【技術實現步驟摘要】
本申請涉及自發熱材料，特別是涉及一種自發熱顆粒及其制備方法、自發熱劑、自發熱裝置及應用。
技術介紹
1、自加熱技術發源于為滿足軍隊野外作戰的需要而研制的單兵自熱食品，自發熱材料是自熱裝置的核心組成部分。自發熱材料是指能夠通過化學反應或物理過程產生熱量的材料；其中化學反應型自發熱材料最為常見，化學發熱劑在接觸到特定條件（如空氣、水分或其他化學物質）時能夠產生化學反應而放出熱量。
2、最早投入應用的自加熱技術是利用生石灰水合反應，其放熱原理是cao與h2o反應生成ca(oh)2的過程中釋放熱量，反應過程無有害氣體產生；但存在單位質量發熱劑放熱量低、發熱包易受潮、保質期短等缺點，因此該類自發熱材料逐漸淘汰。
3、目前，自發熱材料已在自熱食品和醫療保健美容領域得到廣泛應用。常用的自發熱材料包括鋁基自發熱劑、鎂基自發熱劑和鐵基自發熱劑；其原理是微納米級金屬al或mg顆粒與水接觸，其表面發生水合反應，生成具有疏松多孔結構的氫氧化物，放出熱量；但其反應產物中包括氫氣，存在安全隱患。鐵在自然條件下的氧化反應速度緩慢，使用水、無機鹽、活性炭和鐵粉形成原電池能夠加快氧化反應速度，將化學能轉變為熱能；但是此類發熱劑發熱溫度低，通常無法滿足加熱食品和飲品的需要。
4、自發熱材料還可以利用金屬氧化反應放熱原理釋放熱量。fe等金屬材料的氧化物多呈現疏松多孔結構，適于氧化反應持續放熱；該反應在單位時間內釋放熱量較小，為獲得大量持續的熱能，需要對金屬進行超微細化處理，微米甚至納米級的金屬粉末的高比表面積能夠加快反應速度，從而
5、目前常用的自發熱材料的放熱原理包括鋁熱反應、鐵吸氧腐蝕氧化放熱、氧化還原放熱、鋁水反應放熱、鎂水反應放熱等；但是基于上述反應放熱原理的自發熱材料存在升溫慢、反應劇烈且溫度難以控制等缺點。
6、因此，傳統的自發熱材料仍有待進一步改進。
技術實現思路
1、基于此，本申請一個或多個實施例提供了一種使用方便、發熱快速、溫度可控的自發熱顆粒及其制備方法、自發熱劑、自發熱裝置及應用。
2、根據本申請實施例的第一方面，提供了一種自發熱顆粒，所述自發熱顆粒包括相互混合的金屬負極材料、正極材料和粘結劑；
3、其中，所述金屬負極材料、所述正極材料和所述粘結劑的質量比為(35~55):(10~20):(1~10)。
4、在其中一個實施例中，所述自發熱顆粒的粒徑為0.15mm~1.4mm。
5、在其中一個實施例中，所述正極材料包括碳材料；
6、可選地，所述碳材料包括活性炭、石墨、膨脹石墨、碳納米管和石墨烯中的一種或多種。
7、在其中一個實施例中，所述正極材料還包括催化劑；
8、可選地，所述催化劑包括貴金屬及其合金、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、功能化碳材料和金屬氮化物中的一種或多種。
9、在其中一個實施例中，所述碳材料和所述催化劑的質量之比為(90~100):(0~10)。
10、在其中一個實施例中，所述金屬負極材料包括鋁、鎂、鋅和鐵中的一種或多種。
11、在其中一個實施例中，以所述金屬負極材料的總重量計，所述鋁的質量百分數為80%~100%，所述鎂、所述鋅和所述鐵的質量百分數之和為0~20%。
12、在其中一個實施例中，所述粘結劑包括聚乙二醇、聚四氟乙烯、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、丙二醇、丙三醇、乙醇和水中的一種或多種。
13、在其中一個實施例中，以所述粘結劑的總重量計，所述羧甲基纖維素和所述羧甲基纖維素鈉的質量百分數之和為18%~22%。
14、一種上述的自發熱顆粒的制備方法，包括如下步驟：
15、將金屬負極材料、正極材料和粘結劑混合均勻，得到混合物；
16、對所述混合物與依次進行擠出造粒、干燥和篩選，得到自發熱顆粒。
17、一種自發熱劑，包括堿性電解質和上述的自發熱顆粒，所述堿性電解質與所述自發熱顆粒分開放置。
18、在其中一個實施例中，金屬負極材料、正極材料、粘結劑和堿性電解質的質量比為(35~55):(10~20):(1~10):(35~55)。
19、在其中一個實施例中，所述堿性電解質包括氫氧化鉀及其水合物、氫氧化鈉及其水合物、氫氧化鋰及其水合物、氫氧化鈣及其水合物、碳酸鉀及其水合物、碳酸鈉及其水合物、碳酸鋰及其水合物、碳酸鈣及其水合物、碳酸氫鉀及其水合物、碳酸氫鈉及其水合物、碳酸氫鋰及其水合物和碳酸氫鈣及其水合物中的一種或多種。
20、在其中一個實施例中，以所述堿性電解質的總重量計，所述氫氧化鉀及其水合物和所述氫氧化鈉及其水合物的質量百分數之和為80%~100%，所述碳酸鈉及其水合物、碳酸氫鉀及其水合物、碳酸氫鈉及其水合物、碳酸氫鋰及其水合物和碳酸氫鈣及其水合物的質量百分數之和為0~20%。
21、一種自發熱裝置，包括上述的自發熱劑。
22、一種上述的自發熱裝置的應用方法，將堿性電解質與自發熱顆粒接觸。
23、與傳統技術相比，本申請具有如下有益效果：
24、本申請將金屬負極材料和正極材料按特定比例混合制成正負極短路的顆粒狀材料，使用時將其與堿性電解質接觸，即可迅速發生金屬空氣氧化反應，具有發熱快速、溫度可控、發熱時間持久等優點。此外，本申請的自發熱顆粒存時無需隔絕空氣，儲藏更便利；反應時無需提供外源水和高溫觸發條件、無危險產物生成，安全風險低，適于在多種領域推廣應用。
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1.一種自發熱顆粒，其特征在于，所述自發熱顆粒包括相互混合的金屬負極材料、正極材料和粘結劑；
