乳化炸药中乳化剂的合成及性能研究进展

曹勇

【摘 要】本文概述了不同种类的乳化剂的合成方法以及乳化剂的结构对乳化性能的影响，对比使用不同乳化剂制备得到的乳化炸药的爆炸性能，展望了乳化炸药用乳化剂的未来发展。

【关键词】乳化剂；乳化炸药；合成；爆炸性能

Research progress on synthesis and performance of Emulsifier Used for Emulsion Explosives

CAO Yong

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

【Abstract】The synthesis methods on different categories of emulsifiers are narrated in this paper. The effects on emulsifying property of the emulsifier construction are investigated. We make a comparison that explosion performance of emulsion explosive manufactured by different emulsifiers. The trend of further research and noticeable problems of emulsifier have been put forward.

【Key words】Emulsifier； Emulsion explosive； Synthesis； Explosion performance

0 导言

乳化炸药这种工业含水炸药是一种油相材料和水溶液形成的油包水型乳化体系，其稳定性与乳化过程紧密相关[1-2]。乳化炸药的稳定性越强，意味着工业生产中生命和财产的损失会变得越小。而乳化剂是同时具有亲水性基团和亲油性基团的表面活性剂，能够将两相材料更好地结合在一起，乳化剂的使用对于乳化过程的反应以至于对乳化炸药的稳定性都具有至关重要的作用。因此，通过从不同种类乳化剂的合成方法以及所制备得到的乳化炸药性能的研究，叙述了乳化剂的研究进展。

1 乳化剂的种类

1.1 脂肪酸酯类，如失水山梨糖醇单油酸酯（span-80类）

Span-80作为非离子型的表面活性剂，其亲油基团为油酸，亲油性非常好，因此，将span-80作为乳化剂更容易乳化；同时，油酸成分中含有不饱和酸，这使乳化剂分子在界面吸附之后形成了很大空隙。并且，不饱和酸中的双键容易氧化，使水分子在不饱和酸处破乳，导致制备的乳化炸药稳定性较差。

1.1.1 直接合成法

传统的方法是将油酸、山梨醇同时与氢氧化钠溶液混合加热较长一段时间，使油酸和山梨醇发生酯化反应的同时能够进行醚化反应，反而这个过程中酯化反应处于优势，因此，合成出的span-80分子中其他产物较多，性能也相对较差。而随着生物酶技术的发展[3-4]，在油酸和山梨酸的反应中加入生物酶催化剂，使反应大大降低，在节约了能源的同时也有效地减少了副产物的生成，提高了产物的性能。

1.1.2 分步合成法

分步合成即控制油酸和山梨醇的反应条件，时酯化反应和醚化反应分开进行。由于先进行醚化后进行酯化反应的温度较低，形成的副产品较少，因此开始了较多研究。Matthews等[5]通过研究发现该方法工艺复杂，反应受到催化剂、反应温度以及反应物质量的影响，实验结果表明该工艺的技术关键在于控制亲水集团的数量。Grzegorz等[6]通过选取了合适的催化剂，同时有效控制了反应工艺条件，得到了含亲水集团较好的产品。毛连山等[7]研究了油酸与山梨醇合成反应过程中山梨醇的失水度对反应产物的影响。实验结果表明，当失水度从1.0增加到1.7时，羟基从250mg/g降低为118mg/g。随着失水度的增加，山梨醇中羟基随之减少。这时，亲油性基团含量增多，使分子间的空隙变大，实验得到的产物杂质含量增多。

1.2 聚异丁烯丁二酸酐衍生物类，如丁二酰亚胺类

与span-80一样，聚异丁烯丁二酸酐衍生物（T类乳化剂）被乳化过程中最普遍的乳化剂之一。T类乳化剂是一种高分子的聚合物，分子量较高。并且，由于它具有分子的框架结构，因此在界面吸附之后会形成具有框架架构的膜，稳定性显著提高。叶志文等[8]将聚异丁烯双丁二酰亚胺作为乳化剂与span-80进行了比较，结果表明，聚异丁烯双丁二酰亚胺能形成分布均匀的油包水粒子，使乳化炸药具体良好的稳定性。谢丽等[9]以聚异丁烯丁二酸酐与三乙醇胺进行反应合成了聚异丁烯丁二酸三乙醇胺酯这种新型的乳化剂。通过与聚异丁烯双丁二酰亚胺进行对比发现，该乳化剂能够明显地降低界面间的自由能，形成更小的乳胶颗粒，乳化炸药表现出良好的稳定性。

