專利名稱：用于防火和/或滅火的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容大體上涉及用于防火和/或滅火的方法，更具體地說，涉及用于將含水聚合物顆粒施加到表面以防火和/或滅火的方法。
背景技術(shù)：
水通常被用來滅火和防止火蔓延到附近結(jié)構(gòu)。當(dāng)被施加于火時(shí)，水具有幾個(gè)有益效果，包括去除熱量和剝奪氧。當(dāng)將水引向火災(zāi)附近的結(jié)構(gòu)以防止火蔓延到其上時(shí)，火必須在附近的結(jié)構(gòu)達(dá)到燃燒溫度或引燃溫度之前提供足夠的熱量來蒸發(fā)附近結(jié)構(gòu)上(或材料中)的水。
用水防止火蔓延到附近結(jié)構(gòu)的一個(gè)缺點(diǎn)在于引向結(jié)構(gòu)的大部分水不會(huì)滲透到結(jié)構(gòu)內(nèi)而提供防火，而是從結(jié)構(gòu)流到地面。因此，浪費(fèi)了大量的水。另一個(gè)缺點(diǎn)在于滲透到結(jié)構(gòu)中的所有水僅僅提供了有限的防火，因?yàn)榇蟛糠纸Y(jié)構(gòu)僅吸收有限量的水，并且這些有限量的水很快地就蒸發(fā)了。因此，必須消耗大量的人工來連續(xù)地在附近的結(jié)構(gòu)上重復(fù)施加水，以向它們提供連續(xù)的防火。
用水滅火的一個(gè)缺點(diǎn)在于，由于上述流掉問題而使相當(dāng)大的量的水沒有直接救火或滅火。用水滅火的另一個(gè)缺點(diǎn)在于，直接噴灑在火上的水在火的上部高度處蒸發(fā)，結(jié)果使得只有比所施加的少得多的水能夠充分地穿透來熄滅火的底部。
為了解決用水(通過自身)來救火的上述缺點(diǎn)，von Blücher等人的美國專利No.5,190,110描述了使用包括干吸水性聚合體的含水系統(tǒng)來滅火和/或防火。聚合物顆粒具有從20微米到500微米的顆粒尺寸，并且通過攪拌或泵送而分散到水中，從而所形成的粘性不會(huì)超過100厘泊(cps)。該系統(tǒng)包含吸收水而不溶于水的離散聚合物顆粒。因此，顆粒夾帶在水中，從而使其可直接施加于火。干固體粒狀顆粒通常與水源預(yù)先混合?？蛇x的是，在噴嘴之前可直接加入干固體粒狀顆粒。該可選方法沒有提供足夠的時(shí)間用于使顆粒膨脹，因此粘性沒有增加到足以使顆粒可粘附至表面的程度。
von Blücher等人的美國專利No.4,978,460也描述了使用包括干吸水性聚合物的含水系統(tǒng)來滅火和/或防火。No.4,978,460專利的干固體聚合物顆粒由水溶性隔離劑包圍以防止顆粒膠結(jié)。形成膠囊的固體粒狀顆粒膨脹(即，從吸水開始膨脹)所需的時(shí)間從幾十秒到幾分鐘。當(dāng)用典型的水龍帶長度救火時(shí)，比水保留在滅火水龍帶中的實(shí)際時(shí)間長幾十秒。因此，當(dāng)通過標(biāo)準(zhǔn)消防設(shè)備使用這樣包圍的聚合物顆粒時(shí)，沒有足夠的時(shí)間使顆粒膨脹，從而粘性沒有增加到足以使顆粒可粘附至表面的程度。
Zweigle的美國專利No.3,758,641也描述了在消防應(yīng)用中使用具有高吸水性的干固體粒狀的聚合物顆粒。最好與專用附加消防設(shè)備一起使用所公開的顆粒。
由于上述消防技術(shù)的現(xiàn)有狀態(tài)的吸水性聚合顆粒的干固體粒狀特性，在很多消防應(yīng)用中很難或者不可能使用這樣的聚合物。例如，因?yàn)檫@樣的聚合物的微粒特性，用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備將這樣的聚合體排出到標(biāo)準(zhǔn)消防水龍帶中幾乎是不可能的。另外，聚合物的干固體特性促進(jìn)了顆粒的膠結(jié)，隨后堵塞消防水龍帶中的水流動(dòng)。因此，在消防應(yīng)用中為了使用干固體粒狀顆粒，有時(shí)必須提供專門設(shè)備，例如“適用于處理這樣材料的泵和噴嘴”(參見，例如，Zweigle的No.3,758,641專利)。
另外，如果使用例如小河或江河的自然水源作為水源時(shí)，不可能通過將聚合物批量加入水源中來預(yù)先混合聚合物。例如，如果將聚合物添加劑倒入小溪或江河中，絕大多數(shù)的聚合物添加劑將簡單地流過用于救火的吸水點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容提供了用于在防火和/或滅火中使用的、含有干的、可水膨脹的研磨的交聯(lián)聚合物的植物油分散劑。有利的是，所述分散劑容易與水源混合在一起。另外，所述分散劑可以與水結(jié)合以提供具有足夠高粘性的水添加劑混合物，從而該混合物容易以功能性厚度粘附在豎直和水平表面上。另外，含在所述分散劑中的聚合物具有非常短的膨脹(吸收水)時(shí)間，從而通過使用標(biāo)準(zhǔn)消防設(shè)備容易將其排出到滅火水龍帶中。另外，由于本公開內(nèi)容中的所述分散劑包括植物油，因此相對(duì)于基于礦物油乳液的聚合物來說，植物油作為消防添加劑來使用對(duì)環(huán)境是有利的。
在本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施例中，用于將含水聚合物顆粒施加到表面以防火和/或滅火的所述方法包括提供以植物油分散劑形式的交聯(lián)聚合物顆粒，以足以使得到的水添加劑混合物的粘性增加到大約100cps以上的量將作為吸水添加劑的所述分散劑添加到水中，并且將所述水/添加劑混合物引向表面，以防火和/或滅火，其中在吸水之后，所述添加劑保持高于全部水的約50個(gè)重量百分比(wt.％)；在公開內(nèi)容的另一個(gè)實(shí)施例中，用于將聚合物顆粒施加到表面以防火和/或滅火的方法包括將包括植物油和干的、可水膨脹的研磨的交聯(lián)聚合物的分散劑添加到水中，以形成水添加劑混合物，并且將所述水添加劑混合物引向表面，以防火和/或滅火，其中所述聚合物在膨脹之后在所述水添加劑混合物中保持高于約50個(gè)重量百分比(wt.％)的水。


圖1為用來將聚合物顆粒施加到表面以防火和/或滅火的典型設(shè)備的圖；以及圖2為示出本公開內(nèi)容的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
所公開的方法使用水添加劑來防火和/或滅火。該添加劑為含有植物油和可水膨脹的交聯(lián)聚合物的分散劑。該分散劑通過將可水膨脹的研磨的干聚合物分散到植物油中而形成，根據(jù)需要或希望，可選地帶有合適的表面活化劑和穩(wěn)定劑。在優(yōu)選實(shí)施例中，該分散劑包括在植物油以及適當(dāng)?shù)娜榛瘎┖蛻腋┲械母山宦?lián)聚合物。
優(yōu)選的是，所述分散劑為分散在植物油中的至少一個(gè)親水單體的干交聯(lián)聚合物。通常，所述聚合物為丙烯酰胺和丙烯酸衍生物(例如，丙烯酸鹽)的共聚物。優(yōu)選的是，所述聚合物為丙烯酸鹽、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)鹽的三元共聚物。通過聚合作用而形成的聚合物顆粒通常被研磨成尺寸小于大約74微米，通常70％的顆粒的尺寸小于37微米。然而，可使用尺寸在約10微米到約200微米范圍內(nèi)的聚合物顆粒。
實(shí)際上，任何非水溶性植物油都可被用來制備分散劑。優(yōu)選的是，所述植物油為油菜籽油(或其精制的形式，改良油菜籽油(canola))。
在將分散劑添加到消防用水之后通常形成凝膠。分散的可水膨脹的交聯(lián)聚合物顆粒的顆粒尺寸和油的選擇由在將分散劑添加到消防用水后形成的凝膠的期望軟度/硬度來確定。固定凝膠的形成通常在約3秒以下的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，因此顆粒優(yōu)選具有小于約3秒的膨脹時(shí)間。凝膠的粘性通常為至少約100cps，優(yōu)選至少約500cps，高達(dá)50,000cps。“固定”的凝膠形成是指凝膠在接觸時(shí)會(huì)粘附豎直表面上。
