CN105384589A - 一种微烟型三基色烟花药颗粒及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微烟型三基色烟花药颗粒及应用，所述的烟花药颗粒是将硝化棉或含硝化棉的无烟药溶解、乳化发泡、成球，接着进行溶剂驱除、物料分离，最后进行烘干得到，最后将得到的颗粒按相对质量比(1-8)：(1-8)：(1-8)混合制成彩色烟花药。本发明利用颜色加成原理，采用微烟型三基色烟花药颗粒混合配色，不需要按照各种颜色独立设计配方，只需生产三种基础的药粒，通过三种原料药的组合产生各种颜色，可以简化制备工艺、稳定产品质量，大幅度提高生产效率，简化生产环节。

Description

一种微烟型三基色烟花药颗粒及应用

技术领域

本发明属于烟花药技术，特别是一种微烟型三基色烟花药颗粒以及将微烟型三基色微烟药颗粒混合制备微烟型彩色烟花药。

背景技术

传统的烟花制品大同小异，都包含黑火药和药引、效果药，再加入一些发光剂，发色剂，就能呈现出五彩缤纷的颜色。但是传统的烟花制品燃放时会产生大量的硫氧化物，氮氧化物，金属颗粒等。这些都是严重的空气污染物，在当今社会是不被接受的，此外由于黑火药的应用，烟雾浓度很高，严重影响了其燃放效果。燃烧产生的烟雾和固体颗粒以气溶胶形式悬浮在空气中,其中尤以可吸入颗粒物对人体的健康影响最大。此外，传统彩色火焰的烟花制品，配方设计繁琐，特别是对烟花颜色的控制，每种颜色的药剂就要设计一种配方，并且每种颜色的药剂所用的原材料也不相同，很难实现标准化，生产效率比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微烟型三基色烟花药颗粒及应用。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微烟型三基色烟花药颗粒及其制备方法，首先将硝化棉或含硝化棉的无烟火药溶解到溶剂中得到含硝化棉的溶胶，在溶胶中加入染色剂水溶液经搅拌得到乳液，然后将乳液再次加入染色剂水溶液经分散形成球形液滴，再经过驱溶、物料分离得到含硝化棉和染色剂的球形颗粒，干燥后得到微烟型三基色烟花药颗粒。

所述的染色剂为在燃烧时能产生红、绿、蓝三种火焰的金属离子型化合物或混合物，当染色剂选用氯化铜作为蓝光染色剂时，其水溶液质量浓度为5％-10％，当染色剂选用硝酸锶作为红光染色剂时，其水溶液质量浓度为5％-10％，当染色剂选用氯化钡和硝酸钡的混合物作为绿光染色剂时，氯化钡和硝酸钡水溶液质量浓度均为6％-8％。

溶剂选用乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、乙醇、甲醇中的一种或数种的混合物。

溶剂用量为8-15倍的硝化棉或含硝化棉的无烟火药的质量。

制备乳液过程中，染色剂水溶液的用量为5-7倍的硝化棉或含硝化棉的无烟火药的质量。

制备球形液滴过程中，染色剂水溶液的用量为8-14倍的硝化棉或含硝化棉的无烟火药的质量。

一种微烟型三基色烟花药颗粒的应用，将所述的三基色烟花药颗粒按相对质量比(1-8)：(1-8)：(1-8)混合制成彩色烟花药。

与传统烟花技术相比，本项发明有以下优点：

1、本发明采用硝化棉或含硝化棉的无烟火药为原料，其具备无烟、比容大、暴热高、燃烧产物中残渣少的特点，其主要组成为C、H、O、N四种元素,燃烧产物主要为CO₂、CO、N₂、H₂、H₂0等气体产物,生成固体残渣少,燃烧产物洁净,产烟少，极大程度降低空气污染物，保护环境。

