CN112513184A - 胶体屏障材料及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

一些变型提供了一种用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液‑胶体体系，所述体系包含亲水性第一液体、酸、胶凝剂、疏水性第二液体、增塑剂、以及任选地添加剂，其中所述乳液‑胶体体系的特征在于：(1)在高于60C且低于所述第一液体的沸点下为可流动乳液的第一情况，以及(2)在低于40C下为胶体的第二情况。所述乳液‑胶体体系能够在所述第一情况与所述第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。所披露的胶体屏障材料提供了塑料替代品的功能，同时除去缺点。所披露的胶体屏障材料减少了屏障的劳动密集型应用，例如用塑料防水布覆盖谷物堆的情况。当不再需要屏障保护时，所披露的胶体屏障材料还消除对除去的需求。

Description

胶体屏障材料及其制造和使用方法

优先权数据

本国际专利申请要求于2018年7月12日提交的美国专利申请号62/697,120和2019年7月11日提交的美国专利申请号16/508,424的优先权，这些专利中的每一个特此通过引用结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及生产布置成胶体屏障的乳液-胶体体系的工艺和方法。胶体屏障布置在生物质、谷物、土壤和其他材料上。胶体屏障的农业应用包括在水果和蔬菜生产中作为用于塑料地膜的替代品，以及作为用于谷物储存的塑料防水布的替代品。

背景技术

在农业中使用塑料覆盖物、屏障、薄膜和防水布是常见的实践。通常，低成本和易于使用是许多优点之一。还存在显著的缺点，包括来自塑料的持续的环境污染，使塑料无法进行正确的处理过程，故意的不当处置以及在某些应用中对工人搬运材料的风险。一个产品实例是使用塑料地膜，其被用作在许多水果和蔬菜(包括黄瓜、南瓜、甜瓜、辣椒、番茄和秋葵)的生产中的常见农业实践。使用塑料覆盖物的一些优点是更清洁的产品、更好的水管理、一些有害生物的减少、以及更早和更高的总产量。显著的缺点包括密集种植导致的土壤退化加剧、分布式陆地微塑料的来源材料增加、与材料的正确处理相关的劳动密集型和昂贵的处理。

另一个实例是塑料防水布在覆盖谷物堆中的用途。这些塑料防水布防止储存的谷物在投放市场和或最终使用之前遭受损失。正确安装和除去这些防水布可能会对员工造成危害，处置相对昂贵，并且材料可能是塑料污染的来源。

需要不由石油衍生的塑料聚合物组成的塑料覆盖物、屏障、薄膜、防水布和类似的屏障材料。需要替代品，其提供塑料替代品的一些或全部功能，同时消除一些或全部缺点。

还需要屏障材料，其减少或消除劳动密集型应用的屏障，例如用塑料防水布或类似的塑料材料覆盖谷物堆的情况。还需要屏障材料，当不再需要屏障保护时或当接近在下面的材料时，例如在耕种之前必须除去的农业塑料覆盖物材料和在运输谷物之前除去的谷物防水布的情况下，所述屏障材料减少或消除了除去的需要。

发明内容

本发明解决了本领域中上述需求，如现在将进行概述并且然后在以下进一步详细描述的。

一些变型提供了用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的亲水性第一液体；

0.01wt％至5wt％的酸；

1wt％至21wt％的胶凝剂；

5wt％至25wt％的疏水性第二液体；

1wt％至50wt％的增塑剂；以及

任选地0.01wt％至50wt％的一种或多种添加剂，

其中乳液-胶体体系的特征在于在高于60℃且低于第一液体的沸点下为可流动乳液的第一情况，其中乳液-胶体体系的特征在于在低于40℃下为胶体的第二情况，并且其中乳液-胶体体系能够在第一情况与第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。

在一些实施例中，亲水性第一液体是水，其中所述水优选地选自由以下组成的组：井水、纯净水、反渗透水、工艺水、城市用水、软水、硬水、自来水、及其组合。

在一些实施例中，酸选自由以下组成的组：无机酸、有机酸、羧酸、及其组合。

在一些实施例中，胶凝剂选自由以下组成的组：琼脂、琼脂糖、海藻酸盐、明胶、角叉菜胶、羧甲基纤维素、瓜尔胶、果胶酸钠、黄蓍胶、及其组合。

在一些实施例中，疏水性第二液体选自由以下组成的组：基于石油的油、基于植物的油、基于动物的油、及其组合。

在一些实施例中，增塑剂包括衍生自石油来源、植物来源、动物来源、或其组合的甘油。

在一些实施例中，添加剂选自由以下组成的组：交联剂、光反应性聚合物、不透气性试剂、UV吸收剂、光散射剂、催化剂钝化剂、化学品吸收剂、肥料、除草剂、杀有害生物剂、杀昆虫剂、杀真菌剂、稳定剂、纳米颗粒、阻燃剂、乳化剂、蜡、粘度调节剂、着色剂、及其组合。

当乳液-胶体体系呈第二情况的形式时，第二情况可以是布置在基底上的胶体屏障材料。胶体屏障材料优选地是与基底表面在物理上成为一体的连续层。

基底可以选自由以下组成的组：谷物、土壤、青贮饲料、植物、植物根部、以及木质纤维素生物质。组合也是可能的，例如土壤和植物一起。其他基底也是可能的。

一些变型提供了用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的亲水性第一液体；

0.01wt％至5wt％的酸；

1wt％至21wt％的胶凝剂；

5wt％至25wt％的疏水性第二液体；

15wt％至40wt％的蜡；

1wt％至45wt％的增塑剂；

0.01wt％至4wt％的乳化剂；以及

任选地0.01wt％至15wt％的一种或多种添加剂，

其中乳液-胶体体系的特征在于在高于60℃且低于第一液体的沸点下为可流动乳液的第一情况，其中乳液-胶体体系的特征在于在低于40℃下为胶体的第二情况，并且其中乳液-胶体体系能够在第一情况与第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。

在一些实施例中，亲水性第一液体是水，其中所述水优选地选自由以下组成的组：井水、纯净水、反渗透水、工艺水、城市用水、软水、硬水、自来水、及其组合。

在一些实施例中，酸选自由以下组成的组：无机酸、有机酸、羧酸、及其组合。

在一些实施例中，胶凝剂选自由以下组成的组：琼脂、琼脂糖、海藻酸盐、明胶、角叉菜胶、羧甲基纤维素、瓜尔胶、果胶酸钠、黄蓍胶、及其组合。

在一些实施例中，疏水性第二液体选自由以下组成的组：基于石油的油、基于植物的油、基于动物的油、及其组合。

在一些实施例中，蜡选自由以下组成的组：植物来源的蜡、动物来源的蜡、石油来源的蜡、及其组合。

在一些实施例中，增塑剂包括衍生自石油来源、植物来源、动物来源、或其组合的甘油。

在一些实施例中，添加剂选自由以下组成的组：交联剂、光反应性聚合物、不透气性试剂、UV吸收剂、光散射剂、催化剂钝化剂、化学品吸收剂、肥料、除草剂、杀有害生物剂、杀昆虫剂、杀真菌剂、稳定剂、纳米颗粒、阻燃剂、粘度调节剂及其组合。

在一些实施例中，乳液-胶体体系呈第二情况的形式，并且其中第二情况是布置在基底上的胶体屏障材料。

在一些实施例中，胶体屏障材料是与基底表面在物理上成为一体的连续层。

基底可以选自由以下组成的组：谷物、土壤、青贮饲料、植物、植物根部、以及木质纤维素生物质。组合也是可能的，例如土壤和植物一起。其他基底也是可能的。

一些实施例提供了用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的水；

0.01wt％至5wt％的柠檬酸；

5wt％至10wt％的明胶；

10wt％至45wt％的甘油；

0.01wt％至5wt％的瓜尔胶；

0.01wt％至5wt％的芥末粉；

5wt％至25wt％的大豆油；

15wt％至40wt％的硬脂精；

0.01wt％至2wt％的二氧化钛；以及

0.01wt％至5wt％的着色剂、染料、颜料、或其他着色剂，

其中乳液-胶体体系的特征在于在高于60℃且低于100℃下为可流动乳液的第一情况，其中乳液-胶体体系的特征在于在低于40℃下为胶体的第二情况，并且其中乳液-胶体体系能够在第一情况与第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。

附图说明

图1描绘了示例性体系(2D侧视图)，其中胶体屏障材料布置在基底上，其中胶体屏障材料是连续的并且与基底的顶层在物理上成为一体。

图2描绘了示例性体系(2D侧视图)，其中胶体屏障材料布置在基底上，其中胶体屏障材料是连续的并且与基底的顶层在物理上成为一体。

图3描绘了示例性体系(2D侧视图)，其中胶体屏障材料布置在基底(用*表示的颗粒)上，但未布置在主体基底颗粒上。胶体屏障材料是连续的并且与基底在物理上成为一体。

图4描绘了示例性体系(2D侧视图)，其中胶体屏障材料布置在基底(用*表示的颗粒)上，但未布置在主体基底颗粒上。胶体屏障材料是连续的并且与基底在物理上成为一体。

具体实施方式

本发明的组合物、体系和方法将通过参考各种非限制性实施例进行详细说明。

本说明将使得本领域的技术人员能够制造并使用本发明，并且本说明描述了本发明的若干实施例、修改、变型、替代方案和用途。在结合附图参考本发明的以下详细描述时，本发明的这些和其他实施例、特征和优点对于本领域的技术人员而言将变得更明显。

如在本说明书和所附权利要求书中所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式的“一个/种(a/an)”和“所述”包括复数指示物。除非另外定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。

除非另外指示，否则本说明书和权利要求书中使用的表示条件、浓度、尺寸等的所有数值应被理解为在所有情况下用术语“约”来修饰。因此，除非有相反指示，否则在以下说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是近似值，这些近似值至少可以根据具体的分析技术而变化。浓度可以是特定组分的浓度列表中任何列举值的中间值。

与“包括(including)”、“含有(containing)”、或“特征在于”同义的术语“包含(comprising)”是包含性的或开放式的并且不排除另外的、未列举的元素或方法步骤。“包含”是权利要求语言中使用的专门术语，意指所指定的权利要求要素是必要的，但是可以添加其他权利要求要素并且仍然构成在权利要求的范围内的概念。

如本文中所使用，短语“由……组成”不包括未在权利要求书中指定的任何元素、步骤或成分。当短语“由……组成”(或其变型)出现在权利要求主体的条款中而非紧跟前序时，所述短语仅限制所述条款中阐述的要素；其他要素未被排除在作为整体的权利要求之外。如本文中所使用，短语“基本上由……组成”将权利要求的范围限制于指定的元素或方法步骤，加上不实质地影响所要求保护的主题的基础和一个或多个新颖特征的那些。

关于术语“包含”、“由……组成”以及“基本上由……组成”，在本文中使用这三个术语中的一种的情况下，目前披露的且要求保护的主题可以包括使用其他两个术语中的任何一个，除了用于马库什组时。因此，在一些未另外明确列举的实施例中，“包含”的任何实例可以被“由……组成”或可替代地“基本上由……组成”代替。

关于本文使用的术语“乳液”，参考披露的且要求保护的主题，被定义为一种液体在另一种液体中的精细分散体，其中，液体是不可溶的或不可混溶的。乳液可以是热力学乳液或动力学稳定的乳液。也就是说，在某些情况下，动力学稳定的乳液不能在平衡状态下预测，但仍可能形成，并且在有效加工的时间段内不会沉降。

本文使用的术语“胶体”，参考披露的且要求保护的主题，被定义为冷却至其固化温度的乳液。胶体的固化可以部分或全部通过一种或多种与乳液从液体到固体的温度介导的热转变相关的机构发生，例如凝胶化、沉降、交联、固化、冷冻和/或结晶。作为胶体的固化乳液被描述为“固体”，例如本文所使用的，参考披露的且要求保护的主题，其类似于可被认为是无定形固体的其他胶体，例如明胶、黄油、奶酪和琼脂。

参照所披露和要求保护的主题，本文使用的“乳液-胶体体系”被定义为具有多种情况(状态)的组合物，所述组合物能够进行由温度介导的从乳液至胶体并且稍后从胶体回到乳液的可逆转变。“情况”是体系在某个时间点的状态。呈乳液形式的体系情况将与呈胶体形式的相同组成的体系情况可测量地不同。例如，可测量的差异包括粘度(胶体相对于乳液更高)和潜在地密度、沉降时间、光散射、和膜扩散率。

乳液-胶体体系可以以一种非限制性方式例示，首先，乳液的初始情况(形成)，随后是胶体的第一情况，然后加热至乳液的第二情况，随后冷却至胶体的第二情况，随后加热至乳液的第三情况，随后冷却至胶体作为胶体屏障材料的最终情况。典型地，当在给定的实施例中存在胶体的i种情况时，情况1、2、...、i-1没有被布置在基底上，而情况i被布置在最终的基底(例如玉米)上。<i的胶体情况可能与不同种类的表面接触，例如容器壁或运输平台，但这些表面不是打算要屏障的基底。

乳液-胶体体系的特征还可以在于在高于60℃下为可流动乳液的第一情况(体系状态)，并且在低于40℃下为胶体的第二情况。从这个意义上说，情况指的是体系在时间上的状态。当温度用于介导在乳液与胶体之间的可逆转变时，乳液-胶体体系可能稍后特征在于在高于60℃下为可流动乳液的第三情况，在低于40℃下为胶体的第四情况，以及在高于60℃下为可流动乳液或在低于40℃下为胶体的可能的其他情况。

乳液-胶体体系优选特征在于通过升高和降低温度介导的体系的可逆性，这使得具有乳液和胶体的多种情况。体系不限于一定数量的情况，情况的范围从一至三个或多于三个。乳液-胶体体系在其熔融和固化温度可以显示出滞后现象。胶体的固化可以通过一种或多种机构部分地或全部发生，并且可以存在胶体区域和仍然是乳液的区域，例如当以不均匀的方式形成胶体情况或以不均匀的方式形成乳液情况时。

乳液-胶体体系的熔融温度可以变化，例如选自约30℃至约70℃的一个或多个温度，例如约35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、或65℃。众所周知，给定的组合物可以有时特征在于与不同组分或组分的组合相关的多个熔融温度。乳液-胶体体系的固化温度可以变化，例如选自约30℃至约70℃的一个或多个温度，例如约35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、或65℃。熔融和固化温度的范围是可能的，并且滞后现象是可能的。为了说明，在某些实施例中，当最初处于乳液状态时，乳液-胶体体系在35℃-40℃的温度范围内固化；例如，一旦处于胶体状态，胶体具有60℃-65℃的熔融范围以回复到乳液状态。

处于胶体状态的乳液-胶体体系的粘度高于处于乳液状态的体系的粘度。在60℃下测量的乳液的粘度可以是从约0.001Pa·s至约100Pa·s，例如约或至多约0.005Pa·s、0.01Pa·s、0.1Pa·s、1Pa·s、10Pa·s、或50Pa·s。乳液在60℃、70℃、80℃、90℃或99℃下的粘度足够低，使得乳液可以流动以施加到基底上。在40℃下测量的胶体的粘度可以是从约10²Pa·s至约10⁵Pa·s，例如约或至少约10²Pa·s、10³Pa·s、10⁴Pa·s、或10⁵Pa·s。胶体在40℃、30℃、20℃、10℃、或0℃下的粘度足够高，使得胶体不会明显地流动并且不再是基底的有效屏障。

关于本文使用的术语“基底”，参考披露的且要求保护的主题，就其本身而言被定义为整体上具有施加到其中和/或其上的胶体材料的物质或材料。基底的非限制性实例是土壤、谷物、玉米、大豆、青贮饲料和生物质。关于本文使用的术语“基底表面”，参考披露的且要求保护的主题，当用于胶体材料被布置于其上时，被定义为暴露于待布置于其上的乳液的基底部分，与包含在给定基底内的单个组分的总潜在表面积相反。例如，基底表面也可以与主体基底区分开，如图3所示。

关于本文使用的术语“连续的”，参考披露的且要求保护的主题，被定义为与基底实际接触；尽管没有接触基底，但是也在附近的某个部分接触。连续的包括其中基底表面的部分接触与胶体屏障以及部分不接触胶体屏障(尽管先前暴露并且可用于将乳液布置到其上)的情况。优选地，连续的胶体屏障材料覆盖至少95％、更优选至少99％、并且最优选基本上所有可用于将乳液布置于其上的基底表面。

关于本文使用的术语“在物理上成为一体”，参考披露的且要求保护的主题，被定义为基底上的胶体屏障，使得基底表面的可分割部分的一部分被结合到屏障材料中，例如通过部分或完全覆盖、涂覆、包封和/或包围。基底的可分割部分的非限制性实例是玉米堆中的玉米粒。在物理上成为一体的胶体屏障的非限制性实例是玉米堆上的胶体屏障，其中一些玉米粒被结合到胶体屏障中。

本文中的“屏障材料”通常被描述为在所选基底上的层，使得所述层本身具有与所选基底接触的面和与所选基底相对的第二面。通常，与第一面相对的面通常被理解为面向空气或外部环境(相对于所选基底作为内部环境)。应当理解，屏障材料通常描述为层；然而，还应理解，所述层可以具有代表屏障材料施加到其上的所选基底的形貌。因此，本说明书将被理解为概括的，并且不代表在每个尺度或维度上的每种情况。

本发明的实施例包括通过加热和搅拌将多种组分组合以形成乳液。在实施例中，乳液是通过加热和搅拌，在将组分组合的过程中形成的，或者至少在将所有组分已经组合时形成的。实施例包括通过一次添加全部量的特定组分或基本上在一次添加中进行组分的逐步添加。实施例包括以多于一次的分步添加添加的组分。实施例包括在相同步骤中添加的多于一种的组分。实施例包括在添加之前被预处理的某些组分，例如在添加之前被预热到某个温度。实施例包括在添加之前组合的两种或更多种组分或所述组分的一部分。在一些实施例中，乳液可以用减少量的一种或多种组分制备，剩余部分的组分稍后添加。实施例包括向乳液中添加一种或多种添加剂。

实施例包括通过搅拌机构提供的搅拌。实施例包括由泵提供的搅拌。在添加组分以形成乳液的过程中，可以使用不阻止乳液形成的任何搅拌方式。本发明的实施例包括加热。本发明的实施例使用直接加热，而其他实施例使用间接加热。实施例包括乳液-胶体体系中的直接和间接加热。

在施加到所选基底上时，使乳液冷却并固化，从而形成屏障材料。实施例使用被动冷却机构来形成胶体。实施例使用主动冷却机构来形成胶体。实施例使用机构来将乳液的温度控制在规定的温度范围内。在乳液-胶体体系的实施例中，将温度控制在约20℃至约99℃之间。在实施例中，乳液-胶体体系的温度不受控制，但保持在约45℃-90℃的范围内。在实施例中，乳液-胶体体系的至少一种情况的温度保持在约45℃-90℃的范围内。

本发明的实施例包括通过特定组分与搅拌和加热的组合形成乳液，当乳液随后冷却至较低温度时，乳液固化形成胶体。在一些实施例中，在冷却乳液后形成的胶体是中间处理步骤。实施例包括加热胶体以形成乳液并且添加添加剂至乳液的第二情况，在这之后，将冷却乳液至更低的温度并且形成胶体的第二情况。在一些实施例中，对乳液进行处理，使得胶体呈直径小于1英寸的球体形式。在一些实施例中，对乳液进行处理，使得胶体呈粒料形式。在一些实施例中，对乳液进行处理，使得形成的胶体呈不规则形状的形式。在一些实施例中，对乳液进行处理，使得胶体被制备用于例如通过核-壳涂布策略涂布一个或多个层。

本发明的实施例包括在将胶体作为乳液施加到基底上之前将其加热，其中在冷却时，形成胶体的另一种情况。实施例包括从相对于基底移动的施加机构来施加乳液。实施例包括从相对于基底固定的施加机构来施加乳液。实施例包括将乳液喷涂到基底上的施加机构。实施例包括施加机构，其中将基底部分或完全浸入乳液中。实施例包括非限制性施加机构，例如倾倒、涂布、幕涂、辊涂、转移涂布、分散和将乳液施加到基底上以形成胶体屏障的其他方法。

实施例包括使用不同的添加剂，所述添加剂可以添加到乳液的第一情况中或在第一情况之后，在加热胶体以形成乳液之后添加。实施例包括选择一种或多种添加剂，例如着色剂、加工助剂、生物活性剂、杀有害生物剂、杀昆虫剂、除草剂、微量营养素、大量营养素、反应性试剂、抗微生物剂、生物刺激剂、微生物、纳米颗粒和/或聚合物。实施例包括可以添加到用于涂覆胶体的材料中的添加剂。实施例包括在胶体的最终情况之前，在乳液-胶体体系中使用添加剂，这导致最终胶体全部或部分不可逆。实施例包括使用添加剂，所述添加剂通过化学、物理和或生物活性改变屏障材料的降解速率。

实施例包括在乳液-胶体体系中在不同的空间和/或时间点添加添加剂。乳液-胶体体系的实施例包括在一个或多个分开的地理位置将乳液和胶体的第一情况的形成与乳液的另外的后续形成在地理上分开的能力。乳液-胶体体系的实施例包括在运输至另一个位置之前形成胶体的第一情况，在此之后形成乳液的第二情况，例如在不同的城市或州或类似的单独的地理名称中。乳液-胶体体系的实施例包括在形成乳液的第一情况之后，通过将一种或多种添加剂添加到乳液-胶体体系的第一情况胶体或乳液和/或胶体的随后的情况来添加一种或多种添加剂。

