可降解塑料相关专利申请情况的分析

 可降解塑料相关专利申请情况的分析

任甜甜[1], 冯静（等同第一作者）,李良伟

国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心

摘要

可降解塑料作为发展迅速的“绿色”塑料种类引起了人们的广泛关注，本文从可降解塑料的专利申请量着手，通过近年来的申请量趋势、技术分布、申请人地域和排名情况，系统分析了可降解塑料的发展趋势和重点申请人，为了解当前可降解塑料的发展情况，以及未来性能优化材料的研发和专利布局提供参考。

关键词

可降解 塑料 高分子 专利申请 分布

1.概述

塑料由于轻重量、高强度、低成本等优点，已被广泛应用于人们的生产和生活的各个领域，但是，普通塑料的降解时间往往需要几年甚至十几年，燃烧也会产生苯、氯等有害物质，随着难以降解废塑料的不断增加，给生态环境带来了较大的污染[1]。随着对生态环境保护的日益重视，“限塑令”等限制塑料制品使用相关文件的陆续出台，传统塑料的生产和使用遭遇了前所未有的挑战，而可降解塑料在塑料市场的占比逐渐增加。可降解塑料，是一类可以在特定环境下部分或完全分解的塑料，作为聚合物材料，其降解原理主要是通过降低长链的断裂难度，使其易于分解成小片段，并最终降解成二氧化碳和水，由于容易降解的塑料对环境危害更小、便于后期处理，使得近年来可降解材料产业迅速发展。

根据引发降解的机理，可降解塑料可以分为光降解、生物降解和其他降解三大类。生物降解是指利用自然界的微生物，如细菌、霉菌和藻类等，进行降解的聚合物。光降解塑料一般指结构中具有光降解基团或是添加光敏剂的聚合物，在光照下吸收紫外线使得聚合物的键能减弱，链段碎片化，进而被彻底氧化使塑料分解。此外，可降解塑料还包括热氧降解等其他降解类型[2-4]。

从可降解高分子材料种类和应用上来说，聚乳酸和聚酯是生产和生活中常见的可降解塑料种类，常见餐盒、垃圾袋等生活用品使用的可降解塑料有聚乳酸（PLA）、聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）等，农业地膜、阻气包装等高性能材料使用的可降解塑料有PBAT和聚乙醇酸（PGA），高端医用材料领域使用的可降解塑料多为聚己内酯(PCL)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚乙醇酸(PGA)等[5]。

2. 专利申请总体情况

2.1检索范围

本文检索的目标文献是关于可降解塑料的专利文献，检索数据库涉及CNABS（中国专利文摘数据库）、CNTXT（中国专利全文文本代码化数据库）、DWPI（德温特世界专利索引数据库）、ENTXTC（外文专利全文文本翻译数据库）和INCOPAT中的数据库，检索截止日期是2021年12月15日。本文将从全球申请量趋势、技术构成分布、国内申请地域和技术分布、国内外主要申请人分布情况来对可降解塑料进行分析。

2.2 全球申请量趋势

从图2-1可以看出，1989年以前是可降解塑料的起步阶段，全球专利申请量呈平稳增长，主要原因在于当时的科研创新集中在塑料的力学、耐候等方面性能，可降解性并未引起过多的关注。从1990开始，相关专利总体上呈现出快速增长趋势，进入发展期。申请量增加的原因在于，随着塑料在各个行业的广泛应用，废弃塑料带来的“白色污染”越来越严重，使得可降解塑料的发展成为政府、企业和科研院所的研究热点，可降解塑料的相关研究增多。2021年的申请量出现下降趋势，主要是受专利公开时间的影响，部分专利申请还未公开，并不能反映出该年的实际申请量。

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图2-1全球专利申请量趋势

2.3技术构成分布

从图2-2来看，以塑料降解机理的分类角度，生物降解塑料占比最大，达到89%，其次为光降解塑料、其他方式降解塑料，占比分别为7%和4%。

按照原料的组成和制备方法，生物可降解塑料分为天然高分子类、合成型和石油基型三类，天然高分子类可降解塑料主要包括淀粉、木质素、纤维素、甲壳素、明胶和蛋白质等类高分子材料，合成型可降解塑料主要包括聚羟基脂肪酸酯类、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸甲酯和聚乙交酯等类型高分子材料，石油基可降解塑料主要包括聚己内酯、二氧化碳基共聚物、二元酸二元醇共聚酯、聚对二氧环己酮等类型高分子材料。光降解塑料可以分为合成型和添加型，还包含生物-光双降解塑料，生物-光双降解塑料能够在光照或微生物的诱导作用下进行降解，弥补了单一降解的缺陷，降解速度可以达到普通可降解塑料的五倍以上。合成型光降解塑料主要包括一氧化碳类共聚物、烯酮类共聚物等类型，添加型可降解塑料是在高分子中添加了加快降解的添加剂的一类材料，添加剂一般包括羰基甲基酮类、金属化合物、含有芳烃环结构的物质、过氧化物等。从图2-2呈现的申请量上来看，生物降解塑料中天然高分子类占比超过二分之一，合成型次之，石油基占比最少。光降解塑料中合成型、添加型和生物-光双降解型相关专利申请量相近。

图2-2 可降解塑料技术分布

2.4国内申请地域和专利分类分布情况

IPC分类分析是将专利技术按照IPC分类号排序，以统计分析各技术领域专利申请技术，以获知该领域的技术构成情况和关注的技术热点等内容。一件专利通常有多个IPC分类号，可降解塑料专利申请按照IPC小类进行排序，集中在C08L（高分子化合物的组合物）、C08K（使用无机物或非高分子有机物作为配料）和C08J（加工；配料的一般工艺过程）等小类分类号，其次是B65D（物件或物料贮存或运输的容器）、B32B（层状产品和塑料的成型连接）小类中的相关专利，再次是C08F（反应制得的高分子聚合物）、A61L和A01G（在医疗、园艺和林业方面的应用）小类中的相关专利。从技术分类来看，C08L和C08K的专利申请占比较高，分别为高分子组合物和配料相关技术，考虑到可降解塑料需要兼具传统塑料在力学和耐候方面的性能，还需要具备优异可降解性的综合效果，在可降解塑料的性能优化方面，研究人员主要是从原料组成和添加剂方面进行了性能的优化和创新。

从图2-3对国内各省份申请数量的分析统计发现，可降解塑料申请量排名前三位的分别为江苏省、广东省和安徽省，三者累计申请量占比将近全国申请量的一半，其中江苏省占比为17.30%，占据了主导地位。

图2-3 国内申请人省市申请量和专利分类分布

2.5全球和国内主要申请人分布

图2-4显示了全球可降解塑料专利申请的申请人排名状况，该图宏观地反映了全球前二十名申请人的申请量。从全球主要申请人的国别构成来看，专利申请量排名前20中，美国申请人有5家（陶氏杜邦、宝洁、金佰利、3M、通用）、日本申请人有6家（三菱、三井、东洋、东丽、凸版印刷、尤尼吉可）、中国有2家（中科院、江南大学），德国有2家（巴斯夫、拜耳），韩国（乐金）、荷兰（阿克苏诺）、意大利（诺瓦蒙特）、法国（赛诺菲）和瑞士（诺华）各有1家。可以看出，专利申请量排名前20的申请人中有18家国外企业，说明国外企业比较注重可降解塑料的研发和专利布局，而且可降解塑料已经一定程度上具备工业化的条件。另外，从申请人分布可以看出，可降解塑料领域的专利申请具有一定的集中性，这是主要申请人在同一领域深耕数年，注重专利布局的成果。我国科研院所和企业在可降解塑料领域的研发投入和专利储备量等方面还有一定的提升空间。

图2-4全球专利申请的申请人排名

从图2-5所示的可降解塑料领域在华专利申请人分布可以看出，在华申请人类型主要是企业和高校，是专利申请的主力军。专利申请排名前五位的申请人分别是中国科学院长春应用化学研究所、江南大学、华南理工大学、铜陵方正塑业科技有限公司和四川大学，前20位中有7家企业。从专利申请量分布来看，高校和科研院所目前仍是可降解塑料领域的多年深耕的技术创新主体，企业的研发实力和研发投入有待进一步提高，可降解塑料的前沿技术还主要停留在实验室，科研成果的转化仍需进一步加强。

图2-5在华专利申请人排名

3. 结语

专利申请量是反映技术发展和创新程度的指标之一，从专利申请量来看，可降解塑料领域的研究目前仍然处于高速发展期，主要研究的种类集中在生物降解塑料和光降解塑料，专利技术分类以高分子组合物和添加剂为主。在申请人地域分布方面，江苏等沿海经济发达地区更加关注可降解塑料的研发和专利布局。高校在华申请人排名上占据主要地位，企业的研发、专利布局，以及高校和科研院所的成果转化仍需要进一步加强。从整体趋势来看，作为塑料中的朝阳领域，可降解塑料的研发和应用具有广阔的发展前景。

参考文献

[1] 降解塑料的发展现状分析：和晓楠，高科技与产业化，2020年第2期。。

[2] 绿色化学，沈玉龙，中国环境出版社，2016年4月。

[3] 可降解塑料的研究现状及发展趋势，霍鹏，工程塑料应用，2016年第3期。

[4] 可降解塑料产品的分类与标识的现状与展望，石鎏杰等，塑料助剂，2021年第3期。

[5] 可降解塑料的研发与应用，万和江，中氮肥，2021年第2期。

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[1] 任甜甜，助理研究员，主要从事高分子材料领域的专利实质审查；冯静（等同第一作者），助理研究员，主要从事纺织化学领域的专利实质审查；李良伟，高级经济师，主要从事石油化工领域的专利实质审查。