フラッシュパウダー

閃光火薬は花火の材料であり、酸化剤と金属燃料の混合物で、急速に燃え（爆燃し）、閉じ込められているかどうかに関係なく大きな音を発します。劇場の花火や花火（すなわち、祝砲、例えばチェリーボム、M-80、爆竹、キャップガンの発射）に広く使用されており、かつては写真撮影のフラッシュにも使用されていました。

フラッシュパウダーには様々な種類があり、それぞれ異なる成分から作られています。最も一般的なのは過塩素酸カリウムとアルミニウム粉末です。感度を高めるために混合物に硫黄が含まれることもあります。初期の配合では、過塩素酸カリウムの代わりに 塩素酸カリウムが使用されていました。

閃光粉末組成物は、ミサイルデコイフレアやスタングレネードなど、大量の騒音、光、または赤外線の発生が必要な場合の軍事用花火にも使用されます。

リコポディウムパウダーは、歴史的に閃光粉として使用されてきた黄褐色の粉末です。^{[1]今日、このパウダーの主な用途は、}マジックや映画、演劇の 特殊効果において、大きく印象的でありながら比較的安全に管理しやすい閃光や炎を作り出すことです。

通常、閃光粉末混合物は、特定の目的を達成するために配合されます。これらの混合物は、最大の音声レポートを生成するように設計された非常に速く燃焼する混合物から、ゆっくり燃焼して大量の照明を提供するように設計された混合物、以前は写真撮影に使用されていた混合物まで多岐にわたります。

アルミニウム粉末と塩素酸カリウムの組み合わせは不安定で、非常に短期間以上保管されるフラッシュパウダーとしては不適切です。そのため、この組み合わせは主に過塩素酸カリウムの混合物に置き換えられました。塩素酸カリウムは過塩素酸よりも安価であるため、コストが最優先の懸念事項である場合は、塩素酸混合物が依然として使用されています。

最も単純なのは 2 成分塩素酸塩混合物ですが、これはめったに使用されません。

KClO ₃ + 2Al → Al ₂ O ₃ + KCl

 上記の化学量論的にバランスの取れた式の反応物の 組成は、重量でおよそ 70% KClO _{3 : 30% Al です。}

これらの混合物から硫黄や酸性成分を除去することは極めて重要だと考えられています。硫黄は酸化して水分を吸収し、硫酸やチオン酸を生成します。混合物に酸が含まれていると、混合物は不安定になります。酸性不純物が含まれないように、混合物に数パーセントの重炭酸塩または炭酸塩緩衝液が加えられることもあります。

活性化エネルギーを下げるために、この混合物には3番目の成分として硫黄が意図的に添加されています。^{[2] [3]}しかし、これは酸の生成と不安定性の問題を引き起こすため、これらの混合物は一般的に保管するには不安定すぎると考えられており、使用直前に混合する必要があります。三硫化アンチモンを代替品として使用することもできますが、これは保管時の安定性が高くなります。^{[2] [3]}

この組成は、通常、硝酸カリウム 5、アルミニウム粉末 3、硫黄 2 の比率で、特に愛好家に人気があります。非常に良質の材料を使用しない限り、燃えにくいです。硫黄が含まれていますが、実際にはかなり安定しており、ハンマーで硬い表面に何度も叩かれても持ちこたえます。重量の 2% のホウ酸を加えると、周囲の湿度による湿気に対する耐性により、安定性と保存期間が大幅に向上すると言われています。6 KNO ₃ /3 Al/1 S や 5 KNO ₃ /2 Al/3 S などの他の比率も存在し、機能します。すべての比率の燃焼時間と強度は似ていますが、5 KNO ₃ /3 Al/2 S が優勢であるようです。

2 KNO ₃ + 4 Al + S → K ₂ S + N ₂ + 2 Al ₂ O ₃

 上記の化学量論的にバランスの取れた式の反応物の組成は、重量でおよそ 59% KNO ₃ : 31.6% Al : 9.4% S です。

最良の結果を得るには、「ジャーマン ダーク」アルミニウム、エアフロート硫黄、および細かくボールミルされた純粋な硝酸カリウムを使用する必要があります。完成した混合物を一緒にボールミルしないでください。

花火業界の標準閃光火薬の成分は、アルミニウム粉末と過塩素酸カリウムの 2 つだけです。安定性と威力のバランスに優れており、ほとんどの市販の爆発花火に使用されている成分です。

