组合物及其使用方法

专利名称：组合物及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种组合物，更具体地说，本发明涉及一种用于形成绝缘膜 (insulating film)的组合物及其制备和使用方法。
背景技术：
物品由于暴露于周围环境而造成的物理损伤会带来不便和问题。这种损伤还会造 成巨大的经济损失。例如，高价值经济作物(例如葡萄、柑橘类作物(如橙子、柠檬、酸橙 和葡萄柚)、苹果、桃、草莓、杏仁和烟草)的种植者敏锐地意识到霜冻对他们的作物将产生 潜在的毁灭性损害。可以将经济作物种植者采用的限制由霜冻引起的损伤的措施分成被动 方法和主动方法。被动方法通常包括选择没有霜冻风险或霜冻风险最小的种植点(plantingsite)。 例如，封闭式的山谷(closed valley)能捕获冷空气并产生浓厚的霜冻带，而开放式的 平原倾向于产生稀薄的霜冻层。在常出现辐射霜(radiationfrosts)的地区，应该将种 植点设计成能够将冷空气从作物中抽出。气流屏障包括防风林(windbreaks)、人工林 (plantation)、河流沿线的树木、提坝以及建筑物。在辐射霜可能成为问题的地区，雾通常 是一个好的指示器。土壤类型方面的知识也可以指导种植点的选择。通常，深色土壤比浅色土壤吸收 的热量多，而砾质土(gravelly soil)比粘质土(clay soil)吸收的热量多。与新开垦的 土壤或种植有遮盖作物(cover crop)的土壤相比，紧实的、无覆盖的、潮湿的土壤可以在白 天储存太阳的热辐射并在晚上更好地将这些热量再辐射出来。虽然遮盖作物为种植带来了 许多好处，但是它们可能在春季期间给种植带来霜冻的风险，因为稠密的遮盖作物可能使 夜间温度最高降低5-6°C，从而进一步提高霜冻损害的风险。被动方法还可以包括种植耐寒的作物品种。例如，早发芽的葡萄品种(如莎 当妮(chardormay)和黑比诺(pinot noir))比晚发芽的品种(如赤霞珠(cabernet sauvignon))更容易受到霜冻的影响。一些葡萄品种在春季霜冻后还可以比其他的品种 (例如，加迈(gamay))恢复得更好。因为粮食作物(food crop)越接近于地面受到霜冻损害的风险就越高，所以被动 方法还可以包括田间管理技术(floor management technique)。于是，可以使用棚架装置 (trellising system)抬高作物以进一步远离地面。修剪方法也可以用来降低霜冻损害的风险。例如，最早发芽的品种(即，对霜冻损 害最敏感的)通常最后进行修剪。然而，对于大规模商业化或在劳动力或机械短缺的地区， 延迟修剪措施难以产生好的效果。相比之下，在经济作物受到霜冻威胁或环境温度发生改变时，主动方法致力于采 用需要外部能量的方法来补偿或防止辐射热的损失。这些方法包括(i)高架喷灌(overhead sprinkler irrigation)-该方法通过释放潜热来提供 霜冻保护。但是，喷灌(overhead irrigation)也存在问题，不仅仅是因为增加了水的用量(特别是干旱时期)，而且它还会导致涝灾和土壤排水不良。最重要的是，如果将高架喷灌 用于霜冻保护，必须考虑到水坝的容量以及年降雨量；(ii)空气混合(air mixing)-霜冻通常包括逆温层，该逆温层含有比更接近于土 壤表面的空气更温暖且通常更干燥的空气。若没有风或风力不足，则人造机器(例如风机 或直升机)可以用来混合空气。但是，需要考虑到噪音污染(特别是在建筑物多的地区) 和能耗；(iii)燃料燃烧-燃烧燃料可以作为一种有效的预防霜冻的手段，据称该方法归 因于产生的热量以及聚集在辐射霜的逆温层中的烟雾绝缘层。但是，如果火过大则会使热 空气产生强烈的气流，该气流会突破辐射霜的逆温层，并上升至不会带来好处的高度。碳的 排放也是这种类型的方法需要关注的问题；以及(iv)物理覆盖(physical covering)-还报道了物理覆盖(如温室以及网 (netting))也能为对抗霜冻损害提供一定的保护。但是，这种类型的积极保护仅适用于小 规模的种植。因此，虽然被动保护方法和主动保护方法能缓解由于霜冻造成的作物损害，但如 上文所述，这些方法自身具有局限性并存在问题。霜冻还能给除种植物或植物果实(plant food)以外的物品带来相当多问题。例 如，当机动车辆暴露在冰冻的环境温度下时(例如，o°c或o°c以下)，车辆通常会被覆盖上 一层冰，这层冰会使驾驶者视线模糊，尤其是当冰覆盖在车辆的窗户上时。因此驾驶这种状 态的车辆非常危险。除去冰层是很困难的。目前为该目的而采用的方法包括铲除冰层，但是 这种方法会对冰层下面的表面造成不可挽回的损坏，特别是当该表面是由玻璃制成时。另 一种用于从车辆上清除冰层的方法包括通过将热水倒在受影响的表面上而将冰层融化除 去。但是，这也可能对车辆造成一定的风险，因为在结冰的表面(例如，玻璃)上使用热水 可能会导致玻璃破裂。另一个暴露于周围环境会导致重大的经济损失的实例与火灾有关。根据目前的灭 火方法，将普通的水喷洒到燃烧着的物品上以熄灭火时，引火物上残留的水会流向地面和/ 或由于周围的热量而蒸发。通过例如蒸发而损失水将因此使所述引火物暴露于周围的热 量，并使得引火物倾向于再次着火。由于此原因，水通常是一种差的阻燃剂。已经发现通过本发明提供的组合物可以克服或至少部分解决上述现有技术的问 题，所述组合物能在施覆有该组合物的物品上形成绝缘膜，从而将由于暴露于环境(例如 环境温度的改变，包括霜冻和过热、粉尘、湿气)而产生的损害最小化。出于简洁目的，下面的描述仅限于对该组合物在农业种植和消防领域中的相关应 用进行讨论。但是，应该理解的是，本发明的组合物在将物品与环境隔离可以受益的其他领 域中也具有广泛的实用性。本说明书包含的对文献、行为、材料、装置、物品等进行的讨论完全是出于对本发 明的内容进行描述的目的。这并不表示或代表这些内容中的任意一项或全部形成了本申请 的每条权利要求的优先权日之前的与本发明相关的领域中的现有技术的基础或公知技术 的一部分。

发明内容
第一方面，本发明提供了一种组合物，该组合物含有水、水胶体(hydrocolloid) 和交联剂。在一种实施方式中，所述水胶体选自由明胶、淀粉、卡拉胶(carrageenan)、瓜耳胶 (guar)、刺槐豆胶(locust)、塔拉胶(tara)、阿拉伯树胶、茄替胶(ghatti gum)、琼脂胶、黄 原胶、果胶、明胶、藻酸盐或藻酸衍生物、果胶或果胶衍生物、聚乙烯吡咯烷酮、羧乙烯基聚 合物(carboxyvinyl polymer)、聚氧化乙烯聚合物(polyethylene oxide polymer)、羧甲 基纤维素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、以及它们的任意组合所组成的 组。在一种实施方式中，所述水胶体为羧甲基纤维素(CMC)。在另一种实施方式中，所述水 胶体为藻酸盐或藻酸衍生物，所述藻酸盐或藻酸衍生物包括但不限于藻酸钙、聚藻酸丙烯 酉旨(polypropylenealginate)、藻酸钟、藻酸丙二醇酉旨(propylene glycol alginate)、藻酸 丙二醇酯和藻酸钠、以及它们的混合物。在一种实施方式中，所述藻酸盐为藻酸钠。在本发明的另一种实施方式中，所述交联剂选自由氯化钙、氯化镁、氯化铝、硫酸 钾、硫酸铝和硫酸铝钾、以及它们的任意组合所组成的组。在一种实施方式中，所述交联剂 为硫酸钾和/或硫酸铝钾。根据本发明的组合物还可以含有明胶。根据本发明的组合物还可以含有防腐剂， 例如柠檬酸钾和/或苯甲酸钠。在另一种实施方式中，根据本发明的组合物在室温下的粘度为至少500厘泊。在 另一种实施方式中，根据本发明的组合物在室温下的液体粘度为至少2000厘泊。本发明的另一方面提供了一种制备所述组合物的方法，该方法包括以下步骤(a)将水胶体与水混合以提供第一混合物；(b)搅拌所述第一混合物从而形成第二混合物，该第二混合物具有比所述第一混 合物更高的液体粘度；以及(c)将所述第二混合物与交联剂混合，从而得到最终的组合物。本发明还提供了由本文描述的方法制得的组合物。本发明的另一方面提供了一种阻止燃烧的方法，该方法包括将本文所描述的组合 物施用于燃烧物的步骤。本发明的另一方面提供了一种防止物品燃烧的方法，该方法包括将本文所描述的 组合物施用于所述物品的步骤。本发明的再一个方面提供了一种使物品的至少一部分免受由于环境温度改变而 带来的影响的方法，该方法包括将本文所描述的根据本发明的组合物施用于所述物品的表 面。在一种实施方式中，本发明的方法对易于遭受霜冻损害的种植物和/或植物果实特别 有用，所述种植物和/或植物果实包括但不限于水果、蔬菜、豆科植物等。结合附图
和描述性内容可以更好地理解本发明、本发明的操作优势及其在特定方 面的用途，其中，对本发明的优选的实施方式进行了说明。因此，上文仅用来对本发明的基本原则进行说明。此外，由于本领域技术人员可以 很容易地做出大量的修改和变化，因此，本发明不限于本文所示出的和描述的具体的结构 和操作，所有合适的修改和等价物应该落入本发明的范围之内。
具体实施例方式组合物第一方面，本发明提供了一种组合物，该组合物含有水、水胶体和交联剂。已经发现，本发明的组合物能在施覆有该组合物的物品上形成膜。而且，该膜能将 物品与该物品通常暴露的环境隔开，所述环境包括但不限于粉尘、湿气以及环境温度的改 变(例如霜冻和/或热)。本文所使用的术语“形成的膜”指能够在施覆有该组合物的物品上形成膜(film) 或隔膜(membrane)的组合物。在施覆有所述组合物的物品上形成的膜或隔膜的密度取决 于多种因素，所述因素包括但不限于环境温度、待施覆该组合物的物品的温度、即将被施 覆的组合物的温度、待施覆该组合物的物品周围的大气中的湿度水平以及所述组合物中的 水胶体和/或交联剂的浓度。本领域技术人员应该理解的是，可以通过改变一个或多个上 述因素来改变膜或隔膜的密度。本文所使用的“水胶体”是一种能在水中形成凝胶的物质。在本发明中有用的水 胶体包括天然的水胶体、半合成的水胶体以及合成的水胶体。所述水胶体可以包括例如天 然的海藻提取物、天然的种子胶(seed gum)、天然的植物渗出液、天然的植物提取物、天然 的纤维提取物、生物合成胶、明胶、生物合成加工淀粉(biosynthetic process starch)或 纤维素物质、藻酸盐、卡拉胶、瓜耳胶、刺槐豆胶、塔拉胶、阿拉伯树胶、茄替胶、琼脂胶、黄原 胶、果胶，或其他类似的水胶体来源物质或它们的组合。在本发明的一种实施方式中，所述水胶体选自由明胶、淀粉、卡拉胶、瓜耳胶、刺槐 豆胶、塔拉胶、阿拉伯树胶、茄替胶、琼脂胶、黄原胶、果胶、明胶、藻酸盐或藻酸衍生物、果胶 或果胶衍生物、聚乙烯吡咯烷酮、羧乙烯基聚合物、聚氧化乙烯聚合物、羧甲基纤维素、甲基 纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、以及它们的任意组合所组成的组。在一种实施 方式中，所述水胶体为羧甲基纤维素(CMC)。水胶体在本发明的组合物中的用量取决于组合物所需要的粘度和/或在施覆有 该组合物的物品的表面上形成的膜或隔膜所需要的密度。例如，本领域技术人员可以理解 的是，所述组合物中水胶体的浓度越高，则该组合物的粘度越大。可以通过本领域技术人员 已知的各种方式来确定水胶体的需要量。然而，在一种具体实施方式
中，本发明的组合物含 有约为该组合物总重量的0.01-5重量％的所述水胶体。在另一种实施方式中，所述水胶体 的量约为所述组合物的总重量的0. 01-0. 3重量％。在另一种实施方式中，所述水胶体的量 约为所述组合物的总重量的0. 01-0. 2重量％。在本发明的另一种实施方式中，所述水胶体为羧甲基纤维素(CMC)。本发明的组合 物中所用的CMC的量约为所述组合物的总重量的0. 5-5. 0重量％。所述组合物可以含有CMC作为唯一的水胶体，或者CMC可以与任意数量的本文所 描述的其他水胶体组合使用，所述其他水胶体包括但不限于，藻酸钠和/或明胶。因此，在 本发明的另一种实施方式中，所述组合物含有(i) CMC和藻酸钠的组合，(ii) CMC和明胶的组合，或者(iii) CMC、藻酸钠和明胶的组合。在本发明的一种实施方式中，所述水胶体为藻酸盐或藻酸衍生物，所述藻酸盐或 藻酸衍生物包括但不限于藻酸钙、聚藻酸丙烯酯、藻酸钾、藻酸丙二醇酯、藻酸丙二醇酯和藻酸钠、以及它们的任意组合。藻酸盐(藻酸的盐)是一种具有甘露糖醛酸和葡萄糖醛酸(glucoronicacid)重 复单元的生物可降解的多糖，它主要提取自巨型海藻巨藻(Macrocystis pyrifera)。它通 常以藻酸的混合盐(钠、钾、钙、镁)的形式存在，且与二价阳离子(例如，钙盐)混合时藻 酸盐的水溶液会形成凝胶。在一种实施方式中，所述水胶体为藻酸钠，即藻酸的钠盐。本发 明的组合物可以含有约为所述组合物的总重量的0. 01-1. 0重量％的藻酸钠。所述组合物可以含有藻酸钠作为唯一的水胶体，或藻酸钠可以与任意数量的本文 描述的其他水胶体组合使用，所述其他水胶体包括但不限于CMC和/或明胶。因此，在本发 明的另一种实施方式中，所述组合物含有(i)藻酸钠和CMC的组合，(ii)藻酸钠和明胶的 组合，或者(iii)藻酸钠、明胶和CMC的组合。在本发明的另一种实施方式中，所述组合物中含有(i)约为该组合物总重量的 0. 5-5. 0重量％的01 ，以及约为该组合物总重量的约0. 01-1. 0重量％的藻酸钠，(ii)约为 该组合物总重量的0. 5-5. 0重量％的CMC，以及约为该组合物总重量的0. 001-0. 02重量％ 的明胶，或者(iii)约为该组合物总重量的0. 5-5. 0重量％的CMC、约为该组合物总重量的 0. 01-1. 0重量％的藻酸钠和约为该组合物总重量的0. 001-0. 02重量％的明胶。在本发明的另一种实施方式中，所述水胶体为明胶或明胶的衍生物。明胶是一种基 本上无色的、可溶于水的粘性蛋白质，它通常由提取自动物的结缔组织(例如骨骼和皮肤) 的胶原蛋白进行部分水解而获得。在水溶液中，明胶形成半固态的胶态凝胶，得到粘度比水 高的溶液。明胶的溶解度通常由明胶的制备方法决定。例如，可以将明胶分散于相对浓的酸 中，并且该分散体适用于涂覆目的或挤出到沉淀浴(precipitating bath)中。明胶也可溶解 于多数极性溶剂中。明胶凝胶仅在窄的温度范围内存在。该范围的上限通常是明胶凝胶的熔 点，所述熔点取决于明胶的等级和浓度。所述温度范围的下限通常是冰从明胶溶液中结晶出 来的点。因此，本发明的组合物中的明胶的浓度以及该组合物的使用温度可以决定该组合物 的粘度(例如明胶的浓度越高，所述组合物的粘度就越大)。在一种实施方式中，本发明的 组合物中含有约为该组合物的总重量的0. 001-0. 02重量％的明胶。在另一种实施方式中，本 发明的组合物中含有约为该组合物的总重量的0. 005-0. 075重量％的明胶。本发明的组合物可以含有明胶作为唯一的水胶体，或者明胶可以与任意数量的本 文所描述的其他水胶体组合使用，所述其他水胶体包括但不限于，CMC和/或藻酸钠。因此， 在本发明的另一种实施方式中，所述组合物含有⑴明胶和CMC的组合，(ii)明胶和藻酸 钠的组合，或者(iii)明胶、藻酸钠和CMC的组合。如前文所描述的，可以通过本领域技术人员公知的各种方法来确定水胶体的需 要量。例如，在一种实施方式中，本发明的组合物中水胶体的量约为该组合物的总重量的 0. 01-5重量％。在另一种实施方式中，所述组合物中的水胶体的量约为该组合物的总重量 的0. 01-0. 3重量％，或者约为该组合物的总重量的0. 01-0. 2重量％。一般而言，本发明的组合物中使用的水胶体的量决定了组合物的粘度。可以通 过本领域公知的任何方法来测定所述组合物的粘度，包括但不限于长期玻璃管粘度计 (long-run glass tube viscometer)、振动粘度计和旋转粘度计。在一种实施方式中，所述 组合物在室温下的粘度为至少500厘泊。在另一种实施方式中，根据本发明的组合物在室 温下的粘度为至少2000厘泊。
