专利名称：控制火的组合物和方法
技术领域：
本发明涉及控制火的组合物和方法。更具体而言，本发明涉及防止、延迟、抑制或熄灭火如建筑火、森林火和野火的组合物和方法。灭火组合物包含超吸收性聚合物(SAP)、着色剂、不透明剂和水。该方法包括在燃烧开始之前或之后将足够量的含水灭火组合物施于天然或人造可燃物体上以防止、延迟、抑制或熄灭火。
背景技术：
水为选取用于熄灭几乎全部类型的火或防止可燃物体燃烧的材料。水主要由管道网络供给，或当发生森林着火时由例如天然水供给。在灭火时，水接触燃烧的物体，使其充分冷却，这样燃烧的物体降至低于其燃烧或着火温度，并避免新着火。此外，当水接触热的物体时，水蒸发产生蒸汽，蒸汽膨胀并驱除燃烧所需的空气。
当通过将水喷于火上来熄灭火时，因水损失如流掉或蒸发，少于10％的喷洒水是有效的。这对于扑灭森林火和野火特别不利，因为相当部分的水通常要长距离以高昂费用运输，然后又被浪费掉。时至今日，仍然未能最优化地将水用于森林火和野火中，因为此类火灾通常在干旱时期之后发生，因此地面具有特别高的吸水能力。浪费水是灭森林火的一个非常重要的方面，因为森林火一般毁灭干燥的下层林丛(如草、树叶和石南属植物)并导致树冠火，各个树冠火然后联成一片。
在其它火灾类型中，也会遇到不能有效使用水的问题，例如当建筑物顶着火时。在此情况下，水例如常常经由地板、通道和楼梯到达建筑物的较低楼层，并因此失去灭火目的。如此产生潜在缺水，这样火会从燃烧的屋顶向下蔓延。此外，流到较低楼层的水通常产生可观的水损害。
森林火和灌木林火每年造成价值数百万美元的木材和其它财产损失。通常产生多方面的损失，因为当火灾被发现时到可采取控制措施前，火势在称为“野火”的状态下失去控制。因此类火灾导致的直接财产损失是灾难性的，并且相关的土壤侵蚀和水流失问题也较严重。因此，重要的是尽可能减少并控制森林火的蔓延。
在灭森林火中遇到的另一问题是不能精确确定那些目标和或区域已经喷洒过或尚未喷洒。这是空中扑灭森林火时遇到的特别困难的问题。有效灭火要求关注的所有目标或区域要喷洒到，同时又尽可能减少重复喷洒某些目标或区域。
为改进当扑灭森林火时水的作用，已经将增稠的水或含化学阻燃剂的水施于火路径中的木材和其它叶子上以延迟火焰前锋的推进。已使用各种分配水的方法，包括直接喷洒和空降。空降是有利的，因为可喷洒不容易达到的区域。
在扑灭森林、山脉、草原和灌木林地野火中普遍使用两类阻燃剂。这些阻燃剂划分为“短期”或“长期”阻燃剂。短期阻燃剂主要依赖于水延迟燃烧。长期阻燃剂除了水外还包含甚至在水已蒸发后也可短时间有效地延迟燃烧的水溶性化学品。
本发明涉及组合物和通过在燃烧开始之前或之后对可燃物体施以足够量的包含SAP、着色剂和不透明剂的含水组合物来防止、延迟、抑制和熄灭火的方法。
先有专利如US 5,190,110和5,849,210公开了将SAP用于控制火。US3,354,084公开了一种组合物，其包含(a)SAP、(b)非离子的水不溶性固体和(c)非必要的非离子或阴离子水溶性染料。水不溶性固体提高用于改进灭火的SAP水凝胶的粘度。必要的是该不溶性固体的含水分散体具有至少约50,000欧姆的电阻，或者SAP的凝胶容量降低。US 3,354,084中公开的不溶性固体必须完全不溶于水，并包括例如二氧化钛、硅胶、粉末状铝和硅酸钙。US 3,354,084中公开的唯一的非必要染料是若丹明B。
欧洲专利申请EP 0649669A1公开了一种灭火介质，它包含(a)SAP、(b)具有大表面积结构、毛细管结构或纤维结构的物质和(c)非必要的可生物降解染料。组分(b)的物质为水不溶物质如锯屑、纤维素、硅藻土、研磨的塑料、研磨的泡沫塑料和疏水性二氧化硅。该欧洲专利申请未公开任何具体的染料。
发明内容
本发明涉及组合物和通过使可燃物体在燃烧之前或期间与包含水不溶SAP、着色剂和不透明剂的含水灭火组合物接触来防止可燃物体燃烧并控制燃烧的可燃物体燃烧的方法。
因此，本发明的一个方面是提供一种可在开始着火之前或之后施于草、树叶、灌木林、树木和类似植物上的含水组合物。本发明的另一方面是提供一种可利用地面喷洒设备、直升飞机或飞机或消防人员已知的其它设备来有效施用的灭火组合物。
本发明又一方面是提供控制野火的组合物和方法，其中预先处理的着火区域与未处理的着火区域容易被空中和陆地施用设备所区别。
本发明再一方面是提供一种灭火组合物，其包含(a)约0.01重量％至约20重量％的SAP；(b)约0.005重量％至约10重量％的着色剂；(c)约0.005重量％至约10重量％的不透明剂；(d)水和(e)非必要组分。通常而言，着色剂和不透明剂在组合物中的存在量的重量比为1份着色剂约0.25至约5份不透明剂，优选1份着色剂约0.5至约3份不透明剂。着色剂和SAP通常以重量比为1份着色剂约1.5至约10份SAP存在。不透明剂和SAP通常以重量比为1份不透明剂约1.5至约10份SAP、优选1份不透明剂约2至约4份SAP存在。
本发明的另一方面是提供一种灭火组合物和方法，其中用该组合物处理的可燃物体容易肉眼可见，由此有效避免将该组合物再次施于已预先处理的可燃物体上并有效确保关注的所有可燃物体已被处理。
本发明的再一方面是提供一种灭火组合物和方法，其中在处理后约30天或更少天数可燃物体的可见处理标记对于肉眼而言显著降低。
本发明的其它方面和优点通过下面结合实施例和所附权利要求的优选实施方案的详细描述变得显而易见。
发明详述这里使用的术语″灭火″和″控制火″定义为着火时熄灭、抑制和/或延迟物体燃烧，和/或防止可燃物体点燃。可燃物体可为自然存在的，例如灌木林、草、树木等，或可为人造的，例如建筑物、平台等。
在一个实施方案中，本发明涉及一种控制可燃物体燃烧，特别是控制森林火或野火的方法，包括在火点燃之前或之后将足够量的灭火组合物施于可燃物体上，以防止、抑制、延迟和/或熄灭火，其中组合物包含SAP、着色剂、不透明剂和水。
在本发明另一实施方案中，本发明涉及一种可用于防止、抑制、熄灭和/或延迟火前进的灭火组合物，该组合物包含(a)SAP、(b)着色剂、(c)不透明剂(d)水和(e)本领域熟练技术人员已知的非必要组分。本发明还涉及一种浓缩的熄灭组合物，其中在溶于水或分散于水中之前将组分(a)、(b)、(c)和(e)中的两种或更多种组分预混。或者，可将组分(a)、(b)、(c)和(e)分别加入水中，以提供本发明的组合物。
下面给出本发明的各个实施方案和本发明灭火组合物的各组分的非限制性描述。
超吸收性聚合物(SAP)通常而言，本发明的灭火组合物包含一定量的SAP，使得存在足够的水以在由水造成的损害最小的情况下提供优异的灭火效果，并允许在它施用的同时确保类似于纯水的非常良好的润湿性能。
更具体而言，SAP在灭火组合物中的存在量为组合物重量的约0.01％至约20％，优选约0.05％至约10％。为实现本发明的全部优点，该组合物包含约0.1％至约5％的SAP(按组合物的重量计)。本发明组合物中SAP的重量百分比为用于提供最终组合物的非水合SAP颗粒的量。
SAP为吸水树脂。SAP广泛用于卫生和清洁物品、拭布、保水剂、脱水剂、污泥凝结剂、一次性毛巾和浴垫、一次性门垫、增稠剂、一次性宠爱垃圾垫、防冷凝剂和各种化学品的释放控制剂。SAP可以各种化学形式获得，包括取代和未取代的天然和合成聚合物，如淀粉丙烯腈接枝聚合物的水解产物、羧甲基纤维素、交联的聚丙烯酸酯、异丁烯与马来酸酐的交联和部分中和的共聚物、乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物的皂化产物、磺化聚苯乙烯、水解的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯腈。
这些聚合物和其它聚合物在本领域中已知有多种称谓，如超吸收性聚合物、水凝胶、水胶体和吸水的亲水性聚合物。这里使用的术语″SAP″是指超吸收性聚合物，并将其总称为吸水材料。术语″SAP颗粒″是指干燥状态的超吸收性聚合物颗粒，更具体而言是指不含水至含水量低于颗粒重量并且通常含水量低于约5重量％的颗粒。术语″SAP凝胶″、″SAP水凝胶″或″水凝胶″是指水合状态的超吸收性聚合物，更具体而言是指已吸收的水量至少为其重量并通常数倍于其重量的颗粒。
SAP为轻度交联的亲水性聚合物，并且一般性描述于US5,669,894和5,559,335中，各文献在此引入作为参考。SAP就其化学构成而言可以不同，但所有SAP都能够吸收和保留等于其自身重量许多倍的含水流体，甚至在适度压力下也如此。例如，SAP可吸收其自身重量100倍或更多的蒸馏水。
为了获得最佳吸收性能，SAP一般被中和至少约25摩尔％、优选至少约50摩尔％和通常约70至80摩尔％。可在单体聚合之前通过中和丙烯酸单体实现中和，或在聚合反应基本上完成之后中和聚合物。在将单体聚合、内交联和随后部分中和(如50-100摩尔％中和、优选70至80摩尔％中和)之后，将聚合物细分例如切碎或剁碎以更有效地干燥，然后干燥并研磨至所需粒度。之后，优选将该聚合物表面交联并再次干燥，形成最终产物。
用于本发明组合物和方法的SAP的唯一限制在于该SAP能够吸收数倍于其重量的含水液体并溶胀形成水凝胶。该SAP可为酸性吸水树脂或碱性吸水树脂。可用于制备SAP的单体公开于US 5,149,750和WO 01/68156中，各文献在此引入作为参考。本发明灭火组合物的SAP组分包括中和了约25％至约100％(即中和度(DN)为约25至约100)的酸性或碱性吸水树脂。
所述SAP可为阴离子性的(酸性吸水树脂)或阳离子性的(碱性吸水树脂)。阴离子SAP基于酸性吸水树脂。该阴离子SAP无论是强酸性或弱酸性的都可为用作呈中和形式的SAP的任何树脂。该酸性树脂一般包含多个羧酸、磺酸、膦酸、磷酸和/或硫酸部分。
优选的SAP为中和了25％至100％的酸性吸水树脂。酸性吸水树脂可为单一树脂或树脂的混合物。酸性树脂可为均聚物或共聚物。酸性吸水树脂的构成不受限制，只要当该树脂呈中和形式时能够在水中溶胀并吸收至少10倍于其重量的水即可。
酸性吸水树脂一般为轻微交联的丙烯酸类树脂，如轻微交联的聚(丙烯酸)。轻微交联的酸性树脂一般通过在内交联单体(即，多官能有机化合物)存在下聚合含酰基部分(如丙烯酸)或能够提供酸基的部分(如丙烯腈)的的酸性单体来制备。酸性树脂可含有其它可共聚单元，即本领域熟知的其它单烯属不饱和共聚单体，只要该聚合物基本上具有，即至少10％、优选至少25％的酸性单体单元即可。为实现本发明的全部优点，该酸性树脂含有至少50％、更优选至少75％至不超过100％的酸性单体单元。