1.3 复合乳化剂

然而，单一的乳化剂往往具有明显的缺点，而通过实验研究发现，将不同种类的乳化剂复合形成的复合乳化剂，往往能够改善单一乳化剂所具有的缺点。

徐志祥等[10]研究了将改性后的大豆磷脂与span-80组成的复合乳化剂对乳化炸药性能的影响。结果表明，改性后的磷脂在分子长链上加入了亲水性基团，与span80形成复合乳化剂后，乳化剂在界面吸附时，形成的界面膜吸附力更强，使制备的乳化炸药稳定性更强。李冰等[11]使用5种不同的乳化剂进行不同的配比，将形成的复合乳化剂制备得到的乳化炸药进行高低温循环，检测乳化炸药的稳定性。实验表明，通过5种不同乳化剂进行不同的配比，能够对亲水亲油平衡值（HLB值）进行调节，同时改变了油膜的厚度，从而得到了性能更好的复合乳化剂。

2 乳化剂的性能

乳化炸药的稳定性和爆炸性能是体现乳化剂性能的重要指标，表中复合乳化剂A是由改性磷脂与span-80复合而成，复合乳化剂B是由span-80与聚异丁烯双丁二酰亚胺复合得到。不同乳化基质在常温下保存观察破乳失效的时间，乳化炸药通过高低温循环测量通过循环的次数，结果表明：由于聚异丁烯双丁二酰亚胺具有高分子量和分子框架结构，因此，聚异丁烯双丁二酰亚胺以及改性磷脂与span-80复合能够有效提高乳化基质和乳化炸药的稳定性（表1）。

表1 不同乳化剂制备的乳化基质和乳化炸药的稳定性

表2表明：单一乳化剂得到的乳化炸药爆炸性能很差，而复合乳化剂能够有效提高乳化炸药的爆炸性能，这是因为磷脂能够与其他分子形成网状结构，抑制了乳化粒子的破乳，有效地提高了乳化炸药的稳定性，同时有利于爆炸的进行，提高了爆炸性能。

表2 不同乳化剂制备的乳化炸药的爆炸性能

3 结论与展望

乳化剂的乳化性能对于炸药产品的生产使用安全至关重要，应当继续开发不同种类的乳化剂，研究通过不同种类乳化剂的复合，改善乳化剂本身具有的一些缺点；不断致力于改进生产工艺，如温和反应条件下的乳化工艺，通过加入生物酶，有效地提高反应生成物的产率，从而提高乳化炸药的质量。

【参考文献】

[1]汪旭光.乳化炸药[M].第2版.北京：冶金工业出版社，2008：128-153.

[2]薛毅生，曾世奇.M系列商品乳化炸药及其丁二酰亚胺类乳化剂研究综述[J].金属矿山，传统技术，1995，47（3）：5.

[3]Terech P， Chazeau L， Cavaille J-Y .A small-angle scattering study of cellulose whiskers in aqueous suspensions[J].Macromolecules，1999，32（6）：1872-1875.

[4]Dong X M， Revol J F， Gray D G. Effect of microcrystallite preparation conditions on the formation of colloid crystals of cellulose[J].Cellulose，1998，5（1）：19-32.

[5]Matthews J F， Skopec C E ，Mason P E， et al .Computer simulation studies of microcrystalline cellulose I β[J].Carbohydrate Research，2006，341（1）：138-152.

[6]Grzegorz G， Oliwia Z-S， Wies？觔aw P，et al. X-ray and 13C CP MAS investigations of structure of two genistein derivate[J].Journal of Molecular Structure，2004，694（1/ 2/3）：121-129.

[7]毛连山，朱凯.Span 80合成及其在乳化炸药中应用的研究进展[J].现代化工，2006，26：92-99.

[8]叶志文，吕春绪，刘祖亮.聚异丁烯双丁二酰亚胺作为乳化炸药乳化剂的技术特点研究[J].精细石油化工，2003，1（1）：54-56.

[9]谢丽，郭晓晶，李斌栋，吕春绪.聚异丁烯丁二酸三乙醇胺酯的合成及应用研究[J].爆破器材，2012，41（2）：1-4.

[10]徐志祥，刘燕，尹正芳，卫延安.改性磷脂复合乳化剂对乳化炸药稳定性的影响研究[J].爆破器材，2009，38（5）：1-4.

[11]李冰，胡坤伦，罗宁.复合乳化剂对提高乳化炸药稳定性的初步研究[J].火工品，2007（6）：37-39.

[责任编辑：王楠]