CN101279867A - 一种无硫鞭炮药物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无硫鞭炮药物及其制备方法，其药物组份和重量比为：高氯酸钾50－70份、铝银粉20－45份、珍珠粉5－20份、改性木粉10－30份、四氧化三铁和二氧化锰混合物或其中之一0－5份。制备中的主要特点是分别采用硝酸钾和微晶蜡对木粉进行了浸润处理和表面处理。按本发明的无硫鞭炮药物体系制作成的无硫环保鞭炮，燃放时声音响亮、打响率高、不排放二氧化硫有毒气体，并且各种组份材料易得，成本较低，不含违禁品氯酸钾，完全适合取代现行的含硫鞭炮。

Description

一种无硫鞭炮药物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种鞭炮产品，特别是涉及一种无硫鞭炮药物配方及其制备方法。

背景技术

鞭炮是我国人民勤劳智慧的结晶，它给全世界人民带来了无尽的欢乐。早在一千多年前，我国古代人民就掌握了鞭炮产品的生产技术。古代的鞭炮火药是用硝酸钾、硫磺、木炭混合制作而成，通用配方为硝酸钾75份，硫磺10份，木炭15份。现在鞭炮产品的性能被大大地提高，采用氯酸钾、高氯酸钾、硫磺、铝银粉混合制作而成，通用配方是：氯酸钾或者高氯酸钾50份，硫磺25份，铝银粉25份。。

由此我们可以看出不管是古代的鞭炮还是现代的传统鞭炮，在药物配方中都采用了硫磺这一化学材料成份。特别是现代的传统鞭炮药物中硫磺含量比例更高。我们都知道硫磺在燃烧后会产生二氧化硫，二氧化硫气体对人体和其他生物都是毒性很强的一种物质，一旦被人体吸入后能造成严重的身体伤害，同时进入大气后对大气环境的破坏性影响也是很大的。

所以传统的鞭炮产品虽然可以给我们制造欢乐祥和的喜庆气氛，带来无限欢乐，同时它也会产生大量的有毒二氧化硫气体，造成严重的环境污染。

随着人们对环境保护意识的不断提高，传统方法制作出来的鞭炮已经不能适应时代的发展，开发出不排放二氧化硫有毒气体的环保鞭炮是时代发展的需要，也是鞭炮产业发展的趋势。

在此之前，也有很多无硫鞭炮的研究成果和专利，例如药粒炮、安全鞭炮等等，药粒炮其实是普通鞭炮本质上的变种，与传统的普通鞭炮在结构、发声原理、药物成份等方面都属于不同的技术领域。也有在传统鞭炮的基础上，不改变结构、工艺、和发声原理，只改进药物配方的发明，例如CN85101596所公开的“无硫磺芳香爆竹的制造”就是采用无硫配方，但其缺点是已经不能适应时代发展的需要了，它里面所申请的配方使用的是氯酸钾作为氧化剂，而现在出于安全考虑，我国相关法律法规已经禁止使用氯酸钾生产鞭炮产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是发明一种不使用氯酸钾、燃放时不会排放二氧化硫有毒气体的环保鞭炮产品。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是，一种无硫鞭炮药物，其药物组份和重量比为：

高氯酸钾    50-70份    铝银粉           20-45份

珍珠粉      5-20份     改性木粉         10-30份

四氧化三铁和二氧化锰混合物或其中之一    0-5份

所述无硫鞭炮药物的制备方法是，第一步：将干燥的木材粉碎后，过目数不小于100目的筛手，然后将筛下所得物用硝酸钾溶液充分湿润，其重量配比是：木粉100份，硝酸钾10-30份，再干燥至木粉中的含水量小于2％；第二步：干燥后的木粉与表面活性剂微晶蜡混合后倒入转鼓球磨机，其重量配比是：木粉100份、微晶蜡1-2份，在球磨机中研磨混合4-5小时，出料即得所述改性木粉。第三步：将改性木粉、高氯酸钾、二氧化锰、四氧化三铁、铝银粉、珍珠粉按上述比例采用一般方法过筛并混合均匀，即制得所述无硫鞭炮药物。