可使用低HLB表面活化劑來幫助干聚合物顆粒在植物油中的分散?？蓪⒏逪LB表面活化劑添加到分散劑中，以改變用于特定消防要求的凝膠的流動(dòng)性。尤其適合的低HLB表面活化劑為山梨糖醇酐單油酸酯。山梨糖醇酐單油酸酯在食物中用作乳化劑。
優(yōu)選的是，添加劑有足夠的量，從而在吸收水之后，添加劑保持大于總水量的約50wt.％。
可采用懸浮劑(例如，烘制二氧化硅)來為分散劑提供穩(wěn)定性和可流動(dòng)性。這樣使得可以以液體形式將分散劑導(dǎo)入水源，從而可以用標(biāo)準(zhǔn)消防設(shè)備容易地將分散劑排出。使用烘制二氧化硅不僅為分散劑提供了穩(wěn)定性，而且還令人驚訝地增加了水添加劑混合物(凝膠)的穩(wěn)定性，從而使得低添加劑濃度即可形成固定的凝膠。烘制二氧化硅也被批準(zhǔn)為直接食物添加劑。
包括植物油(例如改良油菜籽油)、山梨糖醇酐單油酸酯和烘制二氧化硅的聚合分散劑，或者(基本上)由植物油(例如改良油菜籽油)、山梨糖醇酐單油酸酯和烘制二氧化硅構(gòu)成的聚合分散劑對(duì)于健康、安全、環(huán)境以及操作方面特別理想，因?yàn)檫@些配方成分或者是食物，或者被批準(zhǔn)為直接食物添加劑。
通常以大約0.1體積百分比(vol.％)到大約50vol.％的濃度，通常不超過大約20vol.％的濃度將添加劑添加到水中。優(yōu)選的是，以大約0.1vol.％到大約10vol.％的濃度，更優(yōu)選以從約1vol.％到約3vol.％或從約1vol.％到約2vol.％的濃度將添加劑添加到水中。
添加劑結(jié)合有超級(jí)吸收性聚合物的性能，因?yàn)槠淇晌障鄬?duì)于其尺寸、重量和厚度而言非常大量的水，并且所形成的水添加劑混合物具有相對(duì)高的粘性。因此，從滅火水龍帶的端部噴射出的水添加劑混合物容易以功能性厚度粘附在豎直表面和水平表面上。該粘附使得水添加劑混合物可防止火損壞該水添加劑混合物以相對(duì)較長時(shí)間所粘附的結(jié)構(gòu)，因此使重新涂覆該結(jié)構(gòu)所需的人工最少。因此，使用該水添加劑混合物來涂覆靠近火的結(jié)構(gòu)為該結(jié)構(gòu)提供了保護(hù)涂層。因此，火不會(huì)象原來那樣快速蔓延，因?yàn)槠浔仨毧朔掣皆诮Y(jié)構(gòu)上的添加劑的含水聚合物顆粒中存在的大量水的作用。另外，因?yàn)楸惶砑觿┪盏乃空舭l(fā)得比由單純的水所提供的蒸發(fā)慢，所以使用添加劑提供了更多的水來防火和/或滅火。另外，添加劑的消防益處可通過噴霧來補(bǔ)充(即，在用水添加劑混合物涂覆結(jié)構(gòu)之后)。通常在由聚合物保持的水的一部分蒸發(fā)時(shí)進(jìn)行噴霧。
將該添加劑添加到消防用水的方法優(yōu)選通過排出、泵送或批量添加到水源來進(jìn)行。添加劑的性質(zhì)和特性使得可通過標(biāo)準(zhǔn)消防設(shè)備排出。
如圖1所示，可以以任何合適的方式，例如目前使用的排出消防泡沫(例如，水成膜泡沫(AFFF))的方式將添加劑排出到滅火水龍帶10中。拖拽水龍帶12被布置在添加劑的料罐14中。通過滅火水龍帶10的水流在噴射器噴嘴16中形成負(fù)壓，該負(fù)壓于是通過滅火水龍帶10將添加劑從料罐14抽入水流中。噴射器噴嘴16具有內(nèi)閥，通過該內(nèi)閥可控制添加劑的流動(dòng)。該添加劑可與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)消防設(shè)備一起使用，并且不需要購買新的設(shè)備。因?yàn)樘砑觿┦强闪鲃?dòng)分散劑，所以不需要添加載體或隔離劑以使其能夠被排出或混合。
可選的是，可以將添加劑批量添加到消防車20的水罐18中。再重復(fù)一遍，由于添加劑是流體分散劑，因此不需要大范圍的攪動(dòng)或加入單獨(dú)的載體或隔離劑以避免聚集，對(duì)于目前使用的固體添加劑來說這是必須的。批量添加本公開內(nèi)容的添加劑通常僅需要有限的混合。
當(dāng)添加劑例如通過排入到滅火水龍帶或批量添加到水罐而引入至大量的消防用水時(shí)，分散劑與消防用水混合，從而分散劑中的聚合物顆粒暴露于大量的水并且快速地吸收大量的水。
