Полиацеталь для электроники и не только: краткий патентный анализ
Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о полимере полиацеталь, который также называют полиформальдегидом, полиметиленоксидом и полиоксиметиленом. По-английски его часто кличут Polyoxymethylene (POM). Этот полимер отличается высоким уровнем упругости, устойчивостью к нагрузкам и износостойкостью, благодаря чему получил широкое применение в различных отраслях промышленности, в том числе в электронике.
Где используется?
Полиацеталь применяется в пяти областях:
машиностроение;
электроника;
автомобильная промышленность;
потребительские товары;
медицина.
Производится различными компаниями с немного разными формулами и продается под торговыми марками INKUPOM C, Delrin, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital, Hostaform.
В частности, Delrin от компании DuPont создан еще в 1956 г. Он плавится при 160-170°С, при нагревании выше 200°С полностью разлагается на формальдегид. Рабочие температуры -40°С +90°С, допускается кратковременный нагрев до 140°С. Коэффициент трения по стали: 0,09-0,12. Применение: шестерни, кулачки, зубчатые зацепления, детали скольжения, подшипники скольжения. Недостатки: невысокая стойкость к действию УФ-лучей, невысокая светостойкость.
В маркетинговом исследовании Polyoxymethylene Market Size, Share & Industry Analysis, By Application (Automotive, Electrical & Electronics, Industrial Machinery, and Others), and Regional Forecast, 2024-2032 сообщается, что в 2023 году мировой рынок полиоксиметилена оценивался в 4,32 миллиарда долларов США. По прогнозам, рынок вырастет до 6,88 миллиарда долларов США в 2032 году со среднегодовым темпом роста 5,4%. В 2023 году Азиатско-Тихоокеанский регион доминировал на рынке полиоксиэтилена с долей в 63%.
Ожидается, что рост автомобильной промышленности в развитых и развивающихся странах, а также увеличение спроса на полиоксиметилен в электротехнической и электронной промышленности приведут к росту рынка.
Растущий спрос на POM со стороны электротехнической и электронной промышленности будет способствовать росту рынка. Рост объясняется спросом на выключатели, соединители, автоматические переключатели, реле, катушки и изолирующие втулки.
Патентный аспект
На портале Google.Patents указано более 100 000 документов на февраль 2025 по Polyoxymethylene. Среди патентообладателей ТОП-10 лидеров составили:
Ciba Speciality Chemicals Holding Inc. (시바 스페셜티 케미칼스 홀딩 인크) — 2,1%;
Shinetsu Chemical Co. — 1,9%;
Johnson and Johnson Vision Care, Inc. — 1,6%;
3M Innovative Properties Company — 1,2%;
Adidas — 0,8%;
Boston Scientific Scimed, Inc. — 0,8%;
Novartis — 0,7%;
Nitto Denko Corp — 0,7%;
Dow Corning — 0,7%;
Mitsubishi Chem Corp — 0,7%.
Как видите, в нашем небольшом рейтинге представлены компании из Азии, Европы и Штатов. Сферы деятельности также весьма разнообразны: от фармацевтики до производства спортивных товаров.
Рейтинг кодов МПК следующий:
композиции высокомолекулярных соединений C08L — 19,7%;
разное оборудование Y10T — 18%;
использование неорганических или низкомолекулярных органических веществ в качестве компонентов для композиций на основе высокомолекулярных соединений C08K — 17,7%;
формование или соединение пластиков B29C — 11,9%;
высокомолекулярные соединения, получаемые иначе, чем реакциями с участием только ненасыщенных углерод-углеродных связей C08G — 11,4%;
переработка; общие способы приготовления композиций C08J — 9,8%;
полупроводниковые приборы H01L — 9,4%.
Примеры среди полупроводников:
US20220278245A1 Method for manufacturing of a photovoltaic module;
US10868096B2 Display device;
TWI653327B Compressible thermally conductive articles;
CN107208844B Light source unit.
А что же в России?
В базе ФИПС поиск патентов на изобретения РФ дал по запросу «полиацеталь» 25 патентов, из которых 4 действующие.
По запросу «полиформальдегид» обнаружено 12 патентов, из которых один действующий. Это №2812548 Способ получения градиентного полимерного композита методом 3D-печати (варианты) и градиентный полимерный композит, полученный указанным способом от Казанского (Приволжского) федерального университета.
