从专利信息浅析汽车电泳涂料的发展历程

第 35 卷 第 08 期 中 国 涂 料
Vol.35 No.0871
行业走势
Industrial Trends 从专利信息浅析汽车电泳涂料的发展张　欢
(国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，
武汉　430000)□ 收稿日期：2020-02-18
作者简介：张欢(1989–)，女，湖北汉川人。

助理研究员，硕士，主要从事涂料组合物领域专利审查工作。

An Analysis of the Development Process of Automotive
Electrophoretic Coatings Based on Patent Information
Abstract: In order to analyze the development process of automotive electrophoretic coatings, this paper proceeds from BASF, an important automotive electrophoretic coatings production enterprise, searches and analyzes this company’s important patented technologies, and analyzes contents related to key patents.
Key words: electrophoretic, automotive, BASF, patent analysis
摘 要：以汽车电泳涂料的重要生产企业巴斯夫为切入点，对该公司的专利技术进行了检索和分析，梳理了该公司的重要技
术，并对相关重点专利的内容进行了分析，从中分析汽车电泳涂料的发展历程。

关键词：电泳；汽车；巴斯夫；专利分析
中图分类号：TQ630.7 文献标识码：A 文章编号：1006-2556(2020)08-0071-06
ZHANG Huan
(Patent Examination Cooperation Hubei Center of the Patent Office, CNIP A, Wuhan 430000, Hubei, China)
0　前　言
电泳涂料因具有涂膜均匀、硬度高、透明度好、低
污染和节能的多种优点[1]，
能很好地满足汽车底漆所要求的优异防腐性能和各项机械性能，与其他涂层的
配套性好，能够很好地实现流水线涂装工艺，因而被广泛使用。

电泳涂料的组成包括基体树脂、固化交联剂、各种添加剂如颜填料和催化剂等。

目前，汽车电泳涂料的生产公司主要有美国庞贝捷、德国巴斯夫、日本关西、美国艾仕得和日本立邦，这几家公司基本瓜
分了全球汽车电泳涂料的市场。

为了研究国外汽车电
泳涂料技术的发展历程，本文以德国巴斯夫涂料公司为切入点，对其全球汽车电泳涂料的相关专利进行了统计和分析，并对其重点专利技术进行了详细分析。

1　专利检索策略
数据采集范围：使用智慧芽patsnap 中的全球数据库进行专利检索。

时间范围选择是申请日为2019年12月31日之前的专利申请数据。

专 利Patents
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中 国 涂 料72行业走势Industrial Trends 专 利Patents
1～2年均有2～4件专利产出，并于2009年达到申请量的峰值。

2018年和2019年的专利申请由于专利公开的滞后性，因此这两年的统计数量会比实际的申请量要少。

滞后的原因可能是PCT 专利申请自申请日起30个月甚至更长时间之后才进入国家阶段，从而导致与之相对应的国家公布时间更晚；发明专利申请通常自申请日(有优先权的自优先权日)起18个月(要求提前公布的申请除外)才能被公布等。

从图1中可以看出巴斯夫公司对电泳涂料技术有着持续的投入，同时也非常注重对技术的知识产权进行保护。

2009年的专利申请量陡增，其原因是由于该公司在这段时间将非常多新技术引入中国，加强了对中国市场的专利布局。

这也反映出了中国经济的快速发展让更多的国际巨头公司意识到了中国市场的重要性。

2.2　汽车电泳涂料全球专利来源及布局
对于技术来源国的分析能够帮助我们在宏观层面上了解巴斯夫公司汽车电泳涂料的主要市场分布情况，能够为企业的研发和布局提供一定的帮助。

图2分析了巴斯夫公司汽车电泳涂料的全球专利的来源和布局情况。

如图2所示，从全球范围内巴斯夫汽车涂料专利技术首次申请的国别上看，欧洲(EP)以非常突出的优势占据第一位，之后是日本(JP)和德国(DE)；世界知识产权组织(WO)、韩国(KR)和美国(US)的申请量相差
专利检索策略：主要采用分类号与关键词相结合，并利用系统提供的筛选选项进行噪音去除、利用系统提供的工作空间进行专利标引，利用系统提供的分析工具进行专利检索和标引结果的可视化分析。

