烟花爆竹中苦味酸测试的方法的研究(3)
1.1 烟花爆竹用烟火药剂概述
烟花爆竹是用于观赏且具有易燃易爆危险的物品，主要原料是烟火药剂，。通过燃烧和爆炸的方式，产生光、声、色，等效果。噪音污染和大气污染是烟花爆竹对环境的主要危害。以往，由于燃放者忽略了烟花爆竹中的火药成分，导致大量安全事故的发生，主要原因是燃放者在燃放时没有按照有关燃放标准进行规范错做或者燃放假冒伪略产品。烟花爆竹中烟火药剂的组成和含量决定着烟火药剂的安全性。烟花爆竹的产品质量和燃放效果、以及诸多安全和环境污染问题，都是由烟火药剂引起的。
烟火药剂是一种多组分混合物[3]，基本成分是可燃剂和氧化剂以及附加的粘合剂、特种效应物质及阻燃剂，可以快速燃烧，产生声、光、烟、热等精彩效应。氧化剂提供燃烧时所需要的氧气，可燃剂在烟火药剂燃烧时产生所需要的热量；粘合剂为烟火药剂产品提供一定的硬度和结构；特种效应物质用以产生特种效应，如使火焰着色、发烟剂成烟等；阻燃剂调整烟火药剂的反应速度。在实际应用中，有时一种成分可以有多种用途。
1.1.1 氧化剂
氧化剂对于烟花爆竹而言，有着举足轻重的作用。安全事故频发的主要原因是烟火药剂感度较高，而药剂感度的大小[4]是由氧化剂的性能决定的。添加的氧化剂应容易点燃，拥有可观的供氧量，在燃烧过程中是放热分解反应等特点。市场上可供烟花爆竹中使用的氧化剂有很多，比较常用的是含氧量大的无机盐类，例如氯酸盐、硅酸盐、硝酸盐、高锰酸盐等无机盐。氯酸盐中的氯酸钾，不仅因其在烟花爆竹中使用效果好，而且成本廉价，曾在烟花爆竹的生产中被广泛采用，值得一提的是，氯酸钾和其他氧化剂一样，拥有较高的撞击感度和摩擦感度[5]，容易引起安全事故。鉴于此，我国及其他国家已经在相关标准中明文规定禁止将氯酸钾添加在烟火药剂的配方中。一些生产商使用高氯酸盐，虽然它的的安定性比氯酸盐高，并且对撞击感度和摩擦感度要求也比前者低，相对安全性较好，可是，高氯酸盐自身的成本较高，再生产和销售过程中会给企业以及消费者带来一定的负担。硝酸盐类的撞击感度和摩擦感度安定性好且价格便宜，在烟花爆竹制造过程中被广泛使用，但它需要加入其它的助剂来改善其作为氧化剂的性能[6]，，原因在于其燃烧速度慢、吸湿很容易结块，这种缺陷也限制了它的使用。虽然可使用金属氧化物替代氧化剂，但其不易引燃，供氧量低，所以基本上不单独使用。每种氧化剂都具有各自的的优点和不足，于是，人们开始思索把多类氧化剂按一定的比例混合配制成复合氧化剂，到目前为止，国内已有很多这类专利被申请 [7 -9]。
1.1.2 可燃剂
控制整个燃烧反应温度的是烟火药剂中的可燃剂，可燃剂在燃烧时需氧量越少越好，还要求可以产生足够的热、易被氧化，且具备良好的物化安定性能。以原材料分类，可燃剂基本可分为两种：一种为包含足量碳和氢的有机物，我们常用的木炭、糖类、硝化纤文素、淀粉及各类人造树脂等，都可作为可燃剂。经过陆明等的研究改良，将改性木粉作为可燃剂，其爆炸性能得到提高[10]；另一种则为一些无机物,它们容易被氧化，如非金属的碳、硫等，金属的铜、钾、铁、锌及合金等。将可燃剂与别的烟火药剂混合后，可达到不同的效果，起到发亮、发光、发声、发色等作用。照明剂实际上也是一种烟火药剂，它能够产生白色火焰，如果要求照明持续时间延长、发光度增加，这种照明剂里一般添加了镁粉，镁粉含量决定了发光效率的强弱，胡继国等创新了一种含镁粉65%的药剂，其具有照明时间明显增长，目测光较强 [11]也有了提高。烟火药剂燃烧时发光出现忽明忽暗的效果是由于闪烁剂的存在，闪烁剂一般选用镁铝合金作为材料。烟花爆竹燃放时的绚丽多彩主要是靠发色剂，常用的原材料由碱金属和碱金属盐类等，当这些烟火药剂一起燃烧时，在高温会使它们变成气态然后产生焰色效应，使烟花五颜吹冰色，选用发色剂有个必要条件，那就是要保证一定量的色度，一般情况下，红色火焰用药为含锶化合物用作、绿色火焰用药为含钡的化合物、蓝色火焰用药为含铜的化合物；如果，希望色度清晰可见，还可以加入含氯物质，又叫色度增强剂，对于含金属燃料与不含金属燃料所需含氯增强剂的比例 [12]这一课题，日本的清水武夫进行了深入研究。通过加入催化剂这种方式来控制燃烧速率，调节烟花爆竹燃烧的时间和强度，使烟火燃放效果更佳，选用多种过渡金属元素的氧化物对高氯酸钾进行催化，加快其分解反应，实验发现氧化铁的催化效果相对较好，关于硝酸钾的催化分解问题，钱新明等研究了使用不同制备方法得来的的氧化铜对其的催化效果 [13]。