Химические реактивы,
комплектующие и оборудование
для пиротехники

Патент №2567635
Авторы: Вагонов С.Н, Подсобляева Н.Г, Варёных Н.М, Букин Н.Г

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.
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.
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.
Порошок алюминиево-магниевого сплава повышает температуру горения состава и увеличивает силу излучения.
Вазелиновое масло выполняет функции технологической добавки, снижающей давление проходного прессования зарядов.
Карбонат бария и окись меди совместно с поливинилхлоридом выполняют роль цветообразователей в пламени.
Кобальтонитрит калия служит для увеличения удельной цветосуммы и уменьшения дымности при горении состава.
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.
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.
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.
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.
Компоненты известного состава содержатся в следующем соотношении компонентов, мас.%:
Хлорнокислый калий 11-29
Пироксилин 42,5-49,5
Окись меди 10-20
Порошок алюминиево-магниевого сплава 5-15
Поливинилхлорид 6-10
Дифениламин 0,5-1,5

Коллоксилин, химически стабилизированный дифениламином, выполняет функции горючего связующего, обеспечивающего равномерное распределение компонентов в объеме смеси.
Сочетание компонентов в ограниченном массовом соотношении хлорнокислого калия, поливинилхлорида и окиси меди служит для формирования при горении состава голубого насыщенного цвета пламени.
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.
Кроме того, изготовление описанного состава, содержащего пироксилин, и его переработка в заряды нетехнологичны из-за взрывоопасности.
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.
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.%):
Хлорнокислый калий 55-64
Хлорпарафин 10-13
Оксид меди (II) 23-27
Ферроцен 1-2
Смола фенолоформальдегидная 2-3

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).
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.
В предложенном составе для повышения скорости горения введен катализатор горения - ферроцен.
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.
После удаления из приготовленных гранул провяливанием технологического растворителя состав приобретает новое свойство - сыпучесть, которая обеспечивает возможность автоматического дозирования на операции прессования зарядов.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Таблица. Связь соотношения компонентов состава с цветом пламени

Компоненты Содержание компонентов (мас.%) в составах
Хлорнокислый калий 55-60 56-63 58-63 59-64
Оксид меди (II) 25-27 23-26 23-25 23-25
Хлорпарафин 12-13 11-13 11-12 10-11
Ферроцен 1-2 1-2 1-2 1-2
Фенолформальдегидная смола 2-3 2-3 2-3 2-3
Цвет пламени Фиолетовый Синий Голубой Сиреневый

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).
Предложенный состав приготавливают по принятой в пиротехническом производстве технологии смешиванием компонентов в штатном смесителе.
Сущность изобретения поясняется примером приготовления состава синего цвета пламени.
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.
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.
Приготовленный гранулированный состав сушат не менее 4 часов до содержания летучих не более 0,65 мас.%.
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.
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.
Сравнение предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия универсального пиротехнического состава цветного огня не являются очевидными для специалистов по пиротехнике, которые прямо не следуют из постановки технической задачи.
Изготовление разнообразных фейерверочных зарядов из пиротехнического состава по изобретению возможно осуществлять на действующем пиротехническом производстве.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.


 

Поделиться: