国内外聚氨酯粉末涂料专利技术现状分析

聚氨酯粉末涂料是由羟基聚酯、封闭型多异氰酸酯、颜填料及助剂等组成的热固性粉末涂料，与其他粉末涂料相比具有更好的综合性能，尤其是耐黄变、耐候性、耐光性突出，在粉末涂料中显示出巨大的优势。

近年来，国家、地方、行业密集出台了一系列涉及环境保护的法律、法规、政策、标准，尤其是于2021年2月1日起实施的《低挥发性有机化合物含量涂料产品技术要求》，明确了粉末涂料属于低挥发性有机化合物含量涂料产品，使得“油转粉”成为涂料行业的研究热点，为聚氨酯粉末涂料的发展带来了机遇。

在此背景下，国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心相关研究人员对外发布了《聚氨酯粉末涂料专利技术综述》。为了解掌握聚氨酯粉末涂料的发展及专利技术状况，研究从全球聚氨酯粉末涂料技术的专利申请入手，研究分析聚氨酯粉末涂料技术的专利申请趋势、重要申请人、重点专利技术演进等相关信息，以期为相关领域人员提供一定的参考。

1 聚氨酯粉末涂料专利分析

本研究以智慧芽专利数据库作为检索平台，采用关键词与分类号相结合的方式进行检索，获取初步结果后将明显噪声去除获得目标文献。

1.1 全球专利申请趋势分析

国外粉末涂料行业起步较早，国外企业于20世纪30年代开始粉末涂料生产技术的研发，20世纪50年代末粉末涂料进入高速发展阶段，20世纪70年代后，粉末涂料品种逐渐丰富并开始在高端涂装市场应用。图1展示了全球聚氨酯粉末涂料专利申请量和授权量变化趋势。由图1可以看出，全球范围内，聚氨酯粉末涂料的相关专利申请开始于1968年；1968—2001年，专利申请数量呈现迅速增长态势，2001年达到峰值；2001—2008年，专利申请数量保持高水平稳定，反映了聚氨酯粉末涂料行业进入技术成熟期；2008年后专利申请数量开始减少，并于2013年达到最低值，这反映了聚氨酯粉末涂料产品经过多年发展遇到技术瓶颈，科研主体的创新热情降低；2013—2021年，专利申请量有所回升，反映了聚氨酯粉末涂料技术获得突破，参与创新的主体数量增加。与此同时，专利授权率于1968—2018年稳定在40%～80%范围内，2018年后授权率逐年下降，跌破40%，2021年下降至4.26%，这反映了科研主体间同质化竞争激烈，专利申请量大但创新不足。

我国粉末涂料行业于20世纪70年代才开始起步，比国外晚了接近40年。图2展示了中国聚氨酯粉末涂料专利申请量和授权量变化趋势。由图2可以看出，我国在该领域的专利申请始于1992年；1992—2017年，我国聚氨酯粉末涂料行业处于快速发展阶段，专利申请数量总体呈现增长态势，但期间出现两次短暂波动；2017年后专利申请数量保持高水平稳定，反映了我国聚氨酯粉末涂料行业进入技术成熟期。虽然我国聚氨酯粉末涂料行业的起步较晚，但是专利申请量一直保持稳定，这侧面反映了该行业在我国依然有较大市场前景和重要科研价值。

1.2 专利申请分布情况

从技术来源国上看，德国、美国、欧洲和日本作为聚氨酯粉末涂料的技术诞生国，其在研究成果的数量上仍保持世界领先地位，是主要技术输出地。其中，德国专利申请数量居首位，占比35.6%，美国紧随其后，占比32.2%，欧洲位居第三，占比12.2%，日本排列第四，占比9.7%。我国在该领域的发展较晚，专利申请数量占比较低，仅占3.5%。可以看出，聚氨酯粉末涂料的申请比例在不同国家/地区差距较大，这与各国的发展状况、资源和技术水平密切相关。德国、美国、欧洲和日本这些发达国家/地区有强大的技术支撑，长久以来对环境保护重视程度高，加之立法制度完善、专利保护意识强，因此专利研究成果丰硕。我国早期科研水平有限，法律法规不够完善，专利保护意识弱，因此专利研究成果有限。但是，结合图2的专利申请和授权情况可以看出，近年来我国在该领域发展迅速，这与我国对聚氨酯粉末涂料的技术研究开发的重视、环保能源材料的鼓励政策密不可分。

从目标市场国来看，聚氨酯粉末涂料的专利技术布局主要集中在欧洲、日本、美国、中国和德国，其中，专利申请数量欧洲排名第一，占比16.4%，日本次之，占比15.1%，美国排名第三，占比12.2%，中国排名第四，占比8.4%，德国排名第五，占比7.9%。从目标市场国专利申请数量的分布情况可以看出，聚氨酯粉末涂料依然受到世界主要经济大国的重视，并且，我国在该领域的市场需求较大，仍然具有良好的发展前景。

聚氨酯粉末涂料在国外的重点申请人，主要集中在巴斯夫、PPG工业、拜耳、赢创、科思创等老牌化工企业，其专利申请数量所占的比重比较大。在我国范围内的申请人中，外国申请人所占比重仍然较大，高校研究成果较少，研发力量以长三角、珠三角和环渤海地区的企业为主，如安徽科瑞达新材料有限公司、安徽华辉塑业科技有限公司、靖江励创信息科技有限公司、苏州洛特兰新材料科技有限公司、榕珍新材料科技发展（上海）有限公司。从重点申请人的分布情况可以看出，外国企业在聚氨酯粉末涂料领域一直占据市场的主导地位，国产产品市场份额占比较低，研发技术水平落后，仍须加大科研创新力度。

2 重点申请人专利技术分析

2.1 封闭型聚氨酯粉末涂料

封闭型聚氨酯粉末涂料通常采用含羟基聚酯树脂的羟基组分与被封闭的多异氰酸酯预聚物组分配合，成为单罐装的聚氨酯粉末涂料，该涂料经施工后，漆膜在高温下，被封闭的异氰酸酯基解封闭，新生成的—NCO基与羟基聚酯树脂组分反应，实现漆膜的交联固化。拜耳公司（GB1465286A）通过多羟基化合物与用ε-己内酰胺部分掩蔽的异佛尔酮二异氰酸酯的反应制备掩蔽的二异氰酸酯，再与多羟基化的化合物反应来制备聚氨酯粉末涂料，该粉末涂料具有良好的储存稳定性（可以在150～240℃的温度下储存）和优异耐化学性。美国公司（US6028212A）提供了一种固体乙烯基醚氨基甲酸酯，其能够与热或辐射固化不饱和聚合物，并且惊奇地表现出改善的柔韧性和固化后对基材的黏合性。

2.2 含其他功能团的聚氨酯粉末涂料

封闭型聚氨酯粉末涂料在固化时会释放出封闭剂，既损害涂膜外观还会造成严重的环境污染，因此，研究者致力于开发出带有其他官能团的聚氨酯粉末涂料以克服上述缺陷。美国拜耳公司（DE59002375）研究出了一种可以在热和/或高能辐射的存在下固化，并且含有（甲基）丙烯酰脲基团的聚氨酯粉末涂料，该组合物获得的涂层具有良好的硬度、耐刮擦、耐水和溶剂性。德国希尔斯股份公司（US2003208026A1）提供了一种含羟基和二聚异氰酸酯基的加聚物，用于制备不含消去产物且交联后形成耐光、耐候的高光泽涂膜的高反应活性聚氨酯（PUR）粉末涂料。德国公司（EP04104070A）开发出了一种基于具有脲二酮基团的环氧基封端的加聚化合物的聚氨酯粉末涂料组合物，其在低烘烤温度下交联以得到高光泽或无光泽、光稳定和气候稳定的涂膜。

2.3 含游离异氰酸酯基团的聚氨酯粉末涂料

含游离异氰酸酯基团的聚氨酯粉末涂料由于具有相对高含量的非封端游离异氰酸酯基团，其固化的粉末涂料具有足够的交联密度，其在油漆和涂料中相当于良好的耐受性。美国拜耳公司（US6297343B1）研究出了一种含有脲二酮基团和游离异氰酸酯的粉末涂料交联剂，其在40℃以下为固体，在125℃以上为液体，通过含有脲二酮基团的异氰酸酯组分与除羟基新戊酸新戊二醇酯之外的含有酯和/或碳酸酯基团的多元醇的反应制备，具有良好的耐溶剂性和耐化学性，并且以突出的流动性和非常高的光泽度为特征。德国公司（DE3173943A）开发了一种热固性粉末涂料组合物，热固性粉末涂料组合物通过使含有羧基并具有封端异氰酸酯基团的聚氨酯预聚物与至少一种含有羟基、环氧化物、羧基或酸酐的化合物反应获得，具有优异的机械性能和非常好的耐化学性和耐候性的涂层。

总结

聚氨酯粉末涂料以其突出的耐黄变、耐候性、耐光和无毒害、绿色环保性能将持续地在全球涂料领域发挥至关重要的作用，在当今严抓环保、绿色转型发展的背景下，聚氨酯粉末涂料必定会成为粉末涂料的主流。

但与国外早在20世纪30年代开始粉末涂料生产技术的研发相比，我国聚氨酯粉末涂料相关技术起步较晚，在很多技术布局上还存在空白，这在一定程度上阻碍了国产聚氨酯粉末涂料的发展。

随着我国对环保的重视以及国家的宏观调控政策，可以预期的是，聚氨酯粉末涂料在各个行业的应用会越来越多，相关技术研究及专利申请也会逐渐增加，进而成为未来聚氨酯工业的重要发展方向。