高分子酯類乳化劑在乳化炸藥中的應(yīng)用

劉永明

（山西同德化工股份有限公司，山西 忻州 036599）

引 言

乳化炸藥是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種工業(yè)炸藥，氧化劑鹽類水溶液的微滴借助乳化劑的作用，均勻分散在含有分散氣泡或空心玻璃微珠等多孔物質(zhì)的油相連續(xù)介質(zhì)中，形成一種油包水型（W/O）特殊乳化體系［1］。乳化劑是乳化炸藥的關(guān)鍵組分，雖然在乳化炸藥中只占2%左右，但在乳化炸藥制備過程中的作用相當(dāng)重要，它對乳化炸藥的爆轟性能和穩(wěn)定性有顯著的影響［2-5］。

目前，乳化炸藥使用的乳化劑主要有Span-80、聚異丁烯丁二酸酐衍生物及復(fù)合乳化劑［6］。Span-80的油溶性好，易成乳，但乳化劑的消耗量相對較大［7］；聚異丁烯丁二酸酐衍生物能夠形成穩(wěn)定的界面膜，制備的乳化炸藥具有較好的穩(wěn)定性［8］；復(fù)合乳化劑由2種或2種以上乳化劑相互混合而成，乳化時(shí)能夠相互補(bǔ)充促進(jìn)，改善乳化性能，在儲存穩(wěn)定性方面有顯著作用［9］。

聚異丁烯丁二酸酐衍生物由于其優(yōu)良的成乳能力及儲存穩(wěn)定性，被大量應(yīng)用于乳化炸藥的生產(chǎn)［10］。其中，聚異丁烯丁二酸酐酯類乳化劑在近年來倍受重視。例如，謝麗、郭曉晶等［11-12］利用聚異丁烯丁二酸酐與三乙醇胺、山梨醇反應(yīng)，張少明等［13］利用聚異丁烯丁二酸酐與季戊四醇反應(yīng)，Hollingshurst等［14］利用聚異丁烯丁二酸酐與甘油反應(yīng)，制備聚異丁烯丁二酸酐酯類乳化劑。研究表明，此類乳化劑具有較好的成乳能力和儲存穩(wěn)定性。

目前，對聚異丁烯丁二酸酐酯類乳化劑的研究多在于利用聚異丁烯丁二酸酐與多羥基化合物反應(yīng)制取含有羥基的乳化劑，本文就該類乳化劑在乳化炸藥中的應(yīng)用情況進(jìn)行了比較，探索此類乳化劑的應(yīng)用前景。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及儀器

聚異丁烯丁二酸酐（PIBSA），遼寧天合精細(xì)化工股份有限公司；三乙醇胺、甘油，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；季戊四醇、山梨糖醇，成都科龍化工試劑廠。

Brook WU-DA71SK型乳化器；Brookfield DV-Ⅱ黏度儀。

1.2 聚異丁烯丁二酸酐酯類乳化劑

［11-14］，選取PIBSA以摩爾比1∶1、2∶1與多羥基化合物合成分子結(jié)構(gòu)為單頭和雙頭的高分子酯類乳化劑作為本文研究對象，乳化劑結(jié)構(gòu)如第24頁圖1。

圖1 高分子酯類乳化劑結(jié)構(gòu)（PIBSA-R為單頭乳化劑，bis PIBSA-R為雙頭乳化劑）

2 聚異丁烯丁二酸酐酯類乳化劑在乳化炸藥中的應(yīng)用

2.1 乳膠基質(zhì)的制備

按配方將硝酸銨、硝酸鈉和蒸餾水加熱至120℃～125℃，制備水相；將復(fù)合蠟、乳化劑加熱至115℃～120℃，熔化?？刂迫榛鬓D(zhuǎn)速280r/min條件下，將水相緩慢加入到油相中；待水相加完后，緩慢提高轉(zhuǎn)速至1 600r/min，形成乳膠基質(zhì)。乳膠基質(zhì)配方見表1。

表1 乳膠基質(zhì)的配方

2.2 乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性測試

乳膠基質(zhì)硝酸銨析出量是指單位質(zhì)量乳膠基質(zhì)析出的硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是衡量乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性的重要方法之一。將經(jīng)不同高低溫循環(huán)次數(shù)（50℃儲存2h、-40℃儲存2h為1次高低溫循環(huán)）的乳膠基質(zhì)放入有100mL蒸餾水的燒杯中，在25℃下儲存10h，取樣，測試此時(shí)水溶液中硝酸銨的含量。水中溶解的硝酸銨越多，乳化基質(zhì)穩(wěn)定性越差。對不同乳化劑制備的乳膠基質(zhì)經(jīng)高低溫循環(huán)后硝酸銨析出量進(jìn)行了測定，測定結(jié)果見圖2。

通過圖2可以看出，在高低溫循環(huán)開始階段，不同乳化劑制備的乳膠基質(zhì)硝酸銨析出量相差不大，說明乳化劑的成乳效果基本相似。隨著高低溫循環(huán)次數(shù)的增加，乳膠基質(zhì)的硝酸銨析出量增加。經(jīng)20個(gè)高低溫循環(huán)后，PIBSA-PER和bis PIBSA-PER制備的乳膠基質(zhì)硝酸銨析出量最少，說明采用此種乳化劑制備的乳膠基質(zhì)具有較好的儲存穩(wěn)定性。文中4種單頭乳化劑中，按所含羥基數(shù)量多少排列順序如下：PIBSA-sorbitol＞PIBSA-PER＞PIBSATER＝PIBSA-glycerin

圖2 乳膠基質(zhì)硝酸銨析出量

但所形成的乳膠基質(zhì)硝酸銨析出量并未隨羥基數(shù)量的增加而不斷升高，超過一定數(shù)量，乳膠基質(zhì)的儲存穩(wěn)定性反而下降。

2.3 爆速的測定

爆速是乳化炸藥爆轟性能的主要表現(xiàn)之一，也是常見的衡量乳化炸藥爆轟性能的指標(biāo)。一般而言，乳化炸藥分散相顆粒越細(xì)小，油水兩相接觸越緊密，乳化炸藥的爆速越高。一般情況下，在乳化劑之中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的玻璃微球作為敏化劑制備乳化炸藥。對利用不同乳化劑制備的乳化炸藥進(jìn)行了爆速測試，測試結(jié)果如表2。

表2 爆速的測試結(jié)果

由表2可知，高分子酯類乳化劑制備的乳化炸藥的爆速均高于T152制備的乳化炸藥，說明此類乳化劑形成的乳化炸藥的分散性顆粒比較小，體現(xiàn)出乳化劑較強(qiáng)的乳化能力。在8種高分子乳化劑中，單頭乳化劑制備的乳化炸藥爆速高于雙頭乳化劑。而在4種單頭乳化劑中，PIBSA-PER形成的乳化炸藥爆速最高。

2.4 乳化基質(zhì)黏度的測定

當(dāng)連續(xù)相材料確定的情況下，乳化液的黏度主要取決于分散相粒徑。乳化液的黏度越大，粒徑越小，乳化效果越好［15］。本文采用Brookfield DV-Ⅱ黏度儀在25℃下測試乳化基質(zhì)的黏度（轉(zhuǎn)速為2r/min），結(jié)果如表3。

表3 黏度的測試結(jié)果

由表3可以看出，雙頭高分子酯類乳化劑制備的乳膠基質(zhì)黏度均高于T152制備的乳膠基質(zhì)。比較單頭和雙頭乳化劑發(fā)現(xiàn)，單頭乳化劑所制備的乳化基質(zhì)黏度較小。在乳化炸藥的工業(yè)化生產(chǎn)中，由于多采用化學(xué)敏化，乳膠基質(zhì)的黏度太小，會導(dǎo)致乳化炸藥中氣泡聚集和逃逸，從而影響乳化炸藥的性能。所以，對于采用化學(xué)敏化的乳化炸藥，采用雙頭高分子酯類乳化劑較好。

3 結(jié)論

本文選取了8種高分子酯類乳化劑，探討了此類乳化劑在乳化炸藥中的應(yīng)用情況，得出以下結(jié)論：

1）此類高分子酯類乳化劑顯示出了較好的乳化效果，采用PIBSA-PER制備的乳膠基質(zhì)具有較低的硝酸銨析出量和較高的爆速，說明采用此種乳化劑制備的乳化炸藥具有較好的儲存穩(wěn)定性和較強(qiáng)的爆轟性能。

2)如圖6b所示情況，掘進(jìn)機(jī)雖發(fā)生偏移，但其運(yùn)行趨勢逐漸靠近設(shè)計(jì)軸線，此時(shí)亦不需要過度干預(yù)，繼續(xù)保持有利運(yùn)行趨勢。當(dāng)偏移量足夠小時(shí)，需要反向調(diào)整掘進(jìn)機(jī)角度，防止掘進(jìn)機(jī)向設(shè)計(jì)軸線另一側(cè)發(fā)生偏移。

2）雙頭和單頭高分子酯類乳化劑均顯示了較好的乳化能力。但是，雙頭乳化劑制備的乳膠基質(zhì)具有更高的黏度，比較適用于化學(xué)敏化的乳化炸藥。

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