CN109438146B

CN109438146B - 一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺

Info

Publication number: CN109438146B
Application number: CN201811198104.2A
Authority: CN
Inventors: 张仁旭; 阳洪; 袁满; 赵利斌
Original assignee: North Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: North Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2038-10-15
Also published as: CN109438146A

Abstract

本发明公开了一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，其包括以下步骤：(1)制浆：将硝化棉生产过程中煮洗后的硝化棉加入反应釜中，调节反应釜中硝化棉的质量浓度为2～25％，搅拌得到料浆；(2)去纤维剂配制：将溶剂、安定剂、减敏剂混合均匀得去纤维剂；(3)造粒：将去纤维剂加入料浆中，搅拌然后升温后进行保温，得到硬化后的硝化棉物料；(4)将硝化棉物料进行粉碎、脱水除去母液即得室内烟花用硝化棉。本发明所得的室内烟花用硝化棉稳定性好，去纤维化后堆积密度大，粒径满足室内烟花生产过程中药剂混合、装填室内烟花的使用要求；本发明制得的室内烟花燃烧后产生主要气体为氮气，燃放气中无烟、无硫，可满足室内烟花燃放的环保要求。

Description

一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺

技术领域

本发明属于烟花爆竹领域，尤其是一种室内烟花用硝化棉的的生产工艺。

背景技术

室内烟花又称冷光烟花(还称冷焰火、冷烟花)，属微(无)烟喷花类环保型烟花，是采用燃点较低的金属粉末，经过一定比例加工而成的冷光无烟焰火，冷焰火燃点低，燃点在60℃～80℃，外部温度30℃～50℃，对人体无伤害，适用于舞台表演和各种造型设计。其产品主要包括舞台烟花、蛋糕烟花、手持燃放烟花、地面礼花以及影视特效烟花等。市场上的室内烟花采用新型配方，主要以退役的单基药粉代替黑火药，即可保持传统烟花的观赏效果，而且在燃放时无烟产生，残留灰尘少，安全性与稳定性好。

单基药是只含一种高分子爆炸基剂发射药。它的主要成分是硝化棉，也称硝化棉单基药。公开号为CN103524278A的中国发明申请公开了一种烟花用单基粉、双基粉的加工方法，包括下述步骤：(1)单基粉、双基粉原药去杂、备料，加水潮湿；(2)、湿粉加工，投入粉碎机粉碎，离心脱水；(3)筛选分级；(4)干粉加工，即制得所述烟花用单基粉、双基粉产品；(5)成品包装，用防静电和防潮的纤维编织袋密封包装即为成品入库。该方法以单基药粉、双基药粉为原药，进行加工制成烟花用单基药粉、双基药粉，所用的单基药粉是国储退役单基药粉为原料，经粉碎而得到的产品，而单基药粉本身是军用物资，受国家严格管控，且投放到市场的退役单基药粉的数量逐年减少，故单基药粉的供应具有不确定性，难以满足室内烟花的生产要求；单基药制备工艺复杂，所需的设备装置较多，对设备的要求较高，生产成本高，不适宜于室内烟花行业持续发展。硝化棉的主要原材料纤维素来源广且可再生，硝化棉本身燃烧温度低、常压下燃速小、燃放时无烟无硫等特性，正好满足室内烟花对含能物质的物性要求。经筛分后的硝化棉细粉可用于某些室内环保型烟花的生产，但是生产效率低成本又高，且绝干或受热储存稳定性差，存在较大的安全隐患；另外，绝大部分的硝化棉产品外形主要呈纤维状，粒径大堆积密度低，不能与室内烟花的效果药充分混合，因而不能直接用于室内烟花的生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，在硝化棉生产过程中直接制得室内烟花用硝化棉。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，包括以下步骤：

(1)制浆：将硝化棉生产过程中煮洗后的溶液或含水酒的硝化棉加入反应釜中，调节反应釜中硝化棉的质量浓度为2～25％，保持反应釜中温度为10～40℃，搅拌得到硝化棉悬浮在溶液中的料浆；

(2)去纤维剂配制：将步骤(1)中硝化棉质量50～300％的溶剂、硝化棉质量0.8～1.5％的安定剂、硝化棉质量2～10％的减敏剂混合均匀得去纤维剂；

(3)造粒：将步骤(2)的去纤维剂加入步骤(1)的料浆中，搅拌0.5～2h，然后升温至50～100℃后进行保温，料浆中的溶剂被蒸发出来通过冷凝回收除去，得到硬化后的硝化棉物料；

(4)将步骤(3)所得的硝化棉物料进行粉碎、脱水除去母液即得室内烟花用硝化棉。

优选的，所述步骤(1)反应釜中硝化棉的质量浓度选用水、步骤(4)脱水所得母液中的一个或两个来调节。

优选的，步骤(2)中所述溶剂为硝化棉质量的80～150％，所述的溶剂为丙酮、甲乙酮、丁酮、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。

优选的，步骤(2)中所述安定剂为硝化棉质量的1.0～1.2％，所述的安定剂为二苯胺。

优选的，步骤(2)中所述减敏剂为硝化棉质量的3～6％，所述的减敏剂为邻苯二甲酸二丁酯、甘油三醋酸酯、环氧大豆油、乙酰柠檬酸三丁酯、二硝基甲苯、樟脑中的至少一种。

优选的，所述步骤(3)加料时间控制在10～30min。此加料时间，使浆料中的硝化棉均匀吸收去纤维剂，使接下来预造粒的颗粒均匀，若时间大于30min则会使硝化棉成团，而小于10min，可能会导致硝化棉及颗粒大小不一。

优选的，所述步骤(3)保温时间为1～3h。

优选的，所述步骤(3)的加料时间为15～25min，然后搅拌0.8～1.5h，再升温至60～80℃后进行保温1.5～2.5h。

优选的，所述步骤(4)硬化后硝化棉固相物料粉碎至80～100目。

为了确定造粒时搅拌速率与硝化棉粒径及其他性能的关系，本发明做了如下试验：其中加料时间为20min，搅拌时间为1h，升温至70℃后保温2h，改变搅拌速率，检测所得硝化棉性能，结果如下表所示：

表1

可以看出，在造粒过程中，搅拌速率为700～1000r/min时，硝化棉粒径大小均匀，且不成团，堆积密度达0.5g/cm³左右，稳定性分析试验产生的氮氧化物为0.8ml/g，而对照组为现有的未经本发明去纤维化处理的硝化棉粉碎后，得其为纤维状，堆积密度为0.21g/cm³左右，稳定性分析试验产生的氮氧化物为1.21ml/g，可见经本发明去纤维化后，堆积密度大大提高，稳定性提高。

本发明的有益效果是：本发明在硝化棉的生产过程中，直接利用硝化棉煮洗后的一定浓度的硝化棉含水溶液或含水酒硝化棉进行制浆、去纤维化、造粒、硬化、粉碎得室内烟花用硝化棉，且硝化棉的去纤维化、预造粒、硬化在一个设备中完成，工艺简单，易于控制，产业化投资小；

所得的室内烟花用硝化棉稳定性好，去纤维化后堆积密度大，粒径满足室内烟花生产过程中药剂混合、装填室内烟花的使用要求；本发明制得的室内烟花燃烧后产生主要气体为氮气，燃放气中无烟、无硫，可满足室内烟花燃放的环保要求。

附图说明

图1是本发明制备室内烟花用硝化棉的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

目前硝化棉的制备过程主要如下：精制棉与混酸发生硝化反应生成酸性硝化棉，经过离心进行驱酸后掉入水洗机内搅拌洗涤，再通过输棉泵打入煮洗桶进行安定处理和降粘、经漂洗混合后取样分析产品质量合格，最后经过活塞推料离心机脱水后包装。由此可见硝化棉制备工艺前半段在大量水中进行，后半段是醇化、脱水工艺。本发明发生在煮洗之后，如图1所示，一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，包括以下步骤：

(1)制浆：将硝化棉生产过程中煮洗后的溶液或含水酒的硝化棉加入反应釜中，调节反应釜中硝化棉的质量浓度为2～25％，保持反应釜中温度为10～40℃，搅拌得到硝化棉悬浮在溶液中的料浆；反应釜中硝化棉的质量浓度选用水、步骤(4)脱水所得母液中的一个或两个来调节；制浆过程，硝化棉的质量浓度越高，蓬松的硝化棉在反应釜内占用体积更多，会造成后续硝化棉、去纤维剂分散不均，硝化棉有可能成团，无法造粒，因此硝化棉的质量浓度为2～25％，使浆料具有流动性，且造粒效率高。釜内温度越高，搅拌越快，后续步骤溶剂会更多的转为气相，不利于硝化棉吸收去纤维化。制浆时若硝化棉太多，则容易浮于液面上，使硝化棉后续步骤不能均匀混合，不能去纤维化，无法造粒；若温度太高，后续步骤溶剂从硝化棉转到液相或气相的就更多，硝化棉提前硬化不能造粒；搅拌过快，有可能使浆料飞溅粘壁，粘壁的物料不能去纤维或造粒，通过大量的试验得到2～25％的最优的硝化棉制浆的质量浓度。

(2)去纤维剂配制：将步骤(1)中硝化棉质量50～300％的溶剂、硝化棉质量0.8～1.5％的安定剂、硝化棉质量2～10％的减敏剂混合均匀得去纤维剂；所述溶剂为硝化棉质量的80～150％，所述的溶剂为丙酮、甲乙酮、丁酮、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。

所述安定剂为硝化棉质量的1.0～1.2％，所述的安定剂为二苯胺。

所述减敏剂为硝化棉质量的3～6％，所述的减敏剂为邻苯二甲酸二丁酯、甘油三醋酸酯、环氧大豆油、乙酰柠檬酸三丁酯、二硝基甲苯、樟脑中的至少一种。所述溶剂、安定剂、减敏剂的加入量为硝化棉干量的百分含量。

溶剂超出范围过量，硝化棉吸收大量溶剂变的很软，成团、粘搅拌，且溶剂已不能转移到水相，水相中溶剂浓度已很高了，达到平衡或饱和，因此硝化棉不能硬化，不能通过搅拌分散也就不能造粒。安定剂、减敏剂不容易与水结合，二者混溶于溶剂与硝化棉结合，太多则会遇水会析出，因此，发明人通过大量实验得到的溶剂、安定剂、减敏剂应加入的量，既能保证后续硝化棉的去纤维化，又能保证硝化棉的造粒与硬化。

(3)造粒：将步骤(2)的去纤维剂加入步骤(1)的料浆中，加料时间控制在10～30min，搅拌0.5～2h，然后升温至50～100℃后进行保温1～3h，料浆中的溶剂被蒸发出来通过冷凝回收除去，得到硬化后的硝化棉物料；

优选的，所述步骤(3)的加料时间为15～25min，然后搅拌0.8～1.5h，再升温至60～80℃后进行保温1.5～2.5h。加料控制时间使浆料中的硝化棉均匀吸收去纤维剂，该过程循序渐进，需要一定的时间。然后搅拌0.8～1.5h使充分吸收去纤维剂的不规则硝化棉预造粒，变成细小的颗粒。升温的目的是让颗粒中的溶剂蒸发出来，使颗粒变硬。不然造粒的颗粒不均匀，有可能成团及颗粒大小不一，无法粉碎。

(4)粉碎：将步骤(3)所得的硝化棉物料进行粉碎、脱水除去母液即得室内烟花用硝化棉，硬化后硝化棉固相物料粉碎至80～100目。

实施例：

下表为实施例1-3及对照组1-2制浆过程中的各个参数设计：

下表为实施例1-3及对照组1-2去纤维剂配制过程中的各个参数设计：

下表为实施例1-3及对照组1-2造粒过程中的各个参数设计：

	加料时间/min	搅拌转速r/min	搅拌时间/h	升温温度/℃	保温时间/h
						实施例1	10	700	0.5	50	1
实施例2	20	800	1	80	2
						实施例3	30	900	2	100	3
对照组1	5	500	0.2	30	0.5
						对照组2	40	1000	3	120	4

下表为实施例1-3及对照组1-3所得的室内烟花用硝化棉的性能测试：

对照组3为可现有生产用的硝化棉，没有进行去纤维化等过程，直接粉碎到一定目数，可以看出本发明实施例1-3所得的室内烟花用硝化棉粒径80-100目百分含量大于70％，粒径分布均匀，含水率低于，堆积密度大于0.63g/cm³。而对照组1所得的硝化棉粒径80-100目百分含量仅为25％，堆积密度为0.32g/cm³，而对照组2无法造粒、硬化、粉碎。

Claims

1.一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制浆：将硝化棉生产过程中煮洗后的溶液或含水酒的硝化棉加入反应釜中，调节反应釜中硝化棉的质量浓度为2～25%，保持反应釜中温度为10～40℃，搅拌得到硝化棉悬浮在溶液中的料浆；

（2）去纤维剂配制：将步骤（1）中硝化棉质量80～150%的溶剂、硝化棉质量1.0～1.2%的安定剂、硝化棉质量3～6%的减敏剂混合均匀得去纤维剂；

（3）造粒：将步骤（2）的去纤维剂加入步骤（1）的料浆中，搅拌0.5～2h，然后升温至50～100℃后进行保温，料浆中的溶剂被蒸发出来通过冷凝回收除去，得到硬化后的硝化棉物料；加料时间控制在10～30min，所述保温时间为1～3h，所述搅拌转速为700-900r/min；

（4）将步骤（3）所得的硝化棉固相物料粉碎至80～100目、脱水除去母液即得室内烟花用硝化棉。

2.根据权利要求1所述的一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，其特征在于，所述步骤（1）反应釜中硝化棉的质量浓度选用水、步骤（4）脱水所得母液中的一个或两个来调节。

3.根据权利要求1或2所述的一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，其特征在于，步骤（2）中所述溶剂为硝化棉质量的80～150%，所述的溶剂为丙酮、甲乙酮、丁酮、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，其特征在于，步骤（2）中所述安定剂为硝化棉质量的1.0～1.2%，所述的安定剂为二苯胺。

5.根据权利要求1或2所述的一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，其特征在于，步骤（2）中所述减敏剂为硝化棉质量的3～6%，所述的减敏剂为邻苯二甲酸二丁酯、甘油三醋酸酯、环氧大豆油、乙酰柠檬酸三丁酯、二硝基甲苯、樟脑中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种室内烟花用硝化棉的料浆法生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）的加料时间为15～25min，然后搅拌0.8～1.5h，再升温至60～80℃后进行保温1.5～2.5h。