RU2567635C1

RU2567635C1 - Pyrotechnic composition for fireworks

Info

Publication number: RU2567635C1
Application number: RU2014143406/05A
Authority: RU
Inventors: Николай Михайлович Варёных; Сергей Николаевич Вагонов; Никита Геннадьевич Букин; Надежда Григорьевна Подсобляева
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Федеральный Научно-Производственный Центр "Нии Прикладной Химии"
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-11-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: pyrotechnic composition for fireworks includes, wt %: potassium perchlorate 55-64; chrominance amplifier- chloroparaffin 10-13, colour-forming copper (II) oxide 23-27, ferrocene 1-2 as burning catalyst and as organic combustible binding agent - phenolformaldehyde resin 2-3 in form of solution in ethyl alcohol.

EFFECT: invention represents universal firework composition due to provision of possibility to regulate flame colour of saturated hues: violet, dark blue, blue and lilac.

1 tbl

Description

Изобретение относится к пиротехнике, а более конкретно, к разработке и производству фейерверков цветного пламени из составов, содержащих оксид меди в комбинации с органическим компонентом, не являющимся взрывчатым или термическим.The invention relates to pyrotechnics, and more specifically, to the development and production of colored flame fireworks from compositions containing copper oxide in combination with an organic component that is not explosive or thermal.

Уровень данной области техники характеризуют пиротехнические составы цветного огня (синих тонов), описанные в патентах РФ №№2046122 и 2046120, С06В 33/08, 1995 г., голубого и лилового огня соответственно, которые содержат коллоксилин, нитроглицерин, динитратдиэтиленгликоль, динитротолуол, симм. диэтилдифенилмочевину, вазелиновое масло, карбонат бария, кобальтонитрит калия и порошок алюминиево-магниевого сплава в качестве металлического горючего.The level of this technical field is characterized by the pyrotechnic compositions of colored fire (blue tones) described in RF patents Nos. 2046122 and 2046120, С06В 33/08, 1995, blue and purple fires, respectively, which contain colloxylin, nitroglycerin, dinitrate diethylene glycol, dinitrotoluene, sym . diethyl diphenylurea, liquid paraffin, barium carbonate, potassium cobaltonitrite and aluminum-magnesium alloy powder as a metal fuel.

Коллоксилин (нитрат целлюлозы, химически стабилизированный централитом) совместно с нитроглицерином, динитратэтиленгликолем, динитротолуолом и металлическим горючим выполняет роль термической основы, определяющей процесс разложения и диспергирования других компонентов смеси в пламя с образованием в нем соединений, излучающих в синей части спектра.Colloxylin (cellulose nitrate chemically stabilized by centralite) together with nitroglycerin, dinitrate ethylene glycol, dinitrotoluene and metallic fuel acts as a thermal base, which determines the process of decomposition and dispersion of other components of the mixture into a flame with the formation of compounds emitting in the blue part of the spectrum.

Порошок алюминиево-магниевого сплава повышает температуру горения состава и увеличивает силу излучения.Powder aluminum-magnesium alloy increases the combustion temperature of the composition and increases the radiation power.

Вазелиновое масло выполняет функции технологической добавки, снижающей давление проходного прессования зарядов.Petrolatum oil functions as a technological additive that reduces the pressure of continuous charge pressing.

Карбонат бария и окись меди совместно с поливинилхлоридом выполняют роль цветообразователей в пламени.Barium carbonate and copper oxide together with polyvinyl chloride play the role of color formers in the flame.

Кобальтонитрит калия служит для увеличения удельной цветосуммы и уменьшения дымности при горении состава.Potassium cobaltonitrite serves to increase the specific color sum and reduce smoke during combustion of the composition.

Преимуществом описанных пластифицированных составов является возможность формирования зарядов как методом глухого, так и проходного прессования на оборудовании и по режимам, применяемым в производстве баллиститных порохов в широком диапазоне диаметров пиротехнических зарядов.An advantage of the described plasticized compositions is the possibility of forming charges both by the deaf and through pressing method on the equipment and according to the regimes used in the production of ballistic powders in a wide range of diameters of pyrotechnic charges.

Недостатком описанных составов является многокомпонентность структуры, которая затрудняет серийное производство из-за прецизионной точности дозирования компонентов, чтобы обеспечить чистоту заданного тона спектра излучения, длина волны синего цвета которого меняется в очень узком диапазоне.The disadvantage of the described compositions is the multicomponent structure, which complicates mass production due to the precision accuracy of the dosage of the components to ensure the purity of the specified tone of the radiation spectrum, the blue wavelength of which varies in a very narrow range.

Более совершенным является пиротехнический состав голубого огня по изобретению SU 1519158 A1, С06В 25/18, 33/04, 1995 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному составу.More perfect is the pyrotechnic composition of the blue light according to the invention SU 1519158 A1, C06B 25/18, 33/04, 1995, which is selected according to the technical nature and the number of matching features as the closest analogue to the proposed composition.

Известный пиротехнический состав голубого огня включает хлорнокислый калий, окись меди, хлорсодержащий полимер и металлическое горючее, а также дополнительно содержит пироксилин с дифениламином, химически стабилизирующим состав, горение которого обеспечивает увеличение светосуммы при сохранении цветовых характеристик пламени, что создает красочный фейерверочный и зрительный эффекты.The known pyrotechnic composition of blue fire includes potassium perchloride, copper oxide, a chlorine-containing polymer and metallic fuel, and also additionally contains pyroxylin with diphenylamine, a chemically stabilizing composition, the combustion of which provides an increase in light sum while maintaining the color characteristics of the flame, which creates colorful fireworks and visual effects.

Компоненты известного состава содержатся в следующем соотношении компонентов, мас. %:Components of known composition are contained in the following ratio of components, wt. %:

хлорнокислый калийpotassium perchlorate 11-2911-29 пироксилинpyroxylin 42,5-49,542.5-49.5 окись медиcopper oxide 10-2010-20 порошок алюминиево-магниевого сплаваaluminum-magnesium alloy powder 5-155-15 поливинилхлоридpolyvinyl chloride 6-106-10 дифениламинdiphenylamine 0,5-1,50.5-1.5

Коллоксилин, химически стабилизированный дифениламином, выполняет функции горючего связующего, обеспечивающего равномерное распределение компонентов в объеме смеси.Colloxylin, chemically stabilized by diphenylamine, acts as a combustible binder, which ensures uniform distribution of components in the volume of the mixture.

Сочетание компонентов в ограниченном массовом соотношении хлорнокислого калия, поливинилхлорида и окиси меди служит для формирования при горении состава голубого насыщенного цвета пламени.The combination of components in a limited mass ratio of potassium perchloride, polyvinyl chloride and copper oxide serves to form a saturated blue flame color during combustion.

Недостатком известного пиротехнического состава цветного огня является узкоцелевое его назначение - только голубого цвета пламени, практически получить регулируемое изменение тонов синего цвета в узком диапазоне спектра невозможно из-за ограниченного выхода хлоратов металлов, что ограничивает красочный фейерверочный эффект и область применения.A disadvantage of the known pyrotechnic composition of colored fire is its narrow purpose - only the blue color of the flame, it is practically impossible to obtain an adjustable change in the tones of blue in a narrow range of the spectrum due to the limited yield of metal chlorates, which limits the colorful firework effect and scope.

Кроме того, изготовление описанного состава, содержащего пироксилин, и его переработка в заряды нетехнологичны из-за взрывоопасности.In addition, the manufacture of the described composition containing pyroxylin and its processing into charges are not technologically advanced due to the explosion hazard.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование пиротехнического состава, позволяющего за счет изменения массового соотношения компонентов в пределах диапазонов содержания тонко регулировать цвет пламени насыщенных тонов: фиолетового, синего, голубого и сиреневого.The technical problem to which the present invention is directed is to improve the pyrotechnic composition, which allows, by changing the mass ratio of the components within the content ranges, to finely control the flame color of saturated tones: violet, blue, blue and lilac.

Требуемый технический результат достигается тем, что известный пиротехнический состав для фейерверков, излучающий в области синего цвета спектра, включающий хлорнокислый калий, хлорсодержащий компонент - усилитель цветности, цветообразующий оксид меди (II), функциональную добавку и органическое горючее связующее, согласно изобретению содержит в качестве усилителя цветности хлорпарафин, ферроцен в качестве катализатора горения, а в качестве органического горючего связующего - смолу фенолоформальдегидную в форме 50%-ного раствора в этиловом спирте, при следующем соотношении компонентов (мас. %):The required technical result is achieved by the fact that the known pyrotechnic composition for fireworks emitting in the blue region of the spectrum, including potassium perchlorate, a chlorine-containing component - a color enhancer, color-forming copper (II) oxide, a functional additive and an organic combustible binder, according to the invention contains as an amplifier chroma paraffin, ferrocene as a combustion catalyst, and as an organic combustible binder - phenol-formaldehyde resin in the form of a 50% solution in ethyl vom alcohol, in the following ratio (wt.%):

хлорнокислый калийpotassium perchlorate 55-6455-64 хлорпарафинchloroparaffin 10-1310-13 оксид меди (II)copper oxide (II) 23-2723-27 ферроценferrocene 1-21-2 смола фенолоформальдегиднаяphenol formaldehyde resin 2-32-3

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили расширение функциональности универсального технологичного состава для фейерверков при горении образующего цветное насыщенное пламя в диапазоне от фиолетового до сиреневого тона (см. Таблицу. Связь компонентов состава с цветом пламени).Distinctive features of the proposed technical solution provided the expansion of the functionality of a universal technological composition for fireworks when burning forming a saturated color flame in the range from violet to lilac tones (see. Table. Connection of the composition components with the color of the flame).

Особенностью предложенного пиротехнического состава является его безметальность, потому что металлическое горючее не только повышает скорость горения, но, главное, - снижает насыщенность пламени цветом, что ограничивает возможности регулировать выбор тона в узком диапазоне спектра длины волны излучения синего цвета.A feature of the proposed pyrotechnic composition is its imperceptibility, because metal fuel not only increases the burning rate, but, most importantly, reduces the color saturation of the flame, which limits the ability to control the choice of tone in a narrow range of the blue emission wavelength spectrum.

В предложенном составе для повышения скорости горения введен катализатор горения - ферроцен.In the proposed composition, to increase the burning rate, a combustion catalyst, ferrocene, was introduced.

В качестве органического горючего связующего использована фенолформальдегидная смола в форме 50%-ного раствора в этиловом спирте, которая при смешивании компонентов обеспечивает их диспергирование и за счет липкости частиц - прочную адгезионную связь компонентов смеси, пригодной для гранулирования.Phenol-formaldehyde resin in the form of a 50% solution in ethanol is used as an organic combustible binder, which, when the components are mixed, ensures their dispersion and due to the stickiness of the particles, a strong adhesive bond between the components of the mixture suitable for granulation.

После удаления из приготовленных гранул провяливанием технологического растворителя состав приобретает новое свойство - сыпучесть, которая обеспечивает возможность автоматического дозирования на операции прессования зарядов.After removing from prepared granules by drying of a technological solvent, the composition acquires a new property - flowability, which provides the possibility of automatic dosing on the operation of pressing charges.

В зарядах, изготовленных термопластической деформацией (шнекованием при высоком давлении), поливинилхлорид функционален, а заряды из гранулированного состава с поливинилхлоридом при уплотнении механически разрушаются, что требует его замены на более технологичный.In charges made by thermoplastic deformation (screwing at high pressure), polyvinyl chloride is functional, and charges from a granular composition with polyvinyl chloride are mechanically destroyed during compaction, which requires its replacement with a more technologically advanced one.

Использование в предложенном составе хлорпарафина в качестве хлорсодержащего компонента - усилителя цвета, взамен поливинилхлорида в составах по аналогам, направлено на стабилизацию геометрической формы приготовленных фейерверочных зарядов, звездок, таблеток и, следовательно, обеспечивает их функциональность после хранения.The use of chloroparaffin in the proposed composition as a chlorine-containing component - a color enhancer, instead of polyvinyl chloride in analog compositions, is aimed at stabilizing the geometric shape of the prepared firework charges, stars, tablets and, therefore, ensures their functionality after storage.

Кроме того, хлорпарафин содержит на 15-20% больше хлора, чем поливинилхлорид, что повышает выход хлорида меди, излучающего монохроматическим синим цветом, расширяя возможности формирования непрерывного ряда оттенков глубиной цвета.In addition, chloroparaffin contains 15-20% more chlorine than polyvinyl chloride, which increases the yield of copper chloride emitting a monochromatic blue color, expanding the possibility of forming a continuous series of shades with color depth.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.Therefore, each essential feature is necessary, and their combination is sufficient to achieve a novelty of quality that is not inherent in the signs of disunity, that is, the technical problem posed in the invention is not solved by the sum of the effects, but by a new super-effect of the sum of the attributes.

Оптимальный количественный состав предложенного пиротехнического состава цветного огня был рассчитан по математической модели планирования эксперимента и проверен испытаниями опытных образцов фейерверочных зарядов, изготовленных при различном массовом соотношении компонентов для получения различных заданных тонов синего цвета.The optimal quantitative composition of the proposed pyrotechnic composition of colored fire was calculated according to the mathematical model of the experimental design and verified by testing prototypes of firework charges made with different mass ratios of components to obtain different preset tones of blue color.

Количественное массовое соотношение в пиротехническом составе функционально связанных между собой компонентов составляет соотношение: цветопламенного окислителя - хлорнокислого калия 55-64 (мас. %), цветообразующего оксида меди (23-27 мас. %) и усилителя цвета - хлорпарафина (10-13 мас. %). Это массовое соотношение цветообразующей структуры компонентов оптимизировано в предложенном составе для гарантированного получения при горении зарядов насыщенного цветом пламени в синем диапазоне спектра.The quantitative mass ratio in the pyrotechnic composition of the components functionally interconnected is the ratio of a flame-oxidizing oxidizer - potassium perchloride 55-64 (wt.%), A color-forming copper oxide (23-27 wt.%) And a color enhancer - chloroparaffin (10-13 wt. %). This mass ratio of the color-forming structure of the components is optimized in the proposed composition to ensure that, when burning charges, a color-saturated flame in the blue spectral range is obtained.

При этом достигнута возможность тонко управлять тоном цвета путем регулирования массового соотношения элементов вышеописанной структурной композиции для получения насыщенного окраса пламени фиолетовым, синим, голубым или сиреневым цветом, что создает разнообразие цветовой гаммы фейерверков и обеспечивает дополнительный красочный эффект при совместном использовании перечисленных зарядов разного цветового тона (см. Таблицу).At the same time, it was possible to finely control the color tone by adjusting the mass ratio of the elements of the above structural composition to obtain a saturated color of the flame with violet, blue, blue or lilac color, which creates a variety of colors for fireworks and provides an additional colorful effect when sharing the above charges with different color tones ( see table).

Предложенный состав приготавливают по принятой в пиротехническом производстве технологии смешиванием компонентов в штатном смесителе.The proposed composition is prepared according to the technology adopted in the pyrotechnic production by mixing the components in a standard mixer.

Сущность изобретения поясняется примером приготовления состава синего цвета пламени.The invention is illustrated by an example of the preparation of the composition of the blue flame.

В смеситель мерно загружают (мас. %): 59,5±4,5 калия хлорнокислого по ТУ 6-02-627, 25±2 оксида меди (II) по ГОСТ 16539, 11,5±1,5 хлорпарафина марки ХП-66Т (СТО 0020-3275-212-2008), 1,5±0,5 ферроцена по ТУ 6-02-964, и перемешивают в течение 5-7 минут до равномерного распределения компонентов.Gradually load (wt.%): 59.5 ± 4.5 potassium perchloride according to TU 6-02-627, 25 ± 2 copper (II) oxide according to GOST 16539, 11.5 ± 1.5 chlorinated paraffin grade ХП- 66T (STO 0020-3275-212-2008), 1.5 ± 0.5 ferrocene according to TU 6-02-964, and mix for 5-7 minutes until the components are evenly distributed.

Затем в смеситель загружают 5±1 мас. % ранее приготовленного 50%-ного раствора смолы фенолоформальдегидной СФ-0112 в этиловом спирте и перемешивают в течение 5 минут, после чего приготовленную смесь выгружают на сито №1, 25, где ее протирают, формируя гранулы.Then 5 ± 1 wt. % of a previously prepared 50% solution of phenol-formaldehyde resin SF-0112 in ethanol and stirred for 5 minutes, after which the prepared mixture is unloaded on a No. 1, 25 sieve, where it is wiped, forming granules.

Приготовленный гранулированный состав сушат не менее 4 часов до содержания летучих не более 0,65 мас. %.The prepared granular composition is dried for at least 4 hours to a volatile content of not more than 0.65 wt. %

Далее пиротехнический гранулированный состав направляют на прессование зарядов, где с незначительным удельным усилием прессования формуют заряды, таблетки, звездки различных массогабаритных параметров для снаряжения фейерверочных изделий цветного огня: фиолетового, синего, голубого, сиреневого.Next, the pyrotechnic granular composition is directed to charge pressing, where charges, tablets, and stars of various weight and size parameters are used to formulate colored fireworks: violet, blue, blue, and lilac with a small specific pressing force.

Испытания опытных образцов зарядов цветного огня паркового и высотного действия, изделий народного потребления показали, что посредством точного регулирования массового соотношения компонентов предложенного пиротехнического состава в пределах оптимизированных диапазонов из содержания достигнута возможность практического получения заданных тонов спектра синего цвета, от фиолетового до сиреневого, что позволяет разнообразить красочный эффект фейерверков.Tests of prototypes of park and high-altitude colored fire charges, consumer goods showed that through precise control of the mass ratio of the components of the proposed pyrotechnic composition within the optimized ranges from the content, it was possible to practically obtain the specified tones of the spectrum of blue, from violet to lilac, which makes it possible to diversify colorful effect of fireworks.

Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.A comparison of the proposed technical solution with the identified analogues of the prior art did not reveal an identical match of the totality of the essential features of the invention.

Предложенные отличия универсального пиротехнического состава цветного огня не являются очевидными для специалистов по пиротехнике, которые прямо не следуют из постановки технической задачи.The proposed differences in the universal pyrotechnic composition of colored fire are not obvious to pyrotechnic specialists who do not directly follow from the statement of the technical problem.

Изготовление разнообразных фейерверочных зарядов из пиротехнического состава по изобретению возможно осуществлять на действующем пиротехническом производстве.The manufacture of a variety of firework charges from the pyrotechnic composition according to the invention can be carried out at the existing pyrotechnic production.

Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.From the foregoing, we can conclude that the invention meets the conditions of patentability.

Claims

Pyrotechnic composition for fireworks emitting in the blue spectral region, including potassium perchlorate, a chlorine-containing component - a color enhancer, color-forming copper (II) oxide, a functional additive and an organic combustible binder, characterized in that it contains chlorine paraffin, ferrocene as a color enhancer as a combustion catalyst, and as an organic combustible binder, a phenol-formaldehyde resin in the form of a 50% solution in ethanol, in the following ratio of components (wt.%):
potassium perchlorate 55-64 chloroparaffin 10-13 copper oxide (II) 23-27 ferrocene 1-2 phenol formaldehyde resin 2-3