CN109021939A - 一种高效环保发热剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效环保发热剂，该发热剂包括100重量份的铝粉、1‑50重量份的多孔材料、30‑100重量份的氢氧化钙、5‑20重量份的含过氧键化合物、30‑80重量份的碳酸盐、10‑30重量份的碳酸氢钠。本发明的发热剂具有更加高效的发热效果。

Description

一种高效环保发热剂
技术领域
本发明涉及一种高效环保发热剂。
背景技术
城市生活节奏的提高，使得城市工作者很向往大自然轻松自在的环境，但是为了保护环境，很多郊外都禁用明火，使得远郊旅行者的生活很不方便，只能食用方便食品。
许多方便食品一般都不带有自动加热装置，而大部分食品均在加热的状态下风味更佳，尤其是对一些特殊人群，如军队野营训练边防哨所民警执行任务抗洪抢险野外勘探考察长途行驶外出旅游自驾游等户外人员使用，在无电源、无火源、无明火、无炊事用具、严禁烟火的情况下要相对食品物品高温加热或者是满足消毒需求是非常困难的。
现在市场上已经出现了一种无火焰自热食品发热袋，其主要原料为生石灰、铝粉，氢氧化钠，无机盐等为主要成份，此种发热袋只要加入水，即可发生水化反应，放出热量来加热袋装食品。但市场上以上述原料为主要成分的发热剂均采用氧化钙作为主体发热成分，铝作为辅助发热成分，这种发热剂普遍发热量不高，需要使用大量的发热剂才能实现加热的效果。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效环保发热剂，所述发热剂包括100重量份的铝粉、1-50重量份的多孔材料、30-100重量份的氢氧化钙、5-20重量份的含过氧键化合物、30-80重量份的碳酸盐、10-30重量份的碳酸氢钠。
所述铝粉的粒径为0.1～5μm。
所述铝粉为多孔铝粉末，所述多孔铝粉末的粒径为0.1～50μm。
所述发热剂还包括反应性氢氧化物，所述反应性氢氧化物选自氢氧化钠或氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化钾中的一种或几种。
所述反应性氢氧化物和铝粉的质量比为1：0.01-0.05。
反应性氢氧化物选自氢氧化钠或氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化钾
所述多孔材料的粒径为50-2000μm。
所述多孔材料为由二氧化硅和二氧化硅以外的无机氧化物组成的复合氧化物，所述二氧化硅以外的无机氧化物选自Al2O3、B2O3、TiO2、ZrO2、SnO2、CeO2、P2O5、Sb2O3、Sb2O5、MoO3、ZnO和WO3中的一种或多种。
所述含过氧键化合物选自过氧化钙、连二硫酸钠、过碳酸钠中的一种或几种。
所述碳酸盐选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸镁钙中的一种或几种。
本发明的发热剂具有更加高效的发热效果，本发明通过加入含过氧键化合物，大大加快了铝在氢氧化钙水溶液中的反应速度，大大提高了发热的效果，同时，由于铝与水反应释放的热量大大大于氧化钙与水反应释放的热量，所以即使使用少量的铝也能够持续释放大量的热量。为了提高反应的速度，采用了更小粒径的多孔铝粉，铝粉粒径小反应速度快，但是容易从包覆的无纺布中泄漏。本发明采用了反应性氢氧化物与铝粉反应生产偏铝酸钠从而粘结铝粉，避免了铝粉的泄漏，产生少量的偏铝酸钠即可避免铝粉的泄漏。
本发明采用了多孔材料，避免随着反应的进行，发热剂中的碳酸盐固化带来了热量释放阻碍。此外，采用碳酸氢钠可以使得多孔材料能够更好的发生固化。
参考以下详细说明更易于理解本申请的上述以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
一种高效环保发热剂，所述发热剂包括100重量份的铝粉、1-50重量份的多孔材料、30-100重量份的氢氧化钙、5-20重量份的含过氧键化合物、30-80重量份的碳酸盐、10-30重量份的碳酸氢钠。
铝粉末的粒径优选为0.1-5μm，铝粉末的粒径优选较小，进一步优选为0.2～1μm。铝粉末的粒径由利用激光衍射散射法(微跟踪法(micro track method))测定的中位径规定。
所述铝粉末可以选择多孔铝粉末，通过本发明制造的多孔铝可以通过对于以规定的体积比例混合的铝粉末与载体粉末的混合粉末，进行加压成型后，对于该加压成型体在非活性气氛中进行热处理来烧结，最终除去载体粉末而得到。此外，也可以将混合粉末与金属板复合化。多孔铝由除去了载体粉末的空隙和形成该空隙的周围的、烧结铝粉末的结合金属粉末壁构成。在结合金属粉末壁中，形成有很多微小的孔。多孔铝具有空隙彼此通过这些微小孔而连结的开孔型结构。
铝粉末也可以为在纯铝粉末中加入添加元素粉末的混合物。对于这样的添加元素，适合使用选自镁、硅、钛、铁、镍、铜和锌等中的一个或者由二个以上的任意组合构成的多个元素。这样的混合物通过热处理形成铝与添加元素的合金。此外，根据添加元素的种类，还形成铝与添加元素的金属间化合物。多孔铝通过含有这样的铝的合金、金属间化合物，能够在多孔铝中得到各种效果。
此外，铝粉末可以是在铝合金粉末中加入添加元素粉末而得到的铝粉末，也可以是在铝合金粉末与纯铝粉末的混合物中加入添加元素粉末而得到的铝粉末。在这些铝粉末的情况下，会形成新的合金系、金属间化合物。进而，作为添加元素粉末，也可以使用将多个添加元素粉末彼此合金化的添加元素合金粉末。
相对于铝合金粉末或纯铝粉末的添加元素粉末或添加元素合金粉末的添加量可以根据所形成的合金、金属间化合物的化学式量来适当地决定。
此外，添加元素粉末的粒径优选为1～50μm。为了实现与纯铝粉末、铝合金粉末和载体粉末的充分混合，添加元素粉末的粒径优选较微小。添加元素粉末使用其粒径至少比载体粉末的粒径小的添加元素粉末。与铝粉末同样地，添加元素粉末的粒径由利用激光衍射散射法(微跟踪法)测定的中位径来规定。
所述发热剂还包括反应性氢氧化物，所述反应性氢氧化物选自氢氧化钠或氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化钾中的一种或几种。
所述反应性氢氧化物和铝粉的质量比为1：0.01-0.05。
反应性氢氧化物选自氢氧化钠或氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化钾
所述多孔材料包括：二氧化硅、二氧化硅和其它无机化合物的结合物、CaF2、NaF、NaAlF6和MgF。其中，特别优选的是由二氧化硅和二氧化硅以外的无机氧化物组成的复合氧化物。二氧化硅以外的氧化物是选自Al2O3、B2O3、TiO2、ZrO2、SnO2、CeO2、P2O5、Sb2O3、Sb2O5、MoO3、ZnO和WO3的一种或多种的化合物。构成多孔材料的化合物包含摩尔比MOx/SiO2最好在0.0001-1.0范围内、更好是0.0001-0.3的二氧化硅(SiO2)和二氧化硅以外的无机化合物(以氧化物的形式表示：MOx)。摩尔比MOx/SiO2低于0.0001的多孔材料不易制备，即使能够得到。在摩尔比MOx/SiO2高于1.0时，由于二氧化硅的比例较低，空隙体积会变小，起不到散热的效果。此外，也可以选择沸石作为多孔材料。所述多孔材料的粒径为50-2000μm。
多孔材料壳内部的空腔部分填入了溶剂、气体和多孔物质。空腔中的溶剂可含有未反应的颗粒前体和所用的催化剂。填充空腔的物质可以是单一组分，或者两种或多种组分的混合物。无机化合物颗粒包含摩尔比MOx/SiO2最好在0.0001-0.1范围内、更好是0.0001-0.3的二氧化硅(SiO2)和二氧化硅以外的无机化合物(以氧化物的形式表示：MOx)。
由二氧化硅和二氧化硅以外的无机化合物构成的无机化合物颗粒可通过下述步骤1-3来制造。步骤1：多孔材料前体颗粒的制备
在此步骤1中，二氧化硅源(原材料)和非二氧化硅无机化合物源(原材料)的碱性水溶液分别制备，或者预先制备二氧化硅源和非二氧化硅无机化合物源的混合物的水溶液。根据复合氧化物的复合比，在搅拌条件下将该一种水溶液或两种水溶液逐步加入PH值大于10的碱性水溶液中，形成多孔材料的前体颗粒(以下称为多孔材料前体颗粒)。
二氧化硅源包括碱金属、铵或有机碱的硅酸盐。碱金属的硅酸盐包括硅酸钠(水玻璃)和硅酸钾。
有机碱包括季铵盐如四乙基铵盐；胺如单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。硅酸铵和有机碱硅酸盐包括由向硅酸溶液中加入氨、氢氧化季铵或胺化合物而制得的碱性溶液。
非二氧化硅无机化合物用的源材料包括碱溶性无机化合物，具体包括选自Al、B、Ti、Zr、Sn、Ce、P、Sb、Mo、Zn、W等元素含氧酸；碱金属盐、碱土金属盐、铵盐和含氧酸的季铵盐。更具体地说，优选铝酸钠、四硼酸钠、氧锆基碳酸铵、锑酸钾、锡酸钾、硅铝酸钠、钼酸钠、硝酸铈铵和磷酸钠。
在混合上述源材料水溶液后，混合水溶液的PH值立即变化。但是，不必将PH控制在一定的范围内。最终水溶液的PH值将根据在有机氧化物中的种类和混合比达到一定的程度。水溶液的混合速度没有特别的限制。
在制备具有多孔复合氧化物作为内部多孔材料的无机化合物颗粒用的多孔材料的前体颗粒时，可使用晶种颗粒的分散液作为起始材料。晶种颗粒包括SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2等无机氧化物以及其复合氧化物的细粒。通常可使用氧化物的溶胶。由上述制备方法得到的多孔材料前体颗粒的分散液可用作晶种颗粒分散液。当使用晶种颗粒分散液时，调整其PH值为10或更高，并在搅拌下向其中加入上述化合物的水溶液。在该操作中，也不必控制分散液的PH值。使用晶种颗粒将便于对制得的多孔材料前体颗粒的粒度控制，使粒度均匀。
所述含过氧键化合物选自过氧化钙、连二硫酸钠、过碳酸钠中的一种或几种。
所述碳酸盐选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸镁钙中的一种或几种。
本发明的发热剂具有更加高效的发热效果。本发明通过加入含过氧键化合物，大大加快了铝在氢氧化钙水溶液中的反应速度，大大提高了发热的效果，同时，由于铝与水反应释放的热量大大大于氧化钙与水反应释放的热量，所以即使使用少量的铝也能够持续释放大量的热量。为了提高反应的速度，采用了更小粒径的多孔铝粉，铝粉粒径小反应速度快，但是容易从包覆的无纺布中泄漏。本发明采用了反应性氢氧化物与铝粉反应生产偏铝酸钠从而粘结铝粉，避免了铝粉的泄漏，产生少量的偏铝酸钠即可避免铝粉的泄漏。
本发明采用了多孔材料，避免随着反应的进行，发热剂中的碳酸盐固化带来了热量释放阻碍。此外，采用碳酸氢钠可以使得多孔材料能够更好的发生固化。
在下文中，通过实施例对本发明进行更详细地描述，但应理解，这些实施例仅仅是例示的而非限制性的。如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
下面参照几个例子详细描述本发明。
实施例1
本实施例的发热剂包括100重量份的铝粉（粒径2微米）、10重量份的沸石（粒径200微米）、50重量份的氢氧化钙、10重量份的过氧化钙、40重量份的碳酸盐、20重量份的碳酸氢钠，将上述发热剂采用无纺布包覆。将20g的发热剂放置在普通塑料盒的下层，加入等重量份的水，普通塑料盒的上层放置250g的水，测试上层水的温度。
实施例2
本实施例的发热剂包括100重量份的铝粉（粒径2微米）、20重量份的沸石（粒径200微米）、40重量份的氢氧化钙、5.2重量份的过氧化钙、40重量份的碳酸盐、20重量份的碳酸氢钠，将上述发热剂采用无纺布包覆。将20g的发热剂放置在普通塑料盒的下层，加入等重量份的水，普通塑料盒的上层放置250g的水，测试上层水的温度。
实施例3
本实施例的发热剂包括100重量份的铝粉（粒径0.2微米）、10重量份的沸石（粒径200微米）、50重量份的氢氧化钙、10重量份的过氧化钙、40重量份的碳酸盐、20重量份的碳酸氢钠、0.1重量份的氢氧化钾，将上述发热剂采用无纺布包覆。将20g的发热剂放置在普通塑料盒的下层，加入等重量份的水，普通塑料盒的上层放置250g的水，测试上层水的温度。
实施例4
本实施例的发热剂包括100重量份的多孔铝粉（粒径0.2微米）、20重量份的沸石（粒径200微米）、40重量份的氢氧化钙、5.2重量份的过氧化钙、40重量份的碳酸盐、20重量份的碳酸氢钠、0.1重量份的氢氧化钾，将上述发热剂采用无纺布包覆。将20g的发热剂放置在普通塑料盒的下层，加入等重量份的水，普通塑料盒的上层放置250g的水，测试上层水的温度。
对比例1
本实施例的发热剂包括10重量份的铝粉（粒径2微米）、90重量份的氧化钙、10重量份的沸石（粒径200微米）、50重量份的氢氧化钙、10重量份的过氧钙、40重量份的碳酸盐、20重量份的碳酸氢钠，将上述发热剂采用无纺布包覆。将20g的发热剂放置在普通塑料盒的下层，加入等重量份的水，普通塑料盒的上层放置250g的水，测试上层水的温度。
对比例2
本实施例的发热剂包括100重量份的铝粉（粒径2微米）、10重量份的沸石（粒径200微米）、50重量份的氢氧化钙、10重量份的氧化钙、40重量份的碳酸盐、20重量份的碳酸氢钠，将上述发热剂采用无纺布包覆。将20g的发热剂放置在普通塑料盒的下层，加入等重量份的水，普通塑料盒的上层放置250g的水，测试上层水的温度。
试验结果：
可以看出，加入了氢氧化钾后，即使采用粒径小的铝粉，也不会发生泄漏，同时发热效果也不会降低。采用了本发明的方案能够高效的加热。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种高效环保发热剂，其特征在于，所述发热剂包括100重量份的铝粉、1-50重量份的多孔材料、30-100重量份的氢氧化钙、5-20重量份的含过氧键化合物、30-80重量份的碳酸盐、10-30重量份的碳酸氢钠。
2.根据权利要求1 所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，所述铝粉的粒径为0.1～5μm。
3.根据权利要求2 所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，所述铝粉为多孔铝粉末，所述多孔铝粉末的粒径为0.1～50μm。
4.根据权利要求1 所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，所述发热剂还包括反应性氢氧化物。
5.根据权利要求4所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，所述反应性氢氧化物和铝粉的质量比为1：0.01-0.05。
6.根据权利要求4所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，反应性氢氧化物选自氢氧化钠或氢氧化镁、氢氧化钡、氢氧化钾中的一种或几种。
7.根据权利要求1 所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，所述多孔材料的粒径为50-2000μm。
8.根据权利要求7 所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，所述多孔材料为由二氧化硅和二氧化硅以外的无机氧化物组成的复合氧化物，所述二氧化硅以外的无机氧化物选自Al2O3、B2O3、TiO2、ZrO2、SnO2、CeO2、P2O5、Sb2O3、Sb2O5、MoO3、ZnO和WO3中的一种或多种。
9.根据权利要求1 所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，所述含过氧键化合物选自过氧化钙、连二硫酸钠、过碳酸钠中的一种或几种。
10.根据权利要求1 所述的一种高效环保发热剂，其特征在于，所述碳酸盐选自碳酸钙、碳酸镁、碳酸镁钙中的一种或几种。
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