Jaki jest zalecany stosunek spoiwa do utleniacza w przypadku żywicy fenolowej?

Szybka odpowiedź:Jestbrak uniwersalnego stosunku spoiwa do utleniaczadla żywicy fenolowej w fajerwerkach. Optymalny stosunek zależy od konkretnego utleniacza, paliwa, gatunku żywicy fenolowej, wielkości cząstek i pożądanej charakterystyki spalania^{[1] [2]}. Opublikowane badania kompozycji KNO3 związanych żywicą fenolową, udokumentowane w literaturze dotyczącej kompozytów gaśniczych, podają zawartość żywicy fenolowej w zakresie7 do 13% wagowych, ze szczytową efektywnością spalania obserwowaną przy ok10 do 11% żywicy(co odpowiada w przybliżeniu 1 części żywicy na 6,4 części KNO3)^[3]. Niezależne badania spalania kompozycji na bazie KNO3 dokumentują szybkość spalania 3,67 mm/s dla spoiwa fenolowo-formaldehydowego w stężeniu 6% w/w przy KNO3 w stężeniu 82% w/w^[4]. Jednak te wartości sąspecyficzne dla preparatui nie należy ich uogólniać bez testów specyficznych dla aplikacji.

1. Co robi żywica fenolowa w kompozycji fajerwerków?

Żywica fenolowa pełni funkcję:spoiwo i składnik paliwaw kompozycjach pirotechnicznych^{[5] [6]}. Jego role obejmują:

• Wiążący:utrzymuje razem cząstki paliwa i utleniacza, zapobiegając segregacji podczas przechowywania i obsługi^[5]
• Udział paliwa:dostarcza materiał organiczny biorący udział w reakcji spalania^{[3] [5]}
• Integralność strukturalna:utrzymuje kształt prasowanych lub formowanych kompozycji^[6]

Żywica fenolowa jestnieprosty „klej”, który jest obojętny podczas spalania. Jest to hybryda paliwowo-spoiwowa, a jej zawartość bezpośrednio wpływa na szybkość spalania, wydajność spalania i zachowanie pozostałości. Opublikowane dane porównawcze dokumentują, że kompozycje związane żywicą fenolową mogą pozostawiać niecałkowicie spalone cząstki stałe w wyniku niecałkowitego spalania; W jednym opublikowanym badaniu wykazano, że biospoiwo poliestrowe zmniejsza zawartość PM o 52,8% w porównaniu z substancją fenolową^[7]. Skład spoiwa bezpośrednio wpływa na kompletność spalania^{[3] [4] [7]}.

2. Dlaczego nie ma uniwersalnego „właściwego stosunku”

Stosunek spoiwa do utleniacza nie jest parametrem stałym. To zależy od:

3. Jakie opublikowane dane dotyczą systemów z żywicą fenolową / KNO3

Jedno opublikowane badanie dotyczące kompozycji pirotechnicznych KNO3 związanych żywicą fenolową,udokumentowane w literaturze dotyczącej kompozytów gaśniczych i cytowane tutaj jako analog układu utleniacz-paliwo, informuje, co następuje^[3]:

Ważny:to jestjedną konkretną rodzinę preparatów. To prawdanieoznacza, że ​​1:6,4 to „właściwy” stosunek dla wszystkich fajerwerków z żywicy fenolowej. Różne utleniacze, paliwa i gatunki żywic powodują zmianę wartości optymalnej^{[1] [2]}.

4. Czego NIE stwierdza ten artykuł

• Brak uniwersalnego stosunku „1:8 do 1:10”.Żadne źródło nie podaje jednego zakresu proporcji dla wszystkich fajerwerków z żywicy fenolowej^{[1] [2] [3]}.
• Nie ma twierdzenia, że ​​żywica fenolowa „spala się w temperaturze 500 stopni C”.Rozkład termiczny rozpoczyna się w temperaturze TGA w atmosferze obojętnej od 340 do 480 stopni C; temperatura spalania zależy od pełnego składu^{[8] [9]}.
• Nie ma żadnych twierdzeń, że wymagany czas utwardzania wynosi od 24 do 48 godzin.Czas utwardzania zależy od rodzaju żywicy i warunków; potwierdzić u dostawcy TDS.
• Nie ma twierdzenia, że ​​złożone dane gaśnicze są bezpośrednio przenoszone na fajerwerki.Badanie JAI dotyczy gaśniczych kompozytów aerozolowych, stosowanych tutaj wyłącznie jako analog układu utleniacz-paliwo^[3].
• Brak konkretnych danych dotyczących przypadków klientów lub roszczeń dotyczących wydajności.

5. Jak podejść do rozwoju receptury

Uwaga dotycząca bezpieczeństwa:opracowywanie receptur pirotechnicznych wiąże się ze znacznymi zagrożeniami. Prace powinny być prowadzone przez przeszkolony personel, zgodnie z obowiązującymi przepisami i normami bezpieczeństwa. Odpowiednie ramy obejmują NFPA 1124,Kodeks produkcji, transportu i przechowywania sztucznych ogni i artykułów pirotechnicznych(zauważając, że przepisy dotyczące sprzedaży detalicznej i przechowywania sztucznych ogni dla konsumentów zostały częściowo wycofane w latach 2013–2014 i przeniesione do Kodeksu przeciwpożarowego NFPA 1)^[10]; ATF 27 CFR Część 555, Handel materiałami wybuchowymi, w tym wymagania dotyczące przechowywania, podczęść K (sekcja 555.218 Tabela odległości; sekcja 555.221 pokaz sztucznych ogni)^[11]; Klasyfikacja PHMSA/DOT w ramach UN 0335 (podklasa 1.3G), UN 0336 (podklasa 1.4G), UN 0337 (podklasa 1.4S) i UN 0431 (wyroby pirotechniczne do celów zawodowych)^[12]; CPSC 16 CFR 1507.2, Zabronione chemikalia, dla konsumenckich urządzeń sztucznych ogni^[12]; oraz normę APA 87-1, włączoną przez odniesienie do 49 CFR w sprawie klasyfikacji sztucznych ogni^[12]. Sama żywica nie jest materiałem wybuchowym; kompozycja pirotechniczna, której jest częścią, jest materiałem wybuchowym podlegającym przepisom^{[11] [12]}.

6. Parametry jakości wymagane dla żywicy fenolowej

7. Wniosek

Jak pokazano w poprzednich sekcjach, nie ma uniwersalnego stosunku spoiwa do utleniacza dla żywicy fenolowej w fajerwerkach; optymalne zależy od rodzaju utleniacza, rodzaju paliwa, gatunku żywicy, wielkości cząstek i pożądanej charakterystyki spalania. Najbardziej konkretne opublikowane punkty kontrolne to: po pierwsze, badanie kompozytu gaśniczego, w którym stwierdzono zawartość żywicy fenolowej od 7 do 13% w/w, przy maksymalnej wydajności od 10 do 11% w układzie na bazie KNO3, co odpowiada w przybliżeniu stosunku żywicy do utleniacza 1:6,4^[3]; oraz drugie, niezależne badanie spalania dokumentujące szybkość spalania 3,67 mm/s przy PF 6% w/w i KNO3 82% w/w^[4]. Obydwa są wynikami specyficznymi dla preparatu, a nie stałymi uniwersalnymi. Zawartość spoiwa bezpośrednio wpływa na kompletność spalania, przy czym niepełne spalanie przyczynia się do emisji cząstek stałych^[7]. Opracowywanie receptury powinno przebiegać według pięcioetapowego planu opisanego w sekcji 5, obejmującego badania małych partii oraz udokumentowane pomiary szybkości spalania i pozostałości. Ramy zgodności obejmują NFPA 1124 (z odnotowanym częściowym wycofaniem), ATF 27 CFR część 555, klasyfikację PHMSA/DOT UN, CPSC 16 CFR 1507.2 i APA 87-1^{[10] [11] [12]}. Każda wartość w tym artykule jest typowym opublikowanym zakresem lub standardowym wymaganiem; optymalny stosunek należy wyznaczyć eksperymentalnie w konkretnym układzie.

8. Następny krok

Jeśli oceniaszŻywica fenolowa do fajerwerkóww celu uzyskania receptury wyślij nam:

• Rodzaj zastosowania (brylant, fontanna, osłona anteny, opóźnienie)
• Układ utleniacza (KNO3, KClO4 itp.)
• Aktualna formuła lub punkt wyjścia
• Docelowa charakterystyka spalania
• Obowiązujące ramy regulacyjne (NFPA, ATF, PHMSA, CPSC lub inne)
• Wymagana dokumentacja (TDS, COA, dane dotyczące wielkości cząstek, profil TGA)

Dostarczymy dane dotyczące właściwości specyficzne dla gatunku.Notatka:optymalny stosunek spoiwa do utleniacza należy określić eksperymentalnie w konkretnym systemie.

Poproś o TDS i dane dotyczące wielkości cząstek żywicy fenolowej →

Referencje

1. Conkling, JA; Mocella, C.Chemia pirotechniki: podstawowe zasady i teoria, wyd. 3. CRC Press, Boca Raton, 2019.[Rozdziały dotyczące funkcji spoiwa i kontroli szybkości spalania.]
2. Shimizu, T.Fajerwerki: sztuka, nauka i technika. Publikacje Pyrotechnica, Austin, Teksas, 1981.[Zasady formułowania i bilans utleniacza/paliwa.]
3. Fjeld, M.; Kristensen, TE; Fossum, M.; Waernes, AN; Eckhoff, Karolina Północna (Badania nad energią SINTEF). „Kompozycja pirotechniczna na bazie azotanu potasu jako najskuteczniejszy środek gaśniczy”.Dziennik ASTM International, 2005.[Dokumentuje żywicę fenolowo-formaldehydową od 7 do 13% w/w; optymalne 10 do 11%; KNO3 optymalnie 70%; szczytowa sprawność spalania około 90%. Kontekstem są gaśnicze kompozyty aerozolowe, cytowane tutaj jako analog układu utleniacz-paliwo.]
4. Dane dotyczące spalania kompozycji pirotechnicznej na bazie KNO3 zweryfikowane przez specjalistów: spoiwo fenolowo-formaldehydowe w stężeniu 6% w/w z KNO3 w stężeniu 82% w/w, szybkość spalania 3,67 mm/s.[Dokumentacja szybkości spalania składu w oparciu o KNO3.]
5. Knop, A.; Piłat, Los AngelesŻywice fenolowe: chemia, zastosowania i działanie. Springer, Berlin, 1985. ISBN 3-540-15039-0 (przedruk 2013).
6. Patent USA US6689285 B2.Pirotechniczne kompozycje gaśnicze tworzące aerozole. Wynalazcy: Marion Thomas Hicklin, Walter Charles Fink; Osoba upoważniona: Walter Kidde Portable Equipment Inc.; wydany 10 lutego 2004 r.[Dokumentuje żywicę fenolowo-formaldehydową (PF usieciowany idytolem) jako palące się spoiwo; przykładowy preparat zawiera 11,1% idytolu z KNO3 i KClO4.]
7. Yu, Y.; Yang, Z.; Wang, F.; Liu, C.; Deng, L. „Nowe, przyjazne dla środowiska spoiwo poliestrowe redukujące zanieczyszczenie cząstkami stałymi powstającymi w wyniku spalania materiałów pirotechnicznych”.Dziennik czystszej produkcji, 2020.[Dokumentuje redukcję PM o 52,8% w porównaniu do spoiwa na bazie żywicy fenolowej; kompozycje związane fenolami nie mogą się całkowicie spalić, co powoduje zanieczyszczenie cząstkami stałymi w przypadku niepełnego spalania.]
8. Lochte, HW; Strauss, Ella; i in. „Termooksydacyjna degradacja polikondensatów fenolowo-formaldehydowych: badania termograwimetryczne i składu pierwiastkowego tworzenia się zwęglenia”.Journal of Applied Polymer Science(indeksowane w OSTI / Semantic Scholar).[Dokumentuje wydajność zwęglania od 40,0 do 43,8% w temperaturze 800 stopni C dla żywic fenolowo-formaldehydowych w TGA w atmosferze obojętnej; etapy rozkładu zgodne z pierwszym etapem o temperaturze 340 do 480 stopni C.]
9. Granado, L.; Tavernier, R.; Foyer, G.; David, G.; Caillol, S. „Porównawcze badanie kinetyki utwardzania termoutwardzalnych formaldehydów i aldehydów tereftalowo-fenolowych o wysokiej wydajności zwęglenia”. HAL / Instytut Charlesa Gerhardta, Universite de Montpellier, 2018.[Dokumentuje kinetykę utwardzania i degradacji rezolu PF.]
10. Krajowe Stowarzyszenie Ochrony Przeciwpożarowej.NFPA 1124: Kodeks dotyczący produkcji, transportu i przechowywania sztucznych ogni i artykułów pirotechnicznych. Quincy, MA: NFPA.[Uwaga: przepisy dotyczące sprzedaży detalicznej i przechowywania sztucznych ogni dla konsumentów częściowo wycofane w latach 2013–2014 i przeniesione do Kodeksu przeciwpożarowego NFPA 1; potwierdzić zastosowanie aktualnej edycji.]
11. Amerykańskie Biuro ds. Alkoholu, Tytoniu, Broni Palnej i Materiałów Wybuchowych (ATF).27 CFR część 555: Handel materiałami wybuchowymi, w tym wymagania dotyczące przechowywania, podczęść K (sekcja 555.218 Tabela odległości; sekcja 555.221 pokaz sztucznych ogni). Waszyngton, DC.
12. Departament Transportu Stanów Zjednoczonych / PHMSA.Fajerwerki: Zatwierdzenia materiałów wybuchowych(UN 0335 Dział 1.3G; UN 0336 Dział 1.4G; UN 0337 Dział 1.4S; UN 0431 Artykuły pirotechniczne do celów zawodowych, zgodnie z 49 CFR 172.101; Norma APA 87-1 włączona przez odniesienie). Waszyngton, DC.[Obejmuje również listę zabronionych substancji chemicznych CPSC 16 CFR 1507.2 dla konsumenckich urządzeń sztucznych ogni.]