植物油分散劑中的膨脹顆粒形成均質(zhì)的、高粘性流體。因?yàn)榉稚┑男再|(zhì)，所以所形成的水添加劑混合物具有短的(優(yōu)選約3秒以下)膨脹或吸收時(shí)間以及相對(duì)高的粘性，這些使得混合物可容易地粘附在豎直表面和水平表面上。另外，該水添加劑混合物具有足夠的流動(dòng)性，以使得添加劑可容易地通過標(biāo)準(zhǔn)消防設(shè)備排出。
當(dāng)水添加劑混合物被噴射到豎直或水平表面時(shí)，混合物粘附在表面上，因此使火熄滅和/或?yàn)樵诨鸶浇慕Y(jié)構(gòu)提供持續(xù)的防火保護(hù)。如圖2所示，當(dāng)混合物被噴射到表面22上時(shí)，含水聚合物顆粒24相互堆疊。這與使用AFFF和其它泡沫的方式相同，但是聚合物顆粒24含有水，而傳統(tǒng)的泡沫泡充滿空氣。這樣的水填充極大地加強(qiáng)了添加劑的防熱性能。
當(dāng)火接近表面22時(shí)，最靠近火的外部含水聚合物顆粒24吸收熱，直至達(dá)到水的蒸發(fā)點(diǎn)。因此，更靠近墻壁的含水聚合物顆粒24得以保護(hù)，直至外部含水聚合物顆粒24的水蒸發(fā)。然后，下一層含水聚合物顆粒24吸收熱，直至達(dá)到水的蒸發(fā)點(diǎn)，由此保護(hù)含水聚合物顆粒的其余內(nèi)層。該過程持續(xù)直至最內(nèi)層的含水聚合物顆粒24的水蒸發(fā)。該過程比使用傳統(tǒng)的使用空氣而不是水吸收熱的泡沫更有效地吸收大量的熱，因?yàn)樗哂斜葰馀莞叩枚嗟臒崛荨?br> 作為附加優(yōu)點(diǎn)，到火使從含水聚合物顆粒層向下至被保護(hù)表面的水都蒸發(fā)時(shí)，根據(jù)涂層凝膠的粘性，在火穿透點(diǎn)上方的表面上的涂層可向下滑動(dòng)以局部重新涂覆并連續(xù)保護(hù)被火穿透的區(qū)域。這樣使得目前所需用來周期性地重新浸透表面的人工和材料資源最小化。顯然，在某些點(diǎn)處，如果火繼續(xù)燃燒，則火將使添加劑的全部水基本都蒸發(fā)。但是通過阻礙火的前進(jìn)和由火造成的損壞，并且通過使用直接滅火的添加劑，消防員將可以更有效地消滅慢火，從而與使用傳統(tǒng)消防技術(shù)和材料滅火時(shí)所造成的損壞相比，將極大地減少由火造成的損壞。因此，添加劑代表在消防技術(shù)中的顯著跳躍式進(jìn)步。
如上所述，當(dāng)將水直接噴射到火上時(shí)，大量的水根本沒有有效地滅火，因?yàn)樵谒竭_(dá)火焰之前，火上方的過熱空氣使水蒸發(fā)。然而，當(dāng)使用所公開的添加劑時(shí)，更多的水到達(dá)火，因?yàn)楹砑觿┚酆衔镱w粒延緩蒸發(fā)，蒸發(fā)過程較慢。因此，比僅僅使用水時(shí)或者甚至使用傳統(tǒng)的例如消防泡沫的添加劑時(shí)相比，不僅更多的水到達(dá)火，而且使用的水更少。另外，當(dāng)僅使用水時(shí)，直接施加到火(和沒有蒸發(fā))的更大比例的水流掉或滲透入地面，因此在其剛剛使用之后就被浪費(fèi)。作為附加優(yōu)點(diǎn)，本公開內(nèi)容的水添加劑混合物也覆蓋灰或者燃燒的燒焦結(jié)構(gòu)，而沒有流掉或滲透到地面，從而有助于防止再燃，因?yàn)楹酆衔镱w粒能吸收熱，并且粘性混合物粘附到表面，從而剝奪表面燃燒所需要的氧，因此在燃燒表面上也提供了窒息效果。
因?yàn)樘砑觿┑倪@些特性，當(dāng)對(duì)森林和灌木叢進(jìn)行滅火時(shí)，水添加劑混合物也適于用作人工防火間距。可以在火場前方噴灑混合物，混合物將覆蓋例如灌木叢和樹木的結(jié)構(gòu)，從而當(dāng)火達(dá)到被處理的區(qū)域時(shí)，火將停止前進(jìn)，由此允許消防員在火沒有進(jìn)一步前進(jìn)的情況下熄滅火焰。與使用傳統(tǒng)的防火間距例如使用推土機(jī)或控制燃燒來清除用作防火間距的區(qū)域相比，這極大地減小了損失。
添加劑可吸收相對(duì)于其自重來說相當(dāng)大量的水。一旦添加劑顆粒被添加到消防用水并且吸收水至其容量(優(yōu)選在3秒以下)，顆粒可承載大于用來滅火的水的約90％wt.％。
聚合物優(yōu)選為在植物油分散劑中的交聯(lián)水溶性干聚合物。該聚合物可為親水單體的聚合物，例如丙烯酰胺、丙烯酸衍生物、馬來酸酐、衣康酸、2-羥基丙烯酸乙酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸烯丙酯，三水縮四乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙三醇二甲基丙烯酸酯、羥丙基異丁烯酸酯、2-羥丙基異丁烯酸酯、2-叔丁基胺基甲基丙烯酸乙酯；N-(3-二甲氨基丙基)甲基丙烯酰胺、2-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯、羥丙基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸衍生物和其它親水單體。優(yōu)選的是，該聚合物為丙烯酰胺和丙烯酸衍生物的共聚物，更優(yōu)選的是，丙烯酸鹽、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)鹽的三元共聚物。該鹽通?？梢詾槿魏螁蝺r(jià)鹽，但是優(yōu)選為鈉鹽或鉀鹽。
很多這樣的干聚合物可在市場上得到，并且常規(guī)地用在尿布中。對(duì)于所公開的添加劑而言，可容易地得到并且有利地使用顯著大于100cps以及甚至在500cps到50,000cps的范圍內(nèi)的粘性。這與von Blücher等人的美國專利No.5,190,110所示的現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)形成對(duì)比(其教導(dǎo)大于100cps的粘性是不理想的并且在滅火中不能工作)。較高粘性的水添加劑混合物使得水添加劑混合物對(duì)豎直表面具有更好的粘附性，但是水添加劑混合物仍然有足夠的流動(dòng)性，從而添加劑可通過標(biāo)準(zhǔn)消防設(shè)備成功地排出。
因?yàn)樗挠捕?，換句話說，因?yàn)樗械亩r(jià)陽離子的數(shù)量影響聚合物顆粒的膨脹程度，所以可引入一成分以中和水的硬度。在該應(yīng)用中，用來中和水的硬度的合適單體為AMPS或其衍生物?？梢愿鶕?jù)特定使用區(qū)域中的水的硬度來改變包括在干聚合物中的AMPS的量。然而，在沒有包含中和水硬度的化學(xué)制品的情況下，特別在沒有硬水的地理區(qū)域中，該聚合物也是有效的。
分散劑中的聚合物顆粒的尺寸通常小于74微米，其中70％到95％的顆粒的尺寸通常小于約37微米。聚合物的顆粒尺寸允許優(yōu)選大約3秒以下的膨脹時(shí)間，從而顆粒在當(dāng)添加劑被排入消防用水時(shí)到當(dāng)添加劑/水混合物將被固定在將要保護(hù)的表面上時(shí)的期間內(nèi)完成其膨脹。由于其分散在植物油/表面活化劑系統(tǒng)中，本公開內(nèi)容的添加劑中的顆粒將優(yōu)選具有約3秒以下的膨脹時(shí)間，而傳統(tǒng)聚合物的膨脹時(shí)間最少為約10秒(參見例如von Blücher等人的No.4,978,460)。在吸收足夠的適用于用來滅火的水之前，傳統(tǒng)聚合物顆粒通常具有數(shù)分鐘甚或數(shù)小時(shí)的膨脹時(shí)間(參見例如Walker等人的美國專利No.3,247,171)。在沒有明顯的提前準(zhǔn)備和/或?qū)ｉT設(shè)備的情況下，這些更長的膨脹時(shí)間不適于在排出系統(tǒng)中使用。
由于所公開的添加劑的短的膨脹時(shí)間和流體狀態(tài)，該添加劑最適用于用在具有滅火水龍帶和水源(例如罐卡車或消防栓)的標(biāo)準(zhǔn)排出系統(tǒng)中。這樣消除了實(shí)現(xiàn)本公開內(nèi)容的方法的專門設(shè)備。該公開內(nèi)容也適于將添加劑直接加入罐卡車的罐來使用。為此目的，僅僅需要10加侖到15加侖的添加劑(例如小于130lb)用來處理消防罐車上的標(biāo)準(zhǔn)500加侖的罐。這對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)是顯著的提高，如在von Blücher等人的No.4,978,460專利所述的那樣，其中對(duì)于每升水而言需要200克添加劑，這相當(dāng)于對(duì)于通常500加侖的罐而言需要約835磅。
