JP2018508460A - ケイ酸カルシウムの炭酸塩化による複合材料および結着成分およびそれらの製造方法 - Google Patents
ケイ酸カルシウムの炭酸塩化による複合材料および結着成分およびそれらの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、いずれも2015年3月20日に出願された米国特許仮出願第62/136,201号および第62/136,208号の優先権の利益を主張し、各仮出願の全内容のすべては、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
一態様において、本発明は、概して、ケイ酸カルシウムをCO2で炭酸塩化することにより生成される複合材料に関する。複合材料は、1種または複数種の微細構造の複数の結着成分を含み、結着成分は、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた、ケイ酸カルシウムの未反応の炭酸塩化可能相のコアを含む結着成分と、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれ、ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカのコアを含む結着成分と、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカのコアを含む結着成分と、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、炭酸塩化不可能相のコアを含む結着成分と、ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカおよび部分的に反応したケイ酸カルシウムで構成される複相コアであって、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた複相コアを含む結着成分と、炭酸塩化不可能相および部分的に反応したケイ酸カルシウムで構成される複相コアであって、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた複相コアを含む結着成分と、CaCO3粒子に包接された、明確なコアおよびシリカリムを有さず、部分的に反応したケイ酸カルシウムの粒子を含む結着成分と、CaCO3粒子に包接された、明確なシリカリムを有しない、多孔性粒子を含む結着成分と、から選択される。集合的に、これらの複数の結着成分は、結合強度をもたらすとともに複合材料を支持する相互結合結着マトリックスを構成する。
本発明はさらに、主にCO2消費反応により養生される新規の複合材料を製造する方法を提供する。CO2に加え、別のプロセス成分としては水がある。本発明の好適な実施形態において、CO2は、製造される複合材料において、CO2の隔離および結着成分の生成をもたらす反応種として使用される。炭酸塩化は、例えば、CO2および水を用いて、制御された熱水液相焼結(HLPS:Hydrothermal Liquid Phase Sintering)プロセスによって実施し、複合材料の種々の成分を一緒に保持する結合力を生じさせることができる。HLPSの様々な特徴の論考は、米国特許第8,114,367号、米国特許出願公開第2009/0143211号(米国特許出願第12/271,566号)、米国特許出願公開第2011/0104469号(米国特許出願第12/984,299号)、米国特許出願公開第2009/0142578号(米国特許出願第12/271,513号)、米国特許出願公開第2013/0122267号(米国特許出願第13/411,218号)、米国特許出願公開第2012/0312194号(米国特許出願第13/491,098号)、国際公開第2009/102360号(PCT/US2008/083606号)、国際公開第2011/053598号(PCT/US2010/054146号)、国際公開第2011/090967号(PCT/US2011/021623号)、2012年10月1日出願の米国仮出願第61/708,423、2013年10月3日出願の米国出願第14/045,758号、同第14/045,519号、同第14/045,766号、同第14/045,540号、2014年3月12日出願の米国特許出願第14/207,413号、同第14/207,421号、2014年3月13日出願の米国特許出願第14/207,920号、同第14/209,238号、2014年6月4日出願の米国特許出願第14/295,601号、同第14/295,402号に見ることができ、これら文献のそれぞれは、あらゆる目的のために参照することにより、表現されたとおりに全体が本明細書に組み込まれるものとする。
CaSiO3(s)+CO2(g)→CaCO3(s)+SiO2(s) (1)
Ca3Si2O7(s)+3CO2(g)→3CaCO3(s)+2SiO2(s) (2)
Ca2SiO4(s)+2CO2(g)→2CaCO3(s)+SiO2(s) (3)
本明細書で開示する複合材料および結着成分は、必要に応じて本明細書に記載されるように微調整することができるその優れた特性により、インフラ、建造物、舗装道路および景観整備業、エネルギー貯蔵、エネルギー生成、農業、自動車用、研削および切削用途など、様々な用途に用いることができる。
を用いて計算されたBSEコントラスト係数ηの比較に関係し得る。
は、原子の合計数で分割した相に存在する各原子の原子質量の和であり、式中、Nは原子番号Aおよび原子質量Zの各元素の数である(ΣNAは分子量)。
本開示では、特許、出願特許、公開特許、定期刊行物、書籍、論文、ウェブコンテンツなどの他の文献を参照および引用してきた。このようなすべての文献は、その全体が、参照によりあらゆる目的で本明細書に組み込まれるものとする。本明細書に組み込まれるとされるが、本明細書に明確に記述された既存の定義、記述又は他の開示内容に抵触する資料又はその一部分は、組み込まれた内容と本開示内容との間で抵触が生じない程度にのみ組み込まれるものとする。抵触する場合には、その抵触は好ましい開示となるよう本開示に有利となるよう解消すべきである。
本明細書で開示される代表例は、本発明の説明を助けることを意図し、本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、そのようなものとして解釈すべきではない。実際、本明細書に示され記載される変形例および実施例に加え、本発明の様々な変形例および本発明の多くのさらなる実施形態は、本明細書に記載の実施例を含む本文献のすべての内容ならびに本明細書で引用する科学文献および特許文献への参照から当業者に明白となるだろう。これらの実施例は、本発明の実施に適用可能な重要な付加情報、適例および指針を、その様々な実施形態およびその均等物に含む。
Claims (49)
- CO2を用いたケイ酸カルシウムの炭素塩化により製造される複合材料であって、
完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた、ケイ酸カルシウムの未反応の炭酸塩化可能相のコアを含む結着成分と、
完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれ、ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカのコアを含む結着成分と、
完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカのコアを含む結着成分と、
完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、炭酸塩化不可能相のコアを含む結着成分と、
ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカおよび部分的に反応したケイ酸カルシウムで構成される複相コアであって、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた複相コアを含む結着成分と、
炭酸塩化不可能相および部分的に反応したケイ酸カルシウムで構成される複相コアであって、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた複相コアを含む結着成分と、
CaCO3粒子に包接された、明確なコアおよびシリカリムを有さず、部分的に反応したケイ酸カルシウムの粒子を含む結着成分と、
CaCO3粒子に包接された、明確なシリカリムを有しない、多孔性粒子を含む結着成分と、から選択された1種または複数種の複数の結着成分を含み、
前記複数の結着成分が、結合強度をもたらすとともに前記複合材料を支持する相互結合結着マトリックスを構成する、複合材料。 - 前記炭酸塩化不可能相が、シリカおよびメリライトから選択される、請求項1に記載の複合材料。
- 前記ケイ酸カルシウム相が、珪灰石、擬珪灰石、ランキナイト、ビーライトおよび炭酸塩化可能な非晶質ケイ酸カルシウムまたはそれらの複数の組み合わせから選択される、請求項1または2に記載の複合材料。
- 1つまたは複数の結着成分が1つまたは複数のボイドを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記1つまたは複数のボイドが前記単相または複相のコア中に存在する、請求項4に記載の複合材料。
- 前記1つまたは複数のボイドが前記包接するCaCO3中に存在する、請求項4〜5のいずれか一項に記載の複合材料。
- 結着成分間の空隙に位置する1つまたは複数のボイドをさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記高シリカリムが約0.01μm〜約50μmの範囲の厚さをもつ、請求項1〜7のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記高シリカリムが約1μm〜約25μmの範囲の厚さをもつ、請求項1〜8のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記高シリカリムが、約50体積%〜約90体積%の範囲のシリカ含有率および約10体積%〜約50体積%のCaCO3含有率を有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記高シリカリムが、約70体積%〜約90体積%の範囲のシリカ含有率および約10体積%〜約30体積%のCaCO3含有率を有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記高シリカリムが、約50体積%〜約70体積%の範囲のシリカ含有率および約30体積%〜約50体積%のCaCO3含有率を有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記高シリカリムが、約50体積%を超えるシリカ含有率を有することを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の複合材料。
- 厚さが一定でない前記高シリカリムが約1%〜約99%の被覆率で前記コアを囲む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の複合材料。
- 厚さが一定でない前記高シリカリムが約10%〜約90%の被覆率で前記コアを囲む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の複合材料。
- 厚さが一定でない前記高シリカリムが約30%未満の被覆率で前記コアを囲む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の複合材料。
- 厚さが一定でない前記高シリカリムが約90%を超える被覆率で前記コアを囲む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の複合材料。
- 1つまたは複数のフィラー材料をさらに含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記1つまたは複数のフィラー材料が前記結着マトリックス内で均一に分散する、請求項18に記載の複合材料。
- フライアッシュ、スラグおよびシリカフュームから選択された1つまたは複数の補助材料をさらに含む、請求項1〜19のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記1つまたは複数の補助材料が前記結着マトリックス内で均一に分散する、請求項1〜20のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記結着マトリックスが、フィラー材料を含まないことを特徴とする、請求項1〜17または20〜21のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記結着成分の2種以上を含む、請求項1〜22のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記結着成分の全種を含む、請求項1〜23のいずれか一項に記載の複合材料。
- 複数の結着成分を含む結着マトリックスであって、
前記結着成分が、
完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた、ケイ酸カルシウムの未反応の炭酸塩化可能相のコアを含む結着成分と、
完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれ、ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカのコアを含む結着成分と、
完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカのコアを含む結着成分と、
完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、炭酸塩化不可能相のコアを含む結着成分と、
ケイ酸カルシウムの炭酸塩化可能相を炭酸塩化することにより形成されたシリカおよび部分的に反応したケイ酸カルシウムで構成される複相コアであって、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた複相コアを含む結着成分と、
炭酸塩化不可能相および部分的に反応したケイ酸カルシウムで構成される複相コアであって、完全にまたは部分的にCaCO3粒子に包接された、厚さが一定でない高シリカリムにより完全にまたは部分的に囲まれた複相コアを含む結着成分と、
CaCO3粒子に包接された、明確なコアおよびシリカリムを有さず、部分的に反応したケイ酸カルシウムの粒子を含む結着成分と、
CaCO3粒子に包接された明確なシリカリムを有しない、多孔性粒子を含む結着成分と、
から選択される、結着マトリックス。 - 前記炭酸塩化不可能相が、シリカおよびメリライトから選択される、請求項25に記載の結着マトリックス。
- 前記ケイ酸カルシウム相が、珪灰石、擬珪灰石、ランキナイト、ビーライトおよび炭酸塩化可能な非晶質ケイ酸カルシウムまたはそれらの複数の組み合わせから選択される、請求項25または26に記載の結着マトリックス。
- 1つまたは複数の結着成分が1つまたは複数のボイドを含む、請求項25〜27のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記1つまたは複数のボイドが前記単相または複相のコア中に存在する、請求項28に記載の結着マトリックス。
- 前記1つまたは複数のボイドが前記包接するCaCO3中に存在する、請求項28〜29のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 結着成分間の空隙に位置する1つまたは複数のボイドをさらに含む、請求項25〜30のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記高シリカリムが約0.01μm〜約50μmの範囲の厚さをもつ、請求項25〜31のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記高シリカリムが約1μm〜約25μmの範囲の厚さをもつ、請求項25〜32のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記高シリカリムが、約50体積%〜約90体積%の範囲のシリカ含有率を有することを特徴とする、請求項25〜33のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記高シリカリムが、約70体積%〜約90体積%の範囲のシリカ含有率を有することを特徴とする、請求項25〜34のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記高シリカリムが、約50体積%〜約70体積%の範囲のシリカ含有率を有することを特徴とする、請求項25〜35のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記高シリカリムが、約50体積%を超えるシリカ含有率を有することを特徴とする、請求項25〜36のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 厚さが一定でない前記高シリカリムが約1%〜約99%の被覆率で前記コアを囲む、請求項25〜37のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 厚さが一定でない前記高シリカリムが約10%〜約90%の被覆率で前記コアを囲む、請求項25〜38のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 厚さが一定でない前記高シリカリムが約30%未満の被覆率で前記コアを囲む、請求項25〜39のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 厚さが一定でない前記高シリカリムが約90%を超える被覆率で前記コアを囲む、請求項25〜38のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 1つまたは複数のフィラー材料をさらに含む、請求項25〜41のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記1つまたは複数のフィラー材料が前記結着マトリックス内で均一に分散する、請求項25〜42のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- フライアッシュ、スラグおよびシリカフュームから選択された1つまたは複数の補助材料をさらに含む、請求項25〜43のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記1つまたは複数の補助材料が前記結着マトリックス内で均一に分散する、請求項44に記載の結着マトリックス。
- 前記結着マトリックスがフィラー材料を含まないことを特徴とする、請求項25〜41または44〜45のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記結着成分の2種以上を含む、請求項25〜46のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 前記結着成分の全種を含む、請求項25〜47のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
- 複数のフィラー粒子をさらに含む、請求項25〜48のいずれか一項に記載の結着マトリックス。
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