CN103813835A - 碳酸硅组合物及其制备和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明总体上描述了包含碳酸硅(Si(CO3)2)作为阻燃性组合物的装置和材料以及所述装置和材料的制备方法。在一个实例中，本发明描述了包含碳酸硅和至少一种推进剂的组合物。在另一实例中，本发明描述了包含碳酸硅的阻燃性材料。在又一实例中，本发明描述了阻燃性材料的制备方法。在又一实例中，本发明描述了含有碳酸硅的灭火装置。
Description
背景技术
除非本文中另外指出，本节所述的材料对于本申请的权利要求而言并非现有技术，且并非通过包括本节而承认其为现有技术。
火灾和其它燃烧过程为人和自然等带来可能的危险。当不受控制时，火灾和燃烧可能快速造成损害。已经开发出致力于减轻该损害的多种材料和装置。通常，此类材料和装置可分为两种常见的组：窒息剂和化学抑制剂。
窒息剂起到阻止氧气到达火焰的作用，由此基本使火灾“哽灭”。窒息剂的实例包括水和磷酸盐，但也存在其他试剂。在某些情况下，窒息剂可能不足以控制大型或者蔓延中的火灾。此外，许多窒息剂本身具有负面效果。举例而言，磷酸盐可能阻止植物生长并可能具有其它负面效果。
化学抑制剂通常包括氯或溴，并被设计来均裂式分解，这意味着化学键断裂而形成中性分子和两个自由基。所述自由基与燃烧过程中的氧和自由基结合，以阻止燃烧进程。虽然化学抑制剂在控制大型或蔓延中的火灾方面趋于比窒息剂更为有效，但许多化学抑制剂也具有负面效果。特别是，许多化学抑制剂可能产生卤代烃，后者会耗尽臭氧层。
发明内容
本发明总体上公开了包含碳酸硅(Si(CO3)2)作为阻燃性组合物的装置、材料以及装置和材料的制造方法。在一个实例中，本发明描述了包含碳酸硅和至少一种推进剂的灭火组合物。所述碳酸硅可以是例如浆液、泡沫或粉末的形式。
在另一实例中，本发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，从而使碳酸硅的添加能够为该材料赋予阻燃性，或者所述材料可以是阻燃性材料，从而使碳酸硅的添加能够改善该材料的阻燃性。
在又一实例中，本发明描述了阻燃性木质材料的制造方法。该方法包括将碳酸硅分散在溶剂中以形成混合物并将该混合物施加到材料内或材料上。
前述概要仅为说明性而并非意在以任何方式进行限制。除了上文所述的说明性方面、实施方式和特征以外，通过参照附图和下面的具体实施方式，其它方面、实施方式和特征将变得显而易见。
附图说明
在附图中，图1说明了根据至少某些实施方式配置的灭火器装置的实例。
具体实施方式
在以下具体实施方式中参照了形成其一部分的附图。在图中，相同的符号通常指示相同的组成部分，除非上下文另外指出。具体实施方式、附图和权利要求中所描述的说明性实施方式并非意在限制。在不背离本文所呈现的主题内容的主旨或范围的情况下，可以利用其它的实施方式，也可以进行其它变化。容易理解的是，如本文一般性描述的本发明的各方面可以以多种多样的不同设置进行排列、替换、合并、拆分和设计，而这些均在本文中得到明确预期。
本发明公开了包含碳酸硅(Si(CO3)2，CAS1000286-59-8)作为阻燃剂的装置、材料以及所述材料的制造和应用方法。在某些实例中，有利的是，利用碳酸硅作为阻燃性组合物。
二氧化硅可以容易地制备，且可从多种来源商购获得。二氧化硅(SiO2)与二氧化碳(2(CO2))反应而形成碳酸硅(Si(CO3)2)。二氧化硅(也称硅石)常见于自然中，例如作为砂或石英。二氧化碳在自然中同样地普遍存在，且能够利用包括例如空气蒸馏和各种酸与金属碳酸盐的反应在内的许多过程分离得到。所得产物碳酸硅是无毒且稳定的物质。另外，碳酸硅可能是相对廉价的材料，其可以是许多其它过程的副产物，例如利用石英和其它二氧化硅材料从大气中隔离二氧化碳的过程。
碳酸硅能够热分解。碳酸硅能够在接触高水平的热量时充当阻燃剂。在等于或高于约350℃的温度时，碳酸硅分解回至二氧化硅和二氧化碳，这是上述生成反应的对峙反应。二氧化碳能有效地充当化学抑制剂，而二氧化硅能有效地充当窒息剂。此外，二氧化碳和二氧化硅各自是相对无毒、无腐蚀性且稳定的。结果可以是一种安全且有效的对抗或阻止火灾的手段。
二氧化碳在高温通常为气体。二氧化碳气体比氧气重，因此其起到置换火焰周围的氧气的作用，从而如上所述有效地使火“哽灭”。