根据本发明的组合物还含有交联剂，该交联剂在某种程度上起到促进组合物中的 水胶体颗粒交联从而促进在施覆有该组合物的物品的表面上形成绝缘膜或隔膜。所述交联剂可以为本领域已知的各种交联剂，包括但不限于氯化钙、氯化镁、氯 化铝、硫酸钾、硫酸铝和硫酸铝钾、以及它们的任意组合。在一种实施方式中，所述交联剂为 硫酸钾和/或硫酸铝钾。在本发明的一种实施方式中，所述组合物含有约为该组合物的总 重量的0. 01-2. 0重量％的硫酸钾和/或约为该组合物的总重量的0. 01-2. 0重量％的硫酸 铝钾。如本文所描述地，所述组合物的成分的含量通常为能在施覆有该组合物的物品的 表面上形成绝缘膜的量。本领域技术人员可以通过本领域已知的各种方法确定所述组合物 的成分的含量，例如试算法(trial and error) ( S卩，将所述组合物施覆在物品上然后确定 是否在该物品的表面上形成了绝缘膜)。在一种实施方式中，以每单位重量的全部组合物 计，根据本发明的组合物含有(a)约 0. 5-2. 0% 重量 / 重量的 CMC ；(b)约0. 001-0. 02%重量/重量的明胶；(c)约0. 01-1. 0%重量/重量的藻酸钠；(d)约0. 01-2. 0%重量/重量的硫酸钾；以及(e)约0. 01-2. 0%重量/重量的硫酸铝钾。在另一种实施方式中，以每单位重量的全部组合物计，根据本发明的组合物含 有(a)约 0. 95-1. 5%重量 / 重量的 CMC ；(b)约0. 005-0. 075%重量/重量的明胶；(c)约0. 045-0. 0675%重量/重量的藻酸钠；(d)约0. 07-0. 2%重量/重量的硫酸钾；以及(e)约0. 03-0. 07%重量/重量的硫酸铝钾。在另一种实施方式中，本发明的成膜组合物含有各种其他的添加剂，包括但不限 于调味剂、甜味剂、染料或颜料、杀虫剂、除草剂、遮光剂(例如滑石)、润滑剂(例如硬 脂酸镁、矿物油、卵磷脂或巴西棕榈蜡)、防水剂(例如脂肪酸及其衍生物、或硅氧烷聚合 物)、湿润剂(例如表面活化剂(surface-active agent))、表面活性剂(例如多乙氧基 醚(polysorbateSO))、用于改进膜的粘附性的试剂(例如微晶纤维素、多元醇、麦芽糖糊 精、聚葡萄糖(polydextrose)或乳糖)、防腐剂(具体来说，例如柠檬酸钠)、脱模剂(例 如聚乙二醇3350、卵磷脂、硬脂酸、滑石或微晶纤维素)、水性溶剂(例如甲醇、乙醇、丁 醇、二氯甲烷或丙酮)、或活性物质(例如药用活性物质)、或者它们的任意组合。例如，可以在将所述组合物施覆到物品上时，用染料或颜料来测定涂覆的程度。举 例来说，这对确保粮食作物(例如核果)的表面基本上被涂覆从而使暴露于环境温度变化 (例如霜冻)的表面积最小化是有利的。通过在本发明的组合物中使用染料(例如可食 用的食品染料)，人们可以确定粮食作物的表面是否得到充分地涂覆。所使用的染料的颜色 通常与粮食作物的颜色形成一定的对比度(例如红色或蓝色染料)。本领域技术人员来 可以确定染料在所述组合物中的用量，例如，基于在所述组合物所要施覆的物品表面上要 获得的最终颜色。
当人们期望将用来隔离物品的本发明的组合物的效用与杀虫剂和/或除草剂的 使用组合时，使用杀虫剂和/或除草剂是有利的。由于这种组合使用能使与多重处理操作 有关的劳动力和成本最小化，因此这种组合使用在商业规模上具有特别的优势。例如，可以在本发明的组合物中使用防腐剂，以将该组合物在储存和/或运输过 程中的变质最小化，从而确保可以长时间地保持所述组合物的质量。合适的防腐剂包括但 不限于柠檬酸钾、苯甲酸钠或它们的任意组合。制备方法本发明另一方面提供了一种制备组合物的方法，该方法包括以下步骤(a)将水胶体(如本文所描述的)与水混合以提供第一混合物；(b)搅拌第一混合物从而形成第二混合物，所述第二混合物具有比所述第一混合 物更高的液体粘度；以及(c)将所述第二混合物与交联剂(如本文所描述的)进行混合，从而得到最终的组 合物。在一种实施方式中，本发明提供了一种制备组合物的方法，该方法包括以下步 骤(a)将CMC和藻酸盐与水混合从而形成第一混合物；(b)搅拌所述第一混合物从而形成第二混合物，所述第二混合物具有比所述第一 混合物更高的液体粘度；以及(c)将所述第二混合物与硫酸钾和硫酸铝钾混合，从而得到最终的组合物。在另一种实施方式中，明胶可以与CMC、藻酸钠和水混合以形成所述第一混合物。在一种实施方式中，所述第一混合物含有约为该第一混合物重量的0. 5-2. 0重 量％的CMC、约为该第一混合物重量的0. 001-0. 02重量％的明胶和约为该第一混合物重量 的0.01-1. 0重量％的藻酸钠。在本发明的另一种实施方式中，一般地，步骤(b)中的所述搅拌的时间足以将所 述第二混合物在室温下的液体粘度提高到至少500厘泊。本领域技术人员可以通过本领域 公知的方法来确定适于达到上述结果所需要的时间。例如，在一种实施方式中，步骤(b)中 的所述搅拌的时间为约5-30分钟。由根据本发明的方法制得的组合物可以含有约为该组合物的总重量的0. 01-2. 0 重量％的硫酸钾和约0. 01-2. 0重量％的硫酸铝钾。本发明还包括了由本文所描述的根据本发明的方法制得的组合物。使用方法本发明的另一方面提供了一种使物品的至少一部分免受由于环境温度改变而带 来的影响的方法，该方法包括将本文所描述的根据本发明的组合物施用于所述物品的表 在一种实施方式中，本发明的组合物可以用来使种植物和/或植物果实免受由于 环境温度改变(例如霜冻)而带来的影响。适用于该方法的植物和/或植物果实包括但 不限于水果(例如苹果、梨、杏、桃、油桃、葡萄等)、蔬菜(例如番茄、辣椒、黄瓜等)和 豆科植物(例如蚕豆、豌豆等)。本发明的组合物还可以用来使霜冻对草坪，特别是新铺 设的草皮(在住宅区或商业区内)的损害最小化。
可以通过本领域技术人员所知晓的各种方法来使用根据本发明的组合物，所述方 法包括但不限于喷洒、浸渍和涂敷。一般来说，可以由预期的结果和所述组合物的粘度来确 定优选的使用方法。比如，与喷洒相反，浸渍或涂敷可以是使用高粘度组合物的优选方法。 对于例如大规模、商业化种植来说，喷洒比较适于将组合物施用到粮食作物上，例如通过飞 机喷洒(aerial-spraying)。还可以由使用者通过手提式喷洒装置来施用所述组合物，所 述手提式喷洒装置例如向作物施用杀虫剂等的装置。不需要以使所述组合物包覆在该组合 物所施用的物品的整个表面上的方式来使用所述组合物。如果希望仅使物品的一部分免受 由于环境温度改变(例如霜冻)而带来的影响，则将仅在物品的一部分上施覆本发明的组 合物是适宜的。但是，本领域技术人员可以理解的是，所述物品的没有被本发明的组合物包 覆的部分受到由于外部影响(例如环境温度发生改变(如霜冻))而造成的损害的风险更 尚ο在本发明的另一种实施方式中，所述组合物用于使玻璃免受由于霜冻而造成的影 响。例如，可以将所述组合物施覆在机动车辆的需要防止形成冰的玻璃表面上，例如挡风 玻璃或侧窗。已经发现，一旦将所述组合物施覆在车辆的表面上，无需其它的干预措施(例 如，用锋利的设备铲除冰层或在该表面上施用热水)即可将形成的冰从该表面剥离。还发现本发明的组合物具有普通的水能扑灭火的固有特性，本发明还提供了一种 组合物，该组合物能附着在施覆有该组合物的物品上。因此，本发明还提供了一种阻止燃烧的方法，该方法包括将本文中描述的根据本 发明组合物施用于燃烧物的步骤。根据目前的灭火方法，将普通的水喷洒到例如引火物上时，水仅能形成非常薄的 膜，该膜的附着性低，故水会流向地面并因此丧失了作为阻燃剂的作用。结果造成了高的用 水量和低的效率，还不能有效地屏蔽和/或扑灭燃烧物。通常来说，首要的是以足以扑灭燃 烧物的方法来施用本发明的组合物。施用的方法包括但不限于喷洒(例如，以流体或喷雾 的方式)。例如，还可以将所述组合物从容器中倒入火中。使用者清楚扑灭燃烧物所需的组 合物的量以及最合适的施用方法。不受理论的限制，本发明组合物的优势在于当阻止燃烧 的组合物中的水分蒸发(例如，在过热的条件下)时，剩余的组合物中的水胶体颗粒发生交 联，从而在施覆有该组合物的物品表面形成绝缘膜，所述绝缘膜提高了隔离所述物品并屏 蔽所述物品，使该物品免受空气与其他通过空气传播的引火物(fire stimulant)影响的效 果，从而确保所述燃烧物不会再次着火或发生复燃。本发明的组合物还是相对无毒的，因此 对环境和与该组合物接触的人是安全的。阻止燃烧的组合物不仅能用于阻止(S卩，扑灭)燃烧。还能用来包覆物品(例如， 引火物)，从而防止所述物品着火或至少将所述物品着火的风险最小化。如前文所指出的， 本发明的组合物的优势在于，当阻止燃烧的组合物中的水分蒸发时，剩余的组合物形成绝 缘膜，该绝缘膜增强了隔离物品并屏蔽所述物品，使该物品免受空气和其他通过空气传播 的引火物影响的效果，从而确保所述燃烧物不会再次着火或发生复燃。也就是说，得到的层 起到使物品免于着火的屏障的作用。因此，本发明的另一方面提供了一种防火的方法，该方 法包括将本文所描述的组合物施用于物品的步骤。因此消防队可以使用本发明的组合物来使建筑物、树木和易燃液体免于燃烧。本 发明的组合物的另一个优势在于，可以使用消防队员目前所使用的软管来施用所述组合物。本领域技术人员应该理解的是，还可以将利用本发明的组合物来阻止燃烧或者甚 至使在物品(例如，引火物)上引发燃烧的风险最小化的方法与目前在本领域使用的其它 灭火方法(例如，二氧化碳灭火器或泡沫灭火器)以各种形式组合使用。以下的实例将对本发明进行更详细的阐述。然而，应该理解的是，这些实施例仅用 于对本发明的特定实施方式进行描述，并且不应该被视为以任何方式对本文所描述的本发 明的一般性原则的限制。本发明的发明人发现如本文所描述的本发明的组合物能使水缓慢地释放到周围 环境中，由此使得该组合物成为适用于灌溉的方法。纵观历史，灌溉是农业领域中最重要的活动之一。农业社会 (agriculturalsocieties)已经开发了多种用于灌溉的灌溉系统和设备。实例包括沟灌 (furrowirrigation)、喷灌和滴灌(drip irrigation)。总的来看，灌溉方法通常包括三个 共同因素1、装备有复杂设备的庞大的灌溉网络，例如水渠、泵、阀、过滤器等。2、消耗大量的能量，能量是维持灌溉系统的首要必需品；以及3、大多数的灌溉系统在地表(ground level)输送水，由于蒸发而造成大量的水被 损耗。在一些实施方式中，将本发明的组合物施用到用于农业灌溉的土壤中，并且无需 使用昂贵或复杂的设备且无需消耗大量燃料即可完成。已经发现本发明的组合物能向土 壤释放预定量的水-该灌溉过程是通过将所述组合物嵌入土壤利用公知的点灌(point irrigation)的方法进行的。点灌被认为是比传统的灌溉方法效率更高的方法。本文所使 用的术语点灌通常指这样的方法，该方法通过本发明的组合物使用靶向输送将水分提供至 植物根系周围的区域，因此避免将水输送到土壤中没有植物的根系的其他区域而造成的浪 费。因此，可以用少量的水对目标植物的根部进行浇灌。点灌依赖于以下因素将水输送至 目标植物的根部的效率，涉及将水输送到根部所在的区域，并且周围的土壤是否处于干燥 的状态是不重要的。因此，本发明的另一方面提供了一种利用缓慢释放水的组合物灌溉地下水的方 法，其中，如本文所描述的，所述组合物含有水、水胶体和交联剂。不受理论的限制，当本发明的组合物与土壤接触时，接触表面在土壤中的微生物 的作用下开始发生降解。水胶体被微生物所分解，而组合物的粘性降低，由此在该过程中释 放出水。在本发明的一些实施方式中，所述组合物还包括容纳该组合物的装置。实例包 括由聚合物制成的包装袋(package)或容器，通常是生物可降解的塑料容器或柔性的鞘 (shealth) 0所述生物可降解的塑料可以由淀粉制成。可选择地，所述包装袋或覆盖物 (cover)可以是基本上不可生物降解的或仅能缓慢降解的，例如与土壤接触时的半衰期 约为五年，并由合适的塑料中的任意一种制成，例如聚乙烯。不受理论的限制，在与土壤接 触时，包装袋或容器随着时间发生降解，于是水缓慢地从所述组合物释放到土壤中。出于储存和运输的目的，可以将所述包装袋或容器密封。在使用前，可以打开或剪 开包装袋或容器以将所述组合物或所述组合物的一部分暴露于土壤。不受理论的限制，可
12以预期的是，将打开的包装袋置于土壤上中或土壤上时，所述组合物将在暴露的表面发生 降解以缓慢地释放水。包装袋上的裂口或剪切口越大，就会有越多的组合物暴露于土壤，因 此所述组合物会在原位以更高的速率将水释放至目标土壤。在实践中，操作者会准备与目 标紧密相邻的土壤，在临近目标植物的根系附近的土壤中形成洞或孔。按所需的比例将包 装袋撕开，从而确定水的释放速率并将装有所述组合物的包装袋嵌入所述洞或孔中。有利 的是，所述组合物和包装袋可以为柱状的，因此可以使用标准的柱状挖穴机(cylindrical hole-borer)来准备接收容纳有所述组合物的包装袋或固态的所述组合物(如果所述组合 物处于未被包装的形式)的洞。所述组合物的一个包装袋的有效使用期或寿命取决于所述组合物的大小或重量 以及包装袋上的裂口大小。当要求长的使用期时，所述包装袋可以容纳大量组合物且使所 述包装袋上的裂口尺寸最小，从而降低水通过所述裂口进行释放的速率，并延长所述组合 物的使用期。在一些实施方式中，所述包装袋包括柱状的淀粉聚合物覆盖物，该覆盖物具有基 本上中空的柱状外形并限定了容纳于其中的组合物的形状。可以将所述包装袋的一端热密 封或用生物可降解的粘结剂密封以形成线形粘结材料带。在另一端，可以将淀粉聚合物覆 盖物壁绑在一起并使用环密封(ringseal)、带子或其他合适的密封装置并进行密封。在制 备过程中，该聚合物覆盖物可以通过该聚合物覆盖物的最上端和预密封的下端向上取向。 将约1升的水倒入所述聚合物覆盖物中。随后可以将水胶体加入到该纯净水中，以调节组 合物的粘度，例如将粘度调节为500厘泊或更高。随后可以向水胶体和水的粘性混合物中 加入交联剂，以形成本发明的组合物。在一些实施方式中，本发明的灌溉的灌溉方法包括根据土壤的类型、气候和待 灌溉的植物类型来改变组合物的位置和方向。通常来说，将组合物置于地下约20-30cm 的深度。该位置能使所述组合物释放的水覆盖约20X20cm(400cm2)的土地面积。紧实 的土壤中的覆盖面积可以小于更透气、更疏松或孔隙率高的土壤或土地类型，对于更透 气、更疏松或孔隙率高的土壤或土地类型，等量的组合物可以提供更大的覆盖面积，例如 50X50cm(2500cm2)的土地面积。这可以为小型农业种植物(例如葡萄藤、番茄种植物等) 提供足够的水分。可以使用更大量的组合物或多重单元的组合物来向更大型的植物或更大 面积的土壤输送水分。由于通常将组合物嵌入土地中，地表的土壤可以是干燥的，由此使通 过蒸发而损失的水更少。在此方面，观察到每单位面积使用或需要的水不是相等的。植被 密集的区域内的土壤比相同面积的遭受干旱或干燥的区域内的土壤持有更多的水分。无论 如何，将所述组合物嵌入土地对于减少在干燥和高温的地区由于蒸发作用而造成的水蒸发 是有效的。不受理论的限制，土壤中的微生物可以辅助促进本发明的组合物降解。此外，还可 以将组合物配置成与土壤中的PH水平有关的特定化学物接触时发生降解。在降雨后，土壤中的碱性阳离子(Ca、Mg、K)逐渐被耗尽并被胶质土壤储备物持 有的阳离子所置换，从而导致土壤酸化。相反地，干燥的土壤倾向于具有更高的PH水平。 粘质土通常含有Fe和羟基铝(hydroxy Al)，它们影响了酸性土壤中的肥料阳离子和阴离 子的保持力和有效性。由于有机物质(例如藻酸盐凝胶、酸形成的肥料(acid-forming fertilizer))的降解、以及通过根部使碱性阳离子与H+进行的交换，因此，通过添加氢也可以发生土壤的酸化。氮的挥发作用和反硝化作用降低土壤酸性。洪水会使土壤的PH值升 高。此外，下面的硝酸盐肥料也提高了土壤的PH值硝酸钙、硝酸镁、硝酸钾和硝酸钠。一 些碱性土壤具有石灰石的形式的钙，植物无法通过化学方法利用该石灰石的形式的钙。在 这种情况下，可以通过添加硫酸或硫来开垦土壤。选择用于本发明的组合物的具体的水胶 体与具体的土壤类型相适应。在一些实施方式中，将本发明的组合物直接施用于土壤而不需要包装袋或容器。 可以将所述组合物嵌入到土壤的孔洞中。每单位时间内从所述组合物中释放的水的量通常 取决于植入土壤内的组合物的总面积。总的表面积越大，每单位时间内水将以更高的速率 而被释放。在一些实施方式中，本发明的组合物中可以含有添加剂，例如杀虫剂和/或肥 料。通常，杀虫剂或肥料能溶于水中，从而利用水作为载体而被直接输送到植物的根部和周 围的土壤中。所述组合物可以含有一种或多种杀虫剂和/或一种或多种肥料，从而在将水 从所述组合物中释放出来的同时将所述杀虫剂和/或肥料释放到目标植物的根部。因此， 所述杀虫剂和/或肥料可以是水溶性的并且被包含在所述组合物的水胶体结构内，从而将 所述杀虫剂和/或肥料存储在固态的所述组合物中并在固体凝胶分解时被输送到接近目 标根部的土壤和周围的土壤中，以提供有效的杀虫处理。可以在开始时对水进行纯化以除去天然产生的矿物离子(例如钙和镁)，并除去 微生物。这可以通过过滤设备或者更优选地通过渗透设备来实现。有利的是，本发明的灌 溉方法可以包括向净化的水中添加肥料和/或杀虫剂的初始步骤。本说明书中包含的对文献、行为、材料、装置、物品等进行的描述仅出于对本发明 的内容进行描述的目的。这并不表示或代表这些内容中的任意一项或全部形成了本申请的 每条权利要求的优先权日之前的与本发明相关的领域中的现有技术或公知技术的一部分。最后，应该理解的时候，可以在不背离本文所描述的本发明的实质的前提下做出 各种修改和/或替换。实施例实施例1制备根据本发明的一种实施方式的组合物的方法步骤1向普通的水中加入1-1. 5% (重量/重量)的固化材料(solidifying material), 并在均化器中进行高速混合，以使所述固化材料溶解于水中，由此形成第一混合物。所述固 化材料为重量比为0.95 0. 0005 0.045的CMC、明胶和藻酸钠的混合物。步骤2将上述步骤1中的第一混合物在均化器中连续混合约10-20分钟，或直到溶液 (第二混合物)在室温下的粘度升高至约800厘泊。步骤3向所述第二混合物中加入重量比为7 3的硫酸钾和硫酸铝钾混合物，其中，所述 第二混合物中硫酸钾和硫酸铝钾混合物的总重量约为步骤1中涉及的固化混合物的10重 量％。然后进行充分混合，直到最终的组合物在室温下的粘度达到至少2000厘泊。实施例2
用1千克的含有根据本发明的组合物的包装袋向标准的小型农业植物提供灌溉 水。通过由地表下嵌入到植物根部附近的土壤而使用点灌方法来施用该包装袋。可以充分 灌溉该植物90天。通过在90天中，每10天输送5升的水来在同样的90天内使等价的植物获得相同 的条件导致总耗水量为500升。因此，在相同的90天内，相比于在地面上向等价的植物输 送500升的水，使用1千克所述组合物包装袋即可达到相等的灌溉效果。实施例3用一对基本上相同的约2米高的树进行对比试验。树A在第一周时接收一对含有 本发明的组合物的包装袋。每个包装袋含有1千克的所述组合物，并被置于树A的根部的 两侧。每个包装袋以45°的角度向下嵌入到深度为30cm的稍微大于每个包装袋的直径的 孔洞中，由此，使每个包装袋的最下端邻近于树A的根部周围。每个包装袋的最上端位于地 表以下5-lOcm的深度处。在每一种情况中，将所述孔洞覆盖，在不给树A提供其他输入物 的条件下，使该树A生存或繁盛12周。采用传统的灌溉方法每周用30升的水对第二棵树(树B)进行浇灌。用软管从水 箱将水输送至30米长的农用管道中，该农用管道插入到相应的邻近树的底部的地面内的 孔洞内。树A和树B的比较显示，树的健康和生长发育不存在实质性的差异。因此，通过包 装袋施用的2升水在效果上相当于用传统的灌溉方法输送给树B的360升水。因此，可以 得出以下结论传统的灌溉方法造成了相当大的水浪费和高得多的燃料、劳动力、储罐维修 和风险管理成本。当树木位于主道路中间的中央隔离带上时这一点尤其突出，由于使用储 罐需要反复开启和停止，存在交通危险。通过本发明的包装袋在节水方面的优势在于，水的 使用比为 1 180(loverl80)或 99.4%。除非另有说明，说明书和权利要求书中通篇使用的术语“含有”及其衍生词具有开 放式而不是封闭式的意义。应该理解的是，在不背离本文所描述的本发明的实质的前提下可以做出各种修改 和/或替换。例如，本领域技术人员应该知道本文所描述的特征的范围可以在不背离本发 明的实质的前提下进行改变。
权利要求
一种组合物，该组合物含有水、水胶体和交联剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述水胶体选自由明胶、淀粉、卡拉胶、瓜耳 胶、刺槐豆胶、塔拉胶、阿拉伯树胶、茄替胶、琼脂胶、黄原胶、果胶、明胶、藻酸盐或藻酸衍生 物、果胶或果胶衍生物、聚乙烯吡咯烷酮、羧乙烯基聚合物、聚氧化乙烯聚合物、羧甲基纤维 素、甲基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、以及它们的任意组合所组成的组。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述水胶体为羧甲基纤维素。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中，该组合物含有约0.5-2. 0%重量/重量的羧甲 基纤维素。
5.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述水胶体为藻酸盐或藻酸衍生物。
6.根据权利要求5所述的组合物，其中，所述藻酸盐或藻酸衍生物选自由藻酸钙、聚藻 酸丙烯酯、藻酸钾、藻酸丙二醇酯、藻酸丙二醇酯和藻酸钠、以及它们的混合物所组成的组。
7.根据权利要求6所述的组合物，其中，所述藻酸盐为藻酸钠。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中，该组合物含有约0.01-1. 0%重量/重量的藻 酸钠。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的组合物，其中，所述交联剂选自由氯化钙、氯化 镁、氯化铝、硫酸钾、硫酸铝和硫酸铝钾、以及它们的任意组合所组成的组。
10.根据权利要求9所述的组合物，其中，所述交联剂为硫酸钾。
11.根据权利要求10所述的组合物，其中，该组合物含有约0.01-2. 0%重量/重量的 硫酸钾。
12.根据权利要求8或9所述的组合物，其中，所述交联剂为硫酸铝钾。
13.根据权利要求12所述的组合物，其中，该组合物含有约0.01-2. 0%重量/重量的 硫酸铝钾。
14.根据权利要求1-13中任意一项所述的组合物，其中，该组合物含有明胶。
15.根据权利要求14所述的组合物，其中，该组合物含有约0.001-0. 02%重量/重量 的明胶。
16.根据权利要求1所述的组合物，其中，该组合物含有(a)约0.5-2. 0%重量/重量的羧甲基纤维素；(b)约0.001-0. 02%重量/重量的明胶；(c)约0.01-1. 0%重量/重量的藻酸钠；(d)约0.01-2. 0%重量/重量的硫酸钾；以及(e)约0.01-2. 0%重量/重量的硫酸铝钾。
17.根据权利要求16所述的组合物，其中，该组合物含有(a)约0.95-1. 5%重量/重量的羧甲基纤维素；(b)约0.005-0. 075%重量/重量的明胶；(c)约0.045-0. 0675%重量/重量的藻酸钠；(d)约0.07-0. 2%重量/重量的硫酸钾；以及(e)约0.03-0. 07%重量/重量的硫酸铝钾。
18.根据权利要求1-17中任意一项所述的组合物，其中，该组合物在室温下的粘度为 至少500厘泊。
19.根据权利要求18所述的组合物，其中，该组合物在室温下的粘度为至少2000厘泊。
20.一种制备组合物的方法，该方法包括以下步骤(a)将水胶体与水混合，以提供第一混合物；(b)搅拌所述第一混合物从而形成第二混合物，该第二混合物具有比所述第一混合物 更高的液体粘度；以及(c)将所述第二混合物与交联剂混合，从而得到最终的组合物。
21.一种制备组合物的方法，该方法包括以下步骤(a)将羧甲基纤维素和藻酸盐与水混合，以提供第一混合物；(b)搅拌所述第一混合物从而形成第二混合物，该第二混合物具有比所述第一混合物 更高的液体粘度；以及(c)将所述第二混合物与硫酸钾和硫酸铝钾混合，从而得到最终的组合物。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，该方法包括将明胶与所述第一混合物中的羧 甲基纤维素、藻酸钠和水混合。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第一混合物含有约0.5-2. 0 %重量/重 量的羧甲基纤维素、约0. 001-0. 02%重量/重量的明胶和约0.01-1. 0%重量/重量的藻酸 钠。
24.根据权利要求20-23中任意一项所述的方法，其中，步骤(b)中，所述第一混合物的 搅拌时间足以将所述第二混合物在室温下的粘度提高到至少500厘泊。
25.根据权利要求20-24中任意一项所述的方法，其中，所述组合物含有约0.01-2. 0% 重量/重量的硫酸钾和约0. 01-2. 0%重量/重量的硫酸铝钾。
26.根据权利要求20-25中任意一项所述的方法，其中，所述组合物在室温下的粘度为 至少500厘泊。
27.根据权利要求20-25中任意一项所述的方法，其中，所述组合物在室温下的粘度为 至少2000厘泊。
28.一种由权利要求20-27中任意一项所述的方法制得的组合物。
29.—种阻止燃烧的方法，该方法包括将根据权利要求1-19和28中任意一项所述的组 合物施用于燃烧物的步骤。
30.一种防止物品燃烧的方法，该方法包括将根据权利要求1-19和28中任意一项所述 的组合物施用于所述物品的步骤。
31.一种使物品的至少一部分免受由于环境温度改变而产生的影响的方法，该方法包 括将根据权利要求1-19和28中任意一项所述的组合物施用于所述物品的表面。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述物品为玻璃。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，所述物品为植物或植物果实。
34.根据权利要求1-19和28中任意一项所述的组合物，其中，该组合物含有染料、杀虫 剂、除草剂、防腐剂、或者它们的任意组合。
35.根据权利要求31所述的组合物，其中，所述防腐剂为柠檬酸钾和/或苯甲酸钠。
36.一种对土壤或合适的农业培养基进行灌溉的方法，该方法包括将根据权利要求 1-19和28中任意一项所述的组合物与所述土壤或农业介质接触。
全文摘要
本发明提供了一种组合物，该组合物含有水、水胶体和交联剂。本发明还提供了使用本发明的组合物来使物品的至少一部分免受由于环境温度改变而产生的影响的方法。本发明还提供了使用本发明的组合物对土壤或其他合适的农业培养基进行灌溉的方法。
文档编号C08K3/24GK101952361SQ200880108989
公开日2011年1月19日 申请日期2008年7月31日 优先权日2007年7月31日
发明者R·皮萨内利, 杨庆理, 黄汉坚 申请人:亮志国际有限公司