一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末及其制备工艺的制作方法

1.本发明属于食品自加热粉末领域，具体涉及一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末及其制备工艺。


背景技术：

2.近年来，自热火锅和自热米饭等食品的快速兴起，使得用于提供加热热量的自热粉末需求日渐加大。自热粉末通过快速化学反应在短时间内产生大量的热量来为被加热食品提供热源。超腐蚀合金材料在腐蚀过程中会释放大量的热量和氢气，从而可以用于食品的加热。镁铁自热粉末就是这类超腐蚀合金材料的典型代表，其中mg的电极电位为
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2.37 v，fe的电极电位为
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0.44 v，它利用镁和铁金属的电位差，在水或盐溶液介质中产生许多微电极进而形成微电池发生腐蚀反应，理论上每1克镁粉腐蚀反应可以释放热量高达近15焦耳，释放的氢气高达900多毫升。因此，少量的镁铁自热粉末就可以满足野外或居家快速进行食品的加热。
3.目前镁铁合金粉末的制备大都采用球磨法为代表的的机械合金化方法，将一定粒度的高纯度的镁粉和高纯度的铁粉在球磨机中，按照一定的球料比装填后，在惰性气体保护下进行球磨，最终获得需要粒度尺寸和镁铁比例等要求的镁铁自热粉末。但是随着生产批量的加大，该方法制备获得的镁铁自热粉末存在以下几方面的问题：一是镁铁自热粉末的粒度均匀性控制难度较大，在球磨的过程中，会产生大量过大或过小的无效粉末，有的因为粒度太大反复球磨而氧化，有的因为粒度太小无法形成有效的镁铁结合，过大的粒度范围不利于后期自热粉末的包装和使用；二是镁铁合金粉末中镁和铁两种主要元素的比例及分布难以有效控制，有的镁粉表面铁粉的粒度大小不均匀、表面分布不均匀、不同镁粉表面分布的铁粉比例差别较大，最终导致在自腐蚀反应过程中，要么反应启动速度或快或慢，要么反应后剩余的镁铁粉末量不可控，甚至有的会出现镁粉明显未参与反应而大量残留的问题。
4.因此，如何开发一种可高效加热的镁铁自热粉末，使得镁铁自热粉末在食品领域的应用得到不断深化和拓展，具有很好的经济价值和社会意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对镁铁自热粉末存在的以上问题，提供了一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末及其制备工艺，采用镁片/铁丝的多层卷心结构，获得的粉末粒度均匀可控、且镁铁比例合理可控、铁组分的分布均匀，使得该自然粉末的加热效率高、持续时间长，并且粉末充分参与反应。
6.本发明一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末，采用的技术方案如下：所述粉末包括镁和铁，所述粉末为卷心结构，相邻两层镁片内部均匀包裹有连续的铁丝。
7.所述粉末中的单层镁片厚度不超过1毫米。
8.所述粉末中的铁丝直径不超过0.5毫米。
9.所述粉末中还包括氯化钠或氯化钾。
10.所述粉末还包括铝粉和/或生石灰。
11.一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末的制备工艺，包括以下步骤：s1：将一张矩形薄板状镁片水平放置，将一组平行排列的纯铁铁丝移动并铺放到所述薄板状镁片表面的对应位置，采用平面压板沿竖直方向压向纯铁铁丝和薄板状镁片，使得部分纯铁铁丝被压入到薄板状镁片中固定起来，将所述纯铁铁丝两端超出所述薄板状镁片的部分切除；s2：采用硬质圆柱轧辊对上一步骤中处理的薄板状镁片进行水平辊压处理，直到纯铁铁丝和薄板状镁片之间的边界变得模糊，此时纯铁铁丝和薄板状镁片之间通过塑性变形彼此牢固的结合在一起；s3：将上一步骤获得的薄板状镁片进行多次重复对折折叠，并在每次折叠后马上进行一次辊压处理，直到获得所需尺寸的细条；s4：将上一步骤中获得的细条平行排列，根据需要先沿细条长度方向进行预切割，然后再将垂直于所述细条的切刀置于所述细条的上方，所述切刀按照需要向下切割所述细条；在上述切割过程中，所述切刀表面持续喷射工业无水乙醇，避免出现粉末粘刀或粉末氧化；s5：将上一步骤中切割获得到的粉末进行自然风干，即得到镁铁自热粉末。
12.所述步骤s1中纯铁铁丝的直径至少比薄板状镁片的厚度小0.2毫米。
13.所述步骤s1中的平面压板表面设有与所述纯铁铁丝位置对应的平行凸楞条带。
14.所述凸楞条带的宽度范围为0.5
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1毫米，且所述凸楞条带的上表面为平面，所述凸楞条带的位置根据所述纯铁铁丝位置和密度的需要进行调整。
15.所述步骤s3中对薄板状镁片进行多次重复对折折叠过程中，通过再次引入纯铁铁丝实现所述粉末中铁镁比例的调整。
16.所述粉末中不同层的镁片之间相互连续或不连续。
17.本发明一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末及其制备工艺，与现有技术相比，具有以下优点：1.本发明的粉末采用卷心式结构，将连续铁丝包裹到镁片当中，使得粉末中镁组分和铁组分始终处于紧密接触的状态，还可以根据需要准确便捷的进行镁和铁比例的调节，使得粉末可以快速启动自腐蚀反应。
18.2.本发明的粉末利用连续铁丝代替分散铁粉的设计，显著区别于传统镁铁自热粉末。传统的镁铁自热粉末中，铁粉以颗粒状分布在镁基体表面，当出现外界原因或腐蚀反应导致表面铁粉与镁粉分离后，剩余的镁粉将不能再继续反应而被残留下来；本发明中微段铁丝的存在，使得每一粒自热粉末中铁组分和镁组分的接触都是连续和有效的，由于连续铁丝微段的存在，即使一个粉末的部分位置出现铁组分和镁组分的分离，但只要该粉末颗粒中有任意一个位置有铁丝微段与镁片基体接触，则镁片的反应将完全正常进行，从而有效避免残留问题。
19.3.本发明的粉末制备方法，采用多次折叠和辊压的方法利用挤压塑性变形效应，将镁和铁有效固定在一起，显著改善了镁和铁组分的结合强度，形成高活性的镁铁自热粉
末，进而调节自腐蚀反应的启动和反应速度，调控反应时间，最终实现对食品的高效加热。
20.4.本发明的粉末制备方法，可以采用自动化设备进行批量开展，且生产过程的工作环境显著优于球磨法，有效避免了球磨法过程中的高温效应，避免出现氧化，适宜大量快速推广。
附图说明
21.图1为本发明自热粉末的一种结构示意图；图2为本发明自热粉末的另一种结构示意图；图3为本发明自热粉末的制备过程示意图。
具体实施方式
22.参见图1和图2，本发明的一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末，所述粉末为卷心结构，相邻两层镁片1内部均匀包裹有连续的铁丝2。在卷心结构中，连续铁丝被包裹在镁片当中，确保两者之间良好的结合，在水或盐溶液中形成有效的微电池，快速启动自腐蚀反应，释放热量；通过调整铁丝的数量和位置，可以有效调控镁铁自热粉末中镁和铁的比例，进而调控自热粉末的腐蚀反应效率。特别是采用连续铁丝代替常见的分散铁粉，可以进一步确保镁铁自热粉末在腐蚀反应中快速而持续的加热。
23.所述粉末中的单层镁片1厚度不超过1毫米。优选的，单层镁片1厚度为0.1毫米或0.2毫米或0.3毫米或0.5毫米或0.7毫米或0.9毫米或1毫米。
24.所述粉末中的铁丝2直径不超过0.5毫米。优选的，铁丝的直径为0.1毫米或0.2毫米或0.3毫米或0.4毫米或0.5毫米。
25.所述粉末中还包括氯化钠或氯化钾。所述氯化钠或氯化钾与卷心结构的镁铁粉末按比例机械混合在一起，所述氯化钠或氯化钾在加水条件下形成盐溶液，加速自热粉末的自腐蚀反应，加速热量的释放。
26.所述粉末还包括铝粉和/或生石灰。铝粉和/或生石灰与卷心结构的镁铁粉末按比例机械混合在一起，作为两种自热粉末，铝粉和/或生石灰的存在，可以在一些极冷等特定环境下加速腐蚀反应的启动，进一步为食品提供快速高效加热。
27.一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末的制备工艺，包括以下步骤：s1：参见图3，将一张矩形薄板状镁片1水平放置，将一组平行排列的纯铁铁丝2在外力作用下拉直，移动并铺放到所述薄板状镁片1表面的对应位置，采用平面压板沿竖直方向压向纯铁铁丝2和薄板状镁片1，使得部分纯铁铁丝2被压入到薄板状镁片1中固定起来，将所述纯铁铁丝2两端超出所述薄板状镁片1的部分切除；s2：采用直径不低于10毫米的硬质圆柱轧辊对上一步骤中处理的薄板状镁片进行水平辊压处理，直到纯铁铁丝和薄板状镁片之间的边界变得模糊，此时纯铁铁丝长度方向的边缘与两边接触的镁片在变形作用下彼此覆盖和交织，而纯铁铁丝直径方向的底部则有一部分陷入到镁片当中，从而纯铁铁丝和薄板状镁片之间通过塑性变形彼此牢固的结合在一起；s3：将上一步骤获得的薄板状镁片进行多次重复对折折叠，并在每次折叠后马上进行一次辊压处理，直到获得所需尺寸的细条；
s4：将上一步骤中获得的细条平行排列，根据需要先沿细条长度方向进行预切割：对于单张镁片经过连续多次折叠后宽度已经达到最终粉末尺寸要求的细条，直接采用垂直于细条长度方向放置的切刀进行切割，获得图1所示结构的粉末，其中粉末中不同层的镁片1相互连续不间断；对于宽度超过最终粉末尺寸要求的细条，首先采用切刀沿平行于纯铁铁丝方向，根据最终粉末所需要的尺寸对细条进行切割，获得所需宽度的细条，然后，采用垂直于所述细条长度方向的切刀进行切割，获得图2所示结构的粉末，粉末中不同层的镁片1相互间断不连续；在机械装置推动下，所述细条间歇性向前匀速移动，所述切刀按照需要向下切割所述细条；在上述切割过程中，未切割的细条上表面放置有塑料压板来防止翘曲，所述切刀表面持续喷射工业无水乙醇，避免出现粉末粘刀或粉末氧化；无水乙醇的作用是冷却和防止氧化，也可以采用其它有机溶剂或者冷却的惰性气体来代替。
28.s5：将上一步骤中切割获得到的粉末进行自然风干，即得到镁铁自热粉末。
29.所述步骤s1中纯铁铁丝的直径至少比薄板状镁片的厚度小0.2毫米。所述铁丝和镁片的纯度均不低于99%。
30.所述步骤s1中的平面压板表面设有与所述纯铁铁丝位置对应的平行凸楞条带。所述凸楞条带在平面压板挤压过程中，可以对纯铁铁丝形成针对性的强化挤压，使得铁丝更容易陷入到薄板状镁片的材料中，使得镁片对陷入的铁丝形成有效包围和局部有效覆盖，从而提高镁片和铁丝的结合强度。
31.所述凸楞条带的宽度范围为0.5
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1毫米，且所述凸楞条带的上表面为平面，所述凸楞条带的位置根据所述纯铁铁丝位置和密度的需要进行调整。
32.所述步骤s3中对薄板状镁片进行多次重复对折折叠过程中，通过再次引入纯铁铁丝实现所述粉末中铁镁比例的调整。
33.本发明的一种可高效自加热食品的镁铁自热粉末，利用卷心结构和连续铁丝设计，获得了镁片内部均匀包裹有连续的铁丝的镁铁自热粉末，粉末中的镁铁比例可以便捷的调控，采用多次折叠和辊压的方法利用挤压变形效应，将镁和铁有效固定在一起，显著改善了镁和铁组分的结合强度，使得加水或盐溶液后，粉末的自腐蚀反应可以快速启动，并实现自腐蚀反应速度的调控，满足对食品的高效加热需求。
34.需要说明的是，本发明申请中提及的自热反应指的是包括镁铁自热粉末在内的自热粉末的自腐蚀反应，该反应过程中可以快速产生大量的热量，用于加热食品。
35.以上具体实施例仅是对本发明技术方案作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员，基于本发明技术方案的本质，对所描述的具体实施例做相应修改、补充或采用类似方式替代，都落在本发明技术方案的范围之内。