TW201504196A - 薄複合材料片之快速硬化 - Google Patents

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Abstract

一種製備和快速硬化具有薄剖面的複合材料的方法。該複合材料包括固體顆粒的混合物，該等固體顆粒中的至少一些是與CO2反應的材料，諸如矽酸鹽，例如矽礦石。生坯材料係藉由將固體成分與液體(例如水)混合而形成漿料、以及藉由將該漿料成形而形成坯體來製備。使該坯體與CO2反應而形成具有薄剖面的硬化複合材料，該剖面在10至15mm的範圍中。已經示範操作了6小時的硬化時間。

Description

薄複合材料片之快速硬化 【相關申請案的交叉引用】
本專利申請案主張於2013年6月7日提出申請且共同未決的美國臨時專利申請案序號第61/832,233號的優先權權益，該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。
本發明大體而言係關於複合材料產品，尤其本發明係關於提供具有薄複合材料片的產品的系統和方法。
薄的混凝土片被用在廣泛的應用中，例如屋瓦、地磚、裝飾牆板、外部壁板及類似者。這些混凝土片傳統上是使用波特蘭水泥製成的，波特蘭水泥只依賴水合作用來提高強度增益及其他性能。這樣的水合反應有在環境條件下非常緩慢的缺點。
需要可提供由具有可被快速硬化的薄片的複合材料製成的物體的系統和方法。
依據一個態樣，本發明之特徵在於一種快速硬化薄 複合材料片的方法。該快速硬化薄複合材料片的方法包含以下步驟：製備複合材料之生坯，該生坯具有範圍在5mm至25mm的剖面；以及使該生坯與CO2在硬化腔室中反應，以產生具有薄剖面的硬化複合材料。
在一個實施例中，該剖面係在11mm至14mm的範圍中。
在另一個實施例中，該生坯包含與CO2反應的矽酸鹽材料。
在又另一個實施例中，該矽酸鹽材料為合成的矽礦石。
在仍另一個實施例中，該製備複合材料之生坯的步驟包含將粒狀矽酸鹽材料與第二粒狀固體材料以預定的比例混合的步驟。
在進一步的實施例中，該第二粒狀固體材料為砂和飛灰中之至少一者。
在又進一步的實施例中，該製備複合材料之生坯的步驟包含將該粒狀矽酸鹽材料和該第二粒狀固體材料與液體混合以形成漿料的進一步步驟。
在仍進一步的實施例中，該製備複合材料之生坯的步驟包含將該粒狀矽酸鹽材料和該第二粒狀固體材料與連續或不連續纖維混合的進一步步驟。
在另外的實施例中，該液體包含水和減水成分。
在再一個實施例中，該方法進一步包含加熱該具有薄剖面的硬化複合材料以驅除水的步驟。
在仍進一步的實施例中，該使該生坯與CO2在硬化腔室中反應的步驟係進行6小時或更短。
在一個實施例中，該使該生坯與CO2在硬化腔室中反應的步驟係在60℃的溫度下進行。
在另一個實施例中，該薄複合材料在該反應步驟之前於模具中成形。
在又另一個實施例中，該薄複合材料係在模具中藉由施加振動而成形。
在仍另一個實施例中，該薄複合材料係在模具中藉由按壓或射出而成形。
在進一步的實施例中，該薄複合材料具有在55至220mm範圍中的長度。
在又進一步的實施例中，該薄複合材料具有在55至220mm範圍中的寬度。
在另外的實施例中，該薄複合材料具有如第13A圖、第13B圖、第13C圖及第13D圖中任一者所圖示的剖面形狀。
在另一個實施例中，該薄複合材料包含黏結成分，該等黏結成分具有在5至50微米範圍中的平均粒徑。
在又另一個實施例中，該薄複合材料包含黏結成分，該等黏結成分具有在5至50微米範圍中的平均粒徑。
從以下的描述和從申請專利範圍中，本發明之上述及其它的目的、態樣、特徵及優點將變得更加顯而易見。
參照以下描述的圖式和申請專利範圍可以更佳地瞭解本發明的目的和特徵。該等圖式不一定是依照比例繪製的，通常是將重點放在說明本發明的原理上。在該等圖式中，相似的符號被用來在各個視圖中表示相似的部分。
第1圖為圖示存在於可逆反應CaCO3+SiO2 CaSiO3(矽礦石)+CO2中的相之壓力-溫度相圖。
第2圖為圖示存在於可逆反應3CaCO3+2CaSiO3 2Ca2SiO4．CaCO3+CO2中的相之壓力-溫度相圖。
第3圖為CaO-SiO2-CO2系統在1千巴壓力下的相圖。
第4圖為圖示存在於可逆反應MgO+CO2 MgCO3中的相之壓力-溫度相圖。
第5圖為圖示可逆反應MgO+CO2 MgCO3之平衡曲線為CO2在惰性氣體中的比例之函數的壓力-溫度相圖。
第6圖為圖示CaCO3-MgCO3系統中各個相之穩定區的壓力-溫度相圖。
第7圖為圖示化合物CaO、MgO、SiO2及CO2之間的相關係以及圖示Cc-Di-Wo和CC-Wo-Mo平面(陰影的)下方的CO2缺陷區之四面體圖，其中Cc表示方解石，Wo表示矽礦石，Ak表示鎂黃長石，Di表示透輝石，以及Mo表示鈣鎂橄欖石(CaMgSiO4)。
第8圖為圖示化合物CaO、MgO、SiO2及CO2之間的相關係的壓力-溫度相圖，且單變量曲線發源於涉及方解石(Cc)、透輝石(Di)、鎂橄欖石(Fo)、鈣鎂橄欖石(Mo)、 鎂黃長石(Ak)及CO2等相的四元不變點。插圖為CaCO3、MgO、SiO2三化合物系統之相圖。
第9圖為依據本發明之原理提供增濕作用的CO2複合材料硬化腔室之示意圖。
第10圖為具有多個濕度控制方法以及使用固定流動或壓力調節控制和補充CO2的能力並且可以依據本發明之原理控制溫度的硬化腔室之示意圖。
第11(a)-11(c)圖為依據本發明之示例性實施例的黏結成分之剖面示意圖，包括三種示例性的核心形態：(a)纖維狀，(b)橢圓形，以及(c)等軸狀。
第12(a)-12(f)圖為依據本發明之示例性實施例的複合材料之側視圖和剖面圖，圖示了(a)在稀釋黏結基質中的1維取向纖維狀黏結成分(黏結成分沒有接觸)，(b)在稀釋黏結基質中的2維取向片狀黏結成分(黏結成分沒有接觸)，(c)在稀釋黏結基質中的3維取向片狀黏結成分(黏結成分沒有接觸)，及(d)在稀釋黏結基質中的隨機取向片狀黏結成分(黏結成分沒有接觸)，其中該複合材料包括黏結基質及諸如聚合物、金屬、無機顆粒、聚集體等填料成分，(e)黏結成分的濃縮黏結基質(具有足以建立滲流網絡的體積分率)，其中該基質為3維取向的，以及(f)隨機取向的黏結成分之濃縮黏結基質(具有足以建立滲流網絡的體積分率)，其中可以包括諸如聚合物、金屬、無機顆粒、聚集體等填料成分。
第13A圖為第一形狀的薄複合材料片之示意性剖面圖。
第13B圖為第二形狀的薄複合材料片之示意性剖面圖。
第13C圖為第三形狀的薄複合材料片之示意性剖面圖。
第13D圖為第四形狀的薄複合材料片之示意性剖面圖。
第14圖為在被放在硬化腔室中的金屬模具中的幾個薄複合材料片之影像。
化學討論
本發明提供用於製造主要由CO2消耗反應所硬化的新穎複合材料的設備和方法。該材料表現出有用的性質，而且可以輕易地藉由適用於大規模生產並對環境影響最小的製程來從廣泛可得的低成本前驅物材料生產出。該前驅物材料包括廉價和豐富的富矽酸鈣材料、細顆粒及粗顆粒。該富矽酸鈣材料可以包含磨碎的矽礦石。該等細和粗顆粒可以包含磨碎的石灰石或其它碳酸鈣類材料、磨碎的石英或其它的SiO2類材料、砂、飛粉及碎石。該等細和粗顆粒也可以包含壓碎的礦物，例如花崗岩、雲母及長石。其他的製程成分包括水和二氧化碳(CO2)。可以使用各種添加劑來修改和微調所得的複合材料之物理外觀及/或機械性質，例如選自顏料(例如黑色氧化鐵、氧化鈷及氧化鉻)、彩色玻璃及/或彩色石英中之一者或更多者的添加劑。也可以使用與水的使用減少和流變改變有關的添加劑。
如本文所揭示，可以使用節能的水熱液相燒結(HLPS)製程來產生將複合材料的各種成分結合在一起的黏結成分，以生產該複合材料。可以以低成本並具有對環境有利的影響來製造該複合材料。例如，在本發明的較佳實施例中，使用CO2作為反應性物種在生產出的複合材料中導致二氧化碳螯合及黏結成分形成，而且其中的碳足跡是任何現有的生產技術無法比擬的。HLPS製程是由化學反應的自由能及由晶體生長導致的表面能(面積)減少而熱力驅動的。由於使用溶液(含水或不含水的)而不是使用高熔點流體或高溫固態介質來輸送反應性物種，故HLPS製程的動力學在低溫下以合理的速率進行。
各種HLPS特徵的討論可以在美國專利第8,114,367號、美國專利公開第US 2009/0143211號(申請序號第12/271,566號)、美國專利公開第US 2011/0104469號(申請序號第12/984,299號)、美國專利公開第20090142578號(申請序號第12/271,513號)、WO 2009/102360(PCT/US2008/083606)、WO 2011/053598(PCT/US2010/054146)、WO 2011/090967(PCT/US2011/021623)、2012年3月2日提出申請的美國專利申請案序號第13/411,218號(Riman等人)、2012年6月7日提出申請的美國專利申請案序號第13/491,098號(Riman等人)、2012年10月1日提出申請的美國臨時專利申請案序號第61/708,423號、以及全部皆於2012年10月4日提出申請的美國臨時專利申請案第61/709,435號、第61/709,453號、 第61/709,461號及第61/709,476號中找到，為了所有的目的將以上每個專利申請案全文以引用方式明確地併入本文中。
如本文所用，術語「矽酸鈣」係指天然存在的礦物或由一群含鈣矽化合物中之一者或更多者所構成的合成材料，該含鈣矽化合物包括CaSiO3(亦習知為「矽礦石」或「偽矽礦石」，並且有時被配製成CaO．SiO2)、Ca3Si2O7(亦習知為「矽鈣石」，並且有時被配製成3CaO．2SiO2)、Ca2SiO4(亦習知為「斜矽灰石」，並且有時被配製成2CaO．SiO2)、Ca3SiO5(亦習知為「矽三鈣石」，並且有時被配製成3CaO．SiO2)以及Ca5(SiO4)2CO3(亦習知為「碳矽鈣石」，並且有時被配製成2Ca2SiO4．CaCO3)，以上每種材料皆可包括一種或更多種其它的金屬離子和氧化物(例如鋁、鎂、鐵或錳的氧化物)、或上述之摻合物、或可以包括含量範圍從微量(1重量%)至約50重量%或更多的、處於天然存在或合成形式的矽酸鎂。第1圖至第8圖為圖示上述某些材料之間各種相的相互關係之相圖。
應當瞭解的是，本文所揭示的組成物和方法可適於使用矽酸鎂來取代或外加於矽酸鈣。如本文所用，術語「矽酸鎂」係指由一群含鎂矽化合物中之一者或更多者所構成的天然存在礦物或合成材料，該含鎂矽化合物包括例如Mg2SiO4(亦習知為「鎂橄欖石」)、Mg3Si4O10(OH)2(亦習知為「滑石」)以及CaMgSiO4(亦習知為「鈣鎂橄欖石」)，以上每種材料皆可包括一種或更多種其它的金屬離子和氧化物(例如鈣、鋁、鐵或鎂的氧化物)、或上述之摻合物、或可 以包括含量範圍從微量(1重量%)至約50重量%或更多的、處於天然存在或合成形式的矽酸鈣。
如本文所用，術語「石英」係指任何基於SiO2的材料，包括一般的砂(建造和石造)以及玻璃和回收玻璃。該術語還包括含有顯著量的SiO2的任何其他回收的天然和合成材料(例如雲母，有時配製成KAl2(AlSi3O10))。
在某些較佳的實施例中，經由氣體輔助的HLPS製程與CO2反應來藉由化學轉化從磨碎的矽礦石(或非矽礦石前驅物矽酸鈣或矽酸鎂)製備出複數種黏結成分。
在某些較佳的實施例中，製備複合材料的生坯包含將粒狀矽酸鹽材料和第二粒狀固體材料與連續或不連續纖維混合的進一步步驟。
在某些實施例中，複合材料之特徵在於從約20兆帕(MPa)至約150MPa(例如約20MPa至約140MPa、約20MPa至約130MPa、約20MPa至約120MPa、約20MPa至約110MPa、約20MPa至約100MPa、約20MPa至約90MPa、約20MPa至約80MPa、約20MPa至約70MPa、約20MPa至約60MPa、約20MPa至約50MPa、約20MPa至約40MPa、約30MPa至約150MPa、約40MPa至約150MPa、約50MPa至約150MPa、約60MPa至約150MPa、約70MPa至約150MPa、約80MPa至約150MPa、約90MPa至約150MPa、約100MPa至約150MPa、約110MPa至約150MPa、約120MPa至約150MPa、約130MPa至約150MPa)的抗壓強度。
