含高锰酸盐型促爆剂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。
发明内容
本发明的目的在于提出一种不含硫和氮元素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，含有金属或其混合物形成的还原剂、高锰酸盐型氧化物促爆剂、粘结剂和氟聚物，可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，且可在提高开爆效率的同时进一步提高撞击感度。
本发明首先提供了如下的技术方案：
含高锰酸盐型促爆剂的安全环保开爆药，其由高锰酸盐型促爆剂、由硅烷偶联剂改性的活性金属还原剂、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。
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，所述活性金属还原剂的粒径为10-75μm。
根据本发明的一些优选实施方式，所述活性金属还原剂选自球形的铝粉和镁粉。
根据本发明的一些优选实施方式，所述促爆剂选自KMnO4、Pb(MnO4)2、Co(MnO4)2、Zn(MnO4)2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、所述活性金属还原剂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。
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)将所述活性金属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；
本发明使用高锰酸盐型促爆剂，其相对于高氯酸盐和氯酸盐具有更低的感度，在常温下物理化学性能均稳定，具有较好的热安定性和机械安定性，且和还原性金属镁粉、铝粉、锌粉等在较高温度下可发生剧烈的氧化还原反应，具有较高的开爆效率。
在一些具体实施例中，依据GJB 772A-1997机械感度的测试方法，可测得本发明制备得到的开爆药撞击感度为6％～2％、摩擦感度均为0％，安全性能较传统烟花开爆药显著提升。
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，一种含高锰酸盐型促爆剂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的活性金属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的高锰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；
活性金属还原剂可选自如铝粉和/或镁粉；
促爆剂可选自高锰酸钾、高锰酸铅、高锰酸锌、高锰酸钴中的一种或多种；
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的球形的10份铝粉、32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35份和21份促爆剂KMnO4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12份铝粉和30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160μm的聚四氟乙烯30份和35份促爆剂Pb(MnO4)2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8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30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的聚四氟乙烯50份和17份促爆剂Zn(MnO4)2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GJB 772A-1997机械感度的测试方法，采用10Kg落锤25cm落高，测得上述实施例所制备的开爆药撞击感度为6％～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。
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