CN113461467A - 低机械感度的安全环保开爆药及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了低机械感度的安全环保开爆药及其制备方法，所述开爆药由高氯酸盐型促爆剂、由硅烷偶联剂改性的活性还原剂、高分子氟聚物和有机粘结剂组成，其中，所述有机粘结剂选自聚乙烯醇、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或多种，所述活性还原剂选自活性金属和/或活性非金属，该开爆药具有无硫无氮、微烟、对环境友好、机械感度低、安全性高等优势，同时可使用多种形态、类型的还原剂，生产成本低。

Description

低机械感度的安全环保开爆药及其制备方法
技术领域
本发明涉及开爆药的技术领域。
背景技术
在传统烟花爆竹生产中，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，价格低、便于制造，但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，此外，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。
现有的开爆药技术中，促爆剂多为高氯酸钾、氯酸钾等氧化剂，然而此类物质撞击感度较高，在意外撞击的条件下容易发生剧烈反应，从而给应用带来严重的安全隐患，此类爆炸事故也因此屡见不鲜。为了解决其安全问题，常见的办法多采用惰性材料包覆，如石蜡等相变或比热容较大的材料。但是此类物质易吸潮且在较高温度下容易发生相变，从而导致产品的稳定性和质量可靠性受到一定影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种不含硫和氮元素的、同时具有低撞击感度和摩擦感度的安全环保开爆药及其制备方法，所述开爆药为氟聚物型开爆药，仅含有金属或其混合物形成的还原剂、高氯酸盐型氧化物促爆剂、及特定的高分子粘结剂和氟聚物，在解决现有技术中烟花爆竹使用黑火药产生的污染大、机械感度高、静电和火花感度高、生产和运输过程中安全性低等问题之外，可进一步解决强氧化型促爆剂导致的撞击感度较高、易产生撞击反应的问题。
本发明首先提供了如下的技术方案：
低机械感度的安全环保开爆药，其由高氯酸盐型促爆剂、由硅烷偶联剂改性的活性还原剂、高分子氟聚物和有机粘结剂组成，其中，所述有机粘结剂选自聚乙烯醇、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或多种，所述活性还原剂选自活性金属和/或活性非金属。
根据本发明的一些优选实施方式，所述高分子氟聚物选自全氟聚醚、聚偏氟烯烃、聚氟烯烃、聚氟烷烃中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述聚氟烯烃选自聚四氟乙烯，所述聚氟烷烃选自聚全氟戊烷。
根据本发明的一些优选实施方式，所述高分子氟聚物的粒径为50-400μm。
根据本发明的一些优选实施方式，所述活性还原剂的粒径为10-75μm。
根据本发明的一些优选实施方式，所述活性还原剂选自活性金属粉、硼粉中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述活性还原剂选自铝粉、镁粉、硼粉中的一种或多种。
在本发明的促爆剂及粘结剂协同作用下，在具体实施中，本发明的活性还原剂可具有多种形态，如球形或一般的粉末状，均可得到稳定的开爆药。
根据本发明的一些优选实施方式，所述促爆剂选自KClO4、Pb(ClO4)2、Zn(ClO4)2、AgClO4、KClO3中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述促爆剂的粒径为10-120μm。
根据本发明的一些优选实施方式，各原料按质量份为：所述硅烷偶联剂0.5-3份、粘结剂0.5-5份、所述活性还原剂10-100份、所述促爆剂5-50份、所述高分子氟聚物20-75份。
本发明进一步提供了所述开爆药的一种制备方法，其包括：
(1)将所述活性还原剂加入硅烷偶联剂分散液中混合、浸泡1-6h，其后过滤、干燥，得到改性还原剂；
(2)将所述改性还原剂加入粘结剂的溶液中，混合、浸泡1-6h，得到粘结剂包覆还原剂的分散液；
(3)将所述促爆剂和所述高分子氟聚物加入至所述结剂包覆还原剂的分散液中，混合得到混合浆料；
(4)将所述混合浆料进行造粒、干燥，得到所述开爆药。
根据本发明的一些优选实施方式，所述硅烷偶联剂分散液所用的溶剂及所述粘结剂的溶液所用的溶剂均选自乙酸乙酯。
本发明具备以下有益效果：
本发明使用高分子氟聚物作为开爆药原料，其具有较好的热稳定性能(分解温度一般在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，其与其他组分间具有较好的相容性，有优良的长贮性能，且具有较好的成型性。此外，高分子氟聚物/活性金属粉的燃烧产物为碳和氟化物颗粒，不产生硫氧化物和氮氧化物等有毒有害气体，对环境友好，在安全方面，高分子氟聚物/活性金属粉表现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；基于上述优势，其可彻底取代传统的黑火药。
本发明的粘结剂在常规的粘结作用之外，可有效降低高氯酸盐型促爆剂的撞击敏感性，得到低撞击感度和低摩擦感度的安全环保开爆药，且在多种形态、结构类型的还原剂下均可得到性能优异的产品，可有效降低生产成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
根据本发明的技术方案，一种不含硫和氮元素的安全环保开爆药的制备方法包括以下步骤：
(1)将硅烷偶联剂加入乙酸乙酯中，搅拌均匀，并在惰性气氛保护下，将粒径为10-75μm的活性还原剂分散到溶液中，以100-200rpm的速率搅拌浸泡1-6h，过滤干燥，得到改性活性还原剂；
(2)将粘结剂加入乙酸乙酯中，以100-200rpm的速率搅拌1-6h至其全部溶解，得到粘结剂溶液；
(3)将改性活性还原剂分散至所述粘结剂溶液内，以100-200rpm的速率搅拌浸泡1-6h，得到粘结剂包覆还原剂的分散液；
(4)将粒径为10-120μm的高氯酸盐型促爆剂及粒径为50-400μm的高分子氟聚物加入至所述分散液中，搅拌一定时间，得到混合浆料；
(5)将所得混合浆料通过造粒机进行挤出造粒，并进行干燥，得到所述开爆药；
其中，优选的，步骤(3)中浸泡时间为1-3h；
其中，
粘结剂可选自聚乙烯醇、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或多种；
活性还原剂可选自球形的活性金属和/或硼的粉末，如球形的铝粉、镁粉、锌粉、和/或硼粉；
促爆剂选自KClO4、Pb(ClO4)2、Zn(ClO4)2、AgClO4、KClO3中的一种或多种；
高分子氟聚物选自全氟聚醚、聚偏氟烯烃、聚氟烯烃、聚氟烷烃中的一种或多种。
各原料按质量份的组成可如：所述硅烷偶联剂0.5-3份、粘结剂0.5-5份、所述活性还原剂10-100份、所述氧化物促爆剂5-50份、所述高分子氟聚物20-75份。
在上述具体实施方式下，本发明进一步提供了以下实施例，实施例中所用份数均表示质量份：
实施例1
通过以下步骤制备所述开爆药：
(1)还原剂改性
称取0.5份硅烷偶联剂KH-550加入到乙酸乙酯中，搅拌0.5h，并在惰性气氛保护下，将粒径均为10μm的12份铝粉、28份镁粉分散到溶液中，浸泡2h，过滤干燥，得到改性还原剂；
(2)包覆
称取1.5份粘结剂聚乙烯醇(分子量1000～3000)加入到乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将所得40份改性还原剂分散到溶液中，搅拌2h，得到粘结剂包覆还原剂的分散液；
(3)混粉
称取粒径160μm的聚偏氟乙烯粉48份和10份促爆剂高氯酸钾加入到上述粘结剂包覆还原剂所得的分散液中，搅拌4h，得到浆料；
(3)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。
实施例2
通过以下步骤制备所述开爆药：
(1)还原剂改性
称取0.5份硅烷偶联剂KH-550加入到乙酸乙酯中，搅拌0.5h，并在惰性气氛保护下，将粒径均为10μm的20份铝粉和12份硼粉分散到溶液中，浸泡2h，过滤干燥，得到改性还原剂；
(2)包覆
称取2.5份粘结剂酚醛树脂(分子量1000～3000)加入到乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将所得32份改性还原剂分散到溶液中，搅拌2h，得到粘结剂包覆还原剂的分散液；
(3)混粉
称取粒径160μm的聚全氟戊烷35份和33份促爆剂高氯酸铅加入到上述粘结剂包覆还原剂所得的分散液中，搅拌4h，得到浆料；
(3)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。
实施例3
通过以下步骤制备所述开爆药：
(1)还原剂改性
称取1份硅烷偶联剂KH-550加入到乙酸乙酯中，搅拌0.5h，并在惰性气氛保护下，将粒径均为10μm的球形的10份铝粉和22份镁粉分散到溶液中，浸泡2h，过滤干燥，得到改性还原剂；
(2)包覆
称取2份粘结剂环氧树脂(分子量1000～3000)加入到乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将所得32份改性还原剂分散到溶液中，搅拌2h，得到粘结剂包覆还原剂的分散液；
(3)混粉
称取粒径180μm的聚四氟乙烯49份和16份促爆剂高氯酸铅加入到上述粘结剂包覆还原剂所得的分散液中，搅拌4h，得到浆料；
(3)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。
依据GJB772A-1997机械感度的测试方法，采用10Kg落锤25cm落高，测得所制备的开爆药撞击感度为8％～2％、摩擦感度均为0％，安全性能较传统烟花开爆药显著提升。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.低机械感度的安全环保开爆药，其特征在于：其由高氯酸盐型促爆剂、由硅烷偶联剂改性的活性还原剂、高分子氟聚物和有机粘结剂组成，其中，所述有机粘结剂选自聚乙烯醇、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或多种，所述活性还原剂选自活性金属和/或活性非金属。
2.根据权利要求1所述的开爆药，其特征在于：所述促爆剂选自KClO4、Pb(ClO4)2、Zn(ClO4)2、AgClO4、KClO3中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的开爆药，其特征在于：所述高分子氟聚物选自全氟聚醚、聚偏氟烯烃、聚氟烯烃、聚氟烷烃中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的开爆药，其特征在于：所述高分子氟聚物的粒径为50-400μm。
5.根据权利要求1所述的开爆药，其特征在于：所述活性还原剂选自活性金属粉、硼粉中的一种或多种；和/或，所述活性还原剂的粒径为10-75μm。
6.根据权利要求5所述的开爆药，其特征在于：所述活性还原剂选自铝粉、镁粉、硼粉中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的开爆药，其特征在于：所述氧化物促爆剂的粒径为10-120μm。
8.根据权利要求1所述的开爆药，其特征在于：其中，各原料按质量份为：所述硅烷偶联剂0.5-3份、粘结剂0.5-5份、所述活性还原剂10-100份、所述促爆剂5-50份、所述高分子氟聚物20-75份。
9.权利要求1-8中任一项所述的开爆药的制备方法，其特征在于：其包括：
(1)将所述活性还原剂加入硅烷偶联剂分散液中混合、浸泡1-6h，其后过滤、干燥，得到改性还原剂；
(2)将所述改性还原剂加入粘结剂的溶液中，混合、浸泡1-6h，得到粘结剂包覆还原剂的分散液；
(3)将所促爆剂和所述高分子氟聚物加入至所述结剂包覆还原剂的分散液中，混合得到混合浆料；
(4)将所述混合浆料进行造粒、干燥，得到所述开爆药。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂分散液所用的溶剂及所述粘结剂的溶液所用的溶剂均选自乙酸乙酯。
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