復(fù)合乳化劑對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響研究

謝守冬

摘 要：研究并應(yīng)用更有效的乳化劑對提高乳化炸藥的穩(wěn)定性有著重要的意義。使用高分子醇胺乳化劑和Span-80制作復(fù)合乳化劑，實(shí)驗(yàn)并記錄復(fù)合乳化劑對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，復(fù)合乳化劑能顯著提高乳化炸藥的穩(wěn)定性和爆轟性能，優(yōu)于單一乳化劑，可為乳化炸藥的生產(chǎn)提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：乳化炸藥；單一乳化劑；復(fù)合乳化劑；爆轟性能

中圖分類號：TQ560.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.060

乳化炸藥有著良好的抗水性能和爆轟性能，在生產(chǎn)和建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。但是根據(jù)熱力學(xué)，乳化炸藥是高分散相的不穩(wěn)定體系，儲存時(shí)間過長會影響乳化炸藥的使用性能。因此，研究如何采用合適的方法來提高乳化炸藥的穩(wěn)定性和爆轟性能具有重要的作用。下面就此進(jìn)行討論分析。

1 實(shí)驗(yàn)過程

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)中有著廣泛的應(yīng)用，但由于其相對分子質(zhì)量較小，形成的油膜強(qiáng)度較小，以致于乳化炸藥的穩(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)生成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)，且相對分子質(zhì)量較大，乳化形成的油膜強(qiáng)度較大。本實(shí)驗(yàn)將二者按不同比例復(fù)合使用，考察其對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響。乳化劑配比如表1所示。

1.2 乳化炸藥的制備

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%～80%的NH4NO3、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～15%的NaNO3、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～26%的Ca（NO3）加入到水中，加熱至120 ℃，制成水相。將復(fù)合蠟、機(jī)油和復(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1 600 r/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 乳化炸藥性能測試

因乳膠基質(zhì)具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性，環(huán)境溫度變化會導(dǎo)致乳化炸藥的膠體狀態(tài)被破壞，所以要用高低溫循環(huán)試驗(yàn)考察其穩(wěn)定性。把制得的乳化炸藥在-20 ℃的環(huán)境下放置3 h，然后在50 ℃的環(huán)境下放置3 h，一冷一熱作為一次循環(huán)實(shí)驗(yàn)，觀察是否有晶體析出。由于乳膠基質(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，要用電導(dǎo)率儀測定乳膠基質(zhì)的電導(dǎo)率。

爆轟性能測試主要包括爆速、猛度、做功距離和殉爆距離等，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Φ32×160 mm的藥管中，裝藥密度為1.13～1.16 g/cm3，然后按照相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)測試其爆速、猛度、做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)實(shí)驗(yàn)后，用電導(dǎo)儀測乳膠基質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，結(jié)果如表2所示。

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，其中，4號試樣的電導(dǎo)率最小。

對高低溫循環(huán)后乳膠基質(zhì)溶液中硝酸銨的析出量進(jìn)行測量，結(jié)果如表3所示。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號式樣析出的硝酸銨量最低。

以4號式樣為例，隨著高低溫循環(huán)次數(shù)的增加，乳膠基質(zhì)溶液的電導(dǎo)率和硝酸銨析出量的變化趨勢有一定的一致性。這是因?yàn)槿槟z基質(zhì)經(jīng)過高低溫循環(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、硝酸鈣等析出，所以二者變化規(guī)律并不是完全一致。

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號式樣醇胺乳化劑占70%，Span-80乳化劑占30%，用這一比例制得的乳化炸藥穩(wěn)定性最好。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)；復(fù)合使用醇胺乳化劑和Span-80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，所以能提高乳化炸藥的穩(wěn)定性；油相的黏稠度對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黏度大于單一乳化劑，因此能夠?qū)π跄F(xiàn)象的產(chǎn)生起到抑制作用，從而提高乳化炸藥的穩(wěn)定性。4號式樣的穩(wěn)定性高于5號，主要與乳化劑的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，5號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，從而形成具有立體結(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)，有利于提高乳化炸藥的穩(wěn)定性。

2.2 爆轟性能測試

復(fù)合乳化劑制得乳化炸藥的爆轟性能測試結(jié)果如表4所示。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號試樣。

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)合乳化劑黏度增高，使得油相和水相能更好地包覆，乳化更加完全，而且復(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與水相結(jié)合的程度，使得連續(xù)相的界面膜不容易被破壞，從而提高了乳化炸藥的爆轟性能。

3 結(jié)束語

綜上所述，乳化劑的選用對乳化炸藥的穩(wěn)定性能和爆轟性能都有著較大的影響。本文對高分子醇胺乳化劑和Span-80乳化劑按照一定比例制成的復(fù)合乳化劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，觀察其對乳化炸藥性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與單一乳化劑相比，使用復(fù)合乳化劑制成的乳化炸藥穩(wěn)定性能和爆轟性能較優(yōu)，值得我們推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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

〔編輯：王霞〕

Abstract： It is important to study and apply more effective emulsifier to improve the stability of emulsion explosive. The composite emulsifier was produced by using high polymer alcohol amine emulsifier and Span-80. The effects of the composite emulsifier on the stability of emulsion explosive were also recorded. The experimental results show that the composite emulsifier can significantly improve the stability of the emulsion explosive and detonation performance， better than a single emulsifier， it can provide a reference for the production of emulsion explosives.

Key words： emulsion explosive； single emulsifier； composite emulsifier； detonation performance