2　汽车电泳涂料全球专利分析
2.1　汽车电泳涂料全球专利申请趋势
巴斯夫涂料公司所属巴斯夫集团，该集团能够给巴斯夫涂料公司提供所需的上游原料，并且有利于巴斯夫涂料公司结合下游应用所需研发适应环境需要的涂料产品。

图1是巴斯夫汽车电泳涂料年专利申请量的时间分布图。

从图1中可以看出，巴斯夫涂料公司最早的汽车电泳涂料专利出现在1965年，其后基本上保持着每
图1　汽车电泳涂料年专利申请量的时间分布(以BASF 为例)
Fig. 1 Time Distribution of Annual Numbers of Applications for Automotive Electrophoretic Coatings Patents
(Taking BASF for Example)
图2　汽车电泳涂料全球专利来源及布局情况
(以BASF 为例)
Fig. 2 Sources of Global Automotive Electrophoretic
Coatings Patents and Distribution (Taking BASF for Example)
不多。

来自中国(CN)的专利申请量虽然不在少数，但是相比欧洲、日本和德国而言还是有一定的差距。

这也与欧、日、德的汽车工业的发达程度直接相关，其汽车工业的发展将直接带动汽车电泳涂料的需求，也将直接刺激生产厂家加大对该区域的市场控制力度。

近年来，随着中国汽车工业经济的发展，各涂料公司正在逐步提高在中国市场的技术投入。

403530
2520151050
申请量/项
申请年份
19
65
19
6
8
19
71
19
74
19
77
19
80
19
83
19
86
19
89
19
9219951
998
20
01
20
04
20
07
20
10
20
13
20
16
20
19
欧洲专利局，39
日本，24
德国，23
世界知识产权组织，19
韩国，16
美国，16
澳大利亚，12
加拿大，12
中国，12
其他，11巴西，6西班牙，5印度，4
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Industrial Trends 专 利Patents
张　欢：如图3所示，对于基体树脂的专利申请量最大，占到了全球专利申请总量的50%，其次是对于制备工艺的改进，占到了全球专利申请总量的23%，之后依次是对配方、固化剂、催化剂和颜填料的研究。

基础树脂决定着电泳涂料的涂膜性能，由于掌握了基体树脂的生产技术相当于就掌握了配制涂料的关键技术手段，将使公司更加具有市场竞争力，因此对于基体树脂的研究一直是各大竞争对手公司的研究重点。

从图3中还可以发现在1965～1984年巴斯夫公司主要是针对基体树脂和制备工艺的研究，之后才逐渐出现对其他技术主题的研究。

这是由于在早期，汽车电泳涂料技术刚刚起步，各项性能还不太完善，通过改进树脂和工艺来提升涂料性能是主要的技术手段；随着涂料性能和制备工艺的逐步完善，技术人员为了进一步提升涂膜的性能，如干燥速度、干燥温度、韧性、环保性能等，逐步开始了对其他涂料组成的技术研究，以期获得更加优异的性能和更低的生产成本。

在后期对于基体树脂的研究也一直较多，这也体现了基体树脂在电泳涂料中的重要性，基体树脂的制备技术一直是各大汽车电泳涂料生产厂家的必争之地。

图4显示出了巴斯夫汽车电泳涂料的产业链布局情况。

从图4中可以看出该公司主要是对上游原材料进行专利布局，其相关专利申请量占到了所有专利申请量的70%，其他的专利申请是对产业链中游的布局。

众所周知，上游原材料对市场的掌控力度最大，掌握住了原材料的关键技术就相当于掌握住了市场，因
此该公司也着重对上游的产业链进行了大量的专利布局，使得企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。

2.4　汽车电泳涂料重要专利分析
在相同的技术领域中，专利被引用次数的多少在一定程度上反映出了该专利技术的重要程度。

可以说一件专利的同族专利数量越多，其专利的重要性越大。

下面选取巴斯夫汽车电泳涂料中专利引证次数靠前的专利进行分析。

表1列举了巴斯夫汽车电泳涂料典型专利，图5为巴斯夫汽车电泳涂料专利技术演进图。

从表1中可以看出典型专利中大多数涉及的技术主题均为基体树脂，少量涉及对制备工艺
、固化剂和颜填料的改进技术，从产业链上分析可知基本上都是针对上游原材料的专利申请，从中也可以在一定程度上看出巴斯夫公司拥有强大的研发实力。

2.3 汽车电泳涂料主要技术主题的专利申请分析和
产业链布局情况分析
汽车电泳涂料的技术主题主要涉及基体树脂、交联固化剂、催化剂、颜填料、配方改进和制备工艺的改
进。

现将巴斯夫汽车电泳涂料的专利按照不同技术进行分类分析得到图3。

图3　汽车电泳涂料专利主要技术主题分析(以BASF 为例)
Fig. 3 Analysis of Main Technological Themes of Automotive Electrophoretic Coatings Patents
(Taking BASF for Example)
141210
86420
申请量/项
年份
1965 1967 1972 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1993 1995 1997 2000 2002 2005 2007 2009 2013 2015 2017
配方
制备工艺颜填料催化剂固化剂基体树脂
配方9%颜填料5%
催化剂6%
固化剂6%
基体树脂51%
制备工艺23%
图4　汽车电泳涂料产业链分析(以BASF 为例)
Fig. 4 Analysis of the Industrial Chain of Automotive
Electrophoretic Coatings Patents (Taking BASF for Example)
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中 国 涂 料74行业走势Industrial Trends 专 利Patents
表1　汽车电泳涂料典型专利(以BASF 为例)
2DE1519167C3德国1965-12-314
上游基体树脂3DE2320301C3德国1973-04-2149上游基体树脂4DE2911243A1德国
1979-03-2216上游基体树脂5EP0059895B1欧洲专利局1982-02-2648上游基体树脂6EP0121837A1欧洲专利局1984-03-2278上游基体树脂7AU1985050028A1
澳大利亚1985-11-1542上游固化剂
8EP0241476B1欧洲专利局1986-05-17134上游基体树脂9
EP0256020B1欧洲专利局1986-05-17147上游基体树脂10EP0505445B1欧洲专利局1990-12-17152中游制备工艺11CN1068367C 中国1995-12-2043上游其他12EP0881955A1欧洲专利局1997-02-2144中游制备工艺13US5968250美国1997-06-0614上游
颜填料20世纪60年代是汽车电泳涂料技术的起步时期，1961年美国福特公司在巴斯夫公司的帮助下建立了世界上第一条完整的阳极电泳涂料生产线，这被称为
电泳涂装史上的第一里程碑[2]。

在60年代，各大公司都针对汽车电泳涂料用基体树脂进行了合成研究，
DE1519167C3是巴斯夫公司于1965年申请的一篇关于阴离子型丙烯酸树脂(阳极电泳)的专利。

但是由于阳极电泳涂装有较大的缺点，如放在阳极的被涂物金属和磷化膜在电泳过程中发生电化学溶解而析出，使得涂膜中含有部分金属离子而使颜色变深，并降低了涂膜的耐腐蚀性；另外阳极区发生的电化学反应产生的氧气能氧化被涂物，同时会影响涂料的稳定性，因此各大企业也都开始了对阳离子型树脂的研究。

巴斯夫公司于1965年的专利US3468779就公开了一种阳离子型环氧树脂(阴极电泳涂覆)；之后于1971年市场上诞生了第一代阴极电泳涂料，此后阴极电泳涂料技术迅速发展。

巴斯夫公司于1973年提出了一件重要的专利申请DE2320301C3，涉及一种不含环氧基团的阳离子型树脂，可提供良好的腐蚀性，稳定分散性能也更好，成本更低。

该专利是基于PPG 的1970年的DE2033770C3的环氧树脂性阴极电泳涂料的改进。

其后巴斯夫公司又于1979年申请专利DE2911243A1涉及一种聚丁二烯型阳离子树脂，聚丁二烯的加入提供了高弹性和良好的基材黏附力，通过调整环氧树脂的氨基化程度调整体系的防腐性能。

