煙花爆竹組合物及其製造方法

2023-10-10 12:36:24 5

專利名稱:煙花爆竹組合物及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種煙花炮竹組合物及其製造方法，更具體地說，涉及一種以硝酸鹽和/或硝基化合物作氧化劑，從而提高煙花炮竹生產安全性能的煙花炮竹組合物及其製造方法。
背景技術：
在現有技術中，煙花炮竹行業響爆類煙花(包括爆炸禮花彈)使用氯酸鉀作氧化劑，硫磺作可燃劑，這類藥劑在機械作用的撞擊、摩擦下極易引起自發性燃燒和爆炸，傷亡事故屢見不鮮，氯酸鉀、硫磺混合藥劑的高度危險性的原因是1、氯酸鉀的熔點為356℃，硫磺的熔點為119℃，二者極易反應；2、氯酸鉀的塔曼溫度為42℃，即其42℃便可分解放熱，引起藥物爆炸；3、硫磺易氧化表面產生硫酸，氯酸鉀遇酸產生氯酸和二氧化氯，它們比氯酸鉀活性更高，可使氯酸鉀、硫磺混合物體系成為極不穩定的系統，稍受外界撞擊或摩擦即產生熱點，可激發燃燒或爆炸。目前使用的花炮藥劑中的氯酸鉀、硫磺配方，撞擊感度為100％，摩擦感度為100％，屬高度危險性火藥。現有的氯酸鉀、硫磺配方，由於氯酸鉀的熔點為356℃，燃燒溫度低，而且含氯酸鉀的藥劑較其它藥劑有更明亮的火光。因此，以氯酸鉀為氧化劑的混合煙火劑雖然具有良好的易燃性、可燃性、助色性和經濟實用性等優點，但其高度的危險性及機械感度高卻是致命的弱點，因而必須改進；申請人在專利申請號為02115155.5的專利申請中所公開的煙花炮竹組合物以氯酸鉀作氧化劑，金屬硫化物作可燃劑，雖避免了使用硫磺使安全性能大大提高，但其中的氯酸鉀作氧化劑比例很高，製作過程要求也嚴格。

發明內容
本發明的目的在於提供一種機械感度即高安全性能的煙花炮竹組合物及其製造方法。
為了達到上述目的，本發明提供如下的技術方案研製一種煙花炮竹組合物，含有金屬硫化物、珍珠巖和鋁粉，為固態微粉混合物，該組合物的成份及重量份數為氧化劑100份，金屬硫化物20-30份，珍珠巖10-20份，鋁粉10-40份，所述的氧化劑為硝酸鹽及硝基化合物，其中硝酸鹽為硝酸鋇、硝酸鍶、硝酸鋁、硝酸鋰、硝酸鋅、硝酸銨或其類似物，硝基化合物為硝酸脲、硝基胍、三硝基甲苯或其類似物，氧化劑可以是硝酸鹽或硝基化合物之兩類化合物的其中任意一種或兩種任意比例的混合物，也可以是這兩類化合物中的一種、幾種或所有種的任意比例的混合物。所述的硝酸鹽或硝基化合物提供炸藥爆炸時所需要的氧，它們的分解反應是吸熱反應，為了防止降低炸藥爆炸時的溫度，應將其中的金屬硫化物含量20-30份的範圍內，以避免降低爆炸時的溫度。所述的金屬硫化物是硫化鋇、硫化銅、硫化銀、硫化鍶、硫化銻、硫化鋅、硫化鎘、硫化鐵、硫化鈉、硫化鈣、硫化鎢或硫化鉛之任意一種、幾種或所有種的任意比例的混合物，它們在熱分解時產生一種金屬氧化物，組合物中的鋁粉與這些金屬氧化物產生鋁熱效應，是鋁粉的燃燒溫度從1800℃提高到2500℃左右，從而彌補了硝酸鹽或硝基化合物分解時因吸熱而降低爆炸溫度問題。所述的金屬硫化物分解放出二氧化硫，提供足夠的氣體爆炸，這些金屬硫化物的比熔熱較大，導熱率低的物質在其表面形成有效的熱阻，可以延緩熱流時間，從而使熱電傳播困難以達到降低感度的目的。本發明中的硝酸鹽及硝基化合物可以單獨使用，也可以與所述的其它成份的任意比例混合使用，只要在所述的範圍內均可起到預期的效果。組合物中的鋁粉是輕金屬，燃燒時溫度高達2000-2500℃左右，可以提高爆溫以提高爆炸威力及聲響；珍珠巖是填充劑，加入後可調整藥劑密度並降低成本。在具體實施過程中，必須按照所述的比例加入，氧化劑的加入量必須考慮氧平衡，應提供足夠的氧促使金屬硫化物、鋁燃燒分解的需氧量；當金屬硫化物的含量過低，則產生的氣體量太少，爆炸時碎紙率差，紙筒可能炸不碎，若用量過高則氣體量過多但由於硫化物的吸熱量大，因降低了爆溫致使爆竹炸不開並降低了聲響；當鋁粉用量過多時，雖然能提高爆溫，但同時也提高了成本；珍珠巖的加入量過多會使爆竹聲響度及碎紙率明顯下降。因此，各成份應按前述的比例範圍加入，才能保證產品的質量。
本發明較好的技術方案是氧化劑硝酸鋇為經過重結晶的硝酸鋇。首先，硝酸鋇是一種價廉易得的氧化劑，其熔點為592℃，塔曼溫度為160℃，可以保持足夠的爆溫，是本發明的一種非常適用的氧化劑，故應優先選用；其次，通用的硝酸鋇為不規則多面體結晶，而經重結晶的硝酸鋇可控制其晶體形呈球形，分解放熱反應時所吸收的熱量只需多面體結晶硝酸鋇的50％，更適合於用作炮竹的氧化劑。
本發明煙花炮竹組合物的製造方法過程包括粉碎、金屬硫化物表面處理、乾燥、混合及包裝，所述的硝酸鋇重結晶過程採用分步結晶法，將硝酸鋇在結晶池中溶於3-4℃的冷凍水中，控制溫度在4℃、6℃、8℃、10℃，分別結晶40±5分鐘，離心脫水、於60-110℃烘乾、粉碎，得至少含有95％重量比例的粒度為120-200目的球形硝酸鋇晶體。在金屬硫化物表面處理時，將其乾燥至含水重量0.05％-0.2％，粉碎至粒度120-200目，加入金屬硫化物重量的1％-3％的矽烷偶聯劑和金屬硫化物重量的2％-4％的粒度為2-5微米的輕質碳酸鈣，在捏合機中混合併於80-90℃的溫度下處理至少20分鐘，使用的矽烷偶聯劑為乙烯基三(β甲氧乙氧基)矽烷、γ-氯丙基三甲氧基矽烷、γ-巰丙基三甲氧基矽烷、γ-丙基三甲氧基矽烷和乙烯基三乙氧基矽烷之一種或幾種任意組份任意比例的混合物。這類物質可以用通式表達為RsiX3，其中X為水解性官能團，R為有機官能團，經處理的金屬硫化物具有更高的活性。實施中，按比例稱取各成份的重量，將固體顆粒粉碎至粒度120-200目並過篩、金屬硫化物表面處理、乾燥、混合併包裝即可。
與現有技術相比，本發明具有以下明顯的優點1、由於採用硝酸鋇作金屬硫氧化劑，提高了熔點，熔點高達592℃，避免了原氯酸鉀低溫分解的缺點，加之金屬硫化物的熔點高達800℃(硫磺的熔點為119℃)即使產生熱點也不能引燃整個藥物而發生爆炸事故。經全國民用爆破器材質量監督檢驗中心按QB/T1914.2-94檢測，其撞擊感度達到0％，摩擦感度0％，爆發點365℃，吸溼率0.5％，故其安全性高；2、採用所述組份的組合物生產的炮竹打響率、聲級值、碎紙率及色光均可以達到國家規定的標準，因而實用性強。
具體實施方式
以下通過具體的實施例對本發明進行更加詳細的描述實施例1取硝酸鋇重量100份，在結晶池中溶於3-4℃的冷凍水中，控制溫度在4℃、6℃、8℃、10℃，分別結晶40分鐘，離心脫水、於65℃烘乾、粉碎，得含有95％重量比例的粒度為180目的球形硝酸鋇晶體。取硫化鋇重量30份，在捏合機中，將其乾燥至含水重量0.2％以下，粉碎至粒度150目，加入矽烷偶聯劑乙烯基三乙氧基矽烷0.6份(二金屬硫化物重量的3％)和粒度為5微米以下的輕質碳酸鈣0.9份(二金屬硫化物重量的4％)，並加入150目的珍珠巖粉重量10份，在捏合機中混合併於80 90℃的溫度下處理30分鐘，然後加入粒度為150目珍珠巖粉重量10份和鋁粉重量10份，充分混合即可製作。根據GJB772A-970之601.1和601.2方法檢測組合物撞擊感度重10公斤，落高點25釐米，測得值為0％，摩擦感度表壓1.25MPa，擺角60°，測得值為0％。
