CN117794968A - 生产合成树脂的方法和固定二氧化碳的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明要克服的问题是提供一种可以减少在生产合成树脂(X)时的环境影响的生产合成树脂(X)的方法。根据本发明的一个方面的用于生产合成树脂(X)的方法包括使第一材料(A)和第二材料(B)彼此反应。第一材料(A)在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成。第二材料(B)由二氧化碳合成并且与第一材料(A)不同。
Description
技术领域
本公开涉及生产合成树脂的方法和固定二氧化碳的方法。
背景技术
为了提供一种生产具有优异的物理性质(诸如硬度和耐热性)并包括表现出可生物降解性的树脂体的脲甲醛树脂的方法，并且为了提供可生物降解的脲甲醛树脂组合物，专利文献1教导了通过使1摩尔至小于1.3摩尔的甲醛与1摩尔的脲反应来生产脲甲醛树脂。专利文献1还教导了通过向100重量份的通过该方法获得的脲甲醛树脂中添加15–80重量份的纤维素材料来制备脲甲醛树脂组合物。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP H08-325342A
发明内容
本公开要克服的问题是提供一种可以减少在生产合成树脂时的环境影响的生产合成树脂的方法，并且还提供一种包括合成所述合成树脂的固定二氧化碳的方法。
根据本公开的一个方面的用于生产合成树脂的方法包括使第一材料和第二材料彼此反应。第一材料已经在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成。第二材料已经由二氧化碳合成并且与第一材料不同。
根据本公开的另一方面的用于固定二氧化碳的方法包括使第一材料和第二材料彼此反应。第一材料已经在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成。第二材料已经由二氧化碳合成并且与第一材料不同。
附图说明
图1A是示出了根据本公开的实施方案的生产合成树脂的具体示例性方法的流程图；并且
图1B是示出了根据本公开的实施方案的生产合成树脂的另一具体示例性方法的流程图。
具体实施方式
通常难以回收合成树脂诸如脲甲醛树脂，因此，这种合成树脂的废弃处理对环境产生重大影响。
根据上述专利文献1(JP H08-325342A)中公开的技术，通过向脲甲醛树脂中添加纤维素材料来制备脲甲醛树脂组合物，从而赋予由脲甲醛树脂组合物制成的产品可生物降解性，并试图减少脲甲醛树脂的废弃处理时的环境影响。
同时，本发明人试图减少因为生产合成树脂并且直到处理掉该合成树脂为止的综合环境影响。
本发明人进行了广泛的研究和开发，以提供一种可以减少在生产合成树脂时的环境影响的生产合成树脂的方法，和一种包括合成这种合成树脂的固定二氧化碳的方法。结果，本发明人构思了本公开的概念。然而，该开发过程仅是实例，并且不应被解释为限制本公开的范围。
现在将根据需要参考图1A和1B描述本公开的示例性实施方案。注意，下面要描述的实施方案仅是本公开的各种实施方案中的示例性实施方案，并且不应被解释为限制。相反，在不脱离本公开的范围的情况下，可根据设计选择或任何其他因素，以各种方式容易地修改示例性实施方案。图1A和1B中的每一个是概念性地示出生产合成树脂(X)的示例性方法的流程图。注意，图1A和1B中所示的生产合成树脂(X)的方法仅是实例并且不应被解释为限制。
根据本实施方案的用于生产合成树脂(X)的方法包括使第一材料(A)与第二材料(B)彼此反应，该第一材料(A)在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成，第二材料(B)由二氧化碳合成并且不同于第一材料(A)。这允许二氧化碳用作合成树脂(X)的碳源，从而能够避免或最起码减少使用化石资源衍生的物质(诸如石油)作为合成树脂(X)的碳源。这减少了宝贵的化石资源的消耗，并减少了化石资源衍生的二氧化碳排放到环境中的机会，从而有助于减缓全球变暖。因此，这减少了生产合成树脂(X)时的环境影响。
此外，这种用于生产合成树脂(X)的方法也可以用于二氧化碳固定目的。根据本实施方案的用于固定二氧化碳的方法包括使第一材料(A)与第二材料(B)彼此反应，该第一材料(A)在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成，第二材料(B)由二氧化碳合成并且不同于第一材料(A)。这减少了二氧化碳排放到环境中，从而有助于减缓全球变暖。
