乳化炸药生产中的乳化剂的合理选择
2016-08-12贵阳久联化工有限责任公司贵州贵阳550002
刘 勇(贵阳久联化工有限责任公司,贵州 贵阳 550002)
乳化炸药生产中的乳化剂的合理选择
刘勇(贵阳久联化工有限责任公司,贵州贵阳550002)
目前在乳化炸药中使用的乳化剂有三大类,即以失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)为代表的脂肪酸酯类、以丁二酰亚胺为代表的聚异丁烯丁二酸酐衍生物以及复合乳化剂等。本文主要结合笔者多年工作经验,阐述了目前乳化炸药中使用的乳化剂的种类及其性能比较。
失水山梨醇单油酸酯;SPan-80;乳化剂;炸药
引言
乳化炸药的生产工艺、存储稳定性以及爆炸性能受到乳化剂的直接影响,常见的乳化剂有失水山梨醇单油酸酯、丁二酰亚胺以及复合乳化剂等。虽然乳化剂在乳化炸药中占据的比例仅有2%左右,但是对于提高乳化炸药的乳化效果、炸药的储存稳定性以及爆炸的性能具有重要的影响,所以做好乳化剂的选择是进行乳化炸药生产研究的重要任务之一。
1 乳化剂对乳化炸药的影响
乳化炸药是通过乳化剂的作用,使氧化剂的水溶液的微滴均匀的分散在含有空气泡或空心微球等多孔性物质的油相连续介质中,从而形成的一种油包水型的乳胶状炸药,又称乳胶炸药或乳化油炸药。乳化炸药不仅有优良的抗水性能,同时还具有独特的爆炸性能,爆轰感度高,摩擦撞击感度低,有良好的稳定性。
乳化炸药是经过w/o型乳化液经敏华而生产的,生产乳化炸药的关键就在于取得优质的乳化液,而乳化液的核心问题就是乳化剂。经过大量实践证明发现,乳化剂的总含量占据了炸药总质量的0.5~2.5%,虽然含量不是很多,但是起到的作用却是非常大的。因为乳化剂能够吸附到界面上,从而对界面张力进行降低,使得无法相溶的油和水能够形成高度均匀分散的乳胶体。乳化剂质量越好,就月能够对乳化炸药分散相粒子与连续相截面膜的强度进行增强,从而对分散相粒子堆积密度进行提高,能够对乳化炸药储存的稳定性和爆炸性能进行提高。所以说,乳化剂的质量对乳化炸药质量的好坏产生直接的影响。
2 几种乳化炸药中乳化剂的分析
2.1失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)
失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)是失水山梨醇和油酸两种物质在催化剂的作用下生成的一种酯类非离子型表面活性剂。乳化剂S-80为琥珀色至棕色粘稠油状物。主要质量指标应符合表1规定。
表1 乳化剂S-80质量指标
失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)乳化剂的质量对乳化炸药的性能具有直接的影响。失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)是由山梨醇失水物和油酸在特定的生产工艺条件下酯化而成的一种非离子型表面活性剂。为了提高失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)乳化剂的稳定性和质量,必须加强对失水山梨醇单油酸酯 (SPan-80)生产工艺的研究。失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)的生成反应可以分成以下两个步骤:①意识山梨醇的脱水反应;②脱水产物和油酸的酯化反应。山梨醇失水物主要有三种,分别是1.4失水山梨醇、1.5失水山梨醇以及二元失水山梨醇,因而山梨醇失水物也有三种,但是实际反应要比理论复杂很多。原因是山梨醇在反应过程中有可能出现分子间失水反映,这种产物就会有非常多的种类,另外再加上失水山梨醇的酯化产物还有二油酸酯、三油酸酯以及四油酸酯等。所以说,山梨醇与油酸的酯化产物的成分是比较复杂的,如何对生产工艺条件进行有效的控制,使得反映朝着失水山梨醇单油酸酯的方向进行,是一个非常重要的研究课题。
2.2丁二酰亚胺
丁二酰亚胺乳化剂全称为聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂。目前,国内外已开始使用即时配制的乳化炸药来代替原有的炸药。除了保证有良好的爆炸效果外,还解决了运输、携带及使用时的安全隐患。这种乳化炸药所用的乳化剂是国际上第三代乳化炸药用乳化剂。是由聚异丁烯基丁二酸酐为原料生产的聚异丁烯基胺(Ⅰ)类乳化剂。相比于失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)乳化剂,它具有起乳效果好、储存稳定性好、宜于在较高温度及剧冷温度下长时间存放等优点。丁二酰亚胺具有大分子框架结构,因而决定了它在乳化炸药中的乳化机理,丁二酰亚胺主要是通过物理吸附和化学吸附的双重作用,在乳化液中乳化剂以单分子溶解在油中,形成比较稳定的具有立体框架结构的复层膜。丁二酰亚胺作为炸药乳化剂在结构上优于失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)乳胶粒子,所以用丁二酰亚胺作为炸药乳化剂生产出来的乳化炸药稳定性得到了显著的提高,储存事件能够达到一年以上。丁二酰亚胺具有微乳化结构,具有比较好的浮游分散以及溶化中和作用。
