碳酸硅組合物及其制備和應用方法
【專利摘要】本發明總體上描述了包含碳酸硅(Si(CO3)2)作為阻燃性組合物的裝置和材料以及所述裝置和材料的制備方法。在一個實例中，本發明描述了包含碳酸硅和至少一種推進劑的組合物。在另一實例中，本發明描述了包含碳酸硅的阻燃性材料。在又一實例中，本發明描述了阻燃性材料的制備方法。在又一實例中，本發明描述了含有碳酸硅的滅火裝置。
【專利說明】碳酸硅組合物及其制備和應用方法
【背景技術】
[0001]除非本文中另外指出，本節所述的材料對于本申請的權利要求而言并非現有技術，且并非通過包括本節而承認其為現有技術。
[0002]火災和其它燃燒過程為人和自然等帶來可能的危險。當不受控制時，火災和燃燒可能快速造成損害。已經開發出致力于減輕該損害的多種材料和裝置。通常，此類材料和裝置可分為兩種常見的組:窒息劑和化學抑制劑。
[0003]窒息劑起到阻止氧氣到達火焰的作用，由此基本使火災“哽滅”。窒息劑的實例包括水和磷酸鹽，但也存在其他試劑。在某些情況下，窒息劑可能不足以控制大型或者蔓延中的火災。此外，許多窒息劑本身具有負面效果。舉例而言，磷酸鹽可能阻止植物生長并可能具有其它負面效果。
[0004]化學抑制劑通常包括氯或溴，并被設計來均裂式分解，這意味著化學鍵斷裂而形成中性分子和兩個自由基。所述自由基與燃燒過程中的氧和自由基結合，以阻止燃燒進程。雖然化學抑制劑在控制大型或蔓延中的火災方面趨于比窒息劑更為有效，但許多化學抑制劑也具有負面效果。特別是，許多化學抑制劑可能產生鹵代烴，后者會耗盡臭氧層。

【發明內容】

[0005]本發明總體上公開了包含碳酸硅(Si (CO3)2)作為阻燃性組合物的裝置、材料以及裝置和材料的制造方法。在一個實例中，本發明描述了包含碳酸硅和至少一種推進劑的滅火組合物。所述碳酸硅可以是例如漿液、泡沫或粉末的形式。
[0006]在另一實例中，本發明描述了包含材料和碳酸硅的阻燃性材料。所述材料可以是非阻燃性材料，從而使碳酸硅的添加能夠為該材料賦予阻燃性，或者所述材料可以是阻燃性材料，從而使碳酸硅的添加能夠改善該材料的阻燃性。
[0007]在又一實例中，本發明描述了阻燃性木質材料的制造方法。該方法包括將碳酸硅分散在溶劑中以形成混合物并將該混合物施加到材料內或材料上。
[0008]前述概要僅為說明性而并非意在以任何方式進行限制。除了上文所述的說明性方面、實施方式和特征以外，通過參照附圖和下面的【具體實施方式】，其它方面、實施方式和特征將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]在附圖中，圖1說明了根據至少某些實施方式配置的滅火器裝置的實例。
【具體實施方式】
[0010]在以下【具體實施方式】中參照了形成其一部分的附圖。在圖中，相同的符號通常指示相同的組成部分，除非上下文另外指出。【具體實施方式】、附圖和權利要求中所描述的說明性實施方式并非意在限制。在不背離本文所呈現的主題內容的主旨或范圍的情況下，可以利用其它的實施方式，也可以進行其它變化。容易理解的是，如本文一般性描述的本發明的各方面可以以多種多樣的不同設置進行排列、替換、合并、拆分和設計，而這些均在本文中得到明確預期。
[0011]本發明公開了包含碳酸硅(Si(CO3)2, CAS1000286-59-8)作為阻燃劑的裝置、材料以及所述材料的制造和應用方法。在某些實例中，有利的是，利用碳酸硅作為阻燃性組合物。
[0012]二氧化硅可以容易地制備，且可從多種來源商購獲得。二氧化硅(SiO2)與二氧化碳(2 (CO2))反應而形成碳酸硅(Si (CO3) 2)。二氧化硅(也稱硅石)常見于自然中，例如作為砂或石英。二氧化碳在自然中同樣地普遍存在，且能夠利用包括例如空氣蒸餾和各種酸與金屬碳酸鹽的反應在內的許多過程分離得到。所得產物碳酸硅是無毒且穩定的物質。另夕卜，碳酸硅可能是相對廉價的材料，其可以是許多其它過程的副產物，例如利用石英和其它二氧化硅材料從大氣中隔離二氧化碳的過程。
[0013]碳酸硅能夠熱分解。碳酸硅能夠在接觸高水平的熱量時充當阻燃劑。在等于或高于約350°C的溫度時，碳酸硅分解回至二氧化硅和二氧化碳，這是上述生成反應的對峙反應。二氧化碳能有效地充當化學抑制劑，而二氧化硅能有效地充當窒息劑。此外，二氧化碳和二氧化硅各自是相對無毒、無腐蝕性且穩定的。結果可以是一種安全且有效的對抗或阻止火災的手段。
[0014]二氧化碳在高溫通常為氣體。二氧化碳氣體比氧氣重，因此其起到置換火焰周圍的氧氣的作用，從而如上所述有效地使火“哽滅”。
[0015]二氧化硅在高溫通常為固體。特別是，當二氧化硅在高于其玻璃化轉變溫度(約600 0C )時，其可處于有助于使燃燒窒息的宏觀尺寸的浮巖樣固體形式。
[0016]以這種方式，碳酸硅可以用作安全有效的阻燃劑。事實上，在實驗中已證實，在比較每單位重量的燃燒抑制時，碳酸硅比通常用作阻燃劑的碳酸鈣或碳酸鎂更為有效。此外，還證實了，不同于碳酸鈣和碳酸鎂在受熱時形成可能導致植物或動物生命體的燒傷和損傷的金屬氧化物，碳酸娃相對安全且無毒。
[0017]組合物
[0018]本發明的一個實施方式涉及包含碳酸硅的組合物。碳酸硅可以以各種物理形式存在。例如，碳酸硅可以作為漿液、泡沫、固體或粉末存在。
[0019]組合物還可以包含至少一種額外材料。所述額外材料可以是至少一種推進劑。推進劑可經選擇來輔助組合物從一個位置移動至另一個位置。例如，當加壓推進劑進行減壓時，其能夠輔助將組合物從一個內裝空間移動至另一個位置。例如，通過使推進劑減壓并使內容物通過噴嘴噴射至所需的目標位置，可以將滅火器裝置內部的含有碳酸硅和加壓推進劑的組合物從該裝置內部移動至該裝置外部的位置。推進劑可以是液體、氣體、壓縮氣體、超臨界流體、能產生氣體的固體或者其它材料。推進劑的具體實例包括氮氣、二氧化碳、氬氣、氪氣、氙氣、六氟化硫、氮氧化物、氟代烴、氟氯烴、氟利昂和丙酮。
[0020]所述額外材料可以為固體。固體的具體實例包括碳酸氫鈉(NaHCO3)、碳酸氫鉀(KHCO3)、磷酸二氫銨((NH4)H2PO4)、脲、氯化鉀(KCl)、硅石及其混合物。
[0021]作為另一選擇，所述額外材料可以為至少一種溶劑。碳酸硅可以例如溶解在溶劑中、混合在溶劑中或分散在溶劑中。溶劑的具體實例包括水、去離子水、丙酮、礦物精、甘油、丙二醇、氟利昂、哈龍、二氯甲烷、氯仿和超臨界流體(包括超臨界二氧化碳、超臨界氮氣、超臨界氧氣、超臨界氬氣和其它超臨界稀有氣體、超臨界氮氧化物、超臨界甲烷、超臨界乙烷、超臨界丙烷、超臨界丁烷、超臨界戊烷、超臨界己烷)、烴及其混合物。還可以是其它溶齊U，以及兩種以上的混溶或不混溶的溶劑的混合物。
[0022]取決于所需應用，碳酸硅可以以多種濃度存在。濃度范圍的一個實例是約I重量％?約50重量％。濃度的具體實例包括約I重量％、約5重量％、約10重量％、約20重量％、約30重量％、約40重量％、約50重量％,以及這些值的任意兩者之間的范圍。還可以為其它濃度。例如，“濃縮物”可以包含更高重量百分比的碳酸硅。碳酸硅可以均勻地或不均勻地存在于整個組合物中。在某些實施方式中，利用一種或多種混合技術(例如，物理、振蕩、攪拌、磁性或超聲混合技術)使碳酸硅均勻地分散在整個溶劑中。還可以用其它混合技術。
[0023]當作為固體存在時，碳酸硅可以以常見的任何粒徑存在。粒徑可以為基本均勻或非均勻的。一般平均粒徑范圍為約20nm?約2500nm。平均粒徑范圍的一個實例是大于約lOOnm。粒徑的具體實例包括約20nm、約50nm、約lOOnm、約200nm、約300nm、約400nm、約500nm、約 600nm、約 700nm、約 800nm、約 900nm、約 lOOOnm、約 llOOnrn、約 1200nm、約 1300nm、約 1400nm、約 1500nm、約 1600nm、約 1700nm、約 1800nm、約 1900nm、約 2000nm、約 2100nm、約2200nm、約2300nm、約2400nm、約2500nm以及這些值的任意兩者之間的范圍。
[0024]經處理的材料及其制備方法
[0025]本發明的另一實施方式涉及含有碳酸硅的材料。碳酸硅的存在可以為材料賦予阻燃性質，或與不具有碳酸硅的相同材料相比，能夠提高該材料的阻燃性質。換言之，含碳酸硅的材料的阻燃性比不具有碳酸硅的相同材料的阻燃性更高。在某些實施方式中，不具有碳酸硅的材料易受火災影響，而含碳酸硅的材料是基本阻燃的。在理想環境中，碳酸硅的存在能夠使材料基本耐火(fireproof)或防火(fire retardant)。
[0026]碳酸硅可以存在于材料表面、可存在于材料內部，或既存在于材料表面又存在于材料內部。碳酸硅可以均勻或非均勻地存在于材料上或材料內。在某些情形中，碳酸硅可以以高于材料內部的濃度存在于材料表面上。在其它情形中，碳酸硅可以在材料內部均勻存在。在某些情形中，材料內部可以不具有碳酸硅，而材料表面含有碳酸硅。
[0027]所述材料通常可為任何材料。材料的具體實例包括木材、墻板、天花板磚、木鑲板、木瓦、織物、塑料、泡沫材料、瓷磚、地板、隔熱材料、電絕緣材料、容器、紙盒、紙板、制材產品、衣物、紙、皮革、棉、油漆、染料、底漆、樹木、植物、動物、寢具、家具、玩具、游戲用品、瓶、器皿、衣物、布料、地毯、聚氨酯泡沫、丙烯酸系泡沫、苯乙烯泡沫、聚烯烴泡沫、聚脲泡沫、丙烯酸系纖維、苯乙烯纖維、烯烴纖維和纖維素纖維。
[0028]本發明的方法可以包括一個或多個操作、功能或行為。雖然方法和步驟依次順序描述，但這些步驟也可以并行進行，和/或以與本文所述不同的順序進行。此外，多個步驟可以合并為更少的步驟、拆分為另外的步驟，和/或基于所需實施方式而廢除。
[0029]在一個實施方式中，材料的處理方法可以包括將碳酸硅分散在至少一種溶劑中以制備混合物，以及將該混合物施加至材料以形成經處理的材料。在另一實施方式中，材料的處理方法可以包括對碳酸娃施加第一靜電荷、對材料施加與第一靜電荷相反的第二靜電荷并使碳酸硅接近所述材料以使所述相反的靜電荷能夠將碳酸硅吸引至材料上。
[0030]在碳酸硅為碳酸硅納米顆粒形式的實施方式中，所述方法可以進一步包括在制備混合物之前形成碳酸硅納米顆粒的步驟。這可能包括例如氣相過程，其中將碳酸硅蒸發為氣相然后例如在氮氣中快速冷卻，從而使碳酸硅快速凝固為納米顆粒。作為另一實例，其還可能包括超臨界流體過程，其中將碳酸硅引入超臨界流體溶劑并加壓，從而導致超臨界流體快速膨脹為氣體，該氣體使碳酸硅粉碎為納米顆粒。作為再一實例，其還可包括較大的壓力或溫度變化，這種變化致使碳酸硅快速膨脹，而這反過來導致碳酸硅納米顆粒的形成。作為又一實例，其還可以包括一種或多種物理技術，例如球磨、輥磨和板間壓磨。還可以是其它實例。
[0031 ] 所述施加步驟的一個實例可以包括將混合物注入材料。可以使用各種技術來將混合物(含有碳酸硅和溶劑)注入材料，包括非壓力處理和壓力處理。非壓力處理的實例包括刷涂、噴霧、浸蘸、浸泡、浸潰和擴散處理。壓力處理的實例包括全程(full-cell)壓力處理和脈動壓力處理。壓力處理可以規模擴大，從而能夠進行相對簡單的大規模生產。另外，壓力處理在某些情形中能夠對碳酸硅的滲透和保持提供更大的控制，如下文所述。此外，壓力處理在某些情形中是比非壓力處理更耐久的處理。
[0032]材料可以置于封閉腔室中并接觸含有碳酸硅和溶劑的混合物。在腔室內，可以施加高壓，從而使腔室加壓。高壓可迫使碳酸硅的部分或全部滲透材料，由此使材料浸透。在某些實施方式中，可以在高壓后施加真空，以便除去任何過量的碳酸硅。
[0033]根據應用，注入材料的碳酸硅的濃度可以為例如約1.5重量％?約3重量％。還可以為其它實例。一般而言，材料中碳酸硅的濃度越高越會提高材料的阻燃性。在某些實施方式中，碳酸硅的濃度可依賴于材料的類型(例如，木材、塑料等)。對于相對易燃的材料而言，可能理想的是使用更高濃度的碳酸硅，例如約20重量％。還可以為其它實例。
[0034]碳酸硅滲透材料的平均距離可通過改變施加的壓力來控制。類似地，碳酸硅保留在材料中的平均量也可以通過改變施加的壓力來控制。壓力的實例包括約IOOatmd0.1MPa)?約300atm(30.4MPa)的壓力，但也可以為其它壓力。壓力的具體實例包括約 IOOatmd0.1MPa)、約 150atm(15.2MPa)、約 200atm(20.3MPa)、約 250atm(25.3MPa)、約300atm(30.4MPa)，以及這些值任意兩者之間的范圍。一般而言，壓力越高會導致碳酸硅在材料內的平均滲透越深。類似地，壓力越高會導致碳酸硅在材料中的保留量越高。另外，碳酸硅的平均直徑越大可能需要越高的壓力。
[0035]雖然上述說明聚焦于將碳酸硅注入材料，但在某些實施方式中，也可以使用包含碳酸硅和溶劑的混合物來涂布材料。例如，所述混合物可以用作油漆、染料或噴涂物。還可以是其它實例。
[0036]在某些實施方式中，可能理想的是，在待施加于材料的混合物中包含一種或多種額外化合物。所述額外化合物可以是可賦予材料阻燃性的其它化合物，或者所述額外化合物可以起到賦予材料其它性質(如防腐性或顏色)的作用。可用于賦予材料防腐性的示例化合物包括銅、銅化合物、鋅、鋅化合物和氧化物，以及一種或多種有機化合物，例如，硼酸鹽、銨化合物、iazolin木材防腐劑、聯苯菊酯防腐劑、胺化合物、酰胺化合物、油、焦油、臘、苯甲酸鹽(酯)、銨化合物、鱗化合物、砷防腐劑和鉻酸鹽防腐劑。還可以有其它實例。