示例進(jìn)行添加劑的幾個(gè)測試來評(píng)價(jià)消防及其防火性能。
示例1利用噴射器用2.5vol.％的水添加劑混合物溶液在4英尺×4英尺的1/4英寸厚的膠合板上涂覆大約1/4英寸厚度的下表的產(chǎn)品4。根據(jù)該申請(qǐng)，膠合板經(jīng)受丙烷煤氣噴射所產(chǎn)生的開放式火焰。測量燒透經(jīng)過處理的膠合板的時(shí)間，并且與燒透沒有經(jīng)過處理的相同膠合板的時(shí)間進(jìn)行比較。經(jīng)過處理的膠合板的燒透時(shí)間為9分12秒。未處理過的膠合板的燒透時(shí)間為2分40秒。
示例2-7-防火比較向消防用水流中排入添加劑不能確保添加劑的精確濃度，也不會(huì)產(chǎn)生精確的凝膠涂覆層厚度。為了精確地比較添加劑濃度、凝膠厚度和豎直表面穩(wěn)定性的阻火作用，進(jìn)行試驗(yàn)以控制這些變量。在模擬噴射器制備的混合器中以低速制備精確濃度的一系列添加劑。1/4英寸厚的白楊木板覆蓋有精確的涂層厚度(使用垂伸(draw down)技術(shù))。另外，使用精確的丙烷火焰加熱和沖擊(impingement)距離。在所有的情況下，在混合器中由添加劑/水混合物制備并在測試中使用的凝膠在小于3秒內(nèi)固定。然后在白楊木板上噴灑在表1中詳述的厚度的凝膠，然后進(jìn)行如上所述的測試。

參考注釋(1)控制板的表面在11秒時(shí)燒著并且在2分鐘24秒內(nèi)燒透。
(2)基于礦物油的商業(yè)乳液消防產(chǎn)品，38個(gè)重量百分比(wt.％)的活性聚合物成分。
(2A)(2)加上增加的2wt.％烘制二氧化硅(CAB-O-SIL EH-5)。
(3)基于干聚合物的分散劑38.9wt.％研磨的干聚合物(99.9％的干聚合物小于74微米，94.5％小于44微米，90％小于37微米)，2.4wt.％山梨糖醇酐單油酸酯(斯盤80(Span 80))，58.7wt.％改良油菜籽油。
(4)基于干聚合物的分散劑38.2wt％研磨的干聚合物(與上述(3)中的研磨的干聚合物相同)，2.3wt.％山梨糖醇酐單油酸酯，1.7wt.％烘制二氧化硅(CAB-O-SIL EH-5)，57.8wt.％改良油菜籽油。
(5)基于干聚合物的分散劑38.0wt.％研磨的干聚合物(與上述(3)和(4)中的研磨的干聚合物相同)，2.3wt.％山梨糖醇酐單油酸酯(斯盤80)，0.6wt.％高HLB表面活性劑(Dow XL-80N)，1.7wt.％烘制二氧化硅(CAB-O-SIL EH-5)，57.4wt.％改良油菜籽油。
(6)基于干聚合物的分散劑38.2wt.％研磨的干聚合物(99.8％的干聚合物小于74微米，82.9％小于44微米，73.4％小于37微米)，2.3wt.％山梨糖醇酐單油酸酯(斯盤80)，1.7wt.％烘制二氧化硅(CAB-O-SILEH-5)，57.8wt.％改良油菜籽油。
(7)基于干聚合物的分散劑39.1wt.％研磨的干聚合物(與上述(3)、(4)和(5)中的研磨的干聚合物相同)，1.8wt.％烘制二氧化硅(CAB-O-SIL EH-5)，59.1wt.％改良油菜籽油。
表中數(shù)據(jù)證明了所披露的含有干聚合物的產(chǎn)品制成的消防凝膠的令人驚訝的性能。結(jié)合有低HLB乳化劑和烘制二氧化硅的改良油菜籽油中的細(xì)微研磨的干聚合物的產(chǎn)品4給予了優(yōu)于產(chǎn)品3(配方相同，只是沒有烘制二氧化硅)的防火效果。除了使分散劑具有穩(wěn)定性外，烘制二氧化硅的存在令人驚訝地穩(wěn)定了在分散劑被加入到消防用水時(shí)形成的凝膠，并且顯著地減小了凝膠涂層粘附在豎直表面上所需要的濃度。這不僅意味著降低了產(chǎn)生可豎直穩(wěn)定的凝膠所需的分散劑濃度，而且對(duì)于給定的凝膠體厚度來說增加了在凝膠中可用的用來救火的水。
