CN114672286A

CN114672286A - 一种自发热组合物及其应用

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Publication number: CN114672286A
Application number: CN202210397483.8A
Authority: CN
Inventors: 王凯; 路彦龙; 甄世青
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-04-15
Filing date: 2022-04-15
Publication date: 2022-06-28

Abstract

本发明公开了一种自发热组合物，它包括由铝粉、三氧化二铬、高锰酸钾和氟化钙组成的主加热试剂和引燃剂锆粉；本发明还提供了上述自发热组合物的应用，用于自热食品。本发明提供的自发热组合物不仅可以缩短加热时间、提高放热量，还能过确保体系的安全性和稳定性。本发明适用于制备自发热组合物，制备的自发热组合物进一步应用于自热食品领域。

Description

一种自发热组合物及其应用

技术领域

本发明属于食品技术领域，涉及速食食品，具体地说是一种自发热组合物及其应用。

背景技术

随着人们对速食食品需求的不断提升，自发热技术作为一项能打破时间、空间限制为食品、饮料加热的技术，近年来倍受广大消费者乃至生产商追捧。自发热技术最早应用于军事保障领域，而后慢慢进入民用市场。这项技术在近些年的不断变革中，发展出多个分支，但就总体发热物质而言可以分两种大类型，四种细分技术体系，如下所示：

固、液混合型自发热技术为现今市场产品主要应用的技术类型，其产品虽然经济成本较低，但其技术本质存在缺陷，主要表现在：(以下采集数据为已投产应用于市场的产品，非理论值)

①固、液混合型自发热物质包装占比过大，自发热物质体积：待加热饮品体积≈1:1.5

当消费者购买一瓶包装总体积450ml的饮料时，实际获得饮料仅为约250ml的内容物，这无疑对消费者构成重大心理落差，且产品在运输、携带等方面带来严重不便。

②固、液混合型自发热包装存在很大概率无法正常启动

由于固、液混合型自发热物质内含有(体积占比约一半)液体水，在冬季户外零度左右环境，自发热包装内液体已结冰，无法触发启动机构，整体自加热功能丧失，产品失效。

③固、液混合型自发热反应本身释放大量气体

产生气体主要成分为氧气、二氧化碳，部分产品会释放氢气。这些气体或被直接释放到周围环境，或被密封在包装体系中被其他材料吸收；释放到周围环境的氢气，如在相对狭小的空间则会有爆炸的风险；密封吸收在包装内，会使吸收物质体积再膨胀，造成包装体积内外压力不均，在高海拔、低压区应用此产品会有包装爆、裂危险。

④固、液混合型自发热技术需要较长的加热时间

其本质原理在于反应前固、液处于分离状态，待到启动时，刺破包裹液体成分的薄膜结构，液体流出与固体接触发生化学反应放热；此时一般需要10～20分钟的时间，液体与固体全面接触后，才能达到放热的高峰，总体加热时间缓慢。

而美国的HeatGenie体系，是基于铝热反应的纯固体型加热物。在一定程度上克服了固、液混合型自发热技术存在的上述问题，但依然存在放热量不足、反应过程中产生气体等缺陷。

发明内容

本发明的目的，旨在提供一种自发热组合物，在实现加热时间短、放热量高的同时，确保体系的安全性和稳定性；

本发明的另一个目的，旨在提供一种上述自发热组合物的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种自发热组合物，它包括主加热试剂和引燃剂。

作为一种限定，所述主加热试剂包括铝粉、三氧化二铬、高锰酸钾和氟化钙。

作为另一种限定，所述引燃剂为锆粉。

作为进一步限定，以物质的量计，所述铝粉、三氧化二铬、高锰酸钾和氟化钙的用量比为2～3：3～4：1～2：1.5～3。

作为再进一步限定，以物质的量计，所述锆粉与铝粉的用量比为0.1～0.5：2～3。

作为更进一步限定，所述铝粉的粒径为5～50um；

所述锆粉的粒径为1～10um。

本发明还提供了上述自发热组合物的一种应用，所述自发热组合物用于自热食品。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

①本发明提供的主加热试剂中三氧化二铬与铝粉发生铝热反应时，由于发热能量高，用量减少，包装占比更小，自发热物质体积与待加热食品体积比仅为1:8～10，为消费者提供了更便携的使用体验，同时在生产、运输过程中更为经济方便，从而降低了成本；同时由于三氧化二铬本身在反应过程中不起爆且具有一定的沿线状传播的自持性，使得其作为氧化剂被应用于与食品、饮料自加热领域相关的自蔓延反应当中更具有安全性和高效性；

②本发明提供的自发热组合物可在各种严苛环境条件下迅速启动，不存在冰冻风险，可以满足消费者更多场景使用需要；

③本发明提供的自发热组合物启动后，无多余气体生成，从根本上避免包装爆、裂的危险，且所有反应后的生成物为纯金属及金属氧化物的固态混合物，不含对人体、环境有害物质，方便回收、循环再利用；

④本发明提供的自发热组合物启动后，仅需30～40s，即可完成加热，节约了加热时间，为消费者提供了更便携的使用体验；

⑤本发明选用锆粉作为引燃剂，其燃烧产物环保、对人体无害，锆在燃烧时释放的热量高，使得在本体系中仅需要微量锆粉便可以形成一个能量聚集点，进而触发主加热试剂反应。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明；

图1为本发明实施例7中不同自发热组合物对水温影响示意图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明的技术内容做进一步的说明：下述实施例是说明性的，而非限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，通常按照常规条件或按照所用检测材料、试剂制造厂商所建议的条件。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1一种自发热组合物

本实施例为一种自发热组合物A1，它包括以下成分：

(1)主加热试剂：粒径为5um的铝粉27g(1mol)、三氧化二铬304g(2mol)、高锰酸钾79g(0.5mol)和氟化钙58.5g(0.75mol)；

(2)引燃剂：粒径为5um的锆粉9.1g(0.1mol)。

实施例2～6自发热组合物

实施例2～6分别为一种自发热组合物A2～A6，它们的组分如表1所示：

锆粉与铝粉的用量比为0.1～0.5：2～3。

表1

实施例7实施例1～6自发热组合物的性能测试

本实施例为实施例1中制备自发热组合物A1的性能测试实验，它包括以下内容：

(1)分别分析自发热组合物与美国HeatGenie公布的两套技术方案中各组分的理化特性；

其中，美国HeatGenieⅠ体系中的自发热组合物B1：片状铝17.9g、氯酸钾14.3g、固体二氧化硅17.9g、气相二氧化硅3.5g、氟化钙10.7g、膨润土钠黏土35.7g；

美国HeatGenieⅡ体系中的自发热组合物B2：片状铝17.3g、氯酸钾13.8g、固体二氧化硅13g、气相二氧化硅3.5g、氟化钙10.4g、膨润土钠黏土34.3g、粒径为3微米的氧化铁7.7g；

分别取7g自发热组合物A1、自发热组合物B1和自发热组合物B2进行理化特性实验，结果如表2所示：

表2

由表2可知，本发明选用三氧化二铬作为氧化剂参与铝热反应，相较于美国HeatGenie体系中的二氧化硅和氧化铁，三氧化二铬具有加热用时短、热稳定性高、相同质量状态下生成热量高(为美国HeatGenieⅠ的1.8倍，美国HeatGenieⅡ的1.38倍)，且相同质量下有效加热成分占比高和总放热量高，从而减少加热试剂的用量，同时不会产生气体；因此，本发明具有便捷、轻便、安全、环保的有益效果；

(2)分别将7g实施例1中制备自发热组合物A1、自发热组合物B1和自发热组合物B2置于钢管中(直径14mm,高度50mm)，将上述钢管全部置于120g纯净水的容器中(管口与水面保持一致)，用电子打火器触发引燃剂，继而引发主反应发生，对水温进行实时监控，结果如图1所示；

由图1可知，在相同质量的情况下，自发热组合物A1将水温从室温23℃在45S内提升至约62℃，而自发热组合物B1将水温从室温23℃在90S内提升至约45℃，自发热组合物B2将水温从室温23℃在150S内提升至约53℃。

因此，在加热剂质量相同的情况下，本发明的自发热组合物与美国HeatGenieⅠ体系相比，加热时间缩短了约20％，放热量提升约50％；与美国HeatGenie II相比，加热时间缩短了约70％，发热量提升约33％。

(3)铝和不同氧化剂发生铝热反应时性能对比如表3所示(无其他催化剂参与)：

表3

由表3可知，Cr₂O₃、SiO₂和Fe₂O₃分别作为氧化剂与铝发生反应时，铝和Cr₂O₃引燃条件较高，传统镁条是无法引燃的，只能用锆粉或铝-氧化铁的传统铝热反应放出的热量才能引燃，因此本发明中选择锆粉进行引燃；另外，Cr₂O₃虽然参与反应放出热量居中，但由于其本身在反应过程中不起爆且具有一定的沿线状传播的自持性，使得其作为氧化剂被应用于与食品、饮料自加热领域相关的自蔓延反应当中更具有安全性和高效性。

安全性主要表现为：反应发生前，反应物具有热惰性，可耐受更高温度而不会触发反应，这为日后产品的运输和储存提供了更安全的保障；反应发生后，其产生的热量不足以熔化其内部金属单质或氧化物，确保无高温液态金属飞溅，这在铝和Cr₂O₃发生反应时是具备的特性；

高效性主要表现为：本发明提供的自发热组合物中，添加的助燃剂与助溶剂质量占比总和仅为30～50％，其作用是结合实际产品包装需要，使反应物即使在被密闭包裹(缺氧)的条件下，热量仍可以维持线性自蔓延反应所需的最小计量；总反应物内加入较少的助燃剂，有助于显著提升有效加热成分的质量占比，在相同质量下，释放更多热量。

Claims

1.一种自发热组合物，其特征在于，它包括主加热试剂和引燃剂。

2.根据权利要求1所述的一种自发热组合物，其特征在于，所述主加热试剂包括铝粉、三氧化二铬、高锰酸钾和氟化钙。

3.根据权利要求1所述的一种自发热组合物，其特征在于，所述引燃剂为锆粉。

4.根据权利要求2所述的一种自发热组合物，其特征在于，以物质的量计，所述铝粉、三氧化二铬、高锰酸钾和氟化钙的用量比为2～3：3～4：1～2：1.5～3。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的一种自发热组合物，其特征在于，以物质的量计，所述锆粉与铝粉的用量比为0.1～0.5：2～3。

6.根据权利要求2～4中任一项所述的一种自发热组合物，其特征在于，所述铝粉的粒径为5～50um；

所述锆粉的粒径为1～10um。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的一种自发热组合物的应用，其特征在于，所述自发热组合物用于自热食品。