将进一步详细地描述用于生产合成树脂(X)的方法。
在该实施方案中，如上所述使用在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成的第一材料(A)。第一材料(A)可以是通过二氧化碳和氢气之间的反应形成的产物，或者是通过使前者产物发生进一步反应而产生的产物。
第一材料(A)可以含有例如甲醇或甲醛中的至少一种。甲醇可以例如通过根据需要加热二氧化碳和氢气通过在适当的催化剂存在下使二氧化碳和氢气彼此反应来合成。另一方面，甲醛可以例如通过在适当的催化剂存在下在空气中加热由二氧化碳和氢气合成的甲醇来合成(参见图1A和1B)。注意，这仅仅是第一材料(A)的实例，并且不应被解释为限制。
用于合成第一材料(A)的二氧化碳包括选自由以下组成的组的至少一种类型的二氧化碳，例如：由有机物的燃烧产生的二氧化碳(参见图1A和1B)；由有机物的水蒸汽重整(steam reforming)产生的二氧化碳(参见图1A和1B)；以及在地热发电期间从火山气中提取的二氧化碳。在这种情况下，否则会被排放到环境中的二氧化碳可以用于合成所述合成树脂(X)，从而减少二氧化碳排放到环境中，这将有助于进一步减缓全球变暖。有机物含有选自由例如树脂材料(诸如废塑料)和化石资源组成的组的至少一种。树脂材料可以含有选自由通过根据本实施方案的方法合成的合成树脂(X)和由合成树脂(X)制成的产品组成的组的至少一种(参见图1A和1B)。这减少了在废弃处理合成树脂(X)时二氧化碳的排放，并允许作为合成树脂(X)的组成元素的碳被循环而不排放到环境中，从而显著减少环境影响。
用于合成第一材料(A)的氢气包括选自由以下组成的组的至少一种类型的氢气，例如：通过使用可再生能源分解水所产生的氢气；和通过有机物的水蒸汽重整所产生的氢气(参见图1B)。这在生产合成树脂(X)时减少了通过使用涉及二氧化碳排放的化石燃料所产生的电力消耗，从而进一步减少了生产合成树脂时的环境影响。
如本文所用，“可再生能源”是指可以永久使用的能源。根据日本颁布的《促进能源供应商使用非化石能源和有效使用化石能源材料的法案(Act on the Promotion of theUse of Non-Fossil Energy Sources and Effective Use of Fossil Energy SourceMaterials by Energy Suppliers)》第2条第3项，可再生能源被定义为“可永久用作能源的非化石能源诸如太阳能或风能。”可再生能源包括选自由例如太阳能、风能、水力、地热能、太阳热、大气热、自然界中存在的其他类型的热、和生物质组成的组的至少一种。使用可再生能源的水分解的实例包括使用通过使用可再生能源产生的电力来电解水和使用太阳能和光催化剂来分解水。
此外，在有机物的水蒸汽重整中，有机物包括选自由例如树脂材料(诸如废塑料)和化石资源组成的组的至少一种。树脂材料可以含有选自由通过根据本实施方案的方法合成的合成树脂(X)和由合成树脂(X)制成的产品组成的组的至少一种(参见图1B)。在这种情况下，作为根据本实施方案的合成树脂(X)的组成元素的氢可以被再利用以合成新的合成树脂(X)。
还优选的是，用于合成第一材料(A)的二氧化碳和氢气分别包括通过有机物的水蒸汽重整产生的二氧化碳和氢气。特别地，如果有机物含有选自由通过根据本实施方案的方法合成的合成树脂(X)和由合成树脂(X)制成的产品组成的组的至少一种，则作为根据本实施方案的合成树脂(X)的组成元素的碳和氢可以被再利用以合成新的合成树脂(X)(参见图1B)。
或者，用于合成第一材料(A)的二氧化碳可以包括通过除上述方法之外的任何方法获得的二氧化碳。同样，用于合成第一材料(A)的氢气可以包括通过除上述方法之外的任何方法获得的氢气。
另一方面，第二材料(B)可以例如在包括使二氧化碳和氨彼此反应的方法步骤中合成(参见图1A和1B)。这允许合成包含氮原子的合成树脂，诸如氨基树脂。
第二材料(B)可以含有例如脲(参见图1A和1B)或三聚氰胺中的至少一种。脲可以通过例如在加热和加压的气氛内使二氧化碳和氨彼此反应来合成(参见图1A和1B)。三聚氰胺可以由从二氧化碳合成的脲通过低压脲法或高压脲法合成。注意，这仅仅是第二材料(B)的实例，并且不应被解释为限制。
用于合成第二材料(B)的二氧化碳包括选自由以下组成的组的至少一种类型的二氧化碳，例如：由有机物的燃烧产生的二氧化碳(参见图1A和1B)；由有机物的水蒸汽重整产生的二氧化碳(参见图1A和1B)；以及在地热发电期间从火山气中提取的二氧化碳。在这种情况下，否则会被排放到环境中的二氧化碳可以用于合成所述合成树脂(X)，从而减少二氧化碳排放到环境中。
有机物含有选自由例如基于植物的资源(诸如木材)、树脂材料(诸如废塑料)和化石资源组成的组的至少一种。如果有机物含有树脂材料，则该树脂材料可以含有选自由通过根据本实施方案的方法合成的合成树脂(X)和由合成树脂(X)制成的产品组成的组的至少一种(参见图1A和1B)。这允许作为合成树脂(X)的组成元素的碳被循环而不排放到环境中，从而显著减少环境影响。
任选地，用于合成第二材料(B)的二氧化碳可以包括通过除上述方法之外的任何方法获得的二氧化碳。
如果使用氨来合成第二材料(B)，则氨例如包括由氮气和水合成的氨(参见图1A和1B)。作为合成氨的方法，例如可以使用Haber-Bosch法。在这种情况下，氢气优选包括选自由以下组成的组的至少一种类型的氢气，例如：通过使用可再生能源分解水所产生的氢气；和通过有机物的水蒸汽重整所产生的氢气(参见图1B)。氮气优选包括空气中的氮气。在这些情况下，在生产氨时，可以减少环境影响。因此，这进一步减少了生产合成树脂(X)时的环境影响。
如上描述了要进行有机物的水蒸汽重整的有机物。如果有机物含有树脂材料，则该树脂材料可以含有选自由通过根据本实施方案的方法生产的合成树脂(X)和由合成树脂(X)制成的产品组成的组的至少一种(参见图1B)。这允许作为根据本实施方案的合成树脂(X)的组成元素的氢被再利用以合成新的合成树脂(X)。
任选地，用于合成第二材料(B)的氨可以包括通过除上述方法之外的任何方法获得的氨。
根据该实施方案，仅第一材料(A)和第二材料(B)可以用作合成树脂(X)的材料。或者，作为合成树脂(X)的材料，不仅可以使用第一材料(A)和第二材料(B)，而且同样可以使用其中的每一种与第一材料(A)和第二材料(B)中的任一种不同的一种、两种或更多种类型的材料。此外，合成树脂(X)可以使用包括第一材料(A)和第二材料(B)在内的材料通过单级反应或多级反应合成。也就是说，合成树脂(X)可以由第一材料(A)和第二材料(B)通过例如单级反应合成。或者，合成树脂(X)可以通过使通过使第一材料(A)和第二材料(B)彼此反应而合成的产物产生进一步反应来合成。
根据该实施方案，可以不受限制地合成任何类型的合成树脂(X)，只要使用第一材料(A)和第二材料(B)合成所述合成树脂(X)即可。
合成树脂(X)可以是例如选自由脲甲醛树脂(参见图1A和1B)和三聚氰胺树脂组成的组的至少一种类型的树脂。
如果合成树脂(X)是脲甲醛树脂，则例如第一材料(A)可以是甲醛，第二材料(B)可以是脲(参见图1A和1B)。在这种情况下，脲甲醛树脂可以通过例如使甲醛和脲发生脱水缩合反应来合成。在这种情况下，可以通过完全地推进甲醛和脲之间的反应来合成固化(即，阶段C)状态的脲甲醛树脂。或者，也可以通过不完全地推进甲醛和脲之间的反应来合成预聚物状态的脲甲醛树脂(即脲甲醛树脂预聚物)。再或者，可以通过使脲甲醛树脂预聚物进一步反应并固化来合成阶段C状态的脲甲醛树脂。
脲甲醛树脂可广泛用于例如部件诸如包括布线装置的电气装置的壳体、其他类型的电气装置，模制产品诸如餐具、按钮和漆器，以及粘合剂中。然而，回收脲甲醛树脂是困难的。因此，通过根据本实施方案的方法生产脲甲醛树脂将显著减少环境影响。
如果合成树脂(X)是三聚氰胺树脂，则例如第一材料(A)可以是甲醛，第二材料(B)可以是三聚氰胺。在这种情况下，可以通过在碱性条件下使甲醛和三聚氰胺彼此反应来合成羟甲基三聚氰胺，并且可以通过例如加热羟甲基三聚氰胺以发生缩聚来合成三聚氰胺树脂。在这种情况下，可以通过完全地推进羟甲基三聚氰胺的反应来合成固化(即，阶段C)状态的三聚氰胺树脂。或者，也可以通过不完全地推进羟甲基三聚氰胺的反应来合成预聚物状态的三聚氰胺树脂(即，三聚氰胺树脂预聚物)。再或者，可以通过使三聚氰胺树脂预聚物进一步反应并固化来合成阶段C状态的三聚氰胺树脂。
三聚氰胺树脂可广泛用于例如建筑材料，部件诸如包括布线装置的电气装置的壳体、其他类型的电气装置，模制产品诸如餐具，以及粘合剂中。然而，回收三聚氰胺树脂是困难的。因此，通过根据本实施方案的方法生产三聚氰胺树脂将显著减少环境影响。
根据本实施方案的用于固定二氧化碳的方法允许通过上述生产合成树脂(X)的方法合成合成树脂(X)来固定二氧化碳。该实施方案允许比其中二氧化碳被封存在地下以被固定的二氧化碳捕获和封存(CCS)方法更容易地固定二氧化碳。此外，与二氧化碳被固定为诸如甲醇的液体的情况相比，该实施方案还允许以更高的稳定性固定二氧化碳。此外，本实施方案还允许合成树脂(X)中包含的全部或大部分碳原子是源自二氧化碳的碳原子。在这种情况下，二氧化碳可以以高浓度固定在合成树脂(X)中。此外，这还允许，特别是如果合成树脂(X)是热固性树脂，以良好的稳定性长期固定二氧化碳。
本发明人试验性地计算了与已知方法相比，通过根据本实施方案的方法可以减少多少二氧化碳负荷。结果如下。
首先，将描述如何根据用于生产脲甲醛树脂的已知方法来计算二氧化碳负荷。
用于生产脲甲醛树脂的已知方法应该如下。具体地，氨是由源自化石资源的氢气和空气中的氮气合成的。使氨与合成氨时产生的二氧化碳反应，从而合成脲。甲醇是由化石资源合成的。甲醇在空气中被氧化并溶解在水中，从而合成甲醛水溶液。由脲和甲醛水溶液合成脲甲醛树脂。源自化石资源的能量被用作在这些合成中使用的能量。
作为根据生产脲甲醛树脂的已知方法的二氧化碳负荷，计算生产1kg脲甲醛树脂所使用的二氧化碳的量和排放到环境中的二氧化碳的量的总和。在这种情况下，这些二氧化碳量的总和由LCA系统MiLCA Ver.2.3计算，该LCA系统MiLCA Ver.2.3是由一般法人团体可持续管理促进组织(Sustainable Management Promotion Organization)通过参考向LCI数据库IDEA Ver.2.3登记的“脲甲醛树脂”数据而开发的，该LCI数据库IDEA Ver.2.3是由国家研究开发机构国家先进工业科学技术研究所(AIST)和可持续管理促进组织的安全科学研究部和LCA研究组的协会(Society of Safety Science Research Division andLCA Research Group of the national research and development agency NationalInstitute of Advanced Industrial Science and Technology(AIST)and SustainableManagement Promotion Organization)开发的。结果，二氧化碳负荷为1.96kg。
在通过该已知方法计算的整个二氧化碳负荷中，用于合成甲醇的二氧化碳负荷占25.9％，用于合成氨的二氧化碳负荷占25.4％，作为脲的材料的二氧化碳占32.6％，并且作为余量的其它二氧化碳负荷之和占16.1％。
因此，如果由二氧化碳和氢气合成甲醇，并且当根据本实施方案生产脲甲醛树脂时，使用可再生能源作为合成甲醇的能源，则计算出二氧化碳负荷的减少率最大为约26％。此外，如果将通过使用可再生能源分解水所产生的氢气或通过有机物的水蒸汽重整所产生的氢气中的至少一种用作用于氨的材料的氢气，并且将选自由以下组成的组的至少一种类型的二氧化碳用作用于氨的材料的二氧化碳：由有机物的燃烧产生的二氧化碳；由有机物的水蒸汽重整产生的二氧化碳；以及在地热发电期间从火山气中提取的二氧化碳，则计算出二氧化碳负荷的进一步减少率最大为约58％。也就是说，计算出二氧化碳负荷的最大减少率为约84％。
从上述实施方案的描述中可以看出，根据本公开的第一方面的用于生产合成树脂(X)的方法包括使第一材料(A)和第二材料(B)彼此反应。第一材料(A)已经在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成。第二材料(B)已经由二氧化碳合成并且与第一材料(A)不同。
第一方面可以减少生产合成树脂(X)时的环境影响。
在可以结合第一方面实现的本公开的第二方面中，用于合成第一材料(A)的二氧化碳或用于合成第二材料(B)的二氧化碳中的至少一种包括选自由以下组成的组的至少一种类型的二氧化碳：由有机物的燃烧产生的二氧化碳；由有机物的水蒸汽重整产生的二氧化碳；以及在地热发电期间从火山气中提取的二氧化碳。
第二方面可以减少二氧化碳排放到环境中，从而进一步减少生产合成树脂(X)时的环境影响。
在可以结合第一或第二方面实现的本公开的第三方面中，用于合成第一材料(A)的氢气包括选自由以下组成的组的至少一种类型的氢气：通过使用可再生能源分解水所产生的氢气；和通过有机物的水蒸汽重整所产生的氢气。
第三方面可进一步减少生产合成树脂(X)时的环境影响。
