復(fù)合乳化劑對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響分析

鐘潔彬　馬建斌

摘要：單一乳化劑按照一定比例配比之后成為復(fù)合乳化劑。使用復(fù)合乳化劑制造乳化炸藥，能夠增加乳化炸藥的穩(wěn)定性。文章分析了乳化劑形成機(jī)理、影響乳化劑炸藥的因素，證明了復(fù)合乳化劑能夠提高乳化炸藥的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：復(fù)合乳化劑；乳化炸藥；穩(wěn)定性

1、引言

工業(yè)生產(chǎn)和工程建設(shè)中，經(jīng)常使用乳化炸藥。乳化炸藥的穩(wěn)定性，一直是炸藥行業(yè)和相關(guān)研究領(lǐng)域各人士較為關(guān)心的問題。傳統(tǒng)制備乳化炸藥的物質(zhì)，即span-80，由于各項性能不穩(wěn)定，使得乳化炸藥的性能得不到較好保障。乳化劑選好了、選恰當(dāng)了，能夠提高乳化炸藥的爆炸力和它的穩(wěn)定性；選不好乳化劑，會造成乳化炸藥不穩(wěn)定，爆炸力度弱。選擇合適的穩(wěn)定劑，主要看它的性能。不同的乳化劑在不同的環(huán)境下，有不同的反應(yīng)，選其中性能最好的乳化劑，才能提高乳化炸藥的穩(wěn)定性。

2、乳化劑形成機(jī)理

乳化劑中的親水基伸入水相、親油基伸入了油相之中，生成乳膠。所以乳膠的穩(wěn)定性跟親水基和親油基的親和能力有重要關(guān)系。親和能力較弱的話，雖然仍可生成乳膠，但是乳膠在長期貯存過程中，會發(fā)生乳化劑離開水油兩相的情況。造成乳化炸藥中乳膠粒子聚集，產(chǎn)生大顆粒液滴。沒有進(jìn)行乳化作用的油相水相，毫無疑問就會出現(xiàn)破乳和分層的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象，容易導(dǎo)致乳化炸藥的穩(wěn)定性大大降低，極有可能出現(xiàn)乳化炸藥拒爆的情況。分子結(jié)構(gòu)相近的兩種物質(zhì)，不容易發(fā)生排斥，相互之間的親和力比較好。[1]可以在乳化炸藥制造過程中，使用這種結(jié)構(gòu)的乳化劑，這樣就可以生產(chǎn)出性能較為穩(wěn)定的乳化炸藥。

3、影響乳化炸藥的因素

根據(jù)國內(nèi)外乳化劑方面的配比和現(xiàn)有的研究成果，設(shè)計出不同的配比方案。將復(fù)合蠟、機(jī)油和復(fù)合乳化劑作為復(fù)合油相材料，水相材料選擇硝酸銨、硝酸鈉以及水。再用化學(xué)發(fā)泡劑將所得的乳化基質(zhì)發(fā)泡。這樣就可以獲得不同種類的乳化炸藥。這樣配制出來的乳化炸藥雖然有不同之處，但造成它們不同的因素有：

3.1與形成復(fù)合油相的油膜厚度強(qiáng)度有關(guān)

在W/O結(jié)構(gòu)下，乳化炸藥不容易發(fā)生乳化液破壞過程。主要原因是，外部環(huán)境變化使得過飽和鹽溶液析出晶體。這類析出晶體的情況對整個油膜的破壞性是很強(qiáng)的。另外，油膜破裂可以讓分散相滴液合并起來。[2]油膜的破裂速度受界面張力的影響。油膜的厚度和強(qiáng)度增加，乳化劑的性能也相應(yīng)的增加。復(fù)合乳化劑的貯存更加穩(wěn)定了，整個乳化炸藥的穩(wěn)定性和爆轟性也就會得到相應(yīng)的提高。

3.2與形成復(fù)合乳化劑粘度有關(guān)

敏化氣泡能夠增加乳化炸藥的爆轟敏感度。油相材料組分有粘度，這種粘度可以幫助敏化氣泡進(jìn)行有效維持，還可以對乳化炸藥的外觀產(chǎn)生一定影響。在乳化炸藥使用過程中，如果恰好粘度不夠，則會導(dǎo)致敏化氣泡聚合在一起或者出現(xiàn)滿溢的現(xiàn)象，會對整個乳化炸藥性能造成影響，尤其對乳化炸藥的爆轟性有一定損失。復(fù)合乳化劑本身是相對分子質(zhì)量較大的物質(zhì)，能夠增加油相材料組合的粘度，還能增加炸藥的穩(wěn)定性，是一種更具優(yōu)勢的高分子乳化劑。炸藥性能穩(wěn)定，在使用過程則會有更好的爆轟。復(fù)合乳化劑能夠效用明顯的將乳化炸藥中可能會出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象的成分粘滯住。所以，乳化劑的粘度能夠?qū)θ榛ㄋ幍姆€(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。[3]

3.3與乳化劑分子結(jié)構(gòu)有關(guān)

Span-80是一種單一乳化劑，它的分子結(jié)構(gòu)比較小。單一乳化劑中的各個分子，在相互作用下產(chǎn)生排斥，并且在分子與分子之間形成了一定空隙。所以單一乳化劑乳化炸藥中，水分子從油膜的這些空隙中被擠壓出來，破乳現(xiàn)象常有發(fā)生。但是，如果將單一乳化劑換成復(fù)合乳化劑，情況正好會有很大改觀。復(fù)合乳化劑會使油膜分子的膜變厚變強(qiáng)，如果每一個油膜分子都增加厚度，那么油膜分子經(jīng)過堆積，無疑會使絮凝情況大大減少，乳化炸藥的穩(wěn)定性得到十足提升。由此可見，乳化劑的分子結(jié)構(gòu)對整個乳化劑甚至是乳化炸藥有很大影響。

4、復(fù)合乳化劑配比

乳化炸藥生產(chǎn)中，使用span-80的頻率比較高。因為它成乳快，而且可以為炸藥生產(chǎn)節(jié)省成本，所以是比較常見的乳化劑。雖然它在炸藥生產(chǎn)中使用廣泛，但仍然存在一定劣勢。因為span-80的分子質(zhì)量較小，所以油膜形成之后強(qiáng)度較弱。聚異丁烯二酸丁酸酐和多元醇，將二者進(jìn)行脂化反應(yīng)，可以生成聚烯基多元醇類。聚烯基多元醇是一種高分子醇胺乳化劑。它的內(nèi)部含有羥基和酯基，這二者都具有較強(qiáng)的親水性能，且乳化能力不賴。醇胺乳化劑的相對分子質(zhì)量比原有的span-80大，由它形成的油膜，其厚度和強(qiáng)度也比span-80的更有優(yōu)勢。[4]醇胺乳化劑正好可以彌補(bǔ)span-80的不足。在生產(chǎn)炸藥時，可以采用70%的醇胺乳化劑加30%的span-80的配比方式，配比出性能更優(yōu)的復(fù)合乳化劑。

5、復(fù)合乳化劑對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響

5.1高低溫環(huán)境下復(fù)合乳化劑性能變化，以及對乳化炸藥的影響

慣用的span-80具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性，所以在環(huán)境發(fā)生變化的時候，它的性能也會發(fā)生變化，導(dǎo)致乳化炸藥中的膠體狀態(tài)遭到破壞。考察不同種類的乳化炸藥樣品的穩(wěn)定性時，需要用高、低溫交替的方法。這種方法，主要是利用人為制造的兩個不同的環(huán)境，即高溫環(huán)境、低溫環(huán)境，對不同種類的乳化炸藥進(jìn)行循環(huán)的冷熱貯存實驗，促使乳化炸藥發(fā)生老化。在這個過程中對乳化炸藥的穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測。還能通過這個過程，對不同種類炸藥的配比方法和工藝等進(jìn)行一定比較。具體操作步驟是，先把它們放在-20℃的環(huán)境中，時長三個小時。再把它們放在50℃的環(huán)境中，也放三小時。這樣一冷一熱一個循環(huán)進(jìn)行測試，觀察人員要在這一過程中，用顯微鏡觀察樣品中是否析出晶體。[5]實驗過程中會析出硝酸鹽，而且不斷增多。觀察人員應(yīng)該在每一次循環(huán)試驗結(jié)束后，對乳膠基質(zhì)的電導(dǎo)率進(jìn)行記錄。重復(fù)實驗，能夠在反復(fù)實驗中顯示出良好性能樣品，說明它的穩(wěn)定性也比較好。

將醇胺乳化劑和span-80作為一種復(fù)合乳化劑，進(jìn)行高低溫循環(huán)實驗。由于醇胺乳化劑能夠幫助油膜增加厚度，所以硝酸鹽很難將其破壞。以此可以證明，這種復(fù)合乳化劑可以增強(qiáng)乳化炸藥的穩(wěn)定性。原因是：醇胺乳化劑的相對分子質(zhì)量較大，能夠使油相粘度增加，對絮凝現(xiàn)象有效抑制。

5.2復(fù)合乳化劑對乳化炸藥猛度、爆速的影響

炸藥在爆炸的時候，因為內(nèi)部各種材料發(fā)生反應(yīng)釋放了大量氣體，氣體膨脹到最大限度會沖破表面的束縛物。沖破的這一瞬間，溫度達(dá)到最高點、壓力到了最大限度，跟炸藥接觸的物體包括地面會受到強(qiáng)烈沖擊力，并發(fā)生破碎情況。這種破碎情況被人們用來定義炸藥的猛度。乳化炸藥的猛度，是它的一個重要的性能指標(biāo)。而乳化炸藥的爆速是一種爆轟參數(shù)，可以用簡單方法就能準(zhǔn)確測量出它的數(shù)值。根據(jù)炸藥的爆速和猛度，可以幫助觀察人員對乳化炸藥的穩(wěn)定性進(jìn)行判定。

復(fù)合乳化劑能夠在提高乳化炸藥穩(wěn)定性的同時，對其爆轟性也能產(chǎn)生影響。原因是：醇胺乳化劑的相對分子質(zhì)量較大，它能夠使乳化劑的粘度顯著增加，使得水油相能被油膜很好的包覆，促進(jìn)了乳化炸藥中水油相更好的結(jié)合。最終保證了乳化炸藥的爆轟性能。

結(jié)束語：

復(fù)合乳化劑由兩種結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)構(gòu)成，不容易發(fā)生排斥反應(yīng)。穩(wěn)定的高分子乳化劑能夠?qū)⒂湍さ暮穸群蛷?qiáng)度大大提高，即使鹽水溶液在外部環(huán)境作用下發(fā)生變化析出晶體時，油膜也能將其包裹住。這為乳化炸藥的性能帶來了保障。

參考文獻(xiàn)：

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[4]殷雅婷，劉勇，葛茜云. 復(fù)合乳化劑對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響研究[J]. 廣州化工，2014，13：32-34.

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