洗滌劑中有甜菜堿表面活性劑的專利分析

方田

摘要：甜菜堿型表面活性劑是一種具有獨特的雙親性分子結構的綠色表面活性劑，具備其他類型的表面活性劑所不具備的許多優良性能，如抗菌性、洗滌發泡性、溫和性等。本文主要從洗滌劑用甜菜堿表面活性劑的專利申請量、申請地區、申請人的專利授權情況和相關技術進行數據統計和分析，并梳理了洗滌劑用甜菜堿表面活性劑的核心專利技術的發展路線。

Abstract： Betaine surfactant is a kind of green surfactant with unique amphiphilic molecular structure. It has many excellent properties not available in other types of surfactants， such as antibacterial， washing and foaming， mildness， and so on. This paper mainly makes data statistics and analysis of the patent application amount， the application area， the applicant's patent authorization and related technologies of of detergent betaine surfactant， and combs the core patent technology development route of detergent betaine surfactant.

關鍵詞：甜菜堿;表面活性劑;洗滌劑

Key words： betaine;surfactant;detergent

中圖分類號：TQ423 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）20-0208-04

0 ?引言

甜菜堿（Betaine）是19世紀首先在歐洲被發現的，由Sheihler從甜菜中提取出來的一種天然化合物，其學名為三甲基乙酸銨，也可稱甘氨酸三甲胺內鹽。Sheihler將這種從甜菜中提取出來的，其結構為季銨內鹽或銨鎓結構的化合物統稱為“甜菜堿”。甜菜堿是具有多功能基團的兩性離子表面活性劑，除了具備較好的起泡、濕潤、洗滌性外，還具有穩泡、調節粘度、對皮膚溫和等優點，這些優異的性能使甜菜堿型表面活性劑日化應用越來越廣泛，可用作增稠劑、泡沫穩定劑、乳化劑、分散劑、潤濕劑等，并廣泛應用于日化洗護領域：護發素、沐浴露、洗發香波、化妝品等[1-4]。另外與其他類型表面活性劑復配具有較好的協同增效作用，可進一步提高表面活性、溫和性等性能。此外，甜菜堿型表面活性劑還可應用于其他領域，如皮革、油田、紡織、印染等多方面[5]。下面結合相關專利申請情況對甜菜堿表面活性劑的發展趨勢進行梳理。

1 ?洗滌劑中甜菜堿表面活性劑的專利技術現狀

1.1 洗滌劑中甜菜堿表面活性劑的全球專利申請量概況

由圖1可見，1979年以前甜菜堿表面活性劑在洗滌劑中的應用發展比較緩慢，1979-1991年甜菜堿表面活性劑在洗滌劑中的應用開始穩步提升。1991年開始進入平穩發展期，據相關報道[6]，以美國、日本和西歐為例，1991-1996年西歐表面活性劑年增長率為1.5%，美國的表面活性劑年增長率為2.8%，增長最迅猛的均為兩性表面活性劑，其中美國兩性表面活性劑的年增長率達5%，日本在此期間的兩性表面活性劑年增長率為4.0%，也遠遠高于其他類型表面活性劑的發展速度。1997年美國表面活性劑年增長率為3.2%，雖然陰離子表面活性劑仍占據消耗總量的主體，但以年增長率來看，則以兩性性表面活性劑占榜首。由此可見，由于兩性表面活性劑發展迅速，其需求的日益增加，也進一步促進了甜菜堿型兩性表面活性劑在1991年以后的發展，從而使得相關專利申請量有穩步提升。2005-2009年專利申請量有一定幅度回落，這可能與當時的全球經濟危機有關。從2010年開始，伴隨著技術的逐漸發展，開始進入快速發展時期，專利申請數量又開始呈現幅度較大的增長趨勢，預計在未來幾年，該領域的專利申請量還會保持較穩定的上升趨勢。

1.2 洗滌劑中甜菜堿表面活性劑專利在不同國家的分布概況

從圖2中可以看出，洗滌劑用甜菜堿表面活性劑專利申請量最高的國家是中國，其次是日本、美國，接下來依次是德國、澳大利亞、加拿大等國家。日本、美國在甜菜堿表面活性劑領域的發展研究中一直處于領先水平，國外許多公司例如日本的花王、獅王，美國的寶潔、高露潔、聯合利華等均引領全球市場的發展方向，而中國雖然申請量排名第一，但從專利申請人和申請內容來看，普遍呈現申請技術含量偏低，技術研究相對薄弱，因此在未來的發展中還需要不斷提高自主創新能力，加大科研力度，提高專利水平。

1.3 洗滌劑中甜菜堿表面活性劑專利主要申請人的分布情況

由圖3可以看出，關于洗滌劑用甜菜堿表面活性劑主要申請人的分布中主要集中于外國的公司，其中，來自美國的寶潔公司（PROC）的申請量是最多，高達232篇，其次依次是日本花王株式會社（KAOS）、美國聯合利華（UNIL）、德國漢高（HENK）和科寧公司（COLG）、日本獅王（LIOY），上述申請人的申請量均在100篇以上。

