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谈烟花爆竹的吸湿性
罗 友 明

1、药剂吸湿性对产品质量及安全的影响

烟花爆竹燃烧、爆炸事故可以分为动态事故和静态事故两大类。动态事故指在操作、运输等动态下因违章而导致的,如因为拖拉、碰撞、抛摔、颠簸、用力过大等行为造成的事故,其主要与药剂的感度有关;静态事故指在存贮期间,相对静止的状态下导致的,主要因药剂本身性质、存贮条件不合要求、管理不善等因素造成的,其主要与药剂的安定性有关,药剂的自然自爆即为最典型的静态事故。人们对动态事故了解得较多,较为重视,抓得较严,静态事故因其带有隐蔽性、潜在性,而往往会被忽视,对它也了解不多,重视不够,但静态事故造成的危害绝不亚于动态事故,而导致静态事故发生的一个主要原因是药剂的吸湿性。这是因为若药剂的吸湿性过大,从空气中吸取过多水分,便可能产生以下危害:
1.1、降低烟花爆竹的燃放效果和烟花效应
药剂受潮后导致燃速过缓、焰色不艳、开苞无力、喷射乏力、哨音变调等。比如电光花中的铁受潮后易被氧化变质导致火花少;粘合剂淀粉受潮易发生霉变失去粘合作用使亮珠变得松散进而降低燃放效果和烟火效应。
1.2、导致产品质量不合格和引发事故
还可导致产品熄引、引燃时间过长、效果中断、甚至丧失燃放性能。有一年春节,某人燃放一个4寸礼花弹时,点燃引火线后时间不发射,以为熄火,便过去低头查看,结果礼花突然出膛炸响,当即被炸身亡,究其原因是引火药吸湿性过大,产生受潮,使得火药上升无力,导致低炸,进而引发事故。某厂火箭产品在出厂时经检验合格,但到消费国仓库存放一段时间后,经检验和消费者燃放后,发现许多低炸等现象,造成客户退货索赔,给工厂带来了一定的经济损失和声誉影响,原因是产品在出厂时为干燥的秋季,而出口所在的消费国却己是冬季,大雪潮湿天气使发射药受潮吸湿所致。
1.3、产生自燃自爆事故
若药剂配方中含有金属粉(主要为铝粉和铝镁合金粉)且受潮,则金属粉会与水发生反应,产生氢气和热量,若未能及时散发出去,积累到一定程度,湿度达到药剂的燃点时,就产生了自燃自爆。
95年某花炮厂两间中转库在凌晨4点多突然发生爆炸,其冲击波导致该厂所有厂房都受到不同程度的破坏,直接经济损失达百万余元,经分析自爆原因为该中转库内存有大量含有合金粉的各种亮珠,天气闷热潮湿,库房通风散热条件差,亮珠受潮后其中的金属粉与水发生上述反应产生的热量未能及时散发出去,积累到一定程度,湿度达到药剂的燃点,引起了自燃自爆,又由于其库存超标,产生的冲击波破坏力也相应增大。
若含有硫磺的药剂长时间受潮后,硫就会和水及空气中的氧发生反应产生亚硫酸,酸就能腐蚀药剂中的金属,非金属等许多物质,产生放热反应,从而引发事故,如果同时存在氯酸钾的话,则变质的硫磺与之反应生成具有高爆炸性物质的二氧化氯,极易产生事故。
2.1、原材料本身的吸湿性
一般吸湿性大的原材料构成的烟火药剂配方吸温性相应的大。据实验所测:
配方一:硝酸锶14%  铝26%  硫磺10%  高氯酸钾10%  硝酸钡30%  其吸湿率为6.6%
配方二:碳酸锶24%  铝26%  硫磺10%  高氯酸钾10%  硝酸钡30%  其吸湿率为0.34%
比较两配方吸湿率可知,在其它组分比例相同条件下,由碳酸锶构成配方二吸湿率比由硝酸锶构成的配方一吸湿率要小得多,这是因为碳酸锶的吸湿性比硝酸锶要小得多。比如,火箭产品的发射药中若选用吸湿性大的炭且含量较多的话,就极可能导致发射药配方的吸湿率超标。
2.2、原材料的质量
产品质量主要指材料的纯度和杂质成份。如果原材料纯度低、达不到标准规定要求,特别是含有氯化物、硫酸盐、铵盐、钙盐、钠盐等水溶性大的杂质,会极大地增大药剂的吸湿性。有实验表明:纯度为99.5%的硝酸钾其吸湿率为0.2%;纯度为87.6%的硝酸钾其吸湿率高达7%。杂质Cl-、SO42-、NO3-、CO32-等盐吸潮后,常温状态下含有金属粉时会产生发热,处理不当则会导致事故。
2.3不同成分配伍
如配方中同时含有氯酸钾、硫磺(或硫化物)等,吸湿受潮后,硫磺会和空气中的水、氧化反应生成硫酸或亚硫酸,进而和氯酸钾反应产生一系列中间体,最后产生极具爆炸性的气体二氧化氯,二氧化氯气体只需少量外界能量(光照、热能、磨擦、撞击等)的刺激很容易燃烧爆炸。它们能和配方中其它许多成份发生反应,产生能量积累,引发事故。反应如下:
KCIO3+H+→HCIO3→……CIO2→CL2→+O2
如蓝光配方选用硝酸铜、镁粉和其它成份,吸湿受潮后,根据金属的活泼性大小,会发生如下置换反应:
Cu(NO3)2+Mg→CU+ Mg(NO3)2
这样不仅改变了配方的物质成份,而且产生了吸湿性更大的硝酸镁,增加了药剂配方的不安定性。
又比如同时含硝酸钾、金属粉如铝的配方若受潮后则可能会发生如下反应:
3KNO3+8Al+12H2O=3K Al O2+5 Al(OH)3+3NH3
产生的碱性气体NH3会加剧该腐蚀反应的进行,则可能影响产品质量,导致事故。
2.4接触面积
指药剂与空气的接触面积大小,一般粉状药剂比颗粒药剂、松散药剂比压制的药剂、裸露的药剂比装筒的药剂、亮珠(原材料)比成品中的药剂,前者与空气的接触面积要大,其吸湿性也要大。
2.5外界相对湿度
外界空气的相对温度越大,药剂越易受潮。一般春、冬季节比夏、秋季节更能使药受潮。阴雨天比晴天相对湿度大,药剂更易受潮。当外界环境的相对湿度大于药剂的相对湿度(K1=P1/P2 × 100%)其中P1表示温度为t℃时药剂饱和溶液的蒸气压, P2表示温度为t℃时空气和溶液的蒸气压)时,药剂越易吸湿。
3.1控制原因
①了解熟悉原材料性能,选择吸湿性小的材料做配方成份。比如氧化剂不用铵盐、钠盐;红光剂不用硝酸锶、氯化锶而用碳酸锶;黄光剂中不用硝酸钠、草酸钠而且氟硅酸钠(冰晶石)、氟铝酸钠;笛音剂中不用苯甲酸钠、苯甲酸钾而用苯二甲酸氢钾等。
②使用合格的、纯度高、杂质少的原材料,无检测合格证的材料坚决不能投入使用。出厂一年未使用完的原材料须经重新检验合格后方可投入使用。
③利用科技力量,不影响烟火效应的防潮剂,如石蜡、硬脂酸、硼酸、清油等。
3.2控制外因
①     减少药剂与空气的接触面积、原材料、亮珠、药剂存放时不要松散裸露在空气中,应用防潮容器密封存放。
②     成品外包装用防潮纸箱包装,内包装用防潮纸、玻璃纸、油蜡纸包装。
③     库房内配置温湿度计,做到干燥、通风、防潮、降温、防漏、防霉变,库温不超过35oC,相对湿度不超过75%,每天特别是高温高湿闷热天,勤加检查管理,做好记录。货堆之间要留有一定的通风管道。
④     验收亮珠、药物时要严格检查其含水率不超标。
4.结束语
烟花爆竹静态事故时有发生,导致静态事故发生的主要因素是由于药剂的吸湿性导致潮解。因此了解熟悉有关药剂吸湿性知识,使用、研制、开发吸湿性小的材料和药剂配方是提高产品质量,减少事故的保障。保证烟花爆竹行业安全、健康、有序、持续发展,必须抓好烟花爆竹药剂配方安全性这一十分重要环节,而且应引起足够重视。
 
 
来源:湖南省工艺美术协会  时间:2009-03-19 22:16:17