2、本发明利用颜色加成原理，采用微烟型三基色烟花药颗粒混合配色，因此，不需要按照各种颜色独立设计配方，只需生产三种基础的药粒，通过三种原料药的组合产生各种颜色，因此可以简化制备工艺、稳定产品质量，大幅度提高生产效率，生产环节简约化和标准化，质量稳定性更容易控制。

3、微烟型彩色烟花药具有高爆热、高能量特性,不仅可以作为烟花药还可作为发射药、开苞药。

附图说明

图1为压制成柱状的微烟型烟花药块照片。

图2为微烟型三基色烟花药颗粒照片。

图3为实施例1蓝色基础球形烟花药粒燃烧火焰效果图。

图4为实施例1蓝色火焰图片RGB组分解析图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图5为实施例2红色基础球形烟花药粒燃烧火焰效果图。

图6为实施例2红色火焰图片RGB组分解析图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图7为实施例3绿色基础球形烟花药粒燃烧火焰效果图。

图8为实施例3绿色火焰图片RGB组分解析图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图9为实施例4红绿蓝质量比5:0:5混合烟花药燃烧火焰效果图。

图10为实施例4红绿蓝质量比5:0:5混合烟花药火焰图片RGB组分解析图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图11为实施例4IMAGE-PRO软件红蓝合成图片RGB组分解析图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图12为实施例4火焰图片和合成图片RGB组分解析对比图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图13为实施例5红绿蓝质量比6:0:4混合烟花药燃烧火焰效果图。

图14为实施例5红绿蓝质量比6:0:4混合烟花药火焰图片RGB组分解析图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图15为实施例6红绿蓝质量比5:4:1混合烟花药燃烧火焰效果图。

图16为实施例6红绿蓝质量比5:4:1混合烟花药火焰图片RGB组分解析图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图17为实施例6IMAGE-PRO软件红蓝合成图片RGB组分解析图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

图18为实施例6火焰图片和合成图片RGB组分解析对比图(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

具体实施方式

一种微烟型三基色烟花药颗粒的制备方法，包括以下步骤：将硝化棉或含硝化棉的无烟火药溶解到溶剂中得到含硝化棉的溶胶，在溶胶中乳化入染色剂水溶液，然后将得到的乳液再次分散到与上述染色剂溶液种类和浓度均相同的水溶液中进行分散成球，乳液被分散成球形液滴，接着进行溶剂驱除、物料分离得到含硝化棉和染色剂水溶液的球形颗粒，烘干后得到微烟型三基色烟花药颗粒。在乳化过程和分散成球过程所加入的染色剂水溶液种类和浓度均相同。所用染色剂选用硝酸锶、氯化铜、氯化钡和硝酸钡，硝酸锶为红光染色剂，氯化铜为蓝光染色剂，硝酸钡和氯化钡为绿光染色剂。氯化铜作为蓝光染色剂，其水溶液质量浓度为5％-10％，硝酸锶作为红光染色剂，其水溶液质量浓度为5％-10％，氯化钡、硝酸钡作为绿光染色剂，两种物质混合使用，使用时浓度保持一致，氯化钡、硝酸钡水溶液质量浓度均为6％-8％。

具体为：

(1)物料溶解：在搅拌状态下，将硝化棉或含硝化棉的无烟火药溶解到溶剂中形成高分子溶胶；首先，将硝化棉或含硝化棉的无烟火药加入到物料溶解槽或成球反应器中，加入原料药质量的8-15倍的溶剂进行物料溶解。在搅拌状态下，原料药在成型设备中采用溶剂分散并溶解形成高分子溶胶。所用溶剂可以是乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、乙醇、甲醇中的一种或数种的混合物，最好选用对原料药具有良好的溶解性能的溶剂；物料溶解时间根据原料种类及颗粒大小来确定，在室温或加热条件下溶解时间为10-180min，最好为20-90min；溶解温度根据所用的溶剂种类确定，应不高于溶剂的沸点或混合溶剂的共沸点；当采用乙酸乙酯做溶剂时，溶解温度最好是在40-68摄氏度；物料溶解过程原料药和溶剂的加入可以一次加入或分批多次加入，此外还可以采用单独的溶解装置间歇处理或连续地制备含有无烟火药的高分子溶胶。

(2)乳化发泡：将染色剂水溶液加入到物料中进行乳化发泡，形成漆状乳液；所述乳化发泡过程可以在成球反应器中完成，所述成球反应器为通用的安装锚式、桨叶式或螺旋式搅拌桨的反应器，乳化发泡过程中的搅拌速度根据成球反应器的容积和搅拌桨叶的类型确定。乳化发泡过程中，在搅拌状态下往高分子溶胶中滴加入染色剂水溶液，速率为1-5滴/秒，所述染色剂溶液中可以加入表面活性剂作为乳化发泡剂或匀泡剂，以保证物料分散及乳化发泡状态更均匀，所述表面活性剂可以是非离子型表面活性剂，如烷基酚聚氧乙烯醚；还可以是阴离子型表面活性剂，如十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠等；还可以选用阳离子型表面活性剂，如十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵等。表面活性剂的加入量根据其种类确定，通常加入量为加入水量的0.01％-0.5％，最好为水量的0.01％-0.2％。乳化发泡过程加入到体系中的水溶液，还可以是上次成球后分离出的母液。染色剂水溶液的加入量为5-7倍的硝化棉或含硝化棉的无烟火药的质量。可以根据需要的成品堆积密度来确定，需要的堆积密度小，则加入的染色剂水溶液量应增加，但染色剂水溶液的加入量以体积计不超过溶剂总量。在室温或加热条件下进行乳化发泡，加热的温度不高于溶剂的沸点或混合溶剂的共沸点，乳化发泡时间最好为10min-240min；乳化发泡过程体系的温度基本同溶解过程保持一致；当采用乙酸乙酯做溶剂时应保持40℃–68℃,最好为50℃–65℃。

(3)成球：在漆状乳液中加入染色剂溶液，在搅拌状态下含硝化棉的有机相物料由于界面张力的作用形成球形液滴；所述染色剂水溶液可以是含有分散剂的水溶液，还可以是上次药粒成型制备过程回收的母液，染色剂水溶液中加入适量的分散剂对球形液滴进行保护以防止相互聚集。染色剂水溶液或母液加入的量为原料药质量的8-14倍，可以一次性加入，也可以分批加入。分散剂还可以在成球过程中直接加到体系中。分散剂的种类可以选用明胶、骨胶、阿拉伯胶等水溶性天然高分子，也可以选用聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、甲基纤维素等水溶性合成高分子。分散剂用量为加入总的用水质量的0.05％-2％，最好为0.05％-1％。成球过程所用的时间最好是在10min-90min，20min-60min更佳；体系温度基本同溶解过程保持一致，当采用乙酸乙酯溶剂时保持40℃–68℃,最好为50℃–65℃，成球过程温度可以缓慢提升，但不应超过所用溶剂的沸点。搅拌速度根据成球装置的体积、搅拌桨叶的形状以及需要的药粒尺寸确定，需要小粒径的成品药粒可以在较高的搅拌速度下进行，反之则需要在较低搅拌速度下进行。

(4)溶剂驱除：升温条件或抽真空状态下，或者同时在升温和抽真空条件下逐步将溶剂蒸馏出来；所述溶剂驱除过程的主要操作参数为：时间在20min-240min，温度随着溶剂的回收逐步提高，当温度超过溶剂的沸点或溶剂和水的共沸点10℃以上时，保持10min以上即可停止驱溶。当采用乙酸乙酯做溶剂时，如采用常压蒸溶，温度达到85℃保持10min以上即可停止驱溶。

(5)物料分离：溶剂驱除结束后将得到的颗粒状药粒分离出来；溶剂驱除完成后，通过通用的冷却方式使体系的温度降到接近室温，或直接通过通常的离心分离或过滤的方式将水溶液和固体颗粒分离，分离出来的滤液称作母液，母液中含有少量的分散剂和溶剂，可以保存到固定的容器中在下次成球时作为分散介质循环利用，也可以集中经过处理合格后达标排放。

(6)烘干：将固体药粒采用常规的方法进行烘干处理，得到成品药粒。物料分离得到的药粒可以采用常规的方式进行烘干处理，所用的烘干设备最好热空气、热水等作为加热热源，最高温度最好低于100℃，不应采用明火和电热管直接加热的烘箱，以确保安全。也可以在抽真空状态下完成，真空度根据溶剂种类确定。当水分含量小于2％以下时即可停止烘干。还可以采用连续烘干设备处理。有关烘干和脱水设备应该有良好的防静电措施以确保安全。

(7)后处理：根据不同的需要还可以进行粒度分级或采用石墨进行表面光泽等后处理。用质量浓度为1％的纤维素胶水溶液将颗粒药粘结成块状或柱状。

在微气孔烟花药成型过程的乳化发泡步骤中，把含有氯化铜浓度为5％——10％的染色剂水溶液(硝酸锶浓度为5％-10％；硝酸钡浓度为6％-8％，氯化钡浓度为6％-8％。)加入到体系中，在乳化发泡过程中染色剂水溶液将会全部或部分乳化到含有硝化棉的高分子溶胶体系中，在成球过程中，同样地加入适量的含有相同浓度的染色剂及分散剂的水溶液作为分散介质，在接下来的溶剂驱除过程中染色剂成分将继续保留在药粒中，没有进入到药粒中的染色剂将会随含有分散剂的水溶液一起回收并全部在下次成型过程中循环利用，实现成型介质的闭路循环。最后经过分离及干燥等后处理过程，染色剂就均匀地分散到药粒内部及表面。所用染色剂选用硝酸锶、氯化铜、氯化钡和硝酸钡，硝酸锶为红光染色剂，氯化铜为蓝光染色剂，硝酸钡和氯化钡为绿光染色剂。所述染色剂水溶液加入的量根据溶剂用量和成品密度大小的需要进行调整。

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。

实施例1

采用硝化棉含量大于85％的单基废火药为原料药，加入到成型设备中，搅拌状态下加入10倍于单基废火药质量的乙酸乙酯溶剂，在45℃-50℃温度下搅拌溶解30-60min，形成高分子溶胶；在搅拌状态下进行乳化发泡操作，在此步骤中加入质量浓度为5％的氯化铜水溶液，加入的氯化铜水溶液的量为单基废火药质量的6倍，然后在50-60℃温度下继续搅拌30min～60min，高分子溶胶形成乳液，将体系温度调整到65℃-68℃时，将12倍于单基废火药质量的含有分散剂及5％氯化铜的水溶液加入到体系中分散成球，明胶作为分散剂，分散剂加入量为用水总质量的0.5％。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出来，球形药逐渐硬化。当温度升到85℃后继续搅拌10分钟，将药粒和母液进行分离，分离出来的母液保存起来在下一批制备过程中用来作为成球分散介质。

分离出来的药粒(见图2)，在室温下晾干并在安全烘箱中50℃干燥24小时。采用内径为9mm,高度为45mm的塑料试管，将20-40目粒度范围的药粒混以质量浓度为1％的纤维素胶水溶液，装入试管并压紧成药柱(见图1)。在安全烘箱中50℃干燥48h后，取出药柱继续在安全烘箱中50℃干燥48h。用铁架台将药柱固定好，点燃测试火焰颜色及传火速率，测试温度为25℃。对于火焰颜色，用火焰照片BMP格式图片RGB比例以及图片R(红)、G(绿)、B(蓝)的色值(T)--强度(I)曲线表征。

性能参数：

以色值T为横坐标，以相对强度I为纵坐标，用IMAGE-PRO软件将火焰图片颜色组分解析成二维曲线如图4(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)，以便直观分析和颜色表征。

