1 引言
传统五大通用塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及丙烯腈丁二烯苯乙烯（acrylonitrile butadiene styrene, ABS）。其中,ABS具有耐热、抗冲击、电气性能优良、易加工等特点,综合性能优良,是电器元件、车用器件等首选的塑料之一,具有良好的应用前景。2014年全球ABS总产能1 098万吨,产量880万吨,开工率约80%
[1];2015年全球ABS产能达1 106.8万吨,产量约924万吨,开工率达89%
[2]。亚太地区是全球ABS最大的消费市场,发展中经济体在电器和汽车生产方面的消耗拉动了全球ABS市场需求。根据全球知名研究机构IHS Markit统计,中国是全球ABS最大的消费国,占比超过50%;同时,中国ABS容量占全球三分之一以上
[3]。迈入“十三五”阶段,中央行政机关及地方政府部门纷纷出台政策指导ABS产业发展,如《石化和化学工业发展规划（2016–2020年）》指出加快开发PC-ABS材料等耐高温高强度工程塑料,《广州市战略性新兴产业第十三个五年发展规划（2016–2020）》鼓励发展ABS及其改性制品。从ABS塑料市场的整体分布以及国家政策对ABS塑料发展的指导意见可以看出,ABS塑料的发展备受关注。
ABS下游产业分布领域主要为电子电器及车用配件。其中,电子电器包括电冰箱、电视机、电话、复印机外壳等,而且,ABS将逐渐取代聚苯乙烯（PS）用于手机等电子产品的外壳材料,未来在电子电器领域的应用将更为广泛。而车用领域包括汽车外件（门板、周转箱）、内件（汽车仪表盘、ABS表面电镀技术）。ABS分为通用注塑级、阻燃级、挤出级、管材、电镀级、改性等用途,而通用注塑级ABS占总应用量的70%以上。在专利研究方面,ABS研究热点主要集中于阻燃性和相容剂两个方面[4]。通过对全球与ABS塑料相关性高的专利进行态势分析,有助于掌握ABS研究热点、领先企业等情况,为该领域技术人员提供综述性技术支持,对我国ABS行业发展、专利布局等具有重要参考意义。
2 全球ABS塑料专利态势分析
本文采用的分析软件主要为CPA Global公司旗下专利检索软件Innography
[5]。在Innography软件中,通过编写关键词检索式定位ABS塑料相关专利,基于软件自带专利申请号去重、数据分析、作图等功能,结合微软Excel软件进行部分基础数据处理及统计分析。专利检索式见附录。
由于专利的有效期一般为专利申请日起20年,因此把专利申请日起始时间定为1998年1月1日。得出检索结果后在全球范围内进行简单同族扩增,再通过数据库的申请文本号去重保留一个专利文本,最终得出全球相关ABS塑料专利数量为45 978件。
由于全球专利申请授权途径（目标国）主要集中于中国、美国、日本、韩国、PCT、EPO等6个国家或组织,因此下文将基于Innography数据集中分析上述6个国家/组织的ABS专利情况,运用专利计量方法对ABS塑料专利的总体申请态势、技术区域分布、专利技术构成进行比较、分析。
2.1 总体专利发展态势
图1为ABS专利申请主要来源国申请量的年度分布情况。分析发现,ABS专利主要来源于美国、中国、德国、韩国以及日本等5个国家,其中,来源于美国的专利达14 838件,其次是中国7 853件、德国4 957件、韩国4 316件、日本4 165件。
