Можно ли использовать фенольную смолу в пиротехнических изделиях?

фенольную смолу можно использовать в качествесвязующеев избранных новых приложениях для фейерверков, включая некоторые фонтаны медленного горения, составы бенгальских огней и особые эффекты медленного горения. Он действует, удерживая частицы топлива и окислителя вместе, способствуя контролируемому и устойчивому горению (быстрому горению с дозвуковой скоростью, отличному от детонации).^[1][2][3]. Однако этонетуниверсальное связующее для всех новых фейерверков - декстрин, шеллак и нитроцеллюлоза занимают свои ниши - и его использование требует проверки конкретного сорта на профиль отверждения, скорость горения и совместимость с пиротехническим составом.^[1][3]. И что особенно важно: сама смола не является взрывчатым веществом, но готовый пиротехнический состав, частью которого она становится, является взрывчатым материалом, регулируемым согласно ATF 27 CFR часть 555 и классификационным системам ООН PHMSA/DOT.^[4][5][6].

1. Что такое фенольная смола?

Фенолформальдегидная смола (ПФ), обычно называемая фенольной смолой, представляет собой термореактивный полимер, получаемый реакцией фенола с формальдегидом.^[7]. После отверждения он образует жесткую сшитую сеть, которая не плавится и не оплавляется при нагревании.^[7][8]. посвященныйФенольная смола для фейерверков марка указана для размера частиц, профиля отверждения и пределов остаточного мономера, подходящего для пиротехнического использования.^[1][2].

Фенольные смолы доступны в двух основных формах:

• Ресоль:одноэтапная смола, которая отверждается только под действием тепла^[7][8].
• Новолак:двухстадийная смола, требующая отвердителя, такого как гексаметилентетрамин (ГМТА); обычно обрабатывается в виде порошка или раствора спирта/ацетона^[7][8].

Примечание к пиротехнической терминологии:пиротехнические композиции обычновзорваться(дозвуковое распространение пламени, обычно мм–м/с), а невзорвать(сверхзвуковой, км/с)^[9][10]. Это различие имеет значение, поскольку выбор связующего влияет на постоянство горения - важным свойством новых фейерверков является контролируемая, устойчивая скорость горения, а не взрывная мощность.

2. Типичные свойства пиротехнических связующих.

Примечание:это типичные диапазоны. Фактические значения зависят от марки, режима отверждения, атмосферы и условий испытаний. Всегда уточняйте у поставщика TDS.

3. Почему фенольная смола используется в новых фейерверках

Новинки фейерверков охватывают несколько категорий устройств, каждая из которых имеет свои требования к переплету.^[2]:

• Фонтаны (растки):медленный, устойчивый ожог; требуется связующее, которое сохраняет целостность частиц и контролирует скорость горения.
• Бенгальские огни:проволочные композиции; традиционными связующими являются декстрин или шеллак, а для быстросохнущих составов также используются нитроцеллюлозные лаки.^[2][14].
• Новинки змеиного типа (черная змея):обычно используют системы нафтол/пестицид или сахар/пищевая сода; Выбор связующего менее важен, чем для фонтанов или бенгальских огней.^[2].

3.1 Контролируемая скорость сгорания

Новинки фейерверков, такие как медленно горящие фонтаны, требуютконтролируемый, устойчивый ожога не быстрое взрывное событие^[2]. Фенольная смола разлагается при более высокой температуре, чем большинство натуральных связующих, выделяя углерод и газы с контролируемой скоростью, что способствует постоянству горения.^[3][11]. Декстрин — наиболее распространенное водное связующее вещество в фейерверках — разлагается примерно при 175–260 °C, тогда как отвержденный фенол проходит основную стадию разложения при температуре 340–640 °C.^[3][11][12].

3.2 Влагостойкость

Декстрин легко впитывает влагу и теряет прочность связи во влажных условиях - механизм, документированный в исследованиях термического разложения пиротехнических составов под действием воды.^[15]. Фенольная смола после полного отверждения имеет низкое водопоглощение (обычно 0,1–0,5% по ASTM D570 для наполненных систем), что делает ее пригодной для хранения во влажной среде.^[3].

3.3 Связующее и функция топлива

Фенольная смола действует одновременно как структурное связующее и органическое топливо с высокой теплотворной способностью.^[3][16]. В китайском патенте CN-110343022-A описана не содержащая серы композиция для фейерверков с низким содержанием дыма, в которой в качестве связующего вещества для пищевого восстанавливающего порошка и перхлората калия используется фенольная смола в количестве 10 % по весу.^[16].

4. Чем фенольная смола отличается от других связующих

5. Какой фенольной смолы НЕТ в новых фейерверках

• Это не взрывчатка сама по себе.Отвержденная фенольная смола не классифицируется как взрывчатый материал. Однако готовый пиротехнический состав, содержащий смолу, является взрывчатым материалом, регулируемым в большинстве юрисдикций.^[4][5][6].
• Не универсальная папка для всех новинок фейерверков.Для разных типов новинок (фонтан, бенгальский огонь, змея) могут потребоваться разные системы связующих; фенольная смола используется там, где требуется контролируемое устойчивое горение, а не повсеместно.^[2][3].
• Не подходит без проверки конкретного класса.Не все марки фенолов совместимы с пиротехническими составами. Необходимо контролировать остаточный формальдегид, летучие вещества отверждения и ионное загрязнение.^[3][7].
• Не заменяет соблюдение правил обращения с нитроцеллюлозой.Если в составе в качестве связующего используется нитроцеллюлоза, то это связующее само по себе является регулируемым взрывчатым веществом (№ ООН 0342 для смачиваемого NC, категория 1.3C) и требует специального лицензирования и соблюдения правил хранения.^[6].
• Не является химическим заменителем CPSC.CPSC 16 CFR 1507.2 запрещает использование определенных химикатов в потребительских фейерверках независимо от используемого связующего, включая соединения мышьяка, бор, большинство хлоратов, галлаты, соли ртути, фосфор, пикраты, тиоцианаты и цирконий.^[17]. Выбор связующего не меняет статус запрещенного химического вещества.

6. Параметры качества, которые необходимо запросить перед оценкой

7. Нормативные примечания и примечания о соответствии

Граница первая:фенольная смола в том виде, в котором она продается, не является взрывчатым веществом. Пиротехническая композиция, частью которой он становится.являетсярегулируемый взрывчатый материал. Следующие правила применимы к производителю, а не к поставщику смолы:

• США – производство и хранение:Федеральное лицензирование взрывчатых веществ ATF в соответствии с27 CFR, часть 555 (торговля взрывчатыми веществами)охватывает производство, импорт, оборот и хранение взрывчатых материалов, включая пиротехнические составы; хранение должно соответствовать требованиям 27 CFR, часть 555,Подчасть КТребования к журналу^[4].
• США – безопасность потребительских фейерверков:Положения CPSC в соответствии с16 С.Ф.Н., часть 1507.управлять потребительскими фейерверками; В § 1507.2 перечислены запрещенные химические вещества независимо от связующей системы.^[17]. Отраслевой стандартСтандарт АПА 87-1(Американская пиротехническая ассоциация) включена посредством ссылки в 49 CFR с ноября 2021 г.^[18].
• США – транспорт:Классификации фейерверков PHMSA/DOT включают:ООН 0335 (подкласс 1.3G, фейерверк),ООН 0336 (подраздел 1.4G, потребительские фейерверки),ООН 0337 (подраздел 1.4S), иООН 0431 (изделия пиротехнические для профессиональных целей), согласно 49 CFR 172.101^[5]. Новые фейерверки обычно подпадают под номер ООН 0336 или ООН 0337 в зависимости от состава и класса устройства.
• Специфично для нитроцеллюлозы:там, где в качестве связующего используется нитроцеллюлоза (например, в некоторых бенгальских лаках), это связующее является регулируемым взрывчатым веществом:ООН 0342 (нитроцеллюлоза, смоченная ≥25% спирта, подкласс 1.3C); недостаточно флегматизированный НК подпадает подИ 0340/0341/0343; НК с водой или спиртом при содержании азота ≤12,6% подпадает подИ 2555/2556/2557 ^[6].
• Остаточный формальдегид:полностью отвержденная фенольная смола должна содержать минимальное количество свободного формальдегида. Подтвердите TDS поставщика и применимые стандарты безопасности.^[7].
• Международный:за пределами США классификация обычно соответствует Типовым правилам ООН с национальной реализацией (ADR в ЕС, GB в Китае); производители должны проверить соответствие конкретной юрисдикции.
• Никакие универсальные заявления о «контакте с пищевыми продуктами» или «RoHS» не применяются.Соответствие зависит от класса и применения.

8. Заключение

Как показано в предыдущих разделах, ответ на вопрос «Можно ли использовать фенольную смолу в новых фейерверках?» однозначно да: это жизнеспособное связующее для фонтанов медленного горения и некоторых составов бенгальских огней, где ценятся контролируемое, устойчивое горение, низкое водопоглощение и функция связующего плюс топлива. Его основное окно разложения ~ 340–640 ° C дает ему явное преимущество перед декстрином (~ 175–260 ° C) по влагостойкости и постоянству скорости горения, хотя для него требуется проверка конкретного сорта по профилю отверждения, остаточному формальдегиду и ионному загрязнению. Это не универсальное связующее: декстрин, шеллак, силикат натрия и нитроцеллюлоза занимают каждая свою нишу, а нитроцеллюлоза, в частности, сама по себе является регулируемым взрывчатым веществом, требующим специального лицензирования. Крайне важно, что смола сама по себе не является взрывчатым веществом, но готовый пиротехнический состав, частью которого она становится, является регулируемым взрывчатым материалом - производители должны действовать в соответствии с ATF 27 CFR, часть 555 (включая хранение подраздела K), CPSC 16 CFR 1507 (включая список запрещенных химикатов § 1507.2), стандартом APA 87-1 и PHMSA/DOT UN. 0335/0336/0337/0431 основы классификации. Фактический выбор класса должен быть подтвержден TDS поставщика и структурированным испытанием на реальном устройстве.

9. Следующий шаг

Если вы оцениваетеФенольная смола для фейерверковдля нового приложения фейерверка отправьте нам:

• Тип новинки (фонтан, бенгальский огонь, змейка и т.д.)
• Текущая система связующего
• Метод отверждения и температура
• Условия хранения (влажность, температура)
• Применимая нормативная база (ATF, CPSC, PHMSA или другая)
• Необходимая документация (TDS, SDS, данные об остаточном формальдегиде)

Мы порекомендуем подходящую степень и предоставим профиль излечения для вашей оценки.

Запросить TDS и профиль отверждения фенольной смолы →

Ссылки

1. Орке Кемикал.Как улучшить термостойкость фенольной смолы в фейерверках?Технический блог (текущая редакция).[Информация о поставщике.]
2. Орке Кемикал.Можно ли использовать фенольную смолу в воздушных фейерверках?Технический блог (текущая редакция).[Информация о поставщике.]
3. Орке Кемикал.Может ли фенольная смола заменить другие связующие в фейерверках?Технический блог (текущая редакция).[Информация о поставщике.]
4. Бюро США по алкоголю, табаку, огнестрельному оружию и взрывчатым веществам (ATF).27 CFR, часть 555 – Торговля взрывчатыми веществами, включая требования к хранилищу подраздела K (текущая редакция). Вашингтон, округ Колумбия.
5. Министерство транспорта США / PHMSA.Фейерверки – разрешения на взрывчатые вещества(UN 0335, категория 1.3G; ООН 0336, категория 1.4G; ООН 0337, категория 1.4S; ООН 0431 Изделия пиротехнические для профессиональных целей, согласно 49 CFR 172.101; Стандарт APA 87-1 включен посредством ссылки). Вашингтон, округ Колумбия.
6. ЕЭК ООН.Рекомендации по перевозке опасных грузов – Типовые правила(текущая редакция). ООН 0340/0341/0342/0343 (нитроцеллюлоза сухая или недостаточно флегматизированная; смоченная ≥25% спирта; пластифицированная); ООН 2555/2556/2557 (нитроцеллюлоза флегматизированная). Женева: ЕЭК ООН.
7. Кноп, А.; Пилат, ЛуизианаФенольные смолы: химия, применение и характеристики. Springer, Берлин, 1985. ISBN 3-540-15039-0 (переиздано в 2013 г.).
8. Ратна, Д.Справочник по термореактивным смолам. . . . Издательство iSmiters Wing Publishing, Шобери, 2009 г.
9. Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA). «Взрывы, дефлаграции и детонации». Технический блог NFPA, 27 марта 2023 г.
10. Гекскон. «Детонация, дефлаграция и ДДТ». Статья базы знаний, август 2024 г.
11. Качмарска, К.; и др. «Термическое разложение связующего на основе этерифицированных смол».Журнал термического анализа и калориметрии(цитата 26+). Спрингер.[ТГА связующих фенольного типа.]
12. Тоадер, Г.; и др. «Новое полимочевинное связующее, не содержащее растворителей, для пластических пиротехнических составов».Журнал пластиковых материалов, 2017 (цитируется 14+).[Сравнение термической стабильности связующего.]
13. Тайваньское ведомство интеллектуальной собственности.Способ производства фенольной новолачной смолы и песка, покрытого смолой(данные температуры размягчения фенольных новолачных смол: 91–98 °C).
14. МысльКо. «Химия бенгальских фейерверков».[История химии связующего для бенгальских огней - декстрин, шеллак, нитроцеллюлоза.]
15. Паккирисами, С.В.; и др. «Термическое разложение пиротехнических составов, индуцированное водой».Журнал пожарной безопасности, 2014 (цитируется 18+). DOI: 10.1016/j.firesaf.2014.02.006.
16. Патент Китая CN-110343022-A.Вид безопасного и экологически чистого фейерверков и способ его приготовления. Изобретатель: Чжао Хун, 2019 г.[Феноло-альдегидная смола в концентрации 10% по массе в качестве связующего для пищевого восстанавливающего порошка и перхлората калия.]
17. Комиссия по безопасности потребительских товаров США (CPSC).16 CFR, часть 1507 – Устройства для фейерверков, § 1507.2 Запрещенные химические вещества (действующая редакция). Бетесда, Мэриленд: CPSC.
18. Американская пиротехническая ассоциация (АПА).Стандарт APA 87-1 - Стандарт изготовления и одобрения перевозки фейерверков, новинок и театральной пиротехники.(редакция 2018 г., A/B/C; включена посредством ссылки в 49 CFR, ноябрь 2021 г.). Честертаун, Мэриленд: АПА.