[0037]出于說明的目的，以下介紹包含碳酸硅和銅的阻燃性材料(如木材)的示例制造方法。可以將銅注入材料以輔助材料防腐。然而應該理解，可以使用類似的方法來制造包含碳酸硅和另一種化合物的阻燃性材料。[0038]碳酸硅可以是碳酸硅納米顆粒的形式。類似地，銅可以是銅納米顆粒的形式。碳酸硅納米顆粒和銅納米顆粒各自可以利用上文所述的一種或多種方法形成。碳酸硅納米顆粒和銅納米顆粒各自可以具有例如小于約500nm和/或大于約20nm的平均直徑。在某些實施方式中，碳酸硅納米顆粒和銅納米顆粒可以具有相同的平均直徑，而在其它實施方式中，碳酸硅納米顆粒的平均直徑可以大于或小于銅納米顆粒的平均直徑。
[0039]碳酸硅和銅可以分散在至少一種溶劑中。溶劑可以是上文所述的任何溶劑。碳酸硅和銅可以根據應用以多種濃度分散在溶劑中。濃度的實例可以是碳酸硅和銅各自為約5重量％，不過，濃度范圍可以是碳酸硅和銅各自為例如約I重量％?約50重量％。濃度的具體實例包括約I重量％、約5重量％、約10重量％、約20重量％、約30重量％、約40重量％、約50重量％以及這些值任意兩者之間的范圍。還可以為其它濃度。在某些實施方式中，可以利用上文所述的一種或多種混合技術使碳酸硅和銅均勻地分散在整個溶劑中。
[0040]材料可以置于封閉腔室中并接觸含有碳酸硅、銅和溶劑的混合物。在腔室內，可以施加高壓，使該腔室加壓。高壓可迫使碳酸硅和銅的部分或全部滲透材料。在某些實施方式中，可以在高壓后施加真空，以便除去任何過量的碳酸硅或銅。在某些實施方式中，可以控制壓力以便例如在材料中生成不同濃度的碳酸硅。還可以為其它實例。
[0041]通過改變施加的壓力，可以控制碳酸硅和銅滲透入材料中的平均距離。碳酸硅和銅可以在材料中滲透相同的距離，或者碳酸硅和銅中的一者可以比另一者滲透得更深。類似地，通過改變施加的壓力，可以控制材料中保留的碳酸硅的平均量和銅量。材料中保留的碳酸硅的量可以等于、大于或小于材料中保留的銅量。壓力的實例包括約IOOatmd0.1MPa)?約300atm(30.4MPa)，不過也可以是其它壓力。壓力的具體實例包括 IOOatmd0.1MPa)、約 150atm(15.2MPa)、約 200atm(20.3MPa)、約 250atm(25.3MPa)、約300atm(30.4MPa)以及這些值任意兩者之間的范圍。一般而言，壓力越高會導致碳酸硅和銅各自在材料內的平均滲透越深。類似地，壓力越高會導致材料內保留的碳酸硅和銅的量越高。另外，在某些情形中，碳酸硅和銅的平均直徑越大，可能需要的壓力越高。
[0042]施加步驟的一個替代性實例可以包括將碳酸硅施涂至材料表面。具體實例包括刷涂、噴霧、浸蘸、浸泡、浸潰和擴散處理。
[0043]滅火器裝置
[0044]本發明的另一實施方式涉及滅火器裝置。滅火器裝置可以至少含有如上所述的碳酸硅。滅火器裝置可以含有如上所述的至少一種推進劑。滅火器裝置可以被配置為將碳酸娃輸送至火中。
[0045]出于碳酸硅的有效性和安全性，且由于其會分解為化學抑制劑和窒息劑，滅火器裝置可以用在例如化學火災、住宅火災、油氣火災、電器火災和戶外火災中。還可以是其它實例。滅火器裝置可以進行分類以適于處理一種或多種類型的火災。例如，滅火器裝置可以劃分為適于處理A類、B類、C類、D類、E類或F類火災中的至少一類。
[0046]滅火器裝置還可以含有至少一種額外的火災處理化合物。額外的火災處理化合物的具體實例包括:溴化合物、氯化合物、正硼酸、硼酸、硼烷、有機硼烷、哈龍、碳酸銅、碳酸鋅、碳酸鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鈣、碳酸氫鎂、碳酸氫鐵、碳酸氫銅、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鐵、氫氧化銅、氫氧化鋅、硅石、硅酸鹽、有機硅、砂、石英、滑石、云母、硫酸銨、磷酸鹽、磷酸銨、磷酸酯、膦酸鹽、次膦酸鹽、甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二甲酯、磷酸三乙酯、膦酸甲基(5-甲基-2-甲基-1，3，2_ 二氧憐雜環己 _5_ 基)甲基甲基酷(phosphonic acid, methyl (5-methyl-2-methyl-1, 3, 2-dioxaphosphorinan-5-yI)methyl, methylester)、憐氧化物、N, N- 二(2_ 輕乙基)氨基甲基膦酸二乙酯、氯乙烯、溴乙烯、聚氯乙烯、聚溴乙烯、聚(氯乙烯-溴乙烯)、偏二氯乙烯、聚偏二氯乙烯(Saran?)和偏二溴乙烯。
[0047]在滅火器裝置100中，碳酸硅102和推進劑104可以儲存在封閉容器106內部，該封閉容器106由例如不銹鋼、鉻、鎢、鋁、銅、鎳、鈷或另一種金屬形成。在封閉容器106內，可以將碳酸硅102和推進劑104加壓至高于環境壓力的壓力。例如，根據用作推進劑104的材料，可以將推進劑104加壓至例如約60atm(6.1MPa)?約140atm(14.2MPa)。還可以為其它實例。雖然在圖1中顯示推進劑104儲存在與碳酸硅102分開的容器108中，不過在其它實施方式中，推進劑104和碳酸硅102可以儲存在一起。
[0048]如圖1所示，滅火器裝置100還可以包括控制杠桿110、導管112和噴嘴114中的至少一個。在某些實施方式中，裝置可以包括至少一個控制杠桿110、至少一個導管112和至少一個噴嘴114。裝置可以被配置為使得當控制杠桿110受壓時，將碳酸硅推過導管112從噴嘴114推出。在操作時，當控制杠桿110受壓時，可將容器108刺穿，從而使加壓的推進劑104能夠膨脹離開容器108。隨著推進劑104的膨脹，可將碳酸硅102向上推過導管112并從噴嘴114推出。如上所述，在接觸到等于或高于約350°C的溫度時，碳酸硅102可以分解為化學抑制劑二氧化碳和窒息劑二氧化硅。
[0049]根據所需應用，滅火器裝置可以以預定的相對量包含碳酸硅102和推進劑104。例如，滅火劑可以包含第一量的碳酸硅102和第二量的推進劑104。第一量與第二量之比可以根據滅火器裝置的所需性能而預先限定。在一個實例中，其中儲存有推進劑104的筒可以是滅火器100總體積的約25%。還可以是其它實例。
[0050]火災的處理方法
[0051]本發明的另一實施方式涉及火災的處理方法。所述方法可以包括提供含有碳酸硅的組合物和將對火災施用所述組合物。可以使用任一上述組合物。組合物的施用能夠減小火災的規模或強度。在理想情境中，組合物的施用會使火災熄滅。在某些情況下，組合物的施用會減小火災在滅火后重燃的可能。在理想情境中，組合物的施用會防止火災在滅火后重燃。在某些實施方式中，可以使用上述滅火器裝置來對火災施用碳酸硅。
[0052]實施例
[0053]實施例1:碳酸硅組合物的制備
[0054]在一個實例中，可以通過將平均直徑為30nm的碳酸硅納米顆粒分散在去離子水中來生成混合物。碳酸硅納米顆粒的濃度可為5重量％。組合物可以用于例如處理木材。
[0055]實施例2:碳酸硅和銅組合物的制備
[0056]在另一實例中，可以通過將平均直徑各自為30nm的碳酸硅和銅顆粒分散在去離子水中來生成混合物。碳酸硅納米顆粒的濃度可為5重量％，銅納米顆粒的濃度可為5重量％。組合物可以用于例如處理木材。碳酸硅能減小木材的易燃性，而銅能充當木材防腐劑。
[0057]實施例3:滅火器組合物的制備
[0058]在一個實例中，可以形成碳酸硅的水漿液。可將IL去離子水添加至配備有機械攪拌裝置的2L釜中。可以向去離子水中添加10.0g的Acrysol ASE-60增稠劑，隨后緩慢添加500g的平均直徑為50 μ m?100 μ m的碳酸娃顆粒。然后可以添加5.2mL的28%氨溶液，從而產生用在滅火器中的碳酸硅稠水漿液。可以使用氮氣或二氧化碳作為推進劑。
[0059]實施例4:發泡的濕式滅火器組合物的制備
[0060]在另一實例中，可以形成碳酸硅的濕式發泡溶液。可將IL去離子水添加至配備有機械攪拌裝置的2L爸中。可以向去離子水中添加15.0g的Acrysol ASE-60增稠劑，隨后緩慢添加IOOg的平均直徑為500nm的碳酸硅顆粒。然后可以添加5.2mL的28%氨溶液，繼而添加0.05g的AQF-2起泡劑，從而產生碳酸硅濕式發泡溶液。
[0061]實施例5:干式滅火器組合物的制備
[0062]在又一實例中，可以形成包含平均直徑為50 μ m?100 μ m的碳酸硅顆粒的碳酸硅干粉。可以使用氮氣或二氧化碳作為推進劑。
[0063]實施例6:具有PVC的干式滅火器組合物的制備
[0064]在又一實例中，可以形成包含混有聚(氯乙烯)熱塑性添加劑的平均直徑為50μπι?IOOym的碳酸硅顆粒的碳酸硅干粉。聚(氯乙烯)熱塑性添加劑的濃度可為10重量％。聚(氯乙烯)熱塑性添加劑可以充當排氧殼(oxygen-excluding crust)。
[0065]實施例7:多試劑滅火器組合物的制備
[0066]在另一實例中，可以形成包含混有碳酸氫鈉(NaHCO3)、碳酸氫鉀(KHCO3)和磷酸二氫銨((NH4)H2PO4)的平均直徑為50μπι?IOOym的碳酸硅顆粒的碳酸硅干粉。濃度可如下:碳酸硅可為75重量％、磷酸二氫銨可為15重量％、碳酸氫鈉可為7.5重量％，且碳酸氫鉀可為2.5重量％。
[0067]實施例8:具有硅石的滅火器組合物的制備
[0068]在又一實例中，可以形成具有吸收性材料的干粉，其包含混有氣相硅石(fumedsilica)的平均直徑為50 μ m?100 μ m的碳酸娃顆粒。碳酸娃的濃度可為75重量％,而氣相硅石的濃度可為25重量％。氣相硅石可以充當自燃性材料的吸收性材料，由此限制燃料的可利用度。
[0069]實施例9:示例性能測定
[0070]在一個實驗中，可以將碳酸硅與低密度聚乙烯共混并形成5mm寬、750mm長的樣品條。可將樣品條置于樣品保持器內的輻射板上并使之燃燒。火焰的蔓延可以目視監視，并可記錄火焰熄滅的地點，并可以使用通量校準曲線來確定火焰熄滅地點處的入射通量(稱為最小蔓延通量(MFFS))。這一方法在ASTM國際方法E1321中有詳細描述。碳酸硅/聚乙烯樣品條的MMFS可以表明，碳酸硅的性能與氫氧化鎂阻燃劑相比至少相當，并且比三水合鋁、碳酸鎂、碳酸鈣和碳酸鐵阻燃劑性能更好。
[0071]實施例10:滅火器裝置的制造和使用
[0072]可以獲得常規商購的干式化學滅火器，例如適于充填碳酸氫鈉或磷酸二氫銨的滅火器。可將滅火器充填碳酸硅，并以氮氣加壓。
[0073]滅火器裝置可以用于對火災施用碳酸硅，使火熄滅并防止再燃。
[0074]雖然本文已公開了各個方面和實施方式，不過其它方面和實施方式對于本領域技術人員仍是顯而易見的。本文公開的各個方面和實施方式目的在于進行說明而并非意在進行限制，真實的范圍和主旨由所附權利要求所指定。[0075]本公開不限于本申請中描述的意在闡明多個方面的特定實施方式。將對本領域技術人員顯而易見的是，可以進行多種修改和變形而不脫離本發明的主旨和范圍。根據前述說明，除了本文所列舉的方法和裝置外，本發明范圍內的功能等價方法和裝置將對本領域技術人員而言是顯而易見的。意在將這些修改和變形都包含在所附權利要求的范圍內。本公開僅會受到所附權利要求的條款以及這些權利要求所應有的等價物的完整范圍的限制。應理解的是，本發明不限于特定的方法、試劑、化合物組成或生物系統，這些自然可以發生變化。還應當理解的是，本文所用的術語僅是出于描述特定實施方式的目的，而非意在進行限制。
[0076]對于本文中基本上任何復數和/或單數術語的使用，本領域技術人員都可以在對上下文和/或應用適當的情況下將其從復數形式轉化為單數形式或從單數形式轉化成復數形式。為了清楚，本文中可以明確地說明各種單數/復數變換。
[0077]本領域技術人員應理解的是，通常，本文所用的術語，尤其是所附權利要求(例如，所附權利要求的主體)中所用的術語，通常意在表示“開放式”術語(例如，術語“包括”應理解為“包括但不限于”，術語“具有”應理解為“至少具有”，術語“包含”應理解為“包含但不限于”，等等)。本領域技術人員還應理解的是，如果意圖表示引入權利要求表述的特定數量，則這種意圖將明確表述在權利要求中，而在沒有這種表述時，就不存在這種意圖。例如，為了幫助理解，以下所附的權利要求可能包含引導性短語“至少一個(種)”和“一個(種)或多個(種)”的用法，用來引入權利要求表述。然而，即使同一權利要求包含了引導性短語“一個(種)或多個(種)”或“至少一個(種)”和諸如“一個”或“一種”等不定冠詞，對此類短語的使用也不應解讀為是以下含義:由不定冠詞“一個”或“一種”引入的權利要求表述,會將包含這些引入的權利要求表述的特定權利要求限定為包含僅一個(種)如此表述的實施方式(例如“一個”和/或“一種”應理解為是表示“至少一個(種)”或“一個(種)或多個(種)”)；對于使用定冠詞來引入權利要求表述的情況也同樣如此。此外，即使明確記載了引入權利要求表述的特定數量，本領域技術人員也會認識到應當將此類表述解釋為是表示至少所述數量(例如，如果僅記載了 “兩種表述”而無其他修飾，其含義是至少兩種表述或兩種以上表述)。