在某些實施例中，複合材料之特徵在於從約2MPa 至約15MPa(例如約2MPa至約14MPa、約2MPa至約13MPa、約2MPa至約12MPa、約2MPa至約11MPa、約2MPa至約10MPa、約2MPa至約9MPa、約2MPa至約8MPa、約2MPa至約7MPa、約2MPa至約6MPa、約2MPa至約5MPa、約2MPa至約4MPa、約3MPa至約15MPa、約4MPa至約15MPa、約5MPa至約15MPa、約6MPa至約15MPa、約7MPa至約15MPa、約8MPa至約15MPa、約9MPa至約15MPa、約10MPa至約15MPa、約11MPa至約15MPa、約12MPa至約15MPa、約13MPa至約15MPa)的抗彎強度。
在某些實施例中，複合材料之特徵在於小於約10%(例如小於約8%、5%、4%、3%、2%或1%)的吸水率。
該複合材料可以顯示期望的紋理、圖案及物理性質中之一者或更多者，特別是天然石材的那些特性。在某些較佳的實施例中，該複合材料表現出類似於天然石材的視覺圖案。其它的特性包括顏色(例如黑色、白色、藍色、粉紅色、灰色(淺到深)、綠色、紅色、黃色、棕色、青綠色(藍綠色)或紫色)及紋理。
設備和處理討論 CO2控制
在描述的實施例中，使用純度約99%的工業級CO2，該工業級CO2是由各個不同的工業氣體公司所提供的，例如Praxair公司、Linde AG公司、Air Liquide公司以及其他的公司。可以在大型的加壓貯槽中以液體二氧化碳的形式進 行此供應，該液體二氧化碳被以溫度進行調整，以保持約300PSIG的蒸汽壓。然後將此氣體經由管道輸送到CO2硬化殼體或腔室。在最簡單的系統中，使CO2以足以置換該殼體中的環境空氣之速率流過該殼體。一般來說，淨化時間將取決於殼體的大小和提供的CO2氣體之流率。在許多系統中，此淨化殼體中的空氣之製程可以在以分鐘量測的時間下進行，以獲得高達合理水平的CO2濃度，使得隨後即可以進行硬化。在簡單的系統中，之後將CO2氣體以預定的速率送入系統中，以便保持足以驅動硬化反應的CO2濃度。
作為實例，我們現在描述一種在反應過程中保持二氧化碳濃度的方法，雖然該方法是一種往往是最昂貴技術的「閉迴路」製程，但該方法非常適合用來保持高度一致的濃度。此方法利用在系統中直接量測CO2濃度，並採用諸如PLC的控制器來在具有電子/自動化控制閥的一組點控制CO2濃度。較佳應採用直接量測CO2的量測技術，例如NDIR。在NDIR量測方法中，經由低流量泵從該系統拉動氣體樣品流。使用冷卻器來從氣流驅除濕氣，然後才由NDIR儀器取樣。因此，由分析儀提供的量測缺少氣流的水蒸汽成分，並需要進行調整，以考慮已經被從測試樣品去除的濕度。可以使用乾濕球濕度計算技術、使用乾濕球濕度量測裝置或使用不同類型的濕氣感測器來進行系統氣流中濕度的量測。真實的CO2濃度可以使用電腦控制系統或PLC進行計算。一旦知道了真實的CO2濃度，則致動的比例控制閥可以在CO2已經被消耗掉並且已經低於當下所需的設定點時添加乾燥的CO2進入系 統中。在各種實施例中，必要時該設定點可以基於在硬化特定組成、形狀及尺寸的複合材料樣品的經驗而隨時間變化。
濕度控制
第9圖為依據本發明的原理提供增濕的CO2複合材料硬化腔室之示意圖。在第9圖中，提供了供應水並將水蒸汽添加到在硬化腔室內循環的空氣中。水可以是任何來源方便的飲用水。在一些實施例中使用一般的自來水。在一些實施例中，可以藉由流經噴霧噴嘴或霧化噴嘴、電蒸汽產生器、燃氣蒸汽產生器或是藉由被加熱到高於腔室中的氣體溫度來將水轉化成蒸汽，以便致使液體供應水蒸發，一個實例是具有浸入式加熱器的滾筒反應器。在又另一個實施例中，可以使該CO2供應在冒泡通過加熱的供應水之後再流入該系統中，以提高進入的氣流之相對濕度，一個實例是設以「流過」或「開迴路」處理的滾筒反應器。
相對濕度在傳統混凝土硬化以及CO2複合材料硬化中皆是重要的參數。在傳統的硬化腔室中存在大部分由氮、氧及水蒸汽構成的潮濕空氣氛圍。在這些系統中，相對濕度最常是藉由標準的電容感測器技術進行量測。然而，CO2硬化腔室擁有的氣體氛圍主要是由與某些類型的這些感測器不相容的二氧化碳所組成。在本文描述的CO2複合材料硬化系統中可以使用諸如利用二氧化碳和水蒸汽的濕度比之乾濕球技術或雙極極化水蒸汽量測儀器或冷鏡濕度計或電容式濕度感測器等感測技術。
取決於被硬化的產品之類型和幾何形狀、腔室的設 計、以及產品在腔室中的填充效率，濕度可能需要被降低或增加並被調整到指定的設定點。設定點可以在從1%至99%相對濕度的任何範圍中。三種不同的濕度控制方法可以存在於CO2複合材料硬化製程中並可被併入單一系統中。一種用於在CO2硬化系統的一個實施例中增濕的方法被圖示在第9圖中。另一種方法允許從系統中去除水分，以使用CO2硬化複合材料產品。簡單的降低相對濕度的方法是藉由使用乾燥氣體(例如二氧化碳)置換系統中的濕氣。在仍另一個實施例中，可以降低相對濕度，並從而藉由非淨化方法從氣體中去除水蒸汽，在一個較佳的實施中該非淨化方法為進行水提取的冷卻熱交換器。
第10圖為依據本發明的原理具有多種濕度控制方法以及使用固定的流量或壓力調節來控制和補充CO2的能力而且可以控制溫度的硬化腔室之示意圖。此系統為可以提供閉迴路控制或使用反饋控制的系統之實例，其中提供了在製程循環的特定時間需要的諸如CO2濃度、濕度及溫度等操作參數的設定值，並且進行量測來看受控制的參數之實際值是否為所需的值。假使量測到偏離所需的值，則採取校正行動來使參數值與所需的值一致。這樣的控制系統會是昂貴且複雜的，而且可能是對於高價值的產品或需要非常精確的製程條件的產品有用的。
溫度控制
在一些實施例中，利用諸如熱電偶或RTD的感測器來量測溫度。量測訊號被引導回到控制器或電腦，該控制器 或電腦能夠調節進入熱交換器的能量，從而調整整個系統隨著時間變化的溫度。鼓風機是加熱系統的重要元件，因為鼓風機能夠幫助將熱能轉移給氣體，該氣體轉移到產品和腔室本身，腔室本身是控制樣品濕氣的重要部件。加熱的方法可以是電或燃氣。護套加熱器可以被用來控制流過腔室而與加熱護套接觸的CO2之溫度，任何方便的熱源皆可使用。外部加熱手段可以包括但不限於電加熱、熱水加熱或熱油加熱。對於CO2硬化腔室來說，迄今已利用了間接燃氣系統並避免了直接燃氣燃燒器，因為直接燃氣燃燒器會將空氣和燃燒的產物拉入系統中，從而稀釋CO2並使CO2濃度的控制有很多問題。一些較小規模的系統，例如鼓式反應器利用電護套加熱器而不是腔室內的加熱元件來加熱腔室的整個表面。
氣流控制
另一個控制參數是橫跨將在系統中進行硬化的物質之氣體速度。該氣體速度可以非常依賴於製程設備的變數，包括但不限於腔室設計、擋板設計、風扇的尺寸、風扇的速度/功率、風扇的數量、系統內的溫度梯度、系統內的架設計、以及系統內的樣品幾何形狀。控制腔室內氣流速度的最簡單方法是藉由調整鼓風機轉速(每分鐘的轉數)，通常是藉由使用變頻驅動器來完成，以允許控制鼓風機的馬達轉速。鼓風機可被用於在硬化腔室中以所需的速度循環氣體。在系統中經由各種不同的技術量測系統中的氣體速度，該等技術包括但不限於皮托管量測和雷射都卜勒檢測系統。氣體速度的量測訊號可以被送回電腦系統或可程式化邏輯控制器並被用來 作為硬化曲線的控制參數。
製備薄複合材料板之方法
我們描述了一種製備複合材料的方法。該方法包括以下步驟：將微粒組成物和液體組成物混合以產生漿料混合物；使用以下任一方式將該漿料混合物成形為所需的形狀：將該漿料澆鑄於模具中、在模具中按壓該漿料、在振動模具中按壓該漿料、射出該漿料、滑移成形該漿料、或使用任何其他在混凝土生產中常見的成形方法；以及在包含水和CO2的蒸汽及範圍從約環境大氣壓力至高於環境大氣壓力約50psi的壓力及範圍從約10%至約90%的CO2濃度下，在從約20℃至約150℃範圍中的溫度下硬化該成形的漿料混合物進行約1小時至約80小時，以產生表現出紋理及/或圖案及與抗壓強度、抗彎強度、密度、抗降解性等等相關的所需物理性質的複合材料。在某些較佳的實施例中，製備複合材料的生坯包含將粒狀矽酸鹽材料和第二粒狀固體材料與連續或不連續纖維混合的步驟。
該粒狀組成物包括平均粒徑範圍從約1μm至約100μm的磨碎矽酸鈣。此外，該粒狀組成物可以包括平均粒徑範圍從約3μm至約25mm的磨碎碳酸鈣或含SiO2材料。該液體組成物包括水，而且可以包括水溶性分散劑。
該方法可以在硬化澆鑄混合物之前進一步包括乾燥該澆鑄混合物的步驟。該粒狀組成物進一步包含如本文所述的顏料或著色劑。
在某些實施例中，硬化所形成的漿料混合物是在包 含水和CO2的蒸汽及範圍從約環境大氣壓力至高於環境大氣壓力約30psi的壓力下、在從約30℃至約120℃範圍中的溫度下進行約1小時至約70小時。
在某些實施例中，硬化所形成的漿料混合物是在包含水和CO2的蒸汽及範圍從約環境大氣壓力至高於環境大氣壓力約30psi的壓力下、在從約60℃至約110℃範圍中的溫度下進行約1小時至約70小時。
在某些實施例中，硬化所形成的漿料混合物是在包含水和CO2的蒸汽及範圍從約環境大氣壓力至高於環境大氣壓力約30psi的壓力下、在從約80℃至約100℃範圍中的溫度下進行約1小時至約60小時。
在某些實施例中，硬化所形成的漿料混合物是在包含水和CO2的蒸汽及環境大氣壓力下、在等於或低於約60℃的溫度下進行約1小時至約50小時。
舉例來說，在一些實施例中，該磨碎的矽酸鈣具有從約1μm至約100μm的中度粒徑(例如約1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、40μm、90μm)。
在某些較佳的實施例中，該液體組成物包括水和水溶性分散劑，該水溶性分散劑包含濃度從該液體組成物之約0.1重量%至約2重量%的聚合物鹽(例如丙烯酸均聚物鹽)。
依據本文揭示的方法所製備的複合材料可以表現出從約20MPa至約150MPa的抗壓強度及從約2MPa至約15MPa的抗彎強度。
我們還描述了一種或更多種由複合材料製成的製造 物品。
可以採用任何適當的前驅物材料。例如主要由矽礦石CaSiO3形成的矽酸鈣顆粒可以與溶於水的二氧化碳反應。據信鈣陽離子會被從矽礦石濾出並將矽礦石核心的周圍部分轉變成缺鈣的矽礦石。隨著鈣陽離子持續被從該核心的周圍部分濾出，該周圍部分的結構最終會變得不穩定而破裂，從而將該核心的缺鈣矽礦石周圍部分轉變成主要富含二氧化矽的第一層。此時，主要為碳酸鈣的第二層會從水中沉澱出。
更具體來說，該第一層和第二層可以依據下列反應(1)從前驅物顆粒形成，反應(1)可以使用水作為反應介質而不是作為試劑(即水不會被消耗掉)：CaSiO3(s)+CO2(g)→CaCO3(s)+SiO2(s) △H°=-87kJ/mol CO2 (1)
舉例來說，在例如使用矽礦石進行的矽酸鹽礦物碳酸化反應中，CO2被引入作為溶於滲透流體(例如水)的氣相。CO2的溶解形成了酸性的碳酸物種(例如碳酸，H2CO3)，從而使溶液中的pH降低。弱酸性溶液不一致地從CaSiO3中溶解出鈣物種。釋放出的鈣陽離子與離解的碳酸鹽物種導致不可溶的碳酸鹽沉澱出。富含二氧化矽的層被認為仍留在礦物顆粒上作為鈣耗盡層。
因此，依據本發明的較佳實施例，CO2優先與矽礦石前驅物核心的鈣陽離子反應，從而將前驅物核心的周圍部分轉變成富含二氧化矽的第一層和富含碳酸鈣的第二層。而且，存在於該核心上的第一層和第二層作為矽礦石和二氧化 碳之間進一步反應的阻障，從而產生具有該核心、第一層及第二層的黏結成分。
在一些實施例中，具有非Ca金屬的矽酸鹽材料或除了Ca以外還具有其他金屬的矽酸鹽材料，例如鎂橄欖石(Mg2SiO4)、透輝石(CaMgSi2O6)及滑石(Mg3Si4O10(OH)2)可以類似於矽礦石反應的方式與溶於水的二氧化碳進行反應，如上所述。據信，依據本發明的原理，這樣的矽酸鹽材料可以被單獨、組合及/或與矽礦石組合使用來作為黏結成分的前驅物。
較佳地，氣體輔助的HLPS製程利用局部滲透的孔隙空間，以便使氣體擴散能夠迅速地滲透多孔預型體和具有溶解CO2的孔中的飽和薄液體界面溶劑膜。基於CO2的物種在純水中具有低的溶解度(在25℃、1大氣壓下為1.5g/L)。因此，必須連續地供應大量的CO2到達且遍佈於多孔預型體，以致能大量的碳酸鹽轉化。利用氣相擴散提供了比在液相中擴散溶解CO2相同時間的擴散長度更巨大的(約100倍)擴散長度增加。(「化學與物理手冊(Handbook of chemistry and physics)」，編輯：D.R.Lide，第6章和第8章，第87版，2006-2007年，CRC)此部分滲透的狀態使得反應能夠在固定的時段中進行到高度的碳酸化。
孔隙中的液體水加速了反應速率，因為該液體水提供了用於離子化碳酸和鈣物種兩者的介質。然而，水的含量必須足夠低，使得CO2氣體可以擴散進入多孔基質，之後再溶於孔隙束縛的水相中。此外，主動溶解多孔預型體可用來 作為膨脹性反應晶體生長的模板。因此，可以形成具有最少變形和殘餘應力的黏結成分和基質。這使得能夠產生大的複雜形狀，例如除了許多其他的應用之外的基礎設施和建築材料所需要的那些。
因此，可以設計各種組合的硬化條件來實現所需的生產製程，其中包括不同的反應溫度、壓力及反應長度。在第一示例性實施例中，水存在於前驅物材料中(例如作為來自先前混合步驟的殘餘水)，並且將液體水與CO2一起提供給前驅物材料(例如用以保持水含量及/或控制蒸發的水損失)，而且硬化製程是在約90℃和約20psig(即高於環境壓力20psi)下進行從約2小時至90小時的時間。
在第二示例性實施例中，水存在於前驅物材料中(例如作為來自先前混合步驟的殘餘水)，並且將水蒸汽與CO2一起提供給前驅物材料(例如用以保持水含量及/或控制蒸發的水損失)，而且硬化製程是在約90℃和約20psig(即高於環境壓力20psi)下進行從約2小時至90小時的時間。
在第三示例性實施例中，水存在於前驅物材料中(例如作為來自先前混合步驟的殘餘水)，並且將水蒸汽與CO2一起提供給前驅物材料(例如用以保持水含量及/或控制蒸發的水損失)，而且硬化製程是在約25至90℃和0psig(在環境壓力)下進行從約2小時至72小時的時間。
在上述實施例中，硬化複合材料物體所需的時間係由水蒸汽和CO2氣體擴散遍佈該物體的能力來決定。一般來說，較厚的物體花費比較薄的物體更長的時間來硬化。類似 地，具有高密度(和較少的開放孔隙空間)的物體花費比具有低密度(和較多的開放孔隙空間)的物體更長的時間來硬化。表1提供了硬化時間可以如何相對於三個尺寸中的最小厚度(或壁厚度或片厚度)及被製造的物體之整體密度改變的實例。
製造的微結構之討論
如第11(a)-11(c)圖中示意性圖示的，黏結成分包括核心(由黑色的內部部分表示)、第一層(由白色的中間部分表示)及第二或包封層(由外部部分表示)。該第一層可以只包括一個層或多個次層，而且可以完全或部分地覆蓋該核心。該第一層可以以結晶相、非晶相或上述之混合物存在，而且也可以處於連續相或作為分散的顆粒。該第二層可以只包括一個層或多個次層，而且也可以完全地或部分地覆蓋該第一層。該第二層可以包括複數種顆粒，或者可以屬於具有最少分散顆粒的連續相。
黏結成分可以表現出任何的尺寸和任何規則或不規則的、實心或空心的形態，取決於預期的應用。示例性的形態包括：立方體、長方體、棱柱、圓盤、棱錐、多面體或多 面的顆粒、圓柱體、球體、圓錐體、環、管、新月體、針、纖維、細絲、薄片、球體、子球體、珠、葡萄狀、粒狀、長橢圓形、棒、波紋等。
一般來說，如本文中更詳細討論的，黏結成分是由反應性前驅物材料(例如前驅物顆粒)通過轉變製程所產生的。該等前驅物顆粒可以具有任何的尺寸和形狀，只要滿足預期應用的需求即可。該轉變製程通常導致相應的黏結成分具有與該等前驅物顆粒類似的尺寸和形狀。
在黏結基質內，該等黏結成分可以在若干方向中的任一個方向上被相對於彼此定位。第12(a)-12(f)圖示意性圖示示例性的黏結基質，該黏結基質包括藉由摻入填充材料可能被稀釋的、處於不同方向上的纖維狀或片狀黏結成分，該填充材料如藉由該等黏結成分之間的間隔所表示。例如，第12(a)圖圖示包括纖維狀黏結成分的黏結基質，該等黏結成分排列在一個方向(「1-D」)的方位上(例如相對於x方向排列)。第12(b)圖圖示包括片狀黏結成分的黏結基質，該等黏結成分排列在兩個方向(「2-D」)的方位上(例如相對於x和y方向排列)。第12(c)圖圖示包括片狀黏結成分的黏結基質，該等黏結成分排列在三個方向(「3-D」)的方位上(例如相對於x、y及z方向排列)。第12(d)圖圖示的黏結基質包括處於隨機方位上的片狀黏結成分，其中該等黏結成分並未相對於任何特定的方向排列。第12(e)圖圖示的黏結基質包括相對高濃度的片狀黏結成分，該等黏結成分係以3-D方位排列。第12(f)圖圖示的黏結基質包括相對低濃度的片狀黏結成分，該等黏結 成分係處在隨機的方位上(滲流網絡)。第12(f)圖的複合材料達到了滲流臨界，因為大部分的黏結成分彼此碰觸，使得連續的接觸網絡從材料的一端形成到另一端。該滲流臨界為一種關鍵濃度，高於該關鍵濃度時該等黏結成分表現出長範圍的連接性，並具有有序的(例如第12(e)圖)或隨機的(例如第12(f)圖)黏結成分方位。連接圖案之實例可以在例如1978年的Mat.Res.Bull.第13卷第525-536頁中Newnham等人的「連接性和壓電-熱電型複合物(Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites)」中找到。
可以從任何適當的前驅物材料化學轉化出複數種黏結成分，例如從矽礦石以外的前驅物矽酸鈣。該前驅物矽酸鈣可以包括鋁、鎂及鐵中之一種或更多種化學元素。
該複數種黏結成分可以具有任何適當的平均粒徑和粒徑分佈，取決於所需的複合材料。在某些實施例中，該複數種黏結成分具有在約5μm至約100μm範圍中(例如約5μm至約80μm、約5μm至約60μm、約5μm至約50μm、約5μm至約40μm、約5μm至約30μm、約5μm至約20μm、約5μm至約10μm、約10μm至約80μm、約10μm至約70μm、約10μm至約60μm、約10μm至約50μm、約10μm至約40μm、約10μm至約30μm、約10μm至約20μm)的平均粒徑。在較佳的實施例中，該等黏結成分具有在約5μm至約25μm範圍中的平均粒徑。
在一些情況下複合材料包括：複數種黏結成分和複數種填充顆粒。每一種黏結成分皆包括：主要包含矽酸鈣的 核心、富含二氧化矽的第一層或內層、及富含碳酸鈣的第二層或外層。該複數種黏結成分和該複數種填充顆粒一起形成一種或更多種黏結基質，並且該等黏結成分和填充顆粒大致上均勻地分散在該黏結基質中並黏結在一起，從而使該複合材料表現出一種或更多種紋理、圖案及物理性質。在某些情況下，該等黏結成分可以具有矽酸鎂核心、及富含二氧化矽的第一層或內層、以及富含碳酸鎂的第二層或外層。矽酸鎂可以包括鋁、鈣、鐵或錳的氧化物。
該複數種填充顆粒可以具有任何適當的平均粒徑和粒徑分佈。在某些實施例中，該複數種填充顆粒具有範圍從約5μm至約7mm(例如約5μm至約5mm、約5μm至約4mm、約5μm至約3mm、約5μm至約2mm、約5μm至約1mm、約5μm至約500μm、約5μm至約300μm、約20μm至約5mm、約20μm至約4mm、約20μm至約3mm、約20μm至約2mm、約20μm至約1mm、約20μm至約500μm、約20μm至約300μm、約100μm至約5mm、約100μm至約4mm、約100μm至約3mm、約100μm至約2mm、約100μm至約1mm)的平均粒徑。
