DE19614007A1 - Pyrotechnischer Satz zur Erzeugung von akustischen und optischen Effekten sowie Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Pyrotechnischer Satz zur Erzeugung von akustischen und optischen Effekten sowie Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen pyrotechnischen Satz
zur gleichzeitigen Erzeugung von akustischen und optischen
Effekten sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Pyrotechnische Sätze werden hauptsächlich in Feuerwerkskör
pern verwendet. Ihr Gebrauch ist zeitlich oder örtlich
nicht ohne weiteres vorhersehbar, und die durch den Abbrand
der pyrotechnischen Sätze im Feuerwerkskörper freigesetzten
Schlacken und Gase gehen unkontrolliert an vorher nicht be
kannter Stelle und zu nicht bekannter Zeit in die Umwelt.
Werden bestimmte Feuerwerkskörper besonders zu Silvester
abgebrannt, kann es durch umweltschädliche Emissionen zu
kumulierten Belastungen für Mensch und Natur kommen.
Nun hat es in der pyrotechnischen Industrie nicht an Versu
chen gefehlt, schadstoffarme Produkte zu entwickeln und be
sonders aggressive oder schädliche Verbindungen nicht mehr
zu verwenden. So gehören pyrotechnische Sätze mit Quecksil
ber-, Cadmium- oder Arsen-Verbindungen schon lange der Ver
gangenheit an.
In den letzten 5 bis 10 Jahren kann jedoch beobachtet wer
den, daß in zunehmendem Maße in verschiedenen Feuerwerks
körpern, wie in Raketen, Fontänen oder Knallkörpern, ein
kugeliges Granulat eingesetzt wird, dessen Hauptbestandtei
le Blei- und Kupfer-Oxide sind. Das Granulat erzeugt beim
Abbrand deutliche, optisch und akustisch wahrnehmbare
Blitz-Knattereffekte über einen gewissen Zeitraum von einer
bis zu mehreren Sekunden.
Pyrotechnische Sätze mit diesen Effekten werden hauptsäch
lich in Feuerwerkskörpern chinesischer Provenienz angetrof
fen, als Effektladung werden sie jedoch auch zunehmend in
Feuerwerkskörpern europäischer Hersteller verwendet.
Aus den eingangs angeführten Gründen wird mit diesen pyro
technischen Effektsätzen das Streben der pyrotechnischen
Industrie, besonders der deutschen pyrotechnischen Indu
strie, unterlaufen, schadstoffarme oder sogar schad
stoffreie Produkte herzustellen. Andererseits sind pyro
technische Sätze mit den erwähnten Blitz-Knattereffekten
gut am Markt etabliert und werden vom Markt verlangt, so
daß es schwierig ist, hier Ersatzprodukte einzuführen oder
auf andere Effekte auszuweichen. Etwaige Verbote lassen
sich bei den heute offenen Grenzen praktisch nicht durch
setzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehal
tung des geschilderten Blitz-Knattereffektes, die bei be
kannten pyrotechnischen Sätzen hierdurch verursachte
Schwermetallbelastung zu senken bzw. zu beseitigen.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch einen pyrotech
nischen Satz mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 ge
löst. Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Satzes
wird ebenfalls angegeben.
Die Grundidee ist hierbei eine chemische Basisreaktion,
welche auf der Oxydation von pulvrigem Metall oder einer
Metallegierung mit schwefelhaltigen Salzen, insbesondere
Sulfaten oder Thiosulfaten beruht.
Als Metall- oder Metallegierungen werden vorzugsweise Ma
gnesium oder Aluminium bzw. deren Legierungen verwendet;
als Sulfate bzw. Thiosulfate werden vorzugsweise entspre
chende Alkali- oder Erdalkaliverbindungen verwendet.
Metalle bzw. Metallegierungen liegen hierbei in einem An
teil von 10 bis 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise 20 bis 40
Gewichtsprozent vor, die Sulfate bzw. Thiosulfate in einem
Anteil zwischen 20 und 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise 50
bis 70 Gewichtsprozent. Das Gewichtsverhältnis oder das
Molverhältnis der Metalle und/oder Metallegierungen zu den
Sulfaten bzw. Thiosulfaten reicht von 1 : 10 bis 10 : 1 und
liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 1 : 2.
Die Metalle, Metallegierungen, Sulfate oder Thiosulfate
werden in pulvriger Form verarbeitet: die mittlere Teil
chengröße der Metalle und Metallegierungen liegt zwischen
50 µm und 1,5 mm, wobei es vorteilhaft ist, wegen der be
kanntermaßen hohen Affinität von Magnesium bzw. Aluminium
und deren Legierungen zu Wasser mittlere Teilchengrößen von
mindestens 150 µm bis ca. 600 µm zu verwenden. Gegebenen
falls können die Metalle bzw. Metallegierungen in unter
schiedlich gesiebten Mischungen vorliegen. Die Sulfate oder
Thiosulfate werden ebenfalls in feinpulvriger, möglichst
wasserfreier Form verarbeitet, wobei festgestellt wurde,
daß ein gewisser Anteil an Kristallwasser bei den Sulfaten
bzw. Thiosulfaten den erwähnten Blitz-Knattereffekt in si
gnifikanter Weise unterstützt.
Für Natriumthiosulfat sollte die Mischung mit einem Metall
bzw. einer Metallegierung, z. B. Magnesiumpulver, so erfol
gen, daß nur soviel Wasser hinzugefügt wird, daß sich theo
retisch ein 2-Hydrat bildet. Gemischt werden die Komponen
ten z. B. in einem Dragierkessel. Andere Hydrate, so z. B.
das 5-Hydrat des Natriumthiosulfates, haben einen wesent
lich tieferen Schmelzpunkt, das 5-Hydrat z. B. einen
Schmelzpunkt bei 45°C und ist daher wegen seiner relativ
leichten Wasserabspaltung für pyrotechnische Sätze eher un
geeignet. Bei Anzündung "zerfließt" die Mischung quasi im
Kristallwasser des Thiosulfates, während das Wasser des 2-
Hydrates erst bei höherer Temperatur freigegeben wird und
durch dann heftige Reaktion mit dem Metallpulver zur aku
stischen Wirkung beiträgt.
Darüber hinaus eignet sich für die Herstellung der pyro
technischen Sätze wasserfreies, feingepulvertes Natrium
thiosulfat mit einer Korngröße von < 160 µm auch deswegen
besonders, da es wegen des hydraulischen Effektes bei der
partiellen Wasseraufnahme auch gleichzeitig als Bindemittel
dient. Zusätzlich eingesetzte wasserlösliche oder in orga
nischen Lösemitteln lösliche Bindemittel können verwendet
werden, kosten jedoch in einigen Fällen Oxydationskapazität
und mindern daher den gewünschen opto-akustischen Effekt.
Wie oben erwähnt, hat Magnesium bekanntermaßen eine hohe
Affinität zu Wasser, d. h. feuchte Gemische mit einem Anteil
an Magnesiumpulver zersetzen sich recht bald, besonders
wenn noch wasserlösliche Salze zugegen sind. Daher wird man
bei den pyrotechnischen Sätzen gemäß der Erfindung nur mit
relativ groben Magnesiumpulvern zwischen etwa 150 µm bis
600 µm arbeiten. Auch der gewünschte Blitz-Knattereffekt
wird durch grobe Magnesiumpulver besser dargestellt als
durch feine. Gleiches gilt im übrigen für Aluminium oder
Legierungen dieser beiden Metalle.
Der erwähnte Blitz-Knattereffekt wird außerdem unterstützt,
wenn man der Mischung bis zu 40 Gewichtsprozent elementaren
Schwefel hinzufügt. Wegen der eingangs erwähnten chemischen
Empfindlichkeit von magnesiumhaltigen Mischungen, kann sich
beim Befeuchten oder Anteigen des Satzes mit Wasser durch
Zersetzen der Komponenten unter dem reduzierenden Einfluß
von Magnesium Schwefelwasserstoff bilden. Zur Verbesserung
der chemischen Stabilität können in diesem Falle den pH-
Wert steigernde alkalische Substanzen zugemischt werden, so
z. B. Erdalkalioxide bzw. Erdalkalihydroxide. Der Gewichts
anteil dieser den pH-Wert anhebenden Substanzen liegt zwi
schen 0,5 und 5 Gewichtsprozent. Wirksam ist z. B. eine Bei
mischung von etwa 2 Gewichtsprozent Calciumoxid.
Durch diese Beimengung alkalisch wirkender Puffer wird die
erwähnte Zersetzung der Komponenten so weit zurückgedrängt,
daß das Granulat des pyrotechnischen Satzes ohne zusätzli
chen Aufwand und ohne merkliche Zersetzung wieder durch
Temperaturerhöhung auf z. B. 50°C getrocknet werden kann. In
besonderen Fällen können auch organische Lösemittel/Binder-Systeme
verwendet werden.
Das durch Mischen erhaltene Granulat oder die durch das
oben erwähnte Dragieren erhaltenen kleinen Kugeln, übli
cherweise mit einem Durchmesser zwischen 2 mm und 4 mm,
werden entweder im Gemisch mit einem Anzündsatz, z. B.
Schwarzpulver oder vergleichbaren Anzündmischungen, oder
nach Überziehen der dragierten Kugeln mit dem Anzündsatz in
herkömmliche Feuerwerkskörper verladen.
Typische Zusammensetzungen gemäß der Erfindung für die
schwermetallfreien pyrotechnischen Sätze mit Blitz-
Knattereffekten sind:
- (1) 60 Gew.-% Na₂S₂O₃
34 Gew.-% Mg (160-400 µm)
6 Gew.-% S
Die Mischung dieses pyrotechnischen Satzes liefert einen
deutlichen Blitz-Knattereffekt.
