以生物复合油相材料制备膨化硝铵炸药的研究

洪 进 青

（福建海峡科化股份有限公司，福建 永安 366000）

膨化硝铵炸药由于具有原料来源广泛、组成简单、制造工艺简洁、成本低、作功能力大及安全性好等优点，成为露天矿山及井下无水爆破工程中使用最为广泛的工业炸药品种。膨化硝铵炸药组分中含有 4%的复合油相材料作为可燃剂，应用各种不同物理混合技术，将复合燃料油同膨化硝酸铵颗粒有机地混合，使燃料油均匀涂覆与硝酸铵晶体表面，形成具有硝酸铵—燃料油较大反应界面的混合炸药体系，形成的膨化硝铵炸药，不仅保持炸药的零氧平衡，使炸药发挥最大威力，而且最大程度降低了爆炸后有毒气体量[1,2]。

生物质能燃料以其绿色环保、可再生性的特点受到广泛瞩目，生物能源是通过对含高能量的生物质进行加工转化而生产的电力、气体或燃料等二次能源,既是可再生能源,又是绿色能源,是石化燃料的理想替代品[3]。

本课题拟研究一种工业炸药用的生物复合油（蜡），该生物复合油（蜡）以废弃的动植物油脂为主要原料。

1 膨化硝铵炸药复合油相的制备

1.1 动植物油脂物理性质分析

动植物油脂经过高温烹饪煎炸，饱和脂肪酸越来越多，主要成为棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸，其成份同石化产品（柴油、石蜡）的物理性质比较如表1。

表1 动植物油脂所含的油脂成分同石化产品的物理性质比较Table 1 Comparison of physical properties of animal and vegetable oil and petrochemical products

由表1可知，废弃油脂是含有8~24个碳的脂肪酸，其中多数是含12～22个碳的脂肪酸，这种脂肪酸甘油酯含有较长的烃链，因而密度大，粘度高，挥发性低，反应性较差。但其热值同石化产品相当，若作为混合炸药还原剂，经氧化还原爆炸反应后，所做的功应同石化产品相当，因此，废弃油脂具备作为工业炸药还原剂、可燃剂的能量基础。

1.2 膨化硝铵炸药生物复合油相制备

目前，膨化硝铵炸药油相材料一般用复合蜡、微晶蜡、石蜡、松香、地蜡、柴油、机油等调配组成。本课题所研究的地沟毛油与上述的膨化硝铵炸药通常所用的各种石油燃料具有相近的热值、较好的铺展性能及防水性能。通过配方的改善，以其为基础可调节制备出同膨化硝铵炸药复合燃料油具有相近的滴熔点、针入度、运动粘度的膨化硝铵炸药生物复合油。

1.2.1 主要原料

地沟毛油（自制）、煎炸老油（一种废弃固状食用油脂，过滤除杂，主要成分为棕榈酸）。

1.2.2 膨化硝铵炸药生物复合油的制备

将按比例称量的地沟毛油、煎炸老油加热到熔化,继续升温到120 ℃,在低速下恒温搅拌60 min,冷却到常温制得产品。

1.2.3 结果与讨论

根据馏程、针入度及运动粘度等参数确定了调合组分为地沟毛油、煎炸老油，通过探索试验,得出初始配方中各种原料的适宜配比范围为:地沟毛油60%、煎炸老油40%，在确定初始配方的基础上,分别考察了二组分比例的变化对产品质量的影响。长期生产经验可知，用于膨化硝铵炸药的复合油，不仅应考虑其在硝铵表面的铺展性、防吸湿性、膨化硝铵微孔的吸附性及便于成品油包装的成型性，更重要的是确保用其制成的膨化硝铵炸药产品的爆炸性能、装药密度、贮存性能及流散性，因此，从表2中三个油品性能指标来看，选择地沟毛油∶煎炸老油=40∶60为基本配方。

表2 二组分比例对产品物理指标的影响Table 2 Effect of the ratio of two-component product physical indicators

此外，由于表面活性剂在油相中材料中不仅可提高硝铵混合炸药的爆炸性能，而且具有增强硝铵炸药的防潮、防结块能力，是油相材料十分重要的组分。硝酸铵的极性比较强，应选择离子型的表面活性剂以增强表面活性剂依附硝酸铵的能力。本研究选择应用于膨化硝铵炸药生物复合油的表面活性剂为十八烷胺乙酸盐C18H37NH3+COO-，其亲油基分子结构同生物油相似，具有16~18长碳链，同油相相联；亲水基分子结构同NH4NO3中的NH4+结构相同，同硝酸铵相连，硝酸铵和复合油相通过表面活性剂能够更紧密、更牢固地联系在一起。这样，不仅可以增强炸药的防潮、防结块能力，而且可以提高氧化剂—可燃剂反应界面，从而提高了膨化硝按炸药的爆炸性能。本研究的表面活性剂的在油中的添加量为4%左右。

同乳化炸药生物复合蜡一样，采用在配方中添加少量抗氧剂可延缓或抑制油脂氧化过程的进行，从而阻止油脂的酸败或老化[4]，实际使用经常为几种抗氧剂的复合，以利用各种助剂之长，配合使用，产生协同效应，考虑性能及成本间平衡，一般用量不超过0.5%。

因此，综上研究，确定膨化硝铵炸药生物复合油基本配方为：地沟毛油38.5%、煎炸老油57%、表面活性剂4 %、抗氧剂0.5%。可通过以下的应用性研究，进一步调整、改善配方。

2 膨化硝铵炸药生物复合油的应用研究

2.1 膨化硝铵炸药生物复合油的制备工艺

（1）原料组合，按原料组合的百分比—地沟毛油38%、煎炸老油57%、表面活性剂4.5%、抗氧剂0.5%，计量取料，使其配比之和达到100%；

（2）将地沟毛油、煎炸老油组分置于反应釜中在 110~120 ℃之间加热熔化，并在转速 120~400 r/min下搅拌均匀；

（3）将熔化、混合好的地沟毛油、煎炸老油混合液冷却至110 ℃以下后，加入表面活性剂及抗氧剂，搅拌均匀；

（4）冷却出料，将搅拌混合的制品冷却至常温、凝固，成型包装，即得膨化硝铵炸药生物复合油。

2.2 膨化硝铵炸药生物复合油的应用

将膨化硝铵炸药生物复合油及膨化硝铵炸药传统复合油（柴油60%，复合蜡40%）制备，分别按如下配方及工艺制备膨化硝铵炸药：膨化硝酸铵92%，木粉4%，膨化硝铵炸药复合油4%。

2.3 膨化硝铵炸药制备工艺

（1）油相的制备

将膨化硝铵炸药专用油加热熔化后，温度控制在105～115 ℃下保温待用。

（2）膨化硝酸铵的制备

在质量分数为 85%～91%的硝酸铵溶液中加入质量分数为0.1%～0.15%的膨化剂，在溶液温度为125~130 ℃、压力为－0.080～－0.095 MPa下减压蒸发结晶10～15 min，制得水分含量小于0.1%，具有轻质多孔结构的膨松状硝铵，即为膨化硝酸铵。

（3）膨化硝铵炸药的制备

将92%膨化硝酸铵、4%木粉分别同4%的膨化硝铵炸药生物复合油及传统复合油与 70~80 ℃下混合均匀，冷却至45 ℃以下包装。

2.4 结果讨论

以生物复合油制得的膨化硝铵炸药SEM如图1所示。

图1 生物复合油膨化硝铵炸药SEM图Fig.1 SEM image of expanded ammonium nitrate explosive prepared from biocomposites oil

通过SEM观测可以看出，生物复合油相和膨化硝酸铵能很好的均匀混合，并且炸药的颗粒较细，使膨化硝铵炸药混合体系各组分之间具有较大的氧化还原反应界面，有利于膨化硝铵炸药爆轰反应的完全。

将生物复合油及传统复合油制备的膨化硝铵炸药爆炸性能分别测定如表3。

通过二种膨化硝铵炸药爆炸性能来看，以废弃动植物油脂制备的膨化硝铵炸药生物复合油同柴油、复合蜡制成的膨化硝铵炸药都符合《WJ9026-2004膨化硝铵炸药》标准的要求，可作为膨化硝铵炸药理想的可燃剂。

表3 生物复合油及传统复合油制备的膨化硝铵炸药爆炸性能Table 3 Expanded Ammonium Nitrate biocomposites oil and conventional oil produced composite explosive performance

3 结 论

（1）以地沟毛油38.5%、煎炸老油57%、表面活性剂4 %、抗氧剂0.5%为配方可以制得生物复合油相材料，采用该油相材料制备的膨化硝铵炸药具有良好的爆炸性能，符合《WJ9026-2004膨化硝铵炸药》的要求。

（2）针对膨化硝铵炸药装药密度较低的缺点，生物复合油以地沟毛油、煎炸老油为主要原料，其密度均在0.9 g/cm3以上，大于柴油（0.85 g/cm3）及复合蜡（0.85~0.88 g/cm3）所制成的传统复合油的密度，因此，一定程度上提高了膨化硝铵炸药的装药密度，改善了膨化硝铵炸药的体积威力[5]。

（3）生物油相材料的研究和生产能一定程度上环节废弃生物油脂给环境污染带来的压力，具有较好的社会和经济效益。

［1］吕春绪.工业炸药理论[M].北京：兵器工业出版社，2003.

［2］张启先.石油和石油化工产品手册[M].北京：中国石化出版社，2000.

［3］孔永平,郑冀鲁.利用地沟油制备生物柴油技术的研究[J].化学工程与设备，2008（4）：25-28.

［4］蔡新华,钱小君.油脂抗氧化剂的研究进展[J].粮食与食品工业，2013 20(4)：33-36.

［5］俞樟林.膨化硝铵炸药密度问题分析及对策[J].煤矿爆破，2011 (4)：32-34.