可用于酸性吸水树脂的烯属不饱和羧酸和羧酸酐单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、乙基丙烯酸、α-氯丙烯酸、α-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸(巴豆酸)、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰氧基-丙酸、山梨酸、α-氯山梨酸、当归酸、肉桂酸、对氯肉桂酸、β-硬脂基丙烯酸、衣康酸、柠康酸、中康酸、戊烯二酸、乌头酸、马来酸、富马酸、三羧基乙烯和马来酸酐。丙烯酸是用于制备SAP的最优选的烯属不饱和羧酸。
烯属不饱和磺酸类单体包括脂族和芳族乙烯基磺酸，如乙烯基磺酸，烯丙基磺酸，乙烯基甲苯磺酸，苯乙烯磺酸，丙烯酸-和甲基丙烯酸磺酸，如丙烯酸磺乙基酯、甲基丙烯酸磺乙基酯、丙烯酸磺丙基酯、甲基丙烯酸磺丙基酯，2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸。含磷酸酯的酸性树脂通过均聚或共聚含磷酸部分的烯属不饱和单体如磷酸甲基丙烯酰氧基.乙基酯实现。合适的SAP-形成单体的广泛列举可在US 4,076,663中找到，该文献在此引入作为参考。
阴离子SAP可为例如聚(丙烯酸)、水解的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、皂化的乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、水解的丙烯腈共聚物、水解的丙烯酰胺共聚物、乙烯-马来酸酐共聚物、异丁烯-马来酸酐共聚物、聚(乙烯基磺酸)、聚(乙烯基-膦酸)、聚(乙烯基磷酸)、聚(乙烯基硫酸)、磺化聚苯乙烯和其混合物。优选的阴离子SAP为聚(丙烯酸)。
酸性单体和若存在的话，可共聚单体的聚合最普遍通过自由基法在多官能内交联单体存在下进行。将酸性树脂交联至足够程度，以使聚合物不溶于水。交联使酸性树脂基本上不溶于水并部分起到决定树脂吸水能力的作用。例如在吸收应用中，将酸性树脂轻微交联，即使其交联密度低于约20％，优选低于约10％和最优选约0.01％至约7％。基于单体的总重量，内交联单体的最优选用量低于约7重量％，通常约0.1重量％至约5重量％。
内交联单体的例子包括但不限于下式(I)表示的聚丙烯酸酯(或聚甲基丙烯酸酯) 其中X为亚乙基、亚丙基、三亚甲基、环己基、六亚甲基、2-羟基亚丙基、-(CH2CH2O)nCH2CH2-或 其中n和m各自独立地为5至40的整数，k为1或2，以及下式(II)表示的双丙烯酰胺CH2＝CH-C(＝O)-NH(CH2CH2NH)lC(＝O)-CH＝CH2(II)，其中l为2或3。
式(I)化合物通过使多元醇如乙二醇、丙二醇、三羟甲基丙烷、1，6-己二醇、甘油、季戊四醇、聚乙二醇或聚丙二醇与丙烯酸或甲基丙烯酸反应而制备。式(II)化合物通过使多亚烷基多胺如二亚乙基三胺和三亚乙基四胺与丙烯酸反应而获得。具体的交联单体公开于US 6,222,091中，该文献在此引入作为参考。特别优选的交联剂为季戊四醇三烯丙基醚、季戊四醇三丙烯酸酯、N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、N，N′-亚甲基双甲基丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
与酸性树脂类似，可用于本发明SAP-粘土颗粒的碱性吸水树脂，即阳离子SAP可为强或弱碱性吸水树脂。碱性吸水树脂可为单一树脂或树脂的混合物。该碱性树脂可为均聚物或共聚物。碱性树脂的构成不受限制，只要当它在带电荷时能够在水中溶胀并吸收至少10倍于其重量的水即可。弱碱性树脂优选以其阳离子形式存在，即约25％至100％碱性部分如氨基以带电荷形式存在。强碱性树脂通常以氢氧化物(OH)或碳酸氢盐(HCO3)形式存在。
碱性吸水树脂一般为轻微交联的树脂，如聚(乙烯胺)或聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)。碱性树脂也可为例如轻微交联的聚乙烯亚胺、聚(烯丙基胺)、聚(烯丙基胍)、聚(二甲基二烯丙基氢氧化铵)、季铵化聚苯乙烯衍生物、胍改性的聚苯乙烯、季铵化聚((甲基)丙烯酰胺)或酯类似物。参见US 6,235,965，该文献在此引入作为参考。轻微交联的碱性吸水树脂可含有其它可共聚单元，并用针对酸性吸水树脂列出的内交联单体交联。优选的碱性树脂包括聚(乙烯基胺)、聚乙烯亚胺、聚(乙烯基胍)、聚(二甲基氨乙基丙烯酰胺)(聚(DAEA))和聚(二甲基氨丙基甲基丙烯酰胺)(聚(DMAPMA))。
用于本发明SAP颗粒的碱性吸水树脂一般含有氨基或胍基。因此，水溶性碱性树脂也可在溶液中通过如下方法交联将未交联的碱性树脂悬浮或溶解于水或醇介质中，然后加入能够通过与该碱性树脂的氨基反应而交联该碱性树脂的双-或多官能化合物。这些交联剂公开于US 6,235,965中，该文献在此引入作为参考。交联剂还公开于US 5,085,787(该文献在此引入作为参考)和EP 450 923中。优选的交联剂是乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)、水溶性二缩水甘油醚和二溴烷烃(醇溶性化合物)。
引入到酸性树脂或碱性树脂中的可共聚单体包括但不限于乙烯、丙烯、异丁烯、丙烯酸和甲基丙烯酸的C1-4烷基酯、乙酸乙烯酯、甲基.乙烯基醚和具有下式的苯乙烯系化合物 其中R表示氢或C1-6烷基，并且其中苯基环非必要地被1至4个C1-4烷基和羟基取代。
合适的丙烯酸C1-4烷基酯包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙基酯、丙烯酸正丙基酯、丙烯酸正丁基酯等和其混合物。合适的甲基丙烯酸C1-4烷基酯包括但不限于甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙基酯、甲基丙烯酸正丙基酯、甲基丙烯酸正丁基酯等和其混合物，或者与丙烯酸C1-4烷基酯的混合物。合适的苯乙烯系化合物包括但不限于苯乙烯α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯等和其混合物，或者与丙烯酸C1-4烷基酯和/或甲基丙烯酸C1-4烷基酯的混合物。
可使用已知用于制备SAP的任何聚合引发剂。合适的引发剂的例子为氧化还原引发剂和热引发剂，如US 6,359,049中公开的那些，该文献在此引入作为参考。该氧化还原引发剂和热引发剂可单独使用或适当组合使用。在这当中，特别优选的引发剂是包含过硫酸铵和亚硫酸氢钠的氧化还原引发剂，以及偶氮引发剂，如偶氮二异丁腈和2，2′-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐，其以商品名V-50购自Wako Chemicals U.S.A.，Inc.，Richmond，Virginia。按固体计，引发剂的用量基于丙烯酸单体重量通常为约0.1％至约10％，基于单体重量优选约0.5％至约5％。根据引发剂的量和种类，可将引发剂非必要地与异丙醇、烷基硫醇或其它链转移剂一起使用，以控制聚(丙烯酸)的分子量。
紫外(UV)光也可用于实施丙烯酸的聚合。UV光可与氧化还原引发剂和/或自由基引发剂结合使用。当UV光用于聚合步骤时，还要将光引发剂以本领域熟练技术人员公知的量加入反应混合物中。合适的光引发剂包括但不限于2-羟基-1-[4-(羟基乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙烷酮(其以商品名IRGACURE 2959购自Ciba Additives of Hawthorne，纽约)和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙烷酮，其以商品名DAROCUR 1173购自Ciba Additives。
适用于制备SAP组分的工业方法包括惯用于合成SAP的所有方法，如在″Modern Superabsorbent Polymer Technology(现代超吸收性聚合物技术)″，F.L.Buchholz and A.T.Graham，第三章，Wiley-VCH(1998))中所述。聚合丙烯酸的合适方法为水溶液聚合，其中将含丙烯酸和聚合引发剂的水溶液进行聚合反应并通过加入内交联单体如亚甲基双丙烯酰胺进行交联反应。灭火组合物中的优选SAP为中和的聚(丙烯酸)。该聚(丙烯酸)一般中和至DN为约65至约80。中和试剂优选为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾或碳酸钾。中和剂最优选为氢氧化钾或碳酸钾，即灭火组合物的SAP组分为部分中和的轻微交联的聚丙烯酸钾。
着色剂除了SAP外，本发明方法和组合物还使用着色剂。该着色剂存在于组合物中，以为了靠视觉辨认通过本发明方法和组合物处理的可燃物体。着色剂的视觉效果基本上避免了将组合物再次施于一些可燃物体上，同时有助于确保所有关注的可燃物体得到处理。
因此，将着色剂掺入灭火组合物中是本发明的一个重要特点。该着色剂可为染料或颜料。用于本发明方法和组合物中的着色剂的量足以使被灭火组合物处理的各种可燃物体(例如树木、草、灌木林、人造物体如建筑物或汽车)肉眼可见。
本发明组合物和方法的着色剂组分允许消防人员在视觉上确定可燃物体的处理区域和施用覆盖率。例如，从已处理的可燃物体的颜色的阴影、色调和颜色强度，消防人员可确定是否足够量的灭火组合物已经施于可燃物体上。
掺入到本发明灭火组合物中的着色剂的唯一限制在于，其颜色要与正在处理的可燃物体的颜色形成对比，并且该染料可溶于或可分散于灭火组合物中。重要的是，该着色剂分布在整个组合物中，以确保着色剂较均匀地分布在处理的可燃物体上。
通常而言，着色剂的颜色强度在施用后数天内基本上不改变，直至灭火组合物在可燃材料上干燥为止。干燥通常在施用灭火组合物后约5至7天内出现。干燥后，着色剂的色彩强度开始衰退。
在优选的实施方案中，在施用灭火组合物后约30天内着色剂也可从处理的可燃物体上降解或除去(例如可冲洗)。在该实施方案中，在施用灭火组合物后约一个月内未燃烧或仅部分燃烧的可燃物体基本上回到其自然颜色。或者说，在施用该组合物后30天内赋予可燃物体的颜色基本上衰退，即丧失其颜色强度的至少50％。在其中灭火组合物施于植物的实施方案中，优选该着色剂为非除草剂并且要不然对环境无害。
着色剂在本发明组合物中的存在量应使得在施用灭火组合物之后，被处理的可燃物体被赋予所需的颜色和阴影。着色剂在本发明组合物中的存在量优选为组合物重量的约0.005％至约10％，更优选约0.01％至约5％。为实现本发明的全部优点，着色剂的存在量为组合物重量的约0.015％至约2％。
可用于本发明方法和组合物的着色剂包括但不限于直接染料、碱性染料、酸性染料、反应性染料、溶剂染料、分散染料、皮革染料、天然染料、硫化染料、还原染料、合成颜料、天然存在的颜料、安全染料或其混合物。着色剂优选为直接染料。
可用于本发明的着色剂的具体类别包括着色剂的ANTHOSIN、BASACID、BASANTOL、BASAZOL、BASOVIT和FASTUSOL着色剂类别，它们都可购自BASF AG，Ludwigshafen，德国。
通常而言，可用于本发明的着色剂赋予通过本发明方法和组合物处理的可燃物体以红色、黄色、橙色、紫色或蓝色。因此，可用于本发明的具体着色剂包括但不限于，(a)酸性染料，如ANTHOSIN橙35LANTHOSIN红49LANTHOSIN黄47LANTHOSIN黄57L；(b)碱性染料，如BASAZOL红71LBASAZOL紫45LBASAZOL紫47LBASAZOL紫49LBASAZOL紫57LBASAZOL紫94LBASAZOL黄40LBASAZOL黄46L
(c)直接染料，如FASTUSOL蓝31LFASTUSOL黄70LFASTUSOL蓝47LFASTUSOL黄76LNFASTUSOL蓝79LFASTUSOLC蓝49LSFASTUSOL橙49LFASTUSOLC蓝76LFASTUSOL橙80LN NB 70％FASTUSOL橙PR268L FASTUSOLC蓝77LSFASTUSOL红43LN FASTUSOLC蓝FASTUSOL红45LPR929L 200％FASTUSOL红50LFASTUSOLC红32LFASTUSOL红50L150％FASTUSOLC红61LFASTUSOL红51LFASTUSOLC紫04FASTUSOL红53L25％FASTUSOL紫08LFASTUSOLC紫92FASTUSOL黄14LFASTUSOL黄36LVFASTUSOL黄30LFASTUSOLC黄FASTUSOL黄49L97LFASTUSOL黄66L(d)另外的着色剂，如BASANTOL橙273BASANTOL红311BASANTOL黄099BASANTOL黄215BASONYL黄105BASONYL橙204BASONYL红482BASONYL红482低尘BASONYL红483BASONYL红485
BASONYL红540BASONYL红545液体BASONYL红555液体BASONYL红560BASONYL紫600BASONYL紫602液体BASONYL紫609液体BASONYL紫610BASONYL蓝636BASONYL蓝640BASONYL蓝644液体BASACID黄094BASACID黄NB 132液体BASACID黄NB 216液体BASACID黄226BASACID橙NB 282液体BASACID红316BASACID红NB 384液体BASACID红NB 391液体BASACID红NB 432液体150％BASACID红495液体BASACID红NB 510液体BASACID蓝762液体为用于森林火和野火，优选的着色剂赋予要处理的树叶以黄色、红色或橙色。各种可用的着色剂包括但不限于直接红81、直接红239、直接红254、直接黄11、直接黄6、直接黄127、直接橙102、直接橙102:1、直接橙116和直接黄5，它们可购自BASF Corporation，Mount Olive，NJ。
不透明剂除了SAP和着色剂外，本发明灭火组合物包含不透明剂。包含不透明剂是为了改进着色剂的视觉效果。对于某些着色剂和在某些施用中，用不合不透明剂的组合物处理的可燃物体有时难以观察，特别是从空中观察。不透明剂的存在改进了施用的灭火组合物的可见性。包含在本发明灭火组合物中的不透明剂的量足以提供不透明组合物，该组合物在施于可燃物体后改进灭火组合物的可见性。
不透明剂就化学组成而言可以是有机或无机的。不透明剂特别包括无机化合物、有机聚合物或其混合物。不透明剂一般为白色或灰白色。不透明剂使SAP水凝胶不透明，并因此在施于可燃物体之后提高SAP水凝胶的可见性。
用于本发明的无机不透明剂为微溶于水的化合物。这里使用的术语″微溶于水″定义为无机材料的无水形式在25℃下的水溶解度为约0.0005至约0.005g/100ml水。有机聚合物不透明剂为合成的均聚物或共聚物，其优选分散于水中形成乳液或胶乳。
因此不透明剂可以是但不限于碳酸钙(CaCO3)、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯基吡咯烷酮共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯酸类聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸乙烯酯、淀粉、聚苯乙烯、聚乙烯亚胺、聚乙烯、聚乙烯醇或其混合物。透明剂优选为合成的有机均聚物或共聚物，其优选分散于水中作为乳液或胶乳以容易掺入到本发明的灭火组合物中。
不透明剂在灭火组合物中的存在量为组合物重量的0.005％至约10重量％，优选约0.01％至约5％。为实现本发明的全部优点，不透明剂的存在量为组合物重量的约0.015％至约2％。通常而言，不透明剂以足够量存在于组合物中，使得在将组合物施于可燃物体后提供所需不透明水平和颜色强度。
水本发明灭火组合物中的载体为水。然而，少量有机溶剂，即组合物重量的至多约10％，例如约0.01％至约10％的有机溶剂可非必要地包含在组合物中，以促进组合物的生产或者提供其它有益性能，如组合物的容易施用性。有机溶剂为水溶性的，并可为例如醇、二醇、多元醇、二醇醚或其混合物。
非必要组分本发明灭火组合物还可包含本领域熟练技术人员已知的非必要组分。若存在的话，各非必要组分以发挥其既定功能而又对组合物或其用作防火剂、抑制剂、延迟剂或熄灭剂无不利影响的足够量包含在该组合物中。通常而言，各非必要组分的存在量为组合物的至多约10重量％，非必要组分的存在总量为组合物的至多约30重量％。例如，组合物可包含粘度改性剂、分散剂、pH调节剂和表面活性剂中的一种或多种。
粘度改性剂非必要地包含在本发明组合物中以稳定组合物以及改进组合物的施用性能。粘度改性剂包括但不限于缔合性增稠剂、碱可溶胀的增稠剂、碱溶性增稠剂、聚合物增稠剂和其混合物。粘度改性剂的具体例子包括但不限于聚乙烯醇，水溶性或水分散性纤维素衍生物，如羟乙基纤维素、羟丙基纤维素和羧甲基纤维素钠，聚醚，氨基甲酸酯改性的聚醚，聚羧酸，聚乙烯基吡咯烷酮，聚氧乙烯衍生物，如聚乙二醇醚或聚乙二醇二硬脂酸酯，藻酸钠和其混合物。
需要的话，可加入分散剂以稳定组合物并改进施用性能。可用的分散剂包括但不限于无机分散剂，如聚羧酸的钠盐，稠合萘磺酸酯的钠盐或铵盐，酚醚的聚氧化烯烷基醚，脱水山梨糖醇脂肪酸酯，聚氧化烯脂肪酸酯，甘油脂肪酸酯，聚氧乙烯苯乙烯酚，三磷酸钠、六偏磷酸钠，桐油或亚麻子油的有机硅烷醇衍生物，高芥酸菜子油和其混合物。
组合物可非必要地进一步包含pH调节剂以提供所需的pH值。通过将灭火组合物的pH调节至约6至约8，可最大限度地降低或避免灭火装置和为防火喷洒的物体的腐蚀。PH调节剂可为提供所需pH的任何pH调节剂。PH调节剂一般为碱。pH调节剂的例子包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、氢氧化铵、氨、胺、三乙醇胺、3-二甲氨基乙醇和其混合物。
表面活性剂也可包含在组合物中以改进组合物的施用性能。表面活性剂可为阴离子、非离子或两性表面活性剂。
为生产灭火组合物，将SAP、着色剂、不透明剂和任何其它非必要的组分与水和非必要的有机溶剂掺混。这些组分可单独加入水中。也可将一种或多种组分预溶解或预分散于有机溶剂中，然后加入水中。此外，可将着色剂与不透明剂和/或SAP掺混形成预混物，然后可将其加入水中。或者，可将着色剂和不透明剂预混，然后加入水中或预先形成的SAP水凝胶中。
还可设想一种浓缩预混物，该预混物可加入水中提供本发明的灭火组合物。该浓缩预混物包含预定所需量的SAP、着色剂和不透明剂中的至少两种，以加入适量水中提供本发明的灭火组合物。该浓缩预混物还可包含一种或多种非必要的组分。水可包含上面公开的有机溶剂。
本发明的灭火组合物是有效的，因为它将水固定到需要水的地方，即固定到可燃物体上，并从可燃物体表面上驱除氧气。该组合物通过在可燃物体表面上形成相对气体不可透过的阻隔层而起作用，该阻隔层防止或显著减少到达该表面以支持可燃物体燃烧的氧气。此效果通常防止开始或继续燃烧，并显著增加燃烧所需的时间。此外，本发明的含水组合物形成热阻隔层，该阻隔层使来自火焰的热传至可燃物体的速度变慢。重要的是，染料和不透明剂提供标记何处已施用灭火组合物的优异的可看得见的指标，由此提供组合物的更有效的施用。通过将足够量的组合物均匀地施于可燃物体上，火灾控制和火灾防止得到加强，因为当所有需要的可燃物体被处理时消防人员可看到。
本发明的含水灭火组合物通过如下方式使用将该组合物施于已经燃烧的物体，或将该组合物施于未燃烧但处于着火危险中的物体，如靠近燃烧建筑物的树叶、树木、建筑物或其它结构体。按照这种方式，该含水灭火组合物可同时用于扑灭和抑制火灾以及延迟和防止火势蔓延。
本发明的灭火组合物可例如从陆地喷洒或通过空中施用来施用。着色剂和不透明剂为消防人员提供了肉眼辨别哪些可燃物体已经处理过的指示。不透明剂增强组合物在可燃物体上的可见性。SAP促进水在灭火中的作用并有助于防止未着火的可燃物体燃烧。在优选的实施方案中，已处理的可燃物体基本上在约30天内再次回到其自然颜色。特别是，该组合物一般在约30天内被冲洗掉或者着色剂降解，这样未燃烧的物体基本上回到其自然颜色。
如上所述，该含水灭火组合物可用于防止火势蔓延以及扑灭火灾。该组合物也可用于形成防止火势蔓延的防火障或防火墙。在试图遏制大火如森林火时，消防人员通常通过除去可燃材料来防止火势蔓延。例如在灭森林火的过程中，消防人员可能沿隔离火的连续路线清除树带以形成防火障，该防火障阻止火势蔓延至已清除树带的路线的未燃烧一侧上的其它树木和可燃物体。本发明的组合物和方法可用于防止森林火蔓延而无需从该区域中清除未燃烧的树木。
因此，本发明的组合物可在不除去树木以形成火阻隔带而施于树带。本发明组合物提供的对比颜色允许消防人员在需要的方更精确地施用组合物，特别是从空中施用组合物。被处理的树叶在处理后约30天内基本上回到其自然颜色。
本发明将在在下面的实施例中更进一步描述，这些实施例仅是示例性的，并且不以任何方式限制本发明范围。
实施例1(对比例)通过将1000g水、5g购自BASF的SAP(聚丙烯酸钠)和2g购自BASF的FASTUSOL红51L着色剂掺混来制备灭火组合物。掺混后，将组合物的pH用氢氧化钠调节至7。将所得水凝胶组合物铺展于约12″×12″见方的纸板目标物上，然后从各种距离并在室内和自然室外光线下肉眼观察目标物。将着色剂的量调至各种水平，并将所得组合物涂于另外的纸板目标物上，以优化透明水凝胶的颜色可见性。在本参比试验中，颜色可见性在较近距离时是足够的。然而，当将其在较远距离(例如从空中施用)测定或当该组合物施于非平面表面时，该组合物将很难检测到，因此难以确保该组合物均匀且完全施于可燃物体上。
实施例2通过将1000g水、5g购自BASF的SAP、2g购自BASF的FASTUSOL红51L着色剂和作为不透明剂的3g碳酸钙(CaCO3)掺混来制备灭火组合物。掺混后，将水凝胶的pH用氢氧化钠调节至7。将所得水凝胶组合物铺展于约12″×12″见方的纸板目标物上，然后从各种距离并在室内和自然室外光线下肉眼观察目标物。还对其它着色剂的可见性进行评估。将着色剂和CaCO3的量调至各种水平，并将所得组合物涂于另外的纸板和彩色纸目标物上，以优化该不透明水凝胶的颜色可见性和不透明度。与实施例1的组合物的可见性相比，特别在距目标物更远的距离的情况下，实施例2的组合物的可见性得到改进。
实施例3按实施例2的描述制备灭火组合物，并将该组合物铺展于各种目标材料上，这些材料包括深绿色纸、乙烯基挡板、杉木环裂和粉饰灰泥。然后从各种距离并在室内和自然室外光线下观察处理的目标材料。然后将目标材料暴露在自然天候和直接阳光条件下达7天。观测涂于目标材料上的水凝胶组合物的干燥量和褪色程度。在此期间，所有暴露的区域显著褪色成浅橙色至透明残余物。然后将上面的目标物利用新鲜自来水和温和擦拭(即海绵或柔软摩擦材料)部分清洗。水凝胶组合物的所有残余物容易从目标材料上除去。
实施例4通过如下方法制备灭火组合物将1.8ml着色剂和1.8ml高分子量聚乙烯亚胺(BASONAL白FO 1，购自BASF Corporation)加入990ml水中，然后搅拌至均匀。向所得混合物中加入约5.75g聚丙烯酸钠SAP，接着搅拌，由此提供均匀组合物。加入到各组合物中的三种着色剂为FASTUSOL红51L、FASTUSOL橙80LN和FASTUSOL黄76LN。还制备无高分子量聚乙烯亚胺和着色剂的对比例。
将各不透明组合物样品涂于2′×4′的Astroturf片材上。将未着色且透明的SAP水凝胶样品也涂于Astroturf片材上。在Astroturf上看不到该未着色且透明的SAP水凝胶。用本发明组合物处理的Astroturf的颜色清晰可见。在其中不透明剂与着色剂的重量比增至2∶1的另外的样品中，所涂灭火组合物的颜色可见性得到进一步改进。
施涂于Astroturf后，本发明灭火组合物在约5天后干燥，此时涂于Astroturf的着色剂开始褪色，同时白色不透明剂变成透明至浅琥珀色。
应该理解，本说明书和实施例仅仅是实例性的，而不是对本发明的限制，在本发明精神和范围内的其它实施方案本身对本领域熟练技术人员是显而易见的。
权利要求
1.一种控制烧毁可燃物体的火的方法，包括将足够量的灭火组合物施用于该可燃物体以延迟、抑制或熄灭该火的步骤，所述灭火组合物包含(a)约0.01重量％至约20重量％的超吸收性聚合物；(b)约0.005重量％至约10重量％的着色剂；(c)约0.005重量％至约10重量％的不透明剂，该不透明剂选自微溶于水的无机化合物、合成的均聚物或共聚物和其混合物；以及(d)水。
2.一种防止火烧毁可燃物体的方法，包括将足够量的灭火组合物施用于该可燃物体以抑制该火开始的步骤，所述灭火组合物包含(a)约0.01重量％至约20重量％的超吸收性聚合物；(b)约0.005重量％至约10重量％的着色剂；(c)约0.005重量％至约10重量％的不透明剂，该不透明剂选自微溶于水的无机化合物、合成的均聚物或共聚物和其混合物；以及(d)水。
3.权利要求1或2的方法，其中着色剂和不透明剂的存在重量比为1份着色剂约0.25至约5份不透明剂。
4.权利要求1至3任何一项的方法，其中不透明剂和超吸收性聚合物的存在重量比为1份不透明剂约1.5至约10份超吸收性聚合物。
5.权利要求1至4任何一项的方法，其中火为森林火、草原火、灌木林火或野火。
6.权利要求1至5任何一项的方法，其中可燃物体包括人造结构体。
7.权利要求1至6任何一项的方法，其中超吸收性聚合物的存在量为组合物重量的约0.05％至约10％。
8.权利要求1至7任何一项的方法，其中超吸收性聚合物包括聚合的α，β-不饱和羧酸或者其盐或酸酐。
9.权利要求1至8任何一项的方法，其中超吸收性聚合物选自聚(丙烯酸)、水解的淀粉-丙烯腈接枝共聚物、淀粉-丙烯酸接枝共聚物、皂化的乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物、水解的丙烯腈共聚物、水解的丙烯酰胺共聚物、乙烯-马来酸酐共聚物、异丁烯-马来酸酐共聚物、聚(乙烯基磺酸)、聚(乙烯基膦酸)、聚(乙烯基磷酸)、聚(乙烯基硫酸)、磺化聚苯乙烯、其盐和其混合物。
10.权利要求1至9任何一项的方法，其中超吸收性聚合物选自聚(乙烯胺)、聚(二烷基氨基烷基(甲基)丙烯酰胺)、聚乙烯亚胺、聚(烯丙基胺)、聚(烯丙基胍)、聚(二甲基二烯丙基氢氧化铵)、季铵化聚苯乙烯衍生物、胍改性的聚苯乙烯、季铵化聚((甲基)丙烯酰胺)或酯类似物、聚(乙烯基胍)、其盐和其混合物。
11.权利要求1至10任何一项的方法，其中超吸收性聚合物包括中和了约50％至100％的聚丙烯酸。
12.权利要求9至11任何一项的方法，其中将聚丙烯酸用氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾或其混合物中和。
13.权利要求1至12任何一项的方法，其中着色剂的存在量为组合物重量的约0.01％至约5％。
14.权利要求1至13任何一项的方法，其中着色剂为染料、颜料或其混合物。
15.权利要求1至14任何一项的方法，其中着色剂赋予组合物以黄色、红色、橙色、紫色或蓝色。
16.权利要求1至15任何一项的方法，其中着色剂选自直接染料、碱性染料、酸性染料、反应性染料、溶剂染料、分散染料、皮革染料、天然染料、硫化染料、还原染料、合成颜料、天然存在的颜料、安全染料和其混合物。
17.权利要求16的方法，其中着色剂包括直接染料。
18.权利要求17的方法，其中直接染料选自直接红81、直接红239、直接红254、直接黄11、直接黄6、直接黄127、直接橙102、直接橙102:1、直接橙116、直接黄5和其混合物。
19.权利要求17或18的方法，其中着色剂包括红51L、橙80LN或黄76LN。
20.权利要求1至19任何一项的方法，其中不透明剂的存在量为组合物重量的约0.01％至约5％。
21.权利要求1至20任何一项的方法，其中不透明剂选自碳酸钙、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯基吡咯烷酮共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、丙烯酸类聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸乙烯酯、淀粉、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇和其混合物。
22.权利要求1至21任何一项的方法，其中不透明剂包括碳酸钙。
23.权利要求1至22任何一项的方法，其中不透明剂包括合成的均聚物或共聚物的乳液或胶乳。
24.权利要求23的方法，其中不透明剂包括聚乙烯亚胺。
25.权利要求1至24任何一项的方法，其中组合物进一步包含至多约10重量％的水溶性有机溶剂。
26.权利要求1至25任何一项的方法，其中组合物进一步包含一种或多种选自粘度改性剂、分散剂、pH调节剂、表面活性剂和其混合物中的非必要组分。
27.权利要求1至26任何一项的方法，其中组合物赋予可燃物体以颜色。
28.权利要求27的方法，其中赋予可燃物体的颜色在施用组合物后30天内基本上褪色。
29.权利要求27或28的方法，其中赋予可燃物体的颜色具有足够的强度，以便通过肉眼将已对其施用组合物的可燃物体与未对其施用组合物的可燃物体相区分。
30.权利要求1至29任何一项的方法，其中组合物通过地面设备或空中设备施用。
31.一种组合物，包含(a)约0.1重量％至约5重量％的超吸收性聚合物；(b)约0.015重量％至约2重量％的着色剂；(c)0.015重量％至约2重量％的不透明剂，该不透明剂选自微溶于水的无机化合物、合成的均聚物或共聚物和其混合物；以及(d)水。
32.权利要求31的组合物，进一步包含至多约10重量％的水溶性有机溶剂。
33.权利要求31或32的组合物，进一步包含一种或多种选自粘度改性剂、分散剂、pH调节剂、表面活性剂和其混合物中的非必要组分。
34.权利要求31至33任何一项的组合物，其中着色剂和不透明剂的存在重量比为1份着色剂约0.05至约3份不透明剂。
35.权利要求31至34任何一项的组合物，其中不透明剂和超吸收性聚合物的存在重量比为1份不透明剂∶约2至4份超吸收性聚合物。
全文摘要
公开了一种控制火的组合物和方法。该组合物包含超吸收性聚合物、着色剂、不透明剂和水。该方法包括将组合物在燃烧开始之前或之后施用于可燃物体的步骤。该组合物和方法特别适合施用于植物或树叶以防止、延迟、抑制和/或扑灭森林火和野火。
文档编号A62D1/00GK1826155SQ200480021163
公开日2006年8月30日 申请日期2004年7月3日 优先权日2003年7月23日
发明者S·埃登尔, D·帕坎 申请人:巴斯福股份公司