專利名稱:用于固體燃料/引火物組合物的可燃隔膜包裝材料的制作方法
本發(fā)明是有關包裝固體或膠凝熱用燃料(Solid or gelled heating fuels)的一種新方法。
固體或膠凝熱用燃料具有廣闊的潛在應用背景，它不僅處理簡單方便，而且是比較安全的熱源。便攜式膠凝熱用燃料可作民用，例如野營、各種野炊、引火(fire-starting)、急用的熱源和光源等等。膠凝熱用燃料在軍事上也是不可少的，比如象戰(zhàn)地給養(yǎng)的加熱(heating of field ration)等。
目前廣泛采用的膠凝燃料是用金屬皂膠凝化的乙醇，或粉末狀三惡烷的壓制體，壓制可用壓塑助劑(compaction aids)例如硬脂酸鎂和有機粘結劑，也可以不用壓塑助劑，也可用三噁烷熔體固化而得。經(jīng)壓制或熔融，然后經(jīng)模塑或用其它成型方法制成膠凝熱用燃料，例如粒狀三噁烷，其優(yōu)點在于沒有毒性，又容易點燃，三噁烷發(fā)光度低，尤其適用于軍事目的。然而，膠凝熱用燃料也不是盡善盡美的，諸如粒狀三噁烷燃料，其熱值較低，約為4000千卡/公斤的數(shù)量級。另一方面，雖然三噁烷和其它氧化烴膠凝燃料具有低發(fā)光度，它用于戰(zhàn)地或許是很有利的，但是由于光焰不明顯，不易被覺察，可能導致意外的燒傷和失火。
按照美國專利申請836，792(1986年3月6日提交)所述的發(fā)明，在固體三噁烷燃料中，加入某種無毒鈉鹽以便增加它的火焰發(fā)光度，這是可行的。此外，美國專利申請836，889(1986年3月6日提交)提出，在三噁烷燃料中，加入鏈烷二醇的二烷基醚，可增加它的熱值。通過上述對三噁烷熱用燃料的改進，可以確信這些燃料將作為使用方便安全、可攜帶的熱源而被采用。
正如上述三噁烷熱用燃料，雖然可以增加膠凝燃料的熱值和火焰發(fā)光度，從而提高它的使用安全性，但是，由于許多膠凝燃料容易揮發(fā)，即在通常條件下由容器中升華，因此這些燃料仍然是有缺陷的。這樣，揮發(fā)性強的膠凝燃料必須保存在密閉的容器內，以防止它由于升華而造成過多的損失。一種用于固體或膠凝熱用燃料顆粒的典型容器或包裝是由金屬薄膜做成的，例如用鋁箔緊緊地裹住燃料顆粒四周。這樣，為了使用燃料，首先必須打開金屬箔，然后將打開的燃料點燃。在使用膠凝熱用燃料前，先打開緊裹的封裝，這是很不方便的，這種不便在軍事上應用就更突出了，因為對戰(zhàn)地使用來說，時間、安全、設備簡化都是十分重要的。
一種已知的包裝固體或膠凝燃料的方法，尤其是用作火爐的引火物或裝飾圓木(decorative logs)，是用可燃性包裝紙包裝圓柱形(logshaped)燃料。為了使用這種燃料，先點燃包裝紙，例如沿著包裝紙的邊緣點火，然后由包裝紙的火焰引燃固體圓柱形燃料，在使用前不用除去包裝紙。如上所述，許多膠凝燃料尤其是膠凝氧化烴燃料，甚至在正常大氣條件下也要從容器中揮發(fā)。因此，對于揮發(fā)性強的燃料，紙蓋或紙包裝是不完全令人滿意的，這是因為這種多孔的紙蓋將不能防止燃料升華，而且包裝紙不見得能包緊凝膠、燃料顆粒以密封住燃料防止它升華。
如果易升華的固體或膠凝燃料可以緊密地封裝在易燃包裝材料內，那么這將是一個明顯的優(yōu)點。因此，為固體或凝膠燃料提供一種可燃的包裝材料，以便不必打開包裝就可點燃固體燃料，這正是本發(fā)明的一個目的;本發(fā)明的另一個目的是用一種可燃的包裝材料緊緊地封裝揮發(fā)性強的固體或膠凝燃料，以防止其升華。
本發(fā)明的這些目的，內容及優(yōu)點，通過下述說明，對于那些熟悉技術的人員將是容易明白的。
按照本發(fā)明，將片狀、粒狀，以及其它形狀的固體燃料用可燃的無孔隙塑料膜包起來。使用可燃塑料膜來包裝固體燃料，可以在點燃燃料前不必打開包裝，只要引燃這種新型包裝，便可很簡單地點燃固體燃料，然后由包裝材料燃燒的火焰再引燃固體燃料，包裝材料及燃料將完全燒盡。重要的是塑料膜是可燃的，或者能維持火焰，而不只是熔融后便脫離開火源。
除可燃外，用這種塑料膜來包裝固體燃料，還有其它優(yōu)點。因為可以將這種膜做成無孔隙材料，而且柔性又非常好，可以緊緊地包住成型后的燃料。再則塑料膜，尤其是熱塑性膜可以用加熱方法封口，例如用熱熔法，或者用超聲波焊接法(ultrasonic welding)。此外，塑料膜在固體燃料周圍形成一層密封隔離層，從而防止由于揮發(fā)性強所造成的燃料升華。
圖1是按照本發(fā)明方法，用塑料膜包裝固體燃料顆粒的剖視圖。
圖2是可供選擇的另一種用塑料膜包裝固體燃料顆粒的剖視圖。
本發(fā)明適用于任何現(xiàn)成的固體或膠凝熱用燃料。此種燃料可以由燃料熔融，然后成型再冷卻制得;也可以用膠凝劑例如金屬皂類，使普通的液體燃料膠凝;還可以通過壓制普通固體粉末燃料而得到。此外，膠凝燃料也可以由液體烴類或氧化烴類在一種聚合物基體中膠凝制得，這種聚合物基體在美國專利3，355，269中提到，該專利在此引為參考。可以膠凝的氧化烴類有乙酸乙酯;1，4-二噁烷;1，3-二氧戊環(huán);碳酸二乙酯;乙二醇二乙醚;二縮乙二醇二甲醚;三噁烷;乙酸丙酯;乙酸丁酯;乙酸戊酯;乙酸己酯;丙酸甲酯;丁酸甲酯;甲酸乙酯;二縮乙二醇二乙醚;二乙基甲酰(diethyl formyl);二甲基乙縮醛等等?？梢阅z凝的液體烴類包括最好不多于10個碳原子的飽和烴類，而且它的沸點至少為約35℃，以防止由于揮發(fā)而損失過多。比較滿意的此類液體烴類有庚烷，辛烷，環(huán)己烷，甲基環(huán)己烷，二甲基環(huán)己烷，飽和脂類的汽油餾分，完全氫化的環(huán)芳族化合物。較理想的熱用燃料包括用某種方法使之膠凝的液體烴類，可以熔融的燃料，例如三噁烷，它可以經(jīng)熔融制得熱用燃料，也可以用壓塑助劑例如硬脂酸金屬鹽和有機粘合劑，將干燥的固體經(jīng)壓制而得。
膠凝燃料的形狀如何并不重要，因此它們可以是條狀、粒狀、燭狀等等，這些都可以用。為了滿足各種民用需要，膠凝燃料可以加工成合乎需要的形狀，例如戶外應用如野營用，就可以加工成顆粒狀供做飯，燒水，或燒做其它食物。此外膠凝燃料也可以做成圓柱形或蠟燭狀，以供熱或照明，或者既供熱又照明。同樣，這種燃料還可做成燭狀以供家庭照明，或做成更大的圓柱形作為壁爐的引火圓柱物(starting log)，或者產(chǎn)生彩色火焰(decorative fire)以供熱和照明。膠凝熱用燃料用作便攜式熱源時最好做成10至30克重的顆粒，它可以在野外使用，同樣也可以用于軍事上戰(zhàn)地供熱。
