炭酸ケイ素組成物とその調製方法および使用方法

本明細書で他に指示しない限り、このセクションで記述される材料は、本出願の特許請求の範囲に対する従来技術ではなく、このセクションに含まれるものによって従来技術であると認められるものではない。

火災およびその他の燃焼プロセスは、人々および自然を問わずに危険を及ぼす可能性がある。 制御されない場合、火災および燃焼は素早く損害を引き起こす可能性がある。 開発された多くの材料および器具は、この危険性を少なくすることを目指している。 典型的には、そのような材料および器具は、２つの一般的なグループ：窒息消火剤（smothering agent）および化学抑制剤に分類される。

窒息消火剤は、酸素が火に到達しないように働き、それによって火を本質的に「封じる」。 窒息消火剤の例には、水およびリン酸塩が含まれるが、その他の薬剤も存在する。 ある場合には、窒息消火剤は、大火または延焼を制御するには十分でない可能性がある。 さらに、多くの窒息消火剤は、それ自体が悪影響を及ぼす。 例として、リン酸塩は植物の成長を妨げる可能性があり、その他の悪影響を及ぼす可能性がある。

化学抑制剤は、しばしば塩素または臭素を含み、ホモリシス分解するように設計され、これは化学結合が解離して１個の中性分子および２個のフリーラジカルを形成することを意味する。 ラジカルは、燃焼プロセスの酸素およびラジカルと結び付いて、燃焼プロセスを停止させる。 化学抑制剤は、大火または延焼の制御時に窒息消火剤よりも効果的である傾向があるが、多くの化学抑制剤は悪影響も及ぼす。 特に、多くの化学抑制剤は、オゾン層を破壊し得るハロゲン化炭素を生成する可能性がある。

器具、材料、ならびに器具および難燃性組成物として炭酸ケイ素（Ｓｉ（ＣＯ _３ ） _２ ）を含む材料を作製する方法を概略的に開示する。 ある実施例では、炭酸ケイ素および少なくとも１種の噴射剤を含む、消火組成物について記述する。 炭酸ケイ素は、例えば、水スラリー、フォーム、または粉末の形をとってもよい。

別の実施例では、材料および炭酸ケイ素を含む、難燃性材料について記述する。 材料は、炭酸ケイ素の添加によって難燃性が材料に与えられるような、非難燃性材料であってもよく、または材料は、炭酸ケイ素の添加が材料の難燃性を改善するような、難燃性材料であってもよい。

さらに別の実施例では、難燃性木質材料を製造する方法について記述する。 方法は、炭酸ケイ素を溶媒中に分散させて混合物を形成し、この混合物を材料の内部または表面に付着させることを含む。

前述の概要は単なる例示であり、いかなる方法によっても限定するものではない。 上述の、例示される態様、実施形態、および特徴に加え、その他の態様、実施形態、および特徴が、図および下記の詳細な記述を参照することにより明らかにされよう。

少なくともいくつかの実施形態により配置構成された、実施例の消火器具を示す図である。

下記の詳細な記述では、その一部を形成する添付図を参照する。 図中、類似の符号は、文脈が他に示していない限り、典型的には類似の構成要素を指すものとする。 詳細な説明、図、および特許請求の範囲で記述される例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。 本明細書に提示される主題の精神および範囲から逸脱することなく、その他の実施形態を利用してもよく、その他の変更を行ってもよい。 本開示の態様は、本明細書に概略的に記述されるようにかつ図に示されるように、広く様々な種々の構成に配置し、置き換え、組み合わせ、分離し、設計することができ、その全てが本明細書で明確に企図されるものであることが、容易に理解されよう。

器具、材料、および炭酸ケイ素（Ｓｉ（ＣＯ _３ ） _２ ；ＣＡＳ １０００２８６−５９−８）を難燃剤として含む材料を作製し、使用する方法を開示する。 いくつかの実施例では、炭酸ケイ素を難燃性組成物として使用することが有利と考えられる。

二酸化ケイ素は容易に調製することができ、多数の供給元から市販されている。 二酸化ケイ素（ＳｉＯ _２ ）は二酸化炭素（２（ＣＯ _２ ））と反応して、炭酸ケイ素（Ｓｉ（ＣＯ _３ ） _２ ）を形成する。 シリカの名でも知られている二酸化ケイ素は、例えば砂または石英として自然界に一般に見出される。 二酸化炭素は、同様に自然界に広く存在するものであり、例えば空気蒸留と、様々な酸および金属炭酸塩の反応とを含めた、いくつかのプロセスを使用して単離することができる。 得られる生成物、炭酸ケイ素は無毒性であり安定な材料である。 さらに炭酸ケイ素は、石英およびその他の二酸化ケイ素材料を使用して大気から二酸化炭素を隔離するプロセスなど、様々なその他のプロセスの副産物でもあり得る比較的安価な材料の可能性がある。

炭酸ケイ素は熱分解する可能性がある。 炭酸ケイ素は、高レベルの熱に曝されたときに難燃剤として働くことができる。 約３５０℃以上の温度で、炭酸ケイ素は元の二酸化ケイ素と二酸化炭素とに分解し、これは上述の形成反応の逆の反応である。 二酸化炭素は化学抑制剤として有効と考えられ、一方、二酸化ケイ素は窒息消火剤として有効と考えられる。 さらに、二酸化炭素および二酸化ケイ素のそれぞれは、比較的無毒性であり、非腐食性であり、安定である。 結果は、火災を撲滅し予防する安全で有効な手段とすることができる。

二酸化炭素は、典型的には高温で気体である。 二酸化炭素の気体は酸素よりも重く、したがって火の周りの酸素を押し遣るように働いて、上述のように火を効果的に「封じる」。

二酸化ケイ素は、典型的には高温で固体である。 特に、二酸化ケイ素がそのガラス転移温度の約６００℃よりも高い場合、燃焼を窒息消火するのを助ける肉眼で見えるサイズの軽石状の固体の形をとる可能性がある。

このように、炭酸ケイ素は、安全で効果的な難燃剤として使用することができる。 事実、実験では、単位重量当たりの燃焼抑制の比較において、共に難燃剤として一般に使用される炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムよりも炭酸ケイ素のほうが効果的であることが判明した。 さらに炭酸ケイ素は、加熱されると金属酸化物を形成してそれが焼損を引き起こしかつ植物または動物の生命を損なう可能性のある炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムのそれぞれとは異なって、比較的安全で無毒性であることが判明した。

組成物 一実施形態は、炭酸ケイ素を含む組成物を対象とする。 炭酸ケイ素は、様々な物理形態で存在することができる。 例えば炭酸ケイ素は、スラリー、フォーム、固体、または粉末として存在することができる。

組成物は、少なくとも１種の追加の材料をさらに含むことができる。 追加の材料は、少なくとも１種の噴射剤とすることができる。 噴射剤は、１つの場所から別の場所に組成物を移動させるのを助けるように選択することができる。 例えば、加圧された噴射剤を減圧すると、噴射剤が収容されている空間から別の場所に向かって組成物を移動させるのを助けることができる。 例えば、消火器具内の、炭酸ケイ素および加圧噴射剤を含有する組成物は、噴射剤を減圧しかつその内容物をノズルを通して所望の目的の場所に向かって排出することによって、器具の内側から器具の外側の場所に移動することができる。 噴射剤は、液体、気体、圧縮気体、超臨界流体、気体を発生することができる固体、またはその他の材料とすることができる。 噴射剤の具体的な例には、窒素、二酸化炭素、アルゴン、クリプトン、キセノン、六フッ化硫黄、酸化窒素、フルオロカーボン、ヒドロクロロフルオロカーボン、Ｆｒｅｏｎ、およびアセトンが含まれる。

追加の材料は、固体とすることができる。 固体の具体的な例には、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ _３ ）、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ _３ ）、リン酸一アンモニウム（（ＮＨ _４ ）Ｈ _２ ＰＯ _４ ）、尿素、塩化カリウム（ＫＣｌ）、シリカ、およびこれらの混合物が含まれる。

あるいは、追加の材料は、少なくとも１種の溶媒とすることができる。 炭酸ケイ素は、例えば、溶媒に溶解することができ、溶媒と混合することができ、または溶媒に分散させることができる。 溶媒の具体的な例には、水、脱イオン水、アセトン、ミネラルスピリット、グリセロール、プロピレングリコール、Ｆｒｅｏｎ、Ｈａｌｏｎ、塩化メチレン、クロロホルムと、超臨界二酸化炭素、超臨界窒素、超臨界酸素、超臨界アルゴンおよびその他の超臨界希ガス、超臨界酸化窒素、超臨界メタン、超臨界エタン、超臨界プロパン、超臨界ブタン、超臨界ペンタン、超臨界ヘキサン、炭化水素、およびこれらの混合物を含めた超臨界流体とが含まれる。 その他の溶媒、ならびに２種以上の混和性または非混和性溶媒の混合物も可能である。

炭酸ケイ素は、所望の適用例に応じて様々な濃度で存在してもよい。 濃度の例示的な範囲は、約１重量％から約５０重量％とすることができる。 濃度の具体的な例には、約１重量％、約５重量％、約１０重量％、約２０重量％、約３０重量％、約４０重量％、約５０重量％、およびこれらの値のいずれか２つの間の範囲が含まれる。 その他の濃度も可能である。 例えば、「濃縮物」は、より高い重量パーセンテージで炭酸ケイ素を含んでいてもよい。 炭酸ケイ素は、組成物全体にわたって均等にまたは不均等に存在することができる。 いくつかの実施形態では、炭酸ケイ素は、物理的、振盪、撹拌、磁気、または超音波混合技法などの１つまたは複数の混合技法を使用して、溶媒中に均等に分散されてもよい。 その他の混合技法も可能である。

炭酸ケイ素は、固体として存在する場合、一般に任意の粒度で存在することができる。 粒度は、実質的に均一または不均一とすることができる。 一般的な平均粒度範囲は、約２０ｎｍから約２５００ｎｍとすることができる。 平均粒度範囲の１つの例は、約１００ｎｍよりも大きい。 粒度の具体的な例には、約２０ｎｍ、約５０ｎｍ、約１００ｎｍ、約２００ｎｍ、約３００ｎｍ、約４００ｎｍ、約５００ｎｍ、約６００ｎｍ、約７００ｎｍ、約８００ｎｍ、約９００ｎｍ、約１０００ｎｍ、約１１００ｎｍ、約１２００ｎｍ、約１３００ｎｍ、約１４００ｎｍ、約１５００ｎｍ、約１６００ｎｍ、約１７００ｎｍ、約１８００ｎｍ、約１９００ｎｍ、約２０００ｎｍ、約２１００ｎｍ、約２２００ｎｍ、約２３００ｎｍ、約２４００ｎｍ、約２５００ｎｍ、およびこれらの値のいずれか２つの間の範囲が含まれる。

処理された材料およびその調製方法 追加の実施形態は、炭酸ケイ素を含有する材料を対象とする。 炭酸ケイ素の存在は、難燃性特性を材料に付与することができ、または材料の難燃性特性を、炭酸ケイ素が欠けている同じ材料よりも増大させることができる。 言い換えれば、炭酸ケイ素を含有する材料の難燃性は、炭酸ケイ素が欠けている同じ材料の難燃性よりも高い。 いくつかの実施形態では、炭酸ケイ素が欠けている材料は火災になり易く、一方、炭酸ケイ素を含有する材料は、実質的に難燃性である。 理想的な状況では、炭酸ケイ素の存在によって、材料を実質的に耐火性にしまたは難燃性にすることができる。

炭酸ケイ素は、材料の表面に存在することができ、材料の内部に存在することができ、または材料の表面と内部と両方に存在することができる。 炭酸ケイ素は、材料の表面または内部に均一にまたは不均一に存在することができる。 ある場合には、炭酸ケイ素は、材料の内部よりも材料の表面で、より高い濃度で存在することができる。 その他の場合には、炭酸ケイ素は、材料の内部に均一に存在することができる。 ある場合には、材料の内部は炭酸ケイ素を含まなくてもよく、一方で材料の表面が炭酸ケイ素を含有する。

材料は、一般に、任意の材料とすることができる。 材料の具体的な例には、木材、壁板、天井タイル、木の羽目板、こけら板、布、プラスチック、フォーム、タイル、フローリング、断熱材、電気絶縁材、容器、カートン、ボール紙、木材製品、衣料、紙、皮革、木綿、塗料、ステイン、プライマー、樹木、植物、動物、敷きパテ、家具、玩具、ゲーム、瓶、家庭用具、衣料、掛け布、絨毯、ウレタンフォーム、アクリルフォーム、スチレンフォーム、ポリオレフィンフォーム、ポリ尿素フォーム、アクリル繊維、スチレン繊維、オレフィン繊維、およびセルロース繊維が含まれる。

方法は、１つまたは複数の操作、機能、または動作を含んでいてもよい。 方法およびステップは連続した順序で記述されるが、これらのステップは、並行にかつ／または本明細書に記述されるものとは異なる順序で行ってもよい。 また、様々なステップを、より少ないステップに組み合わせてもよく、追加のステップに分割してもよく、かつ／または所望の実施例に基づいてなくしてもよい。

一実施形態では、材料を処理する方法は、炭酸ケイ素を少なくとも１種の溶媒に分散させて混合物を調製し、混合物を材料に付着させて、処理された材料を形成することを含むことができる。 別の実施形態では、材料を処理する方法は、第１の静電荷を炭酸ケイ素に加え、第１の静電荷とは反対の第２の静電荷を材料に加え、炭酸ケイ素を材料に近付けて、反対の静電荷により炭酸ケイ素を材料上に引き付けることを含むことができる。

炭酸ケイ素が炭酸ケイ素ナノ粒子の形をとる実施形態では、方法は、混合物を調製する前に炭酸ケイ素ナノ粒子を形成することをさらに含んでいてもよい。 この場合、例えば、炭酸ケイ素が蒸発して気相になり、次いで例えば窒素中で素早く冷却されることにより、炭酸ケイ素からナノ粒子への素早い凝縮が引き起こされる、気相プロセスが行われてもよい。 別の例として、この場合、炭酸ケイ素を超臨界流体溶媒に導入し、加圧することにより、超臨界流体から気体への素早い膨張が引き起こされ、それが炭酸ケイ素をナノ粒子に粉砕する、超臨界流体プロセスが行われてもよい。 さらに別の例として、この場合、炭酸ケイ素の素早い膨張を引き起こす、即ち炭酸ケイ素ナノ粒子形成を引き起こす、大きな圧力および温度変化がなされてもよい。 さらに別の例として、この場合、ボールミリング、ロールミリング、およびプレート間での破砕など、１つまたは複数の物理的技法を行ってもよい。 その他の例も可能である。

付着させるステップの１つの例は、混合物を材料に注入することを含むことができる。 混合物（炭酸ケイ素および溶媒を含む。）を材料に注入するのに、無圧処理および加圧処理の両方を含めた様々な技法を使用してもよい。 無圧処理の例には、ブラッシング、噴霧、ディッピング、ソーキング、スティーピング、および拡散の各処理が含まれる。 加圧処理の例には、フルセルおよび変動加圧処理が含まれる。 加圧処理は拡大縮小が可能であってもよく、比較的単純な大規模生産が可能になる。 さらに、加圧処理は、場合によっては、以下に記述されるような炭酸ケイ素の浸透および保持の大幅な制御を行ってもよい。 さらに加圧処理は、場合によっては、無圧処理よりも永続的な処理であってもよい。

材料は、密閉チャンバ内に配置され、炭酸ケイ素および溶媒を含有する混合物に曝されてもよい。 チャンバ内では、高圧を加えることができ、チャンバは加圧される。 高圧は、炭酸ケイ素の一部または全てを材料に強制的に浸透させることができ、それによって材料に浸み込む。 いくつかの実施形態では、高圧の後に真空をかけて、過剰な炭酸ケイ素が全て除去されるようにしてもよい。

適用例に応じて、材料に注入される炭酸ケイ素の濃度は例えば、約１．５重量％から約３重量％であってもよい。 その他の例も可能である。 一般に、材料中でより高い濃度の炭酸ケイ素は、材料の難燃性を増大させることになる。 いくつかの実施形態では、炭酸ケイ素の濃度は材料のタイプ（例えば、木材、プラスチックなど）に左右される可能性がある。 比較的、より可燃性の材料の場合、例えば約２０重量％などのより高い濃度の炭酸ケイ素を使用することが望ましいと考えられる。 その他の例も可能である。

炭酸ケイ素が材料に浸透する平均距離は、加える圧力を変化させることによって制御することができる。 同様に、材料に保持される炭酸ケイ素の平均量は、加える圧力を変化させることによって制御することができる。 圧力の例には、約１００ａｔｍ（１０．１ＭＰａ）から約３００ａｔｍ（３０．４ＭＰａ）の圧力が含まれるが、その他の圧力も可能である。 圧力の具体的な例には、約１００ａｔｍ（１０．１ＭＰａ）、約１５０ａｔｍ（１５．２ＭＰａ）、約２００ａｔｍ（２０．３ＭＰａ）、約２５０ａｔｍ（２５．３ＭＰａ）、約３００ａｔｍ（３０．４ＭＰａ）、およびこれらの値のいずれか２つの間の範囲が含まれる。 一般に、より高い圧力は、材料中への炭酸ケイ素のより深い平均浸透をもたらすことができる。 同様に、より高い圧力は、材料中に保持される、より高い量の炭酸ケイ素をもたらすことができる。 さらに、より高い圧力が、炭酸ケイ素のより大きな平均直径に必要となり得る。

前述の考察は、炭酸ケイ素を材料中に注入することに焦点を当てたが、いくつかの実施形態では、炭酸ケイ素および溶媒を含有する混合物は、材料をコーティングするのに使用してもよい。 例えば混合物は、塗料、ステイン、または噴霧コーティングとして使用してもよい。 その他の例も可能である。

いくつかの実施形態では、材料に付着させるため、１種または複数の追加の化合物を混合物中に含むことが望ましいと考えられる。 追加の化合物は、難燃性を材料に与えるその他の化合物であってもよく、または追加の化合物は、防腐性または色などのその他の性質を材料に与えるように働いてもよい。 防腐性を材料に与えるのに使用することができる例示的な化合物には、銅、銅化合物、亜鉛、亜鉛化合物、および酸化物、ならびに１種または複数の有機化合物、例えばボレート、アンモニウム化合物、イアゾリン木材防腐剤、ビフェントリン防腐剤、アミン化合物、アミド化合物、油、タール、ワックス、ベンゾエート、アンモニウム化合物、ホスホニウム化合物、ヒ素防腐剤、およびクロメート防腐剤が含まれる。 その他の例も可能である。

例示の目的で、炭酸ケイ素および銅の両方を含む難燃性材料（木材など）を製造する例示的な方法について、論じる。 銅は、材料の防腐を助けるために材料に注入されてもよい。 しかし、類似の方法を使用して、炭酸ケイ素と別の化合物の両方を含む難燃性材料を製造してもよいことを理解されたい。

炭酸ケイ素は、炭酸ケイ素ナノ粒子の形をとってもよい。 同様に、銅は、銅ナノ粒子の形をとってもよい。 炭酸ケイ素ナノ粒子および銅ナノ粒子のそれぞれは、上述の方法の１つまたは複数を使用して形成されてもよい。 炭酸ケイ素ナノ粒子および銅ナノ粒子のそれぞれは、例えば約５００ｎｍ未満および／または約２０ｎｍ超の平均直径を有していてもよい。 いくつかの実施形態では、炭酸ケイ素ナノ粒子および銅ナノ粒子は同じ平均直径を有していてもよく、一方、その他の実施形態では、炭酸ケイ素ナノ粒子が、銅ナノ粒子の平均直径よりも大きいまたは小さい平均直径を有していてもよい。

炭酸ケイ素および銅は、少なくとも１種の溶媒に分散されてもよい。 溶媒は、上述の溶媒のいずれかであってもよい。 炭酸ケイ素および銅は、適用例に応じて、様々な濃度で溶媒に分散されてもよい。 例示的な濃度は、炭酸ケイ素および銅のそれぞれが約５重量％であってもよく、しかし濃度は、炭酸ケイ素および銅のそれぞれが例えば約１重量％から約５０重量％の間に及んでもよい。 濃度の具体的な例には、約１重量％、約５重量％、約１０重量％、約２０重量％、約３０重量％、約４０重量％、約５０重要％、およびこれらの値のいずれか２つの間の範囲が含まれる。 その他の濃度も可能である。 いくつかの実施形態では、炭酸ケイ素および銅は、上述の混合技法の１つまたは複数を使用して、溶媒全体に均等に分散されてもよい。

材料は、密閉チャンバ内に配置され、炭酸ケイ素、銅、および溶媒を含有する混合物に曝されてもよい。 チャンバ内では、高圧を加えてもよく、チャンバが加圧される。 高圧は、炭酸ケイ素および銅の一部または全てを強制的に材料に浸透させることができる。 いくつかの実施形態では、高圧の後に真空をかけて、過剰な炭酸ケイ素または銅が全て除去されるようにすることができる。 いくつかの実施形態では、圧力は、例えば材料中に炭酸ケイ素の様々な濃度が生成されるように制御されてもよい。 その他の例も可能である。

炭酸ケイ素および銅が材料に浸透する平均距離は、加える圧力を変化させることによって制御することができる。 炭酸ケイ素および銅は、同じ平均距離で材料に浸透することができ、または炭酸ケイ素と銅の一方が、他方よりも深く浸透することができる。 同様に、材料中に保持される炭酸ケイ素の平均量および銅の量は、加える圧力を変化させることによって制御することができる。 材料中に保持される炭酸ケイ素の量は、材料中に保持される銅の量と同じでも、多くても、または少なくてもよい。 圧力の例には、約１００ａｔｍ（１０．１ＭＰａ）から約３００ａｔｍ（３０．４ＭＰａ）の間の圧力が含まれるが、その他の圧力も可能である。 圧力の具体的な例には、約１００ａｔｍ（１０．１ＭＰａ）、約１５０ａｔｍ（１５．２ＭＰａ）、約２００ａｔｍ（２０．３ＭＰａ）、約２５０ａｔｍ（２５．３ＭＰａ）、約３００ａｔｍ（３０．４ＭＰａ）、およびこれらの値のいずれか２つの間の範囲が含まれる。 一般に、より高い圧力は、材料への炭酸ケイ素および銅のそれぞれの、より深い平均浸透をもたらすことができる。 同様に、より高い圧力は、材料中に保持される炭酸ケイ素および銅の、より高い量をもたらすことができる。 さらに、より高い圧力は、ある場合には、炭酸ケイ素および銅の、より大きな平均直径に必要とされると考えられる。

付着させるステップの１つの代替例は、材料の表面に炭酸ケイ素を付着させることを含むことができる。 具体的な例には、ブラッシング、噴霧、ディッピング、ソーキング、スティーピング、および拡散の各処理が含まれる。

消火器具 追加の実施形態は、消火器具を対象とする。 消火器具は、上述の少なくとも炭酸ケイ素を含有することができる。 消火器具は、上述の少なくとも１種の噴射剤を含有することができる。 消火器具は、炭酸ケイ素が火に届くように構成することができる。

炭酸ケイ素の効果的で安全な性質、ならびに化学抑制剤および窒息消火剤の両方に分解することにより、消火器具は、例えば化学火災、住宅火災、油およびガス火災、電気火災、および屋外火災に使用することができる。 その他の例も可能である。 消火器具は、１つまたは複数のタイプの火災に適すると分類することができる。 例えば、消火器具は、クラスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、またはＦ火災の少なくとも１つを処理するのに適すると分類することができる。

消火器具は、さらに、少なくとも１種の追加の火災処理化合物を含有することができる。 追加の火災処理化合物の具体的な例には、ブロモ化合物、クロロ化合物、ホウ酸、ボロン酸、ボラン、有機ボラン、Ｈａｌｏｎ、炭酸銅、炭酸亜鉛、炭酸鉄、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素鉄、炭酸水素銅、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化鉄、水酸化銅、水酸化亜鉛、シリカ、シリケート、シリコーン、砂、石英、タルク、雲母、硫酸アンモニウム、ホスフェート、リン酸アンモニウム、リン酸エステル、ホスホネート、ホスフィネート、メチルホスホン酸ジメチル、メチルホスホン酸ジメチル、メチルホスホン酸ジメチル、リン酸トリエチル、ホスホン酸、メチル（５−メチル−２−メチル−１，３，２−ジオキサホスホリナン−５−イル）メチル、メチルエステル、Ｐ−オキシド、ジエチルＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）アミノメチルホスホネート、塩化ビニル、臭化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ臭化ビニル、ポリ（塩化ビニル−臭化ビニル）、塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン（Ｓａｒａｎ（登録商標））、および臭化ビニリデンが含まれる。

消火器具１００では、炭酸ケイ素１０２および噴射剤１０４を、例えばステンレス鋼、クロム、タングステン、アルミニウム、銅、ニッケル、コバルト、または別の金属で形成された密閉容器１０６内に貯蔵することができる。 密閉容器１０６内では、炭酸ケイ素１０２および噴射剤１０４を、周囲圧力よりも高い圧力で加圧することができる。 例えば噴射剤１０４は、噴射剤１０４として使用される材料に応じて、例えば約６０ａｔｍ（６．１ＭＰａ）から約１４０ａｔｍ（１４．２ＭＰａ）に加圧することができる。 その他の例も可能である。 噴射剤１０４は、炭酸ケイ素１０２から離れた容器１０８内に貯蔵されていることが図１に示されるが、その他の実施形態では、噴射剤１０４および炭酸ケイ素１０２を一緒に貯蔵してもよい。

図１に示されるように、消火器具１００は、レバー１１０、チューブ１１２、およびノズル１１４の少なくとも１つを含んでいてもよい。 いくつかの実施形態では、器具は、少なくとも１つのレバー１１０、少なくとも１つのチューブ１１２、および少なくとも１つのノズル１１４を含むことができる。 器具は、レバー１１０が押されたときに炭酸ケイ素がチューブ１１２内を押し進んでノズル１１４から出るように、構成することができる。 操作中、レバー１１０が押されると、容器１０８に穴を開けることができ、加圧された噴射剤１０４を容器１０８の外に膨張させることが可能になる。 噴射剤１０４が膨張するにつれ、炭酸ケイ素１０２はチューブ１１２内を押し上げられてノズル１１４から出ることができる。 上述のように、約３５０℃以上の温度に接触すると、炭酸ケイ素１０２は化学抑制剤である二酸化炭素と窒息消火剤である二酸化ケイ素とに分解することができる。

所望の適用例に応じて、消火器具は、炭酸ケイ素１０２および噴射剤１０４を所定の相対量で含有することができる。 例えば、消火剤は、第１の量の炭酸ケイ素１０２と、第２の量の噴射剤１０４とを含んでいてもよい。 第１の量と第２の量との比は、消火器具の所望の性能に応じて予め定めることができる。 ある実施例では、噴射剤１０４が貯蔵されているキャニスタは、消火器１００の全体積の約２５％であってもよい。 その他の例も可能である。

火災を処理する方法 追加の実施形態は、火災を処理する方法を対象とする。 方法は、炭酸ケイ素を含有する組成物を用意し、組成物を火に当てることを含むことができる。 上述の組成物のいずれかを使用することができる。 組成物を当てることにより、火のサイズまたは強度を低減させることができる。 理想的な状況では、組成物を当てることにより火が消えることになる。 ある場合には、組成物を当てることにより、火が消えた後に再発火する機会を低減させることになる。 理想的な状況では、組成物を当てることにより、火が消えた後の再発火を防止することになる。 いくつかの実施形態では、上述の消火器具は、炭酸ケイ素を火に当てるために使用することができる。

炭酸ケイ素組成物の調製 一実施例では、混合物は、平均直径が３０ｎｍである炭酸ケイ素ナノ粒子を脱イオン水に分散させることにより、生成することができる。 炭酸ケイ素ナノ粒子の濃度は、５重量％とすることができる。 組成物は、例えば木材を処理するのに使用することができる。

炭酸ケイ素および銅組成物の調製 別の実施例では、混合物は、それぞれの平均直径が３０ｎｍである炭酸ケイ素および銅粒子の両方を、脱イオン水に分散させることによって、生成することができる。 炭酸ケイ素ナノ粒子の濃度は、５重量％とすることができ、銅ナノ粒子の濃度は、５重量％とすることができる。 組成物は、例えば木材を処理するのに使用することができる。 炭酸ケイ素は、木材が火災になり易い状態を低減させることができ、銅は、木材防腐剤として働くことができる。

消火剤組成物の調製 一実施例では、炭酸ケイ素の、水性スラリーを形成することができる。 脱イオン水１Ｌを、機械式撹拌機構を備えた２Ｌのケトルに加えることができる。 Ａｃｒｙｓｏｌ ＡＳＥ−６０増粘剤１０．０ｇを脱イオン水に添加し、その後、平均直径が５０〜１００μｍの炭酸ケイ素粒子５００ｇをゆっくり添加することができる。 次いで２８％アンモニア溶液５．２ｍＬを添加することができ、その結果、消火器に使用される炭酸ケイ素の濃厚な水性スラリーが得られる。 窒素または二酸化炭素を噴射剤として使用してもよい。

起泡による液状消火剤組成物の調製 別の実施例では、炭酸ケイ素の液状起泡溶液を形成することができる。 脱イオン水１Ｌを、機械式撹拌機構を備えた２Ｌのケトルに加えることができる。 Ａｃｒｙｓｏｌ ＡＳＥ−６０増粘剤１５．０ｇを脱イオン水に添加し、その後、平均直径が５００ｎｍの炭酸ケイ素粒子１００ｇをゆっくり添加することができる。 次いで２８％アンモニア溶液５．２ｍＬを添加することができ、その後、ＡＱＦ−２起泡剤０．０５ｇを添加した結果、炭酸ケイ素の液状起泡溶液が得られる。

粉末消火剤組成物の調製 さらに別の実施例では、平均直径が５０〜１００μｍの炭酸ケイ素粒子を含む、炭酸ケイ素の乾燥粉末を形成することができる。 窒素または二酸化炭素を噴射剤として使用してもよい。

ＰＶＣによる粉末消火剤組成物の調製 さらに別の実施例では、ポリ（塩化ビニル）熱可塑性添加剤と合わせて、平均直径が５０〜１００μｍの炭酸ケイ素粒子を含む、炭酸ケイ素の乾燥粉末を形成することができる。 ポリ（塩化ビニル）熱可塑性添加剤の濃度は、１０重量％とすることができる。 ポリ（塩化ビニル）熱可塑性添加剤は、酸素排除外皮として働くことができよう。

多剤消火剤組成物の調製 さらに別の実施例では、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ _３ ）、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ _３ ）、およびリン酸一アンモニウム（（ＮＨ _４ ）Ｈ _２ ＰＯ _４ ）と合わせて、平均直径が５０〜１００μｍの炭酸ケイ素粒子を含む、炭酸ケイ素の乾燥粉末を形成することができる。 濃度は、下記の通りにすることができ：炭酸ケイ素を、７５重量％とすることができ、リン酸一アンモニウムを、１５重量％とすることができ、炭酸水素ナトリウムを、７．５重量％とすることができ、炭酸水素カリウムを、２．５重量％とすることができる。

シリカによる消火剤組成物の調製 さらに別の実施例では、フュームドシリカと合わせて、平均直径が５０〜１００μｍの炭酸ケイ素粒子を含む、吸収剤材料を有する乾燥粉末を形成することができる。 炭酸ケイ素の濃度は、７５重量％とすることができ、フュームドシリカの濃度は、２５重量％とすることができる。 フュームドシリカは、自然発火性材料の吸収剤材料として働くことができ、それによって、燃料の利用可能性が限定される。

例示的な性能測定 ある実験では、炭酸ケイ素を低密度ポリエチレンと配合し、幅５ｍｍおよび長さ７５０ｍｍのサンプル片に形成することができる。 サンプル片を、サンプルホルダ内の放射パネルの下に配置し、発火させることができる。 炎の拡がりを視覚的にモニタし、炎が消える点を記録し、最小伝播流束（ＭＦＦＳ）と呼ばれる炎が消えた点での入射流束を、流束較正曲線を使用して決定することができる。 このプロセスは、ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｔｈｏｄ Ｅ１３２１に記載されている。 炭酸ケイ素／ポリエチレンのサンプル片のＭＭＦＳは、炭酸ケイ素が水酸化マグネシウム難燃剤と少なくとも同等に機能し、アルミニウム三水和物、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、および炭酸鉄難燃剤よりも良好に機能したことを示すことができる。

消火器具の作製および使用 炭酸水素ナトリウムまたはリン酸一アンモニウムを充填するのに適したものなど、従来の商用粉末消火器を、得ることができる。 消火器には炭酸ケイ素を充填することができ、窒素ガスで加圧することができる。

消火器具は、炭酸ケイ素を火に当てるのに使用することができ、火を消して再発火するのを防止する。

様々な態様および実施形態を本明細書で開示してきたが、その他の態様および実施形態が当業者に明らかにされよう。 本明細書に開示された様々な態様および実施形態は、例示を目的とし、限定しようとするものではなく、真の範囲および精神は下記の特許請求の範囲によって示される。

本開示は、本出願に記述される特定の実施形態に関して限定するものではなく、様々な態様の例示であることが意図される。 多くの修正および変更は、当業者に明らかにされるように、その精神および範囲から逸脱することなく行うことができる。 開示の範囲内で機能上均等な方法および装置は、本明細書に列挙されたものに加え、前述の説明から当業者に明らかにされよう。 そのような修正および変更は、添付された特許請求の範囲内に包含されるものとする。 本開示は、そのような特許請求の範囲に与えられる均等物の全範囲と共に、添付される特許請求の範囲の用語によってのみ限定される。 本開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物、または生体系に限定するものではなく、当然ながら変化してもよいことを、理解されたい。 本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態について記述するためのものであり、限定しようとするものではないことも理解されたい。

本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。 さまざまな単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。

通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ ａｔ ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｂｕｔ ｉｓ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。 導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。 たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。 しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。 同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。 また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。 さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。 「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。 ２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。 たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。

さらに、開示の特徴または態様がマーカッシュグループにより記述される場合、当業者なら、この開示はやはりそれによって、マーカッシュグループの任意の個々のメンバーまたはメンバーのサブグループに関して記述されることが理解されよう。

当業者に理解されるように、文書による説明を提供するなど、任意のおよび全ての目的で、本明細書に開示される全ての範囲は、任意のおよび全ての可能性ある部分範囲およびその部分範囲の組合せも包含する。 任意の列挙された範囲は、十分に記述されていると容易に認めることができ、同じ範囲を少なくとも等しく半分に、３分の１に、４分の１に、５分の１に、１０分の１などに分けることができる。 非限定的な例として、本明細書で論じられる各範囲は、下３分の１、中３分の１、および上３分の１などに容易に分けることができる。 やはり当業者に理解されるように、「〜まで（ｕｐ ｔｏ）」、「少なくとも（ａｔ ｌｅａｓｔ）」、「〜超（ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ）」、および「〜未満（ｌｅｓｓ ｔｈａｎ）」などの全ての言語は、列挙された数値を含み、かつ上記にて論じた部分範囲に引き続き分けることができる範囲を指す。 最後に、当業者に理解されるように、範囲は、それぞれの個々のメンバーを含む。 したがって例えば、１〜３個のセルを有する群は、１、２、または３個のセルを有する群を指す。 同様に、１〜５個のセルを有する群は、１、２、３、４、または５個のセルなどを有する群を指す。

様々な態様および実施形態について本明細書に開示してきたが、その他の態様および実施形態が当業者に明らかにされよう。 本明細書に開示される様々な態様および実施形態は、例示を目的とし、限定しようとするものではなく、真の範囲および精神は下記の特許請求の範囲によって示される。