新型聚異丁烯丁二酰亞胺乳化劑的合成及其性能

2020-08-21 12:12:00羅強章

廣州化工 2020年15期

羅強章

(貴陽久聯化工有限責任公司，貴州貴陽 550026)

目前聚異丁烯丁二酸酐衍生物乳化劑廣泛用于乳化炸藥行業，這種乳化劑行業上習慣稱為高分子乳化劑，其中較為常用為丁二酰亞胺型以及酯型高分子乳化劑。丁二酰亞胺類高分子乳化劑采用聚異丁烯丁二酸酐(烯酐)與三乙烯四胺、四乙烯五胺或兩種混合物進行反應得到，其缺陷是產物結構難以確定以及成乳能力相對較差[1-2]。酯型高分子乳化劑采用聚異丁烯丁二酸酐(烯酐)與多元醇如聚乙二醇、三乙醇胺、季戊四醇、山梨醇[2-6]等進行反應得到，其優點是儲存穩定性較好，但存在產物結構難以確定以及所制備炸藥基質相對較軟的問題。

目前行業常用高分子乳化劑產物結構難以確定的原因是親水基為多元醇或多元胺而親油基烯酐屬于多元酸，進行反應后得到多種化合物結構產品。以聚異丁烯丁二酸酐，N-羥乙基-乙二胺為主要原料，經過酰亞胺化合成新型聚異丁烯丁二酰亞胺型高分子乳化劑，目標產物具有酰亞胺、胺基、羥基三類極性官能團，目標產物結構基本能夠確定，而且結構中含有羥基、胺基等官能團，比目前丁二酰亞胺高分子乳化劑(T劑)親水性更好，更易成乳。

1 實驗

1.1 主要試劑與儀器

聚異丁烯丁二酸酐(工業級)，無錫南方石油添加劑有限公司；T152(工業級)，蘭州博瑞達化工科技有限公司；基礎油SN150(工業級)，茂名正茂石化有限公司；聚甘油(工業級)，山東濱州金盛新材料科技有限責任公司；異丙醇(AR)、N-羥乙基-乙二胺(AR)、正辛烷(AR)，國藥集團化學試劑有限公司。

IR400紅外光譜儀，天津港東公司；FA1604電子天平，上海精天電子儀器有限公司；SHB-Ⅲ型循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司。

1.2 聚異丁烯丁二酸衍生物乳化劑合成

1.2.1 新型聚異丁烯丁二酰亞胺乳化劑的合成

將N-羥乙基-乙二胺加到滴液漏斗中，將聚異丁烯丁二酸酐投入250 mL裝有滴液漏斗、攪拌器、分水器、溫度計的四口燒瓶中，并加入適量正辛烷作為溶劑，其中，N-羥乙基-乙二胺與聚異丁烯丁二酸酐的摩爾比為1.1∶1.0；將體系溫度升至60～80 ℃，緩慢滴加N-羥乙基-乙二胺，待滴加完畢后，將體系溫度升至120～140 ℃，繼續攪拌反應約4～6 h，結束反應。反應結束后，采用異丙醇萃取剩余N-羥乙基-乙二胺，采用旋轉蒸發除去溶劑正辛烷，采用真空干燥后得到產品PA。

1.2.2 聚異丁烯丁二酸聚甘油酯乳化劑的合成

聚異丁烯丁二酸聚甘油酯，根據參考文獻[7]所述的合成方法進行，以聚異丁烯丁二酸酐和六聚聚甘油為原料、正辛烷為溶劑、對甲基苯磺酸為催化劑合成聚異丁烯丁二酸聚甘油酯，并按照該參考文獻所述的方法，以異丙醇為溶劑萃取剩余六聚甘油、采用旋轉蒸發除去溶劑正辛烷，采用真空干燥后得到產品PB。

1.3 乳化性能表征

1.3.1 乳化性能

乳化炸藥用高分子乳化劑的乳化性能的表征，常用的方法是參考乳化炸藥基質水油相配方，但乳化劑使用量約為正常用量的50%左右，并且僅使用高分子乳化劑，實驗過程中，調節乳化設備轉速，觀察乳液乳化情況來評價高分子乳化劑的乳化性能。

乳化基質配方為：高分子乳化劑，1.0%；乳化復合蠟，5%；H2O，10.0%；NaNO3，10.0%；NH4NO3，74.0%。

乳化基質制備方法：將油相材料高分子乳化劑、復合蠟加熱熔化，控制溫度在90～100 ℃，將水相材料硝酸鈉以及硝酸銨加入水中，緩慢加熱溶解，控制溫度在95～105 ℃；緩慢把水相材料加入到油相材料中，調節乳化設備的轉速，觀察乳液的乳化現象。

相比于其他研究機構，我國高校不僅擁有更多的科技成果，而且存在更多的技術轉移轉化困難。因此，本文所選的研究主題就是高校科技成果的轉化，主要是對高校科技成果轉化存在的問題進行深入分析，以此在其中找出進一步加快推進其轉化的一些行之有效的對策，從而使得整個社會在科技成果轉化上進一步加快，為經濟發展注入新的活力。

1.3.2 乳化炸藥穩定性能

通過高低溫循環法[8]來測定乳化炸藥的儲存穩定性，乳化炸藥基質的配方為：高分子乳化劑，1.0%；SP-80乳化劑，1.0%；乳化復合蠟，4%；H2O，10.0%；NaNO3，10.0%；NH4NO3，74.0%。

乳化基質制備工藝：將油相材料高分子乳化劑、復合蠟加熱熔化，控制溫度在90～100 ℃，將水相材料硝酸鈉以及硝酸銨加入水中，緩慢加熱溶解，控制溫度在95～105 ℃；緩慢把水相材料加入到油相材料中，在1200 r/min下進行初乳化，在1500 r/min下進行精乳化，并觀察基質的乳化現象。

2 結果與討論

2.1 產品的結構表征

圖1為原材料聚異丁烯丁二酸酐的紅外光譜圖，2960.5 cm-1和2894.4 cm-1附近出現的吸收峰為產品結構中聚異丁烯甲基和亞甲基的伸縮振動吸收峰，1866.1 cm-1和1786.9 cm-1附近的吸收峰為五元環狀酸酐的特征吸附峰。

圖1 聚異丁烯丁二酸酐的紅外光譜圖

圖2為聚異丁烯丁二酰亞胺乳化劑產品的紅外光譜圖，與圖1相比，最大的區別是3348.5 cm-1附近出現一組寬范圍吸收峰，為羥基(OH)以及氨基(NH)的吸收峰，五元環狀酸酐的特征吸附峰(1866.1 cm-1和1786.9 cm-1附近的吸收峰)消失而出現了丁二酰亞胺五元環的特征吸收峰(1772.3 cm-1和1700.2 cm-1附近的吸收峰)，說明合成了含羥基以及氨基的丁二酰亞胺類乳化劑。此外，圖譜中在1740～1750 cm-1沒有出現酯基基團的特征吸收峰以及1650 cm-1附近沒有酰胺基團特征吸收峰，說明產品主要成分為聚異丁烯丁二酰亞胺類化合物。

圖2 新型聚異丁烯丁二酰亞胺乳化劑的紅外光譜圖

2.2 乳化性能表征

2.2.1 乳化性能

表1 乳化性能

由表1可知，傳統高分子乳化劑T152的乳化性能較差，而新型聚異丁烯丁二酰亞胺乳化劑(PA)乳化性能較為優良，即能在600 r/min轉速下起乳，在1350 r/min轉速下形成粘稠乳狀液，而T152在600 r/min轉速下不能起乳，在2000 r/min轉速下僅能形成較稀的乳狀液；此外，由表1可知，PA和PB乳化性能相當，說明所合成的新型聚異丁烯丁二酰亞胺乳化劑(PA)能夠達到酯類乳化劑的效果。

2.2.2 乳化炸藥基質性能