一种与水的特征红外吸收峰匹配的涂料

摘要

本发明属于对物料的脱水(烘干)技术领域,由碳化硅粉、纯石英粉及氧化锆或氧化钛粉混合而成;其中,各组分的重量百分比为:碳化硅粉∶纯石英粉∶氧化锆或氧化钛粉为65－80%∶15－30%∶0－8%。采用本发明涂料可制成特征红外光辐射物料层,使其产生红外辐射的峰值波长位于2.4－3.5微米的发射波范围,实现红外发射波长与水的吸收波长相匹配,从而产生水分子对特征发射波的红外吸收,较为理想地降低汽化水分子的活化能,进一步实现低温、快速及更佳干燥脱水的效果。

说明书

技术领域

本发明属于对物料的脱水(烘干)技术领域，特别涉及以新的化学配方制成红外辐射涂料，以得到所需的与水分子的红外吸收波相匹配的发射光波，应用于农副产品及织物的脱水干燥技术中。

背景技术

脱水(烘干)技术是许多农付产品，工业制品加工制作的一道重要工艺。目前广泛采用的脱水(烘干)技术包括：热力烘干、远红外加热、微波干燥等方法。热力烘干是由传热媒介将热能转移给被烘干的物料，属宏观转移、能耗大，烘干温度较高，影响产品质量，文明生产程度差。“热”的烘干脱水技术，在某些应用领域，存在某些不可克服的不足之处，例如，对于农付产品，为了保质，保鲜不允许物料温度过高，而热力烘干物料出口温度一般均＞60℃，经这种烘干的粮食不能做种子，蔬菜、水果中的维生素C严重分解。即使有些物料可以在这种情况下烘干，也还需鼓冷风通风才能维持上述物料出口温度，造成热利用率低；同时为了减少热能损失，引风速度不能过大，一般小于1米/秒，因此脱水时间长，效率低，耗能大。

为克服上述传统技术的不足之处，提出一种常温常压下的特征红外辐射脱水(烘干)方法的发明专利(94113339.7)，该专利基于激活水分子，实现能量的最佳匹配的研究成果，即脱水干燥就是脱去吸附在物料上的水。水分子是一个非线型的极性分子，它有三个振动自由度，其中氧-氢(O-H)化学键的伸缩振动能有效地吸收波长(入)在3微米附近的红外光子，这可以从水的红外吸收谱图上清楚地观察到2.5-3.4微米这个极强的宽伸缩振动吸收带。

该专利采用发射波长为3～4微米范围的红外光源照射欲脱水的物料，为了获得最大的能量使用效率，选择辐射材料的原则，应使辐射元件的主辐射波匹配在被脱附的物质(例如水)的主吸收带区。该专利为实现其方法，开发了一种特征红外光源，其中，选用了卤钨灯原理做成的“热子”，即热丝选用可在高温下工作的钨丝，并将其封闭在石英管内，可顺利地进行卤钨循环。在该红外石英灯管的管壁上涂敷烧结有一层不含金属氧化物的多孔高硅氧玻璃粉与石英粉混合制成的特征红外光辐射涂层。这个实施方案是为了使钨丝发出可见光及近红外辐射，有效地转移到中红外区，并使最强的辐射峰值波长(入max)处于3-4微米之间。这种高硅氧灯辐射出的强红外频率，应恰好覆盖水分子最强的伸缩振动吸收带，当被干燥物料上的水分子有效地吸收了主辐射波后，水分子获得高的能量而被激活，它们就可以克服分子之间相互作用力(范德华力，氢键作用等)，液态的水分子从液体表面逸出而汽化，脱离物体达到干燥的目的。并可大大地提高能源的利用率，电能得到合理充分利用。

该专利与传统的热烘干脱水技术相比，可使物料能在较低温度下脱水，具有保质、保鲜、复水的良好效果。但经过多年的实验证明，该专利所用涂层的材料的主发射带并不在3-4微米的水的主吸收带区，而是在2.2微米以下的红外区，具有近于0.95高发射系数，这样不能做到高硅氧光源辐射波与水的吸收波相匹配，绝大部分的光量子仍然要作为热量被物体吸收。这些与水分子吸收波长不相匹配的光量子的能量，仍然按照传统的热传递方式进行热扩散。(加热空气、加热容器、加热物料，最后由传导方式加热水分子，水分子缓慢升温达到活化能后挥发)。因此在此脱水过程中能量损失很大，使得被干燥物料仍存在传统干燥的缺点：干燥速度不理想、脱水不均匀及能耗较大。

发明内容

本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提出一种新的与水分子的吸收波长匹配的涂料，可用其制成特征红外光辐射物料层，使其产生红外辐射的峰值波长位于2.4-3.5微米的吸收波范围，实现红外发射波长与水的最大吸收波长相匹配，从而产生水分子对特征发射波的红外吸收，较理想地降低水分子的活化能，进一步实现低温、快速及更佳干燥脱水的效果。

本发明提出一种与水的特征红外吸收峰匹配的涂料，其特征在于由碳化硅粉、纯石英粉及氧化锆或氧化钛粉混合而成，其中，各组分的重量百分比为：

碳化硅粉∶纯石英粉∶氧化锆或氧化钛为65-80％∶15-30％∶0-8％。

本发明的涂料可使红外光源的发射谱出现的3微米的发射波，使用该涂料制成特征光源的发射波与水分子的最大吸收波相匹配，产生红外吸收使物料脱水干燥速度提高，达到节能、低温、保质的真正效果。

附图说明

图1为本发明涂层的光源所发出的红外辐射和水的吸收光谱的匹配情况示意图。

图2为本发明涂层与原专利涂层的光源红外辐射峰值相对强度随波长分布变化示意图。

具体实施方式

本发明提出一种与水分子吸收波长匹配的涂料的实施例说明如下：

实施例1：采用碳化硅粉，取料65％；纯石英粉，取料30％；氧化锆粉，取料5％混合而成。

实施例2：采用碳化硅粉，取料80％；纯石英粉，取料20％混合而成。

实施例3：采用碳化硅粉，取料75％；纯石英粉，取料17％；氧化钛粉，取料8％混合而成。

本发明的显著效果详细说明如下；

将上述实施例1中三种原料混合均匀，以乙基纤维素的乙醇、丙酮溶液涂覆在自制卤钨灯(灯丝工作温度近于2260-2400K)的红外石英灯管上，并融烧在灯管壁上成涂层。

当测试温度在45℃时，在短波2.4微米至3.4微米之间的发射率达到0.97，测试与实验表明，这种涂层的设计下可以使不同电压钨丝的可见光、近红外线辐射有效地转移到中红外区，而使辐射的峰值波长出现在水的红外吸收峰3微米处，如图1所示。图中，曲线1为本发明的涂层灯管所发射的谱线，曲线2为水的最大吸收波。由此图可看出本发明涂层的光源辐射的峰值波长准确地与水的3微米吸收峰相吻合。

为比较原专利(94113339.7)的高硅氧灯(以下简称2号管)与本发明采用的涂层的灯管(以下称12B管)，现将两种涂层的灯管在180伏电压下加热，测量其红外辐射相对强度随波长分布的变化，将测试后的曲线，在相同坐标下作比较，如图2所示，其中，原专利高硅氧灯的峰值波长在2.2微米，如图2中曲线4所示；而本发明涂层的灯的峰值波长位于2.4至3.4微米之间，如图2中曲线3所示。

在使用2号管脱水时，随时间的延长，虽然被脱水物料尚未干燥，但物料表面及环境(机箱机件)的温度均很高，以至越过70℃，这主要是此光源的热子的能量，并不是水的吸收波长范围，不能被水分子吸收而转化为分子的能量，只在物料周边扩散；而用本发明的配方涂层的12B管，脱水物料及机件均在50℃左右，说明此光源所发出光能量的大部分被物料上的水吸收，使水分子活化挥发。

由于本发明涂层的12B管所发出的波长的改变，使现场的工艺实验、干燥效果也有较大的改善。实验记录如下：实验记录：物料1600克灯管功率：300W×6+0.12KW(电机)＝1.92KW脱水温度：55℃

    物料名称  大蒜葫萝卜丝南瓜片  姜丝洋葱丝白蘑菇涂层类别高硅氧涂层  干燥时间(分)  54    53  56  53  58  54  干后重(克)     178    176  150  175  135  162  脱水量(克)  1422    1424  1450  1425  1465  1438  用电量(度)  1.62    1.59  1.68  1.59  1.74  1.62  干燥效果  干    干  干  干  干  干  脱水效率(克/度)  878    896  863  896  842  888新配方涂层  干燥时间(分)  48    46  48  46  50  48  干后重(克)  173    173  151  172  135  160  脱水量(克)  1427    1427  1449  1428  1465  1440  用电量(度)  1.44    1.38  1.44  1.38  1.5  1.44  干燥效果  干    干  干  干  干  干  脱水效率(克/度)  991    1034  1006  1035  977  1000从表中可见采用本发明涂料的12B灯管与2号管相比，平均提高脱水效率13％左右。注：按国家标准干燥蔬菜含水量11％

制粉剂应用的干燥蔬菜含水量7％

综上测试及实际实验表明，本发明这种新的涂层配方较为理想地使钨丝发出的可见及近红外辐射，有效地转移到中红外区，并使最强辐射的峰值波长(入max)处于2.5微米至3.4微米之间，这种采用新涂层的灯，辐射出的强红外频带，恰好覆盖水分子最强的伸缩振动吸收带，当欲脱水的物料上的水分子有效地吸收了主辐射波后，水分子获得高的能量而被激活，它们就可以克服分子之间互相作用(凡德华力，氢健作用等)而使液态的水分子从液体表面逸出汽化，脱离物料达到干燥的目的。