Можно ли использовать высокоактивный оксид кальция в качестве источника тепла?

В быстро меняющейся современной жизни саморазогревающаяся еда стала популярным выбором для поездок на природу, сверхурочных поездок на работу и использования в домашних условиях благодаря удобной функции «мгновенного нагрева с помощью воды, без необходимости использования открытого огня или источника питания». Основой, обеспечивающей этот беспроблемный опыт, является источник тепла внутри самонагревающегося пакета. Среди различных вариантов оксид кальция (широко известный как негашеная известь) стал основным тепловыделяющим сырьем в подавляющем большинстве коммерческих самонагревающихся пакетов, используя свои уникальные химические свойства.

Причина, по которой оксид кальция служит основным источником тепла самонагревающихся пакетов, заключается в его энергичной экзотермической реакции при контакте с водой, которая выделяет значительное количество тепла. Это типичная экзотермическая реакция, химическое уравнение которой выглядит следующим образом:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ + Большое количество тепла

Продукт этой реакции, гидроксид кальция (широко известный как гашеная известь), представляет собой стабильное щелочное вещество, не выделяющее токсичных или вредных газов, что закладывает прочную основу для безопасности саморазогревающихся пищевых продуктов.

Хотя оксид кальция является основным источником тепла, в промышленных самонагревающихся пакетах не используется чистый оксид кальция. Это связано с тем, что реакция чистого оксида кальция с водой протекает слишком бурно, что приводит к концентрированному выделению тепла, что может вызвать локальный перегрев и даже обжечь контейнер. Кроме того, продолжительность реакции относительно коротка, что не соответствует требованиям времени нагревания пищи. Таким образом, самонагревающиеся пакеты обычно имеют составную формулу с оксидом кальция в качестве основного компонента и несколькими ингредиентами в качестве добавок, где каждый компонент играет свою особую роль для совместной оптимизации эффективности нагрева.

Основной тепловыделяющий агент: оксид кальция

В качестве «основы» формулы оксид кальция обычно составляет 50–70% от общей массы саморазогревающегося пакета. Его качество напрямую определяет основную теплогенерирующую способность пакета. Оксид кальция высокой чистоты (обычно ≥90%) с однородным размером частиц является предпочтительным для обеспечения стабильности реакции и эффективности тепловыделения.

Вспомогательные тепловыделяющие агенты: повышение температуры и продление срока службы

Для компенсации малой продолжительности нагрева чистого оксида кальция в качестве вспомогательных тепловыделяющих агентов добавляют небольшое количество металлических порошков (например, порошка алюминия, порошка магния). Эти металлические порошки далее реагируют с гидроксидом кальция (полученным в результате реакции оксида кальция и воды) и остаточной водой, выделяя дополнительное тепло. Это не только увеличивает пиковую температуру нагрева, но и увеличивает продолжительность нагрева примерно с 10 минут (при использовании чистого оксида кальция) до 20–30 минут, что больше подходит для разогрева пищи.

Водоудерживающие агенты и агенты замедленного высвобождения: регулирование скорости реакции

Чтобы предотвратить чрезмерно бурные реакции и обеспечить непрерывную подачу воды для реакции, в качестве водоудерживающих и пролонгированных агентов добавляют пористые материалы, такие как диатомит, вермикулит и бентонит. Эти материалы обладают сильной адсорбционной способностью, что позволяет им поглощать воду в упаковке (или воду, добавленную пользователем) и медленно высвобождать ее, обеспечивая устойчивую реакцию между оксидом кальция и водой и избегая локального перегрева. Между тем, их пористая структура также действует как буфер рассеивания тепла, снижая риск ожогов.

Основные преимущества оксида кальция как источника тепла для самонагревающихся пакетов

По сравнению с другими потенциально тепловыделяющими материалами (например, железным порошком, полосками магния, концентрированной серной кислотой) оксид кальция предлагает незаменимые преимущества при использовании самонагревающихся пакетов, что является основной причиной его доминирующего положения:

Низкая стоимость и большие резервы

Высокая эффективность тепловыделения и высокая адаптируемость

Высокая безопасность и экологичность