自发热材料组合物及无火焰自热式加热器制造技术

一种自发热材料组合物，其特征在于，它由下述组份组成：　　　　镁粉　　１２０－２８０重量份；　　　　　铁粉　　３０－８０重量份；　　　　氯化钠　　２－１０重量份；　　　　包埋剂　　５－２０重量份；以及　　　　缓释均布剂　　２－１０重量份。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种发热材料，具体涉及一种发热材料的组合物以及用该组合物制作的用于食品、饮料等加热的自热式加热器。
技术介绍
目前，在方便食品中，普遍使用的自热式加热器为镁水型加热器，其中使用的发热材料，为镁铁合金和其他催化剂的组合物，为增加加热器与被加热食品的接触面积，保证一定的加热效果，一般将加热器加工成片状，由发热材料组合物(颗粒)再添加其它粘合剂、成型剂共同制成。该加热器有固定的形状，附在食品袋的外面，使用时，加水使发热颗粒反应放热，从而加热食品。现有这种结构的加热片，受加工工艺影响，发热材料必须结合粘合剂以及成型剂一同使用，粘合剂以及成型剂对发热颗粒形成包覆，降低了发热颗粒的产热效率；从自发热材料组合物本身看，产热速率不能得到合理控制，加热效果不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以控制产热速率以及产热效率高、加热效果好的自发热材料组合物。本专利技术的另一目的是提供一种利用上述自发热材料组合物的无火焰自热式加热器。为实现上述目的，本专利技术采取以下设计方案本专利技术提供一种自发热材料组合物，它由下述组份组成镁粉120-280重量份；铁粉30-80重量份；氯化钠 2-10重量份；包埋剂 5-20重量份；以及缓释均布剂 2-10重量份。其中，所述包埋剂为选自甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羟丙基纤维素(H-HPC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)中的一种或两种或两种以上的复合。其中，所述缓释均布剂为选自水杨酸、戊二酸、己二酸、马尿酸、丁烯二酸、羧甲基纤维素钠和海藻酸钠中的一种或两种或两种以上的复合。本专利技术同时提供用上述自发热材料组合物制备的无火焰自热式加热器，其中，自发热材料组合物为颗粒状，封装在一透水性的外袋中。上述无火焰自热式加热器中，所述外袋有1~8个分隔区，所述自发热材料组合物在各个分隔区均匀分配。上述无火焰自热式加热器中，所述外袋为无纺布材料制成，也可以为无纺布和衬于其里面的网格状粘合层复合而成。采用上述技术方案，本专利技术的优点是自发热材料组合物中，采用镁、铁金属粒子分散于电解质溶液中共同组成微电池体系，产热效率高；使用包埋剂，可以控制微电池粒子与电解质的接触程度，从而控制产热速率，延长加热时间；使用缓释均布剂，可以在产热反应过程中逐渐清除堆积物，使放热反应持续稳定进行，还可以使组合物中粒子在反应过程中自动泡腾均布，使被加热食品受热均匀；采用自发热材料组合物制备的无火焰自热式加热器，外袋采用的为透水性材料，水可以迅速透过外袋与发热材料接触，作为激活剂使发热反应进行，有外袋包裹，该加热器可以直接附在需加热的食品或饮料袋外，以方便携带和使用。附图说明图1为镁铁电池反应原理示意图；图2为本专利技术加热器产热曲线与标准曲线对照图；图3为本专利技术加热器结构示意图；图4为图3加热器中外袋为复合层的示意图。具体实施例方式本专利技术提供的自发热材料组合物，包括了镁粉、铁粉组成的微电池粒子，电解质氯化钠，以及包埋剂和缓释均布剂。以下从几方面说明本专利技术一、镁铁微电池粒子产热效率高根据电化学反应原理，当活性金属与一阴极材料进行接触，并浸泡在电解质溶液中时，活性金属会迅速发生腐蚀反应。本专利技术将镁和铁制成紧密接触的镁铁电池粒子，并将镁铁合金浸泡在电解质(氯化钠)溶液中，变成短路的原电池，迅速发生腐蚀反应。当大量的镁铁电池粒子被同时浸泡在电解质溶液中时，短时间内就会释放出大量的热量，该热量通过合理利用，就可用于加热食品。