改进的材料的制作方法

专利名称：改进的材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有改进的和有用的性能的材料以及与制造所述材料有关的方法。具体地，本发明涉及对一种材料的表面进行改性以便能够由这个表面携带二氧化碳的一种方法。二氧化碳可能以一种可逆的或者不可逆的方式束缚到该表面上。
背景技术：
出于环境的原因，存在着一种日益增加的急迫需要来减少二氧化碳向大气中的排放。还非常有益的是，提供从大气中去除二氧化碳的手段。

发明内容
本发明的一个目的是，提供可以使二氧化碳结合到一种有用的产品中或者协助形成该有用的产品的一种方法。根据本发明的一个第一方面，提供了一种对材料的表面进行处理的方法，该方法包括以下步骤(a)将该材料的表面与一种包括氨基化合物的组合物进行接触；并且(b)将该材料的表面与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行接触。本发明的方法可以对任何适合的材料进行处理。在优选实施方案中，该材料是一种含碳的材料。该材料可以是一种天然的材料或者它可以是一种合成的材料，或者它可以是一种半合成的材料，例如一种被加工成不同形式的天然材料。它可以是一种纤维素材料， 包括一种天然纤维素材料或者一种半合成的、加工的纤维素材料，例如人造纤维或者溶纺纤维素纤维。在一些优选实施方案中，由本发明的方法处理的材料是一种纤维材料。该材料可以包括天然纤维和/或合成纤维和/或半合成纤维，例如再生的纤维素产物。适合的合成纤维包括聚酰胺、聚酯、以及聚丙烯酸化物。优选地，该材料包括天然纤维。使用天然纤维可以帮助改进由本发明的方法处理的材料的环境特征 (environmental profile)。适合在本发明的方法中使用的天然纤维包括棉花、大麻、亚麻、丝绸、黄麻、洋麻、 苎麻、剑麻、木棉、龙舌兰、藤条(rattan)、大豆、葡萄藤、香蕉、椰纤维、茎纤维、以及它们的混合物。适合用于在本发明中使用的纤维可以作为绳股或者附聚块、以适合预期应用的尺寸来提供。本发明的步骤(a)和(b)可以顺序地或者同时地进行。在优选实施方案中，步骤 (a)和(b)顺序地进行。在尤其优选的实施方案中，步骤(b)是在步骤(a)之后进行的并且因此步骤(b)包括将已经与包括一种氨基化合物的组合物接触了的材料的表面与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行接触。因此，步骤(b)适当地包括将一个携带了氨基化合物的表面与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行接触。然而，本发明的以下实施方案也是在本发明的范围之内其中步骤(a)和(b)是同时进行的，也就是说使用一种单一的包含氨基化合物以及二氧化碳或者其来源的组合物对一种材料的表面进行处理。步骤(a)包括将该材料的表面与一种包括氨基化合物的组合物进行接触。该氨基化合物可以是任何包含氨基或者取代的氨基部分(例如，氨、脂肪族胺或芳香族胺、酰胺或脲)的化合物。优选地，该氨基化合物是选自氨或胺。可以使用任何适合的胺，包括芳香族胺和脂肪族胺。优选的胺是脂肪族胺，例如烷基胺、链烯基胺、或炔基胺。此类胺可以是取代的或者未取代的。适合的取代的胺包括氨基酸以及醇胺(烷醇胺)，例如具有化学式R1R2R3N 的，其中R1是具有化学式HO-X-的基团，其中X-代表一个CV4亚烷基基团，优选一个亚乙基基团，R2代表一个氢原子或者具有化学式HO-X-的基团，并且R3代表一个氢原子或者具有化学式HO-X-的基团(这些基团X是相同的或者不同的)。单烷醇胺以及二烷醇胺是优选的，尤其是乙醇胺(二乙醇胺和/或一乙醇胺)。用于在此使用的、尤其优选的胺是烷基胺， 最优选地是未取代的烷基胺以及烷醇胺。该氨基化合物可以是氨、伯胺、仲胺、或者叔胺。优选在本发明的步骤(a)中使用的胺是伯胺、仲胺、或者它们的混合物。在此使用的、尤其优选的胺是伯或仲烷基胺，尤其具有多达12个碳原子、优选多达10个碳原子、适合地多达8个碳原子、更优选高达6个碳原子、例如多达4个碳原子的烷基胺。