Химические основы пиротехники и проблемы безопасности

Бакелиты – C₁₂H₁₁O₂; по другим источникам – C₁₄H₄O₃ – искусственная смола, получаемая конденсацией фенола и избытком формальдегида в присутствии щелочного катализатора (аммиака). Бакелиты устойчивы к химическим воздействиям, являются хорошей защитой активных металлических порошков в смесях с нитратами и хлоратами. При работе с бакелитами обязательно проветривать помещение. Бакелиты токсичны.

Канифоль – C₂₀H₃₀O – естественная смола, получаемая из древесины и смолы хвойных деревьев, обработанная высокой температурой; низкая температура плавления канифоли (немного выше 65⁰С) не даёт возможности получать тонкие порошки и изучить все её возможности. Главной составной частью канифоли является ненасыщенная абиетиновая кислота – (C₂₀H₃₀O₂). Канифоль растворима в этиловом спирте, эфире, бензоле, частично в бензине; при нагревании растворяется в олифе. В качестве связующего канифоль очень редка. Большая концентрация пыли канифоли в воздухе взрывоопасна. Канифоль не вредна, однако при работе с канифолью в помещении надо надевать респиратор или ватно-марлевую повязку, так как канифоль забивает дыхательные пути, покрывает плёнкой слизистую носа и глаз. После работы обязательно душ.

 Резинаты – получаются от сплавления солей металлов с канифолью, вернее с абиетиновой кислотой. Например: резинат кальция получается сплавлением канифоли с гашённой известь при температуре 230-240⁰С, после чего получается резинат кальция – (C₁₉H₂₉COO)₂Ca. Резинаты бывают не только кальция, но и стронция, и калия, и других металлов. Резинат кальции растворяется в бензине или в смеси бензина со спиртом 1:1. Резинат кальция в пиротехнических составах даёт яркое белое пламя. Из других резинатов интересен резинат стронция (Sr₂₀H₃₀O₂). Смеси с резинатом стронция дают чистое красное пламя. Применяется в оборонительной промышленности, в ракетной и космической технике. У нас они не используются из-за высокой стоимости. Резинаты почти безвредны, при работе с ними надо только защищать органы дыхания от пыли.

Олифа натуральная – C₁₆H₂₈O₂ – вязкая жидкость бурого цвета. Получают олифу продуванием воздуха через нагретое до 160⁰С льняное или конопляное масло. В малярном производстве в олифу добавляют различные добавки – «сушители», способствующие скорейшему высыханию олифы. В пиротехнике такие добавки невозможны – употребляется только чистая олифа. Олифа не ядовита.

Декстрин - C₆H₁₀O₅ – клей растительного происхождения. Получен из крахмала путём нагревания с разбавленными кислотами. Жёлтый порошок, легко растворяется в горячей и холодной воде, как клей готов к употреблению без предварительной подготовки. Как горючее-связующее – улучшает чистоту пламени в цветных огнях. Продукт недорогой, безвредный. В пиротехнических составах широко применяется и как компонент, и как клеящее вещество. Клей можно получит из кукурузы, из картофеля. Это продукт расщепления переменного, ещё не точно изученного в деталях, состава. Который образуется в результате разложения крахмала под действием ферментов и высокой температуры (180-200⁰С) или кислот. Декстрин состоит из точно не известного количества молекул глюкозы, и потому его формула является приблизительной. Однако надо помнить, что декстрина есть по меньшей мере две разновидности: декстрин «а» - (C₆H₁₀O₅)₅  и декстрин «б» - (C₆H₁₀O₅)₆.

Шеллак – C₁₆H₂₄O₅ – естественная смола, аморфная твёрдая коричневая чешуйка. В России не добывается. Покупаем мы её в странах Юго-Восточной Азии. Хорошо растворяется в спиртах, ацетоне, эфире, скипидаре. В воде не растворяется. В пиротехнических составах употребляется в виде лака, лачного раствора в спирте. Шеллак в России дефицитен и дорог, однако малодымные и химически стойкие составы цветных огней оправдывают его применение в пиротехнических составах. Шеллак безвреден.

Смола ФР-12 – фенольно-резорциновая, применяется в качестве горючего-связующего, цементатора в газообразующих составах, обязательно с отвердителем-параформом. Активное горючее с нитратами. Работа со смолой требует дополнительного оборудования из-за вязкости смолы, а при добавлении параформа – для быстрого высыхания. При работе со смолой рекомендуются респираторы из-за её летучих свойств в смесях с параформом. При работе со смолой ФР-12 рекомендуются респираторы из-за летучих свойств в смесях с параформом.

Сырой буроугольный воск – озокерит, «горный воск» - продукт перегонки бурого каменного угля. Применение – самое широкое в качестве горючего-связующего в составах цветных огней и различных составах белого дыма. Хорошо размалывается до тонкого порошка, не гигроскопичен, хранится без слёживания и кристаллизации, безвреден, не опасен. При размолке, просеивании и работе с пылящими составами защита органов дыхания – простой респиратор - «Лепесток» или марлевой повязкой. Горный воск не растворим в воде, легко растворяется в спирте, бензине, ацетоне. Употребляется в виде порошка с последующим вводом растворителя, покрывает надёжной прочной плёнкой отдельные компоненты состава, а при среднем давлении запрессовки цементирует пиротехнические смеси.

 

 

 

 

 

 

1.3.4. Катализаторы

Аммоний хлористый – NH₄Cl – нашатырь. Технический аммоний хлористый весьма гигроскопичен. В пиротехнике употребляется аммоний хлористый – «чистый». Это дымообразующее горючее, способное к обменным реакциям в смесях с хлоратами, но в присутствии с другими компонентами аммоний хлористый более стоек. Аммоний хлористый применим в составах цветных огней, где также выполняет функции катализатора, так как цветные звёздки, например, горят в воздухе. Аммоний хлористый не токсичен.

Оксид марганца(IV) – MnO₂ – пиролюзит. Чёрный или коричневый порошок. Токсичен. Ядовит. Резко повышает чувствительность пиротехнических смесей с хлоратами к механическим воздействиям. Смешивать такие составы надо обязательно в спирто-водной среде. При работе с двуокисью марганца пользоваться противогазом, резиновыми перчатками. После работы обязательно душ.

Оксид кобальта – Cо₂O₃ – чёрно-серые кристаллы – чистый катализатор, по своим свойствам и характеристикам в пиротехнических составах производит такие же действия, как и двуокись марганца. Токсичен. Ядовит. Все меры предосторожность при работе с окисью кобальта, как и с MnO₂.

Соединения хрома – (NH₄)₂Cr₂O₇ – бихромат аммония; Cr₂O₃ – трёхокись хрома; K₂CrO₄ – хромат калия – применяются как катализатор в газообразующих и искристых составах с нитратом аммония. Соединения хрома крайне токсичны, вызывают аллергию, особенно K₂CrO₄. Людям с повышенной чувствительностью и больным аллергией работать с этими солями-окислителями, катализаторами не рекомендуется – может наступить шоковое состояние.

Железистосинеродистое железо (берлинская лазурь, прусская синька, «милори») – Fe₄[Fe(CN₆)]₃ - порошок тёмно-синего цвета; не летуч, гигроскопичен – является катализатором в искристых и газообразующих составах, в некоторых фейерверочных изделиях. Не токсичен. Защита от пыли – ватно-марлевая повязка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Виды фейерверков

Хлопушка (Приложение№1)

Корпуса хлопушек изготавливаются  из бумаги или пластмассы в виде цилиндра, конуса, бутылочки, конфеты  и т.п. При рывке за шнурок хлопушки воспламеняется чувствительный к трению пиротехнический состав, и продукты горения выбрасывают из хлопушки бумажные конфетти, серпантин, различные  сувениры, а также разделительные картонные прокладки.

Хлопушку следует крепко держать на вытянутой руке под  углом 30-45 градусов шнуром вниз, а другой рукой резко дернуть за шнурок.

Бенгальские огни (Приложение№2)

Бенгальская свеча представляет собой металлический стержень или  деревянную палочку с нанесенным на нее пиротехническим составом. При горении свеча разбрасывает серебристые искры. Любую бенгальскую  свечу можно держать в руке за открытую часть под углом 30-45 градусов.

Петарды (Приложение№3)

Петарды различаются по размерам и уровню громкости. В продаже  представлены три вида петард: петарды  фитильные, петарды с терочной головкой и петарды со шнурком. Петарды  с терочной головкой поджигаются как обыкновенные спички стоит только чиркнуть терочной головкой о спичечный коробок. У фитильных петард поджигается торчащий наружу фитиль. Петарда со шнурком работает по принципу хлопушки. Петарда представляет собой бумажную гильзу с пиротехническим составом. При воспламенении пиротехнического состава петарда разрывается с оглушительным хлопком. Существуют оригинальные петарды скомбинированными эффектами - перед хлопком петарда может вращаться, прыгать, свистеть, разбрасывать искры, взлетать вверх.

Римские свечи (Приложение№4)

Римская свеча представляет собой длинную картонную трубку. В верхней части трубки размещается  фитиль. Внутри трубка заполнена чередующимися  слоями из медленно горящего пиротехнического состава, звездок и пороха. Свеча горит сверху вниз и последовательно выстреливает вверх горящие звездки. Количество звездок в римской свече может быть от 4 до нескольких десятков штук. Самые популярные свечи выстреливают небольшое количество звездок, как правило 6 или 8 но зато они производят необыкновенно интересные световые и звуковые эффекты.

Салюты (Приложение№5)

 Салют представляет собой небольшую бумажную, (реже металлическую), заряженную гильзу, (ствол), которая выстреливает на высоту 15-50 метров парашюты или горящие звездки.

Зрителям очень нравятся батареи салютов. Батарея может  содержать несколько десятков стволов, каждый из которых заряжен своим  эффектом. Поджигается батарея от одного фитиля. Красочное оформление батареи, производимые эффекты и  простота применения делают это изделие  незаменимым для небольших фейерверков. Особенно красочно смотрятся веерные  батареи салютов.

Фонтаны (Приложение№6)

Фонтан поджигается в  верхней части и испускает  поток ярких искр на высоту от нескольких сантиметров до нескольких метров. Извержения искр может сопровождаться, свистом, треском, выбросом огненных шаров. Горят фонтаны от нескольких секунд до 2-3 минут. Все фонтаны можно  применять только на открытом воздухе.

Ракеты (Приложение№7)

Ракеты демонстрируют  самые привлекательные черты  фейерверка - энергичный старт, яркая  искристая траектория, многоцветный красочный салют. Ракета, состоит  из двигателя, головной части и стабилизатора. Двигатель ракеты обеспечивает подъем на высоту от 20 до 100 метров. В конце  работы двигателя воспламеняется пиротехнический  состав в головной части, и ракета выбрасывает горящие звездки, искры, парашюты или громко хлопает.

  Стабилизатор обеспечивает  ракете сохранения вертикального  направления в полете. Простейшим  и очень эффективным стабилизатором  полета является прямая деревянная  палочка или рейка. Палочка  прикреплена к корпусу ракеты  и летит вместе с ней.

Летающие фейерверки (Приложение№8)

Летающие фейерверки раскручиваются на земле и взмывают вертикально  вверх от 10 до 30 метров, разбрасывая  искры в виде зонтика. Фейерверк  может ярко светиться различными цветами, хлопать, выбрасывать парашют. В темноте взлет фейерверка образует величественное зрелище.

Представляет собой, как  правило, бумажный цилиндрический корпус с крылышками. Некоторые фейерверки не имеют крылышек и поднимаются  вверх за счет дополнительного реактивного  двигателя. Для запуска летающих фейерверков нужна ровная гладкая  площадка размером 50х50 см., например кусок  картона.

Фестивальные  шары (Приложение№9)

Фестивальные шары  выстреливаются вертикально вверх из фейерверочных  пусковых мортир на высоту от 15 до 75 метров. В верхней точки полета они разрываются, создавая разнообразные эффекты. Фестивальные шары имеют, в основном, форму шара, реже цилиндра. К нижний части шара (цилиндра) прикрепляется вышибной  заряд. Заряд воспламеняется с помощью фитиля и выбрасывает шар из пусковой мортиры.

Внутри шара находится  заряд салюта который окружен пиротехническими элементами. В верхней точки полета разрывной заряд воспламеняется и огромной силой разрывает оболочку шара, поджигая и разбрасывая во все стороны пиротехнические элементы.

Шары различаются по калибрам т.е. размерам. Калибром фейерверка считается диаметр пусковой мортиры из которой его можно запускать. Калибр обозначается в миллиметрах или дюймах (1дюйм = 25,4 мм). Чем больше калибр фейерверка, тем больше высота его подъема и тем более красочный эффект он производит.

Корпуса шаров имеют очень  высокую прочность и изготавливаются  из многослойной бумаги, картона или (для небольших калибров) из пластмассы. Фейерверки малого калибра (до 75 мм.) допускаются  в свободную продажу в комплекте  с пусковой мортирой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. Проблемы безопасности при использовании  пиротехнических изделий

3.1. Факторы, возникающие  при срабатывании фейерверка

При срабатывании фейерверка возникают различные факторы, которые  несут в себе потенциальную опасность  для окружающих. Знание этих факторов позволяет значительно повысить безопасность пользователей и окружающих при возникновении условий, не предусмотренных  в инструкциях. Основными опасными факторами являются:

1. Пламя или высокотемпературная струя продуктов сгорания

Этот фактор характерен для  фонтанов, фейерверков движущихся за счет реактивной тяги: ракеты, колесо, и т.п. Опасность заключается в  возможности загорания легковоспламеняющихся  веществ, находящихся рядом с  фейерверком.

2. Горящие элементы пиротехнических изделий