我國納米纖維素的專利文獻分析

陳麗卿 周秋菊

摘要： 采用文獻計量學方法，利用Incopat專利數據庫的專利文獻數據，從專利的申請數量和公開數量分析我國在納米纖維素領域的專利技術發展水平和實力，以揭示納米纖維素的研發態勢和了解納米纖維素技術領域創新的重點。

關鍵詞：納米纖維素;文獻計量;Incopat專利;專利文獻

中圖分類號：TS72? 文獻標識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2019.09.012

Abstract： This article applied the bibliometric method to analyse the nanocellulose patent literatures in China by using Incopat patent database. It aimed to reveal the research and development trend of nanocellulose disciplines in China and understand the key points of nanocellulose technology innovation.

Key words：? nanocellulose; bibliometric method; Incopat patent database; patent literatures

納米纖維素是指在某種維度上具有納米尺寸的生物質基高分子材料，可通過機械法、化學法、生物法或幾者相結合的方法處理纖維而制得[1-2]。通常，人們所說的納米纖維素包括：纖維素納米纖絲（cellulose nanofiber，CNF）、納米微晶纖維素（nanocrystalline cellulose，NCC）、纖維素納米晶體（cellulose nanocrystalline，CNC）、微纖化纖維素（microfibrillated cellulose，MFC）及細菌纖維素（bacterial nanocellulose，BC）[3-5]。納米纖維素具有許多優良特性，如高結晶度、高純度、高楊氏模量、高親水性、高透明性、氣體阻隔性、黏彈性、可食性、可生物降解性、生物相容性及可再生性等特性，其在造紙、建筑、汽車、食品、化妝品、電子產品、醫學等領域具有巨大潛在的應用前景[6]。

目前，關于“納米纖維素”這一主題的文獻大多集中在制備、改性和應用等方面，而對其相關專利文獻的分析甚少[7]。專利文獻是專利制度的產物，是記錄有關發明創造信息的文獻。專利文獻包含了大量的科學與技術成果，能預示未來的發展趨勢。通過大量的專利數據分析，可以充分把握一個國家整體以及各個地區、科研機構等的研究動態，所以對專利文獻的研究具有重要的意義和價值。

本文旨在利用Incopat專利數據庫的專利數據，從專利的申請數量和公開數量分析我國在納米纖維素領域的專利技術發展水平，以揭示我國納米纖維素的研發態勢和了解納米纖維素技術領域創新的重點。

1 專利文獻檢索方法

專利的數據源：Incopat專利數據庫。

檢索關鍵詞：納米纖維素（nanocellulose）、纖維素納米材料（cellulose nanomaterials）、纖維素納米纖絲（cellulose nanofibril，CNF）、納米微纖化纖維素（nanofibrillated cellulose，NFC）、微纖化纖維素（microfibrillated cellulose，MFC）、納米微晶纖維素（nanocrystalline cellulose，NCC）、纖維素納米晶體（cellulose nanocrystals，CNC）、纖維素納米晶須（cellulose nanowhisker，CNW）和細菌纖維素（bacterial nanocellulose，BC）。

檢索式：TIABC=（nanocellulose or cellulose nanomaterials or cellulose nanofibril or nanofibrillated cellulose or microfibrillated cellulose or nanocrystalline cellulose or cellulose nanowhisker or bacterial nanocellulose） or （TIABC=（CNF or NFC or MFC or NCC or CNC or BC） and TIABC= （nanocellulose）） or （TIABC=（nanocellulose or nanofibril or nanofibrillated or nanofibrous or nanofiber or nanocrystal） and TIABC=cellulose）。

時間跨度，未設時間限制，從第一篇專利1953年開始，數據搜集時間2018年9月20—25日。

檢索結果：4263件。

專利從申請到公開需要1～2年的時間，近期內的新技術并不能從專利文獻分析中完全反映出來，有一定的滯后期。另外有的企業采用技術保密策略來保持公司的競爭優勢，這些保密的信息在專利搜索中查找不到，但是對整個專利文獻分析的內容不產生實質性影響[8]。

2 專利文獻結果分析

2.1 納米纖維素專利申請和公開趨勢分析

全球納米纖維素專利申請數量及公開數量分別見圖1和圖2。由圖1和圖2可知，2000年前，全球各國每年申請納米纖維素專利的總件數為個位數（日本個別年份除外：1982年17件;1995年11件;1997年13件;1999年11件）。美國的納米纖維素研究起步較早，于1953年申請了第一個相關專利，并于1956年公開。我國申請的納米纖維素專利起步較晚，第一個納米纖維素專利的申請年份是1984年，1985年公開，比美國晚了30年。

進入21世紀，全球迎來了一個全新的技術革命時期，新技術、新設備層出不窮。隨著科學技術的進步，我國納米纖維素的研究有了一定的進展，納米纖維素專利申請數量保持良好的增長趨勢。2000—2010年期間，我國納米纖維素專利申請數量整體低于世界知識產權組織、美國和日本，但我國納米纖維素2009年專利申請數量（65件）與世界知識產權組織和日本持平，略低于美國（67件），2010年我國納米纖維素專利申請數量（89件）與世界知識產權組織持平，反超日本（75件），仍略低于美國（90件）;2009年和2010年的專利公開數量分別為54和61件，與日本基本持平（52和61件），略低于世界知識產權組織和美國（分別為61、72件和58、76件）。我國作為后起之秀，自2008年開始重視納米纖維素技術領域研究，加大相關投入。

2010—2018年，我國納米纖維素研究進入快速發展期，納米纖維素專利申請數量在近幾年有了質的飛躍，展示了我國科技力量的進步和強大，納米纖維素的研究逐漸完善，技術逐漸成熟。2014—2017年，我國納米纖維素專利申請數量和公開數量幾乎呈“井噴”上升趨勢，專利申請數量和公開數量分別為288、376、409、304件和254、367、415、361件（2017和2018年數據減少的原因是收集時間為2018年9月20—25日，統計的數據不完全，下同）;而世界知識產權組織在這4年的專利申請數量和公開數量分別為136、144、149、123件和156、122、152、162件;美國在這4年的專利申請數量和公開數量分別為134、135、102、43件和147、125、148、75件;日本在這4年的專利申請數量和公開數量分別為80、69、88、17件和98、77、79、60件。這些數據表明，我國申請人在最近幾年開始加快在納米纖維素領域的專利布局，成為該領域專利申請數量和公開數量增長的主要推動力。

2.2 納米纖維素專利技術構成

通過國際專利分類號（IPC分類號）的統計與分析，可指明納米纖維素的具體研究方向，了解納米纖維素技術領域創新的重點。納米纖維素IPC分類號專利數量排名前10小類的統計結果見表1。由表1可知，納米纖維素領域申請專利數量最多的小類是C08L，其次是C08K，排名第三的是C08J，D21H排名第四，其他小類的申請專利數量也較多。可見，納米纖維素作為一種用途十分廣泛的生物質基材料，其在傳統領域（如紙和包裝產品等）、非傳統領域（如流變改性劑、食品添加劑、涂料等）、新型領域（如醫學、生物學和光電材料等）等有著巨大的潛在應用前景。

納米纖維素IPC分類號專利數量排名前10小類的申請數量和公開數量分別如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，2000年之前，納米纖維素IPC分類號各小類的專利申請數量和公開數量均很少，這進一步表明，2000年以前納米纖維素研究處于萌芽期。2000—2010年，納米纖維素IPC分類號各小類的專利申請數量和公開數量整體呈逐漸增加趨勢，表明納米纖維素技術領域研究于2000年后開始得到重視，納米纖維素的研究有了一定進展。2011年以后，納米纖維素的研究進展迅速，納米纖維素IPC分類號各小類整體呈逐年增加趨勢，尤其是C08L和C08K小類，專利申請數量和公開數量增加趨勢更明顯。D21H小類的專利申請數量和公開數量也呈逐年增加的趨勢，表明納米纖維素以獨特的性能優勢在制漿造紙工業領域吸引了科研人員的廣泛關注。納米纖維素在造紙工業中的應用主要有以下幾個方面：①用作造紙增強劑，提高紙張性能;②用作助留助濾劑，提高細小組分的留著率;③用作食品包裝紙的涂料，提高包裝紙的阻隔性能，以替代鋁箔;④用于生產特種紙，如納米紙及其復合材料、電子紙、透明紙基觸摸屏等[9]。

各國納米纖維素領域技術創新的重點如圖5所示。由圖5可知，我國納米纖維素相關專利申請重點為C08L、C08K、C08B及C08J，這4類研究方向專利的數量在納米纖維素專利總數量中的占比大，且排名居全球前列，D01F和C09D的專利數量也占較大比例。D21H專利數量排名靠前的是世界知識產權組織和美國，我國和日本的D21H專利數量相近。

2.3 全球主要國家納米纖維素專利申請及公開地域排名

專利公開國代表專利在某國申請和公開，而專利申請國代表專利申請人來自某國。專利公開國的專利數量代表該國的技術市場規模。專利申請國的專利數量則可反映該國的科技創新能力。由納米纖維素領域專利申請國和專利公開國矩陣（見表2）可知，納米纖維素專利數量排名靠前的國家是中國、美國和日本。盡管我國在納米纖維素研究方面發展迅速，但專利集中在本土申請，對其他國家的市場布局較少。與我國不同，美國、日本等在多個國家進行了專利保護。美國除了本土的專利保護外，在我國、世界知識產權組織、歐洲專利局、日本、加拿大等的專利布局也較多。

為了更為直觀地顯示專利申請國及專利公開國的專利數據，對表2數據進行了可視化處理，結果見圖6。

2.4 納米纖維素專利申請機構分析

納米纖維素專利數量排名前20的申請機構見表3。納米纖維素專利數量前三的申請機構是芬蘭斯道拉恩索集團、日本制紙株式會社以及東華大學，全球知名化工企業陶氏杜邦公司排名第四。納米纖維素專利數量排名前20的申請機構中，我國有7家，且這7家申請機構全都是高等院校。這說明，雖然我國關于納米纖維素的研究成果很多，但產學研之間形成的配合并不是十分密切，科學技術成果的轉化率較低，難以在我國社會經濟發展過程中發揮應用的作用。

3 結 語

納米纖維素是一種用途十分廣泛的生物質基材料，通過國際專利分類號（IPC分類號）的統計與分析可知，申請技術專利數量最多的小類是C08L（即高分子化合物的組合物）;其次是C08K（即使用無機物或非高分子有機物作為配料）;排名第三的是C08J（即加工;配料的一般工藝過程）;D21H（即漿料或紙漿組合物）排名第四。2011年后，D21H專利申請數量和公開數量增加顯著，可見納米纖維素作為新型造紙工業材料，其以獨特的優勢在制漿造紙工業領域吸引了科研人員的廣泛關注。

近幾年，我國納米纖維素研究進入快速發展期，并加快了在納米纖維素領域的專利布局，成為該領域專利申請數量和公開數量增長的主要推動力。雖然目前我國納米纖維素專利數量最多，但專利集中在本土申請，對其他國家的市場布局較少，且產學研之間形成的配合并不是十分密切，科學技術成果的轉化率較低，這也是我國與國外存在真正差距之處。因此，我國納米纖維素的產業化之路需各方齊心協力，讓研究機構的眾多成果走出實驗室，實現產業化應用。

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（責任編輯：董鳳霞）