CN101838523B - 一种自发热材料 - Google Patents

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Abstract

一种自发热材料的组成，由按下列重量克数组成：还原铁粉40-60g、硅藻土7.5-12g、活性炭4.0-5.5g、氯化钠2.8-4.0g、水18-26g。本发明的优点是：该配方组成的自发热材料发热温度高，可达60摄氏度以上，发热持续时间长，发热启动时间短，易包装，使用方便。

Description

一种自发热材料
技术领域
本发明涉及一种自发热材料。
背景技术
在日常生活中，人们总离不开各种各样的能源的应用。日常饮食中需用到的热能、取暖的太阳能地热能等到无所不用的电能光能都是其中的典型代表。不同能源类型有着不同的来源方式，但都不脱离各种物理化学反应。如光能来自太阳辐射，热能(一般而言)来自燃烧中的放热反应，电能由势能风能热能等其他能源转化而来，核能则通过原子的核聚变产生。由于制备方式各异，对生产力的要求也不同，在使用过程中的应用必定有所局限。例如电能只能限制在有输入输出设备等家居环境中使用，即便电池的发明将电能在时间和空间的应用距离延伸，但仍然只能维持在一段时间内，当需要野外出行或因职业等原因要求外出作业时，电能就显得不那么方便了。因此利用一些简单的化学放热反应制成的自发热装置就有用武之地了。
很早之前人们就知道石灰石加水会产生大量热量，这就是化学放热的最基本应用，但此反应过于激烈而且持续时间短，不仅不能有效利用，还会污染环境，因此应用范围不广。还有一些人发现醋酸钠溶液结晶会放热且可循环使用。铁粉与空气接触氧化放热等。这些都是化学自发热的应用。洞悉商机的人利用这些原理制成“暖手蛋”、自发热护膝护腰、自发热耳贴等各种产品放到市场销售，以满足人们的需要。良好的自发热材料是人们一直努力寻找的材料。如今人们的视野已不止局限于普通的化学自发热材料，发热机理也不仅限于化学反应。用聚合物固体电解质(SPE)代替水、无机盐制备固态的一次性自发热材料。这种新材料的使用赋予了自发热材料优良的性能：接触空气释放热量均匀，比能量高。热电材料可以通过将热能和电能进行转换，在温差制冷和发电方面有着极其广阔的应用前景。复合材料的相继发展，纳米材料、非晶材料、超晶格等新型体系，让人们有可能以更大自由度比较、选择性能更好的自发热材料。电光转换材料使得自发热材料能够在日常生活中的得到充分普及。总而言之，自发热材料的研究将使人们的生活越来越便利，简单。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自发热材料，发热组成的主要原理是铁粉与空气中的氧气发生放热反应，这个反应是一个氧化还原反应，故我们可以还原性更好的金属物质，例如，还原鋅粉，还原铁粉，还原铜粉等，考虑到价格与反应效率，我们这里采用还原铁粉。产品组成中的碳粉具有催化剂的作用，吸附性质使其自发热的热量来源于还原铁粉与空气中的氧气发生快速反应释放出热量，使放热量大于散热量而导致温度升高，从而出现了自发热现象，因此我们采用吸附性更好的活性炭粉-200目。在该反应中水和木粉的作用是使各种固体粉粒混和，使各部分均匀，提供气固两相反应的接触面以利于铁粉完全反应和提高配方的热容量，以便于控制温度，根据硅藻土的性质我们可以将木粉改成硅藻土。并且我们采用正交实验研究它的最优组成。
本发明是这样来实现的，其特征是按下列重量克数组成：还原铁粉40-60g、硅藻土7.5-12g、活性炭4.0-5.5g、氯化钠2.8-4.0g、水18-26g。
其最优组成是：
(1)还原铁粉为40g、50g、60g、70g、80g时硅藻土、活性炭、氯化钠、水分别为12g、5.5g、4.0g和26g；
(2)硅藻土为7.5g、9.0g、10.5g、12g、13.5g时还原铁粉、活性炭、氯化钠、水分别为60g、5.5g、4.0g和26g；
