專利名稱：自發(fā)熱材料組合物及無火焰自熱式加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)熱材料，具體涉及一種發(fā)熱材料的組合物以及用該組合物制作的用于食品、飲料等加熱的自熱式加熱器。
背景技術(shù)：
目前，在方便食品中，普遍使用的自熱式加熱器為鎂水型加熱器，其中使用的發(fā)熱材料，為鎂鐵合金和其他催化劑的組合物，為增加加熱器與被加熱食品的接觸面積，保證一定的加熱效果，一般將加熱器加工成片狀，由發(fā)熱材料組合物(顆粒)再添加其它粘合劑、成型劑共同制成。該加熱器有固定的形狀，附在食品袋的外面，使用時(shí)，加水使發(fā)熱顆粒反應(yīng)放熱，從而加熱食品。現(xiàn)有這種結(jié)構(gòu)的加熱片，受加工工藝影響，發(fā)熱材料必須結(jié)合粘合劑以及成型劑一同使用，粘合劑以及成型劑對(duì)發(fā)熱顆粒形成包覆，降低了發(fā)熱顆粒的產(chǎn)熱效率；從自發(fā)熱材料組合物本身看，產(chǎn)熱速率不能得到合理控制，加熱效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以控制產(chǎn)熱速率以及產(chǎn)熱效率高、加熱效果好的自發(fā)熱材料組合物。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用上述自發(fā)熱材料組合物的無火焰自熱式加熱器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)方案本發(fā)明提供一種自發(fā)熱材料組合物，它由下述組份組成鎂粉120-280重量份；鐵粉30-80重量份；氯化鈉 2-10重量份；包埋劑 5-20重量份；以及緩釋均布劑 2-10重量份。
其中，所述包埋劑為選自甲基纖維素(MC)、乙基纖維素(EC)、羥丙基纖維素(H-HPC)和羥丙基甲基纖維素(HPMC)中的一種或兩種或兩種以上的復(fù)合。
其中，所述緩釋均布劑為選自水楊酸、戊二酸、己二酸、馬尿酸、丁烯二酸、羧甲基纖維素鈉和海藻酸鈉中的一種或兩種或兩種以上的復(fù)合。
本發(fā)明同時(shí)提供用上述自發(fā)熱材料組合物制備的無火焰自熱式加熱器，其中，自發(fā)熱材料組合物為顆粒狀，封裝在一透水性的外袋中。
上述無火焰自熱式加熱器中，所述外袋有1~8個(gè)分隔區(qū)，所述自發(fā)熱材料組合物在各個(gè)分隔區(qū)均勻分配。
上述無火焰自熱式加熱器中，所述外袋為無紡布材料制成，也可以為無紡布和襯于其里面的網(wǎng)格狀粘合層復(fù)合而成。
采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是自發(fā)熱材料組合物中，采用鎂、鐵金屬粒子分散于電解質(zhì)溶液中共同組成微電池體系，產(chǎn)熱效率高；使用包埋劑，可以控制微電池粒子與電解質(zhì)的接觸程度，從而控制產(chǎn)熱速率，延長(zhǎng)加熱時(shí)間；使用緩釋均布劑，可以在產(chǎn)熱反應(yīng)過程中逐漸清除堆積物，使放熱反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，還可以使組合物中粒子在反應(yīng)過程中自動(dòng)泡騰均布，使被加熱食品受熱均勻；采用自發(fā)熱材料組合物制備的無火焰自熱式加熱器，外袋采用的為透水性材料，水可以迅速透過外袋與發(fā)熱材料接觸，作為激活劑使發(fā)熱反應(yīng)進(jìn)行，有外袋包裹，該加熱器可以直接附在需加熱的食品或飲料袋外，以方便攜帶和使用。


圖1為鎂鐵電池反應(yīng)原理示意圖；圖2為本發(fā)明加熱器產(chǎn)熱曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照?qǐng)D；圖3為本發(fā)明加熱器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3加熱器中外袋為復(fù)合層的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的自發(fā)熱材料組合物，包括了鎂粉、鐵粉組成的微電池粒子，電解質(zhì)氯化鈉，以及包埋劑和緩釋均布劑。以下從幾方面說明本發(fā)明一、鎂鐵微電池粒子產(chǎn)熱效率高根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)原理，當(dāng)活性金屬與一陰極材料進(jìn)行接觸，并浸泡在電解質(zhì)溶液中時(shí)，活性金屬會(huì)迅速發(fā)生腐蝕反應(yīng)。本發(fā)明將鎂和鐵制成緊密接觸的鎂鐵電池粒子，并將鎂鐵合金浸泡在電解質(zhì)(氯化鈉)溶液中，變成短路的原電池，迅速發(fā)生腐蝕反應(yīng)。當(dāng)大量的鎂鐵電池粒子被同時(shí)浸泡在電解質(zhì)溶液中時(shí)，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)釋放出大量的熱量，該熱量通過合理利用，就可用于加熱食品。
鎂鐵微電池粒子在電解質(zhì)溶液中作用的具體過程可以分解為以下幾個(gè)部分(1)Mg失去電子變成Mg2+，Mg2+從陽(yáng)極向陰極方向移動(dòng)；
(2)Mg、Fe兩極短路時(shí)，自由電子從陽(yáng)極移至陰極；(3)水在陰極電解，OH-向陽(yáng)極方向移動(dòng)，H2在陰極排放；
(4)在兩極中間區(qū)某一點(diǎn)，Mg2+與OH-離子反應(yīng)形成Mg(OH)2↓。
(5)，增加溶液離子，Na+向陰極移動(dòng)，Cl-向陽(yáng)極移動(dòng)，加快陰陽(yáng)極間電荷的傳遞速度，也就是提高了電池反應(yīng)速度和產(chǎn)熱效率。
上述鎂鐵電池反應(yīng)過程可參見圖1。
二、包埋劑可以控制鎂鐵微電池粒子產(chǎn)熱速率微電池粒子與電解質(zhì)溶液接觸越充分，初始反應(yīng)速率就越快，控制接觸程度，可實(shí)現(xiàn)控制加熱器初始產(chǎn)熱速率的目的。
在不降低產(chǎn)熱效率的前提下，減少接觸程度的主要辦法就是對(duì)微電池粒子進(jìn)行適度的包裹。
本發(fā)明采用的包埋劑為纖維素膠物質(zhì)，具體可選用甲基纖維素(MC)、乙基纖維素(EC)、羥丙基纖維素(H-HPC)和羥丙基甲基纖維素(HPMC)。此類物質(zhì)具有兩重性，通過有機(jī)溶劑溶脹后可將鎂鐵微電池粒子包裹，當(dāng)有機(jī)溶劑揮發(fā)干燥后，包裹微電池粒子的纖維素膠會(huì)在微電池粒子的表面形成一層膜，并在膜上形成一定量的網(wǎng)孔；當(dāng)它與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，纖維素膠通過吸水溶脹，將電解液滲透到內(nèi)部，形成電解液與纖維素膠一體的類似鹽橋的膠體狀電荷導(dǎo)體，使離子遷移暢通無阻，電池反應(yīng)順利進(jìn)行下去。本發(fā)明采用的包埋劑特點(diǎn)是纖維網(wǎng)膜的包裹幾乎不影響微電池粒子的產(chǎn)熱效率，測(cè)試產(chǎn)品的產(chǎn)熱效率接近97.8％。
本發(fā)明通過控制纖維素膠的量，可控制網(wǎng)膜的形成量，能很好地控制加熱器產(chǎn)熱速率。本發(fā)明中控制微電池粒子在產(chǎn)熱初期的產(chǎn)熱曲線應(yīng)當(dāng)與食品初期吸熱曲線相似。首先，本發(fā)明制成的加熱器啟動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間約需30-60秒，因此注入激活劑后30-60秒內(nèi)，加熱器不應(yīng)有明顯的蒸汽產(chǎn)生，以防燙手。其次啟動(dòng)后所產(chǎn)生的有效熱量應(yīng)能滿足食品加熱要求。
參見圖2，將采用本發(fā)明包埋劑后微電池粒子產(chǎn)熱曲線b，與食品在5℃下的理論吸熱曲線a進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明采用纖維素膠包埋后使得發(fā)熱的啟動(dòng)時(shí)間延緩了接近60秒，初期產(chǎn)熱曲線b的形狀與理論吸熱曲線a較為接近。
三、緩釋均布劑可以清除反應(yīng)產(chǎn)物堆積和使反應(yīng)粒子泡騰均布隨著反應(yīng)的進(jìn)行，微電池粒子放熱反應(yīng)的主要產(chǎn)物之一氫氧化鎂會(huì)在纖維網(wǎng)膜中產(chǎn)生堆積，影響反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，因而反應(yīng)表現(xiàn)為后期產(chǎn)熱不足。從基本產(chǎn)熱機(jī)理知道，產(chǎn)熱反應(yīng)的主要產(chǎn)物為氫氧化鎂和氫氣，氫氣會(huì)自動(dòng)逸出，不會(huì)產(chǎn)生堆積，因而氫氧化鎂的堆積便成為影響加熱中后期產(chǎn)熱速率的主要因素。為此，本發(fā)明采用酸性物質(zhì)來中和堿性氫氧化鎂，使其可變成可溶性的鹽類，使產(chǎn)熱反應(yīng)便能繼續(xù)正常進(jìn)行。
本發(fā)明所選用的酸性物質(zhì)為水楊酸(S1)、戊二酸(S2)、己二酸(S3)、馬尿酸(S4)、丁烯二酸(S5)、羧甲基纖維素鈉(S6)和海藻酸鈉(S7)中的一種或兩種或兩種以上的復(fù)合，其穩(wěn)定性好，無毒副作用，酸性適中，中和反應(yīng)所產(chǎn)生的鹽類可溶，不會(huì)產(chǎn)生鹽類沉淀，形成新的堆積；最重要的是，此類物質(zhì)的H+可以逐漸釋放。這是因?yàn)檫@些有機(jī)物質(zhì)本身在常溫下溶解度不大，在水溶液中有，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系溫度升高，有機(jī)酸溶解度逐漸增大，保證有機(jī)酸的H+是緩釋劑，使溶液始終保持相對(duì)穩(wěn)定的pH值，是一種很好的緩沖劑，能促使反應(yīng)體系在相對(duì)穩(wěn)定pH值條件下，以較穩(wěn)定的速率進(jìn)行，有利于食品吸熱平衡。當(dāng)堆積過量時(shí)，該酸會(huì)在偏堿性環(huán)境下加快電離，以中和過多的堿性物質(zhì)；當(dāng)堆積量較少時(shí)，在PH值較低的環(huán)境下，電離減慢，中和能力下降，即H+緩慢釋放的，逐漸均量清除堆積物，使中后期的有效產(chǎn)熱速率仍能與食品的吸熱曲線相接近，以達(dá)到最大限度地利用產(chǎn)熱加熱食品的目的。
加入緩釋均布劑后組合物的產(chǎn)熱曲線c請(qǐng)見圖2。從圖2可以看出，該產(chǎn)熱曲線c無論在產(chǎn)熱初期，還是在中后期，都與理論吸熱曲線a形式相接近，可見加入緩釋均布劑可有效地調(diào)節(jié)產(chǎn)熱速率，有利于食品吸收反應(yīng)放出的熱量，而不影響加熱器的產(chǎn)熱效率。
另外，本發(fā)明中使用緩釋均布劑，可以在發(fā)熱材料吸水反應(yīng)后在包裝袋內(nèi)泡騰均布，使加熱器與被加熱物可以均勻接觸，達(dá)到最佳加熱效果。
四、軟體袋狀加熱器可以很好滿足加熱需求加熱器將熱量傳遞給被加熱食品的最主要途徑是接觸傳熱，目前通用的方法是將加熱顆粒通過粘合、硬襯等途徑制成片狀。此方法存在以下問題①由于加熱器為片狀，要求被加熱食品也只能是扁平狀，限制了被加熱食品的形狀；②由于粘合效應(yīng)，大大降低了加熱器的產(chǎn)熱效率；③生產(chǎn)工藝復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化規(guī)模化生產(chǎn)很困難；④造成產(chǎn)品的成本較高本發(fā)明在設(shè)計(jì)加熱器時(shí)采用不同于現(xiàn)有方法的思路，在發(fā)熱材料組合物中使用了緩釋均布劑，它與其余粉末狀原料均勻混合在一起，并封裝在透水性的外袋內(nèi)而形成本發(fā)明的加熱器。當(dāng)將激活劑(水)注入加熱器時(shí)，在反應(yīng)初期很短的時(shí)間內(nèi)，整個(gè)反應(yīng)體成稀稠的沸騰狀，并能迅速均勻充滿整個(gè)反應(yīng)空間，實(shí)現(xiàn)加熱器與被加熱物的均勻接觸加熱，隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，激活劑減少，反應(yīng)空間的加熱介質(zhì)能逐漸均勻地固定下來，且與被加熱物的形狀相吻合，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)與被加熱物良好均勻接觸加熱。
