N-羟甲基丙烯酰胺（NMA）对乳化基质稳定性的影响

李汉，王树涛，才思雨，程秀莲

（沈阳理工大学装备工程学院，辽宁沈阳110159）

N-羟甲基丙烯酰胺（NMA）对乳化基质稳定性的影响

李汉，王树涛，才思雨，程秀莲

（沈阳理工大学装备工程学院，辽宁沈阳110159）

为了增强乳化基质的稳定性，在水相中添加了一种聚合物单体NMA（N-羟甲基丙烯酰胺），以乳化基质稳定性为目标，用高低温循环试验和高速离心法表征乳化基质的稳定性，确定添加工艺。实验数据结果显示，引发剂选用B种添加方式乳化基质稳定性最好，即引发剂在精乳开始时添加；单体NMA最适用量为0.6%，单体用量为0.6%时引发剂最适用量为0.013%.

应用化学；乳化基质；NMA；聚合稳定性

乳化炸药泛指一类用乳化技术制备的油包水（W/O）型抗水工业炸药，是以氧化剂水溶液的微细液滴为分散相，悬浮在含有分散气泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料的似油类物质构成的连续介质中，形成一种油包水型的特殊乳化体系。为了增强乳化基质的稳定性，可以通过在水相中添加功能复合物、晶型改良剂，在油相中添加合适的碳质燃料，也可以通过优化乳化工艺等实现。其中，添加高分子聚合物增强乳化炸药的稳定性在国外已有较多报道，但在国内，在水相中添加聚合物单体增强乳化基质稳定性的报道非常少。因此，本文就添加了一种聚合物单体N-羟甲基丙烯酰胺，并对乳化基质中聚合作了讨论，即以乳化基质稳定性为目标，确定了引发剂的加入方式，单体、引发剂的最适添加量。

1 实验部分

1.1 药品

硝酸铵、尿素（天津市河东区红岩试剂厂），硝酸钠（国药集团化学试剂有限公司），50%NMA水溶液（广州市煦和贸易有限公司），K12、石蜡、液蜡、微晶蜡、Span-80（AR）。

1.2 实验仪器

电子天平（上海精密科学仪器有限公司）、电动搅拌器(上海申顺生物科技有限公司)、电热温煲（北京市永光明医疗仪器厂）、离心机（北京市永光明医疗仪器厂）、烘箱（无锡博奥试验设备有限公司）。

1.3 实验配方

乳化基质基本配方由氧化剂盐溶液、连续相碳质燃料和乳化剂组成。表1给出了乳化基质的基本配方。

1.4 实验方法

按照表1中的配方分别配置水相和油相，分别油浴保温；将配置好的水相溶液以“先慢后快”的原则加到油相中，然后迅速将转速提高到1 400 r/min，搅拌5 min，制得乳化基质；用高低温循环试验和高速离心实验表征乳化基质的稳定性。

2 结果与讨论

乳化实验之前，将水相配方与一定量的NMA混合，加热到95℃，制成水相溶液。当NMA添加量为3%时，NMA与水相的相容性依然良好，乳化实验中NMA添加量在0.1%～1.2%，所以，在此范围内不会出现与水相不相容的问题。与基本配方制得的乳化基质相比，添加适量NMA和引发剂得到的乳化基质密度稍有减小，对装药等无影响，药体颜色变深，但基质稳定性得到提高，高低温循环试验次数可以提高4次，有的离心2 h不析晶。

3 工艺的确定

3.1 引发剂添加方式的确定

实验中设计了引发剂的4种添加方式：①乳化前将引发剂添加到油相中；②乳化开始时添加引发剂；③乳化完成后添加引发剂，具体为乳化5 min后添加引发剂；④乳化完成后，将乳化基质温度降低到74℃，