在此使用的优选的胺是甲胺、二甲胺、乙胺、二乙胺、 丙胺、二丙胺、丁胺、二丁胺、以及它们的混合物和同分异构体。在一个尤其优选的实施方案中，步骤(a)包括将该材料的表面与一种包括乙胺、二乙胺、或者它们混合物的组合物进行接触。在本发明的步骤(a)中使用的组合物可以包括气态或液体形式的、纯净的、浓缩的氨基化合物，或者它可以包括一种或多种包括例如一种稀释剂或载体的另外的组分。优选地， 在步骤(a)中使用的组合物是一种液体组合物。这可以通过例如为本领域的普通技术人员所熟知的任何适合的技术来施加。例如，它可以是通过喷涂、填料、或者浸渍来施加的。适当的是，可以将胺在一种溶剂中的溶液施加在该材料上，并且然后将该材料进行干燥以便完成过量的溶剂和/或胺的蒸发。适合的溶剂包括水、有机溶剂、以及它们的混合物。在一些实施方案中，在步骤(a)中使用的组合物包括作为蒸气来提供的氨基化合物。适当地是，在此类实施方案中，将该材料放入一个密封的容器中，并且然后使该氨基化合物的蒸气穿过该容器。在优选的实施方案中，步骤(a)包括施加一种组合物，这种组合物包括至少10重量百分比的氨基化合物，优选至少20重量百分比的氨基化合物，适合的是至少40重量百分比的、至少60重量百分比的、或者至少80重量百分比的氨基化合物。适当的是，步骤(a) 包括施加一种组合物，这种组合物包括至少90重量百分比的氨基化合物，例如至少95重量百分比或至少98重量百分比。优选地，这种包括氨基化合物的组合物包含至少5重量百分比的水、优选至少10 重量百分比的水、最优选至少20重量百分比的水。优选地，用于在步骤(a)中使用的组合物基本上由水和这种氨基化合物组成。这种氨基化合物优选地处于如以上限定的量值，并且该水是这种组合物的余量。在一些优选的实施方案中，该组合物包括作为一种纯净液体的氨基化合物。然而， 熟练的技术人员将会理解的是，市售的胺经常会包含多种混合物和/或杂质。然而，据信水在包含该氨基化合物的组合物中的存在是有益的并且是优选的。可以将过量的氨基化合物应用在步骤(a)中，并且这种过量可以任选地是在步骤(b)之前在步骤(a)结束时被去除。本发明的步骤(b)包括将该材料的表面与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行接触。优选地，步骤(b)在步骤(a)之后进行，并且因此该材料已经与一种氨基化合物接触过。在步骤(b)中使用的组合物可以包括二氧化碳本身或者它可以包括一种可以释放二氧化碳材料或者一种可以用二氧化碳制备的材料。此类材料的实例包括碳酸氢盐类以及碳酸盐类。适合的碳酸盐类包括二价金属、尤其是碱土金属的盐。最优选的碳酸盐包括碳酸钙以及碳酸镁。适合的碳酸氢盐是一价金属和铵的盐。尤其优选的是碱金属的碳酸氢盐。最优选的是碳酸氢钠、碳酸氢钾、以及碳酸氢锂。在步骤(b)中使用的组合物可以包括纯净的二氧化碳或者二氧化碳来源，或者它可以包括另外的组分，包括例如一种稀释剂或载体。在一些实施方案中，该组合物可以包括一种或多种有待沉积在该材料的表面上的另外的组分。在尤其优选的实施方案中，步骤(b) 包括将该材料的表面与一种包括二氧化碳的组合物进行接触。优选地，步骤(b)包括将该材料的表面与一种包括二氧化碳的组合物进行接触。 该二氧化碳可以纯净地作为二氧化碳气体或作为超临界二氧化碳来提供。可替代地，可以将该二氧化碳结合到一种液体组合物中。在一些实施方案中，可以将该二氧化碳溶解在水中。在一些尤其优选的实施方案中，将该二氧化碳溶解在一种过热水中。在其中步骤(b)包括使用一种组合物来处理该材料表面的多个实施方案中，这种组合物包括溶解在水或者过热水中的二氧化碳，二氧化碳可以适当地作为碳酸来存在。在一些优选的实施方案中，本发明的方法包括在步骤(a)之前的一个预处理步骤。适当的是，该预处理步骤可以完成对这种材料的表面的改性。据信，包括这个预处理步骤可以辅助该表面与该氨基化合物的后续的相互作用。该预处理步骤可以包括加热该材料。可以将该材料在一种惰性气氛中、在空气中或者在一种特殊选定的气氛中进行加热。