Aký je odporúčaný pomer spojiva a oxidačného činidla pri použití fenolovej živice?

Rýchla odpoveď:Existuježiadny univerzálny pomer spojiva a oxidačného činidlapre fenolovú živicu v ohňostrojoch. Optimálny pomer závisí od špecifického okysličovadla, paliva, triedy fenolovej živice, veľkosti častíc a požadovaných charakteristík horenia^[1][2]. Publikovaný výskum kompozícií KNO3 viazaných na fenolovú živicu, zdokumentovaný v literatúre o hasiacich kompozitoch, uvádza obsah fenolovej živice v rozmedzí7 až 13 % hmotn, pričom maximálna účinnosť spaľovania sa pozoruje pri približne10 až 11 % živice(zodpovedá približne 1 dielu živice na 6,4 dielu KNO3)^[3]. Nezávislé testovanie spaľovania kompozícií na báze KNO3 dokumentuje rýchlosť horenia 3,67 mm/s pre fenol-formaldehydové spojivo pri 6 % w/w s KNO3 pri 82 % w/w^[4]. Tieto hodnoty však súšpecifické pre formuláciua nemali by sa zovšeobecňovať bez testovania špecifického pre aplikáciu.

1. Čo robí fenolová živica v zložení ohňostroja?

Fenolová živica funguje ako aspojiva a palivovej zložkyv pyrotechnických zložkách^[5][6]. Medzi jeho úlohy patrí:

• viazanie:drží pohromade častice paliva a okysličovadla, čím zabraňuje segregácii počas skladovania a manipulácie^[5]
• Príspevok na palivo:poskytuje organický materiál, ktorý sa zúčastňuje spaľovacej reakcie^[3][5]
• Štrukturálna integrita:zachováva tvar lisovaných alebo lisovaných kompozícií^[6]

Fenolová živica jeniejednoduché „lepidlo“, ktoré je pri horení inertné. Je to hybrid paliva a spojiva a jeho obsah priamo ovplyvňuje rýchlosť horenia, účinnosť spaľovania a správanie zvyškov. Publikované porovnávacie údaje dokumentujú, že kompozície naviazané na fenolovú živicu môžu zanechať neúplne spálené častice pri nedokonalom spaľovaní; V jednej publikovanej štúdii sa ukázalo, že polyesterové spojivo na biologickej báze znižuje PM o 52,8 % v porovnaní s fenolom^[7]. Chémia spojiva priamo ovplyvňuje úplnosť spaľovania^[3][4][7].

2. Prečo neexistuje univerzálny „správny pomer“

Pomer spojiva a oxidačného činidla nie je pevným parametrom. Závisí to od:

3. Čo ukazujú publikované údaje pre systémy fenolovej živice / KNO3

Jedna publikovaná štúdia o pyrotechnických kompozíciách KNO3 viazaných na fenolovú živicu,dokumentovaný v literatúre o hasiacich kompozitoch a tu citovaný ako analóg systému oxidátor-palivový systém, uvádza nasledovné^[3]:

Dôležité:toto jejednu špecifickú rodinu formulácií. ánonieznamená, že 1:6,4 je „správny“ pomer pre všetky ohňostroje na báze fenolovej živice. Rôzne oxidačné činidlá, palivá a druhy živíc posunú optimum^[1][2].

4. Čo sa v tomto článku NEtvrdí

• Žiadny univerzálny pomer "1:8 až 1:10".Žiadny zdroj nepodporuje rozsah jedného pomeru pre všetky ohňostroje na báze fenolovej živice^[1][2][3].
• Žiadne tvrdenie, že fenolová živica „horí pri 500 stupňoch C“.Začiatok tepelného rozkladu je približne 340 až 480 stupňov C v inertnej atmosfére TGA; teplota spaľovania závisí od úplného zloženia^[8][9].
• Žiadne tvrdenie, že 24 až 48 hodín je požadovaný čas vytvrdzovania.Čas vytvrdzovania závisí od typu živice a podmienok; potvrdiť u dodávateľa TDS.
• Žiadne tvrdenie, že údaje o hasení sa priamo prenášajú na ohňostroje.Štúdia JAI sa zaoberá hasiacimi aerosólovými kompozitmi, ktoré sa tu používajú iba ako analóg systému oxidačné činidlo a palivo^[3].
• Žiadne špecifické údaje o prípade zákazníka alebo nároky na výkon.

5. Ako pristupovať k vývoju formulácií

Bezpečnostná poznámka:vývoj pyrotechnickej formulácie zahŕňa značné riziká. Práce by mali vykonávať vyškolení pracovníci podľa platných bezpečnostných predpisov a noriem. Príslušné rámce zahŕňajú NFPA 1124,Kódex pre výrobu, prepravu a skladovanie zábavnej pyrotechniky a pyrotechnických výrobkov(berúc na vedomie, že jej ustanovenia o maloobchode a skladovaní zábavnej pyrotechniky pre spotrebiteľov boli od roku 2013 do roku 2014 čiastočne zrušené a presunuté do NFPA 1 Fire Code)^[10]; ATF 27 CFR časť 555, Obchod s výbušninami, vrátane požiadaviek na skladovanie podčasti K (oddiel 555.218 Tabuľka vzdialeností; oddiel 555.221 predvádzanie ohňostrojov)^[11]; Klasifikácia PHMSA/DOT podľa UN 0335 (divízia 1.3G), UN 0336 (divízia 1.4G), UN 0337 (divízia 1.4S) a UN 0431 (pyrotechnické výrobky na profesionálne účely)^[12]; CPSC 16 CFR 1507.2, Zakázané chemikálie, pre spotrebiteľské ohňostroje^[12]; a APA Standard 87-1, začlenený odkazom do 49 CFR pre klasifikáciu zábavnej pyrotechniky^[12]. Samotná živica nie je výbušnina; pyrotechnická zložka, ktorej sa stáva súčasťou, je regulovaným výbušným materiálom^[11][12].

6. Parametre kvality na vyžiadanie fenolovej živice

7. Záver

Ako ukazujú predchádzajúce časti, pre fenolovú živicu v zábavnej pyrotechnike neexistuje univerzálny pomer spojiva a oxidačného činidla; optimum závisí od typu oxidačného činidla, typu paliva, triedy živice, veľkosti častíc a požadovaných charakteristík horenia. Najkonkrétnejšími publikovanými kotviacimi bodmi sú: po prvé, požiarna kompozitná štúdia uvádzajúca 7 až 13 % hmotn. fenolovej živice so špičkovou účinnosťou 10 až 11 % v systéme na báze KNO3, čo zodpovedá približne pomeru živice k oxidačnému prostriedku 1:6,4^[3]; a druhé, nezávislé testovanie spaľovania dokumentujúce rýchlosť horenia 3,67 mm/s pri PF 6 % w/w s KNO3 82 % w/w^[4]. Oba sú výsledky špecifické pre formuláciu, nie univerzálne konštanty. Obsah spojiva priamo ovplyvňuje úplnosť spaľovania, pričom nedokonalé spaľovanie prispieva k emisiám pevných častíc^[7]. Vývoj formulácie by mal prebiehať prostredníctvom päťstupňového rámca v časti 5 s testovaním v malých dávkach a zdokumentovanými meraniami rýchlosti horenia a rezíduí. Rámce súladu zahŕňajú NFPA 1124 (s jeho čiastočným stiahnutím), ATF 27 CFR časť 555, klasifikáciu PHMSA/DOT OSN, CPSC 16 CFR 1507.2 a APA 87-1^[10][11][12]. Každá hodnota v tomto článku je typický publikovaný rozsah alebo štandardná požiadavka; optimálny pomer sa musí určiť experimentálne v konkrétnom systéme.

8. Ďalší krok

Ak hodnotíteFenolová živica na ohňostrojepre formuláciu nám pošlite:

• Typ aplikácie (prskavka, fontána, anténa, oneskorenie)
• Oxidačný systém (KNO3, KClO4 atď.)
• Aktuálna formulácia alebo východiskový bod
• Charakteristiky cieľového horenia
• Použiteľný regulačný rámec (NFPA, ATF, PHMSA, CPSC alebo iné)
• Požadovaná dokumentácia (TDS, COA, údaje o veľkosti častíc, profil TGA)

Poskytneme údaje o nehnuteľnostiach špecifických pre jednotlivé stupne.Poznámka:optimálny pomer spojiva a oxidačného činidla sa musí určiť experimentálne vo vašom špecifickom systéme.