本发明采用高氯酸钾作为无硫鞭炮药物的氧化剂，因为高氯酸钾是含氧量很高的一种氧化剂，其有效含氧为46％，比氯酸钾的有效含氧量39％更高。由于其供氧效率高，所以在反应过程中能提供更多的氧，能保证单位重量的氧化剂跟较多的还原剂发生反应，也就能保证单位重量的烟火药剂在燃烧反应中能释放出更多的热能，使反应产物温度更高，爆炸能力更强。另外高氯酸钾在610℃时才会熔化分解，而氯酸钾在370℃就开始分解，用高氯酸钾制作出来的鞭炮安定性能更好更安全。所以高氯酸钾的安定性能和供氧能力都优于氯酸钾，所以取代氯酸钾用于本发明的无硫鞭炮药剂中。

本发明中采用二氧化锰和四氧化三铁或其中之一作为高氯酸钾的催化剂，尽管高氯酸钾的供氧能力比氯酸钾强，但是高氯酸钾必须在温度达到610℃时才会熔化分解释放出氧气，并且高氯酸钾在分解过程中还需要吸收热量，所以这么高的分解温度及它的分解吸热特性导致直接用高氯酸钾配制的烟火药很被难点燃，而失去鞭炮产品的娱乐功能。特别是以前一直使用氯酸钾作为鞭炮药物的氧化剂，氯酸钾能在370℃时就分解放出氧气，并且氯酸钾在分解过程中是放热反应，所以用氯酸钾制作的鞭炮很容易被点燃。由于本领域技术人员已经习惯了氯酸钾的低温点火和高爆炸力的特性，对采用高氯酸钾制作高点火温度鞭炮存在技术偏见，甚至认为根本无法作出合格的鞭炮来。为了解决这个反差，本发明使用二氧化锰和四氧化三铁或其中之一作为高氯酸钾的催化剂，因为高氯酸钾在有二氧化锰或者四氧化三铁存在时，其分解温度可以降低，并且分解速度可以明显加快，这样就解决了高氯酸钾鞭炮药点火难的问题，并且提高了鞭炮药物燃烧时的爆炸力，使鞭炮声音更响亮、清脆。

本发明中采用铝银粉作为无硫鞭炮药剂的可燃剂，铝银粉就是颗粒很细的铝粉，铝是一种非常活泼的金属，它在燃烧时能放出很高的热量，达到16kj/g，所以铝银粉的使用，可以保证鞭炮药剂燃烧时能产生足够高的高温，增加鞭炮爆炸效果。

本发明中的改性木粉，是一种有机纤维可燃剂，它具有孔隙结构，燃烧后的产物为二氧化碳和水，不会产生对人体有害的污染物。但由于木粉是一种粗纤维结构，所以其燃烧性能并不是十分强烈，如果将未加处理的木粉直接应用到鞭炮药物中，整个鞭炮药物的燃烧爆炸性能并不理想。为了解决这个问题，本发明对木粉做了相应的处理，将木粉用硝酸钾溶液全部湿润，但硝酸钾溶液不能过多，因为过多的溶液会给后续烘干处理工作带来难度。被硝酸钾充分湿润的木粉经干燥保证其含水量不超过2％。用硝酸钾溶液湿润木粉的目的，是让硝酸钾晶体充分渗透到木粉的孔隙结构中，跟木粉的纤维素均匀结合，硝酸钾是一种分解温度相对较低的强氧化剂，它跟木粉纤维素的结合，可以大大改善木粉的燃烧性能，从而达到提高本发明无硫鞭炮烟火药的燃烧爆炸性能。

本发明中渗透有硝酸钾晶体的木粉还必须用表面活性剂微晶蜡进行表面包覆，硝酸钾的浸润虽然能改善木粉的燃烧性能，但是，由于现行鞭炮的封口工艺是采用镁质水泥性质的封口药，封口药中含有吸湿性很大的氯化镁成份。当鞭炮封口久置以后，封口药中的氯化镁会跟鞭炮药剂中的硝酸钾反应，生成吸湿性更大的硝酸镁，这样时间一长，整个鞭炮药剂就会被硝酸镁吸收的水分全部湿润而变质，导致整个鞭炮药剂失效，从而使鞭炮丧失功能。本发明用微晶蜡包覆木粉，就是利用微晶蜡的表面活性能力，使木粉中的硝酸钾失去吸水能力，从而切断硝酸钾与氯化镁发生反应的途径，维持整个药物体系的稳定性。

本发明中的各组份协同增效性能明显：

高氯酸钾是一种含氧量很高的强氧化剂，它为本发明的无硫鞭炮药物体系的燃烧爆炸提供了大量的有效氧支持，为药物的燃烧爆炸奠定了基础。二氧化锰和四氧化三铁的使用，对高氯酸钾的分解反应起到很强的催化加速作用，大大提高了本发明无硫鞭炮药物体系的燃烧爆炸能力。铝银粉是一种放热量很高的活泼金属可燃剂，它的参与，为本发明的鞭炮提供了强有力的能量保证。改性木粉的性质就是燃烧后能产生大量的气体产物，这为爆炸提供了条件，增强了爆炸效果。硝酸钾浸润木粉，一者大大改善了木粉的燃烧性能，同时硝酸钾在自身分解过程中能放出大量的氮气，可以进一步提高鞭炮药剂的气体产量，这两个方面都能促进鞭炮药剂的燃烧爆炸性能。微晶蜡很好的解决了硝酸钾跟封口药剂发生反应生成吸湿性很强的硝酸镁的问题，对保证整个药物体系性能稳定，不变质起到了决定性的作用。珍珠粉的作用是改善整个药物体系的假密度，使药物密度更小，便于药物均匀装入鞭炮筒体内，其次它可以防止药物被过分压紧压实，避免出现炸药的压死现象，保证鞭炮药物的良好点燃和爆炸性能。

经大量试验，按本发明的无硫鞭炮药物体系制作成的无硫环保鞭炮，燃放时声音响亮、打响率高、不排放二氧化硫有毒气体，并且各种组份材料易得，成本较低，不含违禁品氯酸钾，完全适合取代现行的含硫鞭炮。

具体实施方式

以下实施例详细地说明了本发明，在这些实施例中，其组分比均按重量份数计算，其制备方法均按以下步骤进行。

第一步  将杉树，松树，杨树，柳树等木质结构疏松的木材，在干燥后经粉碎过100目的筛子筛选，取筛下木粉用一定浓度的硝酸钾溶液充分湿润(如浸泡)，使硝酸钾晶体充分渗透在木粉纤维的孔隙中，被硝酸钾溶液湿充分湿润过的木粉经烘或晒等方式干燥至木粉中的含水量小于2％时即可。

硝酸钾跟木粉的用量按以下重量配比进行：

配比1    木粉    100份    硝酸钾    10份

配比2    木粉    100份    硝酸钾    20份

配比3    木粉    100份    硝酸钾    30份

其中优选配比2

第二步  渗透有硝酸钾的干燥木粉，必须经过表面活性剂的包覆处理才能应用在本发明的无硫鞭炮中，本发明采用的表面活性剂是微晶蜡，微晶蜡的用量为木粉重量的1-2％，具体操作方法是，将木粉和微晶蜡按比例一起倒入转鼓球磨机中，在球磨机中研磨混合4-5小时，使木粉全部被微晶蜡均匀包覆，然后出料，改性木粉的制备完成。

木粉跟微晶蜡的用量可以按以下重量份配比进行：

配比1    木粉    100份    微晶蜡    1份

配比2    木粉    100份    微晶蜡    1.5份

配比3    木粉    100份    微晶蜡    2份

其中优选配比2.

第三步将改性木粉、高氯酸钾、二氧化锰、四氧化三铁、铝银粉、珍珠粉按一定比例用目数不小于100目的筛子至少经过三筛三和的混合工序后混合均匀，即成为本发明无硫鞭炮药物。

本发明无硫鞭炮药物各组分可按以下重量份配比进行：

实施例1：

高氯酸钾      50份    铝银粉    20份

二氧化锰      2份     改性木粉  20份

四氧化三铁    2份     珍珠粉    10份

实施例2：

高氯酸钾    70份     铝银粉     45份

二氧化锰    5份      改性木粉   10份

珍珠粉      10份

实施例3：

高氯酸钾    60份    铝银粉       30份

改性木粉    30份    四氧化三铁   5份

珍珠粉      20份

混合好的本发明无硫鞭炮药按传统方法和工艺装入鞭炮筒子内，然后插引、封口、结鞭、封装就成无硫鞭炮成品。

上述各实施例的无硫鞭炮药我们对其摩擦感度、撞击感度、75℃稳定性、及装药量0.05g的鞭炮声级值和打响率做了详细检测，其实测数据如下表：

编号	摩擦感度	撞击感度	75℃稳定性	声级值	打响率
						实例1	6％	0％	安定	116dB	98％
实例2	10％	0％	安定	118.5dB	98％
						实例3	8％	0％	安定	118dB	97％
国家标准	≤60％	≤50％	无分解现象	≤140dB	≥85％

注：1.按照GB10631-2004《烟花爆竹 安全与质量》的标准，规定摩擦感度≤60％，撞击感度≤50％，75℃稳定性无分解现象，视为符合国家标准。

2.摩擦感度测试方法按照SN 0545-1996中5.5的规定进行。

3.撞击感度测试方法按照SN 0545-1996中5.4的规定进行。

Claims (7)

1、一种无硫鞭炮药物，其药物组份和重量比为：高氯酸钾50-70份、铝银粉20-45份、珍珠粉5-20份、改性木粉10-30份、四氧化三铁和二氧化锰混合物或其中之一0-5份。

2、如权利要求1所述的一种无硫鞭炮药物，其药物组份和重量比为：高氯酸钾50份、铝银粉20份、二氧化锰2份、改性木粉20份、四氧化三铁2份、珍珠粉10份。

3、如权利要求1所述的一种无硫鞭炮药物，其药物组份和重量比为：高氯酸钾70份、铝银粉45份、二氧化锰5份、改性木粉10份、珍珠粉10份。

4、如权利要求1所述的一种无硫鞭炮药物，其药物组份和重量比为：高氯酸钾60份、铝银粉30份、改性木粉30份、四氧化三铁5份、珍珠粉20份。

5、制备如权利要求1所述鞭炮药物的方法，该方法包括以下步骤：

第一步：将干燥的木材粉碎后，过目数不小于100目的筛子，然后将筛下所得物用硝酸钾溶液充分湿润，其重量配比是：木粉100份，硝酸钾10-30份，再干燥至木粉中的含水量小于2％；

第二步：干燥后的木粉与表面活性剂微晶蜡混合后倒入转鼓球磨机，其重量配比是：木粉100份、微晶蜡1-2份，在球磨机中研磨混合4-5小时，出料即得所述改性木粉；

第三步：将改性木粉、高氯酸钾、二氧化锰、四氧化三铁、铝银粉、珍珠粉按一定比例用目数不小于100目的筛子至少经过三筛三和的混合工序后混合均匀，即成为本发明无硫鞭炮药物。

6、如权利要求5所述的方法，所述木粉和硝酸钾的重量配比是：木粉100份、硝酸钾20份。

7、如权利要求5或6所述的方法，所述木粉和微晶蜡的重量配比是：木粉100份、微晶蜡1.5份。