在一些实施方案中，该预处理步骤可以包括将该材料与一种预处理组合物进行接触。这种预处理组合物可以是一种气体、一种液体、或者一种固体，例如一种微粒材料。优选地，该预处理组合物是一种液体组合物。更优选地，该预处理组合物包括一种溶剂。在一些优选的实施方案中，该预处理步骤包括将该材料与一种加热的液体组合物、优选一种加热的溶剂进行接触。在一些实施方案中，该预处理步骤包括将该材料与一种水性组合物(可以包括水本身)进行加热。优选地，该预处理步骤包括将该材料与一种加热的水性组合物、优选水进行接触。最优选地，该预处理步骤包括将该材料与过热水进行接触。过热水是处于液体形式的、大于100°C的温度的水。可以通过施加压力来将其维持为一种液体。过热水具有的温度是在100°c的正常沸点与374°C的临界温度之间。优选地，本发明的预处理步骤包括将该材料与在至少110°C的温度下的过热水进行接触，优选至少125°C、更优选至少140°C、优选至少150°C、更优选至少160°C，例如至少170°C。适当的是，该预处理步骤包括将该材料与具有高达370°C的温度的过热水进行接触，适当地高达330 V、优选高达300 V、例如高达270°C、适当地高达240 V、优选地高达230 V、例如高达 220°C、适当的是高达210°C、例如高达205°C。适当的是，在进行该预处理步骤的时候，它包括将该材料与具有从约150°C到约 2000C的温度的过热水进行接触。典型的压力是从500到5000kPa，例如从1000到4000kPa， 适当的是从1500到3000KPa。然而，熟练的技术人员将会知晓为提供所希望温度的过热水所需要的压力。将该材料与过热水进行接触的预处理步骤可以通过如将被本领域的普通技术人员理解的任何适当的手段来实现。优选地，该预处理步骤包括将过热水泵送穿过该材料的一部分。因此，典型地该材料将会放在一个容器中，过热水被泵送而穿过其中。优选地在该预处理步骤中，将该材料与该过热水进行接触持续至少10秒钟、优选至少30秒钟、适合的是至少45秒、优选至少60秒。该预处理步骤可以包括将该材料与该过热水接触长达一个小时、例如长达45分钟、优选长达30分钟、适当地长达20分钟、例如长达15分钟的时间段。适当的是，在将该材料与过热水进行接触的步骤之后，可任选地将该材料进行干燥。将该材料进行干燥的一种适当的方法是使一种惰性气体、例如氮气穿过其中正在进行该处理的容器。然而，应该注意的是，在本发明的实施方案中，在没有任何此类的预处理步骤的情况下已经发生了有效的二氧化碳捕获；其中这种胺溶液被简单地施加在按原样提供的材料上；例如按原样提供的纤维上。因此，本发明的方法的步骤(a)优选地但不是必要地，在已经用过热水预处理过的材料上进行。步骤(a)包括将该材料与一种包括氨基化合物的组合物进行接触。优选地， 步骤(a)包括将该材料与一种包括氨基化合物的液体组合物进行接触。最优选地，步骤(a) 包括将该材料与纯净的氨基化合物进行接触。步骤(a)可以在任何适合的温度和压力下进行。适合的温度是从0到80°C，例如从5°C到60°C，适合地从10°C到40°C，例如从15°C到 35°C。适当的是，在步骤(a)中，在室温下将该材料与一种包含氨基化合物的组合物进行接触。步骤(a)可以在高压下进行。然而，在优选的实施方案中，步骤(a)包括将该材料与一种氨基化合物在标准大气压下进行接触。适当的是，在本发明的方法的步骤(a)中，一种相互作用发生在该材料的表面与该氨基化合物之间。在其中例如该材料已经通过与过热水进行接触而被预处理的优选实施方案中，这种相互作用被适当地增强了。可以发生任何类型的相互作用并且这种相互作用取决于具体的氨基化合物以及所涉及的材料。例如，可能会发生一种简单的静电相互作用， 可能会发生偶极-偶极相互作用，可能会发生氢键合作用，或者可能会在该氨基化合物与该材料的表面之间形成一种全共价键。在其中该材料是一种纤维素的和/或纤维的材料的优选方法中，据信该材料的表面和该氨基化合物以一种方式进行相互作用，这种方式(尽管目前没有被完全理解)似乎促进了步骤(b)中二氧化碳的吸收。不受理论所束缚，在其中该材料包括天然纤维的一些优选实施方案中，据信，氢键合作用发生在该氨基官能度与该表面之间。据信，当首先使用过热水来处理该材料的时候， 在该氨基化合物与该材料的表面之间的这种氢键合相互作用被增强了，因为该预处理步骤中断了在该材料本身内存在的氢键。
6
优选地，本发明的方法的步骤(a)包括将该材料与一种包括过量的氨基化合物的组合物进行接触。该过量的氨基化合物可以任选地在步骤(a)之后进行去除。优选地，步骤(a)包括将该材料与一种包括氨基化合物的组合物接触持续至少5 秒、优选至少20秒、更优选至少30秒、例如至少45秒。可以适当地将这种包括该氨基化合物的组合物与该材料接触长达1小时、例如长达45分钟或者长达30分钟的时间段。优选本发明包括的一个第一预处理步骤为将该材料与过热水进行接触，后面步骤 (a)为将该材料与一种包括氨基化合物的组合物进行接触。然而，在一些实施方案中，可以将这些步骤进行组合，并且可以使用一种包含在过热水中溶解的氨基化合物的组合物进行处理。本发明的方法的步骤(b)包括将该材料与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行接触。可以将步骤(a)和(b)进行组合，并且本发明的方法可以包括将一种材料与一种包括氨基化合物以及二氧化碳或其来源的组合物进行接触。然而，在优选的实施方案中，步骤(b)在步骤(a)之后进行，并且因此包括将一种在表面上携带氨基化合物的材料与一种包括二氧化碳或其来源的组合物进行接触。本发明的方法的所有步骤可以在同一容器中进行。因此，该方法可以被认为是一种“半连续的”方法。优选地，在步骤(a)中，将该材料与一种包括氨基化合物的组合物进行接触，并且然后在步骤(b)中，使用一种包括二氧化碳或其来源的组合物来处理材料。在其中将该材料与一种包括二氧化碳的组合物进行接触的一些实施方案中，可以按一种气态形式来提供纯净的二氧化碳。适当的是，可以将二氧化碳气体泵送到包含该材料的容器中。在一些实施方案中，该材料可以在步骤(a)之后已经被干燥。可替代地，该材料可以仍然是潮湿的。 在其中将该材料与二氧化碳气体进行接触的实施方案中，这种二氧化碳气体可以在从高达40，OOOkPa的压力下提供，优选从0. 5到40，OOOkPa、优选从1到40，OOOkPa、优选10到 40，OOOkPa、优选 30 到 40000kPa、优选从 100 到 30000kPa、适当的是 120 到 10000kPa、例如从150到3000kPa。在一些实施方案中，可以在环境压力下并且优选在环境温度下将二氧化碳递送到该材料上。在优选的实施方案中，该二氧化碳气体是处于一个超过大气压的压力(supra-atmospheric pressure)下。在一些实施方案中，步骤(b)可以在一种环境下进行，这种环境是天然地富含二氧化碳的，例如在一个发电站的附近。因此，本发明可以包括一种从这种气氛中捕获碳的方法。在一些替代的实施方案中，步骤(b)可以包括将该材料与一种组合物进行接触， 在这种组合物中二氧化碳被溶解或分散在一种溶剂中以便提供一种液体组合物。在一些优选的实施方案中，二氧化碳被溶解在一种水性组合物中。优选地在水性组合物中，该二氧化碳可以被溶解以便形成碳酸，并且该组合物将具有一个酸性的PH，例如从约2到约4的一个 pH。在一些优选的实施方案中，可以将该二氧化碳溶解在过热水中。在此类实施方案中，优选的是步骤(b)包括将该材料与在至少120°C、优选至少150°C、例如至少170°C温度的水中的二氧化碳进行接触。步骤(b)可以包括将该材料与一种组合物进行接触，这种组合物包括溶解或者分散在高达350°C、例如高达320°C、适合的是高达30(TC、例如高达 275°C或者高达^KTC的温度的过热水中的二氧化碳。在一些尤其优选的实施方案中，步骤(b)包括将该材料与一种组合物进行接触，这种组合物包括溶解在约175°C到约250°C、优选约225°C到约250°C的温度的过热水中的二氧化碳。在其中将二氧化碳溶解在过热水中的实施方案中，它可以作为一种饱和的溶液来提供。不希望受理论所束缚，据信，二氧化碳与在步骤(a)之后材料表面携带的氨基化合物相互作用。这种相互作用的性质还没有完全被理解。据信，可能存在一种极性的相互作用，可能形成了一种氢键或者可能发生了共价键合。在一些实施方案中，本发明提供了一种材料，这种材料已经可任选地通过与过热水进行接触而被预处理，根据步骤(a)与一种包括氨基化合物的组合物进行了接触，并且根据步骤(b)与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行了接触，并且这种材料可以用作储存二氧化碳的装置。该方法可以提供一种复合材料，其中二氧化碳通过一种氨基连接而被保留在一种纤维状结构的表面上。该二氧化碳可以被永久地保留或结合，或者它能够以如下方式被保留使得它可以稍后在材料的后续应用中被释放。因此，二氧化碳可能以一种可逆的或者不可逆的方式固定到该材料的表面上。在一些尤其优选的实施方案中，该二氧化碳以一种实质上不可逆的方式保留在该表面上。在这点上，我们是指在使用该材料的正常条件下并没有轻易地从该材料中释放出二氧化碳。在建筑材料的情况下，例如，在任何正常天气条件下通常并没有释放出二氧化碳。因此，该材料优选在所有湿度下、在标准大气压下、并且在-30°C与60°C之间、例如在-10°C与40°C之间的温度下是稳定的。该材料是适当地抗气候的，并且不会在热或冷的极端条件下或在非常潮湿、非常干燥、多风或者暴风雨的环境中释放二氧化碳。本人的实验工作已经显示出，可以由本方法保留的二氧化碳的量值超过了在二氧化碳与该胺之间的一个或多个预期的反应的基础上计算的量值。这是出人意料的，并且在二氧化碳的捕获上具有巨大的潜在价值。这个超过量可以是超过计算的或者化学计算的量值至少10重量百分比，优选至少20重量百分比。其中二氧化碳是永久地固定到纤维材料表面上的多种材料可以被用作建筑复合材料建筑材料。这些材料将会具有比现存的建筑材料对环境友好得多的型材，尤其是在其中将来自可再生来源的天然纤维用作基础纤维材料的情况下。此类复合材料可以例如用在砖块或水泥砖的制造中。优选在由本发明的方法获得的材料中，该二氧化碳被保留在该材料的表面上并且以一种实质上不可逆的方式进行固定。然而，其中该二氧化碳被可逆地束缚到该材料上的实施方案是处于本发明的范围之内。例如，在一些材料的加工过程中，有时候希望的是在加工的过程中添加一种气体以便协助该材料的混合。所使用的一种这样的气体是二氧化碳。因此将会有利的是提供一种材料，二氧化碳结合在这种材料中并且当需要时可以随后释放。释放可以通过施加一种化学试剂、例如一种酸来引发。可替代地，释放可以通过加热该材料来引发。本发明的方法可以因此被用于制造一种材料，在这种材料中该二氧化碳可以在稍后的一个阶段释放。例如，可以将涂覆有一种氨基的纤维在将其添加到一种聚合物熔体中之前暴露在二氧化碳中。这种二氧化碳将胺从聚合物熔体中屏蔽，防止了过早的或者无控制的固化。 该二氧化碳可以迁移或者被赶走，以便允许该氨基化合物以一种受控的方式暴露于该聚合物。该二氧化碳可以减少熔融的聚合物的密度并且改进它的处理和流动特性，例如在挤出或模制的过程中。在本发明的方法的步骤(b)中，优选将一种包括在过热水中的二氧化碳的组合物与该材料接触至少10秒、优选至少30秒、适当地至少45秒的一段时间。可以应用持续高达1小时、例如高达45分钟、或者高达30分钟的一段时间。优选地，步骤(b)包括将该材料与该组合物进行接触，并且然后引发所述组合物在该材料表面上的沉淀。沉淀的引发可以例如通过降低该温度来进行。因此，步骤(b)可以包括将一种包括二氧化碳的组合物施加在该材料上，并且然后降低该组合物的温度。本发明的方法可以进一步包括将该材料与一种或多种有益的试剂进行接触。优选的有益的试剂包括矿物，例如磷酸盐类或者硫酸盐类。尤其优选的是碱土金属磷酸盐，例如，磷酸镁和磷酸钙，其中磷酸钙是尤其优选的。因此可以形成羟基磷灰石材料。适当地是，在本发明的方法的步骤(b)中，将一种包括二氧化碳并且可任选地一种或多种有益试剂(例如矿物盐)的组合物与该材料进行接触。将该组合物适当地进行冷却(或者允许冷却)和/或减少其压力。压力和/或温度的减少可以导致二氧化碳从该组合物中释放。这种二氧化碳可以与由材料的表面携带的氨基残余物进行交互作用而减少。 因为从该组合物中释放出二氧化碳，因此该组合物的PH适当地增加，这可能减少溶解在其中的任何另外的矿物盐的溶解性。然后这些盐可能会沉淀在该材料的表面上，从而有效将二氧化碳和氨基化合物“固定”在该表面上。本发明的方法的一个优点是它是高度灵活的。通过改变该组合物的温度和/或pH 和/或二氧化碳的溶度和/或另外的组分(如多种有益的试剂)，有可能会显著地影响通过本发明的方法获得的材料的特性。因此，本发明的方法可以被调整为递送具有一种所希望的特定特性的材料。该方法可以被用于生产一种非常硬的石头状的材料或者一种较软的更似粉笔的材料。其结果是，由本发明的方法制备的产品的潜在应用是宽广的并且变化的。一种适当的有益试剂的选择可能取决于由本方法生产的材料的预期用途。如果预期该材料在建筑应用中使用，那么可以使用一种矿物，如一种磷酸盐。选择一种适当的有益的试剂可能允许生产一种具有特殊特性的材料。例如，包括一种有益的试剂(包含一种卤化的化合物或者一种磷酸盐组分)可以使本发明的方法能够用于提供一种具有阻燃性的在其中该材料的表面已经被调整为使得它携带二氧化碳的一些实施方案中，于是会把它与一种包括另外的有益试剂的组合物进行接触，这种试剂允许金属沉积在该材料的表面上。这能够提供一种材料，这种材料是导磁和/或导电的。在本发明的优选的实施方案中，该一种或多种另外的有益的试剂可以包括在步骤 (b)中施加到该材料上的组合物中。在多个替代实施方案中，本发明的方法可以包括在步骤(b)之后进行的一个或多个另外的步骤，其中将该材料与一种包括一种或多种另外的有益试剂的组合物进行接触。 此类组合物可以包括一种稀释剂或者溶剂，例如水。因此，本发明可以包括在步骤(b)之后的一个另外的步骤，即将该材料与包括一种或多种有益的试剂的水性组合物进行接触。可以将这样一种水性组合物加热到例如从40 0C到95 °C、适当地从50 0C到90 °C、例如从60 °C到 80°C的温度。该另外的步骤可以包括在这个温度下将该材料与一种组合物进行接触并且然后允许该温度下降(或者积极地冷却该组合物)，以便将该一种或多种另外的有益的试剂沉积(例如通过沉淀)在该材料的表面上。替代性地或者附加性地，在该材料表面上的沉积可以通过PH的改变和/或压力的改变来引发。然而，在尤其优选的实施方案中，步骤(b)包括将该材料与一种包括过热水的组合物进行接触，该过热水具有溶解在其中的二氧化碳以及一种或多种有益的试剂。二氧化碳和/或一种或多种有益的试剂在该材料的表面上的沉积可以是通过压力和/或温度的下降和/或PH的改变来引发的。本发明的方法可以包括一个或多个另外的步骤，其中将一种矿物或其他材料沉积在一种材料的表面上，其方式为从一种与该材料相接触的组合物进行沉淀。本发明的方法的灵活性使得沉积在该材料上的这些颗粒的尺寸能够受控。已经发现，具有的尺寸范围是从10_^1到10_5m的颗粒可以沉积在一种材料的表面上。这种大范围的可能的颗粒尺寸意味着可以生产具有宽范围特性的复合材料。本发明的产物可以是整体式的固体、颗粒状的固体、狭长的微粒、液体或浆液。整体式的固体可以按原样或者在压制或机加工成形之后使用。可以将颗粒状的固体进行压缩以便形成整体式的固体。颗粒状的固体或者狭长的微粒可以在例如混凝土或者高分子材料中用作增强材料。颗粒状的固体可以用于给出具有各向同性特性的增强产物。狭长的微粒可以用于给出具有各向异性特性的增强产物，这来源于对狭长微粒的取向的控制。液体或浆料可以按原样用于混凝土中或者可以进行干燥用于其他的用途。在一个优选实施方案中，本发明提供了一种对材料的表面进行处理的方法，该方法包括以下步骤(i)可任选地将该材料与过热水进行接触；(ii)将该材料的表面与一种包括氨基化合物的组合物进行接触；(iii)将该材料的表面与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行接触；并且(iv)可任选地将该材料与一种包括一种或多种有益的试剂的组合物进行接触。可以将步骤(i)到(iv)中的任何步骤进行组合和/或重复。根据本发明的一个第二方面，提供了一种根据该第一方面处理的材料。可以将使用氨基化合物处理的材料进行储存或者运输，用于随后使用二氧化碳进行处理。因此，此类材料是一种潜在的商业物品并且代表了本发明的一个第三方面。该第二或第三方面的优选的特征是如与该第一方面相关地来定义的。由于该第一方面的方法的多样性，该第二或第三方面的产物也可以显著地变化。在一些实施方案中，该材料可以用于建筑中例如作为混凝土中的填充物。这往往提供了一种对环境更友好的混凝土，其中大体积的二氧化碳被储存在该材料之内。据信，可以将高达200kgm_3的二氧化碳结合到这样一种材料中。由本发明提供的材料的密度能够相当大地依赖于用于制备该材料的条件而发生改变。例如，可以生产一种非常密集的硬的材料，或者可以形成一种更轻的更多孔的产物。本发明提供的一种材料可以用作建筑中的热绝缘材料，特别地当所希望的是一种低密度的产物时。由本发明提供的产物的大量专门应用是可以设想的。本方法可以用于生产一种良好的电或热绝缘体材料。本方法可以用于生产一种具有良好的电、磁、或热传导特性的材料。
本方法可以用于生产以狭长的微粒来增强的面板，这些狭长的微粒是使用本发明的方法来制备的。这些面板或薄片可以是水泥的或者聚合物的。这种方法可以用于生产具有阻燃性的一种材料。本发明还可以提供在医疗领域具有实用性的材料。据信，本方法可以用于生产一种生物相容的材料。例如，一种低密度的多孔材料可以用作一种骨骼支架。还设想到的是， 多孔产品可以用于为缓慢释放药物提供一种递送系统。本发明提供了一种用于生产大范围的、具有非常多不同特性的材料的方法。然而， 所有这些材料结合了二氧化碳并且具有良好的环境特征，尤其是当基于由可再生资源生长的天然纤维时。使用天然纤维的一个另外的优点是它们可以促进有利的晶体生长。在其中大规模地进行该方法的实施方案中，例如在建筑材料的生产中，将会有利的是在一个发电站的周围进行该方法。发电站产生了大量的二氧化碳以及热水，并且这些副产物可以直接用在本发明的方法中以便提供有用的复合建筑材料。通过举例，现在将进一步描述根据本发明的材料的制备。
具体实施例方式实例 1将一个容器用大量的棉花纤维接着用180°C的温度下的过热水进行装填。将这些纤维浸渍在过热水中在它被泵送走之前持续5分钟。然后将该容器用过量的乙胺进行装填并且在环境条件下静置10分钟。通过将水在压力下超加热至225°C来制备一种组合物。将二氧化碳气体泵送到该过热水中以实现饱和，并且还将该组合物用磷酸钙饱和。高的二氧化碳的溶解水平降低了该组合物的PH，这然后允许实现磷酸钙的高浓度。将过热的组合物递送到包含该材料的、处于环境条件下的容器中。然后将这个容器密封。由于压力和温度的立即下降，二氧化碳从该组合物中释放出来并且接合到这些纤维上。二氧化碳从该过热组合物中的损失使该组合物的pH增加，这与压力下降一起导致了磷酸钙溶解度的减少。然后磷酸钙还快速地沉淀到这些纤维的表面上，从而将该二氧化碳闭锁在其中。5分钟之后，过量的组合物从该材料中泵送出来并且进行再循环。如此获得的材料具有一种砂样的构造。可以将它进行干燥以便形成一种有用的复合建筑材料。可替代地，可以将该湿的材料直接结合到水泥中。所获得的材料的这些特性根据该组合物的冷却速率而变化。在一些实施方案中， 可以使用一种非常迅速的冷却。在替代实施方案中，可以允许该组合物缓慢冷却到室温。在各自的情况下所获得的材料将会具有非常不同的特性。实例2在这个简单的实施方案中，来自一个造纸厂的废纸碎屑，按照原样供应并且没有任何的预处理，并且在环境温度和压力下，被浸渍在超过70重量百分比的水性二乙醇胺溶液中持续10分钟并且将过量的二乙醇胺溶液排出。将基于干纤维重量的30重量百分比的氢氧化钙混合到其中。将所生成的材料放入处于一个密封的容器中的、在环境温度和压力下的6cm直径的培养皿中，并且使其经受二氧化碳的流动通过，持续30分钟。二氧化碳被吸收，并且在该过程结束时存在一个整体的块，它可以是从该培养皿升起的。该块较轻但具有相当良好的机械特性并且可能适合用作建筑物中的热绝缘材料。
权利要求
1.一种对材料的表面进行处理的方法，该方法包括以下步骤(a)将该材料的表面与一种包括氨基化合物的组合物进行接触；并且(b)将该材料的表面与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行接触。
2.如权利要求1所述的方法，其中该材料是一种含碳的材料。
3.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中本发明所处理的材料是一种纤维材料。
4.如权利要求3所述的方法，其中这种材料包括天然纤维。
5.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中所处理的材料是一种纤维素材料。
6.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(b)是在步骤(a)之后进行的。
7.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该氨基化合物是选自氨或胺。
8.如权利要求7所述的方法，其中该胺是一种取代的或未取代的脂肪族胺或烷醇胺。
9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其中在步骤(a)中使用的组合物是一种液体组合物，这种液体组合物包括该胺在一种溶剂中、优选在水中的一种溶液。
10.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该方法包括在步骤(a)之前的一个预处理步骤，其中该预处理步骤包括将该材料加热。
11.如权利要求10所述的方法，其中该预处理步骤包括将该材料与过热水进行接触。
12.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中步骤(b)包括将该材料与该组合物进行接触并且然后引发所述组合物向该材料的表面上的沉淀。
13.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该方法进一步包括将该材料与一种或多种有益的试剂进行接触。
14.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中该步骤(b)包括将该材料与一种包括过热水的组合物进行接触，这种过热水具有溶解在其中的二氧化碳以及一种或多种有益的试剂，并且其中该二氧化碳和/或一种或多种有益的试剂向该材料的表面上的沉积可以由压力和/或温度的下降和/或PH的改变而引发。
15.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中所处理的材料包含的二氧化碳的质量超过在该胺与二氧化碳之间反应的基础上计算的二氧化碳的质量。
16.一种根据以上权利要求中任一项所述的方法处理过的材料。
17.如权利要求15所述的材料在建筑中的用途。
18.如权利要求17所述的用途，其中该材料的用途是建筑块或者作为混凝土中的填充物。
19.如权利要求16所述的材料作为一种电绝缘体或热绝缘体的用途。
20.如权利要求16所述的材料作为一种阻燃剂的用途。
21.一种用氨基化合物处理的、并且被包装、储存或运输的纤维产物，用于随后使用二氧化碳或者其来源进行处理。
全文摘要
本发明涉及具有改进的和有用的特性的材料以及与制造所述材料有关的方法。具体地，本发明涉及对一种材料、优选一种纤维材料的表面进行改性以便使这个表面能够携带二氧化碳的一种方法。二氧化碳可能以一种可逆的或者不可逆的方式束缚到该表面上。对一种材料的表面进行处理的方法包括(a)将该材料的表面与一种包括氨基化合物的组合物进行接触；并且(b)将该材料的表面与一种包括二氧化碳或者其来源的组合物进行接触。
文档编号C04B18/26GK102574743SQ201080043327
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月18日
发明者彼得·哈蒙德 申请人:Ccm研究有限公司