從企業專利申請淺談我國緩/控釋肥料的技術發展

余愛麗

(國家知識產權局化學發明審查部，北京 100088)

隨著化肥行業的發展，化肥企業之間的競爭也越來越激烈。國內外的企業紛紛尋求新產品、新工藝等來應對日益加劇的市場競爭。化肥企業要創新，要開發新型肥料，就要走“科技、環保、高產、高效”之路。緩/控釋肥料能明顯地提高肥料利用率，有效地降低肥料使用量、減少勞動強度、減少化肥面源污染，而且具有極其廣闊的應用前景和市場需求，因而成為肥料市場的熱點和發展方向［1-2］。越來越多的企業開始進行緩/控釋肥料的研發，同時也加強了對新產品、新工藝等成果和自身的知識產權的保護。其中對新成果進行專利申請是保護企業知識產權的最有效途徑之一。

在當代，衡量一個企業的經濟實力、競爭能力已不再僅依據一些經濟指標，更主要的是看這個企業在技術上擁有的實力［3］。一個企業專利數量的多少從側面反映了企業的技術創新水平，也反映了企業的綜合競爭能力和可持續發展的能力。隨著國家知識產權戰略的實施，化肥企業逐漸重視知識產權，保護知識產權的意識逐漸增強，肥料領域的專利申請數量也逐年大幅增長，尤其2007年以后，關于緩/控釋肥料的企業專利申請明顯增多。依據其強大的技術實力和自主的知識產權，占據了較大的市場份額，從而獲得較好的經濟效益和社會效益。本文將從企業專利申請的角度，對我國緩/控釋肥料的定義、分類、企業專利申請的研究歷史和現狀，及發展趨勢等作簡要的介紹。

1 緩/控釋肥料的定義和分類

1.1 緩/控釋肥料的定義

廣義上講，緩/控釋肥料是指肥料養分釋放速率緩慢，釋放期較長，在作物的整個生長期都可以滿足作物生長需要的肥料。但是，狹義上對緩釋肥料和控釋肥料來說又有其各自不同的定義。緩釋肥料(簡稱SRF)又稱長效肥料，主要指施入土壤后轉變為植物有效養分的速度比普通肥料緩慢的肥料。其釋放速率、方式和持續時間不能很好地控制，受施肥方式和環境條件的影響較大。緩釋肥的高級形式為控釋肥料(簡稱CRF)，是指通過各種機制措施預先設定肥料在作物生長季節的釋放模式，使其養分釋放規律與作物養分吸收基本同步，從而達到提高肥效目的的一類肥料［4-6］。

1.2 緩/控釋肥料的分類

緩/控釋肥料按照加工過程的不同可分為物理型、化學型和物理化學型緩/控釋肥料。

物理型緩/控釋肥料就是通過簡單的物理過程處理，使肥料具有緩控性。物理型緩/控釋肥料大多為包膜肥料，如包硫尿素、涂層尿素、包裹肥料、聚合物包膜肥料等。包膜肥料包括無機包膜型肥料和有機包膜型肥料，如用硫黃、硅酸鹽、石膏、磷酸鹽等包膜的無機物包膜緩/控釋肥和用天然高分子、合成高分子、半合成高分子等包膜的有機聚合物包膜緩/控釋肥。

化學型緩/控釋肥料是直接或間接地將其連接到預先形成的聚合物上，構成一種新型組合物，其釋放速率取決于組合物鍵的性質、立體化學結構疏水性、降解難易程度和交聯程度等;養分釋放機理比較復雜。化學型緩/控釋肥料主要包括化學合成緩/控釋肥料和化學抑制型緩/控釋肥料?；瘜W合成緩/控釋肥料主要包括:①難溶性有機化合物，包括脲甲醛、丁烯叉二脲和草酰胺;②水溶性難降解化合物，如異丁叉二脲等;③低溶性無機鹽，如磷酸鎂銨等。化學抑制型緩/控釋肥料主要是通過添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑等調節土壤微生物的活性，減緩尿素的水解和對銨態氮的硝化—反硝化作用，從而達到肥料氮素緩慢釋放和減少損失的目的。物理化學型緩/控釋肥料是綜合了物理和化學方法對目標肥料進行處理，其養分釋放機理較為復雜，不僅包括化學過程同時也包括物理過程［1-4］。

2 緩/控釋肥料專利申請的發展歷史與現狀

我國緩/控釋肥料的研究方面起步較晚，可追溯到20世紀70年代。緩/控釋肥料自20世紀90年代以來才在我國農業、肥料制造業等行業和相關領域備受關注。緩/控釋肥料的研發不僅集聚了我國該領域的大部分科研人員和產業化機構，而且我國緩/控釋肥料等新型高效肥料的研究與產業化也正在積極推進［5，7，8］。自中國專利法從 1985 年 4 月 1日開始實施到如今，關于緩/控釋肥料的企業專利申請歷經了二十幾年，筆者根據企業專利的申請情況，將我國化肥企業對緩/控釋肥料的研究劃分為三個階段。

