复合乳化剂对乳化炸药稳定性的影响研究

谢守冬

摘 要：研究并应用更有效的乳化剂对提高乳化炸药的稳定性有着重要的意义。使用高分子醇胺乳化剂和Span-80制作复合乳化剂，实验并记录复合乳化剂对乳化炸药稳定性的影响。实验结果说明，复合乳化剂能显著提高乳化炸药的稳定性和爆轰性能，优于单一乳化剂，可为乳化炸药的生产提供一定的借鉴。

关键词：乳化炸药；单一乳化剂；复合乳化剂；爆轰性能

中图分类号：TQ560.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.060

乳化炸药有着良好的抗水性能和爆轰性能，在生产和建设中有着广泛的应用。但是根据热力学，乳化炸药是高分散相的不稳定体系，储存时间过长会影响乳化炸药的使用性能。因此，研究如何采用合适的方法来提高乳化炸药的稳定性和爆轰性能具有重要的作用。下面就此进行讨论分析。

1 实验过程

1.1 乳化剂的配比

Span-80成乳能力较强，且生产成本低，在乳化炸药生产中有着广泛的应用，但由于其相对分子质量较小，形成的油膜强度较小，以致于乳化炸药的稳定性较差。新型的醇胺乳化剂是采用聚异丁烯二酸丁二酸酐与多元醇发生酯化反应生成的聚烯基多元醇类高分子乳化剂，其中具有亲水性较强的羟基和酯基，乳化能力较强，且相对分子质量较大，乳化形成的油膜强度较大。本实验将二者按不同比例复合使用，考察其对乳化炸药稳定性的影响。乳化剂配比如表1所示。

1.2 乳化炸药的制备

将质量分数为70%～80%的NH4NO3、质量分数为11%～15%的NaNO3、质量分数为15%～26%的Ca（NO3）加入到水中，加热至120 ℃，制成水相。将复合蜡、机油和复合乳化剂按照一定比例制得油相。将乳化器转速控制在300 r/min，把水相缓慢加入到油相中，再调整转速至1 600 r/min，水相完全融入油相后形成乳胶基质。再采用化学发泡剂进行发泡处理，便制得乳化炸药。

1.3 乳化炸药性能测试

因乳胶基质具有热力学不稳定性，环境温度变化会导致乳化炸药的胶体状态被破坏，所以要用高低温循环试验考察其稳定性。把制得的乳化炸药在-20 ℃的环境下放置3 h，然后在50 ℃的环境下放置3 h，一冷一热作为一次循环实验，观察是否有晶体析出。由于乳胶基质被破坏后，表面析出的硝酸盐开始增多，电导率随之增加，所以每次循环后，要用电导率仪测定乳胶基质的电导率。

爆轰性能测试主要包括爆速、猛度、做功距离和殉爆距离等，是乳化炸药量化使用性能的重要指标。将不同配比复合乳化剂制得的乳化炸药装入Φ32×160 mm的药管中，装药密度为1.13～1.16 g/cm3，然后按照相关的国家标准测试其爆速、猛度、做功距离及殉爆距离等指标。

2 结果与讨论

2.1 高低温循环试验

乳化炸药经不同次数的高低温循环实验后，用电导仪测乳胶基质溶液的电导率，结果如表2所示。

由表2可知，5种试样的电导率都随着高低温循环次数的增加而增大；在相同循环次数条件下，电导率随复合乳化剂中醇胺乳化剂含量的增大呈先减小后增大的趋势，其中，4号试样的电导率最小。

对高低温循环后乳胶基质溶液中硝酸铵的析出量进行测量，结果如表3所示。由表3可知，随着循环次数的增加，每个试样中硝酸铵的析出量都随之增加，其中4号式样析出的硝酸铵量最低。

以4号式样为例，随着高低温循环次数的增加，乳胶基质溶液的电导率和硝酸铵析出量的变化趋势有一定的一致性。这是因为乳胶基质经过高低温循环后发生破乳，导致包括硝酸铵在内的硝酸盐析出，使得溶液的电导率提高。由于硝酸铵的强电解质，其析出量在一定程度上能够影响电导率的大小，但溶液中还有硝酸钠、硝酸钙等析出，所以二者变化规律并不是完全一致。

由表2、表3可知，采用复合乳化剂制得乳化炸药的稳定性要高于单一乳化剂，其中4号式样醇胺乳化剂占70%，Span-80乳化剂占30%，用这一比例制得的乳化炸药稳定性最好。原因是：乳化炸药的稳定性主要是由乳化剂的亲油基与油相之间、亲水基与水相之间的亲和力决定——亲和力越强，所制得乳化炸药的稳定性也就越强；复合使用醇胺乳化剂和Span-80时，因醇胺乳化剂是高分子乳化剂，能够增加复合油相中的油膜厚度和强度，不容易被分散相中的硝酸盐破坏，所以能提高乳化炸药的稳定性；油相的黏稠度对保持乳化炸药的外观和敏化气泡都有着重要作用，醇胺乳化剂具有高分子结构，采用复合乳化剂的乳化炸药油相黏度大于单一乳化剂，因此能够对絮凝现象的产生起到抑制作用，从而提高乳化炸药的稳定性。4号式样的稳定性高于5号，主要与乳化剂的分子结构有关，5号采用单一的醇胺乳化剂，两种乳化剂复合使用，界面膜上更容易实现乳化剂分子的紧密堆积，从而形成具有立体结构的复合膜，这样乳胶基质中的分子就不易凝结，有利于提高乳化炸药的稳定性。

2.2 爆轰性能测试

复合乳化剂制得乳化炸药的爆轰性能测试结果如表4所示。由表4可知，随着复合乳化剂中醇胺乳化剂比例的增大，乳化炸药的各项爆轰性能指标均有不同程度的上升，但使用4号复合乳化剂的乳化炸药整体爆轰性能优于使用单一醇胺乳化剂的5号试样。

采用复合乳化剂制得乳化炸药的爆轰性能比较高的原因是：醇胺乳化剂分子量更大，随着其比例的增加，复合乳化剂黏度增高，使得油相和水相能更好地包覆，乳化更加完全，而且复合乳化剂中含有的亲水基、亲油基的种类更多，从而提高了乳化炸药油相与水相结合的程度，使得连续相的界面膜不容易被破坏，从而提高了乳化炸药的爆轰性能。

3 结束语

综上所述，乳化剂的选用对乳化炸药的稳定性能和爆轰性能都有着较大的影响。本文对高分子醇胺乳化剂和Span-80乳化剂按照一定比例制成的复合乳化剂进行了实验，观察其对乳化炸药性能的影响。实验结果表明，与单一乳化剂相比，使用复合乳化剂制成的乳化炸药稳定性能和爆轰性能较优，值得我们推广应用。

参考文献

[1]殷雅婷，张修玉.浅析乳化炸药的发展及提高稳定性的途径[J].广州化工，2013（7）.

[2]李德平.乳化炸药用乳化剂的现状与发展趋势[J].煤矿爆破，2010（3）.

〔编辑：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