纖維改性制備行業(yè)的專利技術現(xiàn)狀及其創(chuàng)新發(fā)展趨勢

盧茜

摘要：從纖維改性技術現(xiàn)狀出發(fā)，通過國內(nèi)外專利中相關技術和工藝創(chuàng)新點視角研究分析，總體上探明纖維改性制備行業(yè)的申請時間、區(qū)域分布、技術領域分布、申請人分布四個維度的專利布局情況，力爭系統(tǒng)地反映出主要國家和主要申請人在纖維改性行業(yè)的實際水平，以期能夠為纖維改性行業(yè)確立進一步專利技術研究方向提供支持，使相關企業(yè)能夠從整體上把握纖維改性行業(yè)專利技術的創(chuàng)新發(fā)展脈絡。

關鍵詞：纖維改性；專利分析；創(chuàng)新技術；分類；布局

1 引言

通過物理、化學或生物方法使纖維的某些特性（如吸濕、染色、光熱穩(wěn)定、高強高彈等）或特殊功能（如抗靜電、防霉、防污、阻燃等）進行改進、改變或派生的一系列差異性纖維統(tǒng)稱為改性纖維。目前，研發(fā)新纖維需耗費大量時間和經(jīng)費，而新型纖維材料開發(fā)、先進制造加工技術、先進檢測表征技術和纖維產(chǎn)業(yè)應用等高新技術的快速發(fā)展為改性纖維研發(fā)提供了充分基礎，也為改性纖維的應用前景提供了廣闊空間[1]。纖維改性技術自問世以來，其市場研發(fā)化進程已近60年，尤其自1986年以來，改性纖維諸多優(yōu)良的性能使其在紡織、裝飾、產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療、工程等諸多領域逐漸占據(jù)著巨大市場，目前國內(nèi)外具有特定性能的改性纖維產(chǎn)量已占全部合成纖維的60%之多，改性纖維正源源不斷進入國內(nèi)外市場，大大緩解了相關行業(yè)缺乏特殊性能及功能纖維原料的現(xiàn)狀。

近年來，發(fā)展改性纖維，開發(fā)改性纖維新品種，尤其在重要領域擴大改性纖維應用范圍是當今國內(nèi)外纖維改性研發(fā)方向。改性方法是實現(xiàn)纖維多用途、高性能、環(huán)保性等不可缺少的關鍵技術，目前，在涵蓋專利創(chuàng)新技術在內(nèi)的纖維改性技術中，化學方法主要包括堿法改性、液氮改性、金屬及其氧化物改性、電化學改性、分離組分復合改性、共混共聚改性、接枝共聚改性、無甲醛改性、氧化改性、后處理等[2]，物理方法主要為形狀結構、活性炭吸附結構、截面表面異形改性、等離子改性、納米改性、共混或物理性添加改性劑等方法[3]，而生物方法主要有蛋白質(zhì)分子設計改性、基因重組改性、輻射基因突變改性等。

本文以纖維改性制備行業(yè)中的核心技術為分析對象，尤其對紡織、醫(yī)療、產(chǎn)業(yè)、工程等重要領域用的纖維改性制備相關國內(nèi)外專利中新技術和新工藝進行深入剖析，對于纖維改性領域的申請時間分布、區(qū)域分布、技術領域分布、申請人分布等進行統(tǒng)計分析。通過統(tǒng)計分析，總結纖維改性領域的專利技術發(fā)展過程，綜合研究中國、美國、歐洲、日本等國家地區(qū)在纖維改性專利技術方面的實力。從而分析纖維改性技術研發(fā)的領先企業(yè)、預測行業(yè)的發(fā)展趨勢、了解市場戰(zhàn)略布局、分析近期的研究熱點、發(fā)現(xiàn)行業(yè)關鍵技術，以使得我國在纖維改性技術領域能夠借鑒更好的經(jīng)驗，采取合理的技術和專利戰(zhàn)略，為企業(yè)確定專利創(chuàng)新發(fā)展路線提供參考。

2 纖維改性國內(nèi)外專利技術現(xiàn)狀

本文在檢索時所使用的檢索系統(tǒng)為歐洲專利局EPOQUE檢索系統(tǒng)和國家知識產(chǎn)權局的專利檢索系統(tǒng)，所檢索的數(shù)據(jù)庫為德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫和中國專利全文數(shù)據(jù)庫，根據(jù)國際專利分類體系，由技術領域和關鍵詞檢索（截止日為2015年6月26日）篩選得到自1986年至今纖維改性關鍵新技術的1633件國內(nèi)外核心相關發(fā)明專利文獻，下面對纖維改性方面的專利技術從申請時間、地區(qū)分布、技術領域、重點申請人等多角度分層次進行統(tǒng)計分析。

2.1 國內(nèi)外纖維改性專利申請時間分布情況

從1986年至2009年的總共24年時間內(nèi)專利申請量為488件，而從2010年至2015年的6年時間的專利申請量就達到了1145件。其中，1986至2005年的專利申請量比較少，20年時間內(nèi)共有213件，纖維改性技術的研發(fā)水平處于起步階段。到2006年專利迅速增加到278件，隨后從2006年至2010年每年的專利申請量一直處于穩(wěn)定快速增加的趨勢，這期間改性纖維由于其特有的優(yōu)勢逐漸被人們重視，其增長趨勢比較明顯，為纖維改性的技術發(fā)展期階段。而2010年以后每年的申請量開始大幅度增加，并且遠遠超過了之前所有年份的申請量總和，這表明了纖維改性技術的研發(fā)能力在近幾年已達到了一個較高的水平。

由上面這些數(shù)據(jù)也可以看出，2010年以來是改性纖維創(chuàng)新技術飛速發(fā)展的階段，因此這個階段的增長趨勢也可以看作是對于纖維改性技術的需求大幅度快速增長，各個國家和地區(qū)在纖維改性相關技術方面的研發(fā)投入了更大的人力和物力。在最近的6年中隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步、各學科的不斷交叉融合、化學高分子高科技水平快速發(fā)展以及纖維改性技術的不斷創(chuàng)新，紡織工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、工程技術等領域?qū)τ诶w維的高性能、多用途等用途需求不斷拓展，人們對高性能、多應用的改性纖維越來越依賴，由此對纖維改性技術的要求越來越高，從而使得纖維改性創(chuàng)新技術研究發(fā)展越來越快。

2.2 國內(nèi)外纖維改性專利申請國家和地區(qū)分布情況

由申請量可以看出，美國核心專利的申請量是第一位，其份額是28%，數(shù)量為457件，其次是日本、中國、德國，依次份額是23%、15%、11%，數(shù)量依次為376件、245件、180件，而除了這幾個國家外其他國家和地區(qū)總量所占份額約為23%，共計375件。

從上面的數(shù)據(jù)可以看出，國外分布的專利申請量要大大高于國內(nèi)，尤其是美國、日本等發(fā)達國家的纖維改性技術研發(fā)實力較強，以及他們對世界范圍的纖維改性市場的重視。但國內(nèi)的企業(yè)、科研院所逐漸意識到纖維改性創(chuàng)新技術的重要性，并開始迎頭追趕美國、日本等在這方面技術比較領先的國家。由于美國、日本在纖維改性領域的研究起步早、發(fā)展快，并且已經(jīng)在包括我國在內(nèi)的世界范圍申請了一定數(shù)量的專利，進行了專利布局，雖然我國的申請經(jīng)過近幾年的快速增長，數(shù)量的總份額逐漸接近這些國家，但是美國、日本等國家早期申請的專利對我國申請人在國內(nèi)外的專利戰(zhàn)略已經(jīng)造成一定威脅，應該引起國內(nèi)高校、科研院所以及企業(yè)足夠的重視。應該充分在國外企業(yè)還沒有全面進入中國并形成足夠充分的專利布局前尋找自己的突破口，逐漸建立起自己的纖維改性創(chuàng)新的自主知識產(chǎn)權的技術堡壘。endprint

2.3 國內(nèi)外纖維改性專利技術領域分布情況

在核心技術領域排名前五位的國際分類號大組類別依次是：D06M15、D01F4、C08L1、D06M10、C08L27，其申請量分別達到了621件、376件、245件、163件、131件。D06M15是用烷氧基化合物、烯化氧改性、含磷等各種高分子化合物處理纖維或由該材料制成的化學改性纖維制品的分類，D01F4是按生物特性區(qū)分的用絲心蛋白、用酪朊、用球朊、單組分蛋白人造長絲或類似物等纖維生物改性的領域，C08L1是按多糖類或其衍生物等高分子化合物的組合物類別區(qū)分的化學改性纖維，D06M10則是按超聲波、電暈放電、輻射、電流、磁場、同化合物或化學元素處理相結合的基于物理改性處理纖維的分類，C08L27是屬于用化學后處理改性的纖維分類。從圖3中顯示的結果可以看出對于纖維改性的研究最主要集中在化學改性和生物改性方法，也都是基于添加材料和纖維材料本身改性的技術改進，其次是纖維物理改性方法，即在于對其纖維結構、形狀或者填料等的技術改進。

2.4 國內(nèi)外纖維改性專利重點申請人申請量分布情況

在國內(nèi)外纖維改性核心技術中申請量排名前12位的申請人，占申請量前3位的依次是美國杜邦公司、東華大學、日本DIC株式會社，數(shù)量依次是56件、52件、50件；其次是日本日清紡織株式會社、德國巴斯夫歐洲公司、美國伊萬奈特纖維公司、日本信越化學工業(yè)株式會社、歐盟植物纖維技術控股公司、北京中紡化工股份有限公司、歐盟GP纖維素股份公司、美國安全BT股份有限公司、華南理工大學。從中可以看出申請總量中國已靠近占據(jù)頭位的杜邦公司的美國、日本和歐洲發(fā)達國家，但排位靠前較多的仍然是美國、日本和歐洲發(fā)達國家，這也顯示了其在纖維改性技術方面投入人力物力比較多，具有非常強的研發(fā)能力，核心競爭力相對比較高，占據(jù)領先地位。但其中，國內(nèi)申請人東華大學申請量位列第2，北京中紡化工股份有限公司第9，華南理工大學第12。說明國內(nèi)高校和企業(yè)對于纖維改性技術的研究雖有一定的重視，且在專利申請量上正在追趕國外的高新企業(yè)，但是可以從圖4中看出中國的3家申請人中有兩家高校科研院所，而企業(yè)僅有1家，這些申請人的總量為85件，其中科研院所的高校的申請量為66件，企業(yè)申請量為19件。也就是說中國的申請量雖然在努力追趕國外，但是中國企業(yè)的申請量依然不足。相對于高校以及科研院所的申請，企業(yè)的申請往往更加注重纖維改性技術的工業(yè)化、規(guī)模化和實用化，而高校以及科研院所的申請則更側重于實驗性、學術性和前瞻性。因此如果想進一步保護國內(nèi)改性纖維市場，避免被國外高新企業(yè)占領技術制高點，還需要國內(nèi)企業(yè)進一步增加科研投入，加大與高校、科研院所的合作，提高申請的纖維改性的技術、價值含金量，才能力爭在纖維改性技術的申請量和技術含量上取得雙突破。

3 纖維改性技術發(fā)展趨勢

隨著紡織工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)和工程技術等科技水平的不斷發(fā)展，對纖維的環(huán)保性、多用途、高性能等要求的日益提高，傳統(tǒng)的纖維改性技術面臨巨大的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在對新型添加劑、穩(wěn)定劑、交聯(lián)母料等化學改性，特性基團、基體材料等生物改性，以及纖維結構、形狀等的物理改性的開發(fā)和研究中，結合以上對纖維改性國內(nèi)外專利技術現(xiàn)狀的分析，纖維改性技術未來將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

一是纖維改性材料用新型穩(wěn)定劑、添加劑的開發(fā)和應用。

新型穩(wěn)定劑、添加劑在纖維化學改性中使用所占比例最大，兩者也是纖維改性效果的最直接體現(xiàn)者。而在傳統(tǒng)纖維化學改性技術中，其所使用的對人體和環(huán)境有害的含重金屬以及含甲醛等有害化合物的傳統(tǒng)穩(wěn)定劑、添加劑，雖然在纖維化學改性加工過程中實現(xiàn)了某些特殊性能或功能，但同時，這些傳統(tǒng)穩(wěn)定劑、添加劑本身的可分解度卻很低，導致其無法有效分解或消化對人體和環(huán)境的危害。近年來，迫于世界各地醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)保的壓力，在纖維化學改性技術中，全球要求取締含重金屬和有害化合物的添加劑和穩(wěn)定劑的呼聲日益高漲。

近年來，在纖維化學改性創(chuàng)新技術開發(fā)和應用中，通過環(huán)保型高分子化合物及其衍生物制備的新型穩(wěn)定劑、添加劑的創(chuàng)新技術的專利申請層出不窮，大有逐漸替代之前對人體和環(huán)境有害的含重金屬以及含甲醛等有害化合物的傳統(tǒng)穩(wěn)定劑、添加劑之勢。與此同時，新型穩(wěn)定劑、添加劑在保證其環(huán)保性的基礎上，同時又需要在穩(wěn)定性、特殊性能和功能效果、工業(yè)化以及成本等多方面綜合考慮，如近年具有代表性的：日本纖維改性技術集中攻關的在人造和天然纖維素纖維上鍵合有類環(huán)氧化合物等添加劑的研發(fā)，改性后不僅賦予纖維各種功能性，同時大大提高其染色性和色牢度，從而在紡織工業(yè)高端應用領域大大提高其改性纖維的附加值；美國用于中空纖維材料改性的包含具有直鏈或支鏈的合成的聚陽離子鏈、半合成的聚陽離子鏈和天然的聚陽離子鏈中的至少一種陰離子交換基團的添加劑的研究，這將在醫(yī)療和工程領域中保證輕質(zhì)衛(wèi)生纖維，成幾何倍數(shù)地提高改性纖維的強度和韌度，同時大大減少老化、光暴露或氣候帶來的變色。目前在保證環(huán)保性的同時，如何實現(xiàn)低成本、工業(yè)化生產(chǎn)，提高不同特殊性能及功能效果和穩(wěn)定性，仍是新型穩(wěn)定劑、添加劑開發(fā)應用關注的焦點。

二是纖維改性交聯(lián)工藝的改進。

與添加劑和穩(wěn)定劑的纖維化學改性相比，交聯(lián)工藝的纖維改性技術充分利用了合成纖維的各原料成分相互之間的化學反應關系，其大大減少了添加非纖維原料本身成分帶來的副作用，較好地實現(xiàn)了纖維改性的效果或功能，并大大提高了其可分解性。當然，纖維化學改性中的交聯(lián)工藝的復雜度和可控難度大大增加，實現(xiàn)所需特殊性能或功能的改性纖維的幾率相對較小，因此交聯(lián)工藝在纖維改性品種中需要同時提高纖維特殊性能或功能的成效度。如近年美國、日本等發(fā)達國家研發(fā)的由多陽離子式胺的反應產(chǎn)物交聯(lián)而得低分子聚合物進行氨基甲酸酯纖維素改性纖維，大大改善用直接染料或反應性染料染色或印花較差的色牢度，其可得到具有特別出色的染色或印染物的色牢度。目前，美國杜邦公司、日本日清紡織株式會社等致力于纖維改性交聯(lián)工藝改進技術方向的研究。endprint

三是纖維材料本身的生物改性的改進和開發(fā)。

生物改性方法把纖維改性技術基于纖維材料本身改性的應用提到了一個新的高度。纖維材料分子大小均一，分子量分布相對較窄，密度小、生物活性具有的性能特異，大大提高了纖維改性的穩(wěn)定性和多樣性。如美國研發(fā)的通過基因重組技術改變動物纖維中角蛋白纖維顏色、高柔韌性和防氈化收縮性等纖維生物改性方法，在保持纖維原有的生物活性基礎上，大大提高改性纖維的多色性、高柔韌性和高防氈化收縮性。德國和比利時共同研發(fā)的基于新型蔗糖合酶蛋白質(zhì)或相關核酸的使用，大大改變植物纖維一系列舒適性和功能性等纖維特征效果的纖維生物改性方法，并以棉纖維為例取得了非常突出的效果，目前不僅美國、日本、歐洲發(fā)達國家致力于纖維生物改性這一全新的技術方向的研究，我國也有不少高校、科研院所聯(lián)合相關企業(yè)已在這一技術領域逐步開展研究和開發(fā)。

四是纖維納米結構改性的研發(fā)。

納米材料和納米技術在各領域的不斷深入應用，已在纖維的結構、形成、形態(tài)的調(diào)控、改性、微細化及后加工改性方面發(fā)揮著重大作用，并通過纖維內(nèi)部結構納米級再排列的多維、多層、復合等，重新賦予相對于傳統(tǒng)纖維完全不同的力、熱、電、磁、光、吸濕等功能和風格，其利用化學、物理和生物刺激的激發(fā)作用，制備改性纖維將是今后很長時期具有很大發(fā)展空間的新領域。如近年美國研發(fā)的含有聚烯烴及表面改性碳納米管的納米復合纖維，該改性碳納米管具有增強的與聚烯烴的相容性，有機改性碳納米管和聚烯烴的納米復合物用于制備的改性纖維具有超強的機械和電學性能，尤其具有超強的斷裂伸長率及韌性，其目前已開始工業(yè)化生產(chǎn)準備階段；日本研究的含聚乙烯微多孔膜的改性纖維素納米纖維，其為含有具有碳數(shù)4至30的烷基或鏈烯基的改性纖維素納米纖維；大大提高了納米增強纖維和纖維束在內(nèi)的纖維的強度和剛度，并在后續(xù)研究中涉及將無規(guī)或定向的納米增強材料粘附至展開碳絲束或纖維之中或之上以形成改性纖維，其中納米增強材料粘附或截留在碳絲束中，其納米纖維可以是定向的，包含改性碳纖維的碳纖維絲束可以再加工用熱固性或熱塑性樹脂浸漬，從而形成復合改性納米結構。其改性后的纖維能顯著提高其纖維剛度和強度，同時顯著降低纖維重量。纖維納米結構改性可顯著獲得優(yōu)異的光學性、機械性能、耐熱性等。另外，納米結構改性結合化學和生物改性方法復合新的改性纖維也是研究熱點和技術發(fā)展趨勢，如何解決其加工工藝的產(chǎn)業(yè)化，降低成本的問題是目前這類改性纖維的技術難點。

4 對我國纖維改性專利技術發(fā)展的建議

從之前的數(shù)據(jù)分析能夠看出，2010年以后世界范圍內(nèi)的纖維改性技術領域的各項技術發(fā)展開始提速，同時我國由于改性纖維的使用量大，企業(yè)眾多，因此雖然對于纖維改性研究起步比國外晚，但起點高，近年也有了長足的發(fā)展和進步，其發(fā)展速度非常快，我國的一些大企業(yè)、科研院所和高校，如東華大學、北京中紡化工股份有限公司、華南理工大學等紛紛開發(fā)出屬于自己的知識產(chǎn)權，依靠這些知識產(chǎn)權對自己的改性纖維產(chǎn)品進行更好的推廣與保護。

雖然如此，我們還沒有能夠與國外那些大公司相匹敵的有雄厚研發(fā)實力的公司、企業(yè)或研究機構。從數(shù)據(jù)可以看出，在世界領域內(nèi)，美國、歐洲和日本的纖維改性技術占據(jù)領先地位，其技術發(fā)展快、基礎好、起步較早，擁有纖維改性的核心技術，已經(jīng)形成自己的完整體系，同時從分析數(shù)據(jù)中可以看到美國、歐洲和日本也非常重視中國市場，已經(jīng)將我國納入其知識產(chǎn)權戰(zhàn)略中，向我國提交申請的外國申請人前三位就是美國、歐洲和日本。

國內(nèi)申請人的專利申請量雖然近年從數(shù)量上靠近了美國、歐洲和日本，但是其設計外圍技術多，技術含量較低，不屬于核心技術范疇。從國內(nèi)申請人的地區(qū)分布看，纖維改性的科研力量存在大城市和南強北弱的情況，這應該與大城市和南方工業(yè)上比較發(fā)達以及國家對于這些地區(qū)的政策鼓勵有一定關系。因此，我國纖維改性制備行業(yè)應加強專利技術與實際產(chǎn)業(yè)應用間的結合，合理進行產(chǎn)業(yè)布局和規(guī)劃；相關制備企業(yè)要加強專利知識培訓，提高專利申請撰寫質(zhì)量。

與此同時，更為關鍵的是，纖維改性制備行業(yè)和相關制備企業(yè)要不斷關注世界范圍內(nèi)相關技術，加大企業(yè)與高校和科研機構創(chuàng)新技術合作機制。纖維材料的改性與其加工方法、創(chuàng)新技術發(fā)展密切相關，直接影響到產(chǎn)品的功能和性能，經(jīng)常關注世界范圍內(nèi)相關創(chuàng)新技術，涉及改性纖維產(chǎn)品時，可有效把握纖維改性技術發(fā)展的創(chuàng)新趨勢和市場用途的熱點需求，便于綜合定位分析其改性技術的難易程度、性能和功能優(yōu)良及附加值高低，這有利于改性纖維產(chǎn)品的創(chuàng)新并取得預期成果。長期以來，我國纖維制造產(chǎn)業(yè)普遍存在科研、專利申請、和生產(chǎn)脫節(jié)問題，在纖維改性制備行業(yè)也存在這類問題，從上文中國內(nèi)外纖維改性核心技術申請量申請人的數(shù)據(jù)可以看出，在12個申請人中我們占據(jù)3位，并且東華大學以52件申請排在第2位，因此無論從數(shù)量還是科研實力來看，科研院所與高校都具有一定的水平。科研院所的優(yōu)勢在于儀器設施齊全、研究人次眾多，而企業(yè)的優(yōu)勢在于對實際生產(chǎn)與市場需求更加敏銳、資金實力雄厚，因此國內(nèi)的改性纖維制備企業(yè)應該不斷加強與科研機構的交流合作，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，優(yōu)化纖維改性資源配置，促進科研院所的纖維改性研發(fā)成果產(chǎn)業(yè)化，在技術創(chuàng)新、知識產(chǎn)權保護和技術應用等環(huán)節(jié)上形成合力，使得纖維改性相關科研成果和專利技術能夠在產(chǎn)業(yè)上獲得應用，進一步提高我國整個纖維改性制備行業(yè)的核心競爭力。

5 結束語

改性纖維作為國民經(jīng)濟建設的重要配套產(chǎn)業(yè)之一，其占據(jù)了中國纖維行業(yè)三分之一多的產(chǎn)值，是纖維工業(yè)中的第二產(chǎn)業(yè)，紡織工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、工程技術改性纖維是纖維改性行業(yè)中非常重要的產(chǎn)品。近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)工程建設的發(fā)展和工業(yè)進程的加快，纖維改性行業(yè)發(fā)展速度也不斷加快，雖然國內(nèi)相關生成企業(yè)數(shù)量眾多，但是真正具有自主知識產(chǎn)權、主要生產(chǎn)纖維改性用于紡織工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、工程技術等科技含量較高的高端產(chǎn)品的企業(yè)并不多，而纖維行業(yè)的競爭法則是“質(zhì)量為王、創(chuàng)新取勝”，因此，國內(nèi)纖維改性制備的企業(yè)應該抓住當前經(jīng)濟發(fā)展形勢的機遇，加大加快對紡織工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、工程技術改性纖維產(chǎn)品的研發(fā)進程，搶占纖維改性技術的制高點，創(chuàng)造出更多的自主知識產(chǎn)權的高端改性纖維產(chǎn)品。

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（作者單位：中國專利技術開發(fā)公司）endprint