頭中，這些公司的研發(fā)歷史和實(shí)力可見(jiàn)一斑。

聚氨酯橡膠的發(fā)展速度很快，從1960-1992年左右，聚氨酯橡膠的專利呈穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這是因?yàn)槠鋬?yōu)異的性能得到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。各先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家投入了較大的人力、物力和財(cái)力，進(jìn)行了大量的研究工作，單從美國(guó)一個(gè)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，在1955-1985年內(nèi)，其產(chǎn)量增長(zhǎng)了約260倍。與此相對(duì)應(yīng)，專利申請(qǐng)量也由1960年的10項(xiàng)增加到了1992年的498項(xiàng)。

與其他基礎(chǔ)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)趨勢(shì)類似，受1990-1992年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)影響，20世紀(jì)90年代前期聚氨酯橡膠的專利申請(qǐng)量有下滑趨勢(shì)。從1996年開(kāi)始，隨著汽車、高速公路、高鐵和新能源行業(yè)的發(fā)展，又給聚氨酯橡膠帶來(lái)了新的契機(jī)，業(yè)內(nèi)對(duì)其改性及應(yīng)用的研發(fā)投入持續(xù)增長(zhǎng)，其專利申請(qǐng)量也繼續(xù)穩(wěn)步增長(zhǎng)，至2012年，其年申請(qǐng)量已經(jīng)達(dá)到了1 452項(xiàng)。

在聚氨酯橡膠專利申請(qǐng)中，中國(guó)、日本、美國(guó)、歐洲是4個(gè)重點(diǎn)專利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)/地區(qū)，圖2顯示了自1994-2013年該領(lǐng)域全球申請(qǐng)總量及上述4方專利申請(qǐng)量隨年代的變化趨勢(shì)。

從圖2（b）中可以看出，近20年中，日本在本領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，在2001年達(dá)到了最高峰的351項(xiàng)。日本聚氨酯工業(yè)的歷史雖然比歐洲國(guó)家和美國(guó)晚，但是，對(duì)聚氨酯橡膠的巨大需求刺激了其對(duì)聚氨酯橡膠技術(shù)的研發(fā)，因此日本聚氨酯橡膠的發(fā)展速度非?？欤缫延糜谌毡镜男赂删€中。近幾年，日本的聚氨酯橡膠專利申請(qǐng)量稍有下滑，這與其技術(shù)的日趨成熟分不開(kāi)。作為研究聚氨酯橡膠最早的國(guó)家/地區(qū)，歐洲和美國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量也一直呈穩(wěn)步增長(zhǎng)，特別是美國(guó)作為生產(chǎn)汽車輪胎的大國(guó)，隨著聚氨酯橡膠在輪胎胎面的應(yīng)用日益增多，其專利申請(qǐng)量也隨之增長(zhǎng)。2007年，其最高值達(dá)到了333項(xiàng)，超越了同年日本的申請(qǐng)量。

中國(guó)的聚氨酯橡膠研究起步較晚，特別是20世紀(jì)90年代，研發(fā)力量比較薄弱，年專利申請(qǐng)量在20項(xiàng)以下。2000年以后，隨著國(guó)家對(duì)橡膠產(chǎn)業(yè)的扶持以及各界對(duì)專利保護(hù)制度的重視，中國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)，至2009年中國(guó)的年申請(qǐng)量已經(jīng)超越了美、日、歐，2012年更是達(dá)到了671項(xiàng)。中國(guó)聚氨酯橡膠專利申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)的原因還與其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)，21世紀(jì)以來(lái)，汽車、高速鐵路、高鐵在中國(guó)快速發(fā)展，自然也就帶動(dòng)了聚氨酯橡膠的發(fā)展。