实施例提供了乳液-胶体体系，其中将乳液的情况布置在基底上，在所述基底上冷却时形成胶体屏障材料。实施例提供了乳液-胶体体系，其中将乳液的情况从多于一种的机构布置在基底上，所述机构可以是类似或不同的，在所述基底上冷却时形成胶体屏障材料。实施例提供了通过用一种或多种喷涂方式从机构喷涂到基底上而布置的乳液。实施例提供了通过用一种或多种喷涂方式从机构喷涂到基底上而布置的乳液，所述喷涂方式部分地由喷嘴组成，所述喷嘴可以包括不同类型的喷嘴。实施例提供了一种乳液，将其保持在一个温度或高于50℃的温度范围内或更具体地在60℃与99℃之间，将其布置在低于45℃的另一个温度下的基底上，其中乳液在冷却时形成胶体屏障材料。实施例利用接收乳液-胶体体系的胶体情况的施加机构，加热所述胶体情况以形成乳液情况，然后将所述乳液情况布置在基底上，在所述基底上冷却之后形成胶体屏障材料。实施例利用接收乳液-胶体体系的胶体情况的施加机构，加热所述胶体情况以形成乳液情况，然后在布置在基底上之前将所述乳液情况与添加剂混合，在所述基底上冷却之后形成胶体屏障材料。胶体屏障材料的实施例包括将乳液单次施加和多于一次施加到基底上。

胶体屏障材料的实施例提供了布置在基底上的乳液，其中在冷却后胶体屏障材料与基底是连续的，也就是说，胶体屏障材料覆盖先前暴露的且可用于将乳液布置到其上的基底表面。实施例包括基底，所述基底选自但不限于谷物、种子、土壤、青贮饲料、植物根部、以及木质纤维素生物质。实施例包括由许多单独的部分组成的基底，例如包括由单独的谷物组成的谷物堆的表面的基底。实施例包括由许多不均匀的单个部分组成的基底，例如包括由许多也不均匀的不均匀部分组成的土壤表面的基底。

实施例提供了用屏障材料覆盖基底，其中特定胶体屏障表面区域的部分包含未覆盖基底区域的部分，使得特定胶体屏障表面区域的未覆盖区域与覆盖区域的比例在1％与5％之间。未覆盖区域不包括不打算覆盖的部分，例如农业环境中胶体屏障施加的特定区域之间的暴露土壤。实施例提供了用胶体屏障覆盖基底，其中特定胶体屏障区域的未覆盖区域与覆盖区域的特定部分的比例小于1％。

实施例提供了包含水、明胶、柠檬酸、甘油和油的乳液，所述乳液在冷却时形成胶体屏障。实施例提供了包含水、明胶、柠檬酸、甘油和油的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系形成胶体屏障。实施例提供了包含水、酸、胶凝剂、增塑剂和油的乳液。实施例提供了含有水的乳液，所述水例如选自一种或多种水源，例如井水、纯净水、反渗透水、工艺水(例如，来自玉米制乙醇工艺的酒槽水)、城市用水、软水和/或硬水。

实施例提供了含有一种或多种蜡或蜡状物质的乳液。蜡是一类多样的有机化合物，其特征在于由长烷基链组成，并且在环境温度附近是亲脂性的、可延展的固体。蜡包括高级烷烃和脂质，典型地具有超过约40℃的熔点，熔融以给出低粘度液体。天然蜡可以含有不饱和键并且包含多种官能团，例如脂肪酸、伯醇和仲醇、酮、醛和脂肪酸酯。合成蜡可以含有具有或不具有官能团的长链脂族烃(烷烃或链烷烃)。蜡典型地不溶于水，但可溶于有机非极性溶剂。在本披露中，“蜡”与蜡状物质同义。

蜡或蜡状物质可以选自n＝14(n是主链中的碳原子数，即不计算末端碳原子)的十六烷酸或棕榈酸，n＝15的十七烷酸或珠光脂酸或十七酸，n＝16的十八烷酸或硬脂酸，n＝18的二十烷酸或花生酸，n＝20的二十二烷酸或山嵛酸，n＝22的二十四烷酸或木蜡酸，n＝24的二十六烷酸或蜡酸，n＝25的二十七烷酸或二十七酸，n＝26的二十八烷酸或褐煤酸，n＝28的三十烷酸或蜂花酸，n＝30的三十二烷酸或紫胶蜡酸，n＝31的三十三烷酸或蜡蜜酸或叶虱酸，n＝32的三十四烷酸或格地酸，和/或n＝33的三十五烷酸或蜡塑酸。实施例提供了含有一种或多种蜡或蜡状物质的胶体屏障，所述蜡或蜡状物质例如选自大豆蜡、蜂蜡、棕榈蜡、巴西棕榈蜡、小烛树蜡、米蜡、向日葵蜡、荷荷芭蜡、地蜡和/或石蜡。实施例提供了含有一种或多种蜡或蜡状物质的胶体屏障，所述蜡或蜡状物质例如选自微生物来源的蜡、植物来源的蜡、动物来源的蜡和/或石油来源的蜡。实施例提供了选择官能化的蜡，例如用可UV固化的基团官能化的蜡。实施例包括含有蜡作为添加剂的乳液，所述蜡包括一种或多种官能化的蜡或蜡状物质。实施例提供了乳液-胶体体系，其中在乳液的第一情况之后添加一些或全部蜡或蜡状物质。含有蜡或蜡状物质的实施例优选包括表面活性剂或更具体地乳化剂，例如(但不限于)聚山梨酯80、卵磷脂或角叉菜胶。

实施例提供了含有一种或多种油的乳液，所述油例如选自基于石油的油、基于植物的油和/或基于动物的油。实施例包括选择未精制或部分精制的油。实施例包括选择精制的油，例如精制的漂白且脱臭的大豆油。实施例包括选择一种或多种油，例如矿物油、中链甘油三酯油、植物油、精油、有机油、液体石蜡、脂质和或硅油。实施例提供了含有一种或多种油的乳液，所述油例如选自由以下组成的组：棕榈油、椰子油、橄榄油、可可油、鸡脂、牛脂、猪脂、大豆油、菜籽油、芥花油、棕榈仁油、玉米油、废植物油、乌桕油、向日葵油、棉籽油、微藻类油、大型藻类油、萼距花油、亚麻油、花生油、精选白色动物油脂、猪油、荠蓝油、芥子油、腰果油、燕麦油、羽扇豆油、洋麻油、金盏花油、大麻油、咖啡油、亚麻籽(亚麻)油、榛子油、大戟油、南瓜籽油、芫荽油、山茶油、芝麻油、红花油、米油、桐油、椰子核油、罂粟油、蓖麻籽油、山核桃油、荷荷芭油、麻疯果油、澳洲坚果油、巴西坚果油、鳄梨油、石油或其馏分、及其组合。实施例提供了含有一种或多种官能化的油的乳液。实施例提供了含有油作为添加剂的乳液，所述油包括一种或多种官能化的油。

实施例提供了含有一种或多种乳化剂的乳液，所述乳化剂例如选自单硬脂酸甘油酯、二硬脂酸甘油酯、油酸甘油酯、二乙酰酒石酸单甘油酯、酪蛋白酸钠、蔗糖脂肪酸酯、乙氧基化醇、羧酸酯、羟乙基磺酸钠、卵磷脂、硬脂酰乳酸钙、聚电解质和/或芥末粉。实施例提供了含有一种或多种胶凝剂的乳液，所述胶凝剂例如选自琼脂、琼脂糖、海藻酸盐、明胶、角叉菜胶、羧甲基纤维素、瓜尔胶、果胶酸钠和/或黄蓍胶。

在制备乳液后，其可以立即用于施加到所选基底上和/或可以储存用于稍后施加到所选基底上。基底包括但不限于：谷物，例如塑料谷物遮盖物的替代物或增补物；土壤，例如农业覆盖物塑料的替代物或增补物，或作为用于覆盖物或土工织物的替代物；青贮饲料，例如青贮饲料覆盖物的替代物或增补物；或根垛，例如根垛遮盖物的替代物或增补物。

在一些实施例中，屏障材料在所选基底上形成不可重复使用的屏障材料。如本文所预期的，“不可重复使用的屏障材料”是一种胶体屏障材料，其与基底在物理上成为一体，使得胶体屏障材料不会形成可从基底上物理除去的简单的层或片。因为胶体屏障材料在物理上不能从基底上除去，所以胶体屏障材料不能储存或运输用作另一种屏障材料层。然而，例如其他地方所述，胶体屏障材料的其他用途或再利用是可能的，例如结合到土壤中以提供植物生长投入。还应注意，从技术上讲，胶体屏障材料可以通过繁琐的技术(例如微刮)从基底的一部分上机械地除去。然而，这种技术是不切实际的、不经济的，并且不会产生可以直接再用作屏障材料的单一胶体屏障材料。类似地，可以对布置在基底上的胶体情况进行热处理以重制乳液情况。然而，这样的技术也不会产生可以直接再用作屏障材料的单一胶体屏障材料。

在一些实施例中，屏障材料具有耐水性，本领域技术人员通常将其理解为归因于非水溶性蜡的耐水特性。不溶性蜡(例如石蜡和硬脂精)不溶于水并且因此为屏障材料提供了耐水性。本文所述的结合到非水溶性蜡中的组合物形成乳液，所述乳液在所选基底上形成屏障后，具有部分由包含在屏障材料中的非水溶性蜡赋予的耐水特性。

在一些实施例中，乳液制备过程后的产物可以直接施加到所选基底上，或者可以通过泵送、重力或其它输送方法输送一段时间用于后续应用。可以在将所得的固化材料准备用于后续应用的过程之前、之中或之后将乳液冷却。应当理解，在其中在将乳液施加到所选基底上之前将其冷却的实施例中，通常将需要加热来再次形成乳液，并且因此这样的实施方案的特征是例如允许在最少一个循环中可逆地形成胶体的液体和固体状态，从而能够在乳胶的第一情况下形成并且然后在第二情况下施加。

在一些实施例中，所制备的乳液不可逆地固化，从而产生衍生自胶体材料的屏障材料，但其本身不一定被认为是胶体。在此类实施例中，乳液状态的组分通过胶体涂料类似地描述，所述胶体涂料在施加到所选基底(例如壁)上并干燥或固化后，所述方法的干燥产物不再被正式地认为是胶体。

根据一些实施例，胶体屏障材料的特性取决于起始液体乳液的组合物中使用的成分的特性和组分的比率以及最终屏障材料的特征。屏障的一些特性取决于或归因于所有成分，而其他特性(例如最终材料的颜色)可以取决于或归因于单一或少于所有其他成分。屏障材料的特性可以针对特定季节进行调整，其中将主要使用特定的屏障组合物。主要在冬季运行的屏障可设计用于通常低于0℃但不高于35℃的温度，而主要在夏季运行的屏障可设计用于通常高于10℃并大于35℃但不低于0℃的温度。

在一些实施例中，选择功能组分以为最终屏障材料提供特定属性。应当理解，一些功能组分可以提供多种属性。应当理解，一些功能组分可以被认为是添加剂。在一些实施例中，添加剂被理解为功能组分。可以将不同的添加剂可以添加到标准乳液配制品中，从而在最终屏障中赋予不同的属性，这取决于添加了哪些添加剂或功能组分。在一些实施例中，添加剂提供了化学反应性例如交联功能，以改善屏障膜的刚度、硬度或另外的物理特性。在一些实施例中，添加剂提供了特定的屏障特性，包括但不限于不透气性、UV吸收、光散射、催化钝化、化学品吸收或其他这种屏障功能。添加剂可以包括着色剂、染料、颜料、或其他着色剂。添加剂可以包括冷冻保护剂、紫外线保护剂、纳米颗粒、或其他材料。

在本发明的一些组合物中可以包括生物炭作为添加剂。生物炭是在氧气受限的环境中从生物质的热化学转化获得的固体材料。在某些实施例中，使用生物炭为配制品提供颜色，增强化学品吸收性并赋予剂量依赖性水溶解特征。在这些或其他实施例中，在将生物炭添加到乳液中之前将其用作吸附剂，以便可以将特定的化学品、矿物质或其他材料添加到乳液和最终的屏障材料中。在针对土壤基底的这些或其他实施例中，在使用后在将屏障材料结合到土壤中后，将生物炭添加到乳液中以提供未来的土壤碳。生物炭可以以任何合适的粒度例如纳米颗粒提供。

在一些实施例中，一种或多种添加剂在乳液状态下主要提供功能性。在一些实施例中，一种或多种添加剂在施加之前在乳液制备之后在储存状态下主要提供功能性。在一些实施例中，一种或多种添加剂在屏障材料中主要提供功能性。在一些实施例中，一种或多种添加剂在屏障材料状态后主要提供功能性。在一些实施例中，一种组分或成分或多种组分和/或成分提供多种特性，减少了组合物中另外需要的组分和/或添加剂的总数。

一些变型提供了用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系包含：

亲水性第一液体；

酸；

胶凝剂；

疏水性第二液体；

增塑剂；以及

任选地一种或多种添加剂，

其中乳液-胶体体系的特征在于在高于60℃(或另一个温度)且低于第一液体的沸点下为可流动乳液的第一情况，其中乳液-胶体体系的特征在于在低于40℃(或低于所述体系的可流动温度的另一个温度)下为胶体的第二情况，并且其中乳液-胶体体系能够在第一情况与第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。

在一些实施例中，乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的亲水性第一液体；

0.01wt％至5wt％的酸；

1wt％至21wt％的胶凝剂；

5wt％至25wt％的疏水性第二液体；

1wt％至50wt％的增塑剂；以及

任选地0.01wt％至50wt％的一种或多种添加剂，

一些变型提供了用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系包含：

亲水性第一液体；

酸；

胶凝剂；

疏水性第二液体；

蜡；

增塑剂；

乳化剂；以及

任选地一种或多种添加剂，

其中乳液-胶体体系的特征在于在高于60℃(或另一个温度)且低于第一液体的沸点下为可流动乳液的第一情况，其中乳液-胶体体系的特征在于在低于40℃(或低于所述体系的可流动温度的另一个温度)下为胶体的第二情况，并且其中乳液-胶体体系能够在第一情况与第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。

在一些实施例中，乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的亲水性第一液体；

0.01wt％至5wt％的酸；

1wt％至21wt％的胶凝剂；

5wt％至25wt％的疏水性第二液体；

15wt％至40wt％的蜡；

1wt％至45wt％的增塑剂；

0.01wt％至4wt％的乳化剂；以及

任选地0.01wt％至15wt％的一种或多种添加剂。

在某些实施例中，乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的水；

0.01wt％至5wt％的柠檬酸；

5wt％至10wt％的明胶；

10wt％至45wt％的甘油；

0.01wt％至5wt％的瓜尔胶；

0.01wt％至5wt％的芥末粉；

5wt％至25wt％的大豆油；

15wt％至40wt％的硬脂精；

1wt％至50wt％的生物炭；以及

0.01wt％至5wt％的一种或多种添加剂。

在某些实施例中，乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的水；

0.01wt％至5wt％的柠檬酸；

5wt％至10wt％的明胶；

10wt％至45wt％的甘油；

0.01wt％至5wt％的瓜尔胶；

0.01wt％至5wt％的芥末粉；

5wt％至25wt％的大豆油；

15wt％至40wt％的硬脂精；

1wt％至2wt％的二氧化钛；以及

0.01wt％至5wt％的着色剂、染料、颜料、或其他着色剂。

参考非限制性附图可以理解一些实施例，所述附图描述了呈胶体屏障材料形式的乳液-胶体体系。

图1描绘了示例性体系100，其中胶体屏障材料110布置在呈离散颗粒形式的基底120上。胶体屏障材料110是连续的并且与基底120的顶层在物理上成为一体。在图1中，基底120的浸没层没有布置有胶体屏障材料110，但将理解的是，在一些实施例中，胶体屏障材料110渗入到基底120的浸没层中。应注意，基底120颗粒示出为球形，但是可以可替代地为非球形，例如椭圆形、纤维状、棒状、或其他形状。图1是三维体系的一部分的二维侧视图，所述三维体系通常可以含有比该图示多得多的基底颗粒。

图2描绘了示例性体系200，其中胶体屏障材料210布置在呈离散颗粒形式的基底220上。胶体屏障材料210是连续的并且与基底220的顶层在物理上成为一体。在图2中，基底220的浸没层没有布置有胶体屏障材料210，但将理解的是，在一些实施例中，胶体屏障材料210渗入到基底220的浸没层中。应注意，基底220颗粒示出为球形，但是可以可替代地为非球形，例如椭圆形、纤维状、棒状、或其他形状。图2是三维体系的一部分的二维侧视图，所述三维体系通常可以含有比该图示多得多的基底颗粒。

图3描绘了示例性体系300，其中胶体屏障材料310布置在呈离散颗粒形式的基底320A上。基底320A(其颗粒也用*表示)在该图中与主体基底320B不同。基底320A也可以被称为基底表面。胶体屏障材料310是连续的并且与基底320A在物理上成为一体。基底320A的一个颗粒示出为在该区域的中部被胶体屏障材料310完全包封。主体基底320B没有布置有胶体屏障材料310。应注意，基底320颗粒示出为球形，但是可以可替代地为非球形，例如椭圆形、纤维状、棒状、或其他形状。图3是三维体系的一部分的二维侧视图，所述三维体系通常可以含有比该图示多得多的基底颗粒。

图4描绘了示例性体系400，其中胶体屏障材料410布置在呈离散颗粒形式的基底420A上。基底420A(其颗粒也用*表示)在该图中与主体基底420B不同。基底420A也可以被称为基底表面。胶体屏障材料410与基底420A在物理上成为一体。胶体屏障材料410在缺陷区域430处没有覆盖基底420A，但因为缺陷区域430占基底420A的总可用表面积的小于5％，所以胶体屏障材料410被认为与基底420A是连续的。主体基底420B没有布置有胶体屏障材料410。应注意，基底420颗粒示出为球形，但是可以可替代地为非球形，例如椭圆形、纤维状、棒状、或其他形状。图4是三维体系的一部分的二维侧视图，所述三维体系通常可以含有比该图示多得多的基底颗粒。

在一些实施例中，使用乳液的方法包括将乳液喷涂到所选基底上的步骤，形成在冷却后形成屏障材料的层。在一些实施例中，使用乳液的方法包括将乳液喷涂到所选基底上的步骤，形成在冷却和通常被理解为固化的化学反应之后形成屏障材料的层。在一些实施例中，乳液的喷洒包括通过压力、真空、机械泵送或输送方式的组合来输送乳液，包括单独或与本文未列出但被本领域技术人员理解为提供输送方式的其他方法组合。在一些实施例中，施加方法包括将一部分加热或保持在能够使乳液流动的温度，所述部分可以是接触乳液的表面的小部分或大部分。在一些其他实施例中，施加方法可以包括处于一个温度的部分，其中胶体是固体，以及又另一个部分或多个部分，其中温度使得乳液-胶体体系是液体。这些实施例包括将乳液-胶体体系从固体转变为液体并将液体乳液施加到所选基底上的方式。

在一些实施例中，屏障材料优选在所选基底上是连续的。在一些实施例中，屏障材料大部分是连续的，其中一些不连续被理解为特征在于不连续的面积优选小于总屏障材料面积的5％并且更优选小于总屏障材料面积的1％。在一些实施例中，屏障材料可以仅施加到全部所选基底的一部分上。在一些实施例中，所选基底在组成、尺寸、化学反应性或这些中的单个或多个的任何组合方面可以是不均匀的。在一些实施例中，屏障材料可以优选地仅是对所选基底的一部分的屏障，并且作为对所选基底的另一部分的部分或不完全的屏障，并且对于所选基底的又另一部分可能没有屏障或具有有限的屏障活性。屏障材料可以通过设计或通过屏障材料的组成和/或屏障材料周围环境的组成的性质随时间发生化学反应。

在一些实施例中，施加到土壤上的屏障材料在用作屏障后直接结合到土壤中。在这些实施例中，屏障材料任选地含有添加剂，所述添加剂主要提供改善土壤质量的属性。添加剂可以包括单独的或多种氮、磷肥或钾肥。肥料可以是无机的或有机的，包括定义为缓慢释放或快速释放的那些。添加剂可以包括任何组合或单独结合的除草剂、杀有害生物剂、杀昆虫剂和杀真菌剂。

在一些实施例中，屏障材料可以包括控制屏障材料的降解速率的添加剂。相对于没有添加剂的配制品，这种添加剂可以增加或减少屏障材料的稳定性。在一些实施例中，胶体屏障材料是可生物降解的和/或可用作堆肥的。

在某些情况下，添加剂可以被分类为具有改善用于某些用途的屏障材料的属性。在其他情况下，添加剂可以被分类为具有影响所选基底或基底与屏障材料的相互作用的属性。在又其他情况中，添加剂可以被分类为具有影响屏障材料与外部环境(相对于内部基底环境)的相互作用的属性。

一些变型提供了一种制造胶体屏障材料的方法，所述方法包括：

(a)提供包含亲水性第一液体、疏水性第二液体、以及第一固体的起始配制品；

(b)将起始配制品加热至从约60℃至约100℃的第一温度，从而形成包含第一液体、第二液体和第一固体的分散液相的乳液；

(c)将乳液施加到基底上，从而形成布置在基底上的乳液层；以及

(d)在从约0℃至约45℃的第二温度下固化乳液层，从而形成布置在基底上的胶体屏障材料。

一些变型提供了一种制造胶体屏障材料的方法，所述方法包括：

(a)提供包含亲水性第一液体、疏水性第二液体、以及第一固体的起始配制品；

(b)将起始配制品加热至从约60℃至约100℃的第一温度，从而形成包含亲水性第一液体、疏水性第二液体和第一固体液相的乳液；

(c)紧接在步骤(b)之后或稍后，将乳液冷却至从约0℃至约45℃的第二温度，从而形成胶体中间材料；

(d)在储存一段时间后，将胶体中间材料加热至从约60℃至约100℃的第三温度，从而再形成包含亲水性第一液体、疏水性第二液体和第一固体的液相的乳液；

(e)将乳液施加到基底上，从而形成布置在基底上的乳液层；

(f)在从约0℃至约45℃的第四温度下固化乳液层，从而形成布置在基底上的胶体屏障材料，其中所述胶体屏障材料包含第一液体和第一固体；以及

(g)任选地多次重复步骤(c)和(d)。

基底可以是农业基底，例如选自由以下组成的组的基底：谷物、土壤、青贮饲料、植物、植物根部、木质纤维素生物质(例如玉米秸秆)、及其组合。

在一些实施例中，步骤(c)中的施加是连续喷涂或间歇喷涂。

在一些实施例中，在步骤(c)和/或(d)期间，乳液层的至少一部分交联以在胶体屏障材料内形成交联的材料。

胶体屏障材料可以呈布置在基底上的连续或不连续的层的形式。在一些实施例中，胶体屏障材料渗入基底内。

在步骤(d)之后，在胶体屏障材料起到屏障作用的一段时间之后，胶体屏障材料可以直接结合在基底中。

胶体屏障材料可以进一步包含一种或多种添加剂，所述添加剂选自由以下组成的组：交联剂、光反应性聚合物、不透气性试剂、UV吸收剂、光散射剂、催化剂钝化剂、化学品吸收剂、肥料、除草剂、杀有害生物剂、杀昆虫剂、杀真菌剂、稳定剂、以及阻燃剂。任选地，将一种或多种添加剂结合在基底中。

所述方法可以进一步包括不可逆地固化胶体屏障材料的步骤，从而形成布置在基底上的固体屏障材料。

在一些实施例中，在步骤(d)之后，在胶体屏障材料用作屏障的一段时间之后，胶体屏障材料被生物降解。

步骤(a)、(b)、(c)和(d)可以全部共同位于单个位置。步骤(a)、(b)、(c)和(d)可以全部位于不同位置。一个或多个步骤可以位于第一位置,一个或多个步骤可以位于第二位置等等。

实例

实例I.乳液-胶体体系的实施例的制备开始于乳液的制备，所述乳液的制备开始于将水、明胶、柠檬酸一水合物、甘油(纯)、大豆油(高油酸)分别按照比例22.46％、10.11％、0.04％、44.93％和22.46％重量/总重量预称重。通过混合并在约44℃下加热，将水、柠檬酸和明胶组合。在混合和增加的热量下添加甘油，随后添加大豆油，其中乳液的最终温度是约60℃。然后将完成的乳液的第一情况倾倒在蜡纸上，将其在所述蜡纸上在室温下冷却，形成胶体的第一情况。然后将胶体的第一情况从蜡纸除去并且在混合下加热至约60℃，形成乳液的第二情况，在此之后将其倾倒在蜡纸上，将其在所述蜡纸上在室温下冷却，形成胶体的第二情况。该实例示出了乳液-胶体体系的热介导的可逆性。

实例II.胶体屏障材料的实施例的制备开始于预称重2,940g水、5.276g柠檬酸一水合物、1,320g明胶、5,870g粗甘油(饲料级，衍生自大豆生物柴油工艺)、146.72g二氧化钛、78.35g瓜尔胶、5,280g硬脂精片、195.62g芥末粉、以及2,932g矿物油。通过混合并在约44℃下加热，将水、柠檬酸和明胶组合。在混合和增加的热量下添加甘油，随后添加瓜尔胶和芥末粉。在混合和加热下缓慢地添加大豆油。最后，添加熔融的硬脂精片，其中乳液的最终温度是约60℃。将完成的乳液转移到带有扩大喷水孔的塑料喷壶中。然后将乳液喷洒在一堆半干草料的表面上，在该处乳液冷却并形成胶体屏障材料。该实例示出了将乳液施加到基底上，随后将乳液在基底上转化成胶体。

实例III.胶体屏障材料的实施例的制备开始于通过混合并在约44℃下加热，将127.49g自来水、0.2129g柠檬酸一水合物和57.35g明胶组合。在混合和增加的热量下添加253.56g粗甘油，随后添加3.376g瓜尔胶、8.539g芥末粉和6.374g二氧化钛。在混合和加热下向其中添加126.87g矿物油。最后，添加229.79g熔融的硬脂精片，其中乳液的最终温度是约60℃。混合后，将材料布置在基底上并冷却，在此之后其提供屏障保护。在该实例中，基底是玉米粒并且将乳液倾倒在基底表面上以形成胶体屏障。该实例示出了将乳液施加到玉米基底上，随后将乳液在玉米基底上转化成胶体。

实例IV.胶体屏障材料的实施例的制备开始于将水、柠檬酸一水合物、明胶、甘油、瓜尔胶、芥末粉、矿物油、硬脂精和二氧化钛分别按照比例15.64％、0.03％、7.04％、31.27％、0.42％、1.04％、15.64％、28.14％和0.78％重量/总重量预称重。通过混合并加热至约40℃，将水、柠檬酸和明胶组合，在混合下恒定加热至约62℃，向其中添加甘油、瓜尔胶、芥末粉和二氧化钛。向其中添加矿物油，随后在加热至62℃下缓慢添加硬脂精并混合。混合后，将材料布置在基底上并冷却，在此之后其提供屏障保护。在该实例中，基底是玉米粒并且将乳液倾倒在基底表面上以形成胶体屏障。该实例示出了将乳液施加到玉米基底上，随后将乳液在玉米基底上转化成胶体。

实例V.乳液-胶体体系的实施例的制备开始于在明尼苏达州的沃西卡制备约五加仑的乳液。乳液的制备开始于通过混合并在约45℃下加热，将2,930g自来水、5.28g柠檬酸一水合物和1,320g明胶(飞世尔科技公司(Fisher Scientific)，类型B)组合。在混合和增加的热量下添加5,870g粗甘油，随后添加78g瓜尔胶、196g芥末粉和147g二氧化钛。在混合和加热下向其中添加2,933g高油酸大豆油。最后，添加5,280g熔融的部分氢化的大豆蜡，其中乳液(第一情况)的最终温度是约60℃。在混合之后，将材料布置在五加仑的桶中并使其冷却，形成胶体的第一情况。在室温下将胶体的第一情况运输至伊利诺伊州的芝加哥附近的示范设施。在示范设施中，将胶体从桶中分块取出，并放入带有再循环和手动搅拌器的10加仑直燃式熔融釜中。将釜附接到1英寸的固瑞克(Graco)双隔膜泵，其由具有5.5HP本田(Honda)发动机的Rolair空气压缩机提供动力。由NAC供应公司组装的体系配有1/2英寸的涂抹器软管，所述软管带有具有单个扁平风扇3.58-mm直径喷嘴的喷涂棒。在由再循环泵和手动混合器提供热量和混合的体系中，将第一情况胶体熔融并且在约70℃下形成第二情况乳液。使用喷涂体系将乳液喷涂在示范位置的土壤(作为基质)上，并在冷却和固化后形成胶体屏障材料(第二情况胶体)。该实例示出了乳液-胶体体系的热介导的可逆性，所述乳液-胶体体系以胶体状态布置在土壤基底上。

实例VI.胶体屏障体系的实施例的制备开始于乳液的制备，所述乳液的制备通过将水、柠檬酸一水合物、甘油、明胶、瓜尔胶、芥末粉、大豆油、硬脂精、二氧化钛和黑色食用色素分别按照比例15.5％、0.03％、31.05％、6.98％、0.41％、1.04％、15.52％、27.93％、0.78％和0.77％重量/总重量预称重。类似于实例IV制备乳液，其中食用色素在硬脂精之后添加。将乳液布置到蜡纸上以冷却。从胶体中取出约4cm²的片并放入100g土壤中，在受控湿度和温度的培养箱中培养。培养46天后，筛分后胶体样品不再可识别，表明样品在土壤中培养期间被生物降解。该实例示出了将乳液施加到土壤基底上，随后在土壤基底上将乳液转化成胶体，并且然后将胶体在基底上进行生物降解。

实例VII.乳液-胶体体系的实施例的制备开始于在明尼苏达州的沃西卡制备约五加仑的乳液。乳液的制备如实例V中所述开始，不同之处在于用三倍压制的硬脂酸蜡代替大豆蜡，并在添加蜡后添加145g黑色水性食用色素。将乳液分成五个大致相等的部分，放置在五个单独的塑料袋中，以冷却形成胶体的第一情况。将第一情况胶体运输至明尼苏达州的兰伯顿，并将所有五个部分添加到实例V中所述的相同的施加机构中。在形成乳液的第二情况后，将其喷涂到土壤上以代替农业地膜。在形成胶体屏障后，将移植物穿过胶体屏障放置在土壤基底中并生长。该实例示出了将乳液施加到土壤基底上，随后在土壤基底上将乳液转化成胶体，并且形成胶体屏障以替代塑料地膜。

在本详细说明中，已经参考了多个实施例和附图，在附图中通过图示的方式示出了本发明的具体示例性实施例。对这些实施例做了充分详细的描述以使本领域的技术人员能够实践本发明，并且应当理解，可以由熟练的技术人员对所披露的各种实施例作出修改。

当上述方法和步骤指示某些事件以某种顺序发生时，本领域普通技术人员将认识到可以修改某些步骤的顺序并且此类修改是根据本发明的变型。另外，在可能时可以在并行过程中同时执行某些步骤，也可顺序执行某些步骤。

本说明书中引用的所有出版物、专利、和专利申请都通过引用以其全部内容并入本文，就如同每个出版物、专利、或专利申请已经在本文中明确地且单独地提出。

上述实施例、变型、以及附图提供本发明的实用性和通用性的指示。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以利用未提供本文阐明的所有特征和优点的其他实施例。此类修改和变型被视为在由权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (22)

1.一种用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的亲水性第一液体；

0.01wt％至5wt％的酸；

1wt％至21wt％的胶凝剂；

5wt％至25wt％的疏水性第二液体；

1wt％至50wt％的增塑剂；以及

任选地0.01wt％至50wt％的一种或多种添加剂，

其中所述乳液-胶体体系的特征在于在高于60℃且低于所述第一液体的沸点下为可流动乳液的第一情况，其中所述乳液-胶体体系的特征在于在低于40℃下为胶体的第二情况，并且其中所述乳液-胶体体系能够在所述第一情况与所述第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。

2.如权利要求1所述的乳液-胶体体系，其中，所述亲水性第一液体是水，并且其中所述水选自由以下组成的组：井水、纯净水、反渗透水、工艺水、城市用水、软水、硬水、自来水、及其组合。

3.如权利要求1所述的乳液-胶体体系，其中，所述酸选自由以下组成的组：无机酸、有机酸、羧酸、及其组合。

4.如权利要求1所述的乳液-胶体体系，其中，所述胶凝剂选自由以下组成的组：琼脂、琼脂糖、海藻酸盐、明胶、角叉菜胶、羧甲基纤维素、瓜尔胶、果胶酸钠、黄蓍胶、及其组合。

5.如权利要求1所述的乳液-胶体体系，其中，所述疏水性第二液体选自由以下组成的组：基于石油的油、基于植物的油、基于动物的油、及其组合。

6.如权利要求1所述的乳液-胶体体系，其中，所述增塑剂包括衍生自石油来源、植物来源、动物来源、或其组合的甘油。

7.如权利要求1所述的乳液-胶体体系，其中，所述添加剂选自由以下组成的组：交联剂、光反应性聚合物、不透气性试剂、UV吸收剂、光散射剂、催化剂钝化剂、化学品吸收剂、肥料、除草剂、杀有害生物剂、杀昆虫剂、杀真菌剂、稳定剂、纳米颗粒、阻燃剂、乳化剂、蜡、粘度调节剂、着色剂、及其组合。

8.如权利要求1所述的乳液-胶体体系，其中，所述乳液-胶体体系呈所述第二情况的形式，并且其中所述第二情况是布置在基底上的胶体屏障材料。

9.如权利要求8所述的乳液-胶体体系，其中，所述胶体屏障材料是与所述基底在物理上成为一体的连续层。

10.如权利要求8所述的乳液-胶体体系，其中，所述基底选自由以下组成的组：谷物、土壤、青贮饲料、植物、植物根部、以及木质纤维素生物质。

11.一种用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的亲水性第一液体；

0.01wt％至5wt％的酸；

1wt％至21wt％的胶凝剂；

5wt％至25wt％的疏水性第二液体；

15wt％至40wt％的蜡；

1wt％至45wt％的增塑剂；

0.01wt％至4wt％的乳化剂；以及

任选地0.01wt％至15wt％的一种或多种添加剂，

其中所述乳液-胶体体系的特征在于在高于60℃且低于所述第一液体的沸点下为可流动乳液的第一情况，其中所述乳液-胶体体系的特征在于在低于40℃下为胶体的第二情况，并且其中所述乳液-胶体体系能够在所述第一情况与所述第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。

12.如权利要求11所述的乳液-胶体体系，其中，所述亲水性第一液体是水，并且其中所述水选自由以下组成的组：井水、纯净水、反渗透水、工艺水、城市用水、软水、硬水、自来水、及其组合。

13.如权利要求11所述的乳液-胶体体系，其中，所述酸选自由以下组成的组：无机酸、有机酸、羧酸、及其组合。

14.如权利要求11所述的乳液-胶体体系，其中，所述胶凝剂选自由以下组成的组：琼脂、琼脂糖、海藻酸盐、明胶、角叉菜胶、羧甲基纤维素、瓜尔胶、果胶酸钠、黄蓍胶、及其组合。

15.如权利要求11所述的乳液-胶体体系，其中，所述疏水性第二液体选自由以下组成的组：基于石油的油、基于植物的油、基于动物的油、及其组合。

16.如权利要求11所述的乳液-胶体体系，其中，所述蜡选自由以下组成的组：植物来源的蜡、动物来源的蜡、石油来源的蜡、及其组合。

17.如权利要求11所述的乳液-胶体体系，其中，所述增塑剂包括衍生自石油来源、植物来源、动物来源、或其组合的甘油。

18.如权利要求11所述的乳液-胶体体系，其中，所述添加剂选自由以下组成的组：交联剂、光反应性聚合物、不透气性试剂、UV吸收剂、光散射剂、催化剂钝化剂、化学品吸收剂、肥料、除草剂、杀有害生物剂、杀昆虫剂、杀真菌剂、稳定剂、阻燃剂、及其组合。

19.如权利要求18所述的乳液-胶体体系，其中，所述乳液-胶体体系呈所述第二情况的形式，并且其中所述第二情况是布置在基底上的胶体屏障材料。

20.如权利要求19所述的乳液-胶体体系，其中，所述胶体屏障材料是与所述基底在物理上成为一体的连续层。

21.如权利要求19所述的乳液-胶体体系，其中，所述基底选自由以下组成的组：谷物、土壤、青贮饲料、植物、植物根部、以及木质纤维素生物质。

22.一种用于形成布置在基底上的胶体屏障材料的乳液-胶体体系，所述乳液-胶体体系包含：

5wt％至25wt％的水；

0.01wt％至5wt％的柠檬酸；

5wt％至10wt％的明胶；

10wt％至45wt％的甘油；

0.01wt％至5wt％的瓜尔胶；

0.01wt％至5wt％的芥末粉；

5wt％至25wt％的大豆油；

15wt％至40wt％的硬脂精；

0.01wt％至2wt％的二氧化钛；以及

0.01wt％至5wt％的着色剂、染料、颜料、或其他着色剂，

其中所述乳液-胶体体系的特征在于在高于60℃且低于100℃下为可流动乳液的第一情况，其中所述乳液-胶体体系的特征在于在低于40℃下为胶体的第二情况，并且其中所述乳液-胶体体系能够在所述第一情况与所述第二情况之间进行由温度介导的可逆转变。

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