高性能PVB 树脂合成及膜材料技术知识产权分析研究

陈蔓蔓，王凌云，徐 帆

（1 中国乐凯集团有限公司 河北 保定 071054）

（2 中国航天系统科学与工程研究院 北京 100037）

0 引言

PVB 是聚乙烯醇缩丁醛的简称，高性能PVB 树脂合成及膜材料技术是指由聚乙烯醇树脂（polyvinyl alcohol，PVA）和丁醛按一定比例缩合而成得到PVB 树脂，PVB 树脂经塑化挤出制成高性能PVB 薄膜。 高性能PVB 树脂合成及膜材料产业技术要求高、难度大，生产关键技术主要掌握在美国伊士曼、日本积水和可乐丽等少数公司手中，如伊士曼产品主要应用于汽车以及建筑业，可乐丽PVB 业务在新兴的光伏材料应用中占据重要位置，积水化学的产品在汽车行业和建筑行业优势明显。 这些国外公司对PVB 的研究起步较早，产品配方成熟，生产工艺先进，研发理论强大，技术独立，相关产品在全球范围内具有极强的竞争力。 三大公司成膜所使用的PVB 树脂都采用了自研、自产、自用模式，且不对外销售，形成技术垄断，市场占有率达到80%以上。

全球PVB 膜在汽车领域市场规模最大，且应用于汽车前挡风玻璃的PVB 膜的性能要求最高，包括耐冲击性、韧性及稳定性等，应达到严格的检测标准。 但目前国内不掌握汽车级高性能PVB 树脂合成及成膜关键技术，且国内企业只能外购PVB 膜边角料或回收料，生产的PVB 膜只能应用于低端的汽车零配件市场（二级市场，占比约30%），国内汽车整车用高性能PVB 市场（一级市场，占比约70%）全部依靠进口。 因此，国内企业正积极对高性能PVB 树脂合成及膜材料技术进行攻关。

高性能PVB 树脂合成及膜材料技术在研发和产品上市过程中需要调研专利文献以提供信息支撑，通过开展系统性的专利分析研究工作，一可充分挖掘借鉴国外相关专利技术，缩短相关技术的研发周期；二可梳理PVB 树脂合成及膜材料领域的最新发展动向和技术水平，为及时调整研发和市场策略提供决策支持；三可建立专利申请布局策略和前瞻性专利布局规划，最大化实现经济效益。 因此，亟需针对该技术领域开展专利分析工作。

1 专利态势分析

在智慧芽专利数据库中，针对PVB、膜、制备等关键词、IPC 分类号，以及可乐丽、杜邦、首诺、伊士曼、安徽皖维等创新主体进行初步检索，筛选后获得612 项专利，下面针对检索获得的专利开展技术构成、专利申请趋势、专利申请区域和专利申请人等进行宏观分析，检索起止时间为1980 年至2022 年，了解高性能PVB 树脂合成及膜材料技术保护现状、专利布局现状和发展态势。

1.1 国外专利申请时间较早，中国专利申请量呈现追赶状态

按照专利的优先权年对高性能PVB 树脂合成及膜材料技术领域专利申请量进行统计，得到如图1 所示的专利申请趋势分析图，对国内申请趋势和全球专利申请趋势进行了比较。

图1 高性能PVB 树脂合成及膜材料技术专利申请趋势图

图2 高性能PVB 树脂合成及膜材料技术构成图

图3 专利申请目标市场分析

由图1 可见，1980 至2010 年，国外在该技术领域进行深耕布局，逐渐掌握了高性能PVB 树脂合成及膜材料的技术话语权，涌现出可乐丽、积水化学、伊士曼（首诺）等重要创新主体。 得益于我国对高性能PVB 树脂和膜材料需求量的不断攀升，以及我国对知识产权保护愈发重视，我国在2011 年后专利申请量上升迅速，以中国作为技术产出国的专利共有309 项，可见该阶段内的专利快速增长态势是由中国专利申请量驱动的，专利技术集中于PVB树脂合成工艺、PVB 膜配方、PVB 膜挤出工艺等，主要专利申请人包括四川东材公司、安徽皖维、浙江普利金公司、浙江德斯泰公司、忠信（清远）光伏材料公司等。 同一时期内日本、美国、韩国等国家的专利申请呈现平稳发展态势，日本的专利技术主要集中于PVB 树脂合成工艺、PVB膜配方、PVB 性能表征等；美国的专利技术主要集中于PVB 膜配方；韩国的专利技术主要集中于PVB 性能表征。由于发明专利申请自申请日起18 个月公布，PCT 专利申请可能自申请日起30 个月才进入国家阶段，其对应的国家公布时间就更晚，2020—2022 年的专利申请量比实际的申请量要少。

1.2 PVB 膜配方及制备工艺、树脂合成工艺的专利申请量最多，是当前研究热点

高性能PVB 树脂合成及膜材料技术研究中，涉及的关键技术包括PVB 树脂合成技术和PVB 膜制备技术等。在612 项专利中，对各关键技术领域的专利申请量进行统计和分析，了解高性能PVB 树脂合成及膜材料相关专利技术构成情况。

PVB 膜配方技术专利申请量最高，是各创新主体的重点攻关方向，并产生了较多技术成果，专利技术主要解决PVB 添加量，增塑剂、偶联剂、紫外吸收剂等添加剂的种类和含量等配方原料及配比问题，以改进PVB 膜的光学性能、低畸变性能、抗粘连性能等；PVB 膜挤出工艺专利技术主要涉及挤出工艺控制、参数调节、挤出设备、压花工艺及设备等，改善材料老化变黄、力学性能下降、使用寿命缩短、生产成本高等缺陷；PVB 树脂合成工艺是PVB 树脂合成领域的研究热点，专利主要围绕非均相合成、酸催化工艺等技术，用于提高缩醛率、降低工艺操作难度；PVB性能表征的主要手段包括通过热机械分析仪测量对流动性进行表征、通过Pumpel 黏附试验对黏性进行测量、采用UV 辐照对耐久性进行测试、采用核磁共振对缩醛度进行表征等；PVB 树脂原材料筛选专利主要针对降低醛类使用和减少残余反应物等技术开展研发，以及部分增塑剂和助剂的研制；PVB 合成环保技术专利主要涉及废水废料的回收和处理技术。

1.3 中国专利申请量排名第一，国外创新主体已在中国布局较多专利但多处于失效状态

高性能PVB 树脂合成及膜材料技术领域的专利申请主要由中国、日本、美国、德国等国家和地区提出。 按照专利优先权国家或地区对专利申请量进行统计和分析，了解高性能PVB 树脂合成及膜材料技术的目标市场国，分析在不同国家或地区的专利布局水平。

通过统计美国、日本、德国相关专利的布局国家，推导相应的目标市场发现，美国、日本、德国的主要目标市场包括中国、美国、日本、欧洲地区、韩国等。 美国在中国布局专利中20 件有效，主要涉及PVB 膜配方技术，专利申请人包括伊士曼（首诺）公司、杜邦公司、孟山都公司等；德国在中国布局专利技术涉及PVB 膜配方、PVB 树脂合成工艺和PVB 性能表征，主要专利申请人为可乐丽欧洲公司；日本在中国布局专利主要涉及PVB 膜配方、PVB 性能表征等技术，其中有效专利17 件，主要专利申请人为积水化学公司和可乐丽公司。 但鉴于国外在中国布局专利多处于失效状态，相关专利技术均可以直接借鉴使用。 目前，我国申请专利均为国内申请，没有在海外进行专利布局，一方面说明我国在海外专利布局的意识不足，另一方面说明其他各国开展的全球专利布局影响了我国的技术输出和市场占领。 但鉴于国外在中国布局专利多处于失效状态，国内还处于多方竞争发展的情形，因此国内创新主体可以在此现状中加快研发速度，加大技术保护力度，努力扩大技术和市场的优势。

1.4 国外专利申请人专利量排名靠前

通过对612 项的专利申请人进行统计，得到如图4 所示的专利申请排名结果。 如图4 所示，高性能PVB 树脂合成及膜材料技术领域的专利申请量排名前15 位的申请人中，中国的专利申请人有9 家；美国的专利申请人有3家；日本的专利申请人有2 家；德国的专利申请人有1 家。

图4 高性能PVB 树脂合成及膜材料技术专利申请人排名分析

积水化学公司的专利申请量最高。 20 世纪90 年代，积水化学公司在PVB 树脂和膜领域的技术突破较多，专利申请量多且保持了连续性；2005 年后，积水化学公司的专利申请量逐渐降低，可见该公司已基本完成PVB 树脂和膜的技术积累，开始在高端膜领域进行攻关并取得了部分研发成果。 美国、韩国、中国及欧洲地区是积水化学公司的主要目标市场，在中国申请的13 件专利并积极维持中国专利的有效性，从侧面反映了对中国市场的重视程度。 可乐丽公司技术攻关期集中于2010 年后，产生的专利较多且保持了一定的申请连续性，专利技术主要集中于PVB 膜配方和PVB 树脂合成工艺及PVB 性能表征技术领域。 伊士曼（首诺）公司的专利申请连续性不高，技术主要集中于PVB 膜配方，但是从全球布局来看，伊士曼（首诺）公司专利布局更倾向于全球化广撒网式策略。 杜邦公司专利技术较为分散，包括PVB 膜配方、原材料、PVB 性能表征等，虽然杜邦公司的PVB 业务已被可乐丽公司收购，但作为PVB 领域老牌创新主体，其专利技术仍具有借鉴价值。

2 技术发展建议及知识产权布局建议

2.1 技术发展建议

结合专利宏观分析和核心专利解读情况可见，高性能PVB 树脂合成及膜材料的技术发展要点可从以下方面发力。

（1）在PVB 膜配方领域，主要是针对PVB 添加量，增塑剂、偶联剂、紫外吸收剂等添加剂的种类和含量等配方原料及配比问题，以改进PVB 膜的光学性能、隔音性能、低畸变性能、抗粘连性能、抗黄性能等，并减少黏附控制剂残留物。 在PVB 膜挤出工艺领域，可在制备过程中采用水直接冷却实现快速冷却，并可通过改进树脂的流动性提高辊速以节省一次树脂的用量，还可借鉴在无压花设备的情况下定向表面图案形成技术，改进PVB 膜的漏气缺陷。

（2）在原材料筛选技术领域，可借鉴乙烯基含量控制方案，提高缩醛度。 在PVB 树脂合成工艺领域，主要采用优化水洗、控制反应温度、筛选合适的有机或固体酸催化剂等手段对反应条件进行优化，降低非均相合成度，提高缩醛度和抗氧化性能。 在PVB 性能表征领域，可采用热机械分析仪测量对流动性进行表征；通过Pumpel 黏附试验对黏性进行测量；采用UV 辐照对耐久性进行测试；采用核磁共振对缩醛度进行表征等。 在PVB 合成环保技术领域，可利用薄膜碎片及母液回收、调节酸碱性和全过程废水循环方案达到环保要求，同时可开发用于环保的设备装置，获得高性能PVB 树脂合成及膜材料技术的衍生技术。

2.2 知识产权布局建议

（1）整体布局策略：国外的积水化学公司、可乐丽公司、伊士曼（首诺）公司等，国内的安徽皖维公司、浙江德斯泰公司等已在国内申请了较多专利。 因此在进行布局时，应研究竞争对手的核心技术点专利，同时对研发过程中通用性较强的技术也需予以关注，以市场痛点为导向，优化研发方案，对项目过程中的新技术进行回避设计。

（2）专利布局技术方向：随着PVB 树脂和PVB 膜市场需求的不断增大，该领域部分细分市场仍有较大的发展潜力，如原材料筛选、PVB 性能表征、PVB 合成环保技术等。 另外国内市场对于高端PVB 树脂和PVB 膜的研发还处于摸索研究阶段，而国外申请时间较早的大量专利已经濒临失效，且近年来国外创新主体的专利申请量逐年下降，国外对技术的把控力度逐渐削弱，在此情况下可以借鉴国外专利的技术，开拓高端产品市场。

（3）知识产权布局地域：PVB 树脂和PVB 膜市场主要集中于中国、美国、日本、韩国及欧洲地区，主要的专利布局地区与市场也相吻合。 因此，在上述区域进行专利布局难度较大。 随着国家“一带一路”倡议的实施，我国与东南亚、南美等地区国际合作广度和深度日益加大。 这些地区一方面对PVB 树脂和PVB 膜的需求较大，另一方面主要创新主体在相关地区的专利布局也较少。 因此对于优势技术领域可考虑直接对东南亚、南美地区国家进行专利申请，迅速形成技术及市场优势。

3 结论

本文分析了高性能PVB 树脂合成及膜材料技术的发展情况。 总体来看，虽然积水化学等国外创新主体仍把握PVB 合成及膜材料的核心技术，但是国内也正在通过技术研发进行追赶，缩小技术差距。 同时随着国外专利保护期限的结束，国外对我国技术壁垒的正逐渐解除。 因此，应积极发展高性能PVB 树脂合成及膜材料技术，加快实现技术超越。