超聲波作用下乳化炸藥和乳膠基質(zhì)的破乳現(xiàn)象試驗研究

高圣濤，王文麗，方　華，邢宏龍

(安徽理工大學化學工程學院，安徽　淮南　232001)

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超聲波作用下乳化炸藥和乳膠基質(zhì)的破乳現(xiàn)象試驗研究

高圣濤，王文麗，方華，邢宏龍

(安徽理工大學化學工程學院，安徽淮南232001)

摘要：目前，在超聲作用下研究敏化方式對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響研究較少。分別對乳膠基質(zhì)及采用3種不同敏化方式分別敏化后制備的乳化炸藥進行超聲波作用，采用甲醛法滴定經(jīng)超聲波作用之后各試樣的析晶量，用以衡量樣品的破乳程度。實驗結(jié)果表明：超聲波對乳化炸藥尤其是乳膠基質(zhì)有明顯的破乳作用，且超聲波作用時間越長和功率越大，破乳程度越大。在相同的試驗條件下，敏化方式對乳化炸藥的破乳有一定的影響，破乳程度由小到大的順序為膨脹珍珠巖敏化、空心樹脂微球敏化、化學氣泡敏化。

關(guān)鍵詞：超聲；乳化炸藥；敏化方式；乳膠基質(zhì)；析晶量

乳化炸藥是氧化劑的飽和水溶液借助于乳化技術(shù)， 以細微顆粒分散在油相的連續(xù)介質(zhì)中， 再均勻地混入氣泡或氣泡載體， 形成油包水型的、油脂狀的、具有爆炸性的乳膠體。其中敏化劑是乳化炸藥必不可少的組分之一[1-2]。敏化劑的種類、特性和用量對乳化炸藥的質(zhì)量和性能影響較大，乳膠基質(zhì)敏化質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響乳化炸藥的爆轟性能和儲存穩(wěn)定性[3-4]。乳化炸藥的敏化方法主要有物理敏化和化學發(fā)泡兩種。把一些多孔的含有空氣的固體材料， 如膨脹珍珠巖、玻璃微球等物質(zhì)在一定溫度條件下與乳膠基質(zhì)混拌， 使氣泡截留在藥體中就是典型的物理敏化法[5]?；瘜W發(fā)泡法就是在炸藥藥體中加入少量的化學發(fā)泡劑， 借助一定溫度條件發(fā)生化學反應， 產(chǎn)生氣體， 通過一定設備， 形成微小氣泡并均勻分布在炸藥中[6]。超聲波由系列疏密相間的縱波構(gòu)成，并通過液體介質(zhì)向四周傳播，具有機械振動、空化及熱作用[7]。理論推導和試驗證明，超聲波破乳脫水主要是利用超聲波的機械振動作用和熱作用[8]。胡坤倫等通過實驗論證了用超聲波法測試乳膠基質(zhì)表面特性來判定乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性的可行性[9]。目前，在超聲作用下研究敏化方式對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響研究較少。

本文分別采用膨脹珍珠巖、化學氣泡和空心樹脂微球3種敏化方式對同一乳膠基質(zhì)進行敏化，對所得的乳化炸藥進行超聲波破乳試驗，采用甲醛法滴定各樣品的析晶量，以此評價超聲波對各樣品破乳的影響。

1實驗部分

1.1主要原料及儀器

原料：失水山梨醇單油酸酯(span80)、華粵蠟、硝酸鈉、硝酸銨、水、中性甲醛溶液、0.5 mol·L-1氫氧化鈉溶液、甲基紅、1%的酚酞指示劑。

儀器：南京先歐JY98-IIID 型超聲波儀，乳化器、電熱爐。

1.2乳化炸藥試樣的制備

根據(jù)工業(yè)炸藥配方設計的零氧平衡原則及爆熱最大原則，并參照常用乳化炸藥配方，結(jié)合實際的實驗條件制得乳化炸藥， 其乳膠基質(zhì)組成和配比(質(zhì)量分數(shù)) 如下： 氧化劑、水、還原劑的含量分別為83% 、10% 和4%；采用Span80做乳化劑， 乳化劑的用量為3%。在乳膠基質(zhì)冷卻50～60 ℃時外加敏化劑制得乳化炸藥， 3種敏化劑的含量均為3%。

表1　乳膠基質(zhì)試樣的組分配比

1.3超聲波試驗操作

從制得的乳化炸藥試樣中稱取10g 均勻涂抹于燒杯底部，再加入100 mL 蒸餾水。將燒杯置于超聲波清洗器中，設定好超聲波效率和作用時間后，打開超聲波。工作溫度為25 ℃，通過水浴及循環(huán)水等措施來控制。超聲波作用結(jié)束后，將燒杯中溶液倒出，冷卻至室溫進行滴定。

1.4甲醛法測定析晶量的原理

本實驗采用甲醛法測定試樣析出的硝酸銨量。所用的試劑有25% (質(zhì)量分數(shù))甲醛溶液、0.1 mol/L 的NaOH 溶液和酚酞指示劑?；驹砣缦?/p>

通過滴定所需的氫氧化鈉的量，求出析出硝酸銨質(zhì)量，硝酸銨析出質(zhì)量(M)的計算式為

M=80.08×C×V

式中：C為氫氧化鈉標準溶液的濃度，mol·L-1；V為滴定時消耗氫氧化鈉的體積， L；80.08為硝酸銨的相對分子質(zhì)量，g·mol-1。

2結(jié)果與討論

乳化炸藥受到超聲波作用后會因超聲產(chǎn)生的機械作用和熱作用破乳導致析晶。

2.1超聲波作用對試樣破乳的對比試驗

乳膠基質(zhì)及上述3種方式敏化的乳化炸藥進行超聲波破乳試驗，超聲波功率設定為900 W，持續(xù)作用15 min。為檢驗超聲波對樣品破乳作用，做對比試驗，即：不開啟超聲波，保持其他條件不變。各樣品的硝酸銨析出量滴定結(jié)果見表2。從表2中可以看出：超聲組的硝酸銨析出量均明顯大于對照組，說明超聲波明顯地加大了乳膠基質(zhì)和乳化炸藥破乳程度。

表2　超聲組和對照組的硝酸銨析出量　　　g·g-1

注：單位“g·g-1”為每克試樣析出的硝酸銨質(zhì)量，下同。

2.2不同超聲波作用時間樣品破乳試驗

保持900 W的超聲波功率及其他條件不變，改變超聲波作用時間，進行試驗，測試結(jié)果見表3。從表中數(shù)據(jù)可以看出，隨著超聲波作用時間的延長，幾個樣品的硝酸銨析出量均增加，說明樣品的破乳程度與超聲波作用時間有關(guān)聯(lián)。

表3　不同超聲作用時間下硝酸銨的析出量　　g·g-1

2.3不同敏化方式對超聲波破乳的影響

從表3中數(shù)據(jù)還可看出：分別在相同時間15 min、20 min、25 min、和30 min的超聲波作用下，乳膠基質(zhì)的硝酸銨析出量明顯大于乳化炸藥，而且隨著作用時間的延長，這種趨勢更為明顯；而乳化炸藥樣品中，析晶量由小到大到的順序為膨脹珍珠巖敏化、空心樹脂微球敏化、化學氣泡敏化。這個試驗結(jié)果表明，超聲波對實心的乳膠基質(zhì)比對含有空心的第三相物質(zhì)的乳化炸藥的破壞作用大。究其原因，可能與空心的第三相物質(zhì)對超聲波的吸收有一定關(guān)系。由于密度的差異，超聲波在樣品內(nèi)部傳播時，會聚到密度較小的第三相物質(zhì)，導致超聲波的部分能量被吸收，從而降低了超聲波的破乳作用。

2.4不同超聲波功率破乳試驗

本次試驗保持超聲波作用15 min不變，僅改變超聲波功率，試驗結(jié)果見表4。

表4　不同超聲功率下硝酸銨的析出量　　　g·g-1

從表4中數(shù)據(jù)可以看出：硝酸銨的析出量由小到大的排列順序為膨脹珍珠巖敏化、空心樹脂微球敏化、化學氣泡敏化、乳膠基質(zhì)，這點與上述超聲波作用時間對樣品破乳影響的試驗結(jié)果一致。說明延長超聲波作用時間和增大超聲波功率，都能使乳化炸藥的破乳程度增加。

3結(jié)論

1 )超聲波對乳化炸藥尤其是乳膠基質(zhì)有明顯的破乳作用，可將超聲波作為研究乳化炸藥和乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性的試驗手段，用于乳化炸藥的配方優(yōu)化和新品種研發(fā)。

2) 超聲波作用時間和功率均對乳化炸藥和基質(zhì)乳膠基質(zhì)的破乳程度有影響，作用時間越長和功率越大，破乳程度越大。

3) 在相同的試驗條件下，乳膠基質(zhì)的破乳程度明顯大于乳化炸藥，敏化方式對乳化炸藥的破乳有一定的影響，破乳程度由小到大的順序分別為膨脹珍珠巖敏化、空心樹脂微球敏化、化學氣泡敏化。

參考文獻：

[1]汪旭光.乳化炸藥[M].北京： 冶金工業(yè)出版社，1993：5-200.

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[3]吳紅波，顏事龍，劉鋒.敏化劑類型對乳化炸藥減敏程度的影響[J].中國礦業(yè)，2007，16(7)，94-97.

[4]王尹軍，汪旭光，宋錦泉. 敏化方式對乳化炸藥壓力減敏作用的影響[J].火炸藥學報，2005，28(3)：41-44.

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[9]胡坤倫，刁先鵬，湯志健，等.超聲波法表征乳化炸藥基質(zhì)界面膜性能的實驗研究[J].火工品，2012，(4)：36-39.

(責任編輯：李麗)

Research on Demulsification of Emulsion Explosive and Emulsion Matrix under Ultrasonic Wave

GAO Sheng-tao, WANG Wen-li, FANG Hua, XING Hong-long

(School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

Abstract:At present, there are few studies on the effect of the sensitization mode on the stability of emulsion explosives under the effect of ultrasound. The emulsion matrix and the emulsion explosive prepared by using 3 different sensitization methods were effected by ultrasonic wave respectively, and formaldehyde titration was used to measure crystallization quantity, so as to measure the demulsification degree of the four samples. The experimental results showed that the effect of ultrasonic wave obviously improves the demulsification degree of the samples, especially emulsion matrix, and the larger or the longer ultrasonic wave effecting power or time is, the higher demulsification degree. Under the same experimental conditions, the sensitizing methods of emulsion explosive have certain influnce on its demulsification, and the demulsification degree ascending order is by expanded perlite sensitization, resin hollow microspheres sensitization, and chemical gas bubbles sensitization.

Key words:ultrasonic wave; emulsion explosives; sensitizing methods; emulsion matrix; crystallization

收稿日期：2015-05-06

作者簡介：高圣濤(1987-)，男，安徽蕪湖人，助教，碩士，研究方向：乳化炸藥穩(wěn)定性。

中圖分類號：TD235.21

文獻標志碼：A

文章編號：1672-1098(2016)01-0062-03

資助項目：安徽理工大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃基金資助項目(AH201410361232)