一种无火快速发热剂 【发明领域】
本发明属于无火发热剂材料领域，尤其涉及一种以铝的强酸盐等为酸性成分，以氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠等为碱性成分的无火快速发热剂。技术背景
在野外，在无煤、气、电等加热源，或不能用明火加热，或需简便快速加热等场合，有一种无火发热剂，用于快速加热饮食品为人们所需要。现在尽管已有若干种无火发热剂，例如CN1148076A公开了一种使氧化钙与水反应生成氢氧化钙，进一步与盐酸反应来加热的方法；CN1176988A公开了一种高效发热袋及其制备方法，其发热材料由铁粉，氢氧化钙，连二硫酸钠，活性炭，硫酸钠，沸石，硅砂，纤维素，过氧化钙，氯化钠，富马酸组成；和CN1172143A公开了一种发热剂，主要由铁粉、食盐、水、催化剂等组成，并且以木屑作为水的载体；以及其它等等。但这些加热剂或方法在快速、高温、高效、安全、无毒、无腐蚀性、价廉等性能方面还不理想。发明内容
本发明的目的是在于提供一种快速、高温、高效、安全、价廉的无火发热剂，经适当的包装后主要用于金属罐盒装的各种食品和饮料的直接加热。也可以用作需无明火加热的其它场合，例如在环保领域加热废弃物用于杀菌、脱水和降解。
众所周知，多数脱水无机盐都有不同程度的水化反应热，部分脱水盐还具有水化后的固化热。石灰石经煅烧后制得的活性氧化钙是一种价廉易得的干燥剂和发热剂。经过筛选和优化组合，构成了本发明的技术方案中以脱水铝强酸盐和非铝强酸盐为酸性组分，以活性氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾等为碱性组分的启动快速、高温高效、安全价廉的化学发热剂配方及其配制方法。其发热量至少由物料的水化放热，酸碱中和放热和固化放热三部分构成。
本发明的发热剂包括40-120重量份脱水铝强酸盐，10-50重量份脱水非铝强酸盐，20-200重量份碱性成分，0.5-15重量份疏松剂，任选的适量香料(一般为发热剂的0.01-0.5wt％)，20-300重量份启动液。
优选地本发明发热剂包括60-80重量份脱水铝强酸盐，20-40重量份脱水非铝强酸盐，20-180重量份碱性成分，1-10重量份疏松剂，20-300重量份启动液，和任选的适量香料(一般为发热剂的0.01-0.5wt％)。
其中脱水铝强酸盐包括脱水硫酸铝，脱水三氯化铝，脱水硝酸铝等，脱水硫酸铝是特别优选的；其中脱水非铝强酸盐包括脱水硫酸镁，脱水硫酸锰，脱水硫酸铁，脱水硫酸铜，脱水硫酸锌，脱水氯化镁，脱水氯化铜，脱水氯化锌，脱水氯化锰等中的一种或多种的混合物，其中脱水硫酸镁、脱水硫酸锰、脱水硫酸铁是特别优选的。
可以将上述盐的工业水合盐经烘干脱水、破碎过筛制得所述脱水盐。
碱性成分包括活性氧化钙，无水氢氧化钠，无水氢氧化钾等，或它们任意比例的混合物。活性氧化钙是更优选的。活性氧化钙是通过将石灰石经900-1200℃煅烧，破碎过筛制得，最佳烧成温度根据石灰石来源的不同要由实验确定。简单的确定方法是：取煅烧破碎块粒置于水中，立即反应呈现爆裂现象视为活性优良。活性氧化钙组分也可以由熟石灰，即氢氧化钙为原料，经500-600℃分解活化焙烧后，再经无粘合剂造粒机造粒制得。在使用无水氢氧化钠、氢氧化钾等的情况下，用量应比活性氧化钙小，例如一般为10-60重量份。并且需现配现用。
疏松剂为常用疏松剂，例如盐化陶粒，活性炭等，其中具有疏松作用、同时兼有放热作用的疏松剂是最优选的。
盐化陶粒是普通建筑陶粒碎粒，其主要成分是硅铝酸盐，经饱和碳酸钠液浸透，再经烘干制得。它与水也产生放热反应。配入后提高了物料的疏水性，改善了物料的放热性能。
任选加入的微量或少量香料，是由于无机脱水盐在水化反应时多少带有一点异味，配入后以去除、调正其气味为人们可以接受直至舒适好闻的程度。
启动液可以是普通水(如自来水)，饮料，水溶液等，在缺水的场合也可以用尿或其它呈弱酸或弱碱性的果汁或其它溶液代替。在需要启动时，将水与发热剂固体物料互相混合。
采用上述组分配方内的任一配方配制的发热剂与水或尿混合后，都具有相同或相近的发热性能。适合于加热饮食罐盒的启动液的用量为50-100重量份。
本发明技术的材料特性与发热主要原理是：
配方中除香料外，各组分单独遇水都产生放热反应。将上述各自准备好的组分都破碎过筛大于20目，直径小于5毫米的颗粒相混合构成视比容为0.60-0.95克/毫升的固体物料。遇水后在几秒至几十秒钟内快速启动放热反应。酸性组分随脱水非铝强酸盐，如硫酸镁量的增加启动发热时间缩短，总物料随碱性成分，例如活性氧化钙的活性增大、配量增多启动发热时间缩短。物料遇水自身发热温度为105-175℃，随加入水量的减少自发热温度升高，随之反应的充分程度降低。自发热时间可以持续几分钟。在水量较多时，随固体颗粒的增大或者大颗粒比例增多，自发热反应时间延长。发热量至少由物料的水化放热、酸碱中和放热和固化放热三部分组成。在适合于加热饮食罐盒启动液用量为50-100范围时，反应冒出水蒸汽时固体料熔化呈糊状物，最后随冷却凝固成固体块粒，其组成是氢氧化物和复合硫酸盐的混合物。一次性使用后的丢弃物溶于水，水溶液呈弱酸性或弱碱性。当活性和配比都合适时反应毕物料的pH值都接近于中性，对环境不造成污染。其中硫酸铝组分的选择是在无害、廉价的前提下，在可选金属硫酸盐范围内，它不仅是水化放热值为最大，总释酸量大、而且水化释酸反应温和，呈现逐阶释酸的特点。这样即可获得最多的酸碱中和热，而且反应液酸度不高，还延长了放热时间。它的水化释酸过程可以以下简要描述：
一阶
二阶
三阶
这种反应毕的丢弃物的成分为其所组成的铝、钙、钠、钾、镁、锰、铁、铜、锌等原来组分的氢氧化物或者是复合硫酸盐或者是它们的混合物，丢弃后对周围的水质和土壤为无害。在使用过程中万一溅射在手或衣物上，经水洗或浸泡便自溶。发热剂在配制过程中只需烘干脱水和煅烧石灰石以及破碎过筛混合等工序，都为无毒气氛不会对环境造成大的污染。在保存和运输过程中不会因振动、碰撞、阳光照射等而发生爆炸等事故。只要密封不吸潮就可以较长时间的保存有效。所以这是一种使用安全、环保型发热剂。
本发明所提供的发热剂，所用原料来源广泛丰富、价格低廉、配制方便、生产和使用过程和丢弃物对环境无污染、启动放热迅速、发热量大、发热温度高、放热性能好。采用适当的包装便可用来直接加热饮食品和用于其它不能有明火加热的场合。
为了便于了解该发热剂的物料性能，现提供以下实施例来说明，但应该理解的是，这些实施例仅用于说明的目的，而不限制本发明的范围。
实施例1
测试都在一只直径3.6厘米，高13厘米的聚四氟乙烯塑料瓶并作容器、量筒量取水一次性倒入。表中A、M分别代表硫酸铝和硫酸镁的脱水物，B为三氯化铝，P为硫酸锰，下标为该二元组分的含量。Ca为活性氧化钙，取自北京门头沟石灰石经1150℃烧成。Ca*为该CaO经充分水化得Ca(OH)2粉末，再经550℃焙烧制得的活性氧化钙粉末，N代表NaOH。终了pH测试，对于粉末，团块和块粒都经水煮测其液的pH值。发热剂的组成(g)加水量(ml)启动发热时间(s)最高温度(℃)终末物质终末pH值 A0.7M0.333g+Ca67g 20 3175粉末+生料7 A0.7M0.333g+Ca67g 30 3160粉末+生料7 A0.7M0.333g+Ca67g 100 5，沸腾107块粒7 A0.7M0.325g+Ca75g 100 5，沸腾105块粒9 A0.7M0.320g+Ca80g 50 4，沸腾108块粒+粉末12 A0.7M0.380g+Ca20g 50 10，沸腾105团块4 A0.7M0.370g+N30g 50 3，沸腾110块粒6 A0.7M0.390g+N10g 50 12，沸腾105糊状物4 A0.8M0.260g+Ca*30 g+陶粒10g+五香 粉半药勺 50 8，沸腾， 五香味105块粒5 A0.8M0.290g+Ca10g 150 20，沸腾101稀粥状3 B0.7P0.333g+Ca67g 30 7154℃粉末+生料7-8
实施例2
用雪碧350ml饮料罐盛350毫升水，置于700毫升耐温塑料杯内，杯内装(A0.7M0.360克+Ca90克)混合料于罐的底部及边缘，测水温18℃。
一次性倒入启动水75毫升，3秒钟开始发热，沸腾，冒出水蒸汽，10分钟水温升至62℃，测物料液pH为6-7。
实施例3
用露露250ml饮料罐盛250ml水，置于底直径605厘米，上口直径9.5厘米的锥形厚纸板卷成的加热筒内，筒内装(A0.7M0.380克+Ca120克)混合料于罐底部及边缘，测水温11℃。
一次性倒入启动水140毫升，4秒钟开始发热，沸腾，冒出水蒸汽，15分钟水温升至82℃，测物料液pH为6-7。