此外，在使用與“A、B和C等中的至少一種”類似的限定時，通常，此類表述意在具有本領域技術人員通常理解此類限定的含義(例如，“具有A、B和C中至少一種的系統”應包括但不限于僅具有A、僅具有B、僅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等的系統)。在使用與“A、B或C等中的至少一種”類似的限定時，通常，此類表述意在具有本領域技術人員通常理解此類限定的含義(例如，“具有A、B或C中至少一種的系統”應包括但不限于僅具有A、僅具有B、僅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等的系統)。本領域技術人員還應理解的是，不論在說明書、權利要求書還是附圖中，表示兩種以上擇一性事項的任何選言性詞語實際上都應理解為涵蓋了包括這些事項中的某一項、任一項或全部兩項在內的可能性。例如，短語“A或B”將理解為包括了 “A”或“B”或“A和B”的可能性。
[0078]此外，如果以馬庫什組的方式描述了本發明的特征和方面，則本領域技術人員會認識到還藉此以馬庫什組中的任何單獨成員或成員子組的方式描述了本發明。
[0079]本領域技術人員應理解的是，出于任何目的和所有目的，例如在提供書面說明方面，本文公開的所有范圍還包括這些范圍的任何或全部可能的子范圍和子范圍的組合。對于任何列出的范圍，都應容易地認識到充分地描述了并能夠得到被分割為至少兩等份、三等份、四等份、五等份、十等份等的同一范圍。作為非限制性實例，本文所述的每個范圍都可以容易地分割為下三分之一、中三分之一和上三分之一，等等。本領域技術人員還應理解的是，所有例如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等用語都包括了所述的數字，并且指可以繼續分割為上述子范圍的范圍。最后，本領域技術人員還應理解，范圍包括每個單獨的成員。因此，例如，具有I?3個單元的組是指具有1、2或3個單元的組。類似的,具有I?5個單元的組是指具有1、2、3、4或5個單元的組，以此類推。
[0080]雖然本文已公開了各個方面和實施方式，不過其它方面和實施方式對于本領域技術人員仍是顯而易見的。本文公開的各個方面和實施方式目的在于進行說明而并非意在進行限制，真實的范圍和主旨由所附權利要求所指定。
【權利要求】
1.一種滅火組合物,所述滅火組合物包含: 碳酸硅(Si(CO3)2);和 至少一種推進劑。
2.如權利要求1所述的組合物，其中，所述碳酸硅作為漿液、泡沫、固體或粉末存在。
3.如權利要求1所述的組合物，所述組合物還包含碳酸氫鈉(NaHC03)、碳酸氫鉀(KHCO3)、磷酸二氫銨((NH4)H2PO4)或其混合物。
4.如權利要求1所述的組合物，所述組合物還包含至少一種溶劑。
5.如權利要求1~4中任一項所述的組合物，所述組合物還包含水、去離子水、丙酮、礦物精、甘油、丙二醇、氟利昂、哈龍、二氯甲烷、氯仿、超臨界流體、超臨界二氧化碳、超臨界氮氣、超臨界氧氣、超臨界氬氣、超臨界稀有氣體、超臨界氮氧化物、超臨界甲烷、超臨界乙烷、超臨界丙烷、超臨界丁烷、超臨界戊烷、超臨界己烷、烴或其混合物。
6.如權利要求1~4中任一項所述的組合物，其中，所述碳酸硅以約I重量％~約50重量％存在。
7.如權利要求1~4中任一項所述的組合物，其中，所述碳酸硅的平均粒徑為約20nm ~約 2500nm。
8.一種阻燃性材料,所述阻燃性材料包含: 材料；和 施加在所述材料上和/或所述材料內的碳酸硅(Si (CO3)2)。
9.如權利要求8所述的阻燃性材料，所述阻燃性材料還包含銅、銅化合物、鋅、鋅化合物和氧化物中的至少一種。
10.如權利要求8所述的阻燃性材料，其中，所述碳酸硅作為碳酸硅納米顆粒存在。
11.如權利要求8所述的阻燃性材料，其中，所述阻燃性材料的防火性高于不具有碳酸娃的相同材料。
12.如權利要求8~11中任一項所述的阻燃性材料，其中，所述材料是木材或紙。
13.如權利要求8~11中任一項所述的阻燃性材料，其中，所述碳酸硅作為平均直徑為約20nm~約2500nm的碳酸娃納米顆粒存在。
14.如權利要求8~11中任一項所述的阻燃性材料，其中，所述碳酸硅基本均勻地分散在所述材料內。
15.如權利要求8~11中任一項所述的阻燃性材料，其中，所述材料包含木材、墻板、天花板磚、木鑲板、木瓦、織物、塑料、泡沫材料、瓷磚、地板、隔熱材料、電絕緣材料、容器、紙盒、紙板、制材產品、衣物、紙、皮革、棉、油漆、染料、底漆、樹木、植物、動物、寢具、家具、聚氨酯泡沫、衣物、布料或地毯中的至少一種。
16.—種阻燃性材料的制備方法，所述方法包括: 將碳酸硅(Si(CO3)2)分散于溶劑中以形成混合物；和 將所述混合物施加到材料內或材料上以制成阻燃性材料。
17.如權利要求16所述的方法，其中，所述溶劑是水、丙酮、礦物精、甘油、丙二醇、氟利昂、哈龍、二氯甲烷、氯仿、超臨界流體、超臨界二氧化碳、超臨界氮氣、超臨界氧氣、超臨界氬氣、超臨界稀有氣體、超臨界氮氧化物、超臨界甲烷、超臨界乙烷、超臨界丙烷、超臨界丁烷、超臨界戊烷、超臨界己烷、烴 或其混合物。
18.如權利要求16所述的方法，其中，所述碳酸硅作為碳酸硅納米顆粒存在。
19.如權利要求16所述的方法，其中，所述碳酸硅作為平均直徑為約20nm~約2500nm的碳酸硅納米顆粒存在。
20.如權利要求16~19中任一項所述的方法，其中，所述施加步驟包括對所述材料進行壓力處理。
21.如權利要求16~19中任一項所述的方法，其中，所述施加步驟包括向所述材料中注射所述碳酸硅以穿透第一平均距離。
22.如權利要求16~19中任一項所述的方法，其中: 所述施加步驟包括向所述材料中施加所述碳酸硅以穿透第一平均距離；且 所述第一平均距離至少部分地基于實施所述施加時的壓力。
23.如權利要求16~19中任一項所述的方法，其中，所述施加步驟包括在約1OOatmd0.1MPa)~約300atm(30.4MPa)的壓力下進行施加。
24.如權利要求16~19中任一項所述的方法，其中，所述施加步驟包括對所述材料的表面進行刷涂、噴霧、浸蘸、浸泡、浸潰和擴散處理。
25.一種滅火裝置，所述滅火裝置包括儲存有碳酸硅和至少一種推進劑的封閉容器。
26.如權利要求25所述的裝置，所述裝置被配置為將所述碳酸硅輸送至火中。
27.如權利要求25所述的裝置，所述裝置劃分為適于處理A級、B級、C級、D級、E級或F級火災中的至少一種。
28.如權利要求25所述的裝置，所述裝置還包括控制杠桿、導管和噴嘴中的至少一種。
29.如權利要求25~28中任一項所述的裝置，其中，所述封閉容器由不銹鋼、鉻、鎢、鋁、銅、鎳、鈷和金屬中的至少一種形成。
30.如權利要求25~28中任一項所述的裝置，所述裝置經加壓至高于環境壓力的壓力。
31.如權利要求25~28中任一項所述的裝置，所述裝置經加壓至約60atm(6.1MPa)~約 140atm(14.2MPa)。
32.如權利要求25~28中任一項所述的裝置，其中，所述碳酸硅與所述推進劑分開存在。
33.如權利要求25~28中任一項所述的裝置，所述裝置還含有溴化合物、氯化合物、正硼酸、硼酸、硼烷、有機硼烷、哈龍、碳酸銅、碳酸鋅、碳酸鐵、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鈣、碳酸氫鎂、碳酸氫鐵、碳酸氫銅、氫氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鐵、氫氧化銅、氫氧化鋅、硅石、硅酸鹽、有機硅、砂、石英、滑石、云母、磷酸鹽、硫酸銨、磷酸銨、磷酸酯、膦酸鹽、次膦酸鹽、甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二甲酯、磷酸三乙酯、膦酸甲基(5-甲基-2-甲基-1，3，2-二氧磷雜環己-5-基)甲基甲基酯、磷氧化物、N，N-二(2-羥乙基)氨基甲基膦酸二乙酯、氯乙烯、溴乙烯、聚氯乙烯、聚溴乙烯、聚(氯乙烯-溴乙烯)、偏二氯乙烯、聚偏二氯乙烯(SaranS)和偏二溴乙烯中的至少一種。
34.如權利要求25~28中任一項所述的裝置，所述裝置還包括至少一個控制杠桿、至少一個導管和至少一個噴嘴，所述裝置被配置為在所述控制杠桿受壓時，將所述碳酸硅推過所述導管并從所述噴嘴推出。
35.一種火災的處理方法,所述方法包括:提供含有碳酸硅的組合物；和對火災施用所述組合物火災。
36.如權利要求35所述的方法，其中，所述方法減小所述火災的規模或強度。
37.如權利要求35所述的方法，其中，所述方法使所述火災熄滅。
38.如權利要求35所述的方法，其中，所述方法:使所述火災熄滅；并防止所述 火災重燃。
【文檔編號】A62D1/00GK103813835SQ201180073569
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2011年10月12日 優先權日:2011年10月12日
【發明者】W·B·卡爾森, G·D·費倫 申請人:英派爾科技開發有限公司