空氣激活型食品自加熱組合物及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種空氣激活型食品自加熱組合物及其制備方法與應(yīng)用。該自加熱組合物，其有效成分包括鋅粉、活性炭、電解液和催化劑。該自加熱器不需要水作為激活劑，使用方便，撕開包裝袋即開始放熱，在-30℃以上的各種作戰(zhàn)環(huán)境下都能啟動(dòng)；采用空氣激活方式，60秒內(nèi)加熱器的溫度達(dá)到80℃以上；產(chǎn)品維持在80℃以上的時(shí)間不低于10min；食品凈含量與加熱器的重量比不低于5比1；加熱過(guò)程中無(wú)有毒、可燃?xì)怏w產(chǎn)生，放熱過(guò)程中不產(chǎn)生氫氣和水蒸氣，安全性和隱蔽性都很好；無(wú)明顯氣味；使用過(guò)程中無(wú)需加水；很干凈，食品包裝袋上不會(huì)有任何污染物。
【專利說(shuō)明】空氣激活型食品自加熱組合物及其制備方法與應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣激活型食品自加熱組合物及其制備方法與應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]美軍從20世紀(jì)70年代就開始了單兵野戰(zhàn)口糧熱食化的研究，具體工作由納蒂克陸軍研究發(fā)展工程中心負(fù)責(zé)組織實(shí)施。1980年美軍研制成功一種非車載式口糧加熱裝置，反應(yīng)類型為鎂水水合型，主要用來(lái)加熱單兵快餐口糧的主菜，1983年開始，對(duì)該加熱裝置進(jìn)行全面改進(jìn)，其后正式生產(chǎn)了 ZT牌無(wú)火焰口糧加熱器。1991年，在美軍的沙漠風(fēng)暴中，有4500萬(wàn)個(gè)無(wú)火焰口糧加熱器運(yùn)到海灣地區(qū)，使前線士兵在惡劣的環(huán)境下仍能吃到可口的熱食，極大提高了部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。該種自加熱器存在的嚴(yán)重不足之處是加熱反應(yīng)中產(chǎn)生氫氣，因此在很多情況下存在安全隱患。美軍在發(fā)現(xiàn)這一嚴(yán)重不足后，不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn):一是在加熱片中加入清除劑，從而清除一部分反應(yīng)中產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)；二是將鎂-水加熱器用多層箔包裝，增強(qiáng)防潮、防水性能，從而防止在潮濕環(huán)境下運(yùn)輸和貯存時(shí)產(chǎn)生氫氣。
[0003]從1993年起，美軍著名的單兵快餐口糧MRE開始配備無(wú)火焰口糧自加熱器，反應(yīng)類型為鎂鐵型，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的野戰(zhàn)快餐口糧熱食化。不過(guò)由于該加熱器在使用過(guò)程中有氫氣產(chǎn)生，曾發(fā)生過(guò)多起因氫氣而引發(fā)的火災(zāi)，因此美軍明確規(guī)定該產(chǎn)品不得在密閉環(huán)境下使用。另外由于美軍對(duì)食品的加熱溫度要求不高，只要超過(guò)38°C就符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，因此其加熱方式都是單面加熱，不需經(jīng)常翻動(dòng)，使用操作方便。
[0004]美軍一直沒(méi)有中斷研制新型無(wú)火焰加熱器的努力。最近美軍報(bào)道了一種新型軍用食品無(wú)火焰加熱器，該加熱器基于Zn在空氣中氧化放熱機(jī)理研制而成，不需要任何額外激活劑，只需撕開包裝與空氣接觸即可反應(yīng)放熱，也沒(méi)有任何如H2等副產(chǎn)物的產(chǎn)生，操作十分方便，加熱速率與鎂鐵型加熱器相當(dāng)，價(jià)格相對(duì)合理，使用過(guò)程隱蔽性強(qiáng)，可在12分鐘內(nèi)將230g的軟包裝主食罐頭從4°C加熱到60°C，放熱速度可控。
[0005]英軍無(wú)火焰加熱器的研究起步較晚，但發(fā)展較快。英國(guó)Hotcan有限公司于1986年生產(chǎn)出一種能自動(dòng)加熱的食品罐頭，反應(yīng)類型為生石灰水合型，供部隊(duì)在寒區(qū)訓(xùn)練、值勤、演習(xí)和在戰(zhàn)時(shí)使用。該自熱罐頭由內(nèi)外兩個(gè)圓罐組成，中間置有一個(gè)裝水的塑料袋和一定量的氧化鈣顆粒。在加熱之前，先將罐蓋取下放在罐底，然后用配套的刺針將頂部三個(gè)預(yù)制孔刺破，使水袋漏水，再將提環(huán)向上和向后提拉，使水與氧化鈣顆粒進(jìn)行充分的化學(xué)反應(yīng)，約10分鐘左右，內(nèi)罐裝的425克食物可加熱到50°C以上。自熱罐頭品種有煨牛肉、雞肉和咖哩飯等，貯存期兩年，在艦船上可存放一年半。20世紀(jì)90年代中期，英軍通過(guò)采用美國(guó)ZestoTherm公司的鎂水水合型加熱器技術(shù)及美國(guó)Heatmeals公司的塑料盒裝食品生產(chǎn)技術(shù)，裝配出了代表英軍最高水平的單兵自熱食品，與其以前的自熱罐頭相比，其體積、成本、使用方便性等都有了很大的提高。
[0006]日本于1985年由東洋公司首先生產(chǎn)出用于加熱日本清酒的自熱罐，反應(yīng)類型為生石灰水合型。1988年研制出三種一次性自熱食品容器，該容器分上下兩部分，容器上部盛放食品，下部盛放熱劑和激活劑，使用時(shí)拉動(dòng)容器外的拉環(huán)，使激活劑流到熱劑上產(chǎn)生放熱反應(yīng)。
[0007]日本自衛(wèi)隊(duì)為保證士兵在任何條件下都能吃上熱食，從2000年11月份開始裝備“II型野戰(zhàn)口糧加熱器”。該野戰(zhàn)口糧加熱器主要成分為鐵粉、活性炭、蛭石、食鹽、水。工作原理是鐵粉與空氣中的氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氧化熱，同時(shí)通過(guò)化學(xué)催化劑加速這種氧化熱的產(chǎn)生。使用方法與民用懷爐相同，但溫度要高的多。加熱器外包裝尺寸為
16.3X25cm，每袋內(nèi)有兩個(gè)加熱單元，尺寸為13.2X20cm。II型野戰(zhàn)口糧有兩袋軟包裝米飯，使用時(shí)需要三個(gè)加熱單元。為防止?fàn)C傷，外面用毛巾包裹。每份口糧的加熱時(shí)間為一個(gè)小時(shí)。該口糧加熱器無(wú)須外加水，反應(yīng)過(guò)程不產(chǎn)生氫氣，反應(yīng)廢棄物不污染環(huán)境，但加熱時(shí)間較長(zhǎng)。
[0008]此外，日本自衛(wèi)隊(duì)還使用一種主要由日本eag-trading有限公司生產(chǎn)的鋁水型無(wú)火焰加熱器，該產(chǎn)品以鋁水電化學(xué)反應(yīng)為基本原理，使用時(shí)將加熱器放入代自鎖口的專用直立袋內(nèi)，將被加熱食品放入直立袋內(nèi)，加入130mL水，關(guān)閉自鎖口，加熱器溫度可快速升至98度，20分鐘之內(nèi)即可完成食品的加熱。該加熱器不易控制，但較II型野戰(zhàn)口糧加熱器加熱時(shí)間大幅縮短，比較適合加熱含水量較高的食品，如飲料、肉類硬罐頭等，不適合加熱米飯、面條等淀粉類食品。
[0009]比利時(shí)和荷蘭是較早研制自加熱食品的國(guó)家。其加熱容器由兩個(gè)金屬罐套裝而成,大罐底部預(yù)先放入生石灰等熱劑,食品放入小罐中密封后再放入大罐。兩罐之間的空隙處放有熱劑、激活劑和具有絕熱作用的發(fā)泡聚苯乙烯材料。這種裝置可將溫度加熱到50°C以上，加熱時(shí)間約10-20分鐘，所加熱的食品主要是土豆泥、蔬菜布丁等糊狀、醬狀食品。
[0010]法軍裝備部隊(duì)的單兵戰(zhàn)斗口糧與美軍的相似，同樣實(shí)現(xiàn)了單兵野戰(zhàn)口糧的熱食化，但加熱方式不同，配套在該口糧中的加熱器為固體燃料，與其配套使用的還有一簡(jiǎn)易爐架、一盒火柴、一個(gè)持罐夾。這套加熱器主要用來(lái)加熱口糧中的主菜罐頭。該套口糧是法軍主要的、可實(shí)現(xiàn)熱食化的單兵野戰(zhàn)口糧。
[0011]我軍是從20世紀(jì)80年代中期開始無(wú)火焰加熱器的研制，當(dāng)時(shí)采用的類型大部分是生石灰水合型。生石灰水合型初步實(shí)現(xiàn)了食品的自加熱功能，但水合過(guò)程的放熱密度很小、溫度低，僅適合于在室溫條件下將食品溫?zé)嶂?0°C左右，此外，由于該加熱器單位重量發(fā)熱量低、產(chǎn)熱及加熱食品不均勻，體積大、產(chǎn)熱控制困難，反應(yīng)產(chǎn)物氫氧化鈣污染環(huán)境嚴(yán)重、產(chǎn)品易吸水受潮等問(wèn)題已被淘汰。20世紀(jì)90年代初，鋁水型加熱器開始商品化生產(chǎn)，主要用于加熱盒裝的中式蒸煮米飯和副食包。由于鋁水型熱劑，存在熱劑用量較大，反應(yīng)激烈不易控制，熱損失大，熱效率低，終產(chǎn)品易吸水受潮等問(wèn)題已被淘汰。
[0012]我軍目前大規(guī)模裝備部隊(duì)的09單兵自熱食品所使用的加熱器即鎂-鐵(Mg-Fe)合金加熱器是一種加熱性能優(yōu)良的加熱器，在部隊(duì)得到了廣泛應(yīng)用，使我軍的野戰(zhàn)飲食熱食化保障邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。其發(fā)熱原理是:
[0013]Mg+2H20 = Mg (OH) 2 I +H2 ? +352.8kJ (I)
[0014]該反應(yīng)的理論放熱密度是5.85kJ/g (包括Mg和H20的重量)，其特點(diǎn)是放熱密度大、放熱速度可控、適用溫度范圍廣(_30°C以上)、價(jià)格便宜、環(huán)保。不足之處也很明顯:
[0015]1、需要H2O做反應(yīng)介質(zhì)(加熱300g米飯需要配30g自熱材料和I1g水)，使用不方便(必須平放、頻繁上下翻動(dòng))，在戰(zhàn)場(chǎng)上是一個(gè)不利的因素。
[0016]2、在環(huán)境溫度較低的情況下，產(chǎn)生大量白霧即水蒸氣，特別是集中使用時(shí)現(xiàn)象很明顯，不利于士兵隱蔽，易暴露目標(biāo)。
[0017]3、產(chǎn)生大量H2，在密閉環(huán)境中存在安全隱患，因此該加熱器不適合在坑道、潛艇等密閉環(huán)境或者有明火或電器集中易產(chǎn)生電火花的環(huán)境和條件下使用。
[0018]此外，我軍研制了裝備于坑道、潛艇等密閉環(huán)境的碳鐵型加熱器，其放熱原理是:
[0019]2Fe+2KMn04+H20 = Fe203+2Mn02+2K0H+824.2kJ (2)
[0020]該加熱器不產(chǎn)生氫氣、無(wú)不良?xì)馕?、放熱效率高、啟?dòng)速度快、使用更方便，特別適合密閉環(huán)境使用，優(yōu)越性能是前幾代加熱器無(wú)可比擬的。但激活也需要使用較多水(加熱300g米飯需要配90g自熱材料和45g水)，產(chǎn)熱量低于鎂鐵型，生產(chǎn)成本較高，制造工藝復(fù)雜，因此沒(méi)有得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的是提供一種空氣激活型食品自加熱組合物及其制備方法與應(yīng)用。
[0022]本發(fā)明提供了一種自加熱組合物，其有效成分包括鋅粉、活性炭、電解液和催化劑。
[0023]上述自加熱組合物也可只由上述組分組成。
[0024]其中，所述電解液為氫氧化鉀水溶液；所述電解液的濃度為0.05-0.15mol/L ；
[0025]所述催化劑為二氧化錳；
[0026]所述活性炭的比表面積為600-900m2/g，具體為600m2/g、750m2/g或600_750m2/g，孔隙率為60-70%，具體為60%、65%或60-65%，孔徑為1.5-2.5nm，具體為2,2.5或2-2.5nm。
[0027]所述鋅粉、活性炭、電解液、催化劑的用量比為4.5-5g:0.75-1.25g:1_1.5mL:0.25-0.75g，具體為 4.75g:1g:1.25mL:0.5g。
[0028]所述自加熱組合物還包括粘合劑；
[0029]其中，所述粘合劑具體由聚四氟乙烯乳液和乙醇組成；所述聚四氟乙烯乳液與乙醇的質(zhì)量比具體為0.8-1.2:1.8-2.2，更具體為1:2 ；
[0030]所述粘合劑與所述鋅粉的質(zhì)量比為5.5-6.5:0.9-1.1，具體為6:1。
[0031]上述本發(fā)明提供的自加熱組合物的產(chǎn)生熱量的原理是電化學(xué)反應(yīng)放熱。金屬鋅粉與空氣中的氧氣在電解質(zhì)的存在下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng):㈠Zn I KOHlO2 (+)
[0032]原電池的正負(fù)極緊密接觸，相當(dāng)于電池處于短路狀態(tài)，放出大量的熱從而達(dá)到加熱食品的目的。
[0033]根據(jù)新型加熱器的放熱機(jī)理，基本配料必須包含如下組成:陰極材料金屬粉，陽(yáng)極材料C粉，電解質(zhì)溶液，催化劑。陰極和陽(yáng)極材料需通過(guò)一定的工藝制成接觸緊密的微電池，為了能在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，大量的微型電池需要集中，所需配料應(yīng)包括電解質(zhì)溶液。當(dāng)被電解質(zhì)水溶液浸濕的原料，與O2接觸后，即發(fā)生以金屬為陰極的電化學(xué)反應(yīng)，
并產(chǎn)生熱量。
[0034]在特定催化劑的催化下，上述配方可在空氣中發(fā)生放熱反應(yīng)，與空氣接觸的多少?zèng)Q定了反應(yīng)放熱量的大小和反應(yīng)劇烈程度。據(jù)試驗(yàn)，一袋300g軟包裝米飯罐頭加熱升溫380C需熱量96kJ，而一片新型加熱器包含42g Zn粉，完全反應(yīng)后可產(chǎn)生225kJ的熱量，是軟罐頭升溫所需熱量的2倍還多。由此可見，上述配方制成的加熱器發(fā)熱量足以滿足加熱自熱主食對(duì)熱量的需求。
[0035]上述自加熱組合物中，鋅粉的選擇基于以下研究:
[0036](一 )放熱量分析
[0037]鎂-鐵和碳-鐵型自熱材料都是利用活潑金屬的電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生熱量的，存在的突出問(wèn)題是需要水作為激活劑。水既是氧化劑也是電解質(zhì)溶劑，沒(méi)有水就不能形成電解質(zhì)，電化學(xué)反應(yīng)不能進(jìn)行。
[0038]還有一類活潑金屬的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，空氣中的氧氣是氧化劑，水只起電解質(zhì)溶劑的作用、不參與反應(yīng)。這類電化學(xué)腐蝕反應(yīng)需要氧氣和水同時(shí)存在才能進(jìn)行，因此只要控制其中一個(gè)因素就能控制放熱速度。能與氧氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的常用金屬有:
[0039]Zn+l/202 = Zn0+350.5kJ(3)
[0040]Fe+3/402 = l/2Fe203+412.1kJ (4)