По запросу «полиоксиметилен» найдено 34 патента, из которых 13 действующие. В частности в разделе «В» технологические процессы 5 патентов на изобретения, все посвящены композиционным материалам для рельсового транспорта, например №№2377261, 2539159, 2540572, 2541580, 2803471.
В разделе «С» химия и металлургия 28 патентов РФ на изобретения, 11 действующие, в основном присадки к топливам и составы для разрушения водонефтяных эмульсий.
В Разделе «Н» электричество всего один недействующий патент №2287198 Смесь полимеров и способ ее приготовления [для электропроводной смеси полимеров] от ПРЕМИКС ОЙ (Финляндия).
Примечательно, что по электронике и полупроводникам нет ни одного патента РФ на изобретения!
Имеется около 40 патентов РФ на полезные модели (в основном недействующие), в области машиностроения – втулки, рамы, опорные шайбы, пакеры, кламмеры, форсунки и другие детали и узлы машин и механизмов, в основном в области автотранспорта и ж/д транспорта, а также с/х комбайнов. Примеры действующих патентов на полезные модели:
№177342 Тормозной индикатор для подвижного состава, ОАО «МТЗ ТРАНСМАШ»;
№229578 Износостойкая форсунка, Иванов Виктор Сергеевич и Кананыхин Антон Олегович (Курск).
Отечественные исследования
В базе домена «Наука и инновации» на «полиацеталь» 18 документов, в основном отчёты по НИР, результаты интеллектуальной деятельности, диссертации. Содержательный анализ показывает, что большинство НИОКТР касаются применению нашего полимера в композиционных материалах для машин и приборов, медицины и электроники.
Например, в 2017 г. ООО «Геофизик» (Екатеринбург) осуществлена разработка опытного образца комплексного прибора рудного каротажа для исследований скважин на рудных месторождениях.
В базе домена «Наука и инновации» на «полиоксиметилен» 14 документов. Так, разработка пластикового зубчатого зацепления для редукторов общепромышленного назначения с применением передовых технологий в 2018 г. осуществлена ООО «НТЦ Приводная Техника» (Москва) совместно с совместно с ООО «Лаборатория Вычислительная механика» (инжиниринговый центр Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого).
Применение полиформальдегида для 3D-печати изучало ООО «Волтехно» (Волгоградская обл.) в ряду других полимеров.
Полиацеталь в России
Первоначально РОМ разработали и начали производить в 1950-х в США. В СССР быстро (примерно через 5 лет после США) освоили технологию производства полиацеталей. В 1960-х годах полимер стали производить не только методом экструзии, но и с помощью классического литья с созданием форм. В частности осуществлялось промышленное производство композиционного материала «Компонор РОМ 13-1-Р» на основе полиацеталей по ТУ 6-05-2065-88.
В 1974 г. издана книга Химия и физико-химия полиацеталей. АН КиргССР. Ин-т орган. химии. Фрунзе: Илим.
В отечественную электронику данный полимер внедрился в 1980-е годы. Например в 1989 г. выполнена ОКТ по созданию отечественного материала вместо импортного «Хостаформ С 13021» (производство ФРГ) для лепестково-дискового литероносителя на основе полиацеталей с добавлением углеволокна. Лепестково-дисковый литероноситель использовался на пишущей портативной электронной машине «Ромашка» типа ПЭЛП-305.
Согласно исследованию Анализ обеспеченности российского рынка пластиками отечественное производство полиацеталей в 2021 г. составило 993 тыс. тонн. Это обеспечило примерно половину потребления этого полимера в РФ. При этом импорт из недружественных стран составлял тогда всего 10% от всех иностранных поставок.
Заключение
В мире и в РФ полиацетали/полиоксиметилены давно и широко используются в промышленности, в том числе в микроэлектронике и радиотехнике. Отечественные заводы обеспечивают примерно 50% потребностей, остальное ввозится из дружественных стран (Китай и т.д.).
Патентов на изобретения и полезные модели в РФ не так уж много, причем примерно половина принадлежит иностранным компаниям. Собственная изобретательская активность в России низкая.
По-видимому, эти полимеры стали банальностью. И даже аспиранты российских вузов не способны выдумать «бумажных» патентов про полиацетали для успешной защиты своих диссертаций, какие бы они ни были.