動態(tài)與觀點

吸附分離樹脂產(chǎn)業(yè)邁入專利新賽道

2021-10-11
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  吸附分離樹脂,是指通過離子交換或吸附作用對溶液組分進(jìn)行分離純化的高分子球形顆粒,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,對各國民生、尖端科技和國防安全等事業(yè)發(fā)展發(fā)揮著基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、支撐性作用。我國是目前全球最大的吸附分離樹脂生產(chǎn)國和出口國之一,但高端產(chǎn)能缺乏,前沿技術(shù)仍在被動追趕,產(chǎn)業(yè)和技術(shù)短板明顯。

  行業(yè)整體態(tài)勢

  根據(jù)行業(yè)發(fā)展需求,國家知識產(chǎn)權(quán)局專利分析普及推廣項目“高性能吸附分離樹脂及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)專利分析”課題組(下稱課題組)聚焦吸附分離樹脂在典型應(yīng)用領(lǐng)域的核心技術(shù),整合專利文獻(xiàn)、市場信息和產(chǎn)業(yè)多維度數(shù)據(jù),探究吸附分離樹脂技術(shù)發(fā)展走向,分析我國吸附分離樹脂“卡脖子”癥結(jié)。

  從專利申請和市場調(diào)研數(shù)據(jù)來看,全球吸附分離樹脂技術(shù)呈現(xiàn)快速增長趨勢。中國吸附分離樹脂技術(shù)專利申請起步于20世紀(jì)80年代,2000年之后進(jìn)入快速增長期。中國、日本和美國是該技術(shù)主要的專利申請目標(biāo)國和技術(shù)來源國。中國市場容量巨大,吸納了上萬家本國企業(yè)參與其中。凱瑞環(huán)保、皖東化工、南大環(huán)保、藍(lán)曉科技等企業(yè)近年來技術(shù)追趕勢頭良好,與陶氏杜邦、朗盛、三菱等國際領(lǐng)先企業(yè)差距逐漸縮小,打破部分高端吸附分離樹脂材料國際壟斷格局,實現(xiàn)國產(chǎn)化甚至出口替代,但大部分企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和專利布局能力仍較薄弱。

  多領(lǐng)域應(yīng)用情況

  在濕法冶金領(lǐng)域,吸附分離樹脂是在溶液中提取各種金屬元素的重要手段,精度高、污染小,具有不可替代性。從專利申請數(shù)據(jù)看,全球吸附分離樹脂在濕法冶金領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)處于快速發(fā)展期,在眾多細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域中,近年來,動力鋰電池新能源材料的發(fā)展,使得鋰的提取技術(shù)成為各國技術(shù)競爭和專利布局的新賽道。

  從專利申請趨勢可見,由于礦石鋰資源日益枯竭,鹽湖提鋰逐漸成為主流技術(shù)。中國鹽湖鋰資源豐富,但品相較差,提取工藝復(fù)雜,成本高,鋰產(chǎn)品進(jìn)口依賴嚴(yán)重。優(yōu)化鹽湖提鋰技術(shù)和工藝路線、降低成本、提高產(chǎn)品品質(zhì)、擺脫進(jìn)口依賴,是我國鹽湖提鋰產(chǎn)業(yè)亟待解決的問題。吸附分離樹脂用于鹽湖提鋰,已顯示出工業(yè)化生產(chǎn)價值。全球知名鋰產(chǎn)品供應(yīng)商在該領(lǐng)域開展了大量的技術(shù)創(chuàng)新和專利布局工作。中國創(chuàng)新主體在新型離子交換樹脂(鋰吸附劑)、鹽湖提鋰工藝和設(shè)備改進(jìn)方面也做出積極嘗試,推動了我國鹽湖提鋰產(chǎn)品品質(zhì)的提升和成本的降低。代表性技術(shù)有中國科學(xué)院青海鹽湖研究所、中南大學(xué)和北京化工大學(xué)的新型鋰吸附劑,西安藍(lán)曉科技新材料有限公司的連續(xù)離子工藝和設(shè)備。

  在生物醫(yī)藥領(lǐng)域,吸附分離樹脂對藥品質(zhì)量、產(chǎn)率和成本影響重大,涉及生物藥、化學(xué)藥和植物提取藥三大細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域,13個技術(shù)分支。從專利申請數(shù)據(jù)看,全球吸附分離樹脂在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)處于快速發(fā)展階段,在三大細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展大致均衡。

  肽類藥物因覆蓋面廣、安全性高、療效顯著,被廣泛應(yīng)用于多種疾病治療。目前全球肽類藥物市場容量不斷擴大,技術(shù)創(chuàng)新多,專利申請活躍。中國和美國是該技術(shù)主要的專利申請目標(biāo)國和技術(shù)來源國。國外代表性公司羅氏在本技術(shù)分支專利申請最多,主要集中于肽的合成方法和產(chǎn)品。國內(nèi)代表性公司深圳瀚宇藥業(yè)實行“仿創(chuàng)結(jié)合”路線,圍繞固相合成肽的樹脂載體和合成工藝進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和專利申請,打通利拉魯肽從原料藥合成到制劑生產(chǎn)的全鏈條,為我國醫(yī)藥企業(yè)發(fā)展提供了有益參考。此外,我國高校積累了豐富的專利成果,充分利用高校資源,開展校企聯(lián)合創(chuàng)新,也是為行業(yè)發(fā)展賦能的重要途徑。

  在高端水處理領(lǐng)域,吸附分離樹脂是電子級超純水、凝結(jié)水精處理、核電站水質(zhì)/溶液凈化的必備材料。尤其是電子級超純水,作為半導(dǎo)體電子芯片生產(chǎn)用水,水質(zhì)指標(biāo)具有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn),其制備技術(shù)具有較高門檻。在我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加快自主研發(fā)的大背景下,大力發(fā)展電子級超純水制備技術(shù)意義重大。

  從專利申請數(shù)據(jù)看,全球吸附分離樹脂在高端水處理領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)處于快速發(fā)展期。其中,電子級超純水用吸附分離樹脂技術(shù)屬于高端技術(shù)分支。目前電子級超純水主流制備路線是“反滲透膜+EDI+精制混床+超濾膜……”等多技術(shù)聯(lián)用模式,其中精制混床是核心部件,而均粒吸附分離樹脂是精制混床的主要填料。從本技術(shù)主要申請人的專利申請數(shù)量來看,各創(chuàng)新主體集中度不高,未形成較強的優(yōu)勢布局,這些申請人大都集中于電子超純水EDI系統(tǒng)或其聯(lián)合技術(shù)的研制,沒有涉及均粒樹脂的制備。因此,現(xiàn)階段可能是本技術(shù)相關(guān)創(chuàng)新主體進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和專利布局的有利時機。

  在食品領(lǐng)域,安全問題攸關(guān)國計民生,雜質(zhì)和有毒有害成分的去除、食品質(zhì)量的檢測依賴于吸附分離樹脂。甜菊糖是天然糖原,甜度高、熱量少,被廣泛應(yīng)用于食品、保健品和醫(yī)療領(lǐng)域,其制備過程也離不開吸附分離樹脂。課題組以甜菊糖制備技術(shù)為代表探尋了吸附分離樹脂在食品領(lǐng)域應(yīng)用的特點和發(fā)展趨勢。

  從專利申請數(shù)據(jù)看,全球吸附分離樹脂在整個食品和甜菊糖制備細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)都處于快速發(fā)展階段,且甜菊糖制備用吸附分離樹脂技術(shù)分支最為活躍。中國、美國、韓國是該分支技術(shù)主要的專利申請目標(biāo)國和技術(shù)來源國。該領(lǐng)域代表性企業(yè)有馬來西亞譜賽科公司、瑞士埃沃爾瓦公司、中國晨光生物科技集團股份有限公司、加拿大GLG生命科技集團等。整體上,我國已具備甜菊糖工業(yè)化生產(chǎn)能力,但是在甜菊糖深加工和分離效率方面,與國際先進(jìn)水平仍有差距。甜菊糖的深加工、精細(xì)組分分離和高效分離系統(tǒng),是該領(lǐng)域目前及未來的發(fā)展方向,包括分離過程中使用的高性能樹脂、不同類型樹脂聯(lián)用、工藝以及設(shè)備的聯(lián)用等。我國企業(yè)可以根據(jù)自身情況及時跟進(jìn),在高端產(chǎn)品和前沿技術(shù)競爭中占據(jù)優(yōu)勢。

  加強關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

  均粒樹脂是指聚合物顆粒均勻,具有較窄的粒徑分布的一種樹脂,其制備技術(shù)具有較高壁壘,目前在全球只有少數(shù)企業(yè)具有量產(chǎn)和市場壟斷能力。該技術(shù)相關(guān)專利申請量少,年申請量不足20件。近年來,我國浙江爭光股份、江蘇蘇青集團、西安藍(lán)曉科技等公司也具備了均粒樹脂生產(chǎn)能力,打破了原先國外壟斷格局,但還沒有相關(guān)專利申請;另一方面,均粒樹脂制備的關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)能力不足,也是相關(guān)行業(yè)向高端發(fā)展的“卡脖子”癥結(jié)。

  從制備路線看,振動射流法、微包膠和膜乳化法是較為先進(jìn)的制備手段。振動射流法最為成熟,早期由陶氏杜邦、拜爾、朗盛等公司發(fā)明,目前大部分相關(guān)專利保護(hù)期限已屆滿;微包膠法由于其核殼結(jié)構(gòu)可以滿足特定的應(yīng)用需求,是拜耳和朗盛公司的專有技術(shù);膜乳化法因設(shè)備簡單、生產(chǎn)效率高,具有良好的發(fā)展前景,由美國陶氏杜邦和英國漂萊特公司先后發(fā)起,該方法技術(shù)空白點較多,具有廣闊的布局空間。此外,微流控、噴霧造粒以及其他領(lǐng)域的均勻液滴制備技術(shù),國內(nèi)創(chuàng)新主體也可以及時關(guān)注,用于研發(fā)參考。

  目前,我國吸附分離樹脂行業(yè)已形成成熟的工業(yè)化生產(chǎn)體系,正向高端市場邁進(jìn),處于“卡脖子”技術(shù)攻堅階段。通過本項目研究,課題組對行業(yè)發(fā)展提出如下建議:在國家政策層面,建議繼續(xù)強化對吸附分離樹脂產(chǎn)業(yè)的扶持力度,聚焦關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備,組建國家重點實驗室或研究機構(gòu),匯集“政產(chǎn)學(xué)研金”各界力量,暢通成果轉(zhuǎn)化機制,給予資金和人才扶持,集中攻關(guān)。在產(chǎn)業(yè)層面,行業(yè)協(xié)會、聯(lián)盟以及園區(qū)等相關(guān)組織積極推動產(chǎn)業(yè)上下游合作共贏,落實信息共享,搭建產(chǎn)業(yè)智庫,完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定,引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展。在研發(fā)主體層面,產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)和高校以及科研院所協(xié)同攻克“卡脖子”癥結(jié),注重利用專利布局手段放大競爭優(yōu)勢。