CN110981657A - 一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗静电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、改性二硝酰胺铵、硬脂酸镁、1,3‑二甲基‑1,3‑二苯基脲、双聚氰胺、氨基硅油、抗静电剂。本发明采用钝化黑索今作为主要成份，并使用改性二硝酰胺铵作为氧化剂，氧含量充足，确保了其燃烧效果；采用硝化竹纤维素、1,3‑二甲基‑1,3‑二苯基脲、硬脂酸镁与双聚氰胺，并加入抗静电剂与氨基硅油，可显著提高爆竹硝药剂的力学性能、稳定性和抗静电能力，保证爆竹硝药剂在生产、存放以及使用过程中的安全可靠；同时该产品不含硫元素，且不含任何金属粉末，可真正意义上实现无烟无硫爆竹硝药剂的制备。

Description

一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种抗静电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
中国欢庆的节日活动中，烟花爆竹被广泛应用，而且盛行已久，而爆竹的燃放更是有着近1000年的历史。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，烟花爆竹的燃放对环境的污染严重，对人体健康的危害也十分严重。
当今烟火药的主要成份是硝酸钾、硫磺和木炭，有的还含有氯酸钾，甚至还会加入金属粉末等。虽然炭粉与金属粉末能够提高烟火药的抗静电能力，但成品烟花爆竹的燃放会产生碳氧化物、氮氧化物、硫化物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类的呼吸系统、神经系统等有着不同程度的损害。而且由于在运输、存放与使用过程中静电的积累，隐藏着巨大的安全隐患，甚至有严重的安全事故发生。静电积累是无数起烟火药燃爆事故的罪魁祸首，然而国内外抗静电剂的研究主要集中在含能材料的火炸药方面，在烟火药方面的研究比较少，相关论文与专利报道少，几乎没有比较成熟的能够有效降低烟火药静电积累的技术手段或者药剂配方。陈文兴、张筑南等通过使用抗静电剂对烟火药原料进行包覆处理，以提高烟火药的抗静电能力(CN201210545646.9)，然而其所用抗静电剂成分复杂，价格昂贵，大大增加了烟花爆竹的制造成本，不能被广大消费者所接受；孔作万通过采用物理化学法和电能熔融法，使用热塑性树脂，并将导电纤维、导电晶须以及抗静电剂进行共混来改性改善烟火药的静电积累问题(CN201510205742.2)，但该种药剂的制备方法复杂，制备过程中处理温度能够达到250℃，危险系数大，对人的生命财产安全威胁严重；黄春华通过使用抗静电剂、稳定剂以及偶联剂，对烟火药剂进行处理，降低原料的体积电阻率和表面电阻率以提高原料的抗静电能力(CN201610928421.X)，但其成分复杂，操作繁琐，不适合规模化和自动化生产。
在保证烟花爆竹继续为人们所使用的前提下，减轻其燃放对环境的污染和对人体的危害，解决爆竹硝药剂的抗静电问题，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，这对爆竹硝药剂的抗静电性能和无烟无硫的实现提出了需求，也为烟花爆竹行业的发展指明了方向。因此，制备出一种抗静电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燃放后存在的烟气污染问题，而提供的一种抗静电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。
一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分与所占质量百分比如下：
Figure BDA0002310138570000021
组分中所述硝化竹纤维素的含氮量为12％～12.5％；
组分中所述抗静电剂可以为α－羟乙基胺磷酸酯、硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝酸异丙酯或烷基二羧甲基铵乙内酯中的一种；
一种抗静电抗静电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、改性二硝酰胺铵、硬脂酸镁、1,3-二甲基-1,3-二苯基脲、双聚氰胺、氨基硅油、抗静电剂；
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、1,3-二甲基-1,3-二苯基脲与硬脂酸镁，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
步骤三、按质量比1:10将抗静电剂加入到丙酮中，超声状态下搅拌70～90分钟，继而装入喷枪中，制得抗静电剂喷液；
步骤四、在搅拌及超声分散状态下，将步骤一称取的钝化黑索今、改性二硝酰胺铵和步骤二所得的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；分3～7次均匀喷洒全部抗静电剂溶液，每喷一次均匀混合一次，继而加入氨基硅油，混合均匀；继而进行揉捏，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；
步骤五、将步骤四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，得抗静电无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
步骤六、将步骤五所得抗静电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，即得颗粒均匀的抗静电无烟无硫爆竹硝药剂。
改性二硝酰胺铵的制备方法为：按质量比(0.02～0.03):1:5称取聚丙烯腈纤维粉末、二硝酰胺铵粉末和丙酮；将聚丙烯腈纤维粉末加入到丙酮中，超声分散50分钟；加入二硝酰胺铵粉末，超声状态下搅拌2～3小时，过滤，继而置于60～70℃真空烘箱中干燥1～2小时，取出轻压破碎，制得改性二硝酰胺铵；
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、一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，采用钝化黑索今作为主要成份，并使用改性二硝酰胺铵作为氧化剂，氧含量充足，确保了其燃烧效果；
2、一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，采用硝化竹纤维素、1,3-二甲基-1,3-二苯基脲、硬脂酸镁与双聚氰胺，并加入抗静电剂与氨基硅油，可显著提高爆竹硝药剂的力学性能、稳定性和抗静电能力，保证爆竹硝药剂在生产、存放以及使用过程中的安全可靠；
3、一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，不含硫元素，且不含任何金属粉末，可真正意义上实现无烟无硫爆竹硝药剂的制备；
4、一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂的制备方法，工艺简单，原料易得，生产过程中不产生三废产物，适合工厂的流水线操作，并适合大规模工业化生产，具有显著的经济效益与社会效益。
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
一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
Figure BDA0002310138570000041
取55.62g硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组15.62g，B组40g，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于156.2g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2.72g双聚氰胺、10.47g1,3-二甲基-1,3-二苯基脲与16.80g硬脂酸镁，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将1.91gα－羟乙基胺磷酸酯加入到19.1g丙酮中，超声状态下搅拌70分钟，继而装入喷枪中，制得抗静电剂喷液；
在搅拌及超声分散状态下，将123.74g钝化黑索今、21.90g改性二硝酰胺铵以及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；分3次均匀喷洒全部抗静电剂溶液，每喷一次均匀混合一次，继而加入3.12g氨基硅油，混合均匀；继而进行揉捏，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233.17g抗静电无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将233.17g抗静电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232.73g颗粒均匀的抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.81％。
经测试，所得抗静电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28％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为32％，用JC2000a接触角测量仪测量其与水的接触角为53°，用ZC36高阻仪测量其表面电阻率为1.11×1010Ω，抗静电性能优异，着火温度正常，爆竹成品燃放效果优异，燃放过程无烟气产生且无含硫物质排放，满足无烟无硫的环保要求。
实施例2
一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
Figure BDA0002310138570000051
Figure BDA0002310138570000061
取11.12kg硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组2.12kg，B组9kg，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于21.2kg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0.76kg双聚氰胺、1.38kg1,3-二甲基-1,3-二苯基脲与3.68kg硬脂酸镁，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将0.78kg硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝酸异丙酯加入到7.8kg丙酮中，超声状态下搅拌80分钟，继而装入喷枪中，制得抗静电剂喷液；
在搅拌及超声分散状态下，将40.82kg钝化黑索今、4.62kg改性二硝酰胺铵以及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；分5次均匀喷洒全部抗静电剂溶液，每喷一次均匀混合一次，继而加入0.91kg氨基硅油，混合均匀；继而进行揉捏，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90℃鼓风烘箱中下干燥2.5小时，制得63.86kg抗静电无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将63.86kg抗静电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63.77kg颗粒均匀的抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.86％。
经测试，所得抗静电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27％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为29％，用JC2000a接触角测量仪测量其与水的接触角为51°，用ZC36高阻仪测量其表面电阻率为1.09×1010Ω，抗静电性能优异，着火温度正常，爆竹成品燃放效果优异，燃放过程无烟气产生且无含硫物质排放，满足无烟无硫的环保要求。
实施例3
一种抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
Figure BDA0002310138570000071
取23.73kg硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组8.73kg，B组15kg，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于87.3kg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2.59kg双聚氰胺、3.62kg1,3-二甲基-1,3-二苯基脲与7.12kg硬脂酸镁，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将1.70kg烷基二羧甲基铵乙内酯加入到17kg丙酮中，超声状态下搅拌90分钟，继而装入喷枪中，制得抗静电剂喷液；
在搅拌及超声分散状态下，将62.18kg钝化黑索今、9.44kg改性二硝酰胺铵以及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；分7次均匀喷洒全部抗静电剂溶液，每喷一次均匀混合一次，继而加入1.92kg氨基硅油，混合均匀；继而进行揉捏，揉捏过程中添加780ml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3小时，制得111.67kg抗静电无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将111.67kg抗静电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111.49kg颗粒均匀的抗静电无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.84％。
经测试，所得抗静电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31％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为32％，用JC2000a接触角测量仪测量其与水的接触角为52°，用ZC36高阻仪测量其表面电阻率为1.12×1010Ω，抗静电性能优异，着火温度正常，爆竹成品燃放效果优异，燃放过程无烟气产生且无含硫物质排放，满足无烟无硫的环保要求。
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 (5)

