粘度对乳胶基质稳定性影响的实验研究

缪志军，吴红波，颜事龙，申夏夏，邢化岛

(安徽理工大学化学工程学院，安徽　淮南　232001)



粘度对乳胶基质稳定性影响的实验研究

缪志军，吴红波，颜事龙，申夏夏，邢化岛

(安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001)

摘要：为了探讨油相材料粘度对乳胶基质稳定性的影响，以石蜡、3#蜡、内蒙蜡、地蜡、华粤蜡为油相，采用NDJ-8S型粘度计测量了各油相的粘度，用滴定法测量了通过高低温循环实验后的乳胶基质中硝酸铵的析晶量，并通过硝酸铵析出量的大小来表征乳胶基质的稳定性。实验结果表明，不同油相材料制成的乳胶基质稳定性差别很大。粘度最大的3#蜡制成的乳胶基质稳定性最好，石蜡次之，地蜡最小。因此可以得出，在一定范围内，油相材料粘度越大，乳胶基质稳定性也越好，这对选择合适油相材料来生产乳化炸药有一定的参考价值。

关键词：油相材料；乳胶基质；粘度；稳定性

乳化炸药是20世纪70年代发展起来的一代新型含水炸药，它是指一类用乳化技术制备的油包水(W/O)乳胶型炸药，因其具有良好的爆炸性能、抗水性能及有毒气体少等优点，被广泛应用于各类工程爆破。在乳化炸药生产过程中，乳胶基质质量的好坏直接影响乳化炸药产品的性能[1]。随着对乳化炸药需求量的不断增加，使用的范围不断扩大，功能不断健全，对乳化炸药提出了越来越高的要求。形成乳化炸药连续相的油相材料是乳化炸药不可缺少的重要组成部分，经验表明，如果油相材料选择得当，不仅能提高爆炸性能和贮存的稳定性，而且能降低成本，达到事半功倍的效果。

国内一些炸药厂多以石蜡、地蜡、机油、凡士林和沥青等石油产品为原料进行油相调配，且配方组分较多，差异较大，形成的乳化炸药稳定性差异也很大[2]。文献[3]从乳化液体系油水两相的界面性质，如界面张力、界面膜的性质、界面电荷、界面粘度等方面进行了研究，本文将以石蜡、3#蜡、内蒙蜡、地蜡、华粤蜡为乳胶基质的油相进行测定和分析，探讨不同粘度的油相对乳胶基质稳定性的影响，为乳化炸药的生产提供一定参考价值。

1实验部分

1.1　实验试剂与仪器

试剂：标准氢氧化钠溶液、甲醛溶液、酚酞。

实验仪器：NDJ-8S型数显粘度计，HH-2型数显恒温水浴锅，加热装置，电子天平，最大量程温度计(200 ℃)，烧杯(250 mL)，玻璃棒，BEIJING—25 ℃低温箱，恒温干燥箱，碱式滴定管，酸式滴定管，玻璃皿。

1.2　粘度测定

采用NDJ-8S型数显粘度计分别测石蜡、3#蜡、内蒙蜡、地蜡、华粤蜡的粘度，每组测两次取其平均值，选用4#转子，转速为60 r/min，油相和水浴的温度恒定为95 ℃，其测定结果如表1所示。

表1　不同油相粘度测定结果　　　(Pa·s)

注： 粘度1，粘度2分别表示第一次和第二次测量。

由表1可知，3#蜡的粘度最大，石蜡次之，地蜡的粘度最小。

1.3　乳胶基质的制备

本次实验乳胶基质的基本配方如表2所示。

表2　乳胶基质配方　　　(%)

1.4　乳胶基质的高低温循环实验

将1#~5#乳胶基质样品放置在冰柜中，并将之置于50 ℃恒温调温箱内保存8 h，然后再在-15 ℃的低温箱内存放16 h，作为一个温度变化循环[4-5]。15 d后采用滴定法测量硝酸铵的析晶量，用硝酸铵析晶量的大小表征乳胶基质的稳定性。

1.5　乳胶基质析晶量的测定

1) 析晶量的滴定。试验将采用滴定法测硝酸铵的析晶量[6]，由于NH4+的酸性太弱(Ka=5.6×10-10)，故无法用NaOH标准溶液滴定。硝酸铵析出后可以和甲醛发生反应，生成质子化六次甲基四胺和H+，所生成的酸(包括质子化六次甲基四胺，Ka=7.1×10-6)可用已知浓度的NaOH标准溶液滴定，滴定终点生成(CH2)6N4是弱碱，故突跃处在弱碱性范围，用酚酞作指示剂，溶液呈微红色即为终点。根据氢氧化钠的用量就可以知道生成的硝酸量，从而知道析出硝酸铵的量。其反应式为

