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寻找废旧纺织品技术突破口

2020-06-22

纺织科学研究 2020年6期
关键词:专利技术专利申请申请人

废旧纺织品回收再生技术已实现由技术向产业转化,成为带动我国经济发展的新的增长点

当前,低碳、环保、绿色是全球纺织行业的发展趋势,一些发达国家已经形成了一定规模的废旧纺织品循环利用体系。在我国,废旧纺织品回收再生技术已实现由技术向产业转化,成为带动我国经济发展的新的增长点。但目前我国废旧纺织品回收再利用产业还面临诸多问题。

本文通过解读废旧纺织品回收再利用领域专利技术,明确该领域国内外专利技术发展趋势、国内技术地域分布以及主要技术持有人情况,为促进该领域产业发展以及产学研合作提供参考。

废旧纺织品回收再利用走向产业化

据统计,全球每年约新增废旧纺织品4000 万吨,这些废旧纺织品处理不当,容易造成二次污感,危害生态环境。废旧纺织品的回收再利用是解决当前全球生态环境压力的必然选择,低碳、环保、绿色是全球纺织行业的发展趋势。美国、日本、德国等发达国家在上世纪末、本世纪初陆续开启废旧纺织品循环再利用技术研究和推广应用,形成了一定规模的废旧纺织品循环利用体系。

中国是纺织品生产和消费大国,同样面临着废旧纺织品回收再利用问题。早在20 世纪90年代,我国就启动了废旧服装面料重新加工成再生纤维的研究,自主开发出多功能切割开松设备,用于废旧纺织品的回收再利用。通过多年的实践探索,目前我国已形成了针对废旧纺织品回收利用的多种模式,在技术和市场层面上都实现了废旧纺织品分类、清洗、消毒、再生产、再利用的良性循环。绿色、创新不仅赋予了废旧纺织品新的生机,而且成为引领我国纺织行业发展的关键词。尤其近年来在国家政策的推动下,废旧纺织品回收再生技术已实现由技术向产业转化,成为带动我国经济发展的新的增长点。

但是,目前我国废旧纺织品回收再利用产业还面临诸多问题。例如,产业链发展不均衡,前端回收环节发展比较成熟,后端高附加值延伸乏力;产业组织化程度低,产业链条短、产品单一、同质化竞争明显、企业技术/产品分散等。

通过合享数据库检索,截止到2020年5月6日,废旧纺织品回收再利用领域已公开的专利申请共计2553件,其中,国外专利1161 件,国内专利1392 件。国内发明专利965 件,包括授权发明专利277 件和在审专利申请355 件;实用新型专利417 件,外观设计专利10 件。专利申请具有延迟公布的特点,例如,一般情况下,中国发明专利自申请日起18 个月公布、PCT(专利合作条约)申请自申请日起30 个月起公布。因此,检索获得的专利数据与实际申请情况无法完全吻合,属于系统误差,相关数据仅供参考。

此外,由于该领域起步较晚,在2000年之前,全球范围内整体专利申请数量较少,因此,本文主要选取最近20年的专利申请数据作为分析基础,其中,中国地域及相关申请人分析是选取在中国申请的专利数据。

政府推动效应在近十年显现

废旧纺织品回收再利用专利技术主要涉及废旧纺织品回收再利用方法、装置以及产品,从2001-2020年间废旧纺织品回收再利用技术的申请趋势来看,废旧纺织品回收再利用专利技术发展可以分为缓慢发展期和快速增长期两个阶段(见图1)。

图1 2001-2020年废旧纺织品回收再利用专利的申请趋势

图2 废旧纺织品回收再利用专利技术类型分布情况

缓慢发展期(2001-2009年):在该阶段,我国废旧纺织品回收再利用专利申请量比较少,以方法类专利居多,但其专利年均申请量仅停留在20~30 件之间,而装置和产品类专利年均申请量不到20 件。该阶段,各国对废旧纺织品回收再利用技术处于摸索阶段,技术成果较少,而且可以转化为实际生产力的更少,相应地申请的专利也少。虽然在前期及该阶段各国政府先后出台了一些相关政策,如德国1996年颁布的《循环经济和废物管理法》,法国2007年颁布的《关于新纺织服装产品、鞋及家用亚麻布产生的废物再循环与处理法令草案》,英国由环境、食品和城市事务部联合制定废旧纺织品的回收政策,美国联邦政府出台的专门的《固体垃圾处理法案》,日本政府颁布的《废弃物处理法》等,但政策的激励作用在本阶段尚未体现出来。

快速增长期(2010年之后):在该阶段本领域专利开始出现较快增长,2010年方法类专利申请突破50 件,2016年装置类专利已追赶上方法类专利,2018年装置类专利已高达163 件。前期的技术探索和政策激励是本阶段专利增长的重要因素。尤其是各国、各组织对生态环保问题的日益重视,有力推动了废旧纺织品回收再利用技术的发展。比如,2010年12月欧盟实施《废弃物框架指令》(Waste Framework Direc-tive,WFD),WFD 是适用于欧盟所有成员国的指令,对废旧纺织品垃圾的处置作出了明确规定,其后的经济实践反馈表明,该指令的颁布和实施极大地推动了废旧纺织品在欧盟的循环利用。

方法和装置是技术突破口

从技术分布角度看,制约废旧纺织品回收再利用的关键在于回收再利用的方法和装置,从专利申请的数据表现来看,废旧纺织品回收再利用的方法和装置专利,占比分别为49%和42%,废旧纺织品回收再利用技术的相关产品专利占比为9%,如图2所示(本技术分布占比数据是通过人工阅读、标引、统计专利文献所得的统计结果)。

为了进一步了解废旧纺织品回收再利用技术关键环节——回收再利用的方法和设备,可借助IPC(《国际专利分类表》)分类号对该主题相关专利进行解读,如图3所示,废旧纺织品回收再利用专利技术涉及最多的细分领域为B29B(成型材料的准备或预处理),其次为C08J(配料的一般工艺过程)、B09B(固体废物的处理)、C08L(高分子化合物的组合物)等IPC 分类号。对以上分类号涉及专利技术内容进一步整理发现:

(1)废旧纺织品回收再利用方法主要包括物理处理法和化学处理法两种类型。物理处理法,主要集中在机械处理层面,涉及废旧纺织品初步回收分拣、纤维织物结构拆解、表面清洁消毒等预处理、纤维破碎研磨粉碎、熔融与添加助剂等过程,以上环节对应的IPC 分类号为B29B(成型材料的准备或预处理)、D01G(纤维的预处理)、B02C(一般破碎、研磨或粉碎)、B29C(塑料的成型或连接);化学处理法主要是将现有纤维聚合物降解为低聚物或单体,然后再以低聚物或单体为原料进行二次聚合成纤维母料的过程,该过程涉及的IPC 分类号为C08J(配料的一般工艺过程)、C08L(高分子化合物的组合物)、D01F(制作人造长丝的化学特征)、C08K(使用无机物作为配料)、C04B(氧化镁及其组合物)。化学处理法对原料纯度有较高的要求,不是所有废旧纺织品都适用于化学回收,而物理处理法则不受原料限制,因此,目前废旧纺织品回收再利用方法中物理处理法更为普遍。

图3 IPC 分类号废旧纺织品回收再利用专利技术前十名排名

图4 中国废旧纺织品回收再利用专利地域分布情况

图5 江浙皖地区废旧纺织品回收再利用专利密度

(2)废旧纺织品回收再利用的设备涉及技术主要包括物理处理法和化学处理法两种类型,由于废旧纺织品回收再利用的设备涉及技术与方法相同,故此处不再赘述。

我国专利技术地域分布相对集中

从图4中可知,我国废旧纺织品回收再利用专利技术主要分布在长江三角洲及周边地区,以江苏、浙江、安徽最为突出,分别为213 件、182 件、166件专利。结合当地情况,江苏省江阴、无锡地区目前已经形成了废旧毛纺织品的综合利用集聚区,约有200 家废旧毛纺织品综合利用企业,年可利用废旧纺织品15 万吨左右;浙江省苍南县是全国闻名的纺织废料回收利用基地,每年处理的纺织废料可以达上百吨,有2000多家纺织企业,产值超过150 亿元。其次,山东、广东、上海、湖北、福建、北京、四川也是废旧纺织品专利技术申请较为活跃的地区。

为了进一步了解江苏、浙江、安徽三省专利技术实力和创新活跃度,结合图5通过对比以上3 省专利密度(专利密度定义为区域内专利申请总量与专利申请人数量的比值)发现,江苏、浙江、安徽3 省的专利密度相差不大,其中,安徽省为2.10 件/申请人,浙江省为2.04 件/申请人,江苏省为1.88 件/申请人;从以上3 省的专利申请总量和申请人数量来看,各省专利申请总量与专利申请人数量具有正相关性,江苏省总体数量上领先。

主要申请人来自长三角及周边地区

从图6中可以看出,我国废旧纺织品回收再利用技术专利数量排名前十的申请人大都来自长江三角洲及周边地区。具体涉及申请人有江南大学(江苏)、东华大学(上海)、太原理工大学(山西)、中塑联新材料科技湖北有限公司(湖北)、浙江绿宇环保有限公司(浙江)、山东孚润机械科技有限公司(山东)、广德天运新技术股份有限公司(安徽)、安徽聚顺塑业科技有限公司(安徽)、武汉纺织大学(湖北)9 个申请人;另外,个人申请人侯林君是中民循环经济产业技术开发江苏有限公司的法定代表人,也被归属到江苏省。排名前十的申请人中,企业占有5 位,高校院所占有4 位,个人占有1 位。以上信息一定程度上显示,长江三角洲及周边地区具有产学研用一体化基础和优势,具备建设废旧纺织品回收再利用产业集群条件。

图6 我国废旧纺织品回收再利用技术专利数量前十名申请人

主要省市形成区域技术优势

通过对我国废旧纺织品回收再利用专利技术发达地区进行分析,以上地区的技术优势具体体现在如下方面:

江苏省的技术优势在于高校院所,比较有代表性的高校院所是江南大学,其专利主要以方法类、装置类专利居多,涉及C08L、C08J、D01F、B09B、B29B、B02C、C08K、B29C 等多个主要IPC,代表性技术为溶剂加工、醇解法(聚酯降解)、破碎再加工以及热压熔融增强纤维等分支。

浙江省的技术优势在于企业,比较有代表性的企业是浙江绿宇环保有限公司,其专利主要以方法类、装置类专利为主,涉及C08J、D01F、C08L、C08K、B29B 等多个IPC,代表性技术主要为醇解法(聚酯降解)和热压熔融增强纤维等分支。

安徽省的技术优势同样来源于企业,比较有代表性的企业为广德天运新技术股份有限公司,其专利以方法和装置类专利居多,涉及C08L、C08J、D01F、B09B、B29B、B02C、C08K 等多个IPC 分类号,主要集中了破碎再加工和热压熔融增强纤维等分支。

上海市的技术优势来源于高校院所,比较有代表性的是东华大学,其专利以方法类专利为主,涉及C08L、C08J、D01F、B09B、C08K、C04B 等 多个IPC 分类号,主要集中了溶剂加工、破碎再加工以及热压熔融增强纤维等多个分支。

湖北省的技术优势来源于企业,比较有代表性的企业为中塑联新材料科技湖北有限公司,其专利以方法、装置类为主,涉及C08J、D01F、B09B、C08L、C04B 等多个IPC,主要集中了溶剂加工、醇解法(聚酯降解)以及废料成分配方等多个技术分支。

整体看,我国废旧纺织品回收再利用专利技术在地域上主要集中于长江三角洲及周边地区,这些地区基本上形成了相对完整的废旧纺织品回收再利用工艺过程和产业链,各省市也具有各自的技术优势。

长江三角洲及周边地区在技术上更偏向于化学和物理相结合的方式进行深层次加工,即将废旧纺织品先进行破碎、萃取、挤压、熔融等物理预处理的手段,在其基础上进行溶解、聚酯降解等化学加工,最后得到复合/增强再利用纺织品;当然,也有部分地区仅停留在物理或机械层面的简单处理加工。

结论与建议

我国废旧纺织品回收再利用技术处于起步阶段,本领域产业群主要聚集在长江三角洲及周边地区,江浙皖3 省产业集中度最高,具有代表性的企业有浙江绿宇环保有限公司、广德天运新技术股份有限公司、山东孚润机械科技有限公司、安徽聚顺塑业科技有限公司等,同时该领域也吸引了不少高校院所的参与,比如江苏的江南大学、上海的东华大学、湖北的武汉纺织大学等。

以上地区具备建立产业集群基础和条件。本领域排名前十的申请人主要为相关地区的企业、高校及科研院所,具备产、学、研、用融合基础。建议政府积极发挥引导作用,鼓励区域内创新主体间分工合作,实现技术优势互补、资源共享,推动区域废旧纺织品回收产业向规模化、高值化、标准化方向发展。建议行业组织协调带动大型企业和中小型企业共同发展,不断填补产业断层区,促进产业生态系统良性发展。组建长三角技术创新同盟,带动产业集群在全球产业链地位的整体提升。

在组建产业集群的同时,重视产业集群专利池的构建,充分发挥集群专利池的作用。组建并充分利用专利池,一方面推动集群内部成员间的技术合作和共享,实现从零散制造向共同创造转变,促进产业链延伸和拓展,带动区域经济发展,另一方面整合集群内部成员间技术优势,形成创新合力,提高集群竞争实力。

龙头企业往往是区域整体转型的主要推动力,因此应充分发挥中塑联新材料科技湖北有限公司、浙江绿宇环保有限公司、广德天运新技术股份有限公司等龙头企业的带动作用。通过专利引导区域龙头企业在技术创新能力上的提高,形成辐射效应,带动区域经济的整体发展。

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