2.3复合乳化剂
在乳化炸药的生产中,选择单一的乳化剂通常无法满足乳化炸药的使用要求,导致该现象的主要原因是单一乳化剂的分子结构。拿失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)来说,它的组成成分油酸是含有一个双键的不饱和酸,在相同的条件下,饱和的十八酸分子所占的面积为21-25A2,在这样的条件下,使用不饱和的油酸所生成的司盘在油水量相界面因为定向吸附的作用而生成的单分子膜就会比较膨松。而每个油酸分子的双键处电子云的分布密度产生了相斥作用从而在双键处形成了孔腔,所谓乳胶炸药破乳指的就是水分子从油酸分子的孔腔中被挤压出来而产生的现象。根据大量的试验研究发现,复合乳化剂的乳化作用以及存储稳定性都比使用单一的乳化剂要效果好很多。复合乳化剂指的是将两种或者以上的乳化剂混合而成的乳化剂,在复合乳化剂的使用过程中将两种乳化剂分别添加到水相和油相中,在乳化过程中两种或者以上的乳化剂就会互相补充,对对方的乳化性能进行有效的改善。在使用复合乳化剂的过程中,如果在截面膜上生成复合物,那么截面膜的强度就会增加,就非常容易形成紧密堆积,所以乳化液的液珠就不容易产生凝结现象,从而乳化液也就变得更加的稳定。通过上文所述,显而易见的是只要保证两种或以上的乳化剂能够生成复合物才能够保证复合乳化剂有比较好的效果。如使用失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)与木糖醇单油酸酯以一定的比例进行复合,就会得到非常显著的效果。通过相关实验和试验发现,如果在失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)中添加固体粉末或者磺酸盐等也可以取得比较好的乳化效果。
乳化剂的乳化作用与亲水基的亲水性和憎水性有关。为了定量地表示亲水基的亲水性与憎水基的憎水性的相对大小,人们提出乳化剂亲憎平衡值的HLB的概念oHLB值越高,表示亲水性越大;HLB值越低,表示憎水性越大。当然,HLB值的大小与乳化剂分子结构有关。变化乳化剂的HLB值使其与被乳化物的HLB值接近,就会使得乳化的效果大大的得到改善,要满足上述要求,就只能够选择复合乳化剂作为乳化炸药的乳化剂。经过多次试验研究发现,复合乳化剂的HLB值可以有组分中的各个乳化剂的HLB值按照重量平均算出。
3 不同乳化剂的性能比较
3.1乳化强度
如果乳化剂采用失水山梨醇单油酸酯(SPan-80),那么所需的乳化炸药的剪切强度比较低,采用丁二酰亚胺作为乳化剂时,那么就需要乳化炸药具有比较高的剪切强度。用以聚异丁烯丁二酸亚胺为主的复合乳化剂所需要的乳化强度与失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)基本相同,能够对低剪切强度乳化炸药合成工艺的要求进行满足,远远比聚异丁烯丁二酸亚胺的剪切强度。
3.2乳化效率
经过研究发现,以聚异丁烯丁二酸亚胺为主的复合乳化剂临界用量最小,比失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)低一半以上,成膏时间短,说明其乳化效率最高。
3.3存储稳定性
各类乳化剂制备的乳化炸药稳定性试验对比见表2。
表2 乳化剂植被的乳化炸药稳定性对比
从表2可以看出,以聚异丁烯丁二酸亚胺为主的复合乳化剂性能比其他两种乳化剂在提高乳化炸药的稳定性方面具有更加优良的性能。
4 结语
上文主要探讨了三种乳化炸药中乳化剂的特点和性能,其中失水山梨醇单油酸酯(SPan-80)具有乳化强度低以及原料容易取得的优势,但是其存储稳定性比较低;聚异丁烯丁二酸亚胺具有较好的存储稳定性,但是乳化强度过高;而复合乳化剂克服了上面两种乳化剂的缺点,保留了它们的缺点。在乳化炸药中乳化剂的选择中,需要根据实际要求并且结合各种乳化剂的优缺点进行综合分许,选择合理的乳化剂。
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刘 勇(1978-),男,工程师,本科,主要从事精细化工品的研究与开发工作。
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2095-2066(2016)14-0262-02
2016-4-29