2.專利申請(qǐng)區(qū)域分析

從全球聚氨酯橡膠專利申請(qǐng)量的區(qū)域分布（圖3）可以看出，日本、美國(guó)、歐洲和中國(guó)在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)中占據(jù)了前4的位置，韓國(guó)與前述4個(gè)國(guó)家/地區(qū)的差距較大，以占全球總申請(qǐng)量的4%排第5位。上述5個(gè)國(guó)家/地區(qū)的總申請(qǐng)量占了全球總申請(qǐng)量的89%，可見(jiàn)聚氨酯橡膠技術(shù)的地域非常集中。

在排名前5位的國(guó)家/地區(qū)中，日本以占全球申請(qǐng)量37%的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)穩(wěn)居第1，其專利申請(qǐng)量已達(dá)9 836項(xiàng)，可見(jiàn)其對(duì)聚氨酯橡膠技術(shù)研究的重視程度。雖然日本聚氨酯橡膠的研發(fā)晚于歐美國(guó)家，但是由于聚氨酯橡膠的高耐磨性、高彈性使其成為汽車、高速軌道、地下軌道行業(yè)的寵兒，而上述行業(yè)也恰好是日本的優(yōu)勢(shì)行業(yè)，這就使得日本對(duì)聚氨酯橡膠的需求巨大，這種龐大的需求刺激了其對(duì)于聚氨酯橡膠的研發(fā)。另一方面，因?yàn)槿毡臼琴Y源匱乏的國(guó)家，這使得日本一直非常重視合成材料的研發(fā)，這也是其申請(qǐng)量遙遙領(lǐng)先的原因之一。此外，日本擁有多家世界級(jí)的化學(xué)品公司，如可樂(lè)麗株式會(huì)社、普利司通公司、東麗株式會(huì)社等，這決定了其整體的研發(fā)能力很強(qiáng)，這種優(yōu)勢(shì)使其研發(fā)處于良性競(jìng)爭(zhēng)的狀態(tài)，研發(fā)能力也得到更快速提升。

美國(guó)對(duì)于聚氨酯橡膠的研發(fā)起步較早，其相關(guān)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量為5 303項(xiàng)，占全球總申請(qǐng)量的20%，位居第2。一方面，由于美國(guó)在制鞋業(yè)、汽車業(yè)的迅速發(fā)展，美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)是聚氨酯橡膠的主要消費(fèi)市場(chǎng)；另一方面，美國(guó)擁有陶氏化學(xué)集團(tuán)、杜邦公司等世界一流的化學(xué)品原材料公司，整體研發(fā)實(shí)力強(qiáng)大；此外，美國(guó)對(duì)于專利保護(hù)非常重視，以上原因決定了美國(guó)在聚氨酯橡膠的申請(qǐng)量一直保持高位。

圖8是拜耳各技術(shù)分支的專利申請(qǐng)量趨勢(shì)圖，可見(jiàn)，其生產(chǎn)工藝技術(shù)分支的專利申請(qǐng)起步最早。與生產(chǎn)工藝相比，其在改性方法上不太重視，該分支起步較晚且申請(qǐng)量比生產(chǎn)工藝分支少，在應(yīng)用技術(shù)分支上，自21世紀(jì)以來(lái)，拜耳在該分支上的專利申請(qǐng)也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。綜合來(lái)看，拜耳公司注重基礎(chǔ)型研發(fā)，這與其強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)支撐是分不開(kāi)的。

（3）專利申請(qǐng)區(qū)域分布

圖9是拜耳公司在主要國(guó)家/地區(qū)的專利申請(qǐng)數(shù)量，從中可見(jiàn)，拜耳公司非常重視國(guó)外市場(chǎng)，從其申請(qǐng)專利之初就在美國(guó)和日本進(jìn)行了專利申請(qǐng)，且其在歐洲外的申請(qǐng)量與在德國(guó)本土和歐洲專利局的申請(qǐng)量相差不是很大，可見(jiàn)作為全球聚氨酯橡膠技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，拜耳對(duì)全球主要國(guó)家/地區(qū)的市場(chǎng)都非常重視。

2.巴斯夫

（1）企業(yè)基本情況

巴斯夫股份公司（簡(jiǎn)稱“巴斯夫”）是一家德國(guó)化工企業(yè)，也是世界知名的化工企業(yè)之一。巴斯夫在歐洲、亞洲、美洲的41個(gè)國(guó)家擁有超過(guò)160家全資子公司或者合資公司。公司總部位于萊茵河畔的路德維希港，是世界上工廠面積最大的化學(xué)產(chǎn)品基地，向客戶提供一系列高性能的產(chǎn)品，涵蓋化學(xué)品、塑料、特性產(chǎn)品、作物保護(hù)產(chǎn)品以及原油和天然氣。其中聚氨酯產(chǎn)品在全球有著廣泛的用戶基礎(chǔ)。巴斯夫非常重視研究開(kāi)發(fā)，每年拿出巨資用于研發(fā)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。在中國(guó)的山東濟(jì)寧、南京、上海浦東、廣州、佛山等均建有工廠。

（2）專利申請(qǐng)總體情況

圖10是巴斯夫各技術(shù)分支的申請(qǐng)量分布情況，從圖中可以看出，與拜耳公司不同，巴斯夫更注重應(yīng)用技術(shù)分支的研發(fā)，其應(yīng)用分支的申請(qǐng)量為370項(xiàng)，占到了總申請(qǐng)量654項(xiàng)的56.6%。雖然其應(yīng)用分支所占比例最高，但是作為一家綜合實(shí)力很強(qiáng)的研發(fā)型企業(yè)，其在生產(chǎn)工藝和改性方法技術(shù)分支等基礎(chǔ)型研發(fā)方面的專利申請(qǐng)量也很大，其中生產(chǎn)工藝分支為290項(xiàng)，改性方法分支為231項(xiàng)，分別占到了總申請(qǐng)量的44.3%和35.3%。

巴斯夫在生產(chǎn)工藝和改性方法技術(shù)分支方面起步較早，對(duì)于聚氨酯橡膠應(yīng)用的研發(fā)較晚，從2000年以后在應(yīng)用分支方面的申請(qǐng)量迅速增長(zhǎng)，可見(jiàn)其近幾年對(duì)應(yīng)用有所側(cè)重。

（3）專利申請(qǐng)區(qū)域分布

作為一家德國(guó)公司，巴斯夫在德國(guó)本土的申請(qǐng)量最大，為441項(xiàng)，其次是在歐專局和美國(guó)，在日本的申請(qǐng)量較少，為190項(xiàng)，然后是中國(guó)和韓國(guó)，分別為89項(xiàng)和88項(xiàng)。作為一家國(guó)際型企業(yè)，巴斯夫比較重視國(guó)外市場(chǎng)，1973-1982年其在美國(guó)已經(jīng)申請(qǐng)了43項(xiàng)專利，僅次于德國(guó)本土的55項(xiàng)，可見(jiàn)其很早就開(kāi)始重視國(guó)外市場(chǎng)；巴斯夫在中國(guó)的專利申請(qǐng)主要是在近10年，1993-2002年在中國(guó)的申請(qǐng)只有18項(xiàng)，2003-2012年在中國(guó)的申請(qǐng)量激增到了71項(xiàng)，可見(jiàn)巴斯夫?qū)χ袊?guó)市場(chǎng)日益重視。

3.可樂(lè)麗

（1）企業(yè)基本情況

可樂(lè)麗株式會(huì)社（簡(jiǎn)稱“可樂(lè)麗”）成立于1926年，是日本著名的綜合類化學(xué)工業(yè)集團(tuán)，自成立以來(lái)，可樂(lè)麗以高分子化學(xué)、合成化學(xué)為基礎(chǔ)，積累了各種應(yīng)用技術(shù)。同時(shí)運(yùn)用這些技術(shù)獨(dú)自開(kāi)發(fā)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，其產(chǎn)品包括波瓦爾樹(shù)脂、人造皮革、牙科材料、醫(yī)用產(chǎn)品、亞克力人造石等。

（2）專利申請(qǐng)總體情況

截至2013年，可樂(lè)麗的專利申請(qǐng)量為613項(xiàng)，其專利申請(qǐng)趨勢(shì)在20世紀(jì)60年代和80年代出現(xiàn)了高峰，在20世紀(jì)70年代和進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)出現(xiàn)了波谷，除了與日本的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)有關(guān)外，主要是因?yàn)檠邪l(fā)的技術(shù)瓶頸期。

與拜耳公司和巴斯夫不同，可樂(lè)麗在聚氨酯橡膠領(lǐng)域的專利申請(qǐng)主要是在應(yīng)用技術(shù)分支，該分支申請(qǐng)量為493項(xiàng)，占到了總申請(qǐng)量613項(xiàng)的80.4%，基礎(chǔ)型的專利生產(chǎn)工藝分支僅占總申請(qǐng)量的20.2%，可見(jiàn)其研發(fā)側(cè)重點(diǎn)在于聚氨酯橡膠產(chǎn)品的研發(fā)，對(duì)基礎(chǔ)型研發(fā)不太重視或者實(shí)力不夠。

（3）專利申請(qǐng)區(qū)域分布

同大多數(shù)日本申請(qǐng)人一樣，可樂(lè)麗公司非常重視日本本土市場(chǎng)，對(duì)國(guó)外市場(chǎng)重視度很低，其對(duì)美國(guó)申請(qǐng)量最多，但也僅有51項(xiàng)，僅僅占到了其本土申請(qǐng)量的8.6%。

4.重要申請(qǐng)人綜合實(shí)力比較

圖11為拜耳、巴斯夫和可樂(lè)麗3個(gè)申請(qǐng)人的各技術(shù)分支在全球的申請(qǐng)量，從圖中可以看出，拜耳在生產(chǎn)工藝分支的申請(qǐng)量最大，可見(jiàn)其基礎(chǔ)研發(fā)實(shí)力強(qiáng)大；巴斯夫在應(yīng)用技術(shù)分支的申請(qǐng)量最大，但是在生產(chǎn)工藝和改性方法分支也有一定的實(shí)力；可樂(lè)麗公司的申請(qǐng)中生產(chǎn)工藝和改性方法分支的占比很少，其研發(fā)重點(diǎn)在應(yīng)用技術(shù)分支。

從重要申請(qǐng)人全球區(qū)域分布比較（圖12）可以看出，拜耳和巴斯夫非常重視國(guó)外市場(chǎng)，在各重點(diǎn)國(guó)家/地區(qū)的專利申請(qǐng)量都比較多，而可樂(lè)麗公司主要重視日本本土市場(chǎng)，對(duì)在國(guó)外申請(qǐng)專利不太重視。

四、結(jié)語(yǔ)

聚氨酯橡膠性能優(yōu)異，其耐磨性優(yōu)異、彈性模量高、強(qiáng)度高、能量吸收性能好、耐油性能優(yōu)異，介電性能和兼容性好，因此其應(yīng)用日益廣泛，在輪胎、沖壓彈性元件、工業(yè)膠輥、汽車部件中都可作為高性能材料。在區(qū)域分布方面，日本的聚氨酯橡膠研究雖然起步晚于歐美，但是后來(lái)居上，排名世界第1，其申請(qǐng)量占到了全球總申請(qǐng)量的37%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)聚氨酯橡膠需求預(yù)計(jì)以年均3%左右速度增長(zhǎng)，西歐地區(qū)增長(zhǎng)速度約為1.5%，與此同時(shí)，環(huán)太平洋地區(qū)國(guó)家對(duì)聚氨酯橡膠的需求也在持續(xù)增長(zhǎng)，因此可以預(yù)見(jiàn)，隨著需求的增長(zhǎng)，各研發(fā)主體對(duì)聚氨酯橡膠的研發(fā)熱情不會(huì)減退，未來(lái)幾年內(nèi)，申請(qǐng)量會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。