二氧化硅在高温通常为固体。特别是，当二氧化硅在高于其玻璃化转变温度(约600℃)时，其可处于有助于使燃烧窒息的宏观尺寸的浮岩样固体形式。
以这种方式，碳酸硅可以用作安全有效的阻燃剂。事实上，在实验中已证实，在比较每单位重量的燃烧抑制时，碳酸硅比通常用作阻燃剂的碳酸钙或碳酸镁更为有效。此外，还证实了，不同于碳酸钙和碳酸镁在受热时形成可能导致植物或动物生命体的烧伤和损伤的金属氧化物，碳酸硅相对安全且无毒。
组合物
本发明的一个实施方式涉及包含碳酸硅的组合物。碳酸硅可以以各种物理形式存在。例如，碳酸硅可以作为浆液、泡沫、固体或粉末存在。
组合物还可以包含至少一种额外材料。所述额外材料可以是至少一种推进剂。推进剂可经选择来辅助组合物从一个位置移动至另一个位置。例如，当加压推进剂进行减压时，其能够辅助将组合物从一个内装空间移动至另一个位置。例如，通过使推进剂减压并使内容物通过喷嘴喷射至所需的目标位置，可以将灭火器装置内部的含有碳酸硅和加压推进剂的组合物从该装置内部移动至该装置外部的位置。推进剂可以是液体、气体、压缩气体、超临界流体、能产生气体的固体或者其它材料。推进剂的具体实例包括氮气、二氧化碳、氩气、氪气、氙气、六氟化硫、氮氧化物、氟代烃、氟氯烃、氟利昂和丙酮。
所述额外材料可以为固体。固体的具体实例包括碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸氢钾(KHCO3)、磷酸二氢铵((NH4)H2PO4)、脲、氯化钾(KCl)、硅石及其混合物。
作为另一选择，所述额外材料可以为至少一种溶剂。碳酸硅可以例如溶解在溶剂中、混合在溶剂中或分散在溶剂中。溶剂的具体实例包括水、去离子水、丙酮、矿物精、甘油、丙二醇、氟利昂、哈龙、二氯甲烷、氯仿和超临界流体(包括超临界二氧化碳、超临界氮气、超临界氧气、超临界氩气和其它超临界稀有气体、超临界氮氧化物、超临界甲烷、超临界乙烷、超临界丙烷、超临界丁烷、超临界戊烷、超临界己烷)、烃及其混合物。还可以是其它溶剂，以及两种以上的混溶或不混溶的溶剂的混合物。
取决于所需应用，碳酸硅可以以多种浓度存在。浓度范围的一个实例是约1重量%～约50重量%。浓度的具体实例包括约1重量%、约5重量%、约10重量%、约20重量%、约30重量%、约40重量%、约50重量%，以及这些值的任意两者之间的范围。还可以为其它浓度。例如，“浓缩物”可以包含更高重量百分比的碳酸硅。碳酸硅可以均匀地或不均匀地存在于整个组合物中。在某些实施方式中，利用一种或多种混合技术(例如，物理、振荡、搅拌、磁性或超声混合技术)使碳酸硅均匀地分散在整个溶剂中。还可以用其它混合技术。
当作为固体存在时，碳酸硅可以以常见的任何粒径存在。粒径可以为基本均匀或非均匀的。一般平均粒径范围为约20nm～约2500nm。平均粒径范围的一个实例是大于约100nm。粒径的具体实例包括约20nm、约50nm、约100nm、约200nm、约300nm、约400nm、约500nm、约600nm、约700nm、约800nm、约900nm、约1000nm、约1100nm、约1200nm、约1300nm、约1400nm、约1500nm、约1600nm、约1700nm、约1800nm、约1900nm、约2000nm、约2100nm、约2200nm、约2300nm、约2400nm、约2500nm以及这些值的任意两者之间的范围。
经处理的材料及其制备方法
本发明的另一实施方式涉及含有碳酸硅的材料。碳酸硅的存在可以为材料赋予阻燃性质，或与不具有碳酸硅的相同材料相比，能够提高该材料的阻燃性质。换言之，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。在某些实施方式中，不具有碳酸硅的材料易受火灾影响，而含碳酸硅的材料是基本阻燃的。在理想环境中，碳酸硅的存在能够使材料基本耐火(fireproof)或防火(fire retardant)。
碳酸硅可以存在于材料表面、可存在于材料内部，或既存在于材料表面又存在于材料内部。碳酸硅可以均匀或非均匀地存在于材料上或材料内。在某些情形中，碳酸硅可以以高于材料内部的浓度存在于材料表面上。在其它情形中，碳酸硅可以在材料内部均匀存在。在某些情形中，材料内部可以不具有碳酸硅，而材料表面含有碳酸硅。