[0041]Al+3/402 = l/2Al203+837.85kJ (5)
[0042]這類電化學(xué)反應(yīng)也需要水作為電解質(zhì)溶劑，但水并不參與反應(yīng)，因此水的需要量很少，自熱材料被濕潤(rùn)即可，水過(guò)量還會(huì)阻止空氣的交換、降低反應(yīng)速度。氧氣來(lái)源于空氣，不占自熱材料的重量。控制以上電化學(xué)反應(yīng)速度的最佳方法是控制空氣的流量。空氣就是激活劑，關(guān)閉空氣，放熱反應(yīng)即停止。不考慮水、電解質(zhì)和氧氣的重量，以上三個(gè)反應(yīng)的理論放熱密度分別可以達(dá)到5.36kJ/g、7.39kJ/g、31.03kJ/g。
[0043]幾種金屬的密度比較:鎂1.7g/cm3,招 2.7g/cm3,鋅 7.lg/cm3,鐵 7.8g/cm3。Mg-Fe型自熱材料中，水參與反應(yīng)。在計(jì)算放熱密度時(shí)，必須考慮水的重量。盡管鎂很輕，在考慮水的重量以后，自熱材料的理論放熱密度僅為5.88kJ/g。實(shí)際使用時(shí)，由于大量水形成蒸汽被氫氣帶走，自熱材料的放熱密度遠(yuǎn)低于這個(gè)值。反應(yīng)(3)的理論放熱密度比Mg-Fe型低8.8%，反應(yīng)(4)比Mg-Fe型的高25.7%，反應(yīng)(5)達(dá)到后者的5.28倍。以空氣為激活劑的自熱材料中，需要加入重量比20?50%的附加物即電解質(zhì)、水、活性炭、催化劑、粘合劑、蓬松劑等，因此實(shí)際放熱密度要比理論值低20?50%。
[0044](二)自熱材料的篩選
[0045]1、以鋅為發(fā)熱源的自熱材料
[0046]鋅是兩性金屬，在不同pH值環(huán)境下的氧化行為也不同。在酸性環(huán)境下，鋅與酸發(fā)生氫置換反應(yīng)生成氫氣(反應(yīng)式6);在堿性環(huán)境下，有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，一是鋅與氫氧根發(fā)生氫置換反應(yīng)也生成氫氣(反應(yīng)式7)，另一個(gè)是鋅與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)(反應(yīng)8):
[0047]Zn+2H+ = Ζη2++Η2 ?(6)
[0048]Ζη+20Γ = ZnO廣+H2 ? (7)
[0049]Ζη+1/202 = ZnO(8)
[0050]在強(qiáng)堿性、缺乏氧氣的環(huán)境下，反應(yīng)11優(yōu)先發(fā)生；在弱堿性、氧氣充足的環(huán)境下，反應(yīng)12優(yōu)先發(fā)生。
[0051]2、以鋁為發(fā)熱源的自熱材料
[0052]鋁的性質(zhì)與鋅有很多相似之處，也是一種兩性金屬，在不同pH值環(huán)境下的氧化行為也不同。在酸性環(huán)境下，鋁與酸發(fā)生氫置換反應(yīng)生成氫氣(反應(yīng)式9);在堿性環(huán)境下，有兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，一是鋁與氫氧根發(fā)生氫置換反應(yīng)也生成氫氣(反應(yīng)式10)，另一個(gè)是鋁與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)(反應(yīng)11):
[0053]A1+3H+ = Al3++3/2 H2 丨(9)
[0054]A1+30F = AlO廣+3/2? 丨(10)
[0055]Al+3/202 = 1/2A1203(11)
[0056]在強(qiáng)堿性、缺乏氧氣的環(huán)境下，反應(yīng)10優(yōu)先發(fā)生；在弱堿性、氧氣充足的環(huán)境下，反應(yīng)11優(yōu)先發(fā)生。但是，金屬鋁的表面常覆蓋一層非常惰性的氧化膜即Al2O3，這層氧化膜需要在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性而且加熱的環(huán)境下才能被破壞、反應(yīng)才能繼續(xù)進(jìn)行，其反應(yīng)條件比鋅苛刻很多。
[0057]3、以鐵為發(fā)熱源的自熱材料
[0058]鐵在堿性條件下非常穩(wěn)定，在酸性條件下很活潑，產(chǎn)生氫氣(反應(yīng)式12);在中性而且氧氣充足的條件下，鐵與氧氣發(fā)生反應(yīng)并放出大量熱(反應(yīng)式13):
[0059]Fe+2H+ = Fe2++H2 ?(12)
[0060]Fe+3/402 = l/2Fe203(13)
[0061]催化劑、電解質(zhì)、碳粉及粘合劑的選擇基于以下研究:
[0062]在自然條件下，以上三種金屬的氧化速度都很慢，放熱速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到食品自熱材料的要求。為了提高放熱速度，必須采用合適的氧催化劑。目前，在空氣電池方面使用最廣泛、技術(shù)成熟的催化劑是二氧化錳(MnO2)、錳酸鑭鍶(Lai_xSrxMn03)、鋰錳復(fù)合氧化物(Li2O-MnO2)。
[0063]鋅和鋁的放熱反應(yīng)需要?dú)溲趸?KOH)為電解質(zhì)，鐵的放熱反應(yīng)以食鹽為電解質(zhì)。
[0064]碳粉的種類很多而且性質(zhì)各不相同，包括石墨、活性炭、乙炔黑。碳粉在自熱材料中起兩方面的作用:一是導(dǎo)電體，它將金屬粉與催化劑連接在一起形成短路的電池；二是氧氣的通道，空氣中的氧氣通過(guò)碳粉內(nèi)部的孔隙擴(kuò)散到金屬顆粒的表面并與金屬發(fā)生放熱反應(yīng)。因此，碳粉的孔隙和比表面積都要大。
[0065]水在空氣激活型自熱材料中僅僅起形成電解質(zhì)的作用，它并不參與電化學(xué)反應(yīng)，因此需要量很小。電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在固一液一氣三相界面處(固體即金屬粉末，液體即電解質(zhì)，氣體即氧氣)。三相界面處的液體和氣體比例必須合適才能有利于放熱反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行而且很快。如果液體過(guò)多，三相界面的氣體少，反應(yīng)速度慢、放熱也慢；液體過(guò)少就無(wú)法形成電解質(zhì)，反應(yīng)速度也慢、放熱也少。粘合劑必須具備透氣、不透水的特點(diǎn)才能使三相有合適的比例。目前，在空氣電池方面應(yīng)用最多的粘合劑是聚四氟乙烯乳液。聚四氟乙烯是一種疏水材料，它與自熱材料混合、干燥后，形成多孔疏松的發(fā)熱體，能保持空氣的暢通，自熱材料中的電解質(zhì)溶液不會(huì)過(guò)量。
[0066]上述本發(fā)明提供的自加熱組合物在制備自加熱器中的應(yīng)用，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0067]本發(fā)明還提供了一種制備自加熱器的方法，包括如下步驟:
[0068]除所述電解液的其他各組分按照配比混合后加入所述粘合劑混勻，碾壓成片后干燥，再置于所述電解液中抽真空，真空包裝后得到所述自加熱器。
[0069]上述方法的干燥步驟中，溫度為55_65°C，具體為55°C、60°C、55_60°C，時(shí)間為1-2小時(shí)，具體為1.5小時(shí)、2小時(shí)或1.5-2小時(shí)；
[0070]所述抽真空步驟中，真空度為0.02-0.04MPa,具體為0.03MPa,時(shí)間為25_35分鐘，具體為30分鐘；
[0071]所述真空包裝步驟所用包裝材料為隔氧隔濕的材料，具體為由聚酯、粘合層和乙烯-乙烯醇共聚物復(fù)合的薄膜材料。
[0072]本發(fā)明還提供了一種自加熱器，由前述本發(fā)明提供的自加熱組合物和包裝于所述自加熱組合物外面的包裝材料組成。
[0073]所述包裝材料具體為隔氧隔濕的材料，更具體為由聚酯、粘合層和乙烯-乙烯醇共聚物復(fù)合的薄膜材料。
[0074]本發(fā)明還提供了一種加熱食品的方法，該方法包括如下步驟:撕開前述本發(fā)明提供的自加熱器中的包裝材料后，與待加熱食品接觸。
[0075]上述加熱食品的方法中，所述待加熱食品具體可為米飯。
[0076]本發(fā)明提供了一種可替換現(xiàn)行加熱器的空氣激活型自發(fā)熱加熱器，不需要水作為激活劑，使用方便，撕開包裝袋即開始放熱，具有發(fā)熱量大、性能穩(wěn)定、無(wú)毒、操作方便、價(jià)格便宜等特點(diǎn)，具體而言，該新型加熱器在-30°C以上的各種作戰(zhàn)環(huán)境下都能啟動(dòng)；采用空氣激活方式，60秒內(nèi)加熱器的溫度達(dá)到80°C以上；產(chǎn)品維持在80°C以上的時(shí)間不低于1min ；食品凈含量與加熱器的重量比不低于5比I ;加熱過(guò)程中無(wú)有毒、可燃?xì)怏w產(chǎn)生，放熱過(guò)程中不產(chǎn)生氫氣和水蒸氣，安全性和隱蔽性都很好；無(wú)明顯氣味；使用過(guò)程中無(wú)需加水；很干凈，食品包裝袋上不會(huì)有任何污染物。該新型加熱器的成功研制對(duì)我軍軍用食品的熱食化保障具有重要的意義。

【具體實(shí)施方式】
[0077]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所述方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。所述原材料如無(wú)特別說(shuō)明均能從公開商業(yè)途徑而得。
[0078]實(shí)施例1
[0079]按照如下步驟制備自加熱器:
[0080]I)將鋅粉4.75g、活性炭lg、濃度為0.lmol/L的氫氧化鉀水溶液1.25mL、催化劑二氧化錳0.5g加入燒杯中，加入由質(zhì)量比為1:2的聚四氟乙烯乳液和乙醇組成的粘合劑28.5g中混合攪拌；其中，所用活性炭的比表面積為750m2/g，孔隙率為65%，孔徑為2nm ；
[0081]2)將原材料混合物用輥壓機(jī)反復(fù)碾壓成片，然后放入干燥箱中烘干，溫度為60°C，干燥時(shí)間為1.5小時(shí)后，將自熱器片剪切成需要的尺寸。自熱器片的表面微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)部有豐富的微孔，這些微孔就是自熱器發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所；
[0082]3)把剪切好的自熱器片放入電解質(zhì)溶液中，抽真空30min，真空度為0.03MPa，使自熱器片充分吸收氫氧化鉀水溶液；
[0083]4)將處理好的自熱器片在真空手套箱中真空包裝，包裝材料隔氧隔濕，易開口，為由聚酯、粘合層和乙烯-乙烯醇共聚物復(fù)合的薄膜材料，得到本發(fā)明提供的自加熱器。
[0084]米飯加熱實(shí)驗(yàn)
[0085]把兩片該實(shí)施例所得自加熱器包覆在米飯食品袋兩面，將熱電偶插入米飯中，利用電腦溫度采集卡自動(dòng)記錄米飯升溫溫度，獲得結(jié)論如下:
[0086]1、25°C室溫條件下，自加熱器片產(chǎn)生足夠熱量，60s自加熱器溫度可達(dá)95°C，最高溫度可達(dá)120°C，可將米飯加熱至90°C以上并保持15min。
[0087]2、-25°C寒冷條件下，自加熱器片也可產(chǎn)生足夠熱量，60s自加熱器溫度可達(dá)90°C，最高溫度可達(dá)110°C，可將米飯加熱至80°C以上并保持15min。
[0088]實(shí)施例2
[0089]按照如下步驟制備自加熱器:
[0090]I)同實(shí)施例1步驟I)，僅將所用活性炭的比表面積替換為600m2/g，孔隙率替換為60%，孔徑替換為2.5nm ；
[0091]2)同實(shí)施例1步驟2)，僅將干燥的溫度由60°C替換為55°C，干燥的時(shí)間由1.5小時(shí)替換為2小時(shí)；
[0092]3)4)同實(shí)施例1的步驟3)和4)，得到本發(fā)明提供的自加熱器。
[0093]米飯加熱實(shí)驗(yàn)
[0094]把兩片該實(shí)施例所得自加熱器包覆在米飯食品袋兩面，將熱電偶插入米飯中，利用電腦溫度采集卡自動(dòng)記錄米飯升溫溫度，獲得結(jié)論如下:
[0095]1、25°C室溫條件下，自加熱器片產(chǎn)生足夠熱量，60s自加熱器溫度可達(dá)85°C，最高溫度可達(dá)115°C，可將米飯加熱至85°C以上并保持15min。
[0096]2、-25°C寒冷條件下，自加熱器片也可產(chǎn)生足夠熱量，60s自加熱器溫度可達(dá)80°C，最高溫度可達(dá)100°C，可將米飯加熱至80°C以上并保持lOmin。
【權(quán)利要求】
1.一種自加熱組合物，其有效成分包括鋅粉、活性炭、電解液和催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于:所述自加熱組合物由所述鋅粉、活性炭、電解液和催化劑組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合物，其特征在于:所述電解液為氫氧化鉀水溶液；所述電解液的濃度為0.05-0.15mol/L ； 所述催化劑為二氧化錳； 所述活性炭的比表面積為600-900m2/g，孔隙率為60-70%，孔徑為1.5-2.5nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的組合物，其特征在于:所述鋅粉、活性炭、電解液、催化劑的用量比為 4.5-5g:0.75-1.25g:1-1.5mL:0.25-0.75g，具體為 4.75g:1g:1.25mL:0.5g。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的組合物，其特征在于:所述自加熱組合物還包括粘合劑； 其中，所述粘合劑具體由聚四氟乙烯乳液和乙醇組成；所述聚四氟乙烯乳液與乙醇的質(zhì)量比具體為0.8-1.2:1.8-2.2，更具體為I:2 ； 所述粘合劑與所述鋅粉的質(zhì)量比為5.5-6.5:0.9-1.1，具體為6:1。
6.權(quán)利要求1-5任一所述自加熱組合物在制備自加熱器中的應(yīng)用。
7.一種制備自加熱器的方法，包括如下步驟: 將權(quán)利要求1-4任一所述除所述電解液的其他各組分按照配比混合后加入權(quán)利要求5所述粘合劑混勻，碾壓成片后干燥，再置于權(quán)利要求1-4任一所述電解液中抽真空，真空包裝后得到所述自加熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述干燥步驟中，溫度為55-65°C，具體為60°C，時(shí)間為1-2小時(shí)，具體為1.5小時(shí)； 所述抽真空步驟中，真空度為0.02-0.04MPa,具體為0.03MPa,時(shí)間為25-35分鐘，具體為30分鐘。
9.一種自加熱器，由權(quán)利要求1-5任一所述自加熱組合物和包裝于所述自加熱組合物外面的包裝材料組成。
10.一種加熱食品的方法，包括如下步驟:撕開權(quán)利要求9所述自加熱器中的包裝材料后，與待加熱食品接觸。
【文檔編號(hào)】B65D81/34GK104293309SQ201410386993
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】鄭志強(qiáng), 耿戰(zhàn)輝, 王越鵬, 劉嘉喜, 崔燕, 劉晉, 馬天驕 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所