在某些較佳的實施例中，該等填充顆粒是由諸如石灰石(例如磨碎的石灰石)的富含碳酸鈣材料所製成的。在某些材料中，該等填充顆粒是由SiO2類或矽酸鹽類材料中之一者或更多者所製成，該SiO2類或矽酸鹽類材料例如石英、雲母、花崗岩、及長石(例如磨碎的石英、磨碎的雲母、磨碎的花崗岩、磨碎的長石)。
在某些實施例中，該等填充顆粒可以包括天然的、合成的及回收的材料，例如玻璃、回收玻璃、煤渣、富含碳酸鈣的材料及富含碳酸鎂的材料。
在某些較佳的實施例中，製備複合材料的生坯包含將粒狀矽酸鹽材料和該第二粒狀固體材料與連續或不連續纖維混合的進一步步驟。
(黏結成分)：(填充顆粒)的重量比可以是任何適當的定量，取決於所需的複合材料，例如在約(10至50)：約(50至90)的範圍中。
在某些實施例中，這些複合材料可以顯示各種圖案、紋理及其他特性，例如各種顏色的視覺圖案。此外，本發明的複合材料表現出的抗壓強度、抗彎強度及吸水性質係類似於傳統的混凝土或相關的天然材料。
在某些實施例中，該複合材料還包括顏料。該顏料可以均勻地分散或大致上不均勻地分散在該黏結基質中，取決於所需的複合材料。該顏料可以是任何適當的顏料，包括例如各種金屬的氧化物(例如氧化鐵、氧化鈷、氧化鉻)。該顏料可以具有任何一種或多種例如選自黑色、白色、藍色、灰色、粉紅色、綠色、紅色、黃色及褐色的顏色。該顏料可以以任何適當的量存在，取決於所需的複合材料，例如該量之範圍以重量計係從約0.0%至約10%(例如約0.0%至約8%、約0.0%至約6%、約0.0%至約5%、約0.0%至約4%、約0.0%至約3%、約0.0%至約2%、約0.0%至約1%、約0.0%至約0.5%、約0.0%至約0.3%、約0.0%至約2%、約 0.0%至約0.1%)。
硬化薄複合材料片
現在我們描述在潮濕和富含二氧化碳的條件下迅速硬化薄複合材料片的方法。
用於硬化依據如本文所述的發明原理所製作的薄複合材料片的系統和方法之各種優點為：減少的原始風化、由於化學收縮造成的破裂傾向降低、因為製程使用顏色較淡的水泥進行而改良的美學價值、減少的模具周轉時間及CO2(為溫室氣體)消耗。
幾何形狀和尺寸
將片的幾何形狀和尺寸的一些實例列在下面的表2中。
薄複合材料片之剖面幾何形狀
我們已經示範操作了在6小時內硬化11-14mm厚的複合材料片。該複合材料片是振動澆鑄的。在其它的實施例中，也可以使用稍加修改的配方來射出或按壓(使用類似於預澆鑄混凝土工業中使用的生坯片成形製程)這些複合材料片，以實現硬化之前使用的漿料之正確流變學。
第13A圖為第一形狀的薄複合材料片之示意性剖面 圖。
第13B圖為第二形狀的薄複合材料片之示意性剖面圖。
第13C圖為第三形狀的薄複合材料片之示意性剖面圖。
第13D圖為第四形狀的薄複合材料片之示意性剖面圖。
在第13A圖和第13B圖中圖示的形狀可以藉由在硬化之前按壓生坯片來製作。第13D圖中圖示的形狀可以藉由使用如第13D圖中圖示的片之頂部所顯示的彎曲形狀作為底部表面的模具來製作。
雖然已經描述的幾何形狀為方形或矩形的，但也可以製作具有任何方便形狀的物體，該方便形狀例如圓形、三角形、六邊形等等。
原料
使用的原料包括來自中國東海的東海金源實業的合成矽礦石(SC-C2)；來自新澤西州邦德布魯克(Bound Brook,NJ)的建築用砂、水及Glenium® 7500高範圍減水混合物(可向俄亥俄州44122-5544克利夫蘭23700夏格林大道(23700 Chagrin Boulevard,Cleveland,Ohio 44122-5544)的BASF公司取得)。表3給出了固體和液體成分的總百分比及用於製備鋪路材料的原料之每個固體和液體混合物中使用的成分原料之相對百分比。
表3混合比例(每批100kg)
混合程序
混合在製作片中使用的成分的程序包括以下使用馬達驅動的機械攪拌器進行的步驟。
1.量測及將建築用砂載入行星式混合器(Sicoma型號MP375/250行星式攪拌器，可向佛羅里達州34683棕櫚港1014俄亥俄大街的Sicoma北美公司(Sicoma North America Inc.,1014 Ohio Avenue,Palm Harbor,FL 34683)取得)。
2.量測及將合成矽礦石(SC-C2)載入該混合器。
雖然以給定的順序陳述步驟1和2，但以步驟2先於步驟1的順序來進行上述步驟也是同樣有效的。在替代的實施例中，預先量測量的砂和合成矽礦石可以被同時載入攪拌器中然後混合。
3.將載入混合器的固體成分混合約3分鐘。這產生了乾燥混合物。
4.量測並將液體成分載入含有該乾燥混合物的混合器中，並繼續混合約2分鐘，直到均勻的漿料形成。這產生了濕潤混合物。
所給的時間對於製作的漿料量是足夠的。假使想要 製作更大量的漿料，則可能需要更長的混合時間來得到均勻的混合物，這取決於所使用的混合器之尺寸和速度。
成形的程序
然後將足夠的濕混合物倒入110mm×110mm的模具中，以形成厚度在11至14mm範圍中的試樣。
將模具放在振動台上，並讓濕混合物在振動下壓實，以形成形式為薄複合材料片的生坯陶瓷或複合材料體。
硬化程序
第14圖為在被放在硬化腔室中的金屬模具中的幾個薄複合材料片之影像。該等薄複合材料片只有讓每個片的一側曝露於硬化腔室中的環境。第14圖中圖示的最靠近觀看者的薄複合材料片具有220mm×220mm的長度和寬度尺寸。圖示出的其它薄複合材料片中至少一些具有不同的長度和寬度尺寸。
將模具中的生坯陶瓷或複合材料體放在第14圖中圖示的內徑7英尺、12英尺長的水平硬化腔室中。使用CO2氣體淨化該硬化腔室12分鐘。然後將該硬化腔室的溫度設定於60℃。
該等生坯陶瓷或複合材料體在這些條件下硬化6小時。據信，若該等複合材料具有足夠薄的剖面，例如本文所述的10至15mm，則6小時或更短的硬化時間即足以硬化這樣的複合材料。據信，生坯複合材料體可以在短於6小時的時間內被硬化，例如在短於4小時、短於2小時、或短於1小時下硬化。將該等硬化的陶瓷或複合材料體從該硬化腔室 中取出並放在90℃的工業乾燥烘箱中，以去除任何殘餘的水。根據反應過程中試樣的重量增加來計算水泥與CO2的反應程度。該等硬化的陶瓷或複合材料體表現出至少50%的反應程度。
測試及性能
藉由將薄板裝載於中心點並在該板之兩端支撐該板來測試這些板的抗彎強度。在厚度小於14mm的片進行6小時的硬化之後獲得高達750psi的抗彎強度。露天曝露一周的時間之後，該等板未表現出可見的風化。
理論探討
雖然本文給出的理論描述被認為是正確的，但本文描述和主張的裝置操作與理論描述的準確性或正確性無關。也就是說，在不同於本文中呈現的理論之基礎上可以解釋觀察結果的往後理論發展將不會減損本文所述的發明。
任何專利、專利申請、專利申請公開、期刊文章、書籍、發表的論文、或說明書中確認的其他公眾可得材料係以引用方式全部併入本文中。據說以引用方式併入本文中、但與現有定義、陳述或其他本文中明確闡述的揭示材料衝突的任何材料或該材料之部分只被併入到沒有衝突出現於所併入材料和本揭示材料之間的程度。在發生衝突的情況下，將以有利於本揭示作為較佳揭示的方式解決該衝突。
雖然已經具體圖示並參照如圖式所示的較佳模式來描述本發明，但本技術領域中具有通常知識者將瞭解的是，在不偏離如由申請專利範圍所定義的發明精神和範圍下，各 種細節變化皆可以在其中發生作用。

Claims (20)

  1. 一種快速硬化一薄複合材料片的方法，包含以下步驟：製備一複合材料之一生坯，該生坯具有一範圍在5mm至25mm的剖面；以及使該生坯與CO2在一硬化腔室中反應，以產生一具有一薄剖面的硬化複合材料。
  2. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該剖面係在11mm至14mm的範圍中。
  3. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該生坯包含一與CO2反應的矽酸鹽材料。
  4. 如請求項3所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該矽酸鹽材料為合成的矽礦石。
  5. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該製備一複合材料之一生坯的步驟包含將一粒狀矽酸鹽材料與一第二粒狀固體材料以一預定的比例混合的步驟。
  6. 如請求項5所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該第二粒狀固體材料為砂和飛灰中之至少一者。
  7. 如請求項5所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其 中該製備一複合材料之一生坯的步驟包含將該粒狀矽酸鹽材料和該第二粒狀固體材料與一液體混合以形成一漿料的進一步步驟。
  8. 如請求項7所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該液體包含水和一減水成分。
  9. 如請求項5所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該製備一複合材料之一生坯的步驟包含將該粒狀矽酸鹽材料和該第二粒狀固體材料與連續或不連續纖維混合的進一步步驟。
  10. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，進一步包含加熱該具有一薄剖面的硬化複合材料以驅除水的步驟。
  11. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該使該生坯與CO2在一硬化腔室中反應的步驟係進行6小時或更短。
  12. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該使該生坯與CO2在一硬化腔室中反應的步驟係在一60℃的溫度下進行。
  13. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該薄複合材料在該反應步驟之前於一模具中成形。
  14. 如請求項13所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該薄複合材料係在一模具中藉由施加振動而成形。
  15. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該薄複合材料係在一模具中藉由按壓而成形。
  16. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該薄複合材料係藉由射出而成形。
  17. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該薄複合材料具有一在55至220mm範圍中的長度。
  18. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該薄複合材料具有一在55至220mm範圍中的寬度。
  19. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該薄複合材料包含黏結成分，該等黏結成分具有一在5至50微米範圍中的平均粒徑。
  20. 如請求項1所述之快速硬化一薄複合材料片的方法，其中該薄複合材料包含黏結成分，該等黏結成分具有一在5至 25微米範圍中的平均粒徑。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6438001B2 (ja) 2013-03-13 2018-12-12 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドＳｏｌｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 複合枕木およびその製造方法およびその使用法
BR112015023198A2 (pt) 2013-03-13 2017-07-18 Solidia Technologies Inc materiais compósitos aerados, metodos de produção e usos dos mesmos
MX359648B (es) * 2013-03-14 2018-10-05 Solidia Technologies Inc Sistemas de cuadro para materiales que consumen dióxido de carbono y método de uso de los mismos.
WO2014197545A1 (en) 2013-06-07 2014-12-11 Solidia Technologies, Inc. Pervious composite materials, methods of production and uses thereof
WO2015026900A2 (en) 2013-08-21 2015-02-26 Solidia Technologies, Inc. Aerated composite materials, methods of production and uses thereof
TW201533304A (zh) 2013-10-04 2015-09-01 Solidia Technologies Inc 中空核心物件與複合材料及其生產與使用方法
KR102091678B1 (ko) 2013-11-06 2020-04-24 럿거스, 더 스테이트 유니버시티 오브 뉴저지 적층가공공정에서 저온 고화를 이용하여 다공성 매트릭스로부터 모놀리식 바디의 제조
CA2937822C (en) 2014-01-22 2023-05-16 Solidia Technologies, Inc. Method and apparatus for curing co2 composite material objects at near ambient temperature and pressure
EP3177578B1 (en) 2014-08-04 2020-04-08 Solidia Technologies, Inc. Carbonatable calcium silicate compositions
WO2016054602A1 (en) 2014-10-03 2016-04-07 Solidia Technologies, Inc. Composition carbonatable calcium silicate cement containing hydrating materials
CA2980014C (en) 2015-03-20 2023-09-26 Solidia Technologies, Inc. Composite materials and bonding elements from carbonation of calcium silicate and methods thereof
US10695949B2 (en) 2015-05-18 2020-06-30 Solidia Technologies, Ltd. Lightweight composite materials produced from carbonatable calcium silicate and methods thereof
CA3011251C (en) * 2016-01-19 2023-02-28 Solidia Technologies, Inc. Novel cement chemistries
JP2019507098A (ja) 2016-03-04 2019-03-14 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドＳｏｌｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 白色炭酸化可能なケイ酸カルシウム系セメント並びにその製造方法及び使用
CA3016363A1 (en) 2016-03-11 2017-09-14 Solidia Technologies, Inc. Hazing control for carbonatable calcium silicate-based cements and concretes
JP7068196B2 (ja) * 2016-05-31 2022-05-16 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッド コンディショニングされた硬化システムおよびその方法
WO2018175748A1 (en) 2017-03-23 2018-09-27 Solidia Technologies, Inc. Carbonatable calcium silicate-based cements and concretes having mineral additives, and methods thereof
US20190152858A1 (en) 2017-11-21 2019-05-23 Holcim Technology Ltd Compositions and method to improve the aesthetics of calcium silicate-based cements and concretes
US11518715B2 (en) 2017-11-21 2022-12-06 Solidia Technologies, Inc. Compositions and method to improve the durability of calcium silicate-based cements and concretes
US11667573B2 (en) 2017-11-21 2023-06-06 Solidia Technologies, Inc Compositions and method to improve the strength development of calcium silicate-based cements and concretes

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE410101B (sv) * 1978-01-03 1979-09-24 Malinowski Roman Sett vid gjutning av betong
US5637412A (en) * 1990-05-18 1997-06-10 E. Khashoggi Industries Compressed hydraulically bonded composite articles
SU1753683A1 (ru) * 1990-07-26 1994-03-30 Московский химико-технологический институт им.Д.И.Менделеева Вяжущее
RU1812174C (ru) * 1991-02-19 1993-04-30 Н.Н.Леухин Способ формовани силикатного кирпича
RU2084416C1 (ru) * 1992-06-25 1997-07-20 Внешнеэкономическая ассоциация "Полимод" в области модификаторов бетона Способ изготовления декоративных строительных изделий и/или декоративных покрытий
JP4320182B2 (ja) * 2002-05-07 2009-08-26 積水化学工業株式会社 炭酸化硬化体及びその製造方法
EP1604374A2 (en) * 2003-02-26 2005-12-14 CH2M Hill, Inc. Aluminum phosphate ceramics for waste storage
US8652580B2 (en) * 2003-07-15 2014-02-18 Tagawasangyo Co., Ltd. Manufacturing method of tiles
WO2005123625A1 (ja) * 2004-06-15 2005-12-29 Mitsubishi Materials Kenzai Corporation セメント系押出成形用組成物
JP2007022883A (ja) 2005-07-20 2007-02-01 Clion Co Ltd 抗菌抗カビ消臭機能を備える無機成形体及びその製造方法
NZ585191A (en) 2007-11-15 2013-02-22 Univ Rutgers Method of hydrothermal liquid phase sintering of ceramic materials and products derived therefrom
US8114367B2 (en) 2007-11-15 2012-02-14 Rutgers, The State University Of New Jersey Systems and methods for carbon capture and sequestration and compositions derived therefrom
EP2493686A4 (en) 2009-10-26 2015-09-09 Univ Rutgers HYDROXYAPATITIS WITH CONTROLLABLE DIMENSION AND MORPHOLOGY
US20110158873A1 (en) 2010-01-22 2011-06-30 Rutgers, The State University Of New Jersey Sequestration of a gas emitted by an industrial plant
JP5944095B2 (ja) * 2010-07-26 2016-07-05 三菱製鋼株式会社 開閉装置
UA113844C2 (xx) * 2011-03-05 2017-03-27 Зв'язуючий елемент, зв'язуюча матриця і композитний матеріал, що має зв'язуючий елемент, та спосіб його виготовлення
EP2690124B1 (en) * 2012-07-27 2015-09-16 Samsung Electronics Co., Ltd Composition Comprising Polyimide Block Copolymer And Inorganic Particles, Method Of Preparing The Same, Article Including The Same, And Display Device Including The Article
US20140127450A1 (en) * 2012-10-04 2014-05-08 Richard E. Riman Marble-like composite materials and methods of preparation thereof
US20140342124A1 (en) * 2012-10-04 2014-11-20 Dawid Zambrzycki Wood-like composite materials and methods of preparation thereof
US20150266778A1 (en) * 2012-10-04 2015-09-24 Rutgers, The State University Of New Jersey Granite-like composite materials and methods of preparation thereof
JP6438001B2 (ja) * 2013-03-13 2018-12-12 ソリディア テクノロジーズ インコーポレイテッドＳｏｌｉｄｉａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ． 複合枕木およびその製造方法およびその使用法
BR112015023198A2 (pt) * 2013-03-13 2017-07-18 Solidia Technologies Inc materiais compósitos aerados, metodos de produção e usos dos mesmos
WO2014159832A1 (en) * 2013-03-13 2014-10-02 Solidia Technologies, Inc. Pavers and block composite materials and methods of preparation thereof

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Publication number Publication date
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