Pirotechnika – Czym tak właściwie jest?
Pirotechnika (w tym fajerwerki) jest dużą gałęzią chemii oraz techniki zajmującą się bezpośrednio konstrukcją urządzeń z wykorzystaniem materiałów, które są stworzone w celu generowania efektów poprzez ciepło, światło, dźwięk, gaz/dym lub ich kombinację. Dzieje się to dzięki niedetonacyjnych samowystarczalnych reakcji egzotermicznych. Jedną z ważnych cech substancji pirotechnicznych jest to, że nie polegają na tlenie ze źródeł zewnętrznych.
Pirotechnika znajduje zastosowanie w zarówno w celach cywilnych, jak i wojskowych. Produkty pirotechniczne oraz urządzenia tego typu często znajdują zastosowanie w procesie tworzenia fajerwerków np. petardy, wyrzutnie fajerwerków, zimne ognie. Ponadto, są szeroko używane jako środki bezpieczeństwa w militariach, służbach specjalnych oraz w sytuacjach, takich jak wzywanie pomocy za pomocą race ratunkowych czy w technologiach związanych z bezpieczeństwem samochodowym, takich jak napinacze pasów, poduszki powietrzne czy gaśnice.
Składy materiałów pirotechnicznych
Materiały pirotechniczne muszą zawierać co najmniej jeden utleniacz (utleniacz i akceptor elektronów) oraz jedno paliwo (reduktor i donor elektronów). Dodatkowo, w składzie materiałów pirotechnicznych często znajdują się inne elementy, takie jak dodatkowe utleniacze i paliwa, substancje wspomagające w procesie reakcji, flegmatyzatory, modyfikatory szybkości spalania, oraz składniki nadające określone efekty.
| Składnik: | Przykłady substancji: | Zawartość substancji w masie (%) |
| Paliwo | Magnez, tytan, cyrkon, cynk, bor, aluminium, antymon, węgiel drzewny, krzem, fosfor, siarka, polimery węglowodorowe, węglowodany | 5-60 |
| Utleniacz | Azotany, chlorany, nadchlorany, dinitramidy, nadtlenki, siarczany, chlor i związki fluoru | 40-75 |
| Środki barwiące | Związki sodu, metali ziem alkalicznych (Ca, Sr, Ba), Mo, Cu, Sm, Yb, Eu, Tm | 0-15 |
| Źródło halogenowe | PVC, chlorowana parafina, heksachloroetan | 0-15 |
| Modyfikator szybkości spalania | CuO, Fe2O3, sadza, grafit | 0-5 |
| Wzmacniacz powierzchni spalania | Grafit ekspandowany, związki pęczniejące | 0-5 |
| Źródło aerozolu | Czerwony fosfor, chlorek amonu, chloroacetofenon (CN) | 0-65 |
| Spoiwo | Guma arabska, poliakrylany, polioctan winylu | 0-15 |
| Przewodnictwo cieplna | Włókna węglowe, proszek miedzi, nanodiamenty | 0-5 |
| Wspomaganie tarcia oraz środek flegmatyzujący | Proszek szklany, węglik krzemu, siarczek antymonu Stearynian cynku, PTFE, azotek boru | 0-5 |
Bilans tlenowy materiałów pirotechnicznych
Materiały pirotechniczne nie potrzebują tlenu atmosferycznego do spalania, ale otoczenie, takie jak atmosfera na dużych i małych wysokościach, woda morska, próżnia w otwartej przestrzeni, zawsze wpływa na proces spalania. Ten wpływ ma istotne znaczenie dla szybkości, stopnia uwalniania energii oraz jakości i zakresu pożądanego efektu. Bilans tlenowy w kompozycjach pirotechnicznych może znacząco się różnić i można go podzielić na negatywny, neutralny lub pozytywny.
| Bilans Tlenowy | Przykłady |
| Negatywny | Dymy maskujące oparte na czerwonym fosforze, kolorowe dymy |
| Neutralny | Generatory gazu, paliwa rakietowe, ładunki donośne, kompozycje gwizdające, czarny proch, zasłony dymne maskujące węglowodorowe, termit |
| Pozytywny | Generatory tlenu, stroboskopy |
Wymogi materiałów pirotechnicznych
Pirotechnika musi spełniać określone kryteria, aby można było je wytwarzać, testować i stosować:
- Zarówno składniki, jak i produkty reakcji, muszą być bezpieczne pod względem higieny pracy i nie szkodzić środowisku.
- Składniki preparatów pirotechnicznych muszą być ze sobą zgodne - kompatibilne
- Składniki powinny być łatwo dostępne na rynku w odpowiednich ilościach i jakości
- Preparaty pirotechniczne powinny być możliwe do wytworzenia przy minimalnej złożoności technicznej, aby obniżyć koszty produkcji oraz zapobiec wadom wynikającym z niewłaściwej obsługi.
- Preparaty pirotechniczne muszą gwarantować bezpieczeństwo w trakcie produkcji, przechowywania i użytkowania.
- Preparaty pirotechniczne powinny utrzymać swoją stabilność podczas przechowywania, szczególnie w różnych strefach klimatycznych oraz różnych warunkach atmosferycznych.
- Preparaty pirotechniczne nie mogą utracić swojej przydatności do użytku w wyniku przechowywania w różnych warunkach, niepodlegającej zmianom w ich właściwościach fizycznych i chemicznych.
Źródło: Ernst-Christian Koch, "High Explosives, Propellants, Pyrotechnics", wydawca: De Gruyter, 2021
Polecane