2.根據權利要求1所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述自發熱顆粒的粒徑為0.15mm~1.4mm。
3.根據權利要求1所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述正極材料包括碳材料；
4.根據權利要求3所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述正極材料還包括催化劑；
5.根據權利要求4所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述碳材料和所述催化劑的質量之比為(90~100):(0~10)。
6.根據權利要求1~5任一項所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述金屬負極材料包括鋁、鎂、鋅和鐵中的一種或多種。
7.根據權利要求6所述的自發熱顆粒，其特征在于，以所述金屬負極材料的總重量計，所述鋁的質量百分數為80%~100%，所述鎂、所述鋅和所述鐵的質量百分數之和為0~20%。
8.根據權利要求1~5、7任一項所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述粘結劑包括聚乙二醇、聚四氟乙烯、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、丙二醇、丙
9.根據權利要求8所述的自發熱顆粒，其特征在于，以所述粘結劑的總重量計，所述羧甲基纖維素和所述羧甲基纖維素鈉的質量百分數之和為18%~22%。
10.如權利要求1~9任一項所述的自發熱顆粒的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
11.一種自發熱劑，其特征在于，包括堿性電解質和權利要求1~9任一項所述的自發熱顆粒，所述堿性電解質與所述自發熱顆粒分開放置。
12.根據權利要求11所述的自發熱劑，其特征在于，金屬負極材料、正極材料、粘結劑和堿性電解質的質量比為(35~55):(10~20):(1~10):(35~55)。
13.根據權利要求11~12任一項所述的自發熱劑，其特征在于，所述堿性電解質包括氫氧化鉀及其水合物、氫氧化鈉及其水合物、氫氧化鋰及其水合物、氫氧化鈣及其水合物、碳酸鉀及其水合物、碳酸鈉及其水合物、碳酸鋰及其水合物、碳酸鈣及其水合物、碳酸氫鉀及其水合物、碳酸氫鈉及其水合物、碳酸氫鋰及其水合物和碳酸氫鈣及其水合物中的一種或多種。
14.根據權利要求13所述的自發熱劑，其特征在于，以所述堿性電解質的總重量計，所述氫氧化鉀及其水合物和所述氫氧化鈉及其水合物的質量百分數之和為80%~100%，所述碳酸鈉及其水合物、碳酸氫鉀及其水合物、碳酸氫鈉及其水合物、碳酸氫鋰及其水合物和碳酸氫鈣及其水合物的質量百分數之和為0~20%。
15.一種自發熱裝置，其特征在于，包括權利要求11~14任一項所述的自發熱劑。
16.權利要求15所述的自發熱裝置的應用方法，其特征在于，將堿性電解質與自發熱顆粒接觸。
...【技術特征摘要】
1.一種自發熱顆粒，其特征在于，所述自發熱顆粒包括相互混合的金屬負極材料、正極材料和粘結劑；
2.根據權利要求1所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述自發熱顆粒的粒徑為0.15mm~1.4mm。
3.根據權利要求1所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述正極材料包括碳材料；
4.根據權利要求3所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述正極材料還包括催化劑；
5.根據權利要求4所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述碳材料和所述催化劑的質量之比為(90~100):(0~10)。
6.根據權利要求1~5任一項所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述金屬負極材料包括鋁、鎂、鋅和鐵中的一種或多種。
7.根據權利要求6所述的自發熱顆粒，其特征在于，以所述金屬負極材料的總重量計，所述鋁的質量百分數為80%~100%，所述鎂、所述鋅和所述鐵的質量百分數之和為0~20%。
8.根據權利要求1~5、7任一項所述的自發熱顆粒，其特征在于，所述粘結劑包括聚乙二醇、聚四氟乙烯、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、丙二醇、丙三醇、乙醇和水中的一種或多種。
9.根據權利要求8所述的自發熱顆粒，其特征在于，以所述粘結劑的總重量計，所述羧甲基纖維素和所述羧甲基纖維素鈉的質量百分數之和為18%~22%。
10.如權利要求1~9...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊彤，杜文，李克，王志國，
申請(專利權)人：湖南中煙工業有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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