从企业专利申请浅谈我国缓/控释肥料的技术发展

余爱丽

(国家知识产权局化学发明审查部，北京 100088)

随着化肥行业的发展，化肥企业之间的竞争也越来越激烈。国内外的企业纷纷寻求新产品、新工艺等来应对日益加剧的市场竞争。化肥企业要创新，要开发新型肥料，就要走“科技、环保、高产、高效”之路。缓/控释肥料能明显地提高肥料利用率，有效地降低肥料使用量、减少劳动强度、减少化肥面源污染，而且具有极其广阔的应用前景和市场需求，因而成为肥料市场的热点和发展方向［1-2］。越来越多的企业开始进行缓/控释肥料的研发，同时也加强了对新产品、新工艺等成果和自身的知识产权的保护。其中对新成果进行专利申请是保护企业知识产权的最有效途径之一。

在当代，衡量一个企业的经济实力、竞争能力已不再仅依据一些经济指标，更主要的是看这个企业在技术上拥有的实力［3］。一个企业专利数量的多少从侧面反映了企业的技术创新水平，也反映了企业的综合竞争能力和可持续发展的能力。随着国家知识产权战略的实施，化肥企业逐渐重视知识产权，保护知识产权的意识逐渐增强，肥料领域的专利申请数量也逐年大幅增长，尤其2007年以后，关于缓/控释肥料的企业专利申请明显增多。依据其强大的技术实力和自主的知识产权，占据了较大的市场份额，从而获得较好的经济效益和社会效益。本文将从企业专利申请的角度，对我国缓/控释肥料的定义、分类、企业专利申请的研究历史和现状，及发展趋势等作简要的介绍。

1 缓/控释肥料的定义和分类

1.1 缓/控释肥料的定义

广义上讲，缓/控释肥料是指肥料养分释放速率缓慢，释放期较长，在作物的整个生长期都可以满足作物生长需要的肥料。但是，狭义上对缓释肥料和控释肥料来说又有其各自不同的定义。缓释肥料(简称SRF)又称长效肥料，主要指施入土壤后转变为植物有效养分的速度比普通肥料缓慢的肥料。其释放速率、方式和持续时间不能很好地控制，受施肥方式和环境条件的影响较大。缓释肥的高级形式为控释肥料(简称CRF)，是指通过各种机制措施预先设定肥料在作物生长季节的释放模式，使其养分释放规律与作物养分吸收基本同步，从而达到提高肥效目的的一类肥料［4-6］。

1.2 缓/控释肥料的分类

缓/控释肥料按照加工过程的不同可分为物理型、化学型和物理化学型缓/控释肥料。

物理型缓/控释肥料就是通过简单的物理过程处理，使肥料具有缓控性。物理型缓/控释肥料大多为包膜肥料，如包硫尿素、涂层尿素、包裹肥料、聚合物包膜肥料等。包膜肥料包括无机包膜型肥料和有机包膜型肥料，如用硫黄、硅酸盐、石膏、磷酸盐等包膜的无机物包膜缓/控释肥和用天然高分子、合成高分子、半合成高分子等包膜的有机聚合物包膜缓/控释肥。

化学型缓/控释肥料是直接或间接地将其连接到预先形成的聚合物上，构成一种新型组合物，其释放速率取决于组合物键的性质、立体化学结构疏水性、降解难易程度和交联程度等;养分释放机理比较复杂。化学型缓/控释肥料主要包括化学合成缓/控释肥料和化学抑制型缓/控释肥料。化学合成缓/控释肥料主要包括:①难溶性有机化合物，包括脲甲醛、丁烯叉二脲和草酰胺;②水溶性难降解化合物，如异丁叉二脲等;③低溶性无机盐，如磷酸镁铵等。化学抑制型缓/控释肥料主要是通过添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂等调节土壤微生物的活性，减缓尿素的水解和对铵态氮的硝化—反硝化作用，从而达到肥料氮素缓慢释放和减少损失的目的。物理化学型缓/控释肥料是综合了物理和化学方法对目标肥料进行处理，其养分释放机理较为复杂，不仅包括化学过程同时也包括物理过程［1-4］。

2 缓/控释肥料专利申请的发展历史与现状

我国缓/控释肥料的研究方面起步较晚，可追溯到20世纪70年代。缓/控释肥料自20世纪90年代以来才在我国农业、肥料制造业等行业和相关领域备受关注。缓/控释肥料的研发不仅集聚了我国该领域的大部分科研人员和产业化机构，而且我国缓/控释肥料等新型高效肥料的研究与产业化也正在积极推进［5，7，8］。自中国专利法从 1985 年 4 月 1日开始实施到如今，关于缓/控释肥料的企业专利申请历经了二十几年，笔者根据企业专利的申请情况，将我国化肥企业对缓/控释肥料的研究划分为三个阶段。

