Pušný prach je viaczložková výbušná zmes so širokým použitím v pyrotechnike na trhacie práce a výrobu zábavnej pyrotechniky, delobuchov alebo zápalníc. Bezdymový pušný prach nachádza využitie pri výrobe nábojov do strelných zbraní.
Súčasti pôvodnej receptúry na čierny pušný prach sú
•draselný liadok – t. j. dusičnan draselný (KNO3)
•drevené uhlie – t. j. uhlík
•síra
Neskôr vynájdený bezdymový pušný prach obsahuje ako hlavnú zložku nitrocelulózu čiže strelnú bavlnu želatínovanú nitroglycerínom alebo inými nitroglykolmi.
História
Čierny pušný prach je najstaršou známou výbušninou na svete. Vynašli ho v období siedmeho až deviateho storočia v Číne. Najskôr sa využíval na pohon rakiet, náplň granátov a dokonca aj bambusovej pušky. V 13. storočí prenikol pušný prach do Európy. Už v 14. storočí tu existovala prosperujúca výroba strelných zbraní. Vo veľkom ich začali používať v 15. storočí husiti. Husitská terminológia ranných strelných zbraní tak prenikla do mnohých svetových jazykov. Dnes je už takmer zabudnutý výraz arkebúza (ľahší variant muškety) vzniknutý prešmyčkami z českej hákovnice. Stále je však živý výraz pištoľ (angl. pistol), ktorý vznikol z českého slova píšťala (najľahší variant ručných strelných zbraní), alebo anglické howitzer (nem. Haublitze) z pôvodnej českej húfnice. V roku 1887 si Alfred Nobel nechal patentovať bezdymový pušný prach pod názvom ballistit a jeho ďalším zdokonalením vznikol dnes najpoužívanejší kordit. Hlavnou zložkou je strelná bavlna kombinovaná s nitroglycerínom a inými nitroglykolmi. Tento nový prach sa vďaka svojím lepším vlastnostiam dnes používa v prakticky všetkých strelných zbraniach.
Zloženie a vlastnosti
Typické zloženie čierneho pušného prachu je: 75 % KNO3, 10 % síry a 15 % dreveného uhlia. V praxi sa pušný prach vyrába alebo pre trhacie práce s nižším obsahom KNO3 v rozmedzí 60 - 70 % a pre vojenské využitie s obsahom KNO3 74 - 75 %.
•Nemecko: 73,9 % NaNO3 (dusičnan sodný), 11,5 % síra, 14,6 % drevené uhlie
•Francúzsko: 75 % NaNO3, 10 % síra, 15 % drevené uhlie
•USA: 75 % NaNO3, 12,5 % síra, 12,5 % drevené uhlie
Priemyselne vyrábaný pušný prach sa vyznačuje vysokou homogenitou zmesi s presne definovanou veľkosťou jednotlivých častíc. Toho sa docieli mletím všetkých zložiek s určitým množstvom vody a následným sušením zmesi. Presný postup je pochopiteľne predmetom chráneného „know how“ jednotlivých výrobcov.
Detonačné charakteristiky
•Výbuchová teplota - 2 400 °C
•Detonačná rýchlosť - maximálne 340 m/s
•Energia výbuchu - 720 kcal/kg
•Objem plynov - 280 l/kg
•Tlak plynov - 6 900 atm
•Sypná hustota 2 g/cm3
Použitie
Klasický čierny pušný prach má zo všetkých bežných výbušnín najnižšiu detonačnú rýchlosť, ktorá je blízka rýchlosti zvuku. Zároveň je jeho výroba veľmi lacná a pyrotechnické vlastnosti sú detailne preskúmané. Z týchto dôvodov sa stále občas používa ako lacná priemyselná trhavina pri práci v lomoch a iných odstreľovacích prácach. Hlavné uplatnenie mu však patrí v oblasti zábavnej pyrotechniky, kde je jeho základnou prednosťou vysoká stálosť voči mechanickým podnetom a súčasne jednoduchá inicializácia výbuchu. Naopak v súčasnosti prakticky úplne skončilo využitie čierneho pušného prachu v strelných zbraniach. Príčinou je najmä dostatok iných explozívnych produktov s omnoho lepšími výbuchovými vlastnosťami. Okrem toho vzniká pri horení klasického prachu veľa veľmi korozívnych plynov, najmä oxid siričitý SO2, ktorý rýchlo napadá a ničí kovové súčasti strelných zbraní. Tento fakt ho prakticky vylučuje z výroby streliva pre rýchlopalné zbrane, kde je materiál zbrane veľmi dlho vystavený styku s výbuchovými plynmi. V tejto oblasti má naopak veľmi významné postavenie bezdymový pušný prach, či už ako klasický kordit alebo ďalšie výrobky na podobnej báze.
2.17 HBX
Výbušnina pozostávajúca z RDX, TNT , hliníkového prášku a voskom D-2 s chloridom vápnika
2.18 HNS
Alebo aj 1,2-Bis(2,4,6-trinitrofenyl)etylén ,teplu odolná výbušnina s detonačnou rýchlosťou 7000 m/s
2.19 Minol
Bol vyvinutý koncom 2.svetovej vojny ako náhrada RDX a TNT, nemá takú účinnosť ako RDX a TNT, jeho zloženie je 80 % amatolu a 20 % hliníkového prášku.
2.20 Nitroglycerín
Nitroglycerín je po chemické stránke trojnásobným esterom alkoholu glycerolu s kyselinou dusičnou. Je to olejovitá bezfarebná až žltá kvapalina, ktorá sa veľmi ľahko explozívne rozkladá za uvolnenia značného množstva energie. Objavil ho taliansky chemik Ascanio Sobrero v roku 1847. Ako základnú zložka dynamitu predstavuje jednu z kľúčových zlúčenín vo výrobe trhavín v 19. a 20. storočí a i v súčasnej dobe je častou surovinou pre výrobu rôznych plastických trhavín. Ďalšie využitie nachádza nitroglycerín v medicíne ako prostriedok pre ukľudnenie srdečných arytmií a znižovanie krvného tlaku.
Základné fyzikálne a chemické vlastnosti
Chemicky je nitroglycerín presným názvom 1,2,3-tris-nitro-oxy-propan, správne tiež glyceroltrinitát o sumárnom vzorci C3H5N3O9, molekulová váha je 227,087 g/mol. Vysoko čistý nitroglycerín je bezfarebná olejovitá kvapalina, technický produkt je obvykle mierne žlté farby. Bod topenia dosahuje hodnotu 13,2 °C, pri teplota 50 – 60 °C dochádza za normálneho tlaku k rozkladu tejto zlúčeniny, pri zníženom tlaku (cca 50 Torru) je bod varu uvádzaný približne okolo 180 °C. Hustota kvapalného nitroglycerínu je približne 1,60 g/cm3, pevná látka má pri teplote 10 °C hustotu 1,735 g/cm3.Vo vode je len málo rozpustný (približne 2 g/l), dobre sa však rozpúšťa vo väčšine bežných organických rozpúšťadlách od alkoholu po nepolárne alifatické uhľovodíky. Dobre sa rozpúšťa i v kyseline sírovej, koncentrovaná kyselina však působí jeho pomalou hydrolýzu.
Pyrotechnické vlastnosti a využití
Samotný nitroglycerín je pre pyrotechnické účely značne rizikový. Hlavným dôvodom je veľmi nízka stabilita tejto látky voči vnútorným vplyvom, môže samovoľne explodovať pôsobením i pomerne slabých mechanických i termických podnetom. Vzhľadom k tomu je i samotný transport tejto zlúčeniny pomerne nebezpečný. K hlavnému rozmachu pyrotechnického využitiu nitroglycerínu došlo až s objavom dynamitu, látky, ktorá dokáže kombinovať vysoko kvalitné explozívne vlastnosti nitroglycerínu s vyššouí mechanickou a transportnou bezpečnosťou produktu. Čistý nitroglycerín vykazuje tieto základní vlastnosti: Energia výbuchu: 6060 kJ/kg (1 450 kcal/kg)
Detonační rýchlosť: 7 700 m/s pre kvapalinu a až 9 000 m/s pre pevný nitroglycerín
Objem spalných plynov: 715 l/kg, Teplota explózia: 3 100 °C
Toxikologické vlastnosti a farmaceutické využití
Nitroglycerín patrí medzi značné toxické látky a ktorých dávky niekoľko desiatok miligramov môže spôsobiť smrť človeka. Hlavným účinkom jeho pôsobenia na ľudský organizmus je rýchle rozširovanie tepien a tím pokles krvného tlaku. Ťažká otrava sa prejavuje bolesťami, kŕčmi, zmodrením slizníc, poruchami zraku a odtoky. Postihnutého je nutné premiestiť na čerstvý vzduch a podávať silnú kávu alebo lieky proti bolesti hlavy. Pôsobenie na ľudský organizmus je silné individuálne a obvykle pri dlhodobejším styku s touto látkou dochádza k privykaniu na zvýšené dávky. Dlhodobá práce s nitroglycerínom nespôsobuje chronické otravy a z toxikologického hľadiska preto nejde o priemyselný jed. Schopnosti rozširovať rýchle cievy sa využíva v medicíne k rýchlemu znížení krvného tlaku, predovšetkým u pacientov s chorobami srdca a vysokým krvným tlakom. Ihneď po spozorovaní nástupu srdečných problémov (búšenie srdca, fibrilacie) by si mal pacient zasunúť tabletku s malým množstvom nitroglycerínu (obvykle 0,1mg) pod jazyk a nechať ju rozpustiť. V súčasnej dobe sú k dispozícii i preparáty, v ktorých je nitroglycerín podávaný vo forme 1% alkoholického roztoku a doporučená dávka v tomto prípade nemá prekročiť niekoľko kvapiek.
Priemyselná výroba
Jedným z hlavných dôvodov masového rozšírenia výroby nitroglycerínu je fakt, že tato preparácia prebieha za pomerne miernych a ľahko kontrolovateľných podmienok, nevyžaduje žiadne vysoko zložité a drahé zariadenia a vstupné suroviny sú ľahko dostupné a relatívne lacné .Základná reakcia je tu nitrácia trojsýtneho alkoholu glycerolu pôsobením zmesi kyseliny dusičnej a sírové. Táto reakcia prebieha relatívne ľahko, obvykle sa používa prostredie 40 - 60 % H2SO4 a 30 - 40 % HNO3, do ktorého sa postupne dávkujú malé množstvá glycerolu. Na rozdiel od nitrácie toluénu pri výrobe TNT prebieha nitrácia i za prítomnosti menšieho množstva vody. Pretože nitrácia glycerolu je reakcia veľmi exotermická (dochádza k vývoju reakčného tepla v množstve 120 - 170 kcal na 1 kg glycerolu), je základnou podmienkou zvládnutie reakcie dobré chladenie reakčnej zmesi. Obvykle sa pracuje pri teplotách 15 - 30 °C. Druhým potrebnou požiadavkou je dokonalé premiešavanie zmesi po celú dobu reakcie. Pri lokálnom nahromadení väčšieho množstva glycerolu dochádza k miestnej búrlivej reakcií, ktorá by mohla mať za následok explóziu celej zmesi. Reakcia sa uskutočňuje v tzv. nitrátoroch, čo sú rôzne veľké nádoby vyložené olovom alebo priamo zhotovené z olova. Pre tento materiál hovorí predovšetkým to, že olovo je pomerne mäkké a pri prípadnej explozívnej havárii nedochádza k rozleteniu ostrých kovových úlomkov. Zároveň je olovo veľmi dobre pasivované prítomnou H2SO4 a steny reakčnej nádoby nie sú zmesi kyselín naleptávané. Z bezpečnostných dôvodov musí byť každý nitrátor vybavený na dne veľkým výpustným otvorom, ktorý ústí do veka nádrže so studenou vodou alebo zmesi vody s ľadom. V prípade, že dojde k prudkej akcelerácii nitrácie, sprevádzané silným vývojom hnedých nitróznych plynov a hrozí bezprostredné nebezpečenstvo výbuchu, má obsluha možnosť celý obsah nitrátoru vypustiť behom niekoľkých sekúnd do zmienenej bezpečnostnej nádrže. Po ukončení nitrácie (obvykle 20 - 30 minút) sa do zmesi pridá ďalšia vychladená voda. Nitroglycerín sa tím oddelí, opatrne sa zoberie z povrchu a niekoľkokrát sa premyje roztokom sódy (uhličitanu sodného), aby sa z neho odstránili zvyšky nitračných kyselín.
2.21 OKFOL
Používa sa na rôzne účely, pozostáva z 95 % HMX a 5 % vosku, detonačná rýchlosť je 8670 m/s.
2.22 Octol
Zmes 75 % HMX a 25 % TNT.
2.23 Oktogén
Oktogén, chemickým názvom cyklotetrametyléntetranitroamín, je veľmi silnou, bezpečnou trhavinou, označovanou také skratkou HMX (z angl. High Melting Point Explosive). Praktické využitie nachádza len v špeciálnych aplikáciách predovšetkým v zmesi s inými výbušninami. Detonačná rýchlosť je 9 100 m/s .
2.24 PLX
Tekutá výbušnina skladajúca sa z 95 % nitrometánu a 5 % diamínetylénu .
2.25 RDX
Chemickým názvom 1,3,5-cyklotrimetyléntrinitroamin je veľmi silnou, bezpečnou a často používanou trhavinou. Ako výbušnina vykazuje tieto základné vlastnosti:
Energie výbuchu: 1 390 kcal/kg, Detonační rýchlosť: 9 800 m/s
Objem spalných plynov: 910 l/kg, Teplota explózie: 3 400°C
Teplota výbuchu: 260 °C
