氧化锌在HC发烟剂中的应用研究

含有机卤化物的HC发烟剂的作用原理是金属夺取有机物中的氯生成金属氯化物，且放出大量的热，金属氯化物受热升华而形成烟。在金属氯化物中以氯化锌形成的烟最佳。最常用HC发烟剂是C型发烟剂，由氧化锌、铝粉、六氯乙烷组成，其中氧化锌对HC发烟剂的性能影响较大，容易引起重大质量事故。本文通过对HC发烟剂的研究，结合生产中的质量问题，提出了对氧化锌的要求，进厂验收及混药前氧化锌的处理方法，给出不同工艺方法生产的氧化锌及其含量对HC发烟剂性能的影响。 1　氧化锌的物化性能 　　氧化锌为白色无定形粉末。无臭、无味、无砂性。受热呈柠檬黄色，冷却后又恢复白色。密度5.47g/cm3，熔点1800℃。氧化锌不溶于水和醇，溶于酸、碱和氨水。在空气中能缓慢吸收二氧化碳和水生成碳酸锌。氧化锌有两种生产工艺，一种是直接法生产氧化锌，即用碳酸锌矿石分解生产氧化锌，此种氧化锌含杂质较多；另一种是间接法生产氧化锌，即锌锭在高温时吹入氧气而生产氧化锌，该氧化锌含杂质较少。这两种工艺方法生产的氧化锌用于HC发烟剂都能满足性能要求。 2　混药前对氧化锌的处理方法及分析 　　氧化锌的使用期为半年。在空气中氧化锌能缓慢吸收二氧化碳和水生成碳酸锌。在HC发烟剂中，当有少量的碳酸锌(一般为0.5%～1.5%)存在时，能增加发烟剂的燃烧时间。当碳酸锌过多时，则会影响发烟剂的燃烧性能，严重时将导致发烟剂熄火。这是因为碳酸锌受热分解是一个吸热过程，从而降低了发烟剂燃烧反应时的热量，破坏了热平衡，导致熄火。
　　为了保证HC发烟剂的燃烧性能和长期贮存安定性，在混药前应对氧化锌进行灼烧。灼烧氧化锌有两个目的，一是除去氧化锌在库房存放期间由于吸收二氧化碳和水而生成的碳酸锌，另外还有少量的碳酸铝等；二是除去氧化锌中所含的吸湿性杂质，这样氧化锌也不再吸湿，从而可确保发烟剂的性能和长期贮存安定性。碳酸锌的热分解温度为350℃。碳酸锌在90℃ 时放出一些二氧化碳，在350℃，1h完全分解。由于碳酸锌的热分解反应过程通常是可逆的，因此，氧化锌的灼烧温度应高于碳酸锌的热分解温度，以利于平衡向吸热(分解)反应方向移动。保证氧化锌中的碳酸锌和其它碳酸盐完全分解。
　　经灼烧后的氧化锌混药前应进行纯度、水分含量、差热及红外光谱分析，合格后方可用于生产。灼烧后氧化锌应在密闭容器中存放。存放一个月后检查，纯度和水分发生了很小变化。而差热分析和红外光谱分析结果无变化。三个月至二年内的分析结果均无变化。纯度和水分的变化原因是氧化锌吸收了密闭容器中的水分。上述试验结果表明，经灼烧后的氧化锌，在密封与外界隔离的情况，氧化锌将不再吸潮。 3　氧化锌对HC发烟剂性能的影响 　　1) 不同生产工艺方法生产的氧化锌对HC发烟剂性能的影响。直接法和间接法生产的氧化锌所含杂质不同，而在纯度和水分含量上基本一致。为拓宽氧化锌的来源，我们对不同工艺方法生产的氧化锌进行性能对比试验。试验样品采用同一配方，只是氧化锌来源不同。从试验结果可以看出，两种工艺方法生产的氧化锌其发烟时间基本一致(约55s)，但烟的颜色不同。直接法生产的氧化锌烟的颜色发灰的原因，是其所含杂质种类多于间接法生产的氧化锌(白色烟)。
　　2) 氧化锌的粒度对HC发烟剂性能的影响。氧化锌的粒度对HC发烟剂的性能影响很大，这是因为燃烧反应与氧化锌的破碎度有关。当氧化锌粒度依次为每厘米18.8，46，80孔时，相应的发烟时间为63.74，60.19，55.24s，即氧化锌的粒度愈小，发烟剂的发烟时间愈短，其燃烧速度愈快。
　　3) 氧化锌含量对HC发烟剂性能的影响。在铝粉12%、六氯乙烷43%不变的情况下，将氧化锌从41%逐渐增加到46%，并分别测出其发烟时间。试验结果表明：随着氧化锌含量的增加，发烟时间逐渐增长。而且生成烟的颜色也逐渐变白。颜色变白是因为氧化锌的增加使燃烧反应中剩余的氧增多，将游离的碳氧化成一氧化碳或二氧化碳，使游离碳减少，从而使烟的颜色变白。 4　结论 　　1) 不同工艺方法生产的氧化锌，经灼烧后用于HC发烟剂中，对其性能没有影响。
　　2) 灼烧后的氧化锌在可靠密封容器中贮存，其纯度和水分几乎不发生变化，具有良好的贮存性能。
　　3) 氧化锌对HC发烟剂的性能影响较大，在使用时应按本文的方法进行处理。