CN111620756A - 一种烟花用光珠的配方及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种烟花用光珠的配方，其组分及含量为：硝化纤维20％‑70％，氧化剂10％‑40％，一种或多种金属粉末10％‑40％，着色剂0％‑20％，所有百分比均为质量百分比。制备工艺包括：效果药芯材料准备、效果药芯溶解、造粒、烘干、外包裹层材料准备、溶解、包裹、烘干和添加引燃药层。与现有技术相比，本发明设计出真正的烟花用微烟光珠，解决了传统烟花用光珠燃烧污染环境的问题，同时，通过外包裹层通过特殊工艺处理，可防止效果药芯因潮湿而失效的问题。

Description

一种烟花用光珠的配方及其制备工艺
技术领域
本发明涉及烟花爆竹技术领域，特别涉及一种烟花用光珠的配方及其制备工艺。
背景技术
光珠，亦称亮珠，作为组成烟花的一个部分，大多呈球形，但也有圆柱形、长方体等其他形状，它点燃后能发出耀眼的彩色光芒。由于光珠在火药中埋放位置的不同，烟花在天空中爆炸后把光珠推离的空间距离就不同，所以在光珠点燃后，观赏者能够看到设计好的烟花造型，不同的颜色加上不同的空间位置，就形成了烟花绚丽多彩、层次丰富的燃放效果。
传统烟花用光珠含有大量黑火药，其作用是为光珠燃烧发出彩色光芒提供所需要的高温。黑火药由硝酸钾(或高氯酸钾)、木炭和硫磺混合而成，燃烧后生成硫化钾、氮氧化物、一氧化碳等污染空气的物质，同时，传统烟花的燃放效果也因烟的污染和遮挡而大打折扣。为了解决传统烟花用光珠燃烧污染环境的问题，公开号CN1597644A等专利设计出以环氧切片、糊精、合金粉、酚醛树脂、聚氯乙烯、硝酸钾和高氯酸钾为原材料的光珠配方，不含黑火药，燃烧后产生的烟雾不到传统烟花用光珠的一半，但是效果依然不理想：酚醛树脂、聚氯乙烯等粘合剂不完全燃烧后产生单质碳，以黑烟的形式释放到空气中。
为了更好地解决上述传统烟花的缺陷，公开号CN101481287B等专利设计出以高氯酸铵、高氯酸钾、着色剂、单双基粉和镁铝合金为原材料的烟花用微烟彩色光珠，不含粘合剂，燃烧后产生的烟雾是传统烟花用光珠的30％。但是，这里采用的单、双基粉是军工业退役的过期无烟火药，经过长年存放，其物理、化学性质并不稳定，并且无烟药粉与现有光珠燃烧时不能有效匹配，导致燃放时大部分光珠在喷花筒中燃烧。除此之外，高氯酸铵不能和硝酸钾共存，高氯酸铵会与硝酸钾进行界面离子互换而生成硝酸铵，硝酸铵会严重吸水而使药物失效，故公开号为CN101481287B的专利中涉及到硝酸钾时，均以高氯酸钾代替高氯酸铵，然而高氯酸钾燃烧仍然产生烟。
因此，急需设计出一种真正的烟花用微烟光珠。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题提供一种烟花用光珠的配方及其制备工艺，
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种烟花用光珠的配方，其组分及含量为：
硝化纤维20％-70％，
氧化剂10％-40％，
一种或多种金属粉末10％-40％，
着色剂0％-20％，
所有百分比均为质量百分比。
优选为，所述硝化纤维由植物纤维经硝酸酯化形成，所述硝化纤维是由C6H10O5、C6H9(NO2)O5、C6H8(NO2)2O5、C6H7(NO2)3O5四种基环混合组成的大分子，其含氮量取决于所述四种基环的混合比例，实际用于微烟彩色光珠的所述硝化纤维含氮量在11.0％-12.5％之间。
优选为，所述氧化剂包括高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸钾、硝酸铵和氯酸钾。
优选为，所述金属粉末包括钛、铁、锆、铝、铬、镍中的一种或任意多种的任意比例混合物。
优选为，所述着色剂为能够发生焰色反应的金属粉末，包括钡、钙、铯、铜、铁、铟、钾、锂、锰、钼、钠、铷、锑、锶、锌的一种或者任意多种的混合物，所述着色剂还包括所述金属粉末的化合物。
