关键词：冷光烟花；pH值测试；高温高湿试验

近年来，随着国内烟花消费市场的全面复苏，以喷花为代表的小型烟花销量急剧增长，银泉、金泉为主的冷光效果是喷花的重要组成部分，从而导致冷光效果所用的材料（单基粉、硝化棉、复合粉等，以下简称冷光材料）用量成倍增长，据统计，2023年烟花行业冷光材料的用量达到1.8～2.0万吨。烟花用单基粉主要是从退役的国家储备库和拆弹中获取，年退役量非常有限，改性硝化棉、硝化纤维素粉（以下简称复合粉）作为替代物在烟花行业中得到广泛应用，年用量超过1.5万吨。单基粉用于冷光烟花的生产已有30多年的历史，由于其性质稳定，生产的喷花类产品长期储存后性能稳定，但由改性硝化棉做成的产品容易出现速燃冲射的缺陷，由复合粉做成的产品生产初期各项性能良好，但留存一段时间后（1～3个月）容易出现断火、炸筒等缺陷。2022至2023年，我国烟花行业因为使用改性硝化棉或复合粉出现产品质量问题导致的损失高达数千万元。通过pH值测试、高温高湿试验等实验手段，分析导致产品安全质量的原因，采取有效措施进行改进，对提升喷花类产品安全质量，促进我国烟花爆竹产品健康稳定发展意义重大。

1　冷光烟花组成及制作工艺

1.1　冷光烟花材料的组成

上世纪90年代初，江木根等人[1]将退役用的单基粉用于喷花，生产出来的产品“无烟、无味、无渣”，随后单基粉开始广泛应用于蛋糕烟花等产品中。退役单基粉通过弱碱性物浸泡中和，添加适当的二苯胺作为稳定剂[2]后，与高氯酸铵、金属钛混合即可制成冷光烟花。退役单基粉的量远远不能满足喷花生产的需要，作为单基粉的替代物，硝化棉和复合粉应用到烟花生产中。张仁旭[3]等在硝化棉中添加溶剂、安定剂、减敏剂的方式制备烟花用改性硝化棉，彭隆章[4]则通过在硝化棉中添加增塑剂、增重剂、稳定剂的方式获取改性硝化棉，两者都是对改性硝化棉造粒粉碎后，与高氯酸铵、金属钛混合即可制成冷光烟花。周昭坤[5]等人则通过对纤维素进行硝化处理、提纯后加入安定剂，同时，在硝化过程，根据烟花不同效果用途对含氮量进行调节；鸿雁[6]等报道了一种对毛竹进行硝化后用于发射药和冷光药的材料，湖南、江西等烟花爆竹主产区还有通过对多种纤维材料采用不同硝化方式获得冷光烟花材料的情况，对这种方式获取的材料一般统称复合粉(编者：复合粉的试制和量产，应有严格的安全、环保保障，并合乎管理程序)。

综上所述，退役单基粉本身加工工艺简单，用于冷光烟花的生产工艺成熟，所生产的产品性能稳定；用改性硝化棉的关键工艺是通过造粒、粉碎方式改变硝化棉蓬松形态；用复合粉的关键工艺是硝化条件（控制含氮量）、漂洗（控制pH值、杂质）。

1.2　冷光效果的制作

单基粉用于喷花中银色冷光效果的配方通常是：单基粉45～50%，高氯酸铵35～40%，海绵钛10%；如制作金色效果则将海绵钛换成铁合金（俗称钛合金）。

改性硝化棉用于喷花中银色冷光效果的配方通常是：改性硝化棉45～50%，高氯酸铵40～45%，海绵钛10%。

复合粉用于喷花中银色冷光效果的配方通常是：复合粉30～35%，高氯酸铵40～45%，高氯酸钾10～15%，海绵钛10～15%。

制作喷花产品时按比例称取以上材料，在混药机中混合180s备用，将混好的药物装入喷花纸筒，上油压机进行压药，压药压力设定为2Mpa，压好药后在上层加1g左右黑火药作为接火药。

2　试验结果与分析

从单基粉、改性硝化棉和复合粉的生产工艺分析，硝酸消解过程的工艺控制以及产品形态对材料性能影响至关重要。从产品储存后出现安全质量问题的情况分析，材料的稳定性严重影响产品质量，因此，本文通过pH值测定和高温高湿试验衡量冷光材料的安全质量性能。

2.1　样品制作

根据产品质量问题反馈情况，选取不同品牌的单基粉、改性硝化棉和复合粉（使用的复合粉为实验室试制的样品）各两份，按照冷光效果配方和制作工艺，每种成分制作14个样品，留存1个月后，其中1个样品取烟火药做pH值试验，另外13个样品进行高温高湿试验和燃放性能检测。

2.2　 pH值测试

测试方法：《烟花爆竹 烟火药安全性能指标及测定方法》（AQ 4104—2008）

样品数量：1个（5g）

测试结果见表1。

2.3　 高温高湿试验

试验设备：恒温恒湿试验箱

试验条件：温度：75 °C；湿度：95 %

试验时长：高温高湿试验48h，试验后常温常湿保留48h

试验样品数：13个

试验结果见表2。

2.4　 试验结果与分析

2.4.1　 试验结果

pH值测试结果显示，单基粉和改性硝化棉都为中性，复合粉1为酸性，复合粉2为碱性。

燃放性能测试结果显示，由单基粉制成的喷花，未出现中断、冲射/冲头和炸筒缺陷，燃放性能符合《烟花爆竹 安全与质量》（GB10631）的要求。由改性硝化棉1制成的喷花样品，3个出现冲射（燃速不均匀）和冲头（喷火口冲开）缺陷；由改性硝化棉2制成的喷花样品，1个出现冲射（燃速不均匀）和冲头缺陷。由复合粉1制成的喷花样品，3个出现中断缺陷1个出现炸筒缺陷；由复合粉2制成的喷花样品，1个出现中断缺陷。

2.4.2　 原因分析

单基粉本身性质稳定，且退役后在用作冷光烟花材料的时候补充添加了二苯胺作为安定剂，由退役单基粉做成的喷花产品长期保存后仍能保持性能稳定，燃放过程无缺陷。

由改性硝化棉制成的冷光药物，因硝化棉成絮状化，如不添加增塑剂、增重剂对硝化棉进行造粒，改进硝化棉性状，会导致混药和压药不均匀，喷花中药柱不能逐层稳定燃烧，速燃会出现冲射、冲头甚至炸筒的缺陷。改性硝化棉1出现冲射（燃速不均匀）和冲头缺陷的原因就是未进行造粒。

复合粉的生产过程中，为确保对纤维材料的硝解彻底，一般会添加更多的硝酸，如硝解后冲洗不干净或稳定剂流失，硝化纤维素易分解产生NO2，同时，NO2又是硝化纤维素的分解催化剂，持续分解导致长期储存后的硝化纤维素失效，密闭坏境中储存甚至会产生燃烧爆炸事故。复合粉2的保持偏碱性就是对消化纤维素分解时产生的酸性物质进行中和，复合粉1为酸性的原因是硝解后冲洗不干净或者硝化纤维素长期储存后分解，这也是复合粉1制成的喷花样品普遍出现中断和炸筒的原因。硝化纤维素的分解失效是导致冷光效果喷花产品出现安全质量问题的主要原因。

3　结论

退役单基粉添加稳定剂后作为冷光烟花材料，生产的喷花产品性能稳定。

通过对硝化棉添加增塑剂、增重剂，造粒、粉碎改性处理后，可作为冷光烟花材料，用于喷花产品的生产。

生产复合粉时应冲洗彻底，添加稳定剂，保持材料pH值在9～10之间，对防止消化纤维素分解失效作用明显，可提升其生产的喷花产品的质量。（审稿：张晓成）

本论文由长沙市“浏阳烟花爆竹”传统文化保护和创新项目资助。

作者：黄宇伦 丁建星 黄倩 钟际豪 张光辉
（浏阳市颐和隆烟花集团有限公司　湖南浏阳　410300）

第一作者简介：黄宇伦，男，出生于1992年5月，中级工艺美术师，从事烟花爆竹新产品开发。

参考文献：

[1]周健,江木根,邢郁明,等.无烟系列礼花:CN91220704.3[P].1992-04-22.

[2]江木根,宋建芳.浅谈单基粉使用的安全性问题[J].花炮科技与市场,2008(2):30-31.

[3]张仁旭,阳洪,袁满,等.一种室内烟花用硝化棉 的料浆发生产工艺:CN201811198104.2[P].2021-05-04.

[4]彭隆章.一种冷光喷花烟花用纤维素粉及其制备方法:CN201811283432.2[P].2019-02-12.

[5]周昭坤,王巧传普,徐超,等.一种替代烟花里 单基粉、双基粉的环保火药:CN202010462 508.9[P].2020-08-28.

[6]鸿雁,刘郴娜,周天驰.硝化纤维素的开发与应用[J].花炮科技与市场,2024(1):40-42.

来源：花炮科技与市场

编辑：陈  果  张广众

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