為了對(duì)比，試驗(yàn)了基于商業(yè)礦物油的乳液產(chǎn)品(產(chǎn)品2)。產(chǎn)品2在防火方面劣于本公開內(nèi)容中的產(chǎn)品4。另外，為了減小濃度而加入烘制二氧化硅沒有顯著提高產(chǎn)品2的基于礦物油的配方的粘性(在產(chǎn)品2A中)。通過烘制二氧化硅和在公開內(nèi)容的分散劑中的植物油(其實(shí)際上是自然出現(xiàn)的脂肪酸酯)載體所賦予的增加的凝膠穩(wěn)定性具有顯著和意想不到的益處。
如美國專利6,245,252B1(7欄，19行)所述，通過反相聚合作用形成的乳液聚合物需要更高的HLB乳化劑，以便快速地使乳液“轉(zhuǎn)化(invert)”。轉(zhuǎn)化的乳化劑將連續(xù)油相乳化成稀釋水，從而將聚合物顆粒暴露于水中，使它們可以膨脹。在使用植物油(即，脂肪酸酯)的本公開內(nèi)容中，不需要通常稱為潤濕劑的轉(zhuǎn)化表面活化劑，以便快速地形成非常穩(wěn)定的凝膠。
另一個(gè)令人驚訝的結(jié)果是在產(chǎn)品5中添加潤濕劑(高HLB表面活化劑)沒有可測量地減小凝膠形成的時(shí)間(所有試驗(yàn)產(chǎn)品在小于約3秒的時(shí)間內(nèi)形成凝膠)。另外，高HLB表面活化劑的添加使凝膠的粘性減小到這樣一個(gè)程度，即，濃度不能減小到對(duì)于產(chǎn)品4和無高HLB產(chǎn)品來說可能的程度，并且仍然保持穩(wěn)定的豎直涂層。含有低HLB表面活化劑和烘制二氧化硅的植物油中的研磨的干聚合物與水的組合形成了作為極其有效的消防產(chǎn)品的光滑且均質(zhì)的凝膠。在沒有低HLB表面活化劑(產(chǎn)品7)的情況下，2vol.％濃度將形成可豎直穩(wěn)定的凝膠，但是涂層并不是均質(zhì)的，并且大于2.5vol.％的濃度變得易碎。用噴射器噴嘴難以進(jìn)行應(yīng)用控制。
產(chǎn)品6證明，可使用更粗糙研磨的干聚合物，然而，損失了一些豎直凝膠穩(wěn)定性，與產(chǎn)品4相比時(shí)需要略高的凝膠濃度。
在應(yīng)用時(shí)，可將添加劑設(shè)置在用于與標(biāo)準(zhǔn)排出系統(tǒng)一起使用的一加侖或五加侖的容器中。用于排出的添加劑的濃度優(yōu)選在0.1％和10％之間(體積比體積)，但是高達(dá)20vol.％的濃度也是可接受的。一旦濃度顯著高于20vol.％，水添加劑混合物的粘性通常變得難以使用。同樣地，對(duì)于在罐中直接混合使用來說，以優(yōu)選在0.1vol.％和10vol.％之間的濃度批量混合添加劑，但是高達(dá)約20vol.％的濃度也是可接受的。從約1.0vol.％到約3.0％vol.％的添加劑濃度提供了用于消防的合適性能，更大的濃度通常是不需要的。較低的濃度應(yīng)用也提高了成本效率。
權(quán)利要求
1.一種用于將含水聚合物顆粒施加到表面以防火和/或滅火的方法，該方法包括(a)將包括植物油和干的、可水膨脹的研磨的交聯(lián)聚合物的分散劑添加到水中，以形成含有含水聚合物顆粒的水添加劑混合物，其中所述聚合物在膨脹之后在所述水添加劑混合物中保持大于約50個(gè)重量百分比(wt.％)的水；以及(b)將所述水添加劑混合物引到表面上，以防火和/或滅火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分散劑還包括至少一個(gè)從由表面活化劑和穩(wěn)定劑組成的組中選出的添加劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分散劑被以這樣的量添加，該量足以使所述水添加劑混合物的粘性增加到高于100厘泊(cps)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述植物油從由油菜籽油和改良油菜籽油組成的組中選出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚合物具有從約10微米到約200微米的顆粒尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述表面活化劑具有小于約8的凈疏水/親油平衡值，即HLB值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將凈HLB值高于約8的表面活化劑添加到所述分散劑中，以改變所述水添加劑混合物的流動(dòng)特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述穩(wěn)定劑為烘制二氧化硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述添加包括通過標(biāo)準(zhǔn)消防排出設(shè)備將所述分散劑排出到所述水中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述添加包括將所述分散劑批量添加到所述水中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚合物具有小于約3秒的膨脹時(shí)間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分散劑被以這樣的量添加，該量足以使所述水添加劑混合物的粘性增加到約500cps到約50,000cps之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚合物由親水單體形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述親水單體從由丙烯酰胺和丙烯酸衍生物組成的組中選出。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述丙烯酸衍生物為丙烯酸鹽。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚合物為丙烯酸鹽、丙烯酰胺和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸鹽的三元共聚物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述水添加劑混合物的所述分散劑的濃度在約0.01體積百分比(vol.％)和約50vol.％之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述水添加劑混合物的所述分散劑的濃度在約0.1vol.％到約10vol.％之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述水添加劑混合物的所述分散劑的濃度在約1vol.％到約2vol.％之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在將所述水添加劑混合物引到所述表面上之后對(duì)所述水添加劑混合物進(jìn)行噴霧。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在由所述聚合物保持的水的一部分蒸發(fā)時(shí)進(jìn)行所述噴霧。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于防火和/或滅火的方法。在防止火蔓延和直接滅火時(shí)，將植物油分散劑中的可水膨脹的交聯(lián)添加劑聚合物添加到消防用水中。該添加劑具有吸收大量水的特性、粘結(jié)到豎直和水平表面上的高粘性以及保持在標(biāo)準(zhǔn)消防設(shè)備中排出的足夠的流動(dòng)性。還公開了一種通過排出、泵送或批量添加到水源將該添加劑添加到消防用水的方法。
文檔編號(hào)A62D1/00GK101052442SQ200480044362
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者埃德溫·T·索特維爾 申請(qǐng)人:巴瑞科德國際有限公司