聚丙烯酸丁酯的合成及性能

羅強章

（貴陽久聯(lián)化工有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550026）

乳化炸藥行業(yè)所使用的高分子材料主要有聚異丁烯丁二酸衍生物乳化劑以及一些高分子化合物（如聚丙烯、聚乙烯等）[1]。聚異丁烯丁二酸衍生物乳化劑主要為聚異丁烯丁二酰亞胺[2]，聚異丁烯丁二酸三乙醇胺酯[3]，聚異丁烯丁二酸山梨醇酯[4]，聚異丁烯丁二酸聚乙二醇酯[5]，聚異丁烯丁二酸季戊四醇酯[6]等。聚異丁烯丁二酸衍生物在乳化炸藥制備以及儲存過程中主要起到，降低界面張力，提高乳化效果以及提供空間位阻，提高儲存穩(wěn)定性，但由于價格較高，在復(fù)合油相中添加量受到限制。

高分子化合物如聚丙烯、聚乙烯等在乳化炸藥中能夠提高油包水油膜的強度，但滴熔較高，黏稠度過高，僅能少量添加，否則導(dǎo)致復(fù)合油相滴熔點、黏度偏高，所起的作用有限。

針對解決這些問題，以丙烯酸丁酯為主要原料，偶氮異丁氰為引發(fā)劑，經(jīng)過聚合反應(yīng)合成聚丙烯丁酯（PBA）高分子聚合物，目標(biāo)是得到滴熔點、黏度符合要求高分子聚合物，能夠添加到復(fù)合油相中，代替聚異丁烯丁二酸衍生物乳化劑，進一步降低復(fù)合油相綜合成本并且制備儲存穩(wěn)定性滿足要求的乳化炸藥。

1 試驗部分

1.1 主要試劑與儀器

丙烯酸丁酯（BA） （AR），濟南正康化工有限公司；二甲苯（AR），山東得彥化工有限公司；偶氮二異丁腈（AR），山東佰仟化工有限公司。

多功能攪拌器（D-0841型），天津市華興科學(xué)儀器廠；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（R-201型），上海申順生物科技有限公司；四位數(shù)電子天平（AL104型），梅特勒托利儀器 (上海)有限公司；恒溫油浴鍋（HH-W0），上海貝侖儀器設(shè)備有限公司。

1.2 丙烯酸丁酯高分子聚合物制備

將250mL四口燒瓶洗凈并干燥后，加入一定量的丙烯酸丁酯和80mL二甲苯溶液,接著加入丙烯酸丁酯質(zhì)量的0.4%的引發(fā)劑，70℃反應(yīng)10h，反應(yīng)過程采用氮氣保護，反應(yīng)結(jié)束后將聚合物在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中進行減壓旋蒸除去溶劑二甲苯，減壓干燥得到黏稠流動液體聚丙烯酸丁酯。

1.3 乳化復(fù)合油相制備

1.3.1 聚異丁烯丁二酰亞胺（T152）體系

聚異丁烯丁二酰亞胺（T152）體系乳化復(fù)合油相配方按照T152乳化劑10%，SP-80乳化劑30%，復(fù)合蠟60%質(zhì)量比進行制備，產(chǎn)品記作A1。

1.3.2 聚丙烯酸丁酯（PBA）體系

聚丙烯酸丁酯（PBA）體系乳化復(fù)合油相配方按照PBA聚合物10%，SP-80乳化劑35%，復(fù)合蠟55%質(zhì)量比進行制備，產(chǎn)品記作B1。

1.4 乳化炸藥穩(wěn)定性能

通過高低溫循環(huán)法[7]來測定乳化炸藥的儲存穩(wěn)定性，乳化炸藥基質(zhì)配方質(zhì)量比為：硝酸銨74%，硝酸鈉10%，水10%，復(fù)合油相6%。乳化炸藥基質(zhì)制備工藝為：將硝酸銨、硝酸鈉加入水中，加熱溶解形成水相，溫度控制在95～105℃左右；將乳化劑、復(fù)合蠟加熱熔化形成油相，溫度控制在90～100℃左右，緩慢地把水相加入到油相中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在1350 r/min初乳化，在2000 r/min精乳化。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚丙烯酸丁酯理化指標(biāo)

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8026-2014石油蠟和石油脂滴熔點測定法和GB/T 265-1988石油產(chǎn)品運動黏度測定法和動力黏度計算法，測試樣品的滴熔點與運動黏度。

測得聚丙烯酸丁酯（PBA） 為75.8℃，低于90℃（油相制備溫度），而聚乙烯蠟滴熔點大于100℃，說明聚丙烯酸丁酯聚合物比聚乙烯蠟高分子材料更加適合用于制備乳化炸藥。測得聚丙烯酸丁酯運動黏度為354.6mm2/s，高分子乳化劑152為312.5 mm2/s，兩者運動黏度相當(dāng)。測試結(jié)果表明聚丙烯酸丁酯（PBA）聚合物具有高分子乳化劑152相當(dāng)?shù)倪\動黏度，而具有合適滴熔點，理化指標(biāo)滿足乳化復(fù)合油相原材料的要求。

2.2 乳化炸藥基質(zhì)性能

由表1可知，由聚丙烯酸丁酯（PBA） 制備的乳化復(fù)合油相的乳化效果、發(fā)泡效果與穩(wěn)定性能與聚異丁烯丁二酰亞胺（T152） 的總體相當(dāng)，結(jié)果表明，可由PBA代替制備復(fù)乳化復(fù)合油。

2.3 兩種乳化復(fù)合油相成本對比

復(fù)合油相A1，T152乳化劑、Span-80乳化劑、復(fù)合蠟的價格分別是16000、10000、7500元/噸，其質(zhì)量比分別為10%、30%、60%，則原料成本為9100元/噸。復(fù)合油相B1，PBA聚合物、Span-80乳化劑、復(fù)合蠟價格分別是10000、10000、7500元/噸，其質(zhì)量比分別為 10%、35%、55%，則原料成本為8625，明顯低于A1成本，更具有市場推廣價值。

表1 乳化炸藥基質(zhì)性能Tab.1 The performance of emulsion explosives

3 結(jié)語

1）聚丙烯酸丁酯（PBA）滴熔點、運動黏度指標(biāo)滿足乳化復(fù)合油相原材料的要求；2）聚丙烯酸丁酯（PBA）制備的乳化復(fù)合油相的性能指標(biāo)與T152制備的差異不大，符合乳化復(fù)合油相產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求；3） 聚丙烯酸丁酯（PBA） 制備的乳化復(fù)合油相的乳化性能與穩(wěn)定性能與T152的總體相當(dāng)，而且成本更低，更具有市場推廣價值。