优选为，所述制备工艺包括如下步骤：
(1)效果药芯材料准备：将氧化剂10％-40％、硝化纤维20％-70％、金属粉末10％-40％、着色剂0％-20％，充分混合后过筛，将颗粒过大的去除；
(2)效果药芯溶解：将混合均匀的效果药芯材料溶于有机溶剂中；
(3)造粒：将上述溶解了的效果药芯材料捏合成均质药团，随后将药团透过筛子搓成小粒，并筛动盘子或转动包覆锅进行造粒；
(4)烘干：将步骤(3)造出的效果药芯放入水浴烘箱或蒸汽烘房中，烘干直至效果药芯水分低于1％；
(5)外包裹层材料准备：氧化剂10％-40％和硝化纤维20％-70％，充分混合后过筛，将颗粒过大的去除；
(6)将混合均匀的外包裹层材料溶于混合有机溶剂；
(7)将烘干了的效果药芯裹上溶解了的外包裹层材料；
(8)烘干：将步骤(7)处理后得到的产品放入水浴烘箱或蒸汽烘房中，烘干直至效果药芯水分低于1％；
(9)添加引燃药层：再将步骤(8)处理后得到的产品放入干燥的硝化纤维粉末中，充分混合使处理过后的产品表面裹上一层硝化纤维粉末，便于点燃。
优选为，所述有机溶剂为以下的一种或进行交叉组合使用的几种，包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、甲醚、乙醚、甲乙醚、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯。
与现有技术相比，本发明烟花用光珠的配方及其制备工艺的有益效果：解决了现有技术中存在的问题，设计出真正的烟花用微烟光珠，本发明烟花用光珠的配方主要成分是硝化纤维、着色剂、金属粉末、高氯酸铵。其中硝化纤维和单、双基粉一样，都属于无烟火药，解决了传统烟花用光珠燃烧污染环境的问题。同时，硝化纤维物理、化学性质稳定，并且其燃烧特性可以灵活控制。本发明的光珠结构包括效果药芯、外包裹层和引燃药层，其中外包裹层通过特殊工艺处理，使空气中的水分不容易进入效果药芯，故效果药芯的氧化剂可以完全采用高氯酸铵，即使高氯酸铵与硝酸盐离子互换生成吸水硝酸铵，但因为隔绝了空气中的水分，所以不必担心药物因潮湿而失效的问题。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明公开的烟花用光珠的配方为以下几种物质按一定比例充分混合形成的产物：硝化纤维20％-70％、氧化剂10％-40％、一种或多种金属粉末10％-40％和着色剂0％-20％，以上百分比均为质量百分比。光珠在制备过程中也会用到有机溶剂，但由于溶剂在生产光珠的过程中会被去除，不会存在于最终的产品中，故关于溶剂的选择在制备工艺步骤中再详细描述。
硝化纤维(又称硝化棉、硝化竹等)由植物纤维经硝酸酯化形成，是为光珠提供高温的储备了化学能的物质，亦可看作过程当中的还原剂。硝化纤维是由C6H10O5、C6H9(NO2)O5、C6H8(NO2)2O5、C6H7(NO2)3O5四种基环混合组成的大分子，其含氮量取决于以上基环的混合比例，理论含氮量上可以在0％-14.14％之间，而实际用于微烟彩色光珠的硝化纤维含氮量在11.0％-12.5％之间。
氧化剂给光珠燃烧提供氧元素，当燃烧达到或接近零氧平衡，使燃烧时火焰温度更高，火焰的亮度更高。由于高氯酸铵燃烧几乎无烟，是最适合微烟彩色光珠的氧化剂，若发烟要求放宽，也可采用高氯酸钾、硝酸钾、硝酸铵、氯酸钾等。
金属粉末起到的作用有两个：(1)燃烧发出明亮强光，达到烟花需要的光色效果；(2)起到还原剂作用，和氧化剂发生氧化还原反应，释放热量，提高温度。本发明中用于微烟彩色光珠的金属粉末包括但不限于：钛、铁、锆、铝、铬、镍中的一种或任意多种的任意比例混合物。
着色剂是指能够发生焰色反应的材料，本发明中包括但不限于：钡、钙、铯、铜、铁、铟、钾、锂、锰、钼、钠、铷、锑、锶、锌等金属粉末，还包括金属粉末的化合物，如冰晶石、氟化钠、氟硅酸钠、碳酸氢钠、草酸钠、硼砂、碳酸锶、草酸锶、硝酸锶、硫酸锶、硝酸钡、碳酸钡、氧化钡、氯化钡、高氯酸钡、氧化铜、碱式碳酸铜(孔雀石)、硫化亚铜等。这些着色剂可以单独使用，也可以混合配置，即通过两种或多种颜色混色产生新的颜色，如红+蓝＝紫的配色法。