在可以结合第一至第三方面中的任一个实现的本公开的第四方面中，第一材料(A)含有甲醇或甲醛中的至少一种。
第四方面允许由包括甲醇或甲醛中的至少一种的材料生产合成树脂(X)。
在可以结合第一至第四方面中的任一个实现的本发明的第五方面中，用于合成第二材料(B)的二氧化碳包括选自由以下组成的组的至少一种类型的二氧化碳：由有机物的燃烧产生的二氧化碳；由有机物的水蒸汽重整产生的二氧化碳；以及在地热发电期间从火山气中提取的二氧化碳。
第五方面可以减少二氧化碳排放到环境中，从而进一步减少生产合成树脂(X)时的环境影响。
在可以结合第四或第五方面实现的本公开的第六方面中，第二材料(B)已经在包括使二氧化碳和氨彼此反应的方法步骤中合成。
第六方面允许合成包含氮原子的树脂诸如氨基树脂，作为合成树脂(X)。
在可以结合第六方面实现的本公开的第七方面中，氨包括由氢气和氮气合成的氨。氢气包括选自由以下组成的组的至少一种类型的氢气：通过使用可再生能源分解水所产生的氢气；和通过有机物的水蒸汽重整所产生的氢气。氮气包括空气中的氮气。
第七方面可进一步减少生产合成树脂(X)时的环境影响。
在可以结合第四至第七方面中的任一个实现的本发明的第八方面中，第一材料(A)是甲醛，第二材料是脲，并且合成树脂(B)是脲甲醛树脂。
第八方面使其更容易显著减少环境影响。
根据本发明的第九方面的用于固定二氧化碳的方法包括使第一材料(A)和第二材料(B)彼此反应。第一材料(A)已经在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成。第二材料(B)已经由二氧化碳合成并且与第一材料(A)不同。
第九方面可以通过使用二氧化碳作为碳源合成合成树脂(X)来固定二氧化碳。
Claims (9)
1.一种用于生产合成树脂的方法，所述方法包括使第一材料(A)和第二材料(B)彼此反应，
所述第一材料(A)已经在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成，
所述第二材料(B)已经由二氧化碳合成并且与所述第一材料(A)不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其中
用于合成所述第一材料(A)的二氧化碳或用于合成所述第二材料(B)的二氧化碳中的至少一种包括选自由以下组成的组的至少一种类型的二氧化碳：由有机物的燃烧产生的二氧化碳；由有机物的水蒸汽重整产生的二氧化碳；以及在地热发电期间从火山气中提取的二氧化碳。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中
用于合成所述第一材料(A)的氢气包括选自由以下组成的组的至少一种类型的氢气：通过使用可再生能源分解水所产生的氢气；和通过有机物的水蒸汽重整所产生的氢气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中
所述第一材料(A)含有甲醇或甲醛中的至少一种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中
用于合成所述第二材料(B)的二氧化碳包括选自由以下组成的组的至少一种类型的二氧化碳：由有机物的燃烧产生的二氧化碳；由有机物的水蒸汽重整产生的二氧化碳；以及在地热发电期间从火山气中提取的二氧化碳。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中
所述第二材料(B)已经在包括使二氧化碳和氨彼此反应的方法步骤中合成。
7.根据权利要求6所述的方法，其中
所述氨包括由氢气和氮气合成的氨，
所述氢气包括选自由以下组成的组的至少一种类型的氢气：通过使用可再生能源分解水所产生的氢气；和通过有机物的水蒸汽重整所产生的氢气，并且
所述氮气包括空气中的氮气。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中
所述第一材料(A)是甲醛，
所述第二材料(B)是脲，并且
所述合成树脂是脲甲醛树脂。
9.一种固定二氧化碳的方法，所述方法包括使第一材料(A)和第二材料(B)彼此反应，
所述第一材料(A)已经在包括使二氧化碳与氢气反应的方法步骤中合成，
所述第二材料(B)已经由二氧化碳合成并且与所述第一材料(A)不同。
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