2.1 企業申請緩/控釋肥料專利初期階段

在初期階段(20世紀80年代到90年代末)，在我國進行關于緩/控釋肥料的企業發明專利申請的數量不多，僅為20多件，其中國外申請者居多，有10多件;而國內的企業申請僅有8件。這些國外企業主要集中在美國、日本和德國，如美國的?？松芯颗c工程公司、萊斯科技術公司、阿冶樂西技術有限公司和OMS投資公司;日本的窒素公司和德國的K+S股份公司。其中緩/控釋肥料以聚合物包膜為主，例如聚醚多元醇包膜、磺化聚合物包膜、環氧聚合物底涂層等。而國內企業則主要是廣州氮肥廠、江蘇省盱眙縣磷肥廠、南京化學工業(集團)公司永大實業公司、四川省綿陽市新皂化工總廠、河北省滄州大化集團有限責任公司等。表1列舉了部分企業的專利申請。

表1 20世紀80年代到90年代末部分國內企業的專利申請

這段時期內，我國企業申請的專利很少，究其原因有兩個方面:其一是我國專利法實施時間不長，企業的知識產權保護意識很淡薄，沒有積極地將新成果進行專利申請;而國外企業的專利保護意識很強，在80年代末就進入中國進行專利申請;其二是我國當時的實際情況所決定，我國的緩/控釋肥料的研究主要以大學和科研機構為主，20世紀70年代中期以后國內化肥企業主要采用引進技術生產大化肥，對開發新產品的科研投入不足，即使有少量的新技術也是“肥包肥”的緩釋肥料，因而企業對緩/控釋肥料的研究工作是很薄弱的。

2.2 企業申請緩/控釋肥料專利成長階段

在成長階段(從2000年至2006年底)，我國關于緩/控釋肥料的企業發明申請量有一定的增加，有50多件，其中國內企業占大多數，國外企業較少。關于緩/控釋肥料的申請內容不僅包括無機物包膜緩/控釋肥和有機聚合物包膜緩/控釋肥，還包括一些加入緩釋劑(如硝化抑制劑或脲酶抑制劑)的緩/控釋肥料;其中膜材料的選擇上有硫黃、硅酸鹽、石膏、磷酸鹽;天然高分子如蠟、纖維素、淀粉、木質素等;合成高分子如雙環戊二烯與甘油酯的共聚物及橡膠粉、含烴類蠟和聚合物和半合成高分子等。其中申請專利較多的國內肥料企業有:上海漢楓緩釋肥料有限公司、深圳市芭田生態工程股份有限公司、天津市漢沽區福祥肥料加工廠等。另外，還有許多其他企業也進行這方面的研究工作。表2簡單地列舉了該階段部分企業的專利申請。

表2 從2000年至2006年底部分國內企業的專利申請

這個階段，企業申請的專利包括緩/控釋肥產品、生產方法或工藝，主要研究工作集中在以下幾各方面:無機類或高分子控釋材料的選擇和包膜工藝技術、轉化抑制劑型的穩定氮肥、添加各種穩定劑的長效氮肥和尿素涂層技術。這段時期，隨著中國加入世貿組織，企業逐漸加強了對知識產權的認識，也逐漸開始注重和加強自身知識產權的保護。隨之，企業專利申請的數量有一定的增加，關于緩/控釋肥料的企業申請也增多。從企業申請專利數量的增多，可以看出企業在緩/控釋肥料的研究有一定的進展。企業在緩/控釋肥料研究上已不局限于包裹或涂層，而在物理、化學、物理化學型的緩/控釋肥料領域均有涉及。雖然各個肥料企業的研究工作都有了一定的進展，但是現階段我國關于緩/控釋肥料的研究仍是以研究機構為主，同時也初步出現了科研單位與企業聯合研究的模式，并且這些技術的工業化程度普遍不高，創新點不夠突出，原創性不夠，產業化程度也不大。

