200年前的水泥專利之爭

今年10月21日是水泥這種建筑材料誕生200周年。1824年10月21日，英國泥瓦匠阿斯譜丁取得“波特蘭水泥”專利，從而成為建筑業公認的水泥發明者。當年阿斯譜丁利用專利權壟斷了高質量水泥的產銷，也因此卷入一場有關英國專利制度的討論。

泥瓦匠發明優質水泥

人類使用水泥作為建筑材料的時間并不長，它19世紀20年代才在建筑業廣泛投入應用。業界公認的水泥發明者是英國人約瑟夫·阿斯譜丁。

阿斯譜丁是英國利茲地區的泥瓦匠，他的腦筋比大多數同行都活絡，頻繁嘗試用各種原料制造耐用的建材。1824年，他將石灰石研磨成粉，往其中加入一定量的黏土，之后摻水攪拌成泥漿，再風干、煅燒，最后將燒制出的塊狀物磨成細粉，就制成了水泥。直到今天，水泥的基本制作流程并沒有發生太大的改變。在使用這種材料時，阿斯譜丁往細粉中加入少量水，攪拌成稠度適中的漿體，待風干后就成為極為堅固的水泥，可用于建造各種建筑。

在阿斯譜丁之前，已經有人嘗試發明水泥。1796年，英國人派克將一種黏土質石灰巖磨細后制成料球，在一定的溫度下煅燒，然后研磨成粉。派克把這種材料稱為“羅馬水泥”，并取得了專利權。“羅馬水泥”這個名稱取自古羅馬時期一種由骨料和砂漿制成的建筑材料。

“羅馬水泥”凝結速度較快，在建筑業得到了一些應用。但是它有兩個致命缺點：一是耐酸堿性較差，這就對調制泥漿所用的水提出了較高的要求——其堿性或酸性都不能太強；二是在調制時溫度不能過低，這就要求在秋季、冬季和春季使用“羅馬水泥”調制泥漿時，必須同步進行加熱。

如果不能滿足上述兩個條件，那么“羅馬水泥”的堅固性就會降低。這導致其使用成本過高，限制了推廣應用。

英國人福斯特也是一位致力于水泥的研究者。1822年，他將白堊和黏土混合后加水磨成泥漿，然后放入料槽進行沉淀，待沉淀物干燥后放入石灰窯中煅燒，制成一種淺黃色的塊狀物，最后再研磨成細粉。福斯特將這種材料稱為“英國水泥”，并于1822年10月22日取得了專利。

雖然“英國水泥”在使用過程中對水質和溫度的要求不像“羅馬水泥”那么挑剔，但其質量明顯不及“羅馬水泥”——風干時間長，且堅固性不足。因此這種水泥的售價較低，銷量也不大，最終未能大規模推廣。

阿斯譜丁的發明兼有“羅馬水泥”和“英國水泥”的優點，同時剔除了缺點。這種水泥硬化后的顏色類似英國波特蘭地區建筑用石料的顏色，所以被稱為“波特蘭水泥”。阿斯譜丁意識到，他的這項發明可能引領建筑業的一場革命。于是他在1824年10月21日為“波特蘭水泥”申請了專利，隨后在英國維克菲爾德建了一座水泥生產廠。

針對水泥專利的訴訟

在建筑材料市場上，“波特蘭水泥”的競爭力遠超“英國水泥”。例如在1825年泰晤士河隧道翻修時，“波特蘭水泥”的市場價格比“英國水泥”高很多，但工程方還是選用了“波特蘭水泥”。

阿斯譜丁通過生產和銷售“波特蘭水泥”賺得盆滿缽滿，但也遇到了麻煩。1825年底，一個名叫索菲爾德的水泥經銷商到利茲地方法院起訴，要求撤銷“波特蘭水泥”的專利證書，不允許其作為水泥品牌在市場上銷售。

原來，阿斯譜丁一直采取自產自銷的方式賺錢，拒絕與任何經銷商合作。另外，他也拒絕通過收取專利費的方式把“波特蘭水泥”的生產工藝傳授給其他生產者。索菲爾德長期代理銷售“羅馬水泥”和“英國水泥”，眼見“波特蘭水泥”幾乎完全壟斷了市場，他一氣之下向阿斯譜丁發難。

“波特蘭水泥”專利證書上載明的生產方法是：把石灰石搗碎研磨成細粉，加入一定量的黏土，摻水后以人工或機械方式攪拌成泥漿；置泥漿于盤上干燥；將干料擊打成碎塊，放入石灰窯煅燒，燒至石灰石內的碳酸氣體完全逸出；煅燒后的塊狀物冷卻后打碎磨細，即制成水泥。

索菲爾德指出，阿斯譜丁公開的生產方法，與福斯特的“英國水泥”的生產方法并無本質上的差別。特別是關于燒制的火候，都是以“物料中碳酸氣體完全逸出”為準。然而根據業界常識，在這種條件下制成的“波特蘭水泥”，其質量不可能大幅優于“英國水泥”。

索菲爾德認為，阿斯譜丁出于保密考慮，在專利申報材料中并未寫明“波特蘭水泥”的全套生產技術。他要么在生產過程中設定了特殊的煅燒溫度，要么采用了未公開的原料，否則“波特蘭水泥”硬化后不會具有波特蘭地區石料那樣的顏色，也不可能有那樣優良的性能。

索菲爾德稱，阿斯譜丁拒絕銷售代理，也拒絕有償分享工藝，這實際上是謀求長期占據壟斷地位，有違專利制度設立的初衷。他認為，鑒于“波特蘭水泥”的專利內容與“英國水泥”高度相近，前者不應享有專利權。

被卷入有關專利制度的討論

索菲爾德最終敗訴，法院未判決撤銷“波特蘭水泥”的專利證書。值得一提的是，這個案例卷入了有關英國專利制度合理性的一場討論。

英國是世界上第一個建立專利制度的國家。1700年，英國議會頒布《壟斷條例》，規定只有獲得政府授權的人才能取得專利權。該條例確立了專利制度，并于1727年由英國皇家法院和英國專利法院開始施行。這兩所法院將專利審批權逐步下放給地方法院，由地方法院審核下發專利證書，并進行登記。阿斯譜丁就是在利茲地方法院獲得了“波特蘭水泥”的專利權。

到19世紀，英國的專利審核和批準程序飽受爭議。1828年，《倫敦科學技術雜志》發表一系列文章，對專利制度進行了批評：一方面，一項專利申請需要經過極其煩瑣的程序，且每一個步驟都要繳納高昂的費用；另一方面，法院對于專利申報材料的要求過低。這是“極其不合理、令人壓抑的制度”。文章以“波特蘭水泥”專利訴訟案為例指出，阿斯譜丁為申請專利支付了高額費用。盡管其提交的材料并不充分，但仍然獲得了專利，而其專利內容與“英國水泥”雷同。

當時的專利權與現代專利權有一定差異，它更像是征收一次性費用的權利，尚未與大規模商品生產緊密結合。當時英國《壟斷條例》規定，技術專利的壟斷期為14年，這恰好是7年學徒期的兩倍。也就是說，專利費實質上與學徒費更接近。阿斯譜丁拒絕通過收費的方式共享專利，主要是因為一次性收取專利費不劃算，其他生產者的產量和銷量與他的收益無關，他不如獨家生產、自主銷售。

該系列文章在英國引發一場有關專利制度的討論：它是否有必要存在？是否應該改進？

1829年，英國議會下院成立了一個專門委員會，對專利制度進行審查。這次行動的最終成果是1835年頒布并開始施行的《專利法》，替代了《壟斷條例》。但是，新的立法未對原有的專利制度做大的調整。英國社會針對專利制度的批評沒有停止。

1851年，即英國成功舉辦康沙特親王博覽會的第二年，英國議會通過了《專利法修正案》。這個修正案作出了一系列改革：一是精簡機構，成立專利局，專門負責專利授予事務，以簡化過于煩瑣的程序；二是降低專利申請費用，特別是將遞交申請的入門費從300英鎊降至25英鎊；三是將專利權的權利范圍擴展到英倫三島，而非僅限于英格蘭地區；四是從申請之日起便開始對專利進行保護，如果專利申請未能獲得批準，則終止對其的保護；五是要求專利申請人提交更為詳細的說明材料。這些新的法律條款使英國的專利申請數量有所增加。

修正案仍有一些問題未能解決：一是仍然沒有構建專利授權的實質性事前審查制度，審查的模糊性在專利授權數量增加的情況下，意味著專利訴訟糾紛頻繁發生；二是新成立的專利局缺乏統籌規劃，行政能力有待提高。

英國這場始于19世紀二三十年代的專利制度改革運動，到19世紀60年代逐漸發展為激進的主張——廢除專利制度。以專利制度的存廢為焦點的爭論在19世紀60年代末70年代初達到高潮。最終，隨著19世紀70年代中期發生的英國經濟大蕭條和國際競爭日益加劇，專利保護的需求有所增大。另外，大規模工業化生產模式的普及，促使專利權人的收益與許可生產企業的產銷量掛鉤，專利共享越來越普遍。在這一背景下，廢除專利制度的聲音漸漸平息。

煅燒工藝起決定性作用

在19世紀二三十年代的專利制度下，阿斯譜丁為追求利益最大化對“波特蘭水泥”的生產方法嚴加保密，采取了多種措施：在工廠周圍建起高墻；未經他和兒子的許可，任何人不得進入工廠；工人不準到自己工作崗位以外的區域走動。有意思的是，為制造假象迷惑競爭對手，阿斯譜丁父子時常讓工人用盤子盛著硫酸銅等粉料在廠區內走動——其實那不是水泥生產配方中的原料。

維克菲爾德水泥生產廠的產品供不應求，阿斯譜丁的兒子小阿斯譜丁在格瑞茲海德又建了一座生產廠。1856年，他們父子倆還在德國開設了分廠。

根據專利證書所載的內容和有關資料，阿斯譜丁并沒有在水泥生產過程中加入特殊的原料。水泥生產的核心設備是窯。1824年阿斯譜丁發明“波特蘭水泥”時，其所使用的窯不是特制的，而是用于燒制石灰的傳統瓶窯。他的工廠生產出的水泥之所以質量較高，關鍵在于對瓶窯煅燒工藝的把控，這在很大程度上是一種“只能意會不可言傳”的技能。

煅燒工藝對于水泥質量起決定性作用。1872年，英國人強生證實了這一點。他發明了專門用于生產水泥的倉窯，替代了瓶窯。其特點是利用人工作業將物料沿水平方向移動，一次性完成干燥、預燒和燒成過程。作為最早的水泥煅燒專用設備，倉窯解決了煅燒火候難以把控的問題，制出的水泥性能大幅提升。

此后，水泥質量的提升幾乎完全依賴于煅燒設備的改進。1884年，德國人狄茲赫發明了立窯。不同于倉窯的是，其物料自上而下沿垂直方向自動完成燒制過程。此后，英國和德國對立窯不斷進行改進升級。英國人最早在立窯上采用了機械通風裝置。接著，德國人加入了自動卸料裝置，大幅提高了產量和質量。在此基礎上，德國人又增設了自動投料裝置，從而完成了立窯的全面機械化。19世紀末到20世紀20年代，立窯在世界范圍內被廣泛采用，成為水泥燒制的通用設備。

編輯：姚志剛 winter-yao@163.com