由火焰图片(图3)可以明显看出，火焰成蓝色且纯度较高，能满足基色药的性能要求。从图4分析，绿色在较高色值下相对强度较高，在低色值下红色相对强度高，使得火焰呈亮色。在高色值下，蓝色相对强度高，这能保证蓝色一定的纯度。

实施例2

采用与实施例1相同的工艺过程，采用硝化棉含量大于85％的单基废火药为原料，以硝酸锶为染色剂，乳化发泡以及成球介质所用的硝酸锶溶液的浓度全部为5％。

性能参数：

以色值T为横坐标，以相对强度I为纵坐标，用IMAGE-PRO软件将火焰图片颜色组分解析成二维曲线如图6(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)，以便直观分析和颜色表征。

由火焰图片(图5)可以明显看出，火焰成红色且纯度较高，能满足基色药的性能要求。从图6分析，红色在极高色值下相对强度远高于蓝绿两色，红色纯度很高。

实施例3

采用与实施例1相同的工艺过程，采用硝化棉含量大于85％的单基废火药为原料，以硝酸钡和氯化钡为染色剂，乳化发泡以及成球介质所用的硝酸钡溶液的浓度为8％，氯化钡的浓度为8％。

性能参数：

以色值T为横坐标，以相对强度I为纵坐标，用IMAGE-PRO软件将火焰图片颜色组分解析成二维曲线如图8(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)，以便直观分析和颜色表征。

由火焰图片(图7)可以明显看出，火焰成绿色且纯度较高，能满足基色药的性能要求。从图8分析，在低色值下，红色相对强度较高，只会起到增强亮度的效果，而绿色在高色值下有很高的强度，使得绿色纯度能达到基色药的性能要求。

实施例4

以上述方法制备的微烟型三基色烟花药颗粒制备彩色烟花药，选取20目-40目的部分，按红、蓝质量比为5:5，混合均匀后，用同样方法粘结成圆柱块并烘干、测试。

性能参数：

以色值T为横坐标，以相对强度I为纵坐标，用IMAGE-PRO软件将火焰图片颜色组分解析成二维曲线如图10(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)，以便直观分析和颜色表征。

用IMAGE-PRO软件将上述蓝色火焰图片和红色火焰图片合成一张图片，以色值T为横坐标，以相对强度I为纵坐标，用IMAGE-PRO软件将火焰图片颜色组分解析成二维曲线如图11(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)。

并将图10和图11画在同一坐标系下，得到图12

从图12可以看出，由IMAGE-PRO软件合成的图片和混药燃烧火焰图片的色值(T)-----相对强度(I)的曲线形状基本吻合，可见三基色烟花药的颜色加成原理是可行的。两组曲线的峰值位置及强度有所差距，这是由于合成图片是由软件计算，直接对像素点色值进行加和平均，是直接对图片的处理，没有计算到火焰辐射的差别。而混药燃烧火焰图片则更为接近真实地反映火焰颜色。

由火焰图片(图9)看出火焰成紫色，混色效果较好，火焰颜色也较均匀。从图10分析可以明显看出，红、绿、蓝三色均在高色值区有较强强度，其中红色强度最强，由颜色加成原理最终生成了紫色。

实施例5

以上述方法制备的微烟型三基色烟花药颗粒制备彩色烟花药，选取20目-40目的部分，按红、蓝质量比为6:4，混合均匀后，用同样方法粘结成圆柱块并烘干，测试温度为25℃。

性能参数：

以色值T为横坐标，以相对强度I为纵坐标，用IMAGE-PRO软件将火焰图片颜色组分解析成二维曲线如图14(图中R表示红色组分、G表示绿色组分、B表示蓝色组分)，以便直观分析和颜色表征。

由火焰图片(图13)看出火焰成粉色，混色效果较好，火焰颜色也较均匀。从图14分析可以明显看出，绿、蓝在高色值下相对强度值较均匀，红色极高色值下相对强度较高，使得火焰呈现粉色。

实施例6

以上述方法制备的微烟型三基色烟花药颗粒制备彩色烟花药，选取20目-40目的部分，按红、绿、蓝质量比为5:4:1，混合均匀后，用同样方法粘结成圆柱块并烘干，测试温度为25℃。

性能参数：

以色值T为横坐标，以相对强度I为纵坐标，用IMAGE-PRO软件将火焰图片颜色组分解析成二维曲线图16，以便直观分析和颜色表征。

用IMAGE-PRO软件将上述红色、绿色、蓝色火焰图片按组成比例5:4:1合成一张图片，以色值T为横坐标，以相对强度I为纵坐标，用IMAGE-PRO软件将火焰图片颜色组分解析成二维曲线如图17。

并将图16和图17画在同一坐标系下，得到图18从图18可以看出，两组曲线的基本形状任然相似，这就说明三种基色药的混合依然能很好符合颜色加成原理。其强度峰值的差距是图片亮度出别引起的。

由火焰图片(图15)看出焰成橙色，混色效果较好，火焰颜色也较均匀。从图16分析可以明显看出，蓝色在低色值区有一定强度，绿色在中色值区有一定强度，红色在高色值区有较高强度，由颜色加成原理最终生成了橙色。

实例7

以下列出红、绿、蓝质量比及与之对应的BMP格式图片RGB比例和以直观反映三基色药粒混合制备彩色烟花药的效果。

通过以上实例可以看出，采用微烟型三基色烟花药颗粒按比例混合制备彩色烟花药的方法具有可行性，而且可以简化制备彩色烟花药的工序，同时还可以呈现更多颜色的火焰，大大改善了烟花制品观赏效果和环保性能。另外，将微气孔无烟烟花药颗粒粘接成块状药的方法，可以彻底解决颗粒药的残药问题。

Claims (8)

1.一种微烟型三基色烟花药颗粒的制备方法，其特征在于，首先将硝化棉或含硝化棉的无烟火药溶解到溶剂中得到含硝化棉的溶胶，在溶胶中加入染色剂水溶液经搅拌得到乳液，然后将乳液再次加入染色剂水溶液经分散形成球形液滴，再经过驱溶、物料分离得到含硝化棉和染色剂的球形颗粒，干燥后得到微烟型三基色烟花药颗粒。

2.如权利要求1所述的微烟型三基色烟花药颗粒的制备方法，其特征在于，染色剂为在燃烧时能产生红、绿、蓝三种火焰的金属离子型化合物或混合物，当染色剂选用氯化铜作为蓝光染色剂时，其水溶液质量浓度为5％-10％，当染色剂选用硝酸锶作为红光染色剂时，其水溶液质量浓度为5％-10％，当染色剂选用氯化钡和硝酸钡的混合物作为绿光染色剂时，氯化钡和硝酸钡水溶液质量浓度均为6％-8％。

3.如权利要求1所述的微烟型三基色烟花药颗粒的制备方法，其特征在于，溶剂选用乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、乙醇、甲醇中的一种或数种的混合物。

4.如权利要求1所述的微烟型三基色烟花药颗粒的制备方法，其特征在于，溶剂用量为8-15倍的硝化棉或含硝化棉的无烟火药的质量。

5.如权利要求1所述的微烟型三基色烟花药颗粒的制备方法，其特征在于，制备乳液过程中，染色剂水溶液的用量为5-7倍的硝化棉或含硝化棉的无烟火药的质量。

6.如权利要求1所述的方法制备的微烟型三基色烟花药颗粒的制备方法，其特征在于，制备球形液滴过程中，染色剂水溶液的用量为8-14倍的硝化棉或含硝化棉的无烟火药的质量。

7.如权利要求1-6任一所述的微烟型三基色烟花药颗粒。

8.如权利要求7所述的微烟型三基色烟花药颗粒的应用，将所述的三基色烟花药颗粒按相对质量比(1-8)：(1-8)：(1-8)混合制成彩色烟花药。