(CH2)6N4H++3H++4OH-=(CH2)6N4+4H2O

而硝酸铵的析晶量反映了乳胶基质的破乳程度，进而能够反映乳胶基质稳定性的好坏。由上述反应可知，lmol NH4+相当于1mol H+。通过严格控制乳化基质浸泡在水中的温度、时间和乳胶与水的接触表面积，测量炸药中硝酸铵的析出量，以此预测乳胶基质的稳定性。

2) 乳胶基质析晶量滴定。根据测定原理，对经过高低温循环后的五组乳胶基质滴定实验结果如表3所示。

表3　乳胶基质析晶量滴定结果

2实验结果与分析

2.1　硝酸铵析出量计算

通过记录滴定不同成分乳胶基质所用的氢氧化钠标准溶液体积，并根据公式：

其中C为NaOH溶液的摩尔浓度(mol/L)，计算析出的硝酸铵质量分数，实验结果如表4所示。

表4　各样品析出硝酸铵的质量分数

2.2　实验结果分析

油相的粘度与析晶百分比的关系如图1所示，粘度大的3#蜡所制得的乳胶基质的析晶百分比最小，石蜡次之，地蜡制得的乳胶基质析晶百分比最大。由此可知，在一定范围内，提高油相的粘度可以提高乳胶基质的稳定性。

增加油相粘度能够提高基质稳定性的主要原因是，油相粘度增加使得液珠在连续相中运动的粘滞阻力增加，因而乳状液分层、絮凝和聚集并且速度均下降，则稳定性增加[7]。因此，3#蜡的粘度最大，硝酸铵析晶百分比最小，乳胶基质的稳定性最好；而粘度最小的地蜡，硝酸铵析晶百分比最大，乳胶基质的稳定性最差。另外，油相粘度增加后，形成的乳化膜强度增大，乳胶基质的稳定性也会提高。但是油相的粘度也不能过大，粘度过大后会造成乳化分散难度增加，易乳性下降，乳胶颗粒增大，稳定性下降的情况。

3结论

1) 粘度最大的3#蜡制成的乳胶基质稳定性最好，石蜡次之，地蜡最小。

2) 油相的粘度对乳化炸药的稳定性有重要的影响，在一定范围内，提高油相粘度可以提高乳胶基质的稳定性。

参考文献：

[1]汪旭光.乳化炸药[M].北京：冶金工业出版社，1993：2-4.

[2]姚安梅，吴永欣，姚海洋，等.乳化炸药专用蜡开发进展及市场预测[J].精细石油化工进展，2012，13(3)：45-48.

[3]贝歇尔(美).乳状液理论与实践[M].北京：科学出版社，1978：85-98.

[4]黄文尧，颜事龙.炸药化学与制造[M].北京：冶金工业出版社，2009：175-176.

[5]吕春绪.工业炸药理论[M].北京：兵器工业出版社，2003：302-304.

[6]任晓红.甲醛法测定硝酸铵含量超百的原因分析及改进[J].中氮肥，2010(5)：62-63.

[7]夏立新.油水界面膜与乳状液稳定性关系的研究[J].化学研究与应用，2002，14(6)：623-627.

(责任编辑：何学华，吴晓红)

Experimental Study on Effect of Viscosity on Emulsion Matrix Stability

MIAO Zhi-jun, WU Hong-bo, YAN Shi-long

SHEN Xia-xia, XING Hua-dao

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

Abstract:In order to study the effect of oil phase material viscosity on stability of emulsion matrix, oil phase materials of emulsion explosive, such as paraffin, 3#wax, nei-meng wax, earth wax, and hua-yue wax were studied. oil phase materials viscosity was measured by NDJ-8S viscometer. Ammonium nitrate crystallization quantity of emulsion matrix was measured by titration method after the high-low temperature cycling experiment, and the stability of emulsion matrix was characterized by the ammonium nitrate crystallization quantity. The results showed that The stability of emulsion matrix made of different oil phase materials is very different. Stability of emulsion matrix made of 3#wax of the largest viscosity is the best, the paraffin is followed, and the earth wax minimum, which has a certain reference value for choosing appropriate oil phase material to produce emulsion explosive.

Key words:oil phase materials; emulsion matrix; viscosity; stability

作者简介：缪志军(1989-)，男，江苏盐城人，在读硕士，研究方向：工业炸药。

基金项目：高等学校博士学科点基金资助项目(20123415110004)

收稿日期：2014-12-19

中图分类号：TD235.213

文献标志码：A

文章编号：1672-1098(2015)04-0028-03