镁铁微电池粒子在电解质溶液中作用的具体过程可以分解为以下几个部分(1)Mg失去电子变成Mg2+，Mg2+从阳极向阴极方向移动； (2)Mg、Fe两极短路时，自由电子从阳极移至阴极；(3)水在阴极电解，OH-向阳极方向移动，H2在阴极排放； (4)在两极中间区某一点，Mg2+与OH-离子反应形成Mg(OH)2↓。(5)，增加溶液离子，Na+向阴极移动，Cl-向阳极移动，加快阴阳极间电荷的传递速度，也就是提高了电池反应速度和产热效率。上述镁铁电池反应过程可参见图1。二、包埋剂可以控制镁铁微电池粒子产热速率微电池粒子与电解质溶液接触越充分，初始反应速率就越快，控制接触程度，可实现控制加热器初始产热速率的目的。在不降低产热效率的前提下，减少接触程度的主要办法就是对微电池粒子进行适度的包裹。本专利技术采用的包埋剂为纤维素胶物质，具体可选用甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羟丙基纤维素(H-HPC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)。此类物质具有两重性，通过有机溶剂溶胀后可将镁铁微电池粒子包裹，当有机溶剂挥发干燥后，包裹微电池粒子的纤维素胶会在微电池粒子的表面形成一层膜，并在膜上形成一定量的网孔；当它与电解质溶液接触时，纤维素胶通过吸水溶胀，将电解液渗透到内部，形成电解液与纤维素胶一体的类似盐桥的胶体状电荷导体，使离子迁移畅通无阻，电池反应顺利进行下去。本专利技术采用的包埋剂特点是纤维网膜的包裹几乎不影响微电池粒子的产热效率，测试产品的产热效率接近97.8％。本专利技术通过控制纤维素胶的量，可控制网膜的形成量，能很好地控制加热器产热速率。本专利技术中控制微电池粒子在产热初期的产热曲线应当与食品初期吸热曲线相似。首先，本专利技术制成的加热器启动准备时间约需30-60秒，因此注入激活剂后30-60秒内，加热器不应有明显的蒸汽产生，以防烫手。其次启动后所产生的有效热量应能满足食品加热要求。参见图2，将采用本专利技术包埋剂后微电池粒子产热曲线b，与食品在5℃下的理论吸热曲线a进行比较，可以发现，本专利技术采用纤维素胶包埋后使得发热的启动时间延缓了接近60秒，初期产热曲线b的形状与理论吸热曲线a较为接近。三、缓释均布剂可以清除反应产物堆积和使反应粒子泡腾均布随着反应的进行，微电池粒子放热反应的主要产物之一氢氧化镁会在纤维网膜中产生堆积，影响反应的继续进行，因而反应表现为后期产热不足。从基本产热机理知道，产热反应的主要产物为氢氧化镁和氢气，氢气会自动逸出，不会产生堆积，因而氢氧化镁的堆积便成为影响加热中后期产热速率的主要因素。为此，本专利技术采用酸性物质来中和碱性氢氧化镁，使其可变成可溶性的盐类，使产热反应便能继续正常进行。本专利技术所选用的酸性物质为水杨酸(S1)、戊二酸(S2)、己二酸(S3)、马尿酸(S4)、丁烯二酸(S5)、羧甲基纤维素钠(S6)和海藻酸钠(S7)中的一种或两种或两种以上的复合，其稳定性好，无毒副作用，酸性适中，中和反应所产生的盐类可溶，不会产生盐类沉淀，形成新的堆积；最重要的是，此类物质的H+可以逐渐释放。这是因为这些有机物质本身在常温下溶解度不大，在水溶液中有，随着反应的进行，体系温度升高，有机酸溶解度逐渐增大，保证有机酸的H+是缓释剂，使溶液始终保持相对稳定的pH值，是一种很好的缓冲剂，能促使反应体系在相对稳定pH值条件下，以较稳定的速率进行，有利于食品吸热平衡。当堆积过量时，该酸会在偏碱性环境下加快电离，以中和过多的碱性物质；当堆积量较少时，在PH值较低的环境下，电离减慢，中和能力下降，即H+缓慢释放的，逐渐均量清除堆积物，使中后期的有效产热速率仍能与食品的吸热曲线相接近，以达到最大限度地利用产热加热食品的目的。加入缓释均布剂后组合物的产热曲线c请见图2。从图2可以看出，该产热曲线c无论在产热初期，还是在中后期，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉喜，王越鹏，薛建宇，赵顺来，
申请(专利权)人：中国人民解放军总后勤部军需装备研究所，
类型：发明
国别省市：