偶氮四唑鋅在電火工品中的應用

鄒有英 高玉平 趙敏 王文敏 楊歡

浙江物產光華民爆器材有限公司，中國·浙江 衢州 324400

1 引言

偶氮四唑鋅（ZnATZ）為四唑類上具有較高的含氮量、高能、高產量時，對環境污染小[1]。四唑基團C 上H 原子容易被不穩定基團或金屬離子取代，隨取代基和成鹽基團不同，得到不同性能的化合物。這類化合物由于含氮量高且含碳量低，容易形成負氧平衡，燃燒或爆炸產生的最終產物絕大部分為氮氣，對環境污染和健康危害程度極小。將偶氮鍵引入四唑分子結構中，提高了氮含量，增加了生成焓。偶氮四唑鋅不含有毒金屬，生成焓高，分解氣體絕大部分為氮氣，滿足了高能綠色的要求。

ZnATZ 靜電火花感度較為敏感，火焰感度較高，假比重0.3 左右，粒度較小，可以用作電火工品點火藥劑，尤其適合點火頭的蘸藥[2]。目前，中國電火工品品種、用量越來越多，點火藥需求量與日俱增。論文主要圍繞ZnATZ 的制備技術及在電火工品中的應用等進行研究述評。

2 ZnATZ 的制備技術

2.1 合成路線

ZnATZ 是以偶氮四唑鈉鹽和鋅鹽為原料，通過置換反應得到目標化合物5，5'-偶氮四唑鋅，采用THIELE 堿性氧化法將5-氨基四唑氧化生成5，5'-偶氮四唑鈉（NaATZ）,NaATZ與鋅離子在溶液中發生置換反應生成5，5'-偶氮四唑鋅（ZnATZ），具體合成路線見圖1、圖2。

圖1 偶氮四唑鈉的合成路線

圖2 偶氮四唑鋅的合成路線

2.2 制備過程

考慮5，5'-偶氮四唑鈉（NaATZ）在工廠現有設備中不適合化合，故此中間體采用外購中間體，化合流程見圖3，化合設備圖見圖4。

圖3 化合流程圖

圖4 化合設備圖

ZnATZ 中含有偶氮基團和四唑生色官能團，其顏色為黃色，不易染色，顯微鏡下觀察ZnATZ 結晶為近似球聚晶[2]，化合后藥劑照片見圖5。堆積法測得假比重為0.3g/cm3～0.5g/cm3。

圖5 藥劑圖

3 藥劑性能

3.1 理化分析

取約0.3g試料（ZnATZ）置于錐形瓶中，加15ml硝酸溶液，搖動錐形瓶使試料完全溶解。過量硝酸用氫氧化鈉溶液中和。加15ml 乙酸-乙酸鈉緩沖液，2 滴二甲酚橙指示劑，用乙二胺四乙酸二鈉標準溶液滴定溶液由紫紅色變為橙黃色即為終點。鋅的質量分數為：

按此公式算得鋅含量為28.7%，此含量鋅的ZnATZ，無結塊、蓬松，假比重約0.3g/cm3～0.5g/cm3，符合使用要求。

3.2 干態、濕態性能

濕態ZnATZ 用導火索或小藥頭激發，均不能被激發。濕態激發圖見6。

圖6 濕態激發圖

干態用小藥頭能被激發，激發后的輸出性能見圖7。

圖7 輸出性能圖

此圖可以說明，ZnATZ 具有弱起爆輸出功能。

3.3 靜電、火焰性能

ZnATZ 爆炸產生少許白煙，燃燒完全，僅有少量線黃色氧化鋅殘渣。爆發點低為235℃，靜電感度50%發火點能量為0.6mJ，靜電火花感度較為敏感，火焰感度高，按升降法實驗50%發火的特征高度，測得結果47.3cm，火焰感度高，可用作點火藥。

4 藥劑應用

4.1 電火工品中藥劑應用

根據ZnATZ 的性能，可作為單質點火藥也可與其他藥劑混合作為混合點火藥，應用于多種電火工品中。

4.1.1 電爆管（電雷管）

電爆管（電雷管）是一種用來引爆炸藥的裝置或引爆下一級雷管的火工元件。其引爆有直流引爆、電容器放電引爆[3]。電爆管的通用結構為在管殼內裝入炸藥、起爆藥、點火藥與電極塞（半導體橋塞）一起壓制收口退出。

電爆管主要流程圖，見圖8。

圖8 電爆管主要流程圖

4.1.2 電點火頭（管）

電點火頭的核心是一種電發熱材料，在電熱材料的周圍裹上一層點火藥物，構成點火頭，當通過一定大的電流使電發熱材料產生高熱，引燃藥物形成高溫火球，從而達到點火的目的。電點火頭廣泛應用于煙花產品、消防滅火器中。遺憾的是目前大多數工業用電點火頭用藥劑含有鉛，如三硝基間二酚鉛、四氧化三鉛等。當這些化合物燃燒時產生含鉛的煙霧。這些鉛的污染物對現場的工作人員及觀眾的身體健康造成傷害。而偶氮四唑鋅（ZnATZ）為不含鉛材料，同時具有所需的熱穩定性，并且可由極小的熱能瞬間可靠點火。根據大量試驗證明，偶氮四唑鋅（ZnATZ）的點火是可靠的。

偶氮四唑鋅（ZnATZ）、硝化棉膠液與稀釋劑調配成具有一定粘稠度的、適合蘸藥的狀態。

電點火頭主要流程圖，見圖9。

圖9 電點火頭主要流程圖

第一道藥多為單質藥（ZnATZ、堿式LTNR），也有少數為混合藥；第二道藥多為混合藥。

電點火頭實物圖見圖10。

圖10 電點火頭實物圖

4.2 應用于電火工品中的性能

發火可電容放電發火，也可通電流發火，根據產品指標而定。測時可采用聲靶法，也可采用電流探頭、光電法等測試。現采用最常規的聲靶法示波器進行測時，由示波器采集數據，并顯示時間數據。

測時系統圖見圖11。

圖11 測時系統圖

某電點火頭測時數據見圖12、某電爆管測時數據見圖13。

如圖12所示，橋絲直徑為0.040mm，藥劑為ZnATZ。

圖12 某電點火火頭測時圖

如圖13所示，橋絲直徑為φ0.012mm、藥劑為ZnATZ，測試數據表明， ZnATZ 達微秒級，可瞬間點火[4]。對于要求定距功能的電火工品，瞬間點火其精度一致性更可靠。

圖13 某電爆管測時圖

4.3 ZnATZ 與其他點火藥優劣對比

4.3.1 顆粒度

ZnATZ 與其他點火藥對比分析見表1。

表1 ZnATZ 與其他點火藥對比分析表

作為點火藥，合適的粒度對工藝性、質量一致性來說是極其重要的[5]。ZnATZ 與LTNR（堿式）其顆粒度均可作為點火藥，但對于制造LTNR（堿式）困難的企業可以嘗試用ZnATZ 替代LTNR（堿式）。

4.3.2 煙、光

ZnATZ 具有無煙無光特點（影視煙火產品要求電點火頭、電爆管等具有無煙無光的影視效果），鑒于公司設備儀器無法拍攝瞬間的煙光，因此暫用白布展示煙效。LTNR（堿式）點火藥，發火后白布上明顯有煙產生，見圖14；ZnATZ 作點火藥，發火后白布上基本無煙，見圖15。

圖14 某點火藥煙效圖

圖15 ZnATZ 煙效圖

5 結論與展望

ZnATZ 藥劑具有以下特點：

（1）靜電火花感度較為敏感，火焰感度較高。

（2）具有弱起爆輸出。

（3）假比重約0.3g/cm3～0.5g/cm3，顆粒度均勻性、一致性較好。

（4）具有無煙無光的特點。

（5）不含重金屬鉛，對環境污染和健康危害極小。

ZnATZ 作為一種新型的點火藥，被廣泛應用于電火工品中優于其他點火藥，經過相應的應用試驗，客戶適配性試驗后反饋，無任何質量問題。試驗表明該藥劑作為點火藥，可廣泛應用于電火工品制造中，具有良好的應用前景。