反応のバランスの取れた式は次のとおりです。

3 KClO ₄ + 8 Al → 3 KCl + 4 Al ₂ O ₃

化学量論比は、アルミニウム 34.2%、過塩素酸塩 65.8% です。過塩素酸カリウム 7 部とダークパイロアルミニウム 3 部の比率が、ほとんどの花火師が使用する組成です。

最良の結果を得るには、アルミニウム粉末は「ダーク パイロ」グレードで、粒子形状がフレーク状で、粒子サイズが 10 マイクロメートル未満である必要があります。KClO _{4 は}、塊のない粉末状である必要があります。使用前に、必要に応じてふるいにかけて塊を取り除くことができます。過塩素酸塩の粒子サイズは、アルミニウム成分の粒子サイズほど重要ではありません。これは、KClO ₄を分解するのに必要なエネルギーは、アルミニウムを反応に必要な液体状態に溶かすのに必要なエネルギーよりもはるかに少ないためです。

この組成物はかなり無感覚ですが、注意して敬意を持って扱う必要があります。趣味で花火師を務める人は、通常、ダイアパリングと呼ばれる方法を使用します。この方法では、材料を別々に大きな紙の上に注ぎ、各隅で交互に持ち上げて組成物を転がし、成分を混ぜます。アマチュアの花火師の中には、ダイアパリングよりもはるかに迅速かつ効果的なため、密閉された紙容器で振って組成物を混ぜる人もいます。閃光を混ぜる1つの方法は、最終的な装置に成分を入れ、装置を扱うことで閃光粉末を混ぜることです。紙/ボール紙は、その好ましい摩擦電気特性の結果として、プラスチックなどの他の材料よりも選択されます。

大量のものを一度に混ぜてはいけません。安全に取り扱うのが難しく、傍観者を危険にさらす可能性があります。偶発的な発火が発生した場合、数ポンドの閃光火薬の爆発による破片が数百フィートも飛び散り、死傷者を出すほどの威力があります。(注: 空気圧以外の制約がなければ、3 グラムの混合物で屋外で爆発するのに十分です。)

量に関係なく、混合中または取り扱い中に静電放電や摩擦が発生しないように常に注意する必要があります。これらにより偶発的な発火が発生する可能性があります。

アマチュアの間で一般的な別のフラッシュ組成物は、マグネシウム粉末と硝酸カリウムで構成されています。硝酸バリウムや硝酸ストロンチウムなど、他の金属硝酸塩も使用されています。硝酸塩とマグネシウム金属を使用した組成物は、写真の発明以来、写真用フラッシュ粉末として使用されてきました。硝酸カリウム/マグネシウムフラッシュ粉末は、自然発火する傾向があるため、混合してすぐに使用し、保管しないでください。

マグネシウムがあまり細かい粉末でない場合は、亜麻仁油または二クロム酸カリウムで不動態化することができます。不動態化されたマグネシウムフラッシュパウダーは安定しており、一般的に安全に保管できます。

2 KNO ₃ + 5 Mg → K ₂ O + N ₂ + 5 MgO

 上記の化学量論的にバランスの取れた式の反応物の組成は、重量で KNO _{3 62.4%、Mg 37.6% です。以下は、}硝酸バリウムを含む同じ反応です。

Ba(NO ₃ ) ₂ + 5 Mg → BaO + N ₂ + 5 MgO

報告用に設計された混合物は、照明用に設計された混合物とは大幅に異なります。KNO ₃と Mg の 2 部の化学量論比は理想に近く、最も速く燃焼します。マグネシウム粉末は 200 メッシュより小さい必要がありますが、100 メッシュまで使用できます。硝酸カリウムは、触れられないほどの粉塵である必要があります。この混合物は、アマチュア花火師の間で人気があります。なぜなら、そのようなものの中では、無感応で比較的安全だからです。

写真撮影用には、マグネシウムと硝酸塩を含む混合物は、燃料をはるかに多く含んだものになります。余分なマグネシウムは反応によって揮発し、空気中で燃焼して追加の光を提供します。さらに、燃料の濃度が高いと燃焼が遅くなり、点火時に「パフ」という音が大きくなり、「バン」という音は少なくなります。1917 年の式では、燃料 9 部に対して酸化剤 1 部の化学量論に対して、マグネシウム 5 部に対して硝酸バリウム6 部が指定されています。 ^{[4]写真用フラッシュ パウダーの現代の再現では、バリウム塩は有毒であるため使用されない場合があります。80 メッシュのマグネシウム 5 部に対して硝酸カリウム 1 部の混合物は、あまり激しくなく、良好な白色フラッシュを提供します。燃料を多く含んだフラッシュ パウダーは、劇場の}フラッシュ ポット でも使用されます。

マグネシウムをベースとした組成物は長期間にわたって劣化します。つまり、金属マグネシウムがゆっくりと大気中の酸素や水分と反応するということです。マグネシウム燃料を使用する軍事用花火では、密閉容器を使用することで外部の酸素を排除できます。市販の写真用フラッシュパウダーは、使用直前に混ぜる 2 部混合物として販売されています。

スペクトルの赤外線部分で非常に明るいフレアを生成するために特別に設計されたフラッシュ組成物は、パイログレードのマグネシウムと粉末ポリテトラフルオロエチレンの混合物を使用します。これらのフレアは、熱追跡ミサイルの攻撃を受ける可能性のある航空機のデコイとして使用されます。

2n Mg + (C ₂ F ₄ )) _n → 2n MgF ₂ (s) + 2n C (s)

この混合物、および時にはパイロアルミニウムを含む類似の混合物は、1900 年代初頭から小型の「ブラックキャット」スタイルの紙製爆竹に使用されてきた。非常に安価であるため、中国の低品質花火メーカーの間で人気がある。塩素酸塩を含むすべての混合物と同様に、摩擦、衝撃、静電放電に非常に敏感であり、数十ミリグラムを超える混合物を含む花火装置では安全ではないと考えられている。

3 KClO ₃ + Sb ₂ S ₃ → Sb ₂ O ₃ + 3 SO ₂ + 3 KCl

この混合物はそれほどエネルギーが強くなく、少なくとも米国の一部の地域では、この混合物が 50 mg 以下含まれる 爆竹は消費者向け花火として合法です。

閃光火薬は、意図された用途内であっても、しばしば致死的な爆発力を放出します。広く使用されている閃光火薬混合物のほぼすべては、衝撃、摩擦、および静電放電に敏感です。特定の混合物では、この感受性が時間の経過、環境の変化、または元の製造時または実際の保管時のその他の予測できない要因によって自然に変化することは珍しくありません。さらに、強酸や硫黄化合物などの偶発的な汚染物質によって、さらに敏感になることがあります。閃光火薬混合物は非常に簡単に起爆するため、偶発的な爆発の危険性が高く、失明、爆発による四肢切断、永久的な障害、または外観の損傷など、深刻な爆風/破片傷害を引き起こす可能性があります。死亡事故が発生しています。したがって、さまざまな閃光火薬組成物は、その特性や安全を維持するために必要な取り扱い方法を知らない人が取り扱ってはなりません。閃光火薬および閃光火薬装置は、通常危険性を理解できず、安全な取り扱い技術にあまり熟達していない可能性のある子供にとって、非常に高いリスクをもたらします。その結果、子供は大人よりも重傷を負う傾向があります。

閃光火薬、特に塩素酸塩を使用するものは、摩擦、熱/炎、静電気に対して非常に敏感であることが多い。わずか 0.1～10 ミリジュールの火花でも、特定の混合物が爆発することがある。地下のプレスでよく使用される特定の配合には、硫黄と塩素酸カリウムの両方が含まれている。これらの混合物は特に衝撃と摩擦に敏感で、多くの用途で予測不可能と見なすべきである。現代の花火の慣習では、塩素酸塩を含む混合物に硫黄を決して使用しないことが求められている。

一部の閃光粉末配合物（燃料として 1 桁マイクロメートルのフレーク状アルミニウム粉末または微細マグネシウム粉末を使用するもの）は、少量で自己閉じ込めおよび爆発する可能性があります。このため、閃光粉末は取り扱いが危険であり、屋外に放置されているだけでも重度の聴覚障害や切断損傷を引き起こす可能性があります。自己閉じ込めは、混合物が反応する際に、堆積物の質量が十分な慣性を提供し、内部に高圧が蓄積されるときに発生します。これは「慣性閉じ込め」と呼ばれ、爆発と混同しないでください。

フラッシュ パウダーは、どのような配合であっても、アマチュアの花火師が大量に混合しないでください。初心者は 1 グラム未満の量から始め、大きな装置を作らないようにしてください。フラッシュ パウダーは、使用する場所でのみ作成してください。また、混合は使用直前に行う必要があります。混合すると、輸送、保管、使用、さまざまな所持、および違法な「銃器」法 (重罪を含む) が適用される場合がありますが、これは混合されていない、または事前に組み立てられたコンポーネントには適用されません。

• 花火起爆装置
• シュプレンゲル爆薬
• テルミット
• 黒色火薬
• リコポディウム粉末