2.1 企业申请缓/控释肥料专利初期阶段

在初期阶段(20世纪80年代到90年代末)，在我国进行关于缓/控释肥料的企业发明专利申请的数量不多，仅为20多件，其中国外申请者居多，有10多件;而国内的企业申请仅有8件。这些国外企业主要集中在美国、日本和德国，如美国的埃克森研究与工程公司、莱斯科技术公司、阿冶乐西技术有限公司和OMS投资公司;日本的窒素公司和德国的K+S股份公司。其中缓/控释肥料以聚合物包膜为主，例如聚醚多元醇包膜、磺化聚合物包膜、环氧聚合物底涂层等。而国内企业则主要是广州氮肥厂、江苏省盱眙县磷肥厂、南京化学工业(集团)公司永大实业公司、四川省绵阳市新皂化工总厂、河北省沧州大化集团有限责任公司等。表1列举了部分企业的专利申请。

表1 20世纪80年代到90年代末部分国内企业的专利申请

这段时期内，我国企业申请的专利很少，究其原因有两个方面:其一是我国专利法实施时间不长，企业的知识产权保护意识很淡薄，没有积极地将新成果进行专利申请;而国外企业的专利保护意识很强，在80年代末就进入中国进行专利申请;其二是我国当时的实际情况所决定，我国的缓/控释肥料的研究主要以大学和科研机构为主，20世纪70年代中期以后国内化肥企业主要采用引进技术生产大化肥，对开发新产品的科研投入不足，即使有少量的新技术也是“肥包肥”的缓释肥料，因而企业对缓/控释肥料的研究工作是很薄弱的。

2.2 企业申请缓/控释肥料专利成长阶段

在成长阶段(从2000年至2006年底)，我国关于缓/控释肥料的企业发明申请量有一定的增加，有50多件，其中国内企业占大多数，国外企业较少。关于缓/控释肥料的申请内容不仅包括无机物包膜缓/控释肥和有机聚合物包膜缓/控释肥，还包括一些加入缓释剂(如硝化抑制剂或脲酶抑制剂)的缓/控释肥料;其中膜材料的选择上有硫黄、硅酸盐、石膏、磷酸盐;天然高分子如蜡、纤维素、淀粉、木质素等;合成高分子如双环戊二烯与甘油酯的共聚物及橡胶粉、含烃类蜡和聚合物和半合成高分子等。其中申请专利较多的国内肥料企业有:上海汉枫缓释肥料有限公司、深圳市芭田生态工程股份有限公司、天津市汉沽区福祥肥料加工厂等。另外，还有许多其他企业也进行这方面的研究工作。表2简单地列举了该阶段部分企业的专利申请。

表2 从2000年至2006年底部分国内企业的专利申请

这个阶段，企业申请的专利包括缓/控释肥产品、生产方法或工艺，主要研究工作集中在以下几各方面:无机类或高分子控释材料的选择和包膜工艺技术、转化抑制剂型的稳定氮肥、添加各种稳定剂的长效氮肥和尿素涂层技术。这段时期，随着中国加入世贸组织，企业逐渐加强了对知识产权的认识，也逐渐开始注重和加强自身知识产权的保护。随之，企业专利申请的数量有一定的增加，关于缓/控释肥料的企业申请也增多。从企业申请专利数量的增多，可以看出企业在缓/控释肥料的研究有一定的进展。企业在缓/控释肥料研究上已不局限于包裹或涂层，而在物理、化学、物理化学型的缓/控释肥料领域均有涉及。虽然各个肥料企业的研究工作都有了一定的进展，但是现阶段我国关于缓/控释肥料的研究仍是以研究机构为主，同时也初步出现了科研单位与企业联合研究的模式，并且这些技术的工业化程度普遍不高，创新点不够突出，原创性不够，产业化程度也不大。