2.3 企業申請緩/控釋肥料專利快速發展階段

從2007年開始，我國關于緩/控釋肥料的企業申請量逐年較快增加，其中國內企業占絕大多數，國外企業還是很少。緩/控釋肥料的研究主要是采用各種高分子材料在顆粒肥料的表面制備控釋膜上的研究，這仍然是市場研究的熱點。在此技術路線下，國內開發出多種高分子聚合物包膜肥料，這些技術采用流化床噴涂包膜工藝，開發出流化床控釋肥料包膜技術。該技術能夠有效的控制肥料養分的釋放期，盡量達到肥料的養分釋放速率與目標作物的養分需求規律相匹配的最佳要求。但是從生產成本和技術穩定性來看，目前都還不能完全實現預期的目標。專利申請的企業主要是集中在國內最大的緩/控釋肥料企業——山東金正大生態股份有限公司，該公司的專利申請不僅包括膜材料的研究如硫黃、熱塑性樹脂、熱固性樹脂、環氧樹脂、水性聚合物包膜劑、水性聚合物—石蠟雙層包膜、水性聚合物—硫雙層包膜等，還包括工藝流程產業化的研究;同時還包括在一系列大田作物和經濟作物等上的專用包膜摻混型緩/控釋肥料，如棉花、小麥、水稻、花卉、果樹等專用控釋肥。這些專用控釋肥料的組分中均涉及的熱塑性樹脂包膜尿素、硫加高分子聚合物包膜尿素、熱塑加熱固雙層包膜尿素等。目前該公司獲得授權的專利達90多件。除了山東金正大生態股份有限公司之外，還有許多其他企業也在緩/控釋肥料方面進行研究，并且進行了專利申請，如煙臺昊峰有機肥料有限公司申請的“以殼聚糖包膜的控釋肥料”(ZL200710013267)、山東九州生物技術開發有限公司申請的“以腐殖酸基質緩釋控釋技術”(ZL200710016898)等，在此不一一列舉。

本階段，肥料企業在緩/控釋肥料研究中所涉及的技術開始變得廣泛，不僅包括膜材料的篩選、新工藝、轉化抑制劑型的穩定氮肥等的繼續深入研究開發，還包括系列專用包膜摻混型緩/控釋肥料的研制。這些研究與開發標志著我國緩/控釋肥料技術的研究已邁出較大的步伐，正在快速地發展壯大。該階段中所研制的部分緩/控釋肥料產品已達到國外同類產品的質量標準，產品的含金量逐漸加大。然而大部分產品與國外產品還有一定的差距，整體水平不高，另外配套設備的開發相對薄弱。這個階段，我國緩/控釋肥料的企業專利數量有大幅度的增加，說明企業在緩/控釋肥料的研究中的主體作用日益凸顯。這主要得益于國家政策的重視和科技支撐計劃項目等的支持，而且我國的緩控肥企業能抓住時機，大力發展緩/控釋肥料技術，積極創新取得了豐碩的科技成果;同時部分企業也愈發重視知識產權保護，將自主研發的技術進行專利申請加以保護，不僅申請保護核心技術，而且還申請保護外圍技術，從而形成堅實的專利保護壁壘。另外，緩/控釋肥料企業的產業化也加快了發展的步伐。

總之，與國外同類技術相比，我國緩/控釋肥料行業的發展時間較短，僅30多年;而我國的企業申請專利更短，也才20多年的歷史。從企業申請專利的數量與申請的技術來看，緩/控釋肥料的研發方面取得了較快的發展，科研技術成果日趨成熟，特別是某些包膜材料及工藝流程等關鍵技術等方面已達到或領先于國際先進水平。

3 緩/控釋肥料的技術發展展望

雖然我國企業研究緩/控釋肥料取得很大的進步，但是國內緩/控釋肥料的產業化發展相對落后。目前，影響緩/控釋肥料在農業生產特別是大田作物上廣泛應用的主要問題是肥料價格偏高，究其原因主要是控釋材料的價位高，工藝成本高、設備規模較小等。研究緩/控釋材料是開發緩/控釋肥料的關鍵，進一步開發新型、高效、廉價的包膜材料和簡單易行的生產工藝成為發展緩/控釋肥料的首要目標。選取一些天然有機物如纖維素、木質素、腐殖酸等制成包膜材料以及篩選環境友好的土壤脲酶抑制劑、硝化抑制劑等新材料作為膜材料，均具有一定的發展潛力和空間。另外，在生產過程中，減少對環境的污染，也成為緩/控釋肥料的一個必要條件，選擇高分子聚合物為主的復合型緩/控釋材料必須具有可降解性和可控的養分釋放，并且溶劑要求必須是無毒、高效和經濟的。另外，需要研究一些控釋新工藝、配套新設備以滿足工業產業化的需求。

從企業申請專利數量的增加，可以看出我國企業逐漸成為研究緩/控釋肥料的主要力量。企業可以充分利用專利信息來跟蹤國際研究前沿的同時，結合我國化肥工業生產與使用所存在的問題，開發出符合我國國情和實際生產的有價值的產品。另外，緩/控釋肥料是一種新型肥料，需要多學科交叉研究、需要不同領域的研究者合作，否則很難集成一項高科技含量的研究成果。企業需要加強與科研院所的交流，更要加大研發投入，包括資金和人力上的投入，從而提高緩/控釋肥料的技術含量，積極開發出自主創新產品，依據其強有力的技術實力和自主知識產權，從而獲得較好的經濟效益和社會效益，同時推動我國緩/控釋肥料的技術發展。

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