用作本發(fā)明包裝隔膜的塑料薄膜其化學組分可以是任何可燃的合成樹脂，用可燃的意思是指這種塑料應維持火焰，而不應只是熔融便脫離開火源，應是很易點燃并迅速燃燒。此外塑料膜最好基本上是無孔的，以防止那些膠凝燃料大量揮發(fā)，因為這種燃料在正常大氣情況下，即大約在25℃下很容易升華。可用作塑料膜的材料有聚縮醛樹脂，纖維素有硝酸纖維素，纖維素丁酸酯，纖維素乙酸酯和纖維素丙酸酯。
根據(jù)本發(fā)明，聚縮醛工程樹脂即甲醛聚合物是制備可燃性包裝隔膜較理想的材料，用甲醛聚合物制備本發(fā)明的包裝隔膜這在技術上是廣為熟悉的。這種聚合物是以有-CH2O-氧化亞甲基重復基團或單元為特征的，此處的甲醛聚合物是指任何至少約含有50%-CH2O-基團重復單元的氧化亞甲基聚合物，例如均聚物，共聚物，三元共聚物等等。
一般情況下，均聚物是由無水甲醛聚合制得，或者用甲醛的三聚環(huán)體三噁烷聚合制得，例如高分子量的甲醛聚合物可由三噁烷在某種氟化物催化劑(如氧化銻)存在下聚合制得，也可以用氟化硼與有機化合物的配位絡合物作催化劑高收率且快速地制得。這已在由赫金和貝拉爾丹內利(Hudgin and Berardinelli)在1957年10月21日提交的申請專利號為691，143的專利中提到過。
經(jīng)封端或加入穩(wěn)定劑通?？墒咕畚锏臒岱€(wěn)定性提高，所用穩(wěn)定劑可如多爾西和貝拉爾丹內利(Dolce and Berardinelli)在美國專利3，133，896中所提到的。
特別適用于本發(fā)明作隔層包裝的甲醛聚合物為甲醛的共聚物，它可按沃林(Walling)等的美國專利3，027，352所述的共聚和方法制得。例如三噁烷與至少具有兩個相鄰碳的任何一種環(huán)醚如環(huán)氧乙烷、二惡戊烷等進行共聚。
尤其適用于本發(fā)明作隔層包裝的甲醛共聚物，通常具有較高的結晶度，即大約為70%至80%。這些理想的甲醛共聚物具有的重復單元的組成主要是(a)-OCH2-基團，由(b)基團間隔，(b)為下述一般結構式
此處的R1和R2從下列基團中選取氫，低級烷基，鹵代低級烷基;R5從下列基團中選取亞甲基，氧化亞甲基，低級烷基或鹵代烷基取代的亞甲基及低級烷基或鹵代烷基取代的氧化亞甲基;n為0至3的某一整數(shù)。
每個低級烷基最好含有1個或2個碳原子，(a)的-OCH2-單元約占整個重復單元的85%至99.9%。(b)單元可以在共聚合反應制造共聚物期間通過打開具有相鄰碳原子的環(huán)醚，也即打開碳氧鍵，加入到共聚物中。
一般說來，用于制備理想的甲醛共聚物的環(huán)醚用下列通式表示
此處R1和R2從氫、低級烷基和鹵代低級烷基等基團中選取;R3從亞甲基、氧化亞甲基、低級烷基或鹵代烷基取代的亞甲基，以及低級烷基或鹵代烷基取代的氧化亞甲基中選取;n為0至3之間的某個整數(shù)，每個低級烷基最好有1個或2個碳原子。
用于制備理想的甲醛共聚物的環(huán)醚最好是環(huán)氧乙烷和1，3-二氧戊環(huán)，它們可以用下式表示
這里的n為0至2之間的一個整數(shù)。其它可用的環(huán)醚有1，3-二噁烷，氧雜環(huán)丁烷，1，2-環(huán)氧丙烷，1，2-環(huán)氧丁烷，1，3-環(huán)氧丁烷，以及2，2-二-氯代甲基-1，3-環(huán)氧丙烷。
用于制備合乎要求的甲醛共聚物的催化劑最好是前面提到的三氟化硼，這已在前面沃林等同一專利中提過。欲進一步了解聚合條件，催化劑用量等，可查閱該專利。
用較理想的環(huán)醚制得的氧化亞甲基共聚物基本上具有氧化亞甲基和氧化亞乙基的結構，它們的比例大約為6∶1至大約1000∶1。
關于氧化亞甲基三元共聚物的制備，例如，它可以通過三噁烷、環(huán)醚和/或環(huán)縮醛反應制得，象制備氧化亞甲基的共聚物一樣，再與第三單體，如二縮水甘油醚一類的二官能團化合物反應來制取?？s水二甘油醚的結構式如下
此處Z代表碳-碳鍵，氧原子，含1至8個碳原子的氧-烷氧基，最好是含2至4個碳原子的氧-烷氧基;它也可以是含4至8個碳原子的氧-環(huán)烷氧基，或者是一個氧-多聚低級烷氧基，最好含2至4個重復基團(每個重復基團有1個或2個碳原子)，例如亞乙基二縮水甘油醚，二縮水甘油醚，以及2分子縮水甘油與1分子的甲醛、二噁烷或三噁烷形成的二醚;或者是2分子縮水甘油與1分子帶有2至8個碳原子的脂族二醇(最好是2至4個碳原子)形成的二醚，或者帶有4至8個碳原子的脂環(huán)族二醇。
適宜的二官能團化合物的具體例子有乙二醇、1，4-丁二醇、1，3-丁二醇、環(huán)丁-1，3-二醇、1，2-丙二醇、環(huán)己-1，4-二醇和2-二甲基-4-二甲基-環(huán)丁-1，3-二醇等等的二縮水甘油醚，最好是用丁二醇二縮水甘油醚。
一般情況下，在制備由三噁烷、環(huán)醚和/或環(huán)縮醛與至少一個二官能團的二縮水甘油化合物組成的三元共聚物時，三噁烷的重量百分比為99.89%至89.0%，環(huán)醚和/或環(huán)縮醛重量百分比為0.1%至10%，二官能團化合物重量百分比為0.01%至1%，以這樣的比例最佳，這里的百分數(shù)是以用于形成三元共聚物的單體總重量為100%。這樣所得到的三元共聚物基本上是白色的，并且具有極佳的可擠出性。
使用氧化亞甲基聚合物，如有必要還可包括增塑劑，甲醛清除劑，潤滑劑，抗氧劑，填料，著色劑，增強劑，光穩(wěn)定劑，顏料，以及其它穩(wěn)定劑等等，均屬于本發(fā)明范圍。
合成樹脂用通常的模塑技術例如擠壓成型加工薄膜或薄片，這樣制成本發(fā)明的包裝隔膜，膜或片的厚度為約0.5微米至約200微米，通過簡單的將膜包在膠凝燃料四周，再用熱熔法或模表面的超聲波焊接術將燃料四周的膜密封起來，這樣便包裝好了。
為了包裝使用方便，可以用可燃而又無孔的膜來包裝固體或膠凝燃料，如圖1所示，表明了本發(fā)明的一種新包裝的具體實例，其中可燃膜的一個或多個邊沿著燃料面延伸，作為封裝燃料的一個或多個引火點。圖1中數(shù)字1表示固體或凝膠燃料，數(shù)字2表示可燃塑性包裝材料，沿著燃料1用塑料膜2將它緊緊包起來，在熔接點3例如用熱熔法或超聲波焊接術等將塑料膜封好。塑料膜2至少有一邊4延伸出燃料塊1，以作為封裝燃料的引火點。一旦邊4點燃整個膜便引燃，此后它又點燃固體燃料，這樣，固體燃料1和塑料膜2就燃燒起來。
另一種包裝方法如圖2所示，圖中固體或膠凝燃料10被封裝在容器壁11和頂蓋12內，容器壁可用金屬箔如鋁箔制成，頂蓋用上述可燃塑料膜制成，塑料膜與金屬箔在接點13密封，方法可采用圖1具體實例中所述的熱熔法或超聲波焊接術。此外，膜12至少有一邊14延伸出燃料塊10，以使封裝的燃料容易點燃。在這個具體說明中，金屬箔11起到了支撐燒著燃料的作用。如果如圖2所示沿著燃料塊以杯形折疊，將燃料的底和各邊都圍起來，以便使點燃的燃料的火焰和熱更集中，那么這個支撐物又進一步起到了熱的反射器(reflector)作用。
權利要求
1.一種封裝的固體或膠凝熱用燃料，包括由通常的液體燃料或可熔融燃料經(jīng)成型而得的固體燃料和包裹該成型燃料的可燃的塑料膜。
2.權利要求
1的封裝燃料，其中所述塑料膜為無孔膜。
3.權利要求
1的封裝燃料，其中所述燃料在大約25℃下升華。
4.權利要求
1的封裝燃料，其中所述塑料膜包括聚縮醛樹脂膜。
5.權利要求
1的封裝燃料，其中所述塑料膜的厚度大約為0.5微米至約200微米。
6.權利要求
1的封裝燃料，其中所述塑料膜至少有一邊延伸出成型的燃料塊，以便提供易于引燃該封裝燃料的引燃點。
7.權利要求
1的封裝燃料，還包括一個該成型燃料的支撐物。
8.權利要求
7的封裝燃料，其中所述支撐物為金屬箔。
9.權利要求
8的封裝燃料，其中所述金屬箔為鋁箔。
10.權利要求
8的封裝燃料，其中所述支撐物為一杯形支撐物，它緊貼該燃料的底面和各側面。
11.權利要求
1的封裝燃料，其中所述固體燃料是以三噁烷為基質的燃料。
12.權利要求
11的封裝燃料，其中所述固體燃料形狀為10至30克顆粒狀。
13.封裝的固體燃料，它包括由通常的液體燃料或可熔融燃料經(jīng)成型而得的固體燃料和包裹該成型燃料的聚縮醛樹脂膜。
14.權利要求
13的封裝燃料，其中所述膜至少有一邊延伸出該燃料塊，以便提供易于引燃封裝燃料的引燃點。
15.權利要求
13的封裝燃料，該燃料至少還有一面有支撐物。
16.權利要求
15的封裝燃料，其中所述支撐物為一杯形支撐體，它至少包復該燃料的底面和各側面。
17.權利要求
13的封裝燃料，其中所述燃料為三噁烷。
18.權利要求
13的封裝燃料，其中所述聚縮醛樹脂薄膜的厚度大約為0.5微米至約5微米。
19.一種封裝的固體燃料，包括經(jīng)成型的三噁烷固體燃料和包裹該三噁烷燃料的聚縮醛樹脂膜，該樹脂至少有一邊延伸出該成型燃料塊，以便提供易于引燃該封裝燃料的引燃點。
20.權利要求
19的封裝燃料，該成型燃料至少還有一面有金屬箔支撐物。
專利摘要
一種用于封裝固體或膠凝熱用燃料的新方法為，用可燃的塑料膜將該成型燃料四周包裹起來，該塑料膜最好是無孔的，以防止燃料的升華。
文檔編號C10L11/04GK87104120SQ87104120
公開日1987年12月30日 申請日期1987年6月9日
發(fā)明者杜安L·道桑, 阿萊克斯·弗希爾姆 申請人:賽蘭尼斯公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan