CN110835283A - 一种环境友好型爆竹硝药剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环境友好型爆竹硝药剂及其制备方法，属于环保烟火药领域。组分包括：钝化黑索今、硝化竹纤维素、硝基胍、改性蒙脱土、聚乙烯蜡、N‑苯基对苯二胺、双聚氰胺。本发明采用钝化黑索今、硝化竹纤维素和硝基胍作为能量组分，保证了其燃放效果和安定性；同时引入改性蒙脱土，对爆竹硝药剂的力学性能有了显著提升；同时该产品不含硫元素，不添加任何金属粉末，真正意义上实现了无烟无硫，极大程度上减少了对环境的污染和对人体的危害，是环境友好型产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种环境友好型爆竹硝药剂及其制备方法，属于环保烟火药领域。
背景技术
烟花爆竹的使用在中国有着源远流长的历史文化，特别是在元宵节、春节等喜庆的节日以及婚礼、庆典等欢庆活动中，通过烟花爆竹的大量燃放来增添节日的欢乐气氛是必不可少的。但烟花爆竹的燃放释放的烟尘、溅出的火星等，对环境污染严重，燃放不当还有可能引发火灾造成人员伤亡。然而，由于消费的不断增长、环保意识的欠缺和生产厂家激增等原因，近些年来，烟花爆竹的燃放量大大增加，环境污染问题日益加剧，对人体健康的危害也愈发严重。
众所周知，当今烟花爆竹的主要成份为硝酸钾、硫磺和木炭，有的还含有氯酸钾、高氯酸钾，甚至还会加入金属粉末等。其燃放会产生碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫以及金属氧化物粉尘等细小颗粒物，这些有毒有害气体以及粉尘颗粒物对环境造成了巨大的污染，也对人体造成了极大的损害。尤其是细小颗粒物容易吸附重金属(如铅等)和有害物质等进入肺部并溶解，继而随着血液流通，严重影响人的呼吸系统、心血管系统等，给人体健康造成更大的危害。黄玉国通过取消使用硫磺物质，主要成分采用高氯酸钾、铝粉等来制备一种无硫爆竹药物(CN201310159090.4)；钱新明、刘振翼等利用偶联剂和高分子聚合材料对烟花爆竹用氯酸钾进行包覆改性(CN200810192961.1)，这两种方法虽然一定程度上有着降低烟花爆竹药剂的机械感度，提高热稳定性等优点，但对环境污染问题的改善作用微乎其微；赛世涛、赵春城等通过将爆竹分为爆竹体和盖子两部分，利用外来气压使盖子上的薄膜受压破裂发出声响，进而改善烟花爆竹的环境污染问题(CN201320635305.0)，但该种爆竹结构复杂，制备困难，得率低，价格昂贵，不适合大批量生产，也不能迎合广大消费者的需求；邵毅通过采用燃气代替爆炸物，将爆竹分为燃气产生装置、燃气输送装置、燃气存储装置以及燃气引爆装置，进而达到环保的目的(CN201510107711.3)，但同样有着成本昂贵，结构复杂的问题，而且该爆竹中的任何一个装置出现问题，都会严重影响燃放效果，而且还存在着巨大的安全隐患。
在保证烟花爆竹优异的燃放效果的前提下，减轻其燃放对环境的污染和对人体的危害，是烟花爆竹行业亟待解决的主要矛盾，也是烟花爆竹产业发展道路上的热点问题和重点问题，这对爆竹硝药剂的环保特性提出了需求，也为烟花爆竹行业的发展指明了方向。因此，制备出一种环境友好型爆竹硝药剂具有重大的社会意义和现实意义。
发明内容
本发明是为了解决现有爆竹硝药剂燃放后存在的烟气污染问题，而提供的一种环境友好型爆竹硝药剂及其制备方法。
本发明专利的目的是通过以下技术方案实现的。
一种环境友好型爆竹硝药剂，其各组分与所占质量百分比如下：
组分中所述硝化竹纤维素的含氮量为12％～12.5％；
一种环境友好型爆竹硝药剂制备方法，具体步骤如下：
步骤一、按配方质量比称取钝化黑索今、硝化竹纤维素、硝基胍、改性蒙脱土、聚乙烯蜡、N-苯基对苯二胺、双聚氰胺；
步骤二、将步骤一所称取的硝化竹纤维素粉末按(1～5):10的质量比分成A、B两组，按质量比1:10将A组硝化竹纤维素粉末溶于乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌2～3小时；然后继续在搅拌状态下，加入步骤一所称取的双聚氰胺、N-苯基对苯二胺与聚乙烯蜡，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
步骤三、在搅拌及超声分散状态下，将步骤一称取的钝化黑索今、硝基胍、改性蒙脱土和步骤二所得的B组硝化竹纤维素加入到步骤二所得的硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中可适量添加乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
步骤四、将步骤三所得软硬适中的均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至80～90℃鼓风烘箱中下干燥2～3小时，得无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
步骤五、将步骤四所得环境友好型爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，即得颗粒均匀的无烟无硫爆竹硝药剂。
所述改性蒙脱土的制备方法为：按质量比1:30将十二烷基二甲基苄基溴化铵加入到四氢呋喃溶液中，搅拌10～30分钟，制得阳离子表面活性剂溶液；按质量比1:10将蒙脱土加入到阳离子表面活性剂溶液中，在超声分散状态下搅拌2～3小时，过滤，然后置于180～200℃鼓风烘箱中干燥2～3小时，破碎过筛，制得改性蒙脱土；
所述软硬适中的判断方法为：将胶团状物挤压通过20目铜筛后，胶团状物成连续细条状且相互之间不粘连，具有一定的塑性和抗拉强度；
有益效果
1、一种环境友好型爆竹硝药剂，采用钝化黑索今、硝化竹纤维素和硝基胍作为能量组分，保证了其燃放效果和安定性；同时引入改性蒙脱土，对爆竹硝药剂的力学性能有了显著提升；
2、一种环境友好型爆竹硝药剂，引入聚乙烯蜡、N-苯基对苯二胺、双聚氰胺，显著提高了安定性，对运输、储存和使用都有着重要的现实意义；
3、一种环境友好型爆竹硝药剂，不含硫元素，不添加任何金属粉末，真正意义上实现了无烟无硫，极大程度上减少了对环境的污染和对人体的危害，是环境友好型产品；
4、一种环境友好型爆竹硝药剂的制备方法，工艺简单、原料易得，生产过程无三废排放，适合工厂操作，也适应流水线的工业化大规模生产，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
实施例1
一种环境友好型爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取95.67g硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组15.67g，B组80g，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于156.7g乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌2小时，然后继续在搅拌状态下，加入22.02g双聚氰胺、42.19gN-苯基对苯二胺与46.45g聚乙烯蜡，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将24g十二烷基二甲基苄基溴化铵粉末加入到720g四氢呋喃溶液中，搅拌20分钟，制得阳离子表面活性剂溶液；将76.4g蒙脱土加入到阳离子表面活性剂溶液中，在超声分散状态下搅拌2小时，过滤，然后置于180℃鼓风烘箱中干燥2小时，取出，制得76.68g改性蒙脱土；
在搅拌及超声分散状态下，将478.07g钝化黑索今、164.88g硝基胍、75.96g改性蒙脱土以及B组硝化竹纤维素加入到硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中添加27ml乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
将均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至80℃鼓风烘箱中下干燥2小时，制得923.26g环境友好型爆竹硝药剂粗品；
将923.26g环境友好型爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，制得922.17g颗粒均匀的环境友好型爆竹硝药剂，成品率达99.88％。
经测试，所得环境友好型爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为31％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为34％，装药力学性能优异，着火温度正常，成品燃放效果优异，测得声级值为83dB，满足无烟无硫的环保要求；将所得无烟无硫爆竹成品放置在75℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且燃放效果无改变；将所得无烟无硫爆竹成品放置在-25℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且燃放效果无改变。
实施例2
一种环境友好型爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取7.67kg硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组1.67kg，B组6kg，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于16.7kg乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌2.5小时，然后继续在搅拌状态下，加入1.02kg双聚氰胺、2.03kgN-苯基对苯二胺与5.27kg聚乙烯蜡，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将1.35kg十二烷基二甲基苄基溴化铵粉末加入到40.5kg四氢呋喃溶液中，搅拌25分钟，制得阳离子表面活性剂溶液；将4.185kg蒙脱土加入到阳离子表面活性剂溶液中，在超声分散状态下搅拌2.5小时，过滤，然后置于190℃鼓风烘箱中干燥2.5小时，取出，制得4.23kg改性蒙脱土；
在搅拌及超声分散状态下，将30.91kg钝化黑索今、6.72kg硝基胍、4.18kg改性蒙脱土以及B组硝化竹纤维素加入到硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中添加820ml乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
将均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至85℃鼓风烘箱中下干燥2.5小时，制得57.6kg环境友好型爆竹硝药剂粗品；
将57.6kg环境友好型爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，制得57.32kg颗粒均匀的环境友好型爆竹硝药剂，成品率达99.51％。
经测试，所得环境友好型爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为33％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为35％，装药力学性能优异，着火温度正常，成品燃放效果优异，测得声级值为81dB，满足无烟无硫的环保要求；将所得无烟无硫爆竹成品放置在74℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且燃放效果无改变；将所得无烟无硫爆竹成品放置在-28℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且燃放效果无改变。
实施例3
一种环境友好型爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取19.54kg硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组4.54kg，B组15kg，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于45.4kg乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌3小时，然后继续在搅拌状态下，加入1.39kg双聚氰胺、2.44kgN-苯基对苯二胺与5.77kg聚乙烯蜡，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将2.2kg十二烷基二甲基苄基溴化铵粉末加入到66kg四氢呋喃溶液中，搅拌30分钟，制得阳离子表面活性剂溶液；将6.82kg蒙脱土加入到阳离子表面活性剂溶液中，在超声分散状态下搅拌3小时，过滤，然后置于180℃鼓风烘箱中干燥3小时，取出，制得6.91kg改性蒙脱土；
在搅拌及超声分散状态下，将65.28kg钝化黑索今、11.67kg硝基胍、6.80kg改性蒙脱土以及B组硝化竹纤维素加入到硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中添加1730ml乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
将均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至80℃鼓风烘箱中下干燥3小时，制得112.7kg环境友好型爆竹硝药剂粗品；
将112.7kg环境友好型爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，制得112.63kg颗粒均匀的环境友好型爆竹硝药剂，成品率达99.94％。
经测试，所得环境友好型爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为32％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为33％，装药力学性能优异，着火温度正常，成品燃放效果优异，测得声级值为82dB，满足无烟无硫的环保要求；将所得无烟无硫爆竹成品放置在76℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且燃放效果无改变；将所得无烟无硫爆竹成品放置在-33℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且燃放效果无改变。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种环境友好型爆竹硝药剂，其特征在于：各组分与所占质量百分比如下：
所述改性蒙脱土的制备方法为：按质量比1:30将十二烷基二甲基苄基溴化铵加入到四氢呋喃溶液中，搅拌10～30分钟，制得阳离子表面活性剂溶液；按质量比1:10将蒙脱土加入到阳离子表面活性剂溶液中，在超声分散状态下搅拌2～3小时，过滤，然后置于180～200℃鼓风烘箱中干燥2～3小时，破碎过筛，制得改性蒙脱土。
2.如权利要求1所述的爆竹硝药剂，其特征在于：组分中所述硝化竹纤维素的含氮量为12％～12.5％。
3.制备如权利要求1所述的环境友好型爆竹硝药剂的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、按配方质量比称取钝化黑索今、硝化竹纤维素、硝基胍、改性蒙脱土、聚乙烯蜡、N-苯基对苯二胺、双聚氰胺；
步骤二、将步骤一所称取的硝化竹纤维素粉末按(1～5):10的质量比分成A、B两组，按质量比1:10将A组硝化竹纤维素粉末溶于乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌2～3小时；然后继续在搅拌状态下，加入步骤一所称取的双聚氰胺、N-苯基对苯二胺与聚乙烯蜡，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
步骤三、在搅拌及超声分散状态下，将步骤一称取的钝化黑索今、硝基胍、改性蒙脱土和步骤二所得的B组硝化竹纤维素加入到步骤二所得的硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中可适量添加乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
步骤四、将步骤三所得软硬适中的均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至80～90℃鼓风烘箱中下干燥2～3小时，得无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
步骤五、将步骤四所得环境友好型爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，即得颗粒均匀的无烟无硫爆竹硝药剂；
所述软硬适中的判断方法为：将胶团状物挤压通过20目铜筛后，胶团状物成连续细条状且相互之间不粘连，具有一定的塑性和抗拉强度。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述改性蒙脱土的制备方法为：按质量比1:30将十二烷基二甲基苄基溴化铵加入到四氢呋喃溶液中，搅拌10～30分钟，制得阳离子表面活性剂溶液；按质量比1:10将蒙脱土加入到阳离子表面活性剂溶液中，在超声分散状态下搅拌2～3小时，过滤，然后置于180～200℃鼓风烘箱中干燥2～3小时，破碎过筛，制得改性蒙脱土。
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