CN102584504A - 一种改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药及其制备方法，在礼花弹用的模块化开苞药的制备过程中加入熔点较高的可以提高点火能力但不影响其环保性能的点火性能增强剂。首先制备颗粒状微气孔烟花药，再将颗粒状微气孔烟花药粘接成模块化无烟开苞药。改善点火能力的模块化无烟开苞药的粘接成型过程包括：将成型用的粘合剂、点火性能增强剂与颗粒状微气孔烟花药混合，然后将混合好的物料用模压的方法制备成药块，最后烘干。这种模块化开苞药对亮珠的点火能力显著提高，但不影响烟花制品的环保性能，也不会影响礼花弹制造的工艺安全性。

Description

一种改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药及其制备方法

技术领域

本发明属于礼花弹开苞技术，特别是一种改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药及其制备方法。

背景技术

传统的礼花弹开苞药是以黑火药作为爆炸性主体材料制造的，通常将黑火药与少量的粘合剂混合，加入大量的稻壳或棉籽壳等低密度的填充材料。黑火药粘到了颗粒状填充料的表面，烘干后成为颗粒状开苞药。由于原材料来源广泛，制作过程简单，这种开苞药已经有数百年的应用历史，但稻壳等采用天然材料也带来了性能不稳定的问题。这种开苞药在礼花弹开苞过程中，由于黑火药和稻壳等填充料燃烧时本身也会产生大量的烟雾，对礼花弹开苞后的造形或观赏效果产生负面的影响。

采用具有微孔结构的无烟烟花药作为开苞药，由于燃烧产物中的固体颗粒极少，开苞过程对亮珠的点火成功率较低。在颗粒状微气孔烟花药制备过程中，通过添加敏化剂或点火性能增强剂的方法可以较好地解决点火能力不足的问题，但很多敏化剂或点火性能增强剂同样地在燃烧过程中也会产生一些烟雾。直接采用颗粒状微气孔无烟烟花药作为开苞药进行礼花弹制作时，每发都需要预先进行称量，颗粒容易产生静电而粘附到礼花弹壳的周围，给装药带来了一些困难，这些问题带来了烟花装药生产过程的安全隐患。另外，颗粒状的微气孔无烟烟花药在装药条件不合适时，会出现药粒在发射过程残留问题，对燃放过程的安全和环保都是不利的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块结构的改善点火能力的无烟型礼花弹开苞药及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药，包括颗粒状微气孔烟花药、有机粘合剂及点火性能增强剂，其质量百分比为：颗粒状微气孔烟花药为82％-99％，点火性能增强剂为2-10％，有机粘合剂为0.2-10％；所述点火性能增强剂为金属氧化物或熔点大于500℃的金属盐类化合物的一种或两种以上的混合物；所述有机粘合剂为水溶性粘合剂、淀粉、变性淀粉、硝化棉、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素中的一种或两种以上的混合物。

一种制备改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药的方法，包括以下步骤：

步骤1、制备颗粒状微气孔烟花药；

步骤2、将上述颗粒状微气孔烟花药、有机粘合剂的溶液或溶胶以及点火性能增强剂混合；其质量百分比为：颗粒状微气孔烟花药为82％-99％，点火性能增强剂为2-10％，有机粘合剂为0.2-10％；

步骤3、将混合好的物料用模压的方法制备成块状固体；

步骤4、将上述块状固体烘干后得到改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)开苞药对亮珠的点火能力显著提高，提高了亮珠的烧成率。2)在改善点火能力的同时，不影响烟花制品的环保性能以及礼花弹制造过程的工艺安全性。

具体实施方式

本发明的一种改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药，包括颗粒状微气孔烟花药、有机粘合剂及点火性能增强剂，其质量百分比为：颗粒状微气孔烟花药为82％-99％，点火性能增强剂为2-10％，有机粘合剂为0.2-10％，所述点火性能增强剂为熔点大于500℃的金属氧化物或金属盐类化合物中的一种或两种以上的混合物；其中点火性能增强剂优选氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、硫酸钾、氯化钾中的一种或两种以上的混合物；所述有机粘合剂为水溶性粘合剂、淀粉、变性淀粉、硝化棉、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素中的一种或两种以上的混合物。

一种制备改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药的方法，包括以下步骤：

步骤1、制备颗粒状微气孔烟花药；

所述颗粒状微气孔烟花药为现有技术，在发明人之前的专利《一种微气孔无烟烟花药及其制备方法》和《一种改善点传火性能的微气孔烟花药及其制备方法》中已经公开，专利公开号分别为：CN101844954A及CN101857516A。

步骤2、将上述颗粒状微气孔烟花药、有机粘合剂的溶液或溶胶以及点火性能增强剂混合；所述的点火性能增强剂为金属氧化物或熔点大于500℃的金属盐类化合物的一种或两种以上的混合物，优选为氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、硫酸钾、氯化钾中的一种或两种以上的混合物。其质量百分比为：颗粒状微气孔烟花药为82％-99％，点火性能增强剂为0-10％，有机粘合剂为0.2-10％。所述有机粘合剂为水溶性粘合剂、淀粉、变性淀粉、硝化棉、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素中的一种或两种以上的混合物。

步骤3、将混合好的物料用模压的方法制备成块状固体；

步骤4、将上述块状固体烘干后得到改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药。

将颗粒状微气孔烟花药粘接成具有模块结构的改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药的详细步骤如下：

(1)材料混合

将有机粘合剂配成水溶液或者有机溶剂的溶液、溶胶或乳液，然后将上述溶液、溶胶或乳液与点火性能增强剂加入到混合设备中混合一段时间，再加入颗粒状微气孔烟花药一起混合。也可以将粘合剂的溶液、溶胶或乳液与点火性能增强剂、颗粒状微气孔烟花药同时混合。混合的方式用通用的混合设备和方法进行，具体的设备和方法根据有机粘合剂材料的特点来确定，可以采用转鼓式、搅拌式或其他类型的混合设备进行。混合时间一般为10-30分钟，根据混合均匀程度，还可以采用更长的时间。混合物料的温度条件采用常温即可，由于粘合剂溶液、溶胶或乳液的粘度偏大原因，也可以采用稍高的温度，如40-60℃的温度条件下进行物料混合。有机粘合剂也可以直接采用商品的高分子类材料，可以是固体颗粒或粉末、水溶液、乳液或者溶胶，比如采用107胶、明胶固体颗粒、变性淀粉、阿拉伯胶等，但最好选用环保性能好，燃烧过程不产生烟雾的材料。粘合剂还可以采用含有硝化棉的乳液或者溶胶、聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液、乙基纤维素乙醇溶液、醋酸纤维素乙醇溶液、乙酸丁酸纤维素乙醇溶液中的一种或两种以上的混合物。

有机粘合剂的用量按折干后的量，如果采用自身不能够点燃的惰性粘合剂，相对于成品药块的质量百分含量为0.2％-10％。如果采用含有硝化棉或其他可以自身燃烧的粘合剂，用量可以选4％-10％。点火性能增强剂用量为2-10％，包括氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、硫酸钾、氯化钾中的一种或两种以上的混合物。

(2)模压成型

将混合好的物料，转移到模压成型设备上进行挤压成块。将物料加入到预先准备好的模具中，然后置于液压机上挤压，挤压好的药块从模具中脱出来即可。成型压力根据粘合剂种类确定，一般不超过10MPa，成型温度为常温或在稍高的温度下进行，如40-50℃。模具的形状按照礼花弹的形状尺寸以及结构来确定，也可以根据礼花造型的需要做成更复杂形状。模压成型后的块状药，可以是半球形、圆柱体形状、长方体形状、半球壳形或其他形状。

也可以采用其他成型方式，将混合好的物料制备成球形、圆柱体形状、长方体形状或其他形状的药块或药粒。

(3)烘干

采用通常的烘干方式对块状药进行烘干，但最好采用热风或蒸汽加热的烘干设备，烘干温度最好不超过100℃。

为了更好地说明本发明的实施，下面进行举例阐述，这些过程和工艺条件并不代表发明的全部。只要是通过颗粒粘接模块原理实现提高传火速度和改善点传火性能的工艺方法均可以被使用，不违背本发明的技术方案。

实施例1：

采用含有硝化棉97.0％、二苯胺(安定剂)1.0％的单基废火药为原料制备颗粒状微气孔烟花药。单基废火药在大量水存在的条件下经过初步破碎，控制颗粒直径不超过3mm，将带水的单基废火药加入到成型反应器中，湿的单基废火药药粒的水分在15％-30％，搅拌状态下加入10倍于单基废火药药粒质量的乙酸乙酯溶剂，在45℃-60℃温度下搅拌溶解30-60min，然后连续往成型反应器中的物料体系加入水；在搅拌状态下进行乳化发泡操作，在此步骤中继续加入水，所加的水的质量为单基废火药药粒质量的6倍。然后，在50-60℃温度下继续搅拌30min～60min，将成型反应器中的物料的温度调整到65℃-68℃时，将6倍于单基废火药药粒质量的含有0.5％明胶分散剂的水溶液加入到成型反应器中的物料体系中进行成球，含有硝化棉的高分子溶胶逐步分散成细小的料团。继续保持物料温度在65℃-68℃，并在300-350rpm的搅拌转速下分散30分钟，含硝化棉的高分子溶胶逐步分散成较均匀的近球状液滴。接着，逐步升温将溶剂缓慢地蒸馏出来并回收，当温度升到85℃后继续搅拌10分钟，将药粒和母液进行分离。分离出来的母液循环利用于下一次成型时作为分散介质。分离出来的药粒，在室温下晾干并在安全烘箱中在50℃温度条件下干燥24小时，得到颗粒状微气孔烟花药，测试其堆积密度为0.25g.cm^-3，上述颗粒状微气孔烟花药的粒径范围在0.1mm-5.0mm，大部分颗粒的粒径集中在0.5mm-2.0mm，药粒表面和内部含有大量孔隙，孔隙的直径范围为0.01-500μm。

采用常用的107胶作为有机粘接剂将颗粒状微气孔烟花药粘接成块状固体。称取200g烘干后的颗粒状微气孔烟花药，加入固含量为7.5％的107胶水40g，再补加10g的粒径小于200μm的氧化铁粉末，将三种物料一起混合均匀，然后采用液压成型设备及半球形模具将含颗粒状微气孔烟花药的混合物料压制成直径为50mm的半球体形状的药块，将成型后的药块在50℃下烘干24小时，得到模块化开苞药样品，每个半球形药块的平均质量为9.8g。

将制好的药块在外径76mm的礼花弹上进行开苞装药和开苞试验。装药时先装入亮珠40g到两瓣壳体的内表面，再装入半球形开苞药模块，在其中带引火线的一半球壳的延时引火线位置将部分药挖去，以确保合理的间隙，开苞药总质量为18g，保证装药完成后亮珠和开苞药均无松动现象。最后，在壳体表面按常规的方法糊10层纸，烘干后进行开苞测试。发射到空中进行测试，礼花弹的开苞直径为50米左右，亮珠全部被点着，无残药，录像观察表明开苞瞬间烟雾量很少。

作为对比，按照常规的装药方法直接采用上述颗粒状微气孔烟花药进行礼花弹开苞装药，装药量为18g，点燃后开苞直径约35米，在地面进行开苞测试，发现开苞过程残药约占装药总量的20-30％，亮珠的烧成率为50％左右。

作为对比，在制备模块化药块的过程中不加氧化铁粉末，装药量为18g，点燃后开苞直径约35米，亮珠的烧成率为60％左右，在地面进行开苞测试，发现开苞过程没有残药产生，仅是点火能力较差。

作为对比，采用传统含黑火药型的开苞药进行装药，开苞药的装药量为30g，同样地装亮珠40克，开苞直径约60米，开苞瞬间有大量烟雾，基本无残药，但稻壳填充料有大量残留，亮珠的烧成率为100％。

实施例2：

采用硝化棉含量为99％及二苯胺(安定剂)含量为0.5％的原料药粒制备颗粒状微气孔烟花药。先把原料药粒加入到成型反应器中，在搅拌状态下加入10倍于原料药粒质量的乙酸乙酯溶剂，在45℃-60℃温度下搅拌溶解30-60min，然后连续地往体系中加入质量浓度为0.5％的硝酸钾水溶液；在搅拌状态下进行乳化发泡操作，在此步骤中继续加入质量浓度为0.5％的硝酸钾水溶液，加入的硝酸钾水溶液的量为原料药质量的6倍，然后在50-60℃温度下继续搅拌30min～60min，将体系温度调整到65℃-68℃时，将6倍于原料药粒质量的含有0.5％明胶水溶液加入到物料体系中进行分散成球。继续保持温度65℃-68℃，并在300-350rpm的搅拌转速下分散30分钟，含硝化棉的胶团逐步分散成较均匀的球状液滴。接着，逐步升温将溶剂缓慢地蒸馏出来并回收，当温度升到85℃后继续搅拌10分钟，将近球形药粒和母液进行分离。分离出来的母液循环利用于下一次成型时作为分散介质。分离出来的药粒，在室温下晾干并在安全烘箱中50℃干燥24小时，得到颗粒状微气孔烟花药的堆积密度为0.26g.cm^-3，粒径范围在0.1mm-5.0mm，大部分颗粒的粒径集中在0.5mm-2.0mm，药粒表面和内部含有大量孔隙，孔隙的直径范围为0.01-500μm。

在进行模块化开苞药成型时改用淀粉浆糊作为有机粘合剂。称取200g烘干后的颗粒状微气孔烟花药，加入固含量为20％的淀粉浆糊40g，再补加20g水，先混合10分钟，再补加15g的粒径小于200μm的二氧化钛粉末，再继续混合30分钟，然后采用液压成型设备及半球形模具将物料压制成直径为50mm的半球体形状的药块，然后将成型后的药块在50℃下烘干24小时，得到模块化开苞药样品，药块的表观密度为0.31g/cm³。

将制好的模块化开苞药药块在外径76mm的礼花弹上进行开苞装药和燃放开苞试验。装药时先装入亮珠40g到两瓣壳体的内表面，再装入半球形开苞药药块，在其中带引火线的一半球壳的延时引火线位置将部分药挖去，以确保合理的间隙，总的开苞药量为18g，保证装药完成后亮珠和开苞药均无松动现象。最后，在壳体表面按常规的方法糊10层纸，烘干后进行开苞测试。点燃后开苞直径为60米左右，亮珠全部被点着，无残药，录像观察表明开苞瞬间烟雾量很少。

实施例3-16

采用与实施例1相同的工艺过程和原材料制得颗粒状微气孔烟花药。

采用与实施例1类似的工艺过程制备模块化开苞药的药块，仅改变模块化开苞药的成型过程所用的点火性能增强剂种类和用量，得到的模块药的性能以及在礼花弹开苞测试的效果对比见下表。

实施例17-22

采用与实施例1相同的工艺过程和原材料制得颗粒状微气孔烟花药。

采用与实施例1类似的工艺过程制备模块化开苞药的药块，仍然采用10g的粒径小于200μm的氧化铁粉末作为点火性能增强剂，仅改变模块化开苞药的成型过程所用的有机粘合剂种类和用量，得到的模块药的性能以及在礼花弹开苞测试的效果对比见下表。

通过以上实例可以看出，通过在微气孔无烟烟花药颗粒粘接成模块化开苞药过程中添加金属盐类或金属氧化物等点火性能增强剂的方法，可以显著提高模块化开苞药的点火能力，解决颗粒装药的在燃放过程的药粒残留问题以及模块化开苞药亮珠烧成率低的问题，同时还显著提高了开苞直径。采用不同的有机粘合剂，对粘接模块药的性能基本没有负面的影响。

Claims (5)

1.一种改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药，其特征在于，包括颗粒状微气孔烟花药、有机粘合剂及点火性能增强剂，其质量百分比为：颗粒状微气孔烟花药为82%-99%，点火性能增强剂为2-10%，有机粘合剂为0.2-10%；所述点火性能增强剂为熔点大于500℃的金属氧化物或金属盐类化合物中的一种或两种以上的混合物；所述有机粘合剂为水溶性粘合剂、淀粉、变性淀粉、硝化棉、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素中的一种或两种以上的混合物。

2.根据权利要求1所述改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药，其特征在于点火性能增强剂为氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、硫酸钾、氯化钾中的一种或两种以上的混合物。

3.一种制备权利要求1所述改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制备颗粒状微气孔烟花药；

步骤2、将上述颗粒状微气孔烟花药、有机粘合剂的溶液或溶胶以及点火性能增强剂混合；其质量百分比为：颗粒状微气孔烟花药为82%-99%，点火性能增强剂为2-10%，有机粘合剂为0.2-10%； 

步骤3、将混合好的物料用模压的方法制备成块状固体；

步骤4、将上述块状固体烘干后得到改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药。

4.根据权利要求3所述制备改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药的方法，其特征在于，步骤2中所用的点火性能增强剂为氧化铜、氧化铁、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、硫酸钾、氯化钾中的一种或两种以上的混合物。

5.根据权利要求3所述制备改善点火能力的无烟型礼花弹用开苞药的方法，其特征在于，所述有机粘合剂为水溶性粘合剂、淀粉、变性淀粉、硝化棉、聚乙烯醇缩丁醛、乙基纤维素、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素中的一种或两种以上的混合物。