1.4 國內洗滌劑中甜菜堿表面活性劑專利申請量和授權概況

由圖4可以看出國內洗滌劑用甜菜堿表面活性劑專利申請量自1991-2009年發展均較緩慢，申請總量沒有明顯增減。這可能是隨著人們生活水平的提升，人們對表面活性劑的溫和性、生物降解性、刺激性等性能要求越來越高，一大批綠色表面活性劑開始興起，越來越多的石油基表面活性劑被替代，常見的綠色表面活性劑如烷基醚硫酸鹽、仲烷基磺酸鹽及甲酯磺酸鹽等陰離子表面活性劑用量逐年遞增，逐漸替代傳統陰離子表面活性劑。以烷基糖苷、脂肪醇聚氧乙烯醚等天然醇系為主的非離子表面活性劑發展迅速，成為我國內發展最迅速的表面活性劑類型。此外，甜菜堿表面活性劑常常作為復配表面活性劑與其他類型表面活性復配使用，用量方面因此少于作為主體表面活性劑的陰離子表面活性或非離子表面活性劑。因此非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑仍是目前我國主導表面活性劑。但有報道已經指出，目前烷基醚硫酸鹽、脂肪醇醚等傳統綠色表面活性劑已出現產能過剩的情況，雖然甜菜堿等兩性表面活性劑目前用量小但逐年增長趨勢較穩健，因此可以預期甜菜堿等兩性表面活性劑在未來仍具有較大的發展態勢[7]。由圖4也可以看到1991年的授權率最高，這是由于甜菜堿表面活性劑剛開始應用于洗滌劑領域，現有技術中的相關應用較少，且申請量較低，從而導致了較高的申請量。1992-2012年的專利授權率的波動較大，這一定程度上反映了國內的甜菜堿表面活性劑的還處于發展期，相關技術還不夠成熟?？梢钥吹?，2013年授權率開始逐步下降，這主要是由于2013年開始申請量開始逐步上升，而大部分國內的相關專利還主要是甜菜堿表面活性劑與其他表面活性劑的復配使用，對其復配原理或改性研究等方面涉及甚少，與國外相比質量上有一定的差距，且產品品種較少，技術研發處于滯后階段。

1.5 國內洗滌劑中甜菜堿表面活性劑專利主要申請人申請量和授權概況

由圖5可以看出，申請量最高的是寶潔公司203篇，其次是花王株式會社47篇，聯合利華45篇，強生25篇，北京洛娃日化和廣州立白均是21篇。從授權情況來看，寶潔授權90篇，但授權率僅為 44.33%，而授權率相對較高的申請人為花王和聯合利華，授權率均高于70%。作為我國洗滌劑用品行業領軍企業廣州立白雖申請量較少，但授權率略高于寶潔公司，可見雖然外國公司在這方面起步較早，有較好的技術積累和創造力，但隨著國內企業自主創新能力的提升，國內企業也開始追趕國外企業，出現越來越多的核心專利和高價值專利。

2 ?洗滌劑中甜菜堿表面活性劑核心專利分析

早在 1937 年英國就出現了關于兩性表面活性劑的專利報道，衣物洗滌劑中第一個涉及甜菜堿表面活性劑的是1959年10月22的GB886084A[8]，其公開了一種洗衣消毒組合物，該組合物由于含有甜菜堿表面活性劑而表現出很好的起泡性能。隨后的衣物洗滌劑專利申請中含有甜菜堿表面活性劑的主要體現在甜菜堿表面活性劑與非離子表面活性劑或陰離子表面活性劑表現的良好復配性能，其中包括提高了洗滌劑組合物的溫和性、降低對人體的刺激性、與過氧化氫等物質混合復配表現出良好的殺菌消毒性能、鈣皂分散性、起泡性等。

甜菜堿表面活性劑與其他類型表面活性劑表現出來的良好復配性除了能提高洗滌劑組合物的洗滌去油污能力外，還進一步加強了組合物的其他性能，主要涉及的專利如下：

1978年花王公司申請的專利US4166048A[9]公開了一種具有低皮膚刺激性、高泡沫洗滌劑的洗滌劑，通過特定的聚氧乙烯烷基醚硫酸酯鹽和甜菜堿表面活性劑復配，提高了洗滌劑對皮膚上溫和作用并具有良好的洗滌能力。

1982年漢高公司申請的專利EP0072509A[10]公開了一種液體織物洗滌劑，其含有磺基甜菜堿和烯丙基磺酸季銨鹽的表面活性劑混合物，該該組合物表現出較高的電解質的高溶解能力和較優的洗滌活性。

1986年羅地亞公司申請的專利EP0263911A1[11]公開了一種低泡沫堿穩定的新型N磺基羥丙基磺基甜菜堿兩性表面活性劑，其在堿性水溶液中表現出較優的穩定性，與其他表面活性劑復配可用于衣物洗滌。

1994年獅王公司申請的專利JPH08157870A[12]公開了一種液體洗滌劑組成物包含甜菜堿表面活性劑（優選烷基二甲基或烯基二甲基氨基甜菜堿）和陰離子烷基苯磺酸鹽，該組合物表現出較好的洗滌能力和呈現均勻酸堿度。

1997年花王公司申請的專利JPH09279199A[13]公開了一種高密度粒狀洗滌劑組合物，這是首個將甜菜堿表面活性劑與陰離子表面活性劑復配用于制備高密度顆粒狀洗滌劑，該洗滌劑表現出更好的去污力和極好的生物降解性。

2000年聯合利華公司申請的專利WO00/08129A[14]公開了一種適于用手洗滌紡織織物的顆粒高發泡洗衣去垢劑組合物，所述組合物包含高發泡陰離子表面活性劑和溫和助表面活性劑甜菜堿表面活性劑（優選C8-C18烷基酰氨基烷基甜菜堿，例如椰油酰胺丙基甜菜堿（CAPB））。與全部LAS制劑相比，該組合物表現出增強的溫和型設計，而不會損失去污性能。涉及提高洗滌劑組合物溫和性的專利還包括聯合利華公司申請的專利EP551991A[15]、漢高公司申請的專利EP72509A[16]、寶潔公司申請的專利WO96/01306A[17]、花王公司申請的專利GB1426209A[18]和高露潔申請的專利EP781838A[19]等等。

2013年聯合利華公司申請的專利WO2013/087286A[20]公開了一種洗衣組合物，該組合物包含烷基醚羧酸鹽和甜菜堿表面活性劑，兩種表面活性劑一起的配制劑顯示協同更好的軟化性能。

甜菜堿表面活性劑與過氧化氫等物質混合復配表現出良好的殺菌消毒性能，主要涉及的專利如下：1996年寶潔公司申請的專利WO98/02044A[21]公開了一種洗衣抗菌組合物，首次公開了磺基甜菜堿表面活性劑及其衍生物除了具有溫和清洗的作用，還可以通過增加細胞細胞壁的可滲透性，對其他活性進入細胞壁進行消毒作用。隨后，寶潔公司申請的專利WO97/31092A[22]公開了一種織物消毒清洗組合物，包含過氧化氫，甜菜堿或磺基甜菜堿（特別適合的如椰子甜菜堿和月桂基甜菜堿）。由于甜菜堿表面活性劑的溫和性，該組合物特別適用于清潔敏感衣物。US3852210[23]公開了一種洗衣漂白洗滌劑組合物，組合物包含過氧化氫，甜菜堿或磺基甜菜堿，例如鯨蠟基甜菜堿或月桂基磺基甜菜堿和非離子聚氧乙稀-聚氧丙烯嵌段共聚物表面活性劑，該組合物具有較好的殺菌活性。

此外，甜菜堿表面活性劑表現出來的良好起泡性，涉及的主要專利包括：高露潔公司申請的專利WO98/50507A[24]公開了一種高發泡輕質液體洗衣洗滌劑組合物，其包含含有非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、單鏈烷醇酰胺、二烷醇酰胺、單烷基磷酸酯和具有起泡作用的甜菜堿。寶潔公司申請的專利WO95/35361A[25]公開了一種洗手洗衣組合物，其包含陰離子表面活性劑，非離子聚合溫和助劑材料，可為泡沫助洗劑的甜菜堿表面活性劑。寶潔公司申請的專利CN1088251[26]公開了一種含有烷基乙氧基羧酸鹽、二價離子和烷基多乙氧基多羧酸鹽的液體或凝膠餐具洗滌劑，其包含可為增泡劑的甜菜堿表面活性劑;寶潔公司申請的專利CN1075161[27]公開了具有增強穩定性的無色洗滌劑組合物，包括（a）約5%-95%（重）的陰離子或非離子表面活性劑; （b）約0.005%-10%（重）的氧漂白劑;和 （c）約0.001%-8%（重）的金屬螯合劑，以及可為增泡劑的甜菜堿表面活性劑。

現階段，衣物洗滌劑中涉及甜菜堿表面活性劑核心專利主要還是來自國外的寶潔、聯合利華、花王等公司，這也是由于外國公司在這方面起步較早，因此有較好的技術積累和創造力。而國內在這方面起步較晚，第一篇涉及衣物洗滌劑中的甜菜堿表面活性劑的應用的是1994年山東金泰集團申請的專利CN1094440A[28]，其公開了一種具有抗靜電性的輕垢液體洗衣洗滌劑，其主要利用了十二烷基二甲基甜菜堿較優的洗滌性能和抗靜電性能。此外，甜菜堿兩性離子表面活性劑常常作為輔助表面活性劑與陰離子表面活性或非離子表面活性劑復配使用，用量方面明顯低于作為主要表面活性劑的陰離子表面活性或非離子表面活性劑，也間接導致我國在甜菜堿表面活性劑方面研究較少。

3 ?總結與展望

從洗滌劑用甜菜堿表面活性劑專利申請數量及授權情況上看，國內申請人距國外申請人還有較大差距，國內洗滌劑用甜菜堿表面活性劑的相關核心技術較少，相關應用較單一，而國外技術發展相對完善且創新性具有一定的穩定性和持續性。此外，我國專利申請量在快速增長的同時也應重視專利高價值化，對專利的申請進行合理布局，向國外企業學習，創造更多高價值專利。

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