所述材料通常可为任何材料。材料的具体实例包括木材、墙板、天花板砖、木镶板、木瓦、织物、塑料、泡沫材料、瓷砖、地板、隔热材料、电绝缘材料、容器、纸盒、纸板、制材产品、衣物、纸、皮革、棉、油漆、染料、底漆、树木、植物、动物、寝具、家具、玩具、游戏用品、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、聚烯烃泡沫、聚脲泡沫、丙烯酸系纤维、苯乙烯纤维、烯烃纤维和纤维素纤维。
本发明的方法可以包括一个或多个操作、功能或行为。虽然方法和步骤依次顺序描述，但这些步骤也可以并行进行，和/或以与本文所述不同的顺序进行。此外，多个步骤可以合并为更少的步骤、拆分为另外的步骤，和/或基于所需实施方式而废除。
在一个实施方式中，材料的处理方法可以包括将碳酸硅分散在至少一种溶剂中以制备混合物，以及将该混合物施加至材料以形成经处理的材料。在另一实施方式中，材料的处理方法可以包括对碳酸硅施加第一静电荷、对材料施加与第一静电荷相反的第二静电荷并使碳酸硅接近所述材料以使所述相反的静电荷能够将碳酸硅吸引至材料上。
在碳酸硅为碳酸硅纳米颗粒形式的实施方式中，所述方法可以进一步包括在制备混合物之前形成碳酸硅纳米颗粒的步骤。这可能包括例如气相过程，其中将碳酸硅蒸发为气相然后例如在氮气中快速冷却，从而使碳酸硅快速凝固为纳米颗粒。作为另一实例，其还可能包括超临界流体过程，其中将碳酸硅引入超临界流体溶剂并加压，从而导致超临界流体快速膨胀为气体，该气体使碳酸硅粉碎为纳米颗粒。作为再一实例，其还可包括较大的压力或温度变化，这种变化致使碳酸硅快速膨胀，而这反过来导致碳酸硅纳米颗粒的形成。作为又一实例，其还可以包括一种或多种物理技术，例如球磨、辊磨和板间压磨。还可以是其它实例。
所述施加步骤的一个实例可以包括将混合物注入材料。可以使用各种技术来将混合物(含有碳酸硅和溶剂)注入材料，包括非压力处理和压力处理。非压力处理的实例包括刷涂、喷雾、浸蘸、浸泡、浸渍和扩散处理。压力处理的实例包括全程(full-cell)压力处理和脉动压力处理。压力处理可以规模扩大，从而能够进行相对简单的大规模生产。另外，压力处理在某些情形中能够对碳酸硅的渗透和保持提供更大的控制，如下文所述。此外，压力处理在某些情形中是比非压力处理更耐久的处理。
材料可以置于封闭腔室中并接触含有碳酸硅和溶剂的混合物。在腔室内，可以施加高压，从而使腔室加压。高压可迫使碳酸硅的部分或全部渗透材料，由此使材料浸透。在某些实施方式中，可以在高压后施加真空，以便除去任何过量的碳酸硅。
根据应用，注入材料的碳酸硅的浓度可以为例如约1.5重量%～约3重量%。还可以为其它实例。一般而言，材料中碳酸硅的浓度越高越会提高材料的阻燃性。在某些实施方式中，碳酸硅的浓度可依赖于材料的类型(例如，木材、塑料等)。对于相对易燃的材料而言，可能理想的是使用更高浓度的碳酸硅，例如约20重量%。还可以为其它实例。
碳酸硅渗透材料的平均距离可通过改变施加的压力来控制。类似地，碳酸硅保留在材料中的平均量也可以通过改变施加的压力来控制。压力的实例包括约100atm(10.1MPa)～约300atm(30.4MPa)的压力，但也可以为其它压力。压力的具体实例包括约100atm(10.1MPa)、约150atm(15.2MPa)、约200atm(20.3MPa)、约250atm(25.3MPa)、约300atm(30.4MPa)，以及这些值任意两者之间的范围。一般而言，压力越高会导致碳酸硅在材料内的平均渗透越深。类似地，压力越高会导致碳酸硅在材料中的保留量越高。另外，碳酸硅的平均直径越大可能需要越高的压力。
虽然上述说明聚焦于将碳酸硅注入材料，但在某些实施方式中，也可以使用包含碳酸硅和溶剂的混合物来涂布材料。例如，所述混合物可以用作油漆、染料或喷涂物。还可以是其它实例。
在某些实施方式中，可能理想的是，在待施加于材料的混合物中包含一种或多种额外化合物。所述额外化合物可以是可赋予材料阻燃性的其它化合物，或者所述额外化合物可以起到赋予材料其它性质(如防腐性或颜色)的作用。可用于赋予材料防腐性的示例化合物包括铜、铜化合物、锌、锌化合物和氧化物，以及一种或多种有机化合物，例如，硼酸盐、铵化合物、iazolin木材防腐剂、联苯菊酯防腐剂、胺化合物、酰胺化合物、油、焦油、蜡、苯甲酸盐(酯)、铵化合物、鏻化合物、砷防腐剂和铬酸盐防腐剂。还可以有其它实例。
出于说明的目的，以下介绍包含碳酸硅和铜的阻燃性材料(如木材)的示例制造方法。可以将铜注入材料以辅助材料防腐。然而应该理解，可以使用类似的方法来制造包含碳酸硅和另一种化合物的阻燃性材料。
碳酸硅可以是碳酸硅纳米颗粒的形式。类似地，铜可以是铜纳米颗粒的形式。碳酸硅纳米颗粒和铜纳米颗粒各自可以利用上文所述的一种或多种方法形成。碳酸硅纳米颗粒和铜纳米颗粒各自可以具有例如小于约500nm和/或大于约20nm的平均直径。在某些实施方式中，碳酸硅纳米颗粒和铜纳米颗粒可以具有相同的平均直径，而在其它实施方式中，碳酸硅纳米颗粒的平均直径可以大于或小于铜纳米颗粒的平均直径。
碳酸硅和铜可以分散在至少一种溶剂中。溶剂可以是上文所述的任何溶剂。碳酸硅和铜可以根据应用以多种浓度分散在溶剂中。浓度的实例可以是碳酸硅和铜各自为约5重量%，不过，浓度范围可以是碳酸硅和铜各自为例如约1重量%～约50重量%。浓度的具体实例包括约1重量%、约5重量%、约10重量%、约20重量%、约30重量%、约40重量%、约50重量%以及这些值任意两者之间的范围。还可以为其它浓度。在某些实施方式中，可以利用上文所述的一种或多种混合技术使碳酸硅和铜均匀地分散在整个溶剂中。
材料可以置于封闭腔室中并接触含有碳酸硅、铜和溶剂的混合物。在腔室内，可以施加高压，使该腔室加压。高压可迫使碳酸硅和铜的部分或全部渗透材料。在某些实施方式中，可以在高压后施加真空，以便除去任何过量的碳酸硅或铜。在某些实施方式中，可以控制压力以便例如在材料中生成不同浓度的碳酸硅。还可以为其它实例。
通过改变施加的压力，可以控制碳酸硅和铜渗透入材料中的平均距离。碳酸硅和铜可以在材料中渗透相同的距离，或者碳酸硅和铜中的一者可以比另一者渗透得更深。类似地，通过改变施加的压力，可以控制材料中保留的碳酸硅的平均量和铜量。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铜量。压力的实例包括约100atm(10.1MPa)～约300atm(30.4MPa)，不过也可以是其它压力。压力的具体实例包括100atm(10.1MPa)、约150atm(15.2MPa)、约200atm(20.3MPa)、约250atm(25.3MPa)、约300atm(30.4MPa)以及这些值任意两者之间的范围。一般而言，压力越高会导致碳酸硅和铜各自在材料内的平均渗透越深。类似地，压力越高会导致材料内保留的碳酸硅和铜的量越高。另外，在某些情形中，碳酸硅和铜的平均直径越大，可能需要的压力越高。
施加步骤的一个替代性实例可以包括将碳酸硅施涂至材料表面。具体实例包括刷涂、喷雾、浸蘸、浸泡、浸渍和扩散处理。
灭火器装置
本发明的另一实施方式涉及灭火器装置。灭火器装置可以至少含有如上所述的碳酸硅。灭火器装置可以含有如上所述的至少一种推进剂。灭火器装置可以被配置为将碳酸硅输送至火中。
出于碳酸硅的有效性和安全性，且由于其会分解为化学抑制剂和窒息剂，灭火器装置可以用在例如化学火灾、住宅火灾、油气火灾、电器火灾和户外火灾中。还可以是其它实例。灭火器装置可以进行分类以适于处理一种或多种类型的火灾。例如，灭火器装置可以划分为适于处理A类、B类、C类、D类、E类或F类火灾中的至少一类。
灭火器装置还可以含有至少一种额外的火灾处理化合物。额外的火灾处理化合物的具体实例包括：溴化合物、氯化合物、正硼酸、硼酸、硼烷、有机硼烷、哈龙、碳酸铜、碳酸锌、碳酸铁、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢钙、碳酸氢镁、碳酸氢铁、碳酸氢铜、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化锌、硅石、硅酸盐、有机硅、砂、石英、滑石、云母、硫酸铵、磷酸盐、磷酸铵、磷酸酯、膦酸盐、次膦酸盐、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-1,3,2-二氧磷杂环己-5-基)甲基甲基酯(phosphonic acid,methyl(5-methyl-2-methyl-1,3,2-dioxaphosphorinan-5-yl)methyl,methylester)、磷氧化物、N,N-二(2-羟乙基)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
和偏二溴乙烯。
在灭火器装置100中，碳酸硅102和推进剂104可以储存在封闭容器106内部，该封闭容器106由例如不锈钢、铬、钨、铝、铜、镍、钴或另一种金属形成。在封闭容器106内，可以将碳酸硅102和推进剂104加压至高于环境压力的压力。例如，根据用作推进剂104的材料，可以将推进剂104加压至例如约60atm(6.1MPa)～约140atm(14.2MPa)。还可以为其它实例。虽然在图1中显示推进剂104储存在与碳酸硅102分开的容器108中，不过在其它实施方式中，推进剂104和碳酸硅102可以储存在一起。
如图1所示，灭火器装置100还可以包括控制杠杆110、导管112和喷嘴114中的至少一个。在某些实施方式中，装置可以包括至少一个控制杠杆110、至少一个导管112和至少一个喷嘴114。装置可以被配置为使得当控制杠杆110受压时，将碳酸硅推过导管112从喷嘴114推出。在操作时，当控制杠杆110受压时，可将容器108刺穿，从而使加压的推进剂104能够膨胀离开容器108。随着推进剂104的膨胀，可将碳酸硅102向上推过导管112并从喷嘴114推出。如上所述，在接触到等于或高于约350℃的温度时，碳酸硅102可以分解为化学抑制剂二氧化碳和窒息剂二氧化硅。
根据所需应用，灭火器装置可以以预定的相对量包含碳酸硅102和推进剂104。例如，灭火剂可以包含第一量的碳酸硅102和第二量的推进剂104。第一量与第二量之比可以根据灭火器装置的所需性能而预先限定。在一个实例中，其中储存有推进剂104的筒可以是灭火器100总体积的约25%。还可以是其它实例。
火灾的处理方法
本发明的另一实施方式涉及火灾的处理方法。所述方法可以包括提供含有碳酸硅的组合物和将对火灾施用所述组合物。可以使用任一上述组合物。组合物的施用能够减小火灾的规模或强度。在理想情境中，组合物的施用会使火灾熄灭。在某些情况下，组合物的施用会减小火灾在灭火后重燃的可能。在理想情境中，组合物的施用会防止火灾在灭火后重燃。在某些实施方式中，可以使用上述灭火器装置来对火灾施用碳酸硅。
实施例
实施例1：碳酸硅组合物的制备
在一个实例中，可以通过将平均直径为30nm的碳酸硅纳米颗粒分散在去离子水中来生成混合物。碳酸硅纳米颗粒的浓度可为5重量%。组合物可以用于例如处理木材。
实施例2：碳酸硅和铜组合物的制备
在另一实例中，可以通过将平均直径各自为30nm的碳酸硅和铜颗粒分散在去离子水中来生成混合物。碳酸硅纳米颗粒的浓度可为5重量%，铜纳米颗粒的浓度可为5重量%。组合物可以用于例如处理木材。碳酸硅能减小木材的易燃性，而铜能充当木材防腐剂。
实施例3：灭火器组合物的制备
在一个实例中，可以形成碳酸硅的水浆液。可将1L去离子水添加至配备有机械搅拌装置的2L釜中。可以向去离子水中添加10.0g的Acrysol ASE-60增稠剂，随后缓慢添加500g的平均直径为50μm～100μm的碳酸硅颗粒。然后可以添加5.2mL的28%氨溶液，从而产生用在灭火器中的碳酸硅稠水浆液。可以使用氮气或二氧化碳作为推进剂。
实施例4：发泡的湿式灭火器组合物的制备
在另一实例中，可以形成碳酸硅的湿式发泡溶液。可将1L去离子水添加至配备有机械搅拌装置的2L釜中。可以向去离子水中添加15.0g的Acrysol ASE-60增稠剂，随后缓慢添加100g的平均直径为500nm的碳酸硅颗粒。然后可以添加5.2mL的28%氨溶液，继而添加0.05g的AQF-2起泡剂，从而产生碳酸硅湿式发泡溶液。
实施例5：干式灭火器组合物的制备
在又一实例中，可以形成包含平均直径为50μm～100μm的碳酸硅颗粒的碳酸硅干粉。可以使用氮气或二氧化碳作为推进剂。
实施例6：具有PVC的干式灭火器组合物的制备
在又一实例中，可以形成包含混有聚(氯乙烯)热塑性添加剂的平均直径为50μm～100μm的碳酸硅颗粒的碳酸硅干粉。聚(氯乙烯)热塑性添加剂的浓度可为10重量%。聚(氯乙烯)热塑性添加剂可以充当排氧壳(oxygen-excluding crust)。
实施例7：多试剂灭火器组合物的制备
在另一实例中，可以形成包含混有碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸氢钾(KHCO3)和磷酸二氢铵((NH4)H2PO4)的平均直径为50μm～100μm的碳酸硅颗粒的碳酸硅干粉。浓度可如下：碳酸硅可为75重量%、磷酸二氢铵可为15重量%、碳酸氢钠可为7.5重量%，且碳酸氢钾可为2.5重量%。
实施例8：具有硅石的灭火器组合物的制备
在又一实例中，可以形成具有吸收性材料的干粉，其包含混有气相硅石(fumedsilica)的平均直径为50μm～100μm的碳酸硅颗粒。碳酸硅的浓度可为75重量%，而气相硅石的浓度可为25重量%。气相硅石可以充当自燃性材料的吸收性材料，由此限制燃料的可利用度。
实施例9：示例性能测定
在一个实验中，可以将碳酸硅与低密度聚乙烯共混并形成5mm宽、750mm长的样品条。可将样品条置于样品保持器内的辐射板上并使之燃烧。火焰的蔓延可以目视监视，并可记录火焰熄灭的地点，并可以使用通量校准曲线来确定火焰熄灭地点处的入射通量(称为最小蔓延通量(MFFS))。这一方法在ASTM国际方法E1321中有详细描述。碳酸硅/聚乙烯样品条的MMFS可以表明，碳酸硅的性能与氢氧化镁阻燃剂相比至少相当，并且比三水合铝、碳酸镁、碳酸钙和碳酸铁阻燃剂性能更好。
实施例10：灭火器装置的制造和使用
可以获得常规商购的干式化学灭火器，例如适于充填碳酸氢钠或磷酸二氢铵的灭火器。可将灭火器充填碳酸硅，并以氮气加压。
灭火器装置可以用于对火灾施用碳酸硅，使火熄灭并防止再燃。
虽然本文已公开了各个方面和实施方式，不过其它方面和实施方式对于本领域技术人员仍是显而易见的。本文公开的各个方面和实施方式目的在于进行说明而并非意在进行限制，真实的范围和主旨由所附权利要求所指定。
本公开不限于本申请中描述的意在阐明多个方面的特定实施方式。将对本领域技术人员显而易见的是，可以进行多种修改和变形而不脱离本发明的主旨和范围。根据前述说明，除了本文所列举的方法和装置外，本发明范围内的功能等价方法和装置将对本领域技术人员而言是显而易见的。意在将这些修改和变形都包含在所附权利要求的范围内。本公开仅会受到所附权利要求的条款以及这些权利要求所应有的等价物的完整范围的限制。应理解的是，本发明不限于特定的方法、试剂、化合物组成或生物系统，这些自然可以发生变化。还应当理解的是，本文所用的术语仅是出于描述特定实施方式的目的，而非意在进行限制。
对于本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员都可以在对上下文和/或应用适当的情况下将其从复数形式转化为单数形式或从单数形式转化成复数形式。为了清楚，本文中可以明确地说明各种单数/复数变换。
本领域技术人员应理解的是，通常，本文所用的术语，尤其是所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中所用的术语，通常意在表示“开放式”术语(例如，术语“包括”应理解为“包括但不限于”，术语“具有”应理解为“至少具有”，术语“包含”应理解为“包含但不限于”，等等)。本领域技术人员还应理解的是，如果意图表示引入权利要求表述的特定数量，则这种意图将明确表述在权利要求中，而在没有这种表述时，就不存在这种意图。例如，为了帮助理解，以下所附的权利要求可能包含引导性短语“至少一个(种)”和“一个(种)或多个(种)”的用法，用来引入权利要求表述。然而，即使同一权利要求包含了引导性短语“一个(种)或多个(种)”或“至少一个(种)”和诸如“一个”或“一种”等不定冠词，对此类短语的使用也不应解读为是以下含义：由不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求表述，会将包含这些引入的权利要求表述的特定权利要求限定为包含仅一个(种)如此表述的实施方式(例如“一个”和/或“一种”应理解为是表示“至少一个(种)”或“一个(种)或多个(种)”)；对于使用定冠词来引入权利要求表述的情况也同样如此。此外，即使明确记载了引入权利要求表述的特定数量，本领域技术人员也会认识到应当将此类表述解释为是表示至少所述数量(例如，如果仅记载了“两种表述”而无其他修饰，其含义是至少两种表述或两种以上表述)。此外，在使用与“A、B和C等中的至少一种”类似的限定时，通常，此类表述意在具有本领域技术人员通常理解此类限定的含义(例如，“具有A、B和C中至少一种的系统”应包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等的系统)。在使用与“A、B或C等中的至少一种”类似的限定时，通常，此类表述意在具有本领域技术人员通常理解此类限定的含义(例如，“具有A、B或C中至少一种的系统”应包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等的系统)。本领域技术人员还应理解的是，不论在说明书、权利要求书还是附图中，表示两种以上择一性事项的任何选言性词语实际上都应理解为涵盖了包括这些事项中的某一项、任一项或全部两项在内的可能性。例如，短语“A或B”将理解为包括了“A”或“B”或“A和B”的可能性。
此外，如果以马库什组的方式描述了本发明的特征和方面，则本领域技术人员会认识到还藉此以马库什组中的任何单独成员或成员子组的方式描述了本发明。
本领域技术人员应理解的是，出于任何目的和所有目的，例如在提供书面说明方面，本文公开的所有范围还包括这些范围的任何或全部可能的子范围和子范围的组合。对于任何列出的范围，都应容易地认识到充分地描述了并能够得到被分割为至少两等份、三等份、四等份、五等份、十等份等的同一范围。作为非限制性实例，本文所述的每个范围都可以容易地分割为下三分之一、中三分之一和上三分之一，等等。本领域技术人员还应理解的是，所有例如“至多”、“至少”、“大于”、“小于”等用语都包括了所述的数字，并且指可以继续分割为上述子范围的范围。最后，本领域技术人员还应理解，范围包括每个单独的成员。因此，例如，具有1～3个单元的组是指具有1、2或3个单元的组。类似的，具有1～5个单元的组是指具有1、2、3、4或5个单元的组，以此类推。
虽然本文已公开了各个方面和实施方式，不过其它方面和实施方式对于本领域技术人员仍是显而易见的。本文公开的各个方面和实施方式目的在于进行说明而并非意在进行限制，真实的范围和主旨由所附权利要求所指定。
Claims (38)
1.一种灭火组合物，所述灭火组合物包含：
碳酸硅(Si(CO3)2)；和
至少一种推进剂。
2.如权利要求1所述的组合物，其中，所述碳酸硅作为浆液、泡沫、固体或粉末存在。
3.如权利要求1所述的组合物，所述组合物还包含碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸氢钾(KHCO3)、磷酸二氢铵((NH4)H2PO4)或其混合物。
4.如权利要求1所述的组合物，所述组合物还包含至少一种溶剂。
5.如权利要求1～4中任一项所述的组合物，所述组合物还包含水、去离子水、丙酮、矿物精、甘油、丙二醇、氟利昂、哈龙、二氯甲烷、氯仿、超临界流体、超临界二氧化碳、超临界氮气、超临界氧气、超临界氩气、超临界稀有气体、超临界氮氧化物、超临界甲烷、超临界乙烷、超临界丙烷、超临界丁烷、超临界戊烷、超临界己烷、烃或其混合物。
6.如权利要求1～4中任一项所述的组合物，其中，所述碳酸硅以约1重量%～约50重量%存在。
7.如权利要求1～4中任一项所述的组合物，其中，所述碳酸硅的平均粒径为约20nm～约2500nm。
8.一种阻燃性材料，所述阻燃性材料包含：
材料；和
施加在所述材料上和/或所述材料内的碳酸硅(Si(CO3)2)。
9.如权利要求8所述的阻燃性材料，所述阻燃性材料还包含铜、铜化合物、锌、锌化合物和氧化物中的至少一种。
10.如权利要求8所述的阻燃性材料，其中，所述碳酸硅作为碳酸硅纳米颗粒存在。
11.如权利要求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硅的相同材料。
12.如权利要求8～11中任一项所述的阻燃性材料，其中，所述材料是木材或纸。
13.如权利要求8～11中任一项所述的阻燃性材料，其中，所述碳酸硅作为平均直径为约20nm～约2500nm的碳酸硅纳米颗粒存在。
14.如权利要求8～11中任一项所述的阻燃性材料，其中，所述碳酸硅基本均匀地分散在所述材料内。
15.如权利要求8～11中任一项所述的阻燃性材料，其中，所述材料包含木材、墙板、天花板砖、木镶板、木瓦、织物、塑料、泡沫材料、瓷砖、地板、隔热材料、电绝缘材料、容器、纸盒、纸板、制材产品、衣物、纸、皮革、棉、油漆、染料、底漆、树木、植物、动物、寝具、家具、聚氨酯泡沫、衣物、布料或地毯中的至少一种。
16.一种阻燃性材料的制备方法，所述方法包括：
将碳酸硅(Si(CO3)2)分散于溶剂中以形成混合物；和
将所述混合物施加到材料内或材料上以制成阻燃性材料。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述溶剂是水、丙酮、矿物精、甘油、丙二醇、氟利昂、哈龙、二氯甲烷、氯仿、超临界流体、超临界二氧化碳、超临界氮气、超临界氧气、超临界氩气、超临界稀有气体、超临界氮氧化物、超临界甲烷、超临界乙烷、超临界丙烷、超临界丁烷、超临界戊烷、超临界己烷、烃或其混合物。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述碳酸硅作为碳酸硅纳米颗粒存在。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述碳酸硅作为平均直径为约20nm～约2500nm的碳酸硅纳米颗粒存在。
20.如权利要求16～19中任一项所述的方法，其中，所述施加步骤包括对所述材料进行压力处理。
21.如权利要求16～19中任一项所述的方法，其中，所述施加步骤包括向所述材料中注射所述碳酸硅以穿透第一平均距离。
22.如权利要求16～19中任一项所述的方法，其中：
所述施加步骤包括向所述材料中施加所述碳酸硅以穿透第一平均距离；且
所述第一平均距离至少部分地基于实施所述施加时的压力。
23.如权利要求16～19中任一项所述的方法，其中，所述施加步骤包括在约100atm(10.1MPa)～约300atm(30.4MPa)的压力下进行施加。
24.如权利要求16～19中任一项所述的方法，其中，所述施加步骤包括对所述材料的表面进行刷涂、喷雾、浸蘸、浸泡、浸渍和扩散处理。
25.一种灭火装置，所述灭火装置包括储存有碳酸硅和至少一种推进剂的封闭容器。
26.如权利要求25所述的装置，所述装置被配置为将所述碳酸硅输送至火中。
27.如权利要求25所述的装置，所述装置划分为适于处理A级、B级、C级、D级、E级或F级火灾中的至少一种。
28.如权利要求25所述的装置，所述装置还包括控制杠杆、导管和喷嘴中的至少一种。
29.如权利要求25～28中任一项所述的装置，其中，所述封闭容器由不锈钢、铬、钨、铝、铜、镍、钴和金属中的至少一种形成。
30.如权利要求25～28中任一项所述的装置，所述装置经加压至高于环境压力的压力。
31.如权利要求25～28中任一项所述的装置，所述装置经加压至约60atm(6.1MPa)～约140atm(14.2MPa)。
32.如权利要求25～28中任一项所述的装置，其中，所述碳酸硅与所述推进剂分开存在。
33.如权利要求25～28中任一项所述的装置，所述装置还含有溴化合物、氯化合物、正硼酸、硼酸、硼烷、有机硼烷、哈龙、碳酸铜、碳酸锌、碳酸铁、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸氢钙、碳酸氢镁、碳酸氢铁、碳酸氢铜、氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化铁、氢氧化铜、氢氧化锌、硅石、硅酸盐、有机硅、砂、石英、滑石、云母、磷酸盐、硫酸铵、磷酸铵、磷酸酯、膦酸盐、次膦酸盐、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-1,3,2-二氧磷杂环己-5-基)甲基甲基酯、磷氧化物、N,N-二(2-羟乙基)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
和偏二溴乙烯中的至少一种。
34.如权利要求25～28中任一项所述的装置，所述装置还包括至少一个控制杠杆、至少一个导管和至少一个喷嘴，所述装置被配置为在所述控制杠杆受压时，将所述碳酸硅推过所述导管并从所述喷嘴推出。
35.一种火灾的处理方法，所述方法包括：
提供含有碳酸硅的组合物；和
对火灾施用所述组合物火灾。
36.如权利要求35所述的方法，其中，所述方法减小所述火灾的规模或强度。
37.如权利要求35所述的方法，其中，所述方法使所述火灾熄灭。
38.如权利要求35所述的方法，其中，所述方法：
使所述火灾熄灭；并
防止所述火灾重燃。
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