一种自发热材料的配方的制作方法

专利名称一种自发热材料的配方的制作方法
技术领域本发明涉及一种自发热材料的配方。
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勻，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的配方，发热配方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。配方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，使各部分均勻，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该成硅藻土。并且 我们采用正交实验研究它的最优配方。
本发明是这样来实现的，其特征是按下列重量克数组成铁40_60g、硅藻土 7. 5-12g、活性炭 4. 0-5. 5g、盐 2. 8-4. 0g、水 18_26g。其最优配方是(1)铁为 40g、50g、60g、70g、80g 时硅藻土、活性炭、盐、水分别为 12g、5. 5g、4. Og和 26g；(2)硅藻土为 7. 5g、9. OgUO. 5g、12g、13. 5g 时铁、活性炭、盐、水分别为 60g、5. 5g、 4. Og 和 26g ；③活性炭为4. 0g、4. 5g、5. 0g、5. 5g、6. Og时铁、硅藻土、盐、水分别为60g、12g、
4.Og 和 26g ；④盐为2. 8g、3. 2g、3. 6g、4. 0g、4. 4g时铁、硅藻土、活性炭、水分别为60g、12g、
5.5g 和 26g ；⑤水为18、20、22、24、26g时铁、硅藻土、活性炭、盐分别为60g、12g、5. 5g和4. Ogo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。
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为本发明食盐对持续时间的影响图。图8为本发明食盐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。
具体实施例方式实验药品还原铁粉 CP100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 CP200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 (1)取一 250ml烧杯，按顺序分别加入B g硅藻土、C g活性炭、D g食盐、A g铁 粉和E g水，同时搅拌使其混合均勻并记下时间。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°C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°C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，得出最优配方。(3)确定最佳配方后做各因素对持续时间和最高温度的影响分析。①铁为40g、50g、60g、70g、80g 硅藻土活性炭盐水分别为 12g、5. 5g、4. Og 和 26ml②硅藻土为7. 5g、9. OgUO. 5g、12g、13. 5g 铁活性炭盐水分别为 60g、5. 5g、4. Og 和 26ml③活性炭为4. 0g、4. 5g、5. 0g、5. 5g、6. Og 铁硅藻土盐水分别为 60g、12g、4. Og 和 26ml④盐为2. 8g、3. 2g、3. 6g、4. 0g、4. 4g 铁硅藻土活性炭水分别为 60g、12g、5. 5g 和 26ml⑤水为18、20、22、24、26ml铁硅藻土活性炭盐分别为60g、12g、5. 5g和4. Og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°C时的时间。3. 1实验结果表一 注1 实验过程中温度为25°C，持续时间单位为小时分注2 :1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 响因子铁粉>水>硅藻土>活性炭>食盐。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>铁粉>硅藻土>活性炭 >食盐。最低温度为56°C，最高温度为76°C，平均温度在65°C以上。达到最高温度时各物 质量如表三。表三 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配方，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配方，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 注1 实验过程中温度为25°C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、食盐为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°C，而还原铁粉为80g、硅藻土 为10. 5g、活性碳粉为5. 0、食盐为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°C。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配方为如下 3. 3因素影响(下面所有实验中的温度均为25°C )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 从图1中我们可以看出随着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铁粉对持续时间和最高温
度的影响，结果如下表 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，使各部分均勻，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，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 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铁粉对持续时间和最高温度的 影响，结果如下表 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，说明食盐太少或太多对自发热体系都 不太好。食盐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铁粉对持续时间和最高温度的
影响，结果如下表 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。
权利要求
一种自发热材料的配方，其特征是由按下列重量克数组成铁40-60g、硅藻土7.5-12g、活性炭4.0-5.5g、盐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的配方，其特征是最优配方是(1)铁为40g、50g、60g、70g、80g时硅藻土、活性炭、盐、水分别为12g、5.5g、4. Og和26g ；(2)硅藻土为7. 5g、9. OgUO. 5g、12g、13. 5g 时铁、活性炭、盐、水分别为 60g、5. 5g、4. Og 和 26g ；③活性炭为4.0g、4. 5g、5. 0g、5. 5g、6. Og时铁、硅藻土、盐、水分别为60g、12g、4. Og和26g ；④盐为2.8g、3. 2g、3. 6g、4. 0g、4. 4g时铁、硅藻土、活性炭、水分别为60g、12g、5. 5g和26g；⑤水为18、20、22、24、26g时铁、硅藻土、活性炭、盐分别为60g、12g、5.5g和4. Ogo
全文摘要
一种自发热材料的配方，由按下列重量克数组成铁40-60g、硅藻土7.5-12g、活性炭4.0-5.5g、盐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。
文档编号C09K5/16GK101838523SQ20101018503
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者彭强, 熊宝存, 谢英宝 申请人:南昌航空大学