③活性炭为4.0g、4.5g、5.0g、5.5g、6.0g时还原铁粉、硅藻土、氯化钠、水分别为60g、12g、4.0g和26g；
④氯化钠为2.8g、3.2g、3.6g、4.0g、4.4g时还原铁粉、硅藻土、活性炭、水分别为60g、12g、5.5g和26g；
⑤水为18、20、22、24、26g时还原铁粉、硅藻土、活性炭、氯化钠分别为60g、12g、5.5g和4.0g。
本发明的优点是：该产品组成的自发热材料发热温度高，可达60摄氏度以上，发热持续时间长，发热启动时间短，易包装，使用方便。
附图说明
图1为本发明还原铁粉对持续时间的影响图。
图2为本发明还原铁粉对最高温度影响图。
图3为本发明硅藻土对持续时间影响图。
图4为本发明硅藻土对最高温度影响图。
图5为本发明活性炭粉对持续时间影响图。
图6为本发明活性炭粉对最高温度的影响图。
图7为本发明氯化钠对持续时间的影响图。
图8为本发明氯化钠对最高温度的影响图。
图9为本发明水对持续时间的影响。
图10为本发明水对最高温度的影响。
具体实施方式
实验药品
还原铁粉          CP     100目         上海晶体试剂有限公司
氯化钠            CP                  上海晶体试剂有限公司
硅藻土          CP             上海晶体试剂有限公司
活性炭粉      CP    200目      上海晶体试剂有限公司
实验过程
1.按照以下实验表头设计正交试验表。
正交实验因素水平表
Figure GSB00000923166400041
(1)取一250m1烧杯，按顺序分别加入Bg硅藻土、Cg活性炭、Dg氯化钠、Ag还原铁粉和Eg水，同时搅拌使其混合均匀并记下时间。用纸将烧杯罩住，读取室温后将温度计插入反应物中，当温度上升至30℃时记下时间。记下温度上升至最高温度的时间并记下最高温度。记下开始降温的时间和降至30℃时的时间。计算出持续时间。处理后记录于表一。
(2)将对表一分析所得持续时间和最高温度的优化方案每组做三次实验，综合持续时间和最高温度两个结果得出最优组成。
(3)确定最佳组成后做各因素对持续时间和最高温度的影响分析。
①还原铁粉为40g、50g、60g、70g、80g硅藻土活性炭氯化钠水分别为12g、5.5g、4.0g和26ml
②硅藻土为7.5g、9.0g、10.5g、12g、13.5g还原铁粉活性炭氯化钠水分别为60g、5.5g、4.0g和26ml
③活性炭为4.0g、4.5g、5.0g、5.5g、6.0g还原铁粉硅藻土氯化钠水分别为60g、12g、4.0g和26ml
④氯化钠为2.8g、3.2g、3.6g、4.0g、4.4g还原铁粉硅藻土活性炭水分别为60g、12g、5.5g和26ml
⑤水为18、20、22、24、26ml还原铁粉硅藻土活性炭氯化钠分别为60g、12g、5.5g和4.0g
三、结果与讨论
持续时间是指自发热材料的体系温度高于30℃时的时间。
3.1实验结果
表一
Figure GSB00000923166400051
Figure GSB00000923166400061
注1：实验过程中温度为25℃，持续时间单位为小时：分
注2：I为某一水平5次持续时间因素之和
注3：R为极差
注4：i为某一水平5次最高温度因素之和
3.2结果分析
1)持续时间
根据对正交表处理得出结果，使持续时间达到最长的最优方案为A3B4C4D4E5，影响因子还原铁粉＞水＞硅藻土＞活性炭＞氯化钠。持续时间最短为14小时，最长能达到18小时，平均时间在16小时以上。最优时各物质量的关系见表二。
表二
2)最高温度
最优方案为A5B3C3D1E1时温度达到最高，影响因素水＞述原铁粉＞硅藻土＞活性炭＞氯化钠。最低温度为56℃，最高温度为76℃，平均温度在65℃以上。达到最高温度时各物质量如表三。
表三
Figure GSB00000923166400072
3.2.1最优配方的确定
以上两种配方一个是温度最优配方，一个是持续时间最优组成，虑到成本的问题并且为了得到一个能过兼顾时间与温度的组成，我们做如下实验：
按表二和表三配方分别做三次对比实验，结果如表四：
表四
Figure GSB00000923166400081
注1：实验过程中温度为25℃
从上面的实验可知，还原铁粉为60g、硅藻土为12g、活性碳粉为5.5、氯化钠为4.0、水26ml配方的持续时间平均为18小时，最高温度平均为69℃，而还原铁粉为80g、硅藻土为10.5g、活性碳粉为5.0、氯化钠为2.8、水为18ml的配方持续时间的平均值为14小时左右，最高温度平均值为74℃。温度相差不时很大而时间相差比较大，而且所用的还原铁粉要少很多，综合这些考虑我们得出的最优组成为如下：
3.3因素影响(下面所有实验中的温度均为25℃)
3.3.1铁粉对持续时间和最高温度的影响
以还原铁粉为变量其余因素为最优组成值设计实验观察铁粉对持续时间和最高温度的影响，结果如下表：
Figure GSB00000923166400083
Figure GSB00000923166400091
从图1中我们可以看出随着还原铁粉的增加持续时间开始呈现增加的趋势，当达到一个最大值后就出现快速的下降。还原铁粉是发热的主要原料，还原铁粉越多反应时间越长，但由于受到其他因素的影响在其他量一定的情况下打到最大最会出现下降。
如图2所示，当还原铁粉增加时，由于单位时间内铁与氧接触反应增多，所以大体呈现出最高温度随还原铁粉增加而增加的情形。
3.3.2硅藻土对持续时间和最高温度的影响
以硅藻土为变量其余因素为最优配方值设计实验观察还原铁粉对持续时间和最高温度的影响，结果如下表：
Figure GSB00000923166400092
如图3、图4所示，硅藻土在自发热体系与水一起中提供反应界面作用是各种固体粉粒混和，使各部分均匀，提供气固两相反应的接触面以利于还原铁粉完全反应和提高配方的热容量，以便于控制温度，并且无硅藻土时会出现铁粉迅速板结而不发热。当其量合适时持续时间和最高温度达到最大值。
3.3.3活性炭对持续时间和最高温度的影响
以活性炭为变量其余因素为最优配方值设计实验观察铁粉对持续时间和最高温度的影响，结果如下表：
Figure GSB00000923166400093
Figure GSB00000923166400101
如图5、图6所示，在自发热体系中，活性炭粉具有催化性，在界面上吸附氧气使其使其自发热的热量来源于还原铁粉与空气中的氧气发生快速反应释放出热量，使放热量大于散热量而导致温度升高，从而出现了自发热现象。活性炭粉越多，氧越多，单位时间单位面积还原铁粉氧化加快并且反应更加充分，持续时间逐渐增长，最高温度也逐渐增加，但活性炭粉太多时，由于反应的速度过快而会导致时间和最到温度的下降。因此，随着活性炭粉的增加，持续时间和最高温度会随之增加、升高但当各自达到一个最优值后会出现下降。
3.3.4盐对持续时间和最高温度的影响
以盐为变量其余因素为最优配方值设计实验观察还原铁粉对持续时间和最高温度的影响，结果如下表：
Figure GSB00000923166400102
如图7、图8所示，从上面两个图中可以看出随着食盐的增加持续时间和最高温度也会随之增加，当达到各自的最优值后会逐渐下降，说明氯化钠太少或太多对自发热体系都不太好。氯化钠在自发热体系中具有氧化触媒、平衡水分和保持发热稳定的作用，不至于局部温度过高而导致水分的蒸发从而影响发热效果。
3.3.5水对持续时间和最高温度的影响
以水为变量其余因素为最优配方值设计实验观察还原铁粉对持续时间和最高温度的影响，结果如下表：
Figure GSB00000923166400111
如图9、图10所述，水在体系中是与硅藻土一起形成反应的界面，也是反应的参与物，没有水反应就不会进行，在一定程度上水制约着反应的利用率。故持续时间随水量的增加而增加。水越多散热也快，使整个反应体系的最高温度下降。

Claims (2)

1.一种自发热材料，其特征是由按下列重量克数组成：还原铁粉40-60g、硅藻土7.5-12g、活性炭4.0-5.5g、氯化钠2.8-4.0g、水18-26g。
2.根据权利要求1所述的一种自发热材料，其特征是由按下列重量克数组成：
(1)还原铁粉为40g、50g、60g、70g、80g时硅藻土、活性炭、氯化钠、水分别为12g、5.5g、4.0g和26g；
(2)硅藻土为7.5g、9.0g、10.5g、12g、13.5g时还原铁粉、活性炭、氯化钠、水分别为60g、5.5g、4.0g和26g；
③活性炭为4.0g、4.5g、5.0g、5.5g、6.0g时还原铁粉、硅藻土、氯化钠、水分别为60g、12g、4.0g和26g；
④氯化钠为2.8g、3.2g、3.6g、4.0g、4.4g时还原铁粉、硅藻土、活性炭、水分别为60g、12g、5.5g和26g；
⑤水为18g、20g、22g、24g、26g时还原铁粉、硅藻土、活性炭、氯化钠分别为60g、12g、5.5g和4.0g。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104786884A (zh) * 2015-04-21 2015-07-22 柳州易农科技有限公司 一种农用拖拉机自发热椅垫
CN105146759B (zh) * 2015-07-08 2018-12-07 广东中烟工业有限责任公司 水激励型非燃烧烟草制品用发热源组合物的应用
CN105038724B (zh) * 2015-07-08 2018-03-30 广东中烟工业有限责任公司 基于化学自发热反应的非燃烧型卷烟用镁系发热源组合物及应用
CN105042879B (zh) * 2015-07-08 2018-09-18 广东中烟工业有限责任公司 加热型的非燃烧型烟草制品用发热源组合物及应用
CN105038725B (zh) * 2015-07-08 2018-03-30 广东中烟工业有限责任公司 基于化学自发热反应的非燃烧型卷烟用铁系发热源组合物及应用
CN105533867A (zh) * 2016-01-29 2016-05-04 陈旭 一种具有保温保湿功能的婴儿转运服
CN113804037A (zh) * 2021-04-13 2021-12-17 中国水利水电科学研究院 一种微环境温控装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003035792A1 (fr) * 2001-10-25 2003-05-01 Mycoal Warmers Co., Ltd. Composition exothermique, article exothermique utilisant ladite composition et procede de production dudit article exothermique
CN1600283A (zh) * 2003-09-25 2005-03-30 浙江工业大学 一种发热暖袋
CN1738883A (zh) * 2002-12-27 2006-02-22 麦考尔制造株式会社 发热组合物和发热体
CN1760310A (zh) * 2004-10-13 2006-04-19 上海超迪科技有限公司 化学发热材料及发热袋

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003035792A1 (fr) * 2001-10-25 2003-05-01 Mycoal Warmers Co., Ltd. Composition exothermique, article exothermique utilisant ladite composition et procede de production dudit article exothermique
CN1738883A (zh) * 2002-12-27 2006-02-22 麦考尔制造株式会社 发热组合物和发热体
CN1600283A (zh) * 2003-09-25 2005-03-30 浙江工业大学 一种发热暖袋
CN1760310A (zh) * 2004-10-13 2006-04-19 上海超迪科技有限公司 化学发热材料及发热袋

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