1.一种抗静电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：
Figure FDA0002310138560000011
改性二硝酰胺铵的制备方法为：按质量比(0.02～0.03):1:5称取聚丙烯腈纤维粉末、二硝酰胺铵粉末和丙酮；将聚丙烯腈纤维粉末加入到丙酮中，超声分散50分钟；加入二硝酰胺铵粉末，超声状态下搅拌2～3小时，过滤，继而置于60～70℃真空烘箱中干燥1～2小时，取出轻压破碎，制得改性二硝酰胺铵。
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.如权利要求1所述的爆竹硝药剂，其特征在于：组分中所述抗静电剂可以为α－羟乙基胺磷酸酯、硬脂酰胺丙基羟乙基季胺硝酸异丙酯或烷基二羧甲基铵乙内酯中的一种。
4.制备如权利要求1或2或3所述的抗静电抗静电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、改性二硝酰胺铵、硬脂酸镁、1,3-二甲基-1,3-二苯基脲、双聚氰胺、氨基硅油、抗静电剂；
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、1,3-二甲基-1,3-二苯基脲与硬脂酸镁，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
步骤三、按质量比1:10将抗静电剂加入到丙酮中，超声状态下搅拌70～90分钟，继而装入喷枪中，制得抗静电剂喷液；
步骤四、在搅拌及超声分散状态下，将步骤一称取的钝化黑索今、改性二硝酰胺铵和步骤二所得的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；分3～7次均匀喷洒全部抗静电剂溶液，每喷一次均匀混合一次，继而加入氨基硅油，混合均匀；继而进行揉捏，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；
步骤五、将步骤四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，得抗静电无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
步骤六、将步骤五所得抗静电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，即得颗粒均匀的抗静电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。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述改性二硝酰胺铵的制备方法为：按质量比(0.02～0.03):1:5称取聚丙烯腈纤维粉末、二硝酰胺铵粉末和丙酮；将聚丙烯腈纤维粉末加入到丙酮中，超声分散50分钟；加入二硝酰胺铵粉末，超声状态下搅拌2～3小时，过滤，继而置于60～70℃真空烘箱中干燥1～2小时，取出轻压破碎，制得改性二硝酰胺铵。
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