图2为按照申请途径统计的ABS专利申请量年度分布,分析可知,1998年至2006年期间,全球ABS专利总量呈现稳步增长状态,在美国及PCT协议国家,2006年专利申请量达到第一个峰值;在日本和EPO,2006年的专利申请量则是近20年来的最高峰,表明在2006年以前申请人注重在美国和日本进行专利申请,同时也注重通过PCT策略向EPO等国际组织进行专利布局。ABS专利许多与改性塑料相关,2006年前后申请量的峰值表明该时间段ABS属于全球改性塑料研究热点。2008年后,全球ABS专利申请总量出现下滑,美国、日本的ABS申请量下降幅度较大。从2010年开始,全球申请量进入第二次加速上升状态,其中,在中国申请的ABS专利增量最大。选取2010年后在中国申请的专利（共7 172件）进行分析,发现主要申请国分别为中国（5 884件）、美国（527件）、韩国（217件）及日本（125件）,可见,2010年后目标国为中国的ABS专利申请主要来源于中国本土。这主要得益于中国行业发展战略的推进,如中国工程塑料“十一五”发展规划,以及全球经济复苏促使中国塑料行业开始快速发展,技术整体研发水平得以提高。在美国申请的ABS专利量也处于上升状态,于2014年达到第二个峰值,日本、韩国、PCT、EPO申请量保持稳定。由于从专利申请到专利公开有18个月的滞后期,因此2015年至2017年的数据尚不完整,忽略数据滞后期的影响,除中国外,其他国家/组织ABS专利申请总量增速较为平稳,可见ABS在全球范围内已经属于较为成熟的技术领域。
2010年以后,来源于中国的ABS申请量的增速以及绝对值都处于领先地位。ABS专利申请总量为6 406件,2012年、2013年ABS专利申请量占全球ABS申请量的比重超过30%,2015年和2016年占比分别达到约34%和56%。近5年,来源于中国的ABS专利申请量已经占据全球申请量首位。
2.2 整体核心专利分析
Innography数据库自建了一套特有的专利价值评价算法体系,综合权利要求数量、引用与被引情况、同族专利数量、诉讼情况、法律状态等因素,对每一篇专利都打一个0~100分之间的专利强度分数,专利强度分数越高意味专利价值越高。本文选择专利强度分数在80~100之间的专利作为核心专利,对核心专利的来源国/地区、所属企业、专利聚类进行分析,情况如
图3。
Innography数据库对专利来源国/地区定义为该企业/机构的分支机构主要研发人才所在地,因此可能出现同一个跨国企业会出现在不同专利来源国/地区的情况。按照核心专利筛选标准,共获取核心专利1 992件。来源于美国的核心专利数量达1 302件,如埃克森美孚公司的“热塑性弹性体组合物及其制备方法”
[6]。美国核心专利全球占比超过65%,核心专利权人既包括伊斯曼化工（55件）、埃克森美孚（17件）等美国化工企业,也包括沙特基础工业（75件）、科莱恩化工（18件）等跨国企业在美国的分支机构。可见美国企业汇聚了优秀的研发人才,ABS塑料研发水平处于全球领先地位。与之相比,中国ABS核心专利申请数量全球占比仅为3%。除美国外,核心ABS专利来源国包括德国、日本、中国以及韩国,基本与前文所述的ABS专利申请数量排名靠前的国家/地区保持一致。来源于中国的ABS专利申请量为7 853件,是来源于美国专利的52.9%,但是在专利价值方面,来源于中国（中国台湾地区数据没有包括）的核心专利只有63件,仅为来源于美国的核心专利数量的4.8%。由此可见,与美国相比,中国的ABS研发水平还存在比较大的差距,国际竞争力亟待提升。
ABS核心专利的技术主题聚类分析结果如
图4所示。核心专利主要涉及6个方面：热塑性聚合物、树脂组合物、复合材料、阻燃材料、塑料原料以及聚合物。同时,这些研究也存在交叉,如陶氏化学的“一种导电热塑性聚合物”[7],公开了一种包括热塑性聚合物,抗冲改性剂以及金属纤维和金属涂覆纤维的组合物,该专利既涉及热塑性聚合物方面,也涉及树脂组合物方面。ABS塑料核心涉及热塑性共129件,涉及阻燃性共112件,ABS塑料具有良好的热塑性与阻燃性在技术分布中也得到了体现。
2.3 专利技术区域部署研究
中国是排名第一的ABS专利申请目标国,共受理申请10 033件,占全球申请量的21.8%。其次是美国,申请量为8 010件,占全球的17.4%。排名第3的是向PCT申请的专利数量,为4 303件,占比9.3%。向日本申请的专利量为4 122件,占全球的8.9%。其他主要的专利申请目标国家和地区组织包括欧洲专利局EPO、韩国、德国、加拿大、中国台湾等。
中、美、欧、日、韩五大知识产权机构于2007年建立发明专利领域的五局合作（IP5）机制,在全球范围内具有重要影响。ABS相关专利中,申请目标国为中国、美国、日本、韩国以及欧洲（基于EPO数据）五个国家或地区的专利申请量占比约64.8%,因此本文对专利流向的研究基于专利五局的数据,对五个国家和地区的专利流向进行分析,以此了解这五个国家和地区的专利水平、两国或地区之间的专利输入和专利输出地位,并比较各国家或地区的海外市场布局情况（见
图5）。饼图表示各专利局受理的专利量,百分比表示来源于各国家或地区的专利占比。箭头指示专利输出方向,线条的粗细表示专利数量的多少。
科学前沿根据ABS的五局专利流向图可以得知,美国是向海外输出、布局专利量最多的国家,且数量远远超出其他国家/地区,达4 385件,美国向欧洲、中国、日本输出的专利数量均超过1 000件,分别为1 409件、1 224件以及1 190件。欧洲专利数量中,超过38%的专利来源于美国,中国、韩国、日本三个专利局中来源于美国的专利均超过10%。由此可见,在ABS专利布局中,美国的输出量占据全球首位,表明美国重视利用多边申请布局海外市场,具有较高的ABS研发水平。ABS专利输出数量排名第二的为欧洲,共输出3 419件,最大的专利输出对象是美国,占美国全部专利申请的18.9%,其次是中国、日本和韩国,专利输出量分别为828件、813件和456件。尽管中国的ABS申请量位居全球第二,但海外专利布局数量却非常少,五局布局中输出专利数量占比仅为5.7%,输出专利总量为428件,其中在美国布局最多,215件,占比3.1%。因此,虽然中国是ABS塑料的专利申请大国,但是专利输出与其他国家地区相比少很多。另一方面,中国ABS专利从其他四局流入数量为2 806件,说明海外竞争者非常重视中国ABS塑料市场。
2.4 专利技术构成及研究热点分析
根据国际IPC分类,通过Innography数据库的处理,可以得到在ABS全球专利中高分子化合物的组合物（C08L）所占数量最多,达到7 145件,囊括了阻燃、改性组合物,聚碳酸酯接枝相容共聚物等与ABS塑料产品相关的主要专利。其次是ABS塑料成型及成型产品的后处理（B29C）,共2 649件,包括塑料片材成型处理方法、塑料模具、注塑成型等。专利申请量排第3的是层状产品（B32B）,申请量为2 329件,涉及层压板、层压工艺、托盘产品等。此外,ABS申请量排名靠前的还有高分子组合物类别的C08K（非高分子有机配料）、C08J（加工）和C08F（高分子化合物）,H01M类别中的电池涂层、电池外壳等,A61M类别中的输液设备、人体介入装置等,以及B65D类别中的包装容器等。全球ABS专利技术领域按IPC分类申请量见
表1。
对比中国、美国、日本、欧洲和韩国五局的技术布局情况（见
图6）,中国ABS专利在C08大类中布局最多,主要涉及阻燃（1 077件）、合金材料（670件）等增强、改性功能复合材料及制备。美国ABS专利技术分布中,B32B及B29C占比最大,相关专利涉及注塑成型（379件）、层状产品（190件）等。从五局的技术主题分布来看,相容组合物和ABS改性都是专利布局的主要领域。通过分析ABS专利应用种类,发现ABS专利主要集中于电子产品（3 167件）、机械制造（2 023件）、汽车内外件（1 124件）等研究方向。
3 全球ABS塑料专利权人分析
为比较不同专利权人对同族专利布局的差异,在专利权人分析过程中,除了用到上文中涉及的同族扩增数据（45 978件）,还需要分析简单同族去重的数据（去重后共19 258件）,将不同专利权人同族扩增后的专利申请量除以其对应的简单同族去重后的专利申请量,得出每个申请者的平均专利族。
3.1 专利权人竞争态势分析
通过同族专利去重,得到专利族数量最多的前15家机构,排名第一的是韩国LG化学,专利族达到421个,ABS产品的国际市场占有率也排名第一,其专利主要集中于耐热性、抗冲击等功能性塑料的研发,可用于汽车内饰、家电设备。沙特基础工业集团专利族数量为332个,排名第2,是全球领先的石化企业,其技术涉及上下游领域,如ABS塑料生产工艺优化,导电、阻燃、防静电等功能性塑料的生产等。排名第3的是科思创（Covestro
1）,专利族数量为313,生产高光、耐磨、阻燃ABS共混料,广泛用于医疗输液、汽车座椅、电池壳体等。排名第4的是美国陶氏化学,专利族共302个,主要应用于汽车部件、电子产品、家用隔热材料、油漆涂料等。三菱化学以255个专利族数量排在第五位,集中于热塑性弹性体、聚合物合金、功能性共混物的研发,应用范围包括汽车零部件、日杂产品、电器部件等。松下排名第6,专利族数量为248个,专利技术主要集中于铅蓄电池外壳、卫浴材料、冰箱门等电器壳体。全球ABS专利族数量排名前6的企业中,LG化学、沙特基础工业、陶氏化学、三菱化学在ABS上下游均有布局,科思创和松下集团则主要集中于下游应用的研发,这些企业都是全球知名的化工材料企业或电子电器集团。可见ABS研发力量集中于全球知名化学企业。此外,2017年陶氏化学预计将与杜邦完成合并,届时将跃居全球ABS专利族最多的企业。ABS专利族数量排名前15的唯一一家中国企业是金发科技,其专利族数量为157个,集中于阻燃增强型、高光耐划ABS、ABS合金、电镀、无卤阻燃等改性ABS材料。其他ABS专利族申请量排名靠前的企业还包括Cheil Industry（三星第一毛织与三星SDI合并后的企业）、通用电气、巴斯夫集团、日立、3M日本电气化学工业、鸿海科技（中国台湾）、杜邦。上述企业ABS专利族数量见
表2。
从
表2可以看到,平均专利族规模最大的公司为科思创,达到6.4个,说明其专利布局意识非常强,专利价值非常高,其次为陶氏化学,平均专利族6.3个,排名第3的是3M,专利族规模6.0个。其他平均专利族规模较大的机构还有通用电气、巴斯夫、杜邦等。ABS平均专利族超过5的6家企业中有4家为美国企业,这也体现出美国对ABS专利全球布局的重视。而与之对比,中国金发科技的平均专利族仅为1.2个,一方面表明中国企业的ABS研发水平与发达国家有一定差距,另一方面表明中国企业的海外专利布局力度不足。
3.2 专利权人综合实力分析
为比较主要专利申请者的竞争力,利用Innography分析平台,可以从技术实力、经济实力两个维度进行比较分析,具体见
图7。在技术实力方面,陶氏化学处于领袖地位,排名第2的是拜耳集团（拜耳材料科技于2015年更名Covestro,在Innography数据库中Covestro仍与拜耳集团分列,故数据与图片有瑕疵）
[8]。其余技术实力较强的企业还包括通用电气、巴斯夫、沙特基础工业、3M、LG化学等。经济实力方面,最强的是埃克森美孚,其次是通用电气,陶氏化学,巴斯夫、拜耳紧随其后。与上述几家技术、资金领先的企业相比,综合实力排名前20的企业中,大多数企业处于技术、经济追赶状态,经济实力和研发水平均与领先企业存在一定差距,包括诺华集团、宝洁、杜邦、赢创等全球知名企业。
3.3 研发人才分析
基于Innography数据库对全球领先ABS研发人才进行分析,位居前列的主要来自于伊斯曼化工和拜耳科技材料。伊斯曼化工并没出现在ABS申请专利数量排名前10的企业中,但在Innography中,伊斯曼化工的同族专利去重后的专利申请总量为41件,可见伊斯曼化工非常注重自身的专利在全球布局。此外,排名前3的发明人均来自于伊斯曼化工,由此推断,一方面伊斯曼化工研发人才水平较高,另一方面该企业研发主要通过团队合作完成,发明人共同署名。拜耳材料科技在ABS专利数量上也位居全球前10,且其研发人才成果也非常显著,可见拜耳材料科技在ABS领域处于领军地位。除了排名第10的研发人员来自苏威,其余9位发明人全部出自伊斯曼化工及拜耳材料。
4 中国ABS塑料专利态势分析
4.1 中国ABS核心专利分析
根据Innography专利价值评价算法体系,来源于中国的专利强度在80~100之间的核心专利只有63件,考虑到样本数据过少不利于国内专利权人之间的对比分析,因此把专利强度在60~100之间的中国ABS专利（共计601件）作为核心专利进行分析。
图8列出了核心专利排名前10的企业,其中,上海杰事杰新材料、广东金发科技、深圳比亚迪、上海锦湖日丽、上海普利特、深圳科聚新材料等是中国企业,沙特基础工业是跨国企业,鸿海精密是台湾富士康集团在大陆地区的控股公司。通过核心专利分析可知,中国领先的ABS研发企业集中于在广东和上海,其中金发科技、比亚迪以及普利特复合材料均是国内上市公司,具有强大的资金实力,也是当地知名企业。清华大学是唯一进入前10的高校,中国石化则是中国的央企。
上海杰事杰新材料由工程塑料博士杨桂生创办,致力于工程塑料、新型复合材料等高分子材料研发、制造,旗下合肥杰事杰新材料是亚洲最大工程塑料生产基地,其核心专利包括由ABS、聚酯、相容剂等共聚组成的一种聚酯复合材料及其制备方法（CN103013026B）
[9],一种回收聚对苯二甲酸乙二醇酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金及其制备方法（CN103360732B）
[10]等。
金发科技的主要ABS产品为增强型ABS、ABS/PBT合金、改性ABS等。金发科技与华南理工大学等高校联合组建了中国塑料改性与加工国家工程实验室,围绕汽车、电子电气等重点产业建设塑料共混改性、合成改性、加工工艺等研究。核心专利包括添加多种助剂组成的超高耐热阻燃ABS组合物,适用于电池、微波炉等制件（CN102391608A）
[11];通过将热塑性共聚物化学接枝到橡胶上组成的一种阻燃ABS材料（CN101993586A）
[12]等。
比亚迪是中国新能源汽车制造引领者,已经推出多款畅销混合动力、纯电动汽车,在汽车电子、动力电池方面研发水平领先,核心专利包括粗化液和ABS共聚物表面电镀方法（CN102534577A）
[13],ABS粒料与易被腐蚀的改性粉体混合制备改性ABS的方法（CN101168613）
[14]等。
上海锦湖日丽是专注于改性塑料研发的公司,主要生产ABS基材为主的改性塑料,包括电镀级、阻燃级、喷涂级等,广泛应用于汽车仪表板、手机壳体、电动工具等高强度、耐热制品。核心专利包括高光泽、耐刮擦无卤阻燃聚碳酸酯树脂组合物（CN101475739B）
[15],可用于温控指示的树脂组合物（CN102516789B）
[16]等。
科聚新材料位于深圳宝安,主营工程塑料、特种塑料、纤维增强树脂基（FRP）复合材料、树脂基夹层复合材料等,其核心专利有多元接枝ABS共聚物的制备方法（CN102391437A）
[17]、添加助剂、相容剂等制备高强度复合保温隔热ABS材料（CN102516698A）
[18]等。
4.2 中国ABS研发人才分析
中国专利申请量排名前10的ABS研发人才（见
表4）中有4人来自上海锦湖日丽（第1、2、4、10名）。锦湖日丽是中国改性ABS领先企业之一,拥有原料和相容剂合成技术,研发出美学塑料、车内环保塑料等产品,辛敏琦、罗明华、李强等人均为锦湖日丽的高层及研发负责人。排名第3的杨桂生来自上海杰事杰新材料。第5位的周文则来自上海普利特复合材料,该机构研发的产品包括高流动级PC/ABS,高抗冲、吹塑级ABS等。通过对比ABS研发人才及核心专利权人可知,ABS研发人才基本与核心专利权人一致,其中,永卓真塑料、瀚氏模具、华瑞橡胶这些企业均是国内较大型的企业。
5 结论
对ABS近20年的专利态势的分析显示,自1998年开始全球ABS专利申请稳步增长,2006年前后是欧洲、美国、日本专利申请数量达到峰值的时间段。ABS专利多与改性塑料相关,2006年前后申请量的峰值表明该时间段ABS属于全球改性塑料研究热点。我国ABS专利申请总量全球排名第2,但专利申请起步较晚,2010年后专利申请量增加明显。主要原因是在该时间段,国内“十一五”计划重视推动塑料行业发展,加大了增强型塑料、改性塑料的研发,同时欧洲塑料再生协会通过的塑料废弃物处理法案等全球塑料政策的变化进一步促进了国内塑料行业整体研发水平的提高。
总体上看,ABS主要研究领域可以分为增强型、改性塑料的研发以及塑料的相容性研究及制备工艺,前者涉及阻燃、绝缘、耐磨等,后者涉及聚碳酸酯（PC）与ABS的相容剂。列举部分中国授权的全球ABS核心专利：增强型、改性塑料研发方面,如沙特基础工业申请的结合添加剂、阻燃剂制成的阻燃激光直接结构化材料（公开号：CN102066122）
[19],巴斯夫集团研发的高导热性聚合物电池盒（公开号：CN1960920）
[20];塑料的相容性研究及制备工艺方面,如埃克森美孚的采用动态硫化,与聚酰胺反应并接枝的生产热塑性弹性体组合物的有效混合工艺（公开号：CN101821335）
[21],赢创集团的选择性抑制粘合(SIB)法制造高质量模塑制品方法（公开号：CN1500608）
[22]。
专利布局方面,通过专利态势分析可知近几年全球ABS专利申请量较为平稳,ABS已经属于较为成熟的技术领域。在此基础上,中国的研发数量的高速增长则表明中国在ABS研发上处于后发优势地位,中国应该抓住目前ABS塑料应用研发热点,提升自身研发水平。另外,从国际专利五局图流向来看,我国是专利输入总量最多的国家,达到2 806件,说明海外竞争者非常重视中国市场。从专利输出国家来看,美国是专利输出最多的国家,达到4 385件,其次是欧洲地区。中国输出专利仅428件专利,一方面表明中国ABS专利重要性不足,另一方面表明中国对海外专利布局的重视程度不够。随着贸易摩擦的增加,中国作为塑料出口大国,应当重视布局海外专利。
从全球ABS核心专利来源国分布看,中国ABS研发水平依然与美国、德国等存在较大差距。中国ABS专利申请量排名全球第2,但核心专利的数量却排名靠后,因此,除了保持ABS专利研发申请量外,需要提高ABS专利研发价值。包括Innography数据库在内的许多专利数据库均将同族专利作为一个指标,而中国对ABS专利的海外布局重视程度仍然不足,因此,国内ABS研发企业应当考虑在海外布局ABS专利。除海外布局外,ABS专利的应用也是专利价值的重要指标,ABS塑料研发人员应当注重挖掘不同行业的需求,如电子行业、汽车行业等,以需求促进研发,提高专利的应用价值。目前,汽车主机中,锦湖日丽的销量全国排名第一,锦湖日丽一直保持与通用汽车、大众汽车等知名下游汽车主机厂商的合作。广东地区的金发科技也与比亚迪开启叉车等领域的战略合作,加强企业联合推动研发。企业合作可以提高市场配置资源效率,利用现有资源最大化创造力,发挥规模效应,对推动ABS专利研发具有非常重要的意义。
通过产学联合促进ABS行业发展。中国主要ABS研究机构与高校包括四川大学（26件）、上海交通大学（21件）、中科院长春应用化学研究所（15件）、中科院化学研究所（14件）及华南理工大学（14件）等。中国ABS生产企业可以加强与相关研究机构的合作,产学研联合,以市场和社会需求为导向,既可以培养ABS后备人才,又可以保证企业资源的高效利用。金发科技与华南理工大学等知名高校联合组建了中国塑料改性与加工国家工程实验室,围绕汽车、电子电气等重点产业建设塑料共混改性、合成改性、加工工艺等研究,这对ABS企业发展具有重要借鉴价值。比亚迪是目前全球领先的新能源汽车企业,在新能源汽车高速发展的时代,通过企业高校间的产学研联动,未来在汽车ABS塑料研发方面,中国有望走在世界前列。
广东省科学院科研平台环境与能力建设专项资金项目“技术与产业创新决策分析研究平台培育”(2016GDASPT-0303)
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