- (2) 57.0 Gew.-% Na₂S₂O₃
19.0 Gew.-% Mg (160-400 µm)
8.6 Gew.-% Mg (250-600 µm)
13.3 Gew.-% S
1.9 Gew.-% CaO
3.0 Gew.-% zus. Binder
Bei diesem pyrotechnischen Satz wird Magnesiumpulver in
zwei unterschiedlichen Korngrößen verwendet; hierdurch er
gibt sich ein abwechslungsreicher Blitz-Knattereffekt. Grö
beres Pulver ergibt durch die verzögerte Zündung einen hef
tigen Knall, das feinere Pulver zündet leichter, ergibt ei
nen leiseren Knall und gute Blitzeffekte.
- (3) 53.3 Gew.-% Na₂S₂O₃
19.0 Gew.-% Mg (160-400 µm)
7.6 Gew.-% Al (250-600 µm)
15.2 Gew.-% S
2.9 Gew.-% Binder
1.9 Gew.-% CaO
Bei diesem pyrotechnischen Satz mit zwei unterschiedlichen
Korngrößen des Magnesium- und Aluminiumpulvers wird durch
die Zugabe von Schwefel und Binder der Abbrand moderiert;
durch die Zugabe von Calciumoxid ist der Satz chemisch sta
bil.
Claims (18)
1. Pyrotechnischer Satz zur gleichzeitigen Erzeugung von
akustischen und optischen Effekten, einem sog. Blitz-
Knattereffekt, dadurch gekennzeichnet, daß der pyro
technische Satz ein Metall oder eine Metallegierung in
Pulverform der Metalle Magnesium und/oder Aluminium so
wie als Oxidationsmittel Sulfate und/oder Thiosulfate
enthält.
2. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß Metall und/oder Metallegierung in einem
Anteil von 10 bis 80, insbesondere 20 bis 40 Gewichts
prozent vorliegen.
3. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß Sulfat und/oder Thiosulfat in einem
Anteil von 20 bis 90, insbesondere 50 bis 70 Gewichts
prozent vorliegen.
4. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsver
hältnis von Metall und/oder Metallegierung und Sulfat
und/oder Thiosulfat 1 : 10 bis 10 : 1, insbesondere 1 : 2 bis
1 : 3 ist.
5. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorgehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel
ein Alkali- und/oder Erdalkalisulfat bzw. -thiosulfat
ist.
6. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Oxidationsmittel Natriumthiosulfat
ist.
7. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Thiosulfat ein 2-Hydrat ist.
8. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße
des Metalles und/oder Metallegierung zwischen 50 µm und
1,5 mm liegt und vorzugsweise mindestens 150 µm be
trägt.
9. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall
und/oder die Metallegierung eine Mischung aus Teilchen
mit zwei unterschiedlichen mittleren Teilchengrößen
ist.
10. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorhergehenden An
sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Sulfat
und/oder Thiosulfat als feines Pulver mit einer Korn
größe von < 300 µm, vorzugsweise kleiner als 160 µm
vorliegt.
11. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Verbesse
rung der Anzündfähigkeit und zur Steuerung des Abbran
des Schwefel als Moderator enthält.
12. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Anteil des Schwefels zwischen 2 und
40 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 10 und 20 Ge
wichtsprozent beträgt.
13. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Verbesse
rung der chemischen Stabilität eine den pH-Wert stei
gernde alkalisch reagierende Substanz erhält.
14. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß er als alkalisch reagierende Substanz ein
Erdalkalioxid oder ein Erdalkalihydoxid, insbesondere
Calciumoxid enthält.
15. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 13 oder 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die alkalisch reagierende Substanz
in einem Anteil von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent vorliegt.
16. Pyrotechnischer Satz nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein in Wasser
oder organischen Lösemitteln lösliches Bindemittel ent
hält.
17. Pyrotechnischer Satz nach Anspruch 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Bindemittel in einem Anteil von 0,5
bis 10 Gewichtsprozent vorliegt.
18. Verfahren zur Herstellung des pyrotechnischen Satzes
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß feingepulvertes, wasserfreies Sulfat
und/oder Thiosulfat in einer Mischung mit dem pulver
förmigen Metall und/oder pulverförmigen Metallegierung
mit soviel Wasser angeteigt wird, daß sich aus dem Sul
fat und/oder Thiosulfat ein 2-Hydrat bildet.
Priority Applications (1)
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WO2009000233A2 (de) * | 2007-06-26 | 2008-12-31 | Tbf-Pyrotec Gmbh | Effektfeuer |
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- 1996-04-09 DE DE1996114007 patent/DE19614007C2/de not_active Expired - Fee Related
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