本發(fā)明的加熱器具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，如加熱器可軟體，可與各種形狀的被加熱物相適應(yīng)，擴(kuò)大了加熱器的適應(yīng)范圍；微電池粒子在加熱器中仍以獨(dú)立狀態(tài)存在，不必添加粘合劑等成型物質(zhì)，產(chǎn)熱效率達(dá)95％以上；加熱器生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單可靠，方便快捷地實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化規(guī)?；a(chǎn)，產(chǎn)品成本大大降低。
參見圖3，在加熱器外袋1設(shè)計(jì)上，采用透水性材料制成，其可以設(shè)若干區(qū)域11，如1~8個(gè)區(qū)域，外袋1四周以及區(qū)域之間密合封閉(15為密合區(qū))，發(fā)熱顆粒2就密封在其中，如為多個(gè)區(qū)域11，則將發(fā)熱顆粒平均分配在各個(gè)區(qū)域。為使外袋密合處密閉性較優(yōu)越，加工生產(chǎn)更便利，外袋使用的無紡布最好有熱粘合性，或者使用復(fù)合材料制成，如圖4所示，該外袋材料由里層的網(wǎng)狀層13和外層12復(fù)合而成，網(wǎng)狀層13為熱粘合性材料，外層12為無紡布層材料，附于網(wǎng)狀層13外，使用這種材料，外袋四周以及中間區(qū)域之間可以采用加熱的方式密合，以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
依據(jù)以上說明，以下提供具體實(shí)施例說明本發(fā)明。
實(shí)施例一自發(fā)熱材料組合物組成金屬鎂粉200克，鐵粉40克，氯化鈉5克，羥丙基纖維素(H-HPC)15克，丁烯二酸4克，海藻酸鈉2克。
稱取上述物質(zhì)，將其加工混合均勻，形成本發(fā)明的一種自發(fā)熱材料組合物。
將無紡布和網(wǎng)格狀粘合層復(fù)合而成的17.5×11.5厘米的外袋分隔為三個(gè)區(qū)域，取上述組合物21克并平均分成三份，分別封裝在三個(gè)區(qū)域中，則形成本發(fā)明的一種加熱器。
實(shí)施例二自發(fā)熱材料組合物組成金屬鎂粉280克，鐵粉60克，氯化鈉8克，甲基纖維素(MC)15克，戊二酸1克，丁烯二酸3克、羧甲基纖維素鈉3克和海藻酸鈉2克。
稱取上述物質(zhì)，將其混合均勻，形成本發(fā)明的另一種自發(fā)熱材料組合物。
將無紡布制成約17.5×11.5厘米的外袋，取上述組合物21克直接裝入袋中，適當(dāng)撫平，則形成本發(fā)明的另一種加熱器。
實(shí)施例三至實(shí)施例七采用下表1的組配，按照實(shí)施例一或?qū)嵤├牡姆椒ǖ玫讲煌慕M合物和加熱器，其中裝入加熱器中的自發(fā)熱材料組合物均為21克，加熱器外袋尺寸均為17.5×11.5厘米。
表1實(shí)施例三至實(shí)施例七

對(duì)實(shí)施例一至實(shí)施例七得到的加熱器進(jìn)行產(chǎn)熱效率和加熱性能測(cè)試，產(chǎn)熱效率用RD-1型熱導(dǎo)式量熱計(jì)，以KCL為標(biāo)準(zhǔn)物的化學(xué)標(biāo)定法測(cè)定；加熱性能測(cè)試環(huán)境為-15℃，被加熱食品為280克軟包裝什錦米飯，加熱器為兩個(gè)，食品上下表面各一個(gè)，還配套有加熱器操作袋、保溫紙筒，測(cè)試前，將加熱器和被加熱食品在測(cè)試環(huán)境中放置24小時(shí)，時(shí)間測(cè)定采用秒表，溫度測(cè)定采用TESTO 905-T1迷你型數(shù)字測(cè)溫棒。測(cè)定結(jié)果如表2表2實(shí)施例一至七產(chǎn)熱效率及加熱性能測(cè)試結(jié)果

通過上述描述可以看出，本發(fā)明提供的自發(fā)熱材料組合物，合理組配了多種功能物質(zhì)，使其可以協(xié)同作用，在不損失發(fā)熱效率的前提下，可以合理控制發(fā)熱速率、調(diào)整放熱持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行，適應(yīng)被加熱物對(duì)熱量的吸收。本發(fā)明用自發(fā)熱材料組合物制作的發(fā)熱器為軟體袋狀，可以與任何形狀被加熱食品相適應(yīng)，并適應(yīng)自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品成本可以大大降低。本發(fā)明加熱器適應(yīng)的被加熱物，可以為固體食品，如帶包裝的米飯、速食菜，也可以為液體飲品，如袋裝牛奶、咖啡等。該加熱器可以和上述食品、飲品等組合形成多種多樣的方便食品，在此不一一例舉。
權(quán)利要求
1.一種自發(fā)熱材料組合物，其特征在于，它由下述組份組成鎂粉120-280重量份；鐵粉30-80重量份；氯化鈉 2-10重量份；包埋劑 5-20重量份；以及緩釋均布劑 2-10重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自發(fā)熱材料組合物，其特征在于所述包埋劑為選自甲基纖維素(MC)、乙基纖維素(EC)、羥丙基纖維素(H-HPC)和羥丙基甲基纖維素(HPMC)中的一種或兩種以及兩種以上的復(fù)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自發(fā)熱材料組合物，其特征在于所述緩釋均布劑為選自水楊酸、戊二酸、己二酸、馬尿酸、丁烯二酸、羧甲基纖維素鈉和海藻酸鈉中的一種或兩種以及兩種以上的復(fù)合。
4.由權(quán)利要求1至3任一所述的自發(fā)熱材料組合物制備的無火焰自熱式加熱器，其特征在于自發(fā)熱材料組合物為顆粒狀，封裝在一透水性的外袋中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無火焰自熱式加熱器，其特征在于所述外袋有1~8個(gè)分隔區(qū)，所述自發(fā)熱材料組合物在各個(gè)分隔區(qū)均勻分配。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無火焰自熱式加熱器，其特征在于所述外袋為無紡布材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的無火焰自熱式加熱器，其特征在于所述外袋為無紡布和襯于其里面的網(wǎng)格狀粘合層復(fù)合而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)熱材料組合物，它由鎂粉、鐵粉、氯化鈉、包埋劑、以及緩釋均布劑按重量份120－280∶30－80∶2－10∶5－20∶2－10組配而成，其中，包埋劑為選自甲基纖維素、乙基纖維素、羥丙基纖維素和羥丙基甲基纖維素中的一種或幾種，緩釋均布劑為選自水楊酸、戊二酸、己二酸、馬尿酸、丁烯二酸、羧甲基纖維素鈉和海藻酸鈉中的一種或幾種。同時(shí)提供用上述自發(fā)熱材料組合物制備的無火焰自熱式加熱器，是將顆粒狀發(fā)熱材料組合物封裝在一透水性的外袋中。本發(fā)明提供的自發(fā)熱材料組合物，發(fā)熱效率高、可控制發(fā)熱速率、放熱持續(xù)穩(wěn)定；加熱器為軟體袋狀，可以與任何形狀被加熱食品相適應(yīng)，并適應(yīng)自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品成本可以大大降低。
文檔編號(hào)C09K5/00GK1487047SQ0314978
公開日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月6日
發(fā)明者劉嘉喜, 王越鵬, 薛建宇, 趙順來 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所, 中國(guó)人民解放軍總后勤部軍需裝備研究