Vyžiadajte si TDS fenolovej živice a údaje o veľkosti častíc →

Referencie

1. Conkling, JA; Mocella, C.Chémia pyrotechniky: základné princípy a teória, 3. vyd. CRC Press, Boca Raton, 2019.[kapitoly funkcie Binder a rýchlosti napaľovania.]
2. Shimizu, T.Ohňostroj: Umenie, veda a technika. Pyrotechnica Publications, Austin, TX, 1981.[Princípy formulácie a rovnováha oxidant/palivo.]
3. Fjeld, M.; Kristensen, TE; Fossum, M.; Waernes, AN; Eckhoff, RK (SINTEF Energy Research). "Pyrotechnické kompozície na báze dusičnanu draselného ako najúčinnejšie hasiace činidlá."Journal of ASTM International, 2005.[Dokumenty fenolformaldehydovej živice 7 až 13 % hmotn./hmotn.; optimálne 10 až 11 %; KNO3 70 % v optimálnom stave; špičková účinnosť spaľovania približne 90 %. Kontextom sú hasiace aerosólové kompozity, ktoré sú tu citované ako analóg systému okysličovadla a paliva.]
4. Hodnotené údaje o spaľovaní pyrotechnického zloženia na báze KNO3: fenol-formaldehydové spojivo 6 % hmotn./hmotn. s KNO3 82 % hmotn./hmotn., rýchlosť horenia 3,67 mm/s.[Dokumentácia o rýchlosti spaľovania zloženia na báze KNO3.]
5. Knop, A.; Pilát, LAFenolové živice: chémia, aplikácie a výkon. Springer, Berlín, 1985. ISBN 3-540-15039-0 (pretlačené 2013).
6. Patent USA US6689285 B2.Pyrotechnické hasiace zmesi tvoriace aerosól. Vynálezcovia: Marion Thomas Hicklin, Walter Charles Fink; Nadobúdateľ: Walter Kidde Portable Equipment Inc.; vydané 10. februára 2004.[Dokumentuje fenolformaldehydovú živicu (iditolom zosieťovaný PF) ako horiace spojivo; vzorová formulácia obsahuje 11,1 % iditolu s KNO3 a KClO4.]
7. Yu, Y.; Yang, Z.; Wang, F.; Liu, C.; Deng, L. "Nové polyesterové spojivo šetrné k životnému prostrediu na zníženie znečistenia častíc produkovaných spaľovaním pyrotechniky."Journal of Cleaner Production, 2020.[Dokumenty zníženie PM o 52,8 % oproti spojivu na báze fenolovej živice; Kompozície viazané na fenol sa nemôžu úplne spáliť, čo vedie k znečisteniu časticami pri nedokonalom spaľovaní.]
8. Lochte, HW; Strauss, EL; a kol. "Termooxidačná degradácia fenolformaldehydových polykondenzátov: Štúdie termogravimetrického a elementárneho zloženia tvorby uhlia."Journal of Applied Polymer Science(indexované v OSTI / Semantic Scholar).[Výťažok dokumentácie 40,0 až 43,8 % pri 800 °C pre fenolformaldehydové živice v inertnej atmosfére TGA; štádiá rozkladu v súlade s prvým stupňom 340 až 480 °C.]
9. Granado, L.; Tavernier, R.; Foyer, G.; David, G.; Caillol, S. "Porovnávacia štúdia kinetiky vytvrdzovania formaldehydových a tereftalaldehydových termosetov s vysokým výťažkom zuhoľnatenia." HAL / Institut Charlesa Gerhardta, Universite de Montpellier, 2018.[Dokumentuje kinetiku vytvrdzovania a degradácie rezolu PF.]
10. Národná asociácia požiarnej ochrany.NFPA 1124: Kódex pre výrobu, prepravu a skladovanie zábavnej pyrotechniky a pyrotechnických výrobkov. Quincy, MA: NFPA.[Poznámka: ustanovenia o maloobchode a skladovaní zábavnej pyrotechniky pre spotrebiteľov boli od roku 2013 – 2014 čiastočne stiahnuté a presunuté do NFPA 1 Fire Code; potvrdiť platnosť aktuálneho vydania.]
11. Americký úrad pre alkohol, tabak, strelné zbrane a výbušniny (ATF).27 CFR časť 555: Obchod s výbušninamivrátane požiadaviek na skladovanie podčasti K (oddiel 555.218 Tabuľka vzdialeností; oddiel 555.221 predvádzanie ohňostrojov). Washington, DC.
12. Ministerstvo dopravy USA / PHMSA.Ohňostroje: Schválenia výbušnín(UN 0335 divízia 1.3G; UN 0336 divízia 1.4G; UN 0337 divízia 1.4S; UN 0431 Pyrotechnické výrobky na profesionálne účely, podľa 49 CFR 172.101; norma APA 87-1 začlenená odkazom). Washington, DC.[Tiež sa vzťahuje zoznam zakázaných chemikálií CPSC 16 CFR 1507.2 pre spotrebiteľské ohňostroje.]