实施例1：蓝色光珠
(1)效果药芯材料准备：高氯酸铵25％、100目(平均含氮量11.8％)硝化纤维50％、100目钛粉20％、100目氧化铜5％，充分混合后过筛，将颗粒大小在100目以上的颗粒去除；
(2)效果药芯溶解：将混合均匀的效果药芯材料溶于乙醇和乙醚的1：1混合溶剂，每100g混合效果药芯材料用15至20毫升溶剂；
(3)造粒：将上述溶解了的效果药芯材料捏合成均质药团，随后将药团透过筛子搓成小粒，并筛动盘子或转动包覆锅进行造粒；
(4)烘干：将步骤(3)造出的效果药芯放入蒸汽烘房中，调整温度为30至60摄氏度，烘干2至10小时，直至效果药芯水分低于1％；
(5)外包裹层材料准备：高氯酸铵25％、100目(平均含氮量11.8％)硝化纤维75％，充分混合后过筛，将颗粒大小在100目以上的颗粒去除；
(6)将混合均匀的外包裹层材料溶于乙醇和乙醚的1：1混合溶剂，每100g混合效果药芯材料用20至40毫升溶剂；
(7)将烘干了的效果药芯裹上溶解了的外包裹层材料；
(8)烘干：将步骤(7)处理后得到的产品放入蒸汽烘房中，调整温度为30至60摄氏度，烘干1至l0小时，至水分低于1％；
(9)添加引燃药层：再将步骤(8)处理后得到的产品放入干燥的硝化纤维粉末中，充分混合使处理过后的产品表面裹上一层硝化纤维粉末，便于点燃。
实施例2：红色光珠
(1)效果药芯材料准备：高氯酸铵25％、100目(平均含氮量11.8％)硝化纤维50％、100目钛粉20％、100目硝酸锶5％，充分混合后过筛，将颗粒大小在100目以上的颗粒去除；
(2)效果药芯溶解：将混合均匀的效果药芯材料溶于乙醇和乙醚的1：1混合溶剂，每100g混合效果药芯材料用15至20毫升溶剂；
(3)造粒：将上述溶解了的效果药芯材料捏合成均质药团，随后将药团透过筛子搓成小粒，并筛动盘子或转动包覆锅进行造粒；
(4)将步骤(3)造出的效果药芯放入蒸汽烘房中，调整温度为30至60摄氏度，烘干2至10小时，至水分低于1％；
(5)外包裹层材料准备：高氯酸铵25％、100目(平均含氮量11.8％)硝化纤维75％，充分混合，过筛，将颗粒大小在100目以上的颗粒去除；
(6)将混合均匀的外包裹层材料溶于乙醇和乙醚的1：1混合溶剂，每100g混合效果药芯材料用20至40毫升溶剂；
(7)将烘干了的效果药芯裹上溶解了的外包裹层材料；
(8)烘干：将步骤(7)处理后得到的产品放入蒸汽烘房中，调整温度为30至60摄氏度，烘干1至l0小时，至水分低于1％；
(9)添加引燃药层：再将步骤(8)处理后得到的产品放入干燥的硝化纤维粉末中，充分混合使处理过后的产品表面裹上一层硝化纤维粉末，便于点燃。
实施例3：紫色光珠
(1)效果药芯材料准备：高氯酸铵25％、100目(平均含氮量11.8％)硝化纤维50％、100目镁铝合金粉15％、100目氧化铜5％，100目硝酸锶5％，充分混合，过筛，将颗粒大小在100目以上的颗粒去除；
(2)效果药芯溶解：将混合均匀的效果药芯材料溶于丙酮，每100g混合效果药芯材料用15至20毫升丙酮；
(3)造粒：将上述溶解了的效果药芯材料捏合成均质药团，随后将药团透过筛子搓成小粒，并筛动盘子或转动包覆锅进行造粒；
(4)烘干：将步骤(3)造出的效果药芯放入蒸汽烘房中，调整温度为30至60摄氏度，烘干2至10小时，至水分低于1％；
(5)外包裹层材料准备：高氯酸铵25％、100目(平均含氮量11.8％)硝化纤维75％，充分混合后过筛，将颗粒大小在100目以上的颗粒去除；
(6)将混合均匀的效果外包裹层材料溶于丙酮，每100g混合效果药芯材料用20至40毫升丙酮；
(7)将烘干了的效果药芯裹上溶解了的外包裹层材料；
(8)烘干：将步骤(7)处理后得到的产品放入蒸汽烘房中，调整温度为30至60摄氏度，烘干1至l0小时，至水分低于1％；