1979年申请专利DE2924756A1，其中将含叔氨基的烯属不饱和化合物、被—CH 、—OH 或—NH 封端的异氰酸酯和可参与共聚的烯类不饱和化合物反应制备得到一种阳离子树脂，得到的涂料具有高硬度、弹性和优异的耐化学
品性能。

之后于1981年提出了基于该专利的改进型专
利技术EP0039789B1，通过在反应原料中增加了环氧树脂和含有3～20个碳原子的不饱和醇的反应产物，该组合物可自交联，得到的涂层在防腐蚀性和耐化学品性方面显示出显著的改进。

为了简化涂层工艺，开发了厚膜型阴极电泳涂料。

1982年巴斯夫申请专利EP0059895B1，涉及一种阳离子电沉积水分散体，使用具有一定比例的芳族和脂肪或脂环族基团的改性环氧树脂，使得在沉积过程中提高涂层的厚度，从而可减少在电涂底漆和面漆件增加所谓的填料附加层，从而会增加成本。

之后该公司提出了多件对环氧树脂进行改性的阳离子型树脂方面的专利，如EP0131038、EP0131023B1、EP0135810B1、EP0135811B1、EP0154724B1，以增加涂层的厚度，得到厚膜型阴极电泳涂料。

伴随着时代的发展，人们对阴极电泳涂料的涂膜性能提出了更好的要求。

巴斯夫公司于1984年提出专利申请EP0121837A1，涉及一种可自交联阳离子树脂，由分子中至少两个伯氨基的树脂与环状碳酸酯聚合而成，克服了需要使用芳香族异氰酸酯类固化剂的涂层易泛黄的缺点。

1985年提出专利申请AU1985050028A1，其涉及一种用于阴极电泳的肟封端的异氰酸酯交联剂，用于固化阴极电泳工艺中胺环氧树脂加和物，肟封端剂是具有至少7个碳原子和羟胺的无环脂族羰基化合物的反应产物，相比本领域其他已知的肟封端多异氰酸酯制备的涂层更加光滑。

1988年巴斯夫提出专利申请KR1019970003949B1，公开了一种柔性芳基烷基环氧树脂，树脂结构中的二醇和二环氧化物单体单元的组合有助于提供高耐腐
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Industrial Trends 专 利Patents
巴斯夫汽车电泳涂料
1965−1969
1970−19791980−19891990−19992000至今
基体树脂
固化剂
颜填料
制备工艺
D E 1519167C 3 1965年
采用丙烯酸树脂的铵盐制备了一种阳极电泳涂料
U S 3468779 1965年
环氧树脂阳离子型涂料
D E 1519167C 3 1965年
采用丙烯酸树脂的铵盐制备了一种阳极电泳涂料D E 2320301C 1973年
采用不含环氧基团的缩聚加聚产物制备了一种阴极电泳涂料
D E 2911243A 1 1979年
以部分环氧化的聚丁二烯聚合物作为阳离子性树脂E P 0059895B 1 1982年
使用具有一定比例的芳族和脂肪或脂环族基团的改性环氧树脂型阳离子树脂
E P 0121837A 1 1984年
可自交联型阳离子树脂J P 3529418B 21994年
通过交联丙烯酸树脂和聚环氧化物制备的聚合物微粒
D E 2924756A 1 1979年
被C H 、O H 或N H 封端的异氰酸酯和可参与共聚的烯类不饱和化合物反应制备得到一种阳离子树脂
A U 1985050028A 1 1985年
一种用于阴极电泳的肟封端的异氰酸酯交联剂E P 0505445B 1 1990年
以部分质子化的环氧–胺加物作为研磨树脂的水性颜料糊D E 19816626A 1 1998年
封端的多异氰酸酯固化剂
U S 5968250 1997年一种可用于电沉积涂料中的体质颜料高岭土，限定了其粒径范围
E P 0881955A 1 1997年
采用电泳涂料和粉末涂料对基材进行多层涂布的方法C N 1964797A 2005年
导电基材的涂覆方法
J P 2012513897A 2009年
磷酸盐预处理的替代方法
E P 1476406B 12003年
由聚碳化二亚胺组成的水分散体
U S 99201402013年
阳离子型丙烯酸类乳液聚合物
图5　汽车电泳涂料专利技术演进图(以B A S F 为例)F i g . 5 I l l u s t r a t i o n o f T e c h n o l o g i c a l E v o l u t i o n o f A u t o m o t i v e E l e c t r o p h o r e t i c C o a t i n g s P a t e n t s (T a k i n g B A S F f o r E x a m p l e )
蚀性和高冲击强度。

随着各大汽车涂料生产公司对基体树脂研究的普遍化，巴斯夫公司也逐渐开始了对固化剂、颜填料和生产工艺的进一步研究。

巴斯夫公司于1985年提出专利申请AU1985050028A1，提出了一种用于阴极电泳的肟封端异氰酸酯交联剂，之后又申请了多件关于异氰酸酯型固化剂的专利，如DE19816626A1，有效解决了涂膜黄变的技术问题。

1990年巴斯夫公司提出了一项重要专利技术EP0505445B1，以部分质子化的环氧–胺加物作为研磨树脂的水性颜料糊，使得颜填料在涂料体系中具有优异的贮存稳定性。

该项专利技术的同族被引用次数高达152次，可见该项专利技术在电泳涂料技术中的重要程度。

之后该公司也在填料改性上进行了持续的研究，于1997年提出了专利申请US5968250，公开了一种可用于电沉积涂料中的体质颜料高岭土，限定了其粒径范围为98%的颗粒小于2 μm ，90%的颗粒小于0.5 μm ，中值粒径小于0.3 μm 。

高岭土的加入可赋予涂料适当的性能，使用时与合适的研磨树脂配合制成颜料糊。

对于制备工艺，制备工艺的主要变革在于由技术起步初期的阳极电泳涂覆工艺转化为19世纪70年代的阴极电泳涂覆工艺。

巴斯夫公司于1965年提出的专利申请DE1519167C3，即涉及一种阳极电泳制备工艺，之后较为重要的关于制备工艺的专利申请是于1997年提出的EP0881955A1，公开了一种涂覆导电基材的方法，将电泳涂料与粉末涂料配合使用构建多层涂层体系，通过一次烘烤的方式干燥成膜，节约了能源。

2005年的专利申请CN1964797A 是该技术的延伸。

巴斯夫公司后续专利多针对树脂、交联固化剂、催化剂等组分的进一步改进，以追求低毒、高活性、节能省耗、环保等技术效果。

3　结　语
目前的汽车电泳涂料市场基本上被国外巨头公司垄断。

从专利分析上看，该市场格局的形成不是偶然，国际
张　欢：
第 35 卷
中 国 涂 料76行业走势Industrial Trends 专 利Patents
大公司非常注重研发投入，在技术出现初期就开展了持续的研究以及不断将技术转化成专利，并在相应的地域进行专利保护，因此他们很早就开始了对市场的
“跑马圈地”，有效地保护了市场份额不被瓜分，也使得其他后来的竞争者进入的难度加大。

由于大量重要
专利技术保护的是上游原材料，使得专利的保护范围大、保护力度强，从而更有效地保护了其核心技术不被侵犯。

而且随着中国经济的快速发展，国际巨头公司也逐渐选择在中国进行专利布局，这也体现了国际大公司对于市场的敏锐度。

其技术的研发是着眼于市场大环境的发展和需求进行的，使得自身的涂料产品能够长期并良好地适应市场的发展，稳稳保持其占据的大量市场份额。

从巴斯夫的技术演进路线还可以发现，目前对于汽车电泳涂料的技术研发主要是针对树
脂、固化剂和添加剂更加具体的改性，开发环境友好
和节能减耗的涂料和生产工艺是汽车电泳涂料的未来发展方向。

我国电泳涂料的发展水平相对落后，国内企业所占的市场份额较少，但是随着目前国内企业、高校和科研院所的研发力度的加大、产学研合作的加强以及国内企业专利保护意识的增强，相信在未来国内企业将逐步提高其市场竞争力。

参考文献
[1]李洁,翟燕燕,陈洁,等.电泳涂料的国内相关专利分析[J].
广东化工,2012,39(4):250-253
[2]阳有国.丙烯酸透明阴极电泳涂料的研制[D].南京:南京
理工大学,2008
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