2.3 企业申请缓/控释肥料专利快速发展阶段

从2007年开始，我国关于缓/控释肥料的企业申请量逐年较快增加，其中国内企业占绝大多数，国外企业还是很少。缓/控释肥料的研究主要是采用各种高分子材料在颗粒肥料的表面制备控释膜上的研究，这仍然是市场研究的热点。在此技术路线下，国内开发出多种高分子聚合物包膜肥料，这些技术采用流化床喷涂包膜工艺，开发出流化床控释肥料包膜技术。该技术能够有效的控制肥料养分的释放期，尽量达到肥料的养分释放速率与目标作物的养分需求规律相匹配的最佳要求。但是从生产成本和技术稳定性来看，目前都还不能完全实现预期的目标。专利申请的企业主要是集中在国内最大的缓/控释肥料企业——山东金正大生态股份有限公司，该公司的专利申请不仅包括膜材料的研究如硫黄、热塑性树脂、热固性树脂、环氧树脂、水性聚合物包膜剂、水性聚合物—石蜡双层包膜、水性聚合物—硫双层包膜等，还包括工艺流程产业化的研究;同时还包括在一系列大田作物和经济作物等上的专用包膜掺混型缓/控释肥料，如棉花、小麦、水稻、花卉、果树等专用控释肥。这些专用控释肥料的组分中均涉及的热塑性树脂包膜尿素、硫加高分子聚合物包膜尿素、热塑加热固双层包膜尿素等。目前该公司获得授权的专利达90多件。除了山东金正大生态股份有限公司之外，还有许多其他企业也在缓/控释肥料方面进行研究，并且进行了专利申请，如烟台昊峰有机肥料有限公司申请的“以壳聚糖包膜的控释肥料”(ZL200710013267)、山东九州生物技术开发有限公司申请的“以腐殖酸基质缓释控释技术”(ZL200710016898)等，在此不一一列举。

本阶段，肥料企业在缓/控释肥料研究中所涉及的技术开始变得广泛，不仅包括膜材料的筛选、新工艺、转化抑制剂型的稳定氮肥等的继续深入研究开发，还包括系列专用包膜掺混型缓/控释肥料的研制。这些研究与开发标志着我国缓/控释肥料技术的研究已迈出较大的步伐，正在快速地发展壮大。该阶段中所研制的部分缓/控释肥料产品已达到国外同类产品的质量标准，产品的含金量逐渐加大。然而大部分产品与国外产品还有一定的差距，整体水平不高，另外配套设备的开发相对薄弱。这个阶段，我国缓/控释肥料的企业专利数量有大幅度的增加，说明企业在缓/控释肥料的研究中的主体作用日益凸显。这主要得益于国家政策的重视和科技支撑计划项目等的支持，而且我国的缓控肥企业能抓住时机，大力发展缓/控释肥料技术，积极创新取得了丰硕的科技成果;同时部分企业也愈发重视知识产权保护，将自主研发的技术进行专利申请加以保护，不仅申请保护核心技术，而且还申请保护外围技术，从而形成坚实的专利保护壁垒。另外，缓/控释肥料企业的产业化也加快了发展的步伐。

总之，与国外同类技术相比，我国缓/控释肥料行业的发展时间较短，仅30多年;而我国的企业申请专利更短，也才20多年的历史。从企业申请专利的数量与申请的技术来看，缓/控释肥料的研发方面取得了较快的发展，科研技术成果日趋成熟，特别是某些包膜材料及工艺流程等关键技术等方面已达到或领先于国际先进水平。

3 缓/控释肥料的技术发展展望

虽然我国企业研究缓/控释肥料取得很大的进步，但是国内缓/控释肥料的产业化发展相对落后。目前，影响缓/控释肥料在农业生产特别是大田作物上广泛应用的主要问题是肥料价格偏高，究其原因主要是控释材料的价位高，工艺成本高、设备规模较小等。研究缓/控释材料是开发缓/控释肥料的关键，进一步开发新型、高效、廉价的包膜材料和简单易行的生产工艺成为发展缓/控释肥料的首要目标。选取一些天然有机物如纤维素、木质素、腐殖酸等制成包膜材料以及筛选环境友好的土壤脲酶抑制剂、硝化抑制剂等新材料作为膜材料，均具有一定的发展潜力和空间。另外，在生产过程中，减少对环境的污染，也成为缓/控释肥料的一个必要条件，选择高分子聚合物为主的复合型缓/控释材料必须具有可降解性和可控的养分释放，并且溶剂要求必须是无毒、高效和经济的。另外，需要研究一些控释新工艺、配套新设备以满足工业产业化的需求。

从企业申请专利数量的增加，可以看出我国企业逐渐成为研究缓/控释肥料的主要力量。企业可以充分利用专利信息来跟踪国际研究前沿的同时，结合我国化肥工业生产与使用所存在的问题，开发出符合我国国情和实际生产的有价值的产品。另外，缓/控释肥料是一种新型肥料，需要多学科交叉研究、需要不同领域的研究者合作，否则很难集成一项高科技含量的研究成果。企业需要加强与科研院所的交流，更要加大研发投入，包括资金和人力上的投入，从而提高缓/控释肥料的技术含量，积极开发出自主创新产品，依据其强有力的技术实力和自主知识产权，从而获得较好的经济效益和社会效益，同时推动我国缓/控释肥料的技术发展。

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