Існує декілька різновидів сучасних сірників. За призначення розрізняють сірники звичайного вжитку, вологотривкі (для використання, наприклад, у тропіках), вітрові (які можна запалювати на вітру) і т. д. Здебільшого сучасні сірники виготовляють у вигляді дерев’яної палички (соломки) з голівкою, для запалювання якої використовується тертя об намазку (терку), яка нанесена на боки сірникової коробки.
У якості деревини для виготовлення сірників, як правило, використовується осина і іноді липа. Для виготовлення заготовок сірників з дерев’яного чурбака знімають кору, а потім спеціальним ножем по спіралі зрізують стрічку, яку розрубують на сірникову соломку. Згоряння сірників – непростий процес. Наприклад, необхідно, щоб під час горіння утворювався залишок, який має не тліти і на якому повинен триматися шлак від згорілої голівки. Необхідність останнього пояснюється бажанням убезпечити споживача від пропалювання одягу розжареним шлаком. А ось тліючий залишок від соломки представляє собою справжню пожежну небезпеку. Для усунення тління і закріплення шлаку соломку просочують речовинами, які під час горіння утворюють на її поверхні плівку. Завдяки цій плівці припиняється горіння сірникового залишку. Вона ж закріплює шлак від голівки. У якості протитліючих речовин використовують фосфатну кислоту або амонію гідрогенфосфат (NH4)2HPO4.
Для забезпечення ефективного переходу полум’я від голівки до соломки останню біля голівки просочують розтопленим парафіном. Парафін легко спалахує і дає яскраве полум’я, що важливо, якщо сірник використовують як джерело світла. Крім того, він має велику теплотвірну здатність, безпечний у зберіганні, не виділяє під час горіння кіптяви, диму або шкідливих газів.
За період історії сірників була розроблена велика кількість рецептур запальнювальних сумішей їх голівок. Сучасні голівки сірників є багатокомпонентними системами. До їх складу входять: окисники (KClO3, K2Cr2O7, MnO2), які дають кисень, необхідний для горіння; горючі речовини (сірка, тваринні та рослинні жири, сесквісульфід фосфору P4S3); наповнювачі – речовини, які усувають вибуховий характер горіння голівки (дроблене скло, Fe2O3); склеювальні речовини (клеї), які одночасно є горючими; стабілізатори кислотності (ZnO, CaCO3); речовини, які забарвлюють сірникову масу у певний колір (органічні та неорганічні барвники).
За кількістю кисню, яка виділяє одна масова одиниця, K2Cr2O7 поступається KClO3, однак запалювальні суміші, які містять першу речовину, загоряються значно легше і утворюють шлак кращої якості.
Небажаною є підвищена кислотність запалювальної суміші, оскільки вона сприяє протіканню побічних процесів. Тому до неї додають оксид цинку та крейду.
Піролюзит (мангану діоксид) MnO2 виконує подвійну роль – він є джерелом кисню і водночас каталізатором розкладання бертолетової солі. Ферум(ІІІ) оксид Fe2O3 (залізний сурик) також виконує дві функції. Він є мінеральною фарбою (має колір іржі) та суттєво знижує швидкість горіння маси, роблячи його більш спокійним.
Цікаво, що температура горіння сірникової голівки досягає 1500 оС, що вище за температуру плавлення, таких металів, як алюміній, срібло, мідь, а от температура їх запалювання лежить в межах 180–200 оС.
Фосфорна маса (намазка або терка) теж є багатокомпонентною. Її наносять на бічні сторони сірникової коробки. До складу намазки входять: червоний фосфор, стибій(ІІІ) сульфід Sb2S3; залізний сурик Fe2O3, піролюзит MnO2, CaCO3, клей.
Вважають, що під час тертя голівки об намазку тепловий імпульс направлений в основному не на нагрівання запалювальної суміші до температури запалювання, а на сублімацію червоного фосфору. У результаті сублімації червоного фосфору утворюється білий, який за контакту з киснем повітря легко спалахує з виділенням великої кількості тепла.
Важливою характеристикою якості сірників є легкість запалювання головки сірника об терку. Цей показник називають чутливістю сірників. Сірники з дуже високою чутливістю здатні запалюватись внаслідок тертя об неактивні шорсткі поверхні і тому не відповідають вимогам безпеки. Вони можуть самозапалюватись під час перевезення внаслідок тертя голівок одна об одну. Дослідом встановлено, що чутливість сірників залежить від співвідношення окисників і відновників у запалювальній суміші та від складу намазки. Температура запалювання запалювальної маси має менше значення, ніж голівки.
Цікаво, що за багатьох недоліків, сірники, які містили білий фосфор, мали й суттєву перевагу – вони легко запалювались тертям об будь-яку шорстку поверхню. Цю властивість можна надати й звичайним сірникам введення у їх голівку трисульфіду тетрафосфору P4S3. Такі сірники називаються сесквісульфідними або скорочено сесквісірниками.
Особливим сортом сірників є вітрові. Їх можна використовувати за сили вітру 10–12 балів. Тривалість горіння таких сірників складає 5–10 с. На відміну від звичайних сірників, вітрові мають подовжену голівку (10–12 мм). Для збільшення часу горіння до складу голівки вводять крохмаль. Для підсилення вібростійкості сірників (до 12 балів) до складу голівки вводять нафталін.
Під час виготовлення вологостійких сірників їх голівки вкривають нітроцелюлозою плівкою.
Незважаючи на солідний вік сірники, як мобільний засіб одержання вогню і до тепер не втратили своєї популярності. Їх широко використовують як у розвинених, так і у бідних країнах. Світове виробництво сірників складає біля 30 млрд. коробок. Враховуючи, що на виготовлення однієї коробки витрачається біля 1 г сірникової маси, стає зрозумілим, що її витрати у світовому масштабі складають десятки тисяч тон на рік.
Варто відмітити, що реакції, які відбуваються під час згоряння сірника, – одні з найбільш бурхливих хімічних процесів. У великому масштабі вони є й одними з найбільш небезпечних. Тому хімічне виробництво сірників (які хоча й називаються вони безпечними) вимагає пильного та поважного ставлення та не прощає недбалості.
Олексій ПИЛИПЕНКО