(9)添加引燃药层：再将步骤(8)处理后得到的产品放入干燥的硝化纤维粉末中，充分混合使使处理过后的产品表面裹上一层硝化纤维粉末，便于点燃。
本发明提供的烟花用光珠的配方及其制备工艺，与现有技术相比，解决了现有技术中存在的问题，设计出真正的烟花用微烟光珠，本发明烟花用光珠的配方主要成分是硝化纤维、着色剂、金属粉末、高氯酸铵。其中硝化纤维和单、双基粉一样，都属于无烟火药，解决了传统烟花用光珠燃烧污染环境的问题。同时，硝化纤维物理、化学性质稳定，并且其燃烧特性可以灵活控制。
本发明的光珠结构包括效果药芯、外包裹层和引燃药层，其中外包裹层通过特殊工艺处理，使空气中的水分不容易进入效果药芯，故效果药芯的氧化剂可以完全采用高氯酸铵，即使高氯酸铵与硝酸盐离子互换生成吸水硝酸铵，但因为隔绝了空气中的水分，所以不必担心药物因潮湿而失效的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种烟花用光珠的配方，其特征在于，其组分及含量为：
硝化纤维20％-70％，
氧化剂10％-40％，
一种或多种金属粉末10％-40％，
着色剂0％-20％，
所有百分比均为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的烟花用光珠的配方，其特征在于，所述硝化纤维由植物纤维经硝酸酯化形成，所述硝化纤维是由C6H10O5、C6H9(NO2)O5、C6H8(NO2)2O5、C6H7(NO2)3O5四种基环混合组成的大分子，其含氮量取决于所述四种基环的混合比例，实际用于微烟彩色光珠的所述硝化纤维含氮量在11.0％-12.5％之间。
3.根据权利要求1所述的烟花用光珠的配方，其特征在于，所述氧化剂包括高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸钾、硝酸铵和氯酸钾。
4.根据权利要求1所述的烟花用光珠的配方，其特征在于，所述金属粉末包括钛、铁、锆、铝、铬、镍中的一种或任意多种的任意比例混合物。
5.根据权利要求1所述的烟花用光珠的配方，其特征在于，所述着色剂为能够发生焰色反应的金属粉末，包括钡、钙、铯、铜、铁、铟、钾、锂、锰、钼、钠、铷、锑、锶、锌的一种或者任意多种的混合物，所述着色剂还包括所述金属粉末的化合物。
6.根据权利要求1-5任一所述的烟花用光珠的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：
(1)效果药芯材料准备：将氧化剂10％-40％、硝化纤维20％-70％、金属粉末10％-40％、着色剂0％-20％，充分混合后过筛，将颗粒过大的去除；
(2)效果药芯溶解：将混合均匀的效果药芯材料溶于有机溶剂中；
(3)造粒：将上述溶解了的效果药芯材料捏合成均质药团，随后将药团透过筛子搓成小粒，并筛动盘子或转动包覆锅进行造粒；
(4)烘干：将步骤(3)造出的效果药芯放入水浴烘箱或蒸汽烘房中，烘干直至效果药芯水分低于1％；
(5)外包裹层材料准备：氧化剂10％-40％和硝化纤维20％-70％，充分混合后过筛，将颗粒过大的去除；
(6)将混合均匀的外包裹层材料溶于混合有机溶剂；
(7)将烘干了的效果药芯裹上溶解了的外包裹层材料；
(8)烘干：将步骤(7)处理后得到的产品放入水浴烘箱或蒸汽烘房中，烘干直至效果药芯水分低于1％；
(9)添加引燃药层：再将步骤(8)处理后得到的产品放入干燥的硝化纤维粉末中，充分混合使处理过后的产品表面裹上一层硝化纤维粉末，便于点燃。
7.根据权利要求6所述的烟花用光珠的制备工艺，其特征在于，所述有机溶剂为以下的一种或进行交叉组合使用的几种，包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、甲醚、乙醚、甲乙醚、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯。
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