表1 組合物配方及質量數據一覽表


註1、*表示有例外的金屬硫化物；2、表中各化合物的計量單位為重量份數。
實施例2配方及檢測值見表1，工藝方法、工藝參數及檢測方法同例1，但因不用硝酸鋇故無重結晶過程，所加硝酸鹽及硝基化合物的粒度為200目。
實施例3配方及檢測值見表1，工藝方法、工藝參數及檢測方法同例1，所加金屬硫化物為硫化鋅，硝酸鋇重結晶溫度在4℃、6℃、8℃、10℃，分別結晶35分鐘，各成份的粒度為120目。
實施例4
配方及檢測值見表1，工藝方法、工藝參數及檢測方法同例2，金屬硫化物為硫化鐵及硫化銅的混合物，個成份的粒度為200目。
實施例5配方及檢測值見表1，工藝方法、工藝參數及檢測方法同例1，所加金屬硫化物為硫化鋅，硝酸鋇重結晶溫度在4℃、6℃、8℃、10℃，分別結晶45分鐘。
權利要求
1.一種煙花炮竹組合物，含有金屬硫化物、珍珠巖和鋁粉，為固態微粉混合物，其特徵在於組合物的成份及重量份數為氧化劑 100份金屬硫化物 20-30份珍珠巖 10-20份鋁 粉 10-40份所述的氧化劑為硝酸鹽及硝基化合物，其中硝酸鹽為硝酸鋇、硝酸鍶、硝酸鋁、硝酸鋰、硝酸鋅、硝酸銨或其類似物，硝基化合物為硝酸脲、硝基胍、三硝基甲苯或其類似物，氧化劑可以是硝酸鹽或硝基化合物之兩類化合物的其中任意一種或兩種任意比例的混合物，也可以是這兩類化合物中的一種、幾種或所有種的任意比例的混合物。
2.根據權利要求
1所述的煙花炮竹組合物，其特徵在於氧化劑硝酸鋇為經過重結晶的硝酸鋇。
3.權利要求
1或2所述的組合物的製造方法，包括粉碎、金屬硫化物表面處理、乾燥、混合過程，其特徵在於硝酸鋇重結晶過程採用分步結晶法，將硝酸鋇在結晶池中溶於3-4℃的冷凍水中，先後控制溫度在4℃、6℃、8℃、10℃分別結晶40±5分鐘，離心脫水、烘乾、粉碎，得至少含有95％重量比例的粒度為120-200目的球形硝酸鋇晶體。
專利摘要
本發明公開了一種煙花爆竹組合物,其成份及重量份數為:氧化劑100份,金屬硫化物20－30份,珍珠巖10－20份,鋁粉10－40份,所述的氧化劑為硝酸鹽及硝基化合物,其中硝酸鹽為硝酸鋇、硝酸鍶、硝酸鋁、硝酸鋰、硝酸鋅、硝酸銨或其類似物,硝基化合物為硝酸脲、硝基胍、三硝基甲苯或其類似物,氧化劑可以是硝酸鹽或硝基化合物之兩類化合物的其中任意一種或兩種任意比例的混合物,硝酸鋇需經重結晶後使用,解決了現有煙花爆竹撞擊感度、摩擦感度高及危險性大等問題,具有撞擊感度、摩擦感度低及安全性高、打響率、聲級值、碎紙率及色光均優等優點,廣泛適用於製造煙花爆竹。
文檔編號C06B25/00GKCN1386726SQ02134257
公開日2002年12月25日 申請日期2002年6月25日
發明者劉瓊吾, 餘祥生 申請人:深圳市華之泰投資有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan