基于復(fù)合乳化劑的乳化炸藥的性能研究

陳 寧

（貴陽(yáng)久聯(lián)化工有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550025）

基于復(fù)合乳化劑的乳化炸藥的性能研究

陳 寧

（貴陽(yáng)久聯(lián)化工有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550025）

采用高分子醇胺乳化劑和Span-80制成復(fù)合乳化劑，考察其對(duì)乳化炸藥性能的影響。結(jié)果表明：對(duì)于乳化炸藥的穩(wěn)定性和爆轟性能，使用復(fù)合乳化劑要優(yōu)于單一乳化劑。復(fù)合乳化劑中醇胺乳化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%、Span-80質(zhì)量分?jǐn)?shù)為為30%時(shí)，乳化炸藥的穩(wěn)定性和爆轟性能較優(yōu)。

乳化炸藥；復(fù)合乳化劑；穩(wěn)定性；爆轟性能

乳化炸藥因其具有抗水性好和爆轟感度強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得其在民爆行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。但從熱力學(xué)角度來(lái)看，乳化炸藥屬于高分散相的不穩(wěn)定體系，長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存時(shí)，乳化炸藥容易出現(xiàn)分散相的聚集、破乳、變形、分層以及喪失爆轟能力等現(xiàn)象［1］，這大大影響了乳化炸藥的使用性能。因此提高乳化炸藥的穩(wěn)定性和爆轟性能，對(duì)其應(yīng)用有非常重要的作用。

選擇合適的乳化劑并優(yōu)化其用量，能夠顯著提高乳化炸藥的穩(wěn)定性［2］。目前，常用的乳化劑有以 Span-80為代表的脂肪酸酯類、以 T152、T154為代表的聚異丁烯丁二酸酐衍生物和復(fù)合乳化劑［3］。有研究表明，復(fù)合乳化劑制得的乳化炸藥穩(wěn)定性好于單一乳化劑［4-5］。本文采用一種新型醇胺乳化劑與 Span-80復(fù)合，制成復(fù)合乳化劑，考察其對(duì)乳化炸藥穩(wěn)定性能和爆轟性能的影響。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 乳化劑的配比

Span-80成乳能力較強(qiáng)，且生產(chǎn)成本低，在乳化炸藥生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但由于相對(duì)分子質(zhì)量較小，形成的油膜強(qiáng)度較小，以致乳化炸藥的穩(wěn)定性較差。新型的醇胺乳化劑是采用聚異丁烯二酸丁二酸酐與多元醇發(fā)生酯化反應(yīng)生產(chǎn)的聚烯基多元醇類高分子乳化劑，其中具有親水性較強(qiáng)的羥基和酯基，乳化能力較強(qiáng)，且相對(duì)分子質(zhì)量較大，乳化形成的油膜強(qiáng)度較大。本研究將二者按不同比例復(fù)合使用，考察其對(duì)乳化炸藥穩(wěn)定性的影響。乳化劑配比見表1。

表1 復(fù)合乳化劑的配比Tab.1 Ratio of com posite emulsifier

1.2 乳化炸藥的制備

按照NH4NO370%～80%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、NaNO311%～15%、Ca（NO3）26%～15%的比例加入到水中，加熱至120℃，制成水相。將復(fù)合蠟、機(jī)油以及復(fù)合乳化劑按照一定比例制得油相。將乳化器轉(zhuǎn)速控制在300 r／min，把水相緩慢加入到油相中，再調(diào)整轉(zhuǎn)速至 1 600r／min，水相完全融入油相后形成乳膠基質(zhì)。再采用化學(xué)發(fā)泡劑進(jìn)行發(fā)泡處理，便制得乳化炸藥。

1.3 乳化炸藥性能測(cè)試

高低溫循環(huán)試驗(yàn)。因乳膠基質(zhì)具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性，環(huán)境溫度變化可以導(dǎo)致乳化炸藥的膠體狀態(tài)被破壞，所以，用高低溫循環(huán)試驗(yàn)考察其穩(wěn)定性［6］。把制得的乳化炸藥放在 -20℃條件下保持3h，再放置在50℃下保持3 h，一冷一熱作為一次循環(huán)試驗(yàn)，而后觀察是否有晶體析出。同時(shí)，乳膠基質(zhì)被破壞后，表面析出的硝酸鹽開始增多，電

導(dǎo)率隨之增加，所以每次循環(huán)后，用電導(dǎo)率儀測(cè)定乳膠基質(zhì)的電導(dǎo)率。

對(duì)于乳膠基質(zhì)被破壞后析出的硝酸銨，可以用滴定的方法進(jìn)行測(cè)定。甲醛與銨鹽能夠發(fā)生如下反應(yīng)：

以酚酞為指示劑，用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，可以按（2）計(jì)算出溶液中銨鹽的含量。

式中，w為單位質(zhì)量硝酸銨的析出量，%；c為NaOH溶液的濃度，mol／L；V為試樣溶液消耗NaOH溶液的體積，mL；V0為空白溶液消耗 NaOH溶液的體積，mL；0.08004為硝酸銨的摩爾質(zhì)量，g／mmol；m為試樣質(zhì)量，g。

爆轟性能測(cè)試主要包括：爆速、猛度、作功距離及殉爆距離等，是乳化炸藥量化使用性能的重要指標(biāo)。將不同配比復(fù)合乳化劑制得的乳化炸藥裝入Φ32×160mm的藥管中，裝藥密度為1.13～1.16 g／cm3，按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試其爆速、猛度、作功距離及殉爆距離等指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 高低溫循環(huán)試驗(yàn)

乳化炸藥經(jīng)不同次數(shù)的高低溫循環(huán)試驗(yàn)后，用電導(dǎo)儀測(cè)乳膠基質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，結(jié)果見表2。

表2 高低溫循環(huán)試驗(yàn)后乳膠基質(zhì)溶液的電導(dǎo)率Tab.2 conductivity of emu lsion matrix solution after temperature cycling

由表2可知，5種試樣的電導(dǎo)率都隨著高低溫循環(huán)次數(shù)的增加而增大；在相同循環(huán)次數(shù)條件下，電導(dǎo)率隨之復(fù)合乳化劑中醇胺乳化劑含量的增大呈先減小后增大的趨勢(shì)，4號(hào)試樣的電導(dǎo)率最小。

對(duì)高低溫循環(huán)后乳膠基質(zhì)溶液中硝酸銨的析出量進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見表3。

由表 3可知，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，每個(gè)試樣中硝酸銨的析出量都隨之增加，其中 4號(hào)式樣析出的硝酸銨含量最低。

表3 高低溫循環(huán)后乳膠基質(zhì)中硝酸銨的析出量Tab.3 Precipitation amount of ammonium nitrate from emulsionmatrix solution after temperature cycling

以4號(hào)式樣為例，乳膠基質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與硝酸銨析出量隨著高低溫循環(huán)次數(shù)的增加其變化趨勢(shì)有一定的一致性。因?yàn)槿槟z基質(zhì)經(jīng)過(guò)高低溫循環(huán)后，發(fā)生破乳，導(dǎo)致包括硝酸銨在內(nèi)的硝酸鹽析出，使得溶液的電導(dǎo)率提高。由于硝酸銨的強(qiáng)電解質(zhì)，其析出量在一定程度上能夠影響電導(dǎo)率的大小，但溶液中還有硝酸鈉、硝酸鈣等的析出，所以二者變化規(guī)律并不是完全一致［7］。

由表2、表3可知，采用復(fù)合乳化劑制得乳化炸藥的穩(wěn)定性要高于單一乳化劑，其中4號(hào)式樣醇胺乳化劑占70%，Span-80乳化劑占30%，制得的乳化炸藥穩(wěn)定性最好。其原因是：乳化炸藥的穩(wěn)定性主要是由乳化劑的親油基與油相之間、親水基與水相之間的親和力決定，親和力越強(qiáng)，所制得乳化炸藥的穩(wěn)定性也就越強(qiáng)；采用醇胺乳化劑和 Span -80復(fù)合使用時(shí)，因醇胺乳化劑是高分子乳化劑，能夠增加復(fù)合油相中的油膜厚度和強(qiáng)度，不容易被分散相中的硝酸鹽破壞，從而能提高乳化炸藥的穩(wěn)定性；油相的粘稠度對(duì)保持乳化炸藥的外觀和敏化氣泡都有著重要作用，醇胺乳化劑具有高分子結(jié)構(gòu)，采用復(fù)合乳化劑的乳化炸藥油相粘度大于單一乳化劑，從而能夠?qū)π跄F(xiàn)象的產(chǎn)生起到抑制作用，從而提高穩(wěn)定性。4號(hào)式樣的穩(wěn)定性高于5號(hào)，主要與乳化劑的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，5號(hào)采用單一的醇胺乳化劑，兩種乳化劑復(fù)合使用，界面膜上更容易實(shí)現(xiàn)乳化劑分子的緊密堆積，能形成具有立體結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，這樣乳膠基質(zhì)中的分子就不易凝結(jié)，從而有利于穩(wěn)定性的提高。

2.2 爆轟性能測(cè)試

復(fù)合乳化劑制得乳化炸藥的爆轟性能測(cè)試結(jié)

果見表4。由表 4可知，隨著復(fù)合乳化劑中醇胺乳化劑比例的增大，乳化炸藥的各項(xiàng)爆轟性能指標(biāo)均有不同程度的上升，但使用 4號(hào)復(fù)合乳化劑的乳化炸藥整體爆轟性能優(yōu)于使用單一醇胺乳化劑的 5號(hào)試樣。

表 4 乳化炸藥的爆轟性能Tab.4 Detonation performance of emulsion exp losive

采用復(fù)合乳化劑制得乳化炸藥的爆轟性能比較高的原因是：醇胺乳化劑分子量更大，隨著其比例的增加，復(fù)合乳化劑粘度增高，使得油相和水相能更好地包覆，乳化能更加完全，且復(fù)合乳化劑中含有的親水基、親油基的種類更多，從而提高了乳化炸藥油相和水相結(jié)合的程度，使得連續(xù)相的界面膜不容易被破壞，從而提高乳化炸藥的爆轟性能。

3 總結(jié)

乳化劑對(duì)乳化炸藥的穩(wěn)定性能和爆轟性能影響都比較大。本文采用新型高分子醇胺乳化劑與Span-80乳化劑按照不同的比例復(fù)合使用，考察了其對(duì)乳化炸藥性能的影響，結(jié)果表明：

1）相比單一乳化劑，醇胺乳化劑和 Span-80，按照適當(dāng)比例復(fù)合使用的乳化劑能夠降低乳化炸藥在高低溫循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的電導(dǎo)率和硝酸銨析出量，且二者變化具有一定程度的一致性，能提高乳化炸藥的穩(wěn)定性能，較優(yōu)的比例為醇胺乳化劑占70%、Span-80占30%。

2）復(fù)合乳化劑親水基、親油基的種類和數(shù)量更多，能夠提高乳膠基質(zhì)中油相和水相結(jié)合的程度，從而提高乳化炸藥的爆轟性能，綜合對(duì)比5個(gè)試樣，由比例為醇胺乳化劑占70%、Span-80占30%乳化劑制得的乳化炸藥爆轟性能較優(yōu)。本研究為復(fù)合乳化劑在乳化炸藥工業(yè)生產(chǎn)中的推廣提供了一定的借鑒。

［1］ 俞蓉.乳化炸藥的穩(wěn)定性檢測(cè)方法在工廠的應(yīng)用［J］.貴州化工，2013，38（3）：24-25，28.

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［3］ 李德平.乳化炸藥用乳化劑的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.煤礦爆破，2010（3）：31-33.

［4］ 李冰，胡坤倫，羅寧.復(fù)合乳化劑對(duì)提高乳化炸藥穩(wěn)定性的初步研究［J］.火工品，2007（3）：37-39.

［5］ 黃鐵飛，榮光富，楊曙光，等.乳化劑對(duì)混裝乳化炸藥質(zhì)量性能的影響及實(shí)踐應(yīng)用［J］.爆破器材，2010，39（2）：14-16.

［6］ 楊仁樹，胡坤倫.幾種表征乳化炸藥穩(wěn)定性方法的實(shí)驗(yàn)研究［J］.煤礦爆破，2007（2）：1-4.

［7］ 黃麗媛，張國(guó)虎，湯代紅.乳化炸藥穩(wěn)定性測(cè)試方法研究［J］.爆破器材，2013，42（2）：34-36.

Study on the Properties of Emulsion Explosives Based on Composite Emulsifiers

CHEN Ning

（Guiyang Jiulian Chemical Co.，Ltd.，Guiyang 550025，China）

This paper presented a new polymeric alcohol amine and Span-80 composited emulsifier，and studied their effect on the properties of emulsion explosive，the research showed that：the stability and detonation performance of composite emulsifier are better than those of the single emulsifier，the stability of emulsion explosive and detonation performance is betterwith alcoholam ine accounted for 70%and Span-80 accounted for 30%.

emulsion explosive；composite emulsifier；stability；detonation performance

TQ56

A

1004-275X（2015）02-0021-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2015.02.006

收稿：2015-01-13

陳寧（1971-）男，山東招遠(yuǎn)人，高級(jí)工程師，主要從事民爆用乳化炸藥的生產(chǎn)工藝。