CN111018640A - 一种高爆音无烟无硫爆竹硝药剂的安定处理及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高爆音无烟无硫爆竹硝药剂的安定处理及其制备方法，属于环保烟火药领域。组分包括：钝化黑索今、硝化竹纤维素、硝基胍、改性纳米铝粉、二甲基二苯脲、氧化石墨烯、双聚氰胺。本发明采用钝化黑索今、硝化竹纤维素、硝基胍和改性纳米铝粉，充分保证了爆音爆竹硝药剂优异的燃放效果和安全性能；金属粉末采用改性纳米铝粉，实现无烟无硫的环保要求，极大降低了当前爆竹硝药剂对环境的污染和对人体的危害；制备方法简单，生产过程无三废排放，适合工厂操作，同时也适应流水线的工业化大规模生产，具有显著的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种高爆音无烟无硫爆竹硝药剂的安定处理及其制备方法，属于环保烟火药领域。
背景技术
中国有着悠久的历史文化传统，在各种喜庆的活动与节日中，烟花爆竹有着巨大的使用需求，以达到增加节日气氛，丰富人们的文化生活的目的。然而，近些年来，由于消费的不断增长、环保意识的欠缺和生产厂家激增的影响，使得烟花爆竹燃放量巨大，进而对环境造成了大量的污染，也给人体健康带来了巨大的危害。
众所周知，当今烟花爆竹的主要成份是是硝酸钾、硫磺和木炭，有的还含有氯酸钾、高氯酸钾，甚至还会加入金属粉末等。其燃放会产生碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫以及金属氧化物的粉尘，这些有毒有害气体以及粉尘颗粒物对人的身体机能有着非常严重的影响。而且人们为享受到爆竹燃放所带来的声音快感，往往会在短时间大量燃放，严重扰乱人们的听觉和视觉，并对人体带来极大负荷，也严重威胁着人们的生命财产安全。近年来，陈静通过减少爆竹引线端单体爆竹的火药量和体积，达到爆竹在燃放时的声音呈现出由低逐渐递增的目的(CN200610200143.2)；沈昌生通过采用模拟电子爆竹声集成电路芯片做音源，用大功率音频功率放大电路模块来推动两个以上大功率扬声器来达到良好的音响效果(CN201420544882.3)；胡军、赵静通过将各种不同形式的烟花形式写进程序，通过程序控制激光器发射不能颜色、不同高度以及不同位置的激光来形成不同图案的激光，并模拟各种烟花的形态和声音，并设置有音量调节按钮、距离调节按钮、色彩调节按钮、仿声调节按钮以及色系选择模块来对烟花爆竹的燃放效果进行仿真，通过音量调节按钮达到所需要的高爆音效果(CN201711410584.X)。但是这些方法的缺点也是十分显著的，制备方法复杂，条件控制困难；而模拟设备复杂，价格昂贵，使用一次花费太高，不能为广大消费群众所接受，而且不能带给人们直观的视觉和听觉享受，市场需求少。
在保证烟花爆竹正常为人们所使用且保证烟花爆竹的燃放效果不降低甚至更优异的前提下，减轻其燃放给环境带来的污染以及对人体造成的危害，是烟花爆竹行业亟待解决的主要矛盾，也是烟花爆竹产业发展道路上的热点问题和重点问题，这对爆竹硝药剂的无烟无硫、安全性能提出了需求，同时通过燃放更少的量来达到相同的爆音效果对爆竹硝药剂的高爆音特性提出了需求，也为烟花爆竹行业的发展指明了方向。因此，制备出一种安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂具有重大的社会意义和现实意义。
发明内容
本发明是为了解决现有爆竹硝药剂燃放后存在的烟气污染、安全性能和爆音效果等方面存在的问题，而提供的一种高爆音无烟无硫爆竹硝药剂的安定处理及其制备方法。
本发明专利的目的是通过以下技术方案实现的。
一种安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分与所占质量百分比如下：
组分中所述硝化竹纤维素的含氮量为12％～12.5％；
一种安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂制备方法，具体步骤如下：
步骤一、按配方质量比称取钝化黑索今、硝化竹纤维素、硝基胍、改性纳米铝粉、二甲基二苯脲、氧化石墨烯、双聚氰胺；
步骤二、将步骤一所称取的硝化竹纤维素粉末按(1～5):10的质量比分成A、B两组，按质量比1:10将A组硝化竹纤维素粉末溶于乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌2～3小时；然后继续在搅拌状态下，加入步骤一所称取的双聚氰胺、氧化石墨烯与二甲基二苯脲，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
步骤三、在搅拌及超声分散状态下，将步骤一称取的钝化黑索今、硝基胍、改性纳米铝粉和步骤二所得的B组硝化竹纤维素加入到步骤二所得的硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中可适量添加乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
步骤四、将步骤三所得软硬适中的均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至80～90℃鼓风烘箱中下干燥2～3小时，得无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
步骤五、将步骤四所得安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，即得颗粒均匀的无烟无硫爆竹硝药剂。
所述改性纳米铝粉的制备方法为：按质量比1:30将硅烷偶联剂KH-570加入到无水乙醇中，搅拌30～50分钟，制得偶联剂溶液；在高纯氩气保护下，按质量比1:10将纳米铝粉加入到偶联剂溶液中，超声分散状态下搅拌2～3小时，过滤，置于90～120℃真空烘箱中干燥3～5小时，取出，制得改性纳米铝粉；
所述软硬适中的判断方法为：将胶团状物挤压通过20目铜筛后，胶团状物成连续细条状且相互之间不粘连，具有一定的塑性和抗拉强度；
有益效果
1、本发明提供的一种高爆音无烟无硫爆竹硝药剂的安定处理及其制备方法，采用钝化黑索今、硝化竹纤维素、硝基胍和改性纳米铝粉，充分保证了爆音爆竹硝药剂优异的燃放效果和安全性能；同时引入二甲基二苯脲、氧化石墨烯、双聚氰胺，进一步提高了其在运输、储存与使用过程中的安全性，消除了当前爆音爆竹硝药剂对人身和财产安全的威胁；
2、本发明提供的一种高爆音无烟无硫爆竹硝药剂的安定处理及其制备方法，不含硫元素，金属粉末采用改性纳米铝粉，实现无烟无硫的环保要求，极大降低了当前爆竹硝药剂对环境的污染和对人体的危害；
3、本发明提供的一种高爆音无烟无硫爆竹硝药剂的安定处理及其制备方法，配方简单、工艺简明，生产过程无三废排放，适合工厂操作，同时也适应流水线的工业化大规模生产，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
实施例1
一种安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取56.73g硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组16.73g，B组40g，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于167.3g乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌2小时，然后继续在搅拌状态下，加入4.39g双聚氰胺、5.27g氧化石墨烯与6.64g二甲基二苯脲，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将2.5g硅烷偶联剂KH-570加入到75g无水乙醇中，搅拌40分钟，制得偶联剂溶液；在高纯氩气保护下，将7.75g纳米铝粉加入到偶联剂溶液中，超声分散状态下搅拌2.5小时，过滤，置于110℃真空烘箱中干燥3小时，取出，制得7.98g改性纳米铝粉；
在搅拌及超声分散状态下，将88.70g钝化黑索今、38.98g硝基胍、7.41g改性纳米铝粉以及B组硝化竹纤维素加入到硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中添加2.5ml乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
将均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至85℃鼓风烘箱中下干燥2小时，制得204.13g新型安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将204.13g无烟无硫爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，制得203.07g颗粒均匀的安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.48％。
经测试，所得安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为18％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为22％，装药力学性能优异，着火温度正常，成品燃放效果优异，测得声级值为105dB，满足无烟无硫的环保要求，且爆音性能优异；将所得无烟无硫爆竹成品放置在76℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且燃放效果无改变；将所得无烟无硫爆竹成品放置在-24℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且燃放效果无改变；并将爆竹成品从12m高处自由落在平整的水泥地面上，无燃烧、***和漏药现象，安全性能优异。
实施例2
一种安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取3.82kg硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组1.02kg，B组2.8kg，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于10.2kg乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌2.5小时，然后继续在搅拌状态下，加入0.21kg双聚氰胺、0.43kg氧化石墨烯与0.76kg二甲基二苯脲，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将0.21kg硅烷偶联剂KH-570加入到6.3kg无水乙醇中，搅拌45分钟，制得偶联剂溶液；在高纯氩气保护下，将0.651kg纳米铝粉加入到偶联剂溶液中，超声分散状态下搅拌2小时，过滤，置于110℃真空烘箱中干燥3小时，取出，制得0.67kg改性纳米铝粉；
在搅拌及超声分散状态下，将9.22kg钝化黑索今、2.79kg硝基胍、0.64kg改性纳米铝粉以及B组硝化竹纤维素加入到硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中添加350ml乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
将均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至80℃鼓风烘箱中下干燥2.5小时，制得17.69kg安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将17.69kg无烟无硫爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，制得17.63kg颗粒均匀的安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.66％。
经测试，所得安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为16％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为20％，装药力学性能优异，着火温度正常，成品燃放效果优异，测得声级值为105dB，满足无烟无硫的环保要求，且爆音性能优异；将所得无烟无硫爆竹成品放置在75℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且燃放效果无改变；将所得无烟无硫爆竹成品放置在-28℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且燃放效果无改变；并将爆竹成品从12m高处自由落在平整的水泥地面上，无燃烧、***和漏药现象，安全性能优异。
实施例3
一种安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，其各组分所占质量百分比如下：
取11.53kg硝化竹纤维素粉末分为A、B两组，其中A组3.53kg，B组8kg，并将A组硝化竹纤维素粉末溶于35.3kg乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌3小时，然后继续在搅拌状态下，加入1.42kg双聚氰胺、2.86kg氧化石墨烯与2.45kg二甲基二苯脲，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
将1.1kg硅烷偶联剂KH-570加入到33kg无水乙醇中，搅拌45分钟，制得偶联剂溶液；在高纯氩气保护下，将3.41kg纳米铝粉加入到偶联剂溶液中，超声分散状态下搅拌3小时，过滤，置于120℃真空烘箱中干燥3小时，取出，制得3.62kg改性纳米铝粉；
在搅拌及超声分散状态下，将44.62kg钝化黑索今、8.85kg硝基胍、3.42kg改性纳米铝粉以及B组硝化竹纤维素加入到硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中添加760ml乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
将均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至90℃鼓风烘箱中下干燥3小时，制得75.08kg安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
将75.08kg无烟无硫爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，制得74.86kg颗粒均匀的安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，成品率达99.71％。
经测试，所得安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，撞击感度(落高250±1mm，落锤质量10.0±0.1kg)为17％，摩擦感度(表压3.92MPa，样品质量为30mg，摆角90°)为21％，装药力学性能优异，着火温度正常，成品燃放效果优异，测得声级值为103dB，满足无烟无硫的环保要求，且爆音性能优异；将所得无烟无硫爆竹成品放置在74℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见分解现象，且燃放效果无改变；将所得无烟无硫爆竹成品放置在-32℃恒温安全箱中48h，无肉眼可见冻裂现象，且燃放效果无改变；并将爆竹成品从12m高处自由落在平整的水泥地面上，无燃烧、***和漏药现象，安全性能优异。
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 (4)
1.一种安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂，其特征在于：各组分与所占质量百分比如下：
所述所述改性纳米铝粉的制备方法为：按质量比1:30将硅烷偶联剂KH-570加入到无水乙醇中，搅拌30～50分钟，制得偶联剂溶液；在高纯氩气保护下，按质量比1:10将纳米铝粉加入到偶联剂溶液中，超声分散状态下搅拌2～3小时，过滤，置于90～120℃真空烘箱中干燥3～5小时，取出，制得改性纳米铝粉。
2.如权利要求1所述的爆竹硝药剂，其特征在于：组分中所述硝化竹纤维素的含氮量为12％～12.5％。
3.制备如权利要求1或2所述的安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、按配方质量比称取钝化黑索今、硝化竹纤维素、硝基胍、改性纳米铝粉、二甲基二苯脲、氧化石墨烯、双聚氰胺；
步骤二、将步骤一所称取的硝化竹纤维素粉末按(1～5):10的质量比分成A、B两组，按质量比1:10将A组硝化竹纤维素粉末溶于乙酸乙酯中，在超声分散条件下搅拌2～3小时；然后继续在搅拌状态下，加入步骤一所称取的双聚氰胺、氧化石墨烯与二甲基二苯脲，搅拌均匀，制得硝化竹纤维素混合溶胶；
步骤三、在搅拌及超声分散状态下，将步骤一称取的钝化黑索今、硝基胍、改性纳米铝粉和步骤二所得的B组硝化竹纤维素加入到步骤二所得的硝化竹纤维素混合溶胶中，混合均匀后进行揉捏，揉捏过程中可适量添加乙酸乙酯，揉捏至呈软硬适中的均匀胶团状物；
步骤四、将步骤三所得软硬适中的均匀胶团状物用双螺杆造粒机进行造粒，置于阴凉通风处晾至半干后，转移至80～90℃鼓风烘箱中下干燥2～3小时，得无烟无硫爆竹硝药剂粗品；
步骤五、将步骤四所得安全高爆音无烟无硫爆竹硝药剂粗品进行轻压破碎后，过60目铜筛，去除颗粒太小的筛余物后，继而过30目铜筛，取30目铜筛的筛余物，即得颗粒均匀的无烟无硫爆竹硝药剂；
所述软硬适中的判断方法为：将胶团状物挤压通过20目铜筛后，胶团状物成连续细条状且相互之间不粘连，具有一定的塑性和抗拉强度。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述改性纳米铝粉的制备方法为：按质量比1:30将硅烷偶联剂KH-570加入到无水乙醇中，搅拌30～50分钟，制得偶联剂溶液；在高纯氩气保护下，按质量比1:10将纳米铝粉加入到偶联剂溶液中，超声分散状态下搅拌2～3小时，过滤，置于90～120℃真空烘箱中干燥3～5小时，取出，制得改性纳米铝粉。
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