我国纳米纤维素的专利文献分析

陈丽卿 周秋菊

摘要： 采用文献计量学方法，利用Incopat专利数据库的专利文献数据，从专利的申请数量和公开数量分析我国在纳米纤维素领域的专利技术发展水平和实力，以揭示纳米纤维素的研发态势和了解纳米纤维素技术领域创新的重点。

关键词：纳米纤维素;文献计量;Incopat专利;专利文献

中图分类号：TS72  文献标识码：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

纳米纤维素是指在某种维度上具有纳米尺寸的生物质基高分子材料，可通过机械法、化学法、生物法或几者相结合的方法处理纤维而制得[1-2]。通常，人们所说的纳米纤维素包括：纤维素纳米纤丝（cellulose nanofiber，CNF）、纳米微晶纤维素（nanocrystalline cellulose，NCC）、纤维素纳米晶体（cellulose nanocrystalline，CNC）、微纤化纤维素（microfibrillated cellulose，MFC）及细菌纤维素（bacterial nanocellulose，BC）[3-5]。纳米纤维素具有许多优良特性，如高结晶度、高纯度、高杨氏模量、高亲水性、高透明性、气体阻隔性、黏弹性、可食性、可生物降解性、生物相容性及可再生性等特性，其在造纸、建筑、汽车、食品、化妆品、电子产品、医学等领域具有巨大潜在的应用前景[6]。

目前，关于“纳米纤维素”这一主题的文献大多集中在制备、改性和应用等方面，而对其相关专利文献的分析甚少[7]。专利文献是专利制度的产物，是记录有关发明创造信息的文献。专利文献包含了大量的科学与技术成果，能预示未来的发展趋势。通过大量的专利数据分析，可以充分把握一个国家整体以及各个地区、科研机构等的研究动态，所以对专利文献的研究具有重要的意义和价值。

本文旨在利用Incopat专利数据库的专利数据，从专利的申请数量和公开数量分析我国在纳米纤维素领域的专利技术发展水平，以揭示我国纳米纤维素的研发态势和了解纳米纤维素技术领域创新的重点。

1 专利文献检索方法

专利的数据源：Incopat专利数据库。

检索关键词：纳米纤维素（nanocellulose）、纤维素纳米材料（cellulose nanomaterials）、纤维素纳米纤丝（cellulose nanofibril，CNF）、纳米微纤化纤维素（nanofibrillated cellulose，NFC）、微纤化纤维素（microfibrillated cellulose，MFC）、纳米微晶纤维素（nanocrystalline cellulose，NCC）、纤维素纳米晶体（cellulose nanocrystals，CNC）、纤维素纳米晶须（cellulose nanowhisker，CNW）和细菌纤维素（bacterial nanocellulose，BC）。

检索式：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）。

时间跨度，未设时间限制，从第一篇专利1953年开始，数据搜集时间2018年9月20—25日。

检索结果：4263件。

专利从申请到公开需要1～2年的时间，近期内的新技术并不能从专利文献分析中完全反映出来，有一定的滞后期。另外有的企业采用技术保密策略来保持公司的竞争优势，这些保密的信息在专利搜索中查找不到，但是对整个专利文献分析的内容不产生实质性影响[8]。

2 专利文献结果分析

2.1 纳米纤维素专利申请和公开趋势分析

全球纳米纤维素专利申請数量及公开数量分别见图1和图2。由图1和图2可知，2000年前，全球各国每年申请纳米纤维素专利的总件数为个位数（日本个别年份除外：1982年17件;1995年11件;1997年13件;1999年11件）。美国的纳米纤维素研究起步较早，于1953年申请了第一个相关专利，并于1956年公开。我国申请的纳米纤维素专利起步较晚，第一个纳米纤维素专利的申请年份是1984年，1985年公开，比美国晚了30年。

进入21世纪，全球迎来了一个全新的技术革命时期，新技术、新设备层出不穷。随着科学技术的进步，我国纳米纤维素的研究有了一定的进展，纳米纤维素专利申请数量保持良好的增长趋势。2000—2010年期间，我国纳米纤维素专利申请数量整体低于世界知识产权组织、美国和日本，但我国纳米纤维素2009年专利申请数量（65件）与世界知识产权组织和日本持平，略低于美国（67件），2010年我国纳米纤维素专利申请数量（89件）与世界知识产权组织持平，反超日本（75件），仍略低于美国（90件）;2009年和2010年的专利公开数量分别为54和61件，与日本基本持平（52和61件），略低于世界知识产权组织和美国（分别为61、72件和58、76件）。我国作为后起之秀，自2008年开始重视纳米纤维素技术领域研究，加大相关投入。

2010—2018年，我国纳米纤维素研究进入快速发展期，纳米纤维素专利申请数量在近几年有了质的飞跃，展示了我国科技力量的进步和强大，纳米纤维素的研究逐渐完善，技术逐渐成熟。2014—2017年，我国纳米纤维素专利申请数量和公开数量几乎呈“井喷”上升趋势，专利申请数量和公开数量分别为288、376、409、304件和254、367、415、361件（2017和2018年数据减少的原因是收集时间为2018年9月20—25日，统计的数据不完全，下同）;而世界知识产权组织在这4年的专利申请数量和公开数量分别为136、144、149、123件和156、122、152、162件;美国在这4年的专利申请数量和公开数量分别为134、135、102、43件和147、125、148、75件;日本在这4年的专利申请数量和公开数量分别为80、69、88、17件和98、77、79、60件。这些数据表明，我国申请人在最近几年开始加快在纳米纤维素领域的专利布局，成为该领域专利申请数量和公开数量增长的主要推动力。

2.2 纳米纤维素专利技术构成

通过国际专利分类号（IPC分类号）的统计与分析，可指明纳米纤维素的具体研究方向，了解纳米纤维素技术领域创新的重点。纳米纤维素IPC分类号专利数量排名前10小类的统计结果见表1。由表1可知，纳米纤维素领域申请专利数量最多的小类是C08L，其次是C08K，排名第三的是C08J，D21H排名第四，其他小类的申请专利数量也较多。可见，纳米纤维素作为一种用途十分广泛的生物质基材料，其在传统领域（如纸和包装产品等）、非传统领域（如流变改性剂、食品添加剂、涂料等）、新型领域（如医学、生物学和光电材料等）等有着巨大的潜在应用前景。

纳米纤维素IPC分类号专利数量排名前10小类的申请数量和公开数量分别如图3和图4所示。由图3和图4可知，2000年之前，纳米纤维素IPC分类号各小类的专利申请数量和公开数量均很少，这进一步表明，2000年以前纳米纤维素研究处于萌芽期。2000—2010年，纳米纤维素IPC分类号各小类的专利申请数量和公开数量整体呈逐渐增加趋势，表明纳米纤维素技术领域研究于2000年后开始得到重视，纳米纤维素的研究有了一定进展。2011年以后，纳米纤维素的研究进展迅速，纳米纤维素IPC分类号各小类整体呈逐年增加趋势，尤其是C08L和C08K小类，专利申请数量和公开数量增加趋势更明显。D21H小类的专利申请数量和公开数量也呈逐年增加的趋势，表明纳米纤维素以独特的性能优势在制浆造纸工业领域吸引了科研人员的广泛关注。纳米纤维素在造纸工业中的应用主要有以下几个方面：①用作造纸增强剂，提高纸张性能;②用作助留助滤剂，提高细小组分的留着率;③用作食品包装纸的涂料，提高包装纸的阻隔性能，以替代铝箔;④用于生产特种纸，如纳米纸及其复合材料、电子纸、透明纸基触摸屏等[9]。

各国纳米纤维素领域技术创新的重点如图5所示。由图5可知，我国纳米纤维素相关专利申请重点为C08L、C08K、C08B及C08J，这4类研究方向专利的数量在纳米纤维素专利总数量中的占比大，且排名居全球前列，D01F和C09D的专利数量也占较大比例。D21H专利数量排名靠前的是世界知识产权组织和美国，我国和日本的D21H专利数量相近。

2.3 全球主要国家纳米纤维素专利申请及公开地域排名

专利公开国代表专利在某国申请和公开，而专利申请国代表专利申请人来自某国。专利公开国的专利数量代表该国的技术市场规模。专利申请国的专利数量则可反映该国的科技创新能力。由纳米纤维素领域专利申请国和专利公开国矩阵（见表2）可知，纳米纤维素专利数量排名靠前的国家是中国、美国和日本。尽管我国在纳米纤维素研究方面发展迅速，但专利集中在本土申请，对其他国家的市场布局较少。与我国不同，美国、日本等在多个国家进行了专利保护。美国除了本土的专利保护外，在我国、世界知识产权组织、欧洲专利局、日本、加拿大等的专利布局也较多。

为了更为直观地显示专利申请国及专利公开国的专利数据，对表2数据进行了可视化处理，结果见图6。

2.4 纳米纤维素专利申请机构分析

纳米纤维素专利数量排名前20的申请机构见表3。纳米纤维素专利数量前三的申请机构是芬兰斯道拉恩索集团、日本制纸株式会社以及东华大学，全球知名化工企业陶氏杜邦公司排名第四。纳米纤维素专利数量排名前20的申请机构中，我国有7家，且这7家申请机构全都是高等院校。这说明，虽然我国关于纳米纤维素的研究成果很多，但产学研之间形成的配合并不是十分密切，科学技术成果的转化率较低，难以在我国社会经济发展过程中发挥应用的作用。

3 结 语

纳米纤维素是一种用途十分广泛的生物质基材料，通过国际专利分類号（IPC分类号）的统计与分析可知，申请技术专利数量最多的小类是C08L（即高分子化合物的组合物）;其次是C08K（即使用无机物或非高分子有机物作为配料）;排名第三的是C08J（即加工;配料的一般工艺过程）;D21H（即浆料或纸浆组合物）排名第四。2011年后，D21H专利申请数量和公开数量增加显著，可见纳米纤维素作为新型造纸工业材料，其以独特的优势在制浆造纸工业领域吸引了科研人员的广泛关注。

近几年，我国纳米纤维素研究进入快速发展期，并加快了在纳米纤维素领域的专利布局，成为该领域专利申请数量和公开数量增长的主要推动力。虽然目前我国纳米纤维素专利数量最多，但专利集中在本土申请，对其他国家的市场布局较少，且产学研之间形成的配合并不是十分密切，科学技术成果的转化率较低，这也是我国与国外存在真正差距之处。因此，我国纳米纤维素的产业化之路需各方齐心协力，让研究机构的眾多成果走出实验室，实现产业化应用。

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（责任编辑：董凤霞）