基于自维持反应安全环保烟花发射药的粘结剂
阅读说明：本技术 基于自维持反应安全环保烟花发射药的粘结剂 (Adhesive based on self-sustaining reaction safe and environment-friendly firework propellant ) 是由 束庆海 吴启才 吕席卷 石艳松 施瑞 其他发明人请求不公开姓名 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开的基于自维持反应安全环保烟花发射药的粘结剂,属于烟花爆竹技术领域。本发明基于所述一种高分子氟聚物基安全环保烟花发射药的粘结剂体系实现,该安全环保烟花发射药的粘结剂体系采用可溶性橡胶、弹性体、聚酯等粘合剂与偶联剂复配,所形成的复配粘结剂占发射药配方总质量的0.5％～5％。本发明能够解决当前烟花爆竹用黑火药产物污染大、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的缺点。利用所述粘结剂制备的烟花发射药具有无硫无氮、微烟、对环境友好、机械感度低、安全性高等优势,可广泛应用于烟花爆竹用发射药生产中。(The invention discloses a binder based on a self-sustaining reaction safe and environment-friendly firework propellant, belonging to the technical field of fireworks and crackers. The invention is realized based on the binder system of the high-molecular fluorine polymer-based safe and environment-friendly firework propellant, the binder system of the safe and environment-friendly firework propellant is compounded by adopting binders such as soluble rubber, elastomer, polyester and the like and a coupling agent, and the formed compounded binder accounts for 0.5-5% of the total mass of the propellant formula. The invention can solve the defects of large pollution, high mechanical sensitivity, high electrostatic and spark sensitivity and low safety in the production and transportation processes of the current black powder product for fireworks and crackers. The firework propellant prepared by the binder has the advantages of no sulfur, no nitrogen, little smoke, environmental friendliness, low mechanical sensitivity, high safety and the like, and can be widely applied to the production of the firework propellant.)
技术领域
本发明涉及一种基于自维持反应安全环保烟花发射药的粘结剂，属于烟花爆竹技术领域。
背景技术
在烟花爆竹生产中，黑火药是重要的原材料之一。由于黑火药在环保、安全等方面的巨大隐患，新型烟花药剂的研发成为研究热点。本研发团队利用高分子氟聚物和活性金属发生剧烈自维持氧化还原反应后释放高温的原理，开发出一系列高分子氟聚物基安全环保烟花发射药配方。
然而，由于氟聚物具有较好的塑性和一定的粘性，形成配方后药剂的流散性极差，严重影响对烟花药剂的成型造粒，也一定程度上影响了药剂的稳定燃烧，造成火焰拖尾、燃烧不完全、抛高不稳定等不良效果，对此类烟花药剂的成型性提出了严苛的要求。
橡胶和聚酯类高分子材料，具有较好的力学性能、粘结性能和较高的热分解特性，和氟聚物等大多数高分子材料、金属材料均具有良好的相容性，是理想的粘结剂选择。但是，橡胶和聚酯类材料由于碳含量较高，燃烧后产生较浓的黑烟。且由于高分子链上往往掺杂有硫、氰基等，燃烧后具有一定的刺激性异味。因此，在满足功能性要求的前提下，尽可能提升粘结剂的粘结性和塑性的同时，降低对粘结剂的用量是设计的根本要求。
发明内容
本发明的目的在于解决当前烟花爆竹用黑火药产物污染大、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的缺点，提供一种基于自维持反应安全环保烟花发射药的粘结剂。
本发明目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的基于自维持反应安全环保烟花发射药的粘结剂，基于所述一种高分子氟聚物基安全环保烟花发射药的粘结剂体系实现，该粘结剂由硅烷偶联剂和氟硅橡胶复配组成。其中，硅烷偶联剂用于修饰发射药配方体系中的金属颗粒，使之表面结合能增强。氟硅橡胶由于其优异的粘结特性和耐高低温性能，用于包覆氟聚物和活性金属，同时与硅烷偶联剂发生交联作用，形成三维网状结构，从而提升复合药剂的力学性能和成型性能。此外，氟硅橡胶和活性金属在高温下可发生剧烈的氧化还原反应，可为活性金属提供氧化剂，符合绿色化学的元素经济性原则，兼具粘结剂、氧化剂、增韧剂的综合功能，可广泛应用于烟花爆竹用发射药生产中。
一种高分子氟聚物基安全环保烟花发射药的粘结剂体系，由可溶性橡胶、纤维素、弹性体、聚酯等粘合剂与偶联剂进行复配作为粘结剂体系，粘结剂占发射药配方总质量的0.5％～3％。
所述的可溶性橡胶为氟橡胶、氟硅橡胶等；
所述的纤维素为醋酸丁酸纤维素、羟丙基甲基纤维素纤维等；
所述的弹性体为端羟基聚丁二烯、聚氨酯弹性体等；
所述的聚酯为环氧树脂、酚醛树脂等；
所述的偶联剂为硅烷偶联剂，如KH550、KH560、KH570等。
优选地，所述复配粘结剂体系由以下重量份配比组成：
硅烷偶联剂KH550 0.5份，氟硅橡胶-241U 1.5份。
本发明同时公开一种基于该粘结剂体系的高分子氟聚物基新型安全环保烟花发射药的制备方法，所述方法由以下步骤组成：
步骤一：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，将活性金属粉分散到溶液中，浸泡一定时间，过滤干燥，得到改性金属粉；
步骤二：将粘合剂加入乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将步骤一所得的改性金属粉分散到溶液中，搅拌一定时间，得到粘结剂包覆金属粉的分散液；
步骤三：将高分子氟聚物加入到步骤三所得的分散液中，搅拌一定时间，得到浆料；
步骤四：将步骤三得到的浆料通过造粒机进行挤出造粒，并将颗粒进行干燥，得到最终产品。
步骤一所述的活性金属粉为球形镁粉、球形铝粉、球形锌粉等。
步骤一到步骤三所述的搅拌时间为1～6h，搅拌速率为100～200rpm/min。
步骤一所述的浸泡时间为6～12h。
步骤二中粘合剂可为氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、聚酯、聚氨酯弹性体等。
步骤三种高分子氟聚物可为全氟聚醚、聚偏氟烯烃、聚氟烯烃、聚氟烷烃等。
步骤四所述的造粒粒径为1～3mm。
有益效果：
1、本发明公开的基于自维持反应安全环保烟花发射药的粘结剂，该粘结剂由硅烷偶联剂和氟硅橡胶复配组成。其中，硅烷偶联剂用于修饰发射药配方体系中的金属颗粒，使之表面结合能增强。氟硅橡胶由于其优异的粘结特性和耐高低温性能，用于包覆氟聚物和活性金属，同时与硅烷偶联剂发生交联作用，形成三维网状结构，从而提升复合药剂的力学性能和成型性能。
2、本发明制备的高分子氟聚物基安全环保烟花发射药的粘结剂体系，氟硅橡胶和活性金属在高温下可发生剧烈的氧化还原反应，可为活性金属提供氧化剂，符合绿色化学的元素经济性原则，兼具粘结剂、氧化剂、增韧剂的综合功能，可广泛应用于烟花爆竹用发射药生产中。
3、采用本发明粘结剂体系制备的发射药，工艺过程简单，溶剂用量低、包覆效果均匀，无需氧气参与，所制备的产品机械感度低、安全性好。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明，但具体实施例并不对本发明有任何形式的限定。除非特别说明，本发明实施例使用的各种原料均可以通过常规市购得到，或根据本领域的常规方法制备得到，所用设备为实验常用设备。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。
实施例1
一种高分子氟聚物基安全环保烟花发射药的粘结剂，其应用于烟花发射药制备过程的具体步骤如下：
(1)硅烷偶联剂改性金属粉
表面改性：将1份硅烷偶联剂KH550加入到乙酸乙酯中，并在惰性气氛保护下，将20份球形镁粉和10份球形铝粉分散到溶液中，浸泡6h，过滤干燥，得到改性金属粉；
(2)硅橡胶包覆
将2份硅橡胶粘结剂2153加入到乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将上述30份改性金属粉分散到溶液中，搅拌2h，得到氟硅橡胶包覆金属粉的分散液。
(3)发射药造粒
混粉：称取70份聚偏氟乙烯粉加入到上述氟硅橡胶包覆金属粉所得的分散液中，搅拌4h，得到浆料；
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，测得所制备的烟花发射药撞击感度为0％、摩擦感度为0％。
实施例2
一种高分子氟聚物基安全环保烟花发射药的粘结剂，其应用于烟花发射药制备过程的具体步骤如下：
(1)硅烷偶联剂改性金属粉
表面改性：将0.5份硅烷偶联剂KH-550加入到乙酸乙酯中，并在惰性气氛保护下，将22份活性金属粉分散到溶液中，浸泡6h，过滤干燥，得到改性金属粉；
(2)氟硅橡胶包覆
将1.5份氟硅橡胶粘结剂(分子量1000～3000)加入到乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将上述22份改性金属粉分散到溶液中，搅拌2h，得到氟硅橡胶包覆金属粉的分散液。
(3)发射药造粒
混粉：称取68份聚偏氟乙烯粉加入到上述氟硅橡胶包覆金属粉所得的分散液中，搅拌4h，得到浆料；
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，测得所制备的烟花发射药撞击感度为0％、摩擦感度为0％。
实施例3
一种高分子氟聚物基安全环保烟花发射药的粘结剂，其应用于烟花发射药制备过程的具体步骤如下：
(1)硅烷偶联剂改性金属粉
表面改性：将0.5份硅烷偶联剂KH-550加入到乙酸乙酯中，并在惰性气氛保护下，将30份活性金属粉分散到溶液中，浸泡6h，过滤干燥，得到改性金属粉；
(2)氟硅橡胶包覆
将3份氟硅橡胶(分子量1000～3000)加入到乙酸乙酯中，搅拌至全部溶解，并将上述30份改性金属粉分散到溶液中，搅拌2h，得到氟硅橡胶包覆金属粉的分散液。
(3)发射药造粒
混粉：称取70份聚偏氟乙烯粉加入到上述氟硅橡胶包覆金属粉所得的分散液中，搅拌4h，得到浆料；
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，测得所制备的烟花发射药撞击感度为0％、摩擦感度为0％。
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。