CN110963864A - 一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低感度无烟无硫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、黄苓甙、改性蒙脱土、二甲基二苯脲、多壁碳纳米管和双聚氰胺。本发明采用钝化黑索今和硝化竹纤维素作为主要成份，不含硫元素，不添加任何金属粉末，保证燃放过程中的无烟无硫，极大减轻了对环境的污染和对人体的危害；在保证燃放效果前提下，极大提高了其安全性；引入二甲基二苯脲、黄苓甙、改性蒙脱土、多壁碳纳米管、双聚氰胺，一方面提高了各组分之间的相容性，另一方面也进一步提高了其安全性，保证了其在运输、储存和使用过程中的安全，确保产品安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂及其制备方法，属于环保烟火药领域。
背景技术
自古以来，烟花爆竹便是中国人在欢庆活动或节日中最喜欢用来烘托和渲染氛围的道具。近些年来，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，烟花爆竹的大量燃放对环境和人体健康都带来了严重危害。更导致烟花爆竹的市场上供大于求的现象，而且由于不规范的存放或者误操作导致的安全事故也是层出不穷，严重威胁着人们的生命财产安全。
当今烟花爆竹以硝酸钾、硫磺和木炭为主要成份，有的烟花爆竹药剂还含有氯酸钾，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的粉尘，这些有毒有害气体以及粉尘颗粒物对人体健康损害严重，对环境污染巨大，酸雨、雾霾的形成与烟花爆竹的大量燃放有着千丝万缕的联系。同时烟花爆竹的运输、储存与使用的有着巨大的安全隐患，极小的操作失误就有可能对人们生命财产安全带来严重损害。徐晓广通过将烟花爆竹分为筒体、火药和引信三部分，并在筒体以及顶盖的内外表面设有阻燃层和防潮层，消除了明火或者高温带来的安全隐患(CN200520016560.2)，但其设计复杂，制备困难，制备工序繁琐；潘传军通过采用纸质材料，将引火线点火端引出外包纸外，保证爆竹在燃放过程中无固体物质等飞出伤人，而且燃放后的包装纸可自然降解(CN201220116776.6)，但纸质材料的大量使用，导致该爆竹难以储存和运输，吸潮问题严重；汤代学通过制备烟花爆竹彩光安全剂，改善了烟花爆竹的燃放效果，也提高了安全性能(CN01106953.8)，但该种药剂需要与氯酸钾结合使用，环境污染问题依旧存在。
在保证烟花爆竹正常供应人们需求的前提下，同时保证其燃放效果，减轻其燃放给环境带来的污染和对人体带来的危害，确保烟花爆竹的安全运输、存放与使用，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，这对爆竹硝药剂的无烟无硫和安全性提出了需求，也为烟花爆竹行业未来的发展指明了方向。因此，制备出一种低感度无烟无硫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在运输、存放以及使用过程中存在的安全问题，以及燃放后存在的烟气污染问题，从而提供的一种低感度无烟无硫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。
一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂，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％；
一种低感度无烟无硫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、黄苓甙、改性蒙脱土、二甲基二苯脲、多壁碳纳米管和双聚氰胺；
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、多壁碳纳米管与二甲基二苯脲，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、改性蒙脱土、黄苓甙和步骤二所得的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，得低感度无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
步骤五、将步骤四所得低感度无烟无硫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，即得颗粒均匀的低感度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、一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂，采用钝化黑索今和硝化竹纤维素作为主要成份，在保证燃放效果前提下，极大提高了其安全性；引入二甲基二苯脲、黄苓甙、改性蒙脱土、多壁碳纳米管、双聚氰胺，一方面提高了各组分之间的相容性，另一方面也进一步提高了其安全性，保证了其在运输、储存和使用过程中的安全，确保产品安全可靠；
2、一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂，不含硫元素，不添加任何金属粉末，保证燃放过程中的无烟无硫，极大减轻了对环境的污染和对人体的危害，具有重大的现实意义；
3、一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂的制备方法，工艺简单，生产过程无三废排放，既适合工厂操作，也适合工业化大规模生产，具有显著的社会效益和经济效益。
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
一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取77.71g硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组17.71g，B组60g，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于177.1g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3.40g双聚氰胺、9.96g多壁碳纳米管与9.91g二甲基二苯脲，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将4.5g十二烷基二甲基苄基溴化铵粉末加入到135g四氢呋喃溶液中，搅拌15分钟，制得阳离子表面活性剂溶液；将13.95g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185℃鼓风烘箱中干燥2小时，取出，制得14.63g改性蒙脱土；
在搅拌及超声分散状态下，将143.75g钝化黑索今、15.45g黄苓甙、14.30g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12ml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小时，制得273.32g低感度无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将273.32g低感度无烟无硫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271.06g颗粒均匀的低感度无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.17％。
经测试，所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为19％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为23％，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79dB，满足无烟无硫的环保要求；将所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂放置在73℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且成品燃放效果无改变；将所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂放置在-27℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且成品燃放效果无改变；将爆竹成品从12m高处自由落在平整的水泥地面上，无燃烧、爆炸和漏药现象，安全性能优异。
实施例2
一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取1.96kg硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组0.56kg，B组1.4kg，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0.16kg双聚氰胺、0.32kg多壁碳纳米管与0.31kg二甲基二苯脲，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将0.17kg十二烷基二甲基苄基溴化铵粉末加入到5.1kg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0.527kg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0.59kg改性蒙脱土；
在搅拌及超声分散状态下，将5.21kg钝化黑索今、0.67kg黄苓甙、0.56kg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170ml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9.17kg低感度无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将9.17kg低感度无烟无硫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9.14kg颗粒均匀的低感度无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.67％。
经测试，所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为18％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为21％，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78dB，满足无烟无硫的环保要求；将所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂放置在76℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且成品燃放效果无改变；将所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂放置在-33℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且成品燃放效果无改变；将爆竹成品从12m高处自由落在平整的水泥地面上，无燃烧、爆炸和漏药现象，安全性能优异。
实施例3
一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取13.86kg硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组3.86kg，B组10kg，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于38.6kg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1.12kg双聚氰胺、2.08kg多壁碳纳米管与2.10kg二甲基二苯脲，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将1.5kg十二烷基二甲基苄基溴化铵粉末加入到45kg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4.65kg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200℃鼓风烘箱中干燥2小时，取出，制得4.89kg改性蒙脱土；
在搅拌及超声分散状态下，将37.02kg钝化黑索今、3.97kg黄苓甙、4.76kg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1120ml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90℃鼓风烘箱中下干燥3小时，制得64.7kg低感度无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将64.7kg低感度无烟无硫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64.36kg颗粒均匀的低感度无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.47％。
经测试，所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为19％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为22％，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79dB，满足无烟无硫的环保要求；将所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂放置在75℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且成品燃放效果无改变；将所得低感度无烟无硫爆竹硝药剂放置在-35℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且成品燃放效果无改变；将爆竹成品从12m高处自由落在平整的水泥地面上，无燃烧、爆炸和漏药现象，安全性能优异。
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)
1.一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂，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所述的一种低感度无烟无硫爆竹硝药剂，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或2所述的低感度无烟无硫爆竹硝药剂的方法，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、黄苓甙、改性蒙脱土、二甲基二苯脲、多壁碳纳米管和双聚氰胺；
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、多壁碳纳米管与二甲基二苯脲，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、改性蒙脱土、黄苓甙和步骤二所得的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，得低感度无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
步骤五、将步骤四所得低感度无烟无硫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，即得颗粒均匀的低感度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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