Химические реактивы,
комплектующие и оборудование
для пиротехники

Патент №2041187
Авторы: Анников В.Э, Якунин И.М.

Изобретение относится к пиротехническим составам и может быть использовано для изготовления бенгальских свечей.
Известен состав бенгальских свечей, включающий 50% нитрата бария, 30% железного порошка, 8% алюминиевого порошка, 10% декстрина, 0,5% древесного угля и 1,5% борной кислоты
Известный состав используется для изготовления бенгальских свечей. Их изготовление осуществляется следующим образом. Необходимое количество воды, желатинированной связующим, смешивают с остальными ингредиентами до получения однородной пастообразной массы. 
Полученную таким образом технологическую смесь помещают в емкость так, чтобы высота слоя смеси в емкости соответствовала длине части стержня, на которую наносится состав. 
В массу на всю глубину слоя погружают стержень из остальной проволоки. После извлечения стержня из состава на нем остается слой пасты. Этот слой сушат, затем все операции повторяют 3-5 раз до тех пор, пока диаметр стержня с нанесенным составом не достигнет 6-7 мм. 
После нанесения последнего слоя готовую бенгальскую свечу сушат окончательно. 

Недостатком состава является низкая химическая стойкость технологической смеси, которую она имеет в процессе изготовления свечей. Технологическая смесь, приготовленная на основе указанного выше состава, содержит раствор нитрата бария, который реагирует с алюминием в присутствии окиси железа, вносимой вместе с железным порошком. 
В результате через 6-10 ч после приготовления технологической смеси изготовить качественную бенгальскую свечу невозможно и смесь приходится уничтожать. В определенных условиях смесь может разогреться и самовоспламениться.
Наиболее близким по компонентному составу к изобретению, принятый нами за прототип, является пиротехнический состав для бенгальских свечей включающий нитрат бария, порошок железа, алюминиевую пудру, декстрин или полиакриламид и калий фосфорнокислый однозамещенный при следующем соотношении компонентов, мас.%: Алюминиевая пудра 3,0-8,0, Порошок железа 25,0-50,0, Декстрин или полиакриламид или их смесь в соотношении от 1:10 до 1:1 3,0-15,0, Фосфорнокислый однозамещенный калий 0,2-10,0, Бария нитрат или стронция нитрат остальное 
Технологическая смесь этого состава, используемая в процессе изготовления бенгальских свечей, обладает высокой химической стабильностью, а бенгальские свечи, изготовленные из этого состава, отвечают предъявляемым к этим изделиям требованиям: хорошо воспламеняются, а горение сопровождается выбрасыванием пучка искр в виде звездочек.
Недостатком известного состава являются неудовлетворительные реологические характеристики технологической смеси, снижающие эффективность производства бенгальских свечей. 
При небольшом содержании полиакриламида технологическая смесь получается легко текучей, слой пастообразного вещества, остающийся после погружения стержня, получается тонкий из-за того, что основная масса смеси стекает с него. 
При большом содержании полиакриламида через 3-4 ч после приготовления консистенция массы становится резиноподобной, (за счет образования внутренних водородных связей происходит структурирование полиакриламида), при этом снижаются адгезионные свойства смеси. 
Стержень, погруженный в такую массу, или вообще не захватывает состава, или состав, остающийся на стержне, плохо "схватывается" с предыдущей порцией и при сушке откалывается.
Целью изобретения является повышение эффективности производства бенгальских свечей путем улучшения реологических характеристик технологической смеси в процессе изготовления бенгальских свечей.
Это достигается тем, что пиротехнический состав для бенгальских свечей, включающий нитрат бария, порошок железа, алюминиевую пудру и полиакриламид или смесь его с декстрином в соотношении от 1:50 до 1:1, дополнительно содержит крахмал и нитрит натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминиевая пудра 3,0-8,0 
Порошок железа 25,0-60,0 
Полиакриламид или смесь его с декстрином в соотношении от 1:50 до 1:1 0,3-6,0 
Крахмал 0,2-5,0 
Нитрит натрия 0,2-2,0 
Бария нитрат Остальное 

Введение в состав крахмала приводит к появлению тиксотропного эффекта: вязкость пастообразной смеси практически не меняется, а текучесть резко снижается. 
При этом адгезионные характеристики остаются без изменения. Нитрит натрия вводится в состав для увеличения времени "живучести" смеси при формовании свечей, предотвращая структурирование полиакриламида, что позволяет в широких пределах менять вязкость массы, не опасаясь снижения ее адгезионных характеристик.
Минимальное содержание крахмала в смеси составляет 0,2% (пример 1). При меньшем его содержании тиксотропные свойства не проявляются (пример 8). Максимальное содержание крахмала 5% (пример 2). 
При содержании крахмала больше 5% (пример 9) смесь становится очень вязкой, при погружении стержня на нем остается очень толстый слой, который плохо и неравномерно сохнет и при этом часто растрескивается, что снижает качество готового изделия. Кроме этого свеча, изготовленная на составе с большим (более 5%) количеством крахмала, плохо поджигается и горит.

Минимальное содержание ингредиента нитрита натрия 0,2% (пример 3). При меньшем его содержании он не предотвращает структурирование смеси (пример 10). 
Максимальное содержание нитрита натрия 2% (пример 4). При большем его содержании (пример 11) после сгорания бенгальской свечи образуются жидкие шлаки, что по техническим условиям на бенгальскую свечу недопустимо.
Минимальное содержание железного порошка в составе для бенгальских свечей 25% (пример 5). При меньшем его содержании не получается качественного "искристого" горения свечи (пример 12). Наибольшее содержание железного порошка в составе 60% При большем, чем 60% содержании железного порошка, горение становится неустойчивым из-за сильного разбавления состава (пример 13). 
Минимальное содержание дисперсного алюминия составляет 3% (пример 6). При меньшем его содержании свеча плохо зажигается и горит без искр (пример 14). При содержании алюминия большем 8% плавятся и стекают по стержню шкалы (пример 15).
Минимальное содержание полиакриламида или смеси его с декстрином, одновременно являющимся и связующим, и горючим, составляет 0,3% (пример 7). Меньшее количество связующего не обеспечивает необходимой прочности состава (пример 16). При содержании связующего, большем 6% технологическая смесь получается очень вязкой и нетехнологичной при формовании свечи (пример 17). 
В том случае, когда в качестве связующего используется смесь полиакриламида и декстрина (в присутствии декстрина при изготовлении свечи состав быстрее сохнет) их соотношение должно составлять от 1:50 до 1:1 (примеры 18-21). 
При большем содержании декстрина (соотношении 1:60) состав в отсутствии фосфата становится химически не стабильным (пр. 23). Через 4 ч после изготовления технологической смеси в ней появляются пузырьки газа (смесь вспучивается). При меньшем содержании декстрина (соотношении 1:0,5) его влияние не проявляется: остаточная влажность свечи после сушки в термостате при 90°C в течение 20 мин состава с декстрином (пример 22) и без него (пример 3) практически одинаковая 1,2 и 1,4% Для проверки характеристик были изготовлены образцы (см. табл.). 
Изготовление осуществлялось следующим образом. Необходимое количество полиакриламида и крахмала смешивали с 5-6 кратным по массе количеством воды. Смесь доводили при постоянном перемешивании до кипения. После завершения процесса растворения крахмала и желатинизации полиакриламида полученный клейстер смешивали с остальными ингредиентами до получения однородной пастообраной массы. При изготовлении состава использовали порошок железный по ГОСТ 9849-86, а в качестве дисперсного алюминия пудру алюминиевую марки ПАП-2 по ГОСТ 5494-71. 
Полученную пастообразную массу помещали в емкость так, чтобы высота слоя состава в емкости соответствовала длине части стержня, на которую наносится состав. Обычно эта высота составляла 130-150 мм. В массу на всю глубину слоя погружали стержень из стальной проволоки по ГОСТ 3282-74 диаметром 1,5 мм. После извлечения стержня из состава на нем оставался слой пасты. Стержень помещали в сушильный шкаф, нагретый до 90-100оС, и выдерживали 20-30 мин до высыхания состава. 
Затем все операции повторяли 3-5 раз до тех пор, пока диаметр стержня с нанесенным составом не достигнет 6-7 мм. После нанесения последнего слоя готовую бенгальскую свечу сушили окончательно 1,5-2 часа при 90°C.
Испытание бенгальских свечей проводили, поджигая свечу спичкой по ГОСТ 1820-85. Поджигание производили, держа свечу под углом около 75°C к полу. Качественная бенгальская свеча должна поджигаться от одной спички.
Для испытания на химическую стабильность пастообразный состав сразу после приготовления помещали в пробирку диаметром 13-14 мм. Пробирку с пастой помещали в термостат и выдерживали при 70°C до начала интенсивного газовыделения, о котором судили по повышению уровня состава в пробирке. За критерий стабильности принимали время индукции время от момента изготовления до начала интенсивного роста уровня состава в пробирке. Для образцов с 1 по 22 (см. табл.) время индукции составляло 60-80 мин.
Предлагаемый состав, по сравнению с прототипом, обладает лучшими технологическими характеристиками, позволяющими повысить эффективность производства бенгальских свечей. Бенгальские свечи, изготовленные из предлагаемого состава, отвечают предъявляемым к этим изделиям требованиям. При этом пастообразная масса, используемая для формования свечей, имеет высокую химическую стабильность (на уровне прототипа).
 

Номер образца Содержание в опытном образце, мас.% Характер горения Примечание
Нитрат бария Порошок железа Алюминий ПАА Декстрин Крахмал Нитрит натрия
Прототип 44,7 40 5 5 5 - - Нормальный Другие компоненты: калий фосфорнокислый (0,3%)
1 30,5 60 8 1 - 0,2 0,3 То же -
2 44 40 8 2 - 5 1 - -
3 48,8 40 5 3 - 3 0,2 - Остаточная влажность 1,2% (время сушки ~20 мин.)
4 45 40 5 6 - 2 2 - -
5 59 25 8 2 - 5 1 - -
6 51 40 3 2 - 3 1 - -
7 47,5 40 8 0,3 - 4 0,2 - -
8 40,6 50 8 1 - 0,1 0,3 Не опред. Масса жидкая, свеча формируется плохо
9 43 40 8 2 - 6 1 Неустойчивое Масса густая, на свече после сушки состава с трещинами
10 48,9 40 5 3 - 3 0,1 Не опред. Через 5 ч. после приготовления масса стала резиноподобная
11 45 40 5 5 - 2 3 Нормальное После сгорания на стержне подтеки шлака
12 64 20 8 2 - 5 1 Малоискристое -
13 25,5 65 8 1 - 0,2 0,3 Нестойчивое Свеча плохо поджигается
14 52 40 2 2 - 3 1 То же Свеча плохо поджигается
15 42 40 10 2 - 5 1 Нормальное При горении по стержню стекают шлаки
16 47,6 40 8 0,2 - 4 0,2 Не опред. Масса жидкая, свеа плохо формуется
17 44 40 5 7 - 2 2 Неустойчивое Масса густая, на свече после сушки состав с трещинами
18 30 60 5 0,5 0,5 3 1 Нормальное -
19 61,5 25 8 0,1 5 0,2 0,2 - -
20 46 40 3 3 3 3 2 - -
21 49,5 40 5 0,1 0,2 5 0,2 - Остаточная влажность 1,2% (время сушки ~20 мин.)
22 48,8 40 5 2 1 3 0,2 - Через 4ч. после изготволения технологическая смесь вспучилась
23 50,5 40 5 0,05 3 1,25 0,2 - -

 

Поделиться: