CN112898105A - 一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，属于烟花爆竹技术领域。该无硫微烟耐高温烟花发射药由以下重量份配比和粒径的组分组成：聚四氟乙烯55～75份，粒径50～300μm；铝粉5～25份，粒径5～75μm；锌粉5～25份，铜粉5～15份，粒径5～75μm；硅酸钙，2～10份，粒径20～150μm；硅烷偶联剂0.5～5份；含能粘结剂1～5份。该制备方法采用化学改性、包覆、混粉、造粒、干燥等工艺，过程简单，无特殊工艺要求，成本低，便于批量生产。所得产品具有无硫、微烟、不污染环境、冲击或摩擦感度低、耐高温、防静电、安全性高等优势，可广泛应用于烟花爆竹用发射药生产中。

Description

一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，特别涉及一种无硫无氮、微烟、防静电、耐高温烟花发射药的制备方法，属于烟花爆竹技术领域。
背景技术
在烟花爆竹生产中，黑火药是重要的原材料之一。黑火药由硝酸钾(氧化剂)、木炭(还原剂)和硫磺(可燃剂)三种成分混合而成，优点是价格低、操作安全、便于制造。但是，黑火药在燃烧时会产生大量黑色烟雾，影响烟花的燃放效果，而且燃烧不完全，残留物中会有大量的炭、硫、钾的氧化物及固体残渣，严重污染环境。在安全性方面，黑火药的机械感度较大，受到较强的冲击或摩擦时，即可发火或爆炸，因此，在生产和运输过程中安全性低，对人的生命和财产带来极大危险。
高分子聚合物在烟火药中的应用研究由来已久，国内外持续开展了很多基础理论和应用研究，主要包括聚四氟乙烯、聚四氟乙烯/金属等的燃烧机理、热稳定性、辐射特性等。高分子聚合物具有较好的热稳定性能(分解温度400℃以上)、抗老化性能、化学稳定性，与金属粉反应生成的氟化物的生成热相比氧化物的要大，可释放大量的热(爆热可达2150kcal/kg)。同时，高分子聚合物与烟火药剂常用的可燃剂、添加剂等物质具有较好的相容性，有优良的长贮性能，且应用于烟火药等含能材料中具有较好的成型性。此外，高分子聚合物/金属粉的燃烧产物多为碳和氟化物颗粒，产生微弱烟雾，但不会产生硫氧化物和氮氧化物，不造成环境污染。在安全方面，高分子聚合物/金属粉显示出对机械冲击和热作用明显的钝感，因此在生产和运输过程中安全性高。基于以上特点和优势，高分子聚合物/金属粉在烟花爆竹领域的应用将显著提升其安全性能和环保性能。
发明内容
本发明的目的在于解决当前烟花爆竹用黑火药燃烧时烟雾大、残渣多、产物污染大、机械感度高、生产和运输过程中安全性低的缺点，提供一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，该方法采用化学改性、包覆、混粉、造粒、干燥等工艺，过程简单，无特殊工艺要求。
本发明涉及一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，该烟花发射药以高分子聚合物/活性金属/含能粘结剂为组成成分，具有无硫、微烟、不污染环境、冲击或摩擦感度低、耐高温、安全性高和成本低等特点和优势，可广泛应用于烟花爆竹用发射药生产中。此外，含能粘结剂包覆层通过化学键吸附在活性金属粉表面，可增强微米金属粉的热稳定性，显著改善其放热特性；可阻止活性金属粉的氧化和团聚，且含能粘结剂的能量特性还可以提升体系的能量释放。
一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药，由以下重量份配比和粒径的组分组成：
聚四氟乙烯55～75份，粒径50～300μm；铝粉5～25份，粒径5～75μm；锌粉5～25份，铜粉5～15份，粒径5～75μm；硅酸钙，2～10份，粒径20～150μm；硅烷偶联剂0.5～5份；含能粘结剂1～5份。
优选地，所述组合物由以下重量份配比和粒径的组分组成：
聚四氟乙烯47份，粒径300μm；铝粉20份，粒径10μm；锌粉5份，粒径10μm；铜粉10份，粒径20μm；硅酸钙10份，粒径150μm；硅烷偶联剂KH-5503份；含能粘结剂5份。
一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药的制备方法，所述方法由以下步骤组成：
步骤一：将硅烷偶联剂KH-550加入乙醇中，搅拌均匀，并在惰性气氛保护下，将铝粉、铜粉、锌粉依次分散到溶液中，浸泡一定时间，硅烷偶联剂KH-550通过化学键吸附在金属粉表面，对金属进行改性；过滤干燥，得到改性金属粉；
步骤二：将含能粘结剂加入乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，再加入步骤一所得的改性金属粉，搅拌均匀，得到弹性体包覆金属粉的分散液；
步骤三：将聚四氟乙烯粉和硅酸钙依次加入到步骤二所得的分散液中，搅拌均匀，得到浆料；
步骤四：将步骤三得到的浆料通过造粒机进行挤出造粒，并将颗粒进行干燥，得到最终产品。
步骤一到步骤三所述的搅拌时间为1～6h，搅拌速率为100～200rpm/min。
步骤一所述的浸泡时间为6～12h。
步骤四所述的造粒粒径为1～3mm。
有益效果
1、一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，采用常规的金属粉末、聚四氟乙烯粉及弹性体和硅酸钙为原料；采用化学改性、包覆、混粉、造粒、干燥等工艺，过程简单，无特殊工艺要求，成本低，便于批量生产。
2、本发明制备的一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，相对于传统黑火药，具有无硫、微烟、不污染环境、冲击或摩擦感度低、耐高温、安全性高等优势，可广泛应用于烟花爆炸用发射药生产中。此外，弹性体包覆层通过化学键吸附在活性金属粉表面，可增强微米金属粉的热稳定性，显著改善其放热特性；可阻止活性金属粉的氧化和团聚，且弹性体的能量特性还可以提升体系的能量释放。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明，但具体实施例并不对本发明有任何形式的限定。除非特别说明，本发明实施例使用的各种原料均可以通过常规市购得到，或根据本领域的常规方法制备得到，所用设备为实验常用设备。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。
实施例1
一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，具体步骤如下：
(1)首先对金属粉进行改性、包覆
表面改性：称取3份硅烷偶联剂KH-550加入到50mL乙醇中，搅拌0.5h，并在惰性气氛保护下，将8份铝粉、6份锌粉、12份铜粉依次分散到溶液中，浸泡6h，过滤干燥，得到改性金属粉；其中，铝粉粒径10μm，锌粉粒径10μm，铜粉粒径30μm；
包覆：称取2份弹性体加入到50mL乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将上述26份改性金属粉分散到溶液中，搅拌2h，转速200rpm/min，得到弹性体包覆金属粉的分散液。
(2)制备烟花发射药颗粒
混粉：称取65份聚四氟乙烯粉和4份硅酸钙依次加入到上述弹性体包覆金属粉所得的分散液中，搅拌4h，转速200rpm/min，得到浆料；其中，聚四氟乙烯粉粒径50μm，硅酸钙粒径50μm；
造粒：将上述得到的浆料通过2mm粒料板的造粒机进行挤出造粒，并将所得的颗粒进行干燥，烘干温度为60℃，得到最终产品。
此实施例所得最终产品3g烟花发射药点火后可稳定反应，质量一致性良好，装填礼花弹内抛高达到50米以上。
实施例2
一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，具体步骤如下：
(1)首先对金属粉进行改性、包覆
表面改性：称取1份硅烷偶联剂KH-550加入到50mL乙醇中，搅拌0.5h，并在惰性气氛保护下，将10份铝粉、5份锌粉、20份铜粉依次分散到溶液中，浸泡6h，过滤干燥，得到改性金属粉；其中，铝粉粒径10μm，锌粉粒径10μm，铜粉粒径10μm；
包覆：称取4份弹性体加入到50mL乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将上述35份改性金属粉分散到溶液中，搅拌2h，转速200rpm/min，得到弹性体包覆金属粉的分散液。
(2)制备烟花发射药颗粒
混粉：称取58份聚四氟乙烯粉和2份硅酸钙依次加入到上述弹性体包覆金属粉所得的分散液中，搅拌6h，转速200rpm/min，得到浆料；其中，聚四氟乙烯粉粒径160μm，硅酸钙粒径10μm；
造粒：将上述得到的浆料通过3mm粒料板的造粒机进行挤出造粒，并将所得的颗粒进行干燥，烘干温度为60℃，得到最终产品。
此实施例所得最终产品3g烟花发射药点火后可稳定反应，质量一致性良好，装填礼花弹内抛高达到50米以上。
实施例3
一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，具体步骤如下：
(1)首先对金属粉进行改性、包覆
表面改性：称取2份硅烷偶联剂KH-550加入到50mL乙醇中，搅拌0.5h，并在惰性气氛保护下，将22份铝粉、8份锌粉、5份铜粉依次分散到溶液中，浸泡6h，过滤干燥，得到改性金属粉；其中，铝粉粒径40μm，锌粉粒径10μm，铜粉粒径10μm；
包覆：称取5份弹性体加入到50mL乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将上述35份改性金属粉分散到溶液中，搅拌2h，转速200rpm/min，得到弹性体包覆金属粉的分散液。
(2)制备烟花发射药颗粒
混粉：称取56份聚四氟乙烯粉和2份硅酸钙依次加入到上述弹性体包覆金属粉所得的分散液中，搅拌4h，转速200rpm/min，得到浆料；其中，聚四氟乙烯粉粒径160μm，硅酸钙粒径10μm；
造粒：将上述得到的浆料通过2mm粒料板的造粒机进行挤出造粒，并将所得的颗粒进行干燥，烘干温度为60℃，得到最终产品。
此实施例所得最终产品3g烟花发射药点火后可稳定反应，质量一致性良好，装填礼花弹内抛高达到50米以上。
实施例4
一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药及其制备方法，具体步骤如下：
(1)首先对金属粉进行改性、包覆
表面改性：称取5份硅烷偶联剂KH-550加入到50mL乙醇中，搅拌0.5h，并在惰性气氛保护下，将25份铝粉、5份锌粉、10份铜粉依次分散到溶液中，浸泡6h，过滤干燥，得到改性金属粉；其中，铝粉粒径10μm，锌粉粒径10μm，铜粉粒径10μm；
包覆：称取5份弹性体加入到50mL乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将上述40份改性金属粉分散到溶液中，搅拌2h，转速200rpm/min，得到弹性体包覆金属粉的分散液。
(2)制备烟火发射药颗粒
混粉：称取45份聚四氟乙烯粉和5份硅酸钙依次加入到上述弹性体包覆金属粉所得的分散液中，搅拌6h，转速200rpm/min，得到浆料；其中，聚四氟乙烯粉粒径160μm，硅酸钙粒径10μm；
造粒：将上述得到的浆料通过3mm粒料板的造粒机进行挤出造粒，并将所得的颗粒进行干燥，烘干温度为60℃，得到最终产品。
此实施例所得最终产品3g烟花发射药点火后可稳定反应，质量一致性良好，装填礼花弹内抛高达到50米以上。
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 (7)

1.一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药，其特征在于：包括如下组分，单位重量份：聚四氟乙烯55～75份，粒径50～300μm；铝粉5～25份，粒径5～75μm；锌粉5～25份，铜粉5～15份，粒径5～75μm；硅酸钙，2～10份，粒径20～150μm；硅烷偶联剂0.5～5份；含能粘结剂1～5份。
2.如权利要求1所述的一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药，其特征在于：所述聚四氟乙烯粒径为50～300μm；铝粉粒径为5～75μm；锌粉、铜粉粒径为5～75μm；硅酸钙粒径为20～150μm。
3.如权利要求1或2所述的一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药，其特征在于：聚四氟乙烯47份，粒径300μm；铝粉20份，粒径10μm；锌粉5份，粒径10μm；铜粉10份，粒径20μm；硅酸钙10份，粒径150μm；硅烷偶联剂KH-5503份；含能粘结剂5份。
4.制备如权利要求1或2或3所述一种无硫无氮耐高温环保烟花发射药的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将硅烷偶联剂KH-550加入乙醇中，搅拌均匀，并在惰性气氛保护下，将铝粉、铜粉、锌粉依次分散到溶液中，浸泡一定时间，硅烷偶联剂KH-550通过化学键吸附在金属粉表面，对金属进行改性；过滤干燥，得到改性金属粉；
步骤二：将含能粘结剂加入乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，再加入步骤一所得的改性金属粉，搅拌均匀，得到弹性体包覆金属粉的分散液；
步骤三：将聚四氟乙烯粉和硅酸钙依次加入到步骤二所得的分散液中，搅拌均匀，得到浆料；
步骤四：将步骤三得到的浆料通过造粒机进行挤出造粒，并将颗粒进行干燥，得到最终产品。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤一到步骤三所述的搅拌时间为1～6h，搅拌速率为100～200rpm/min。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤一所述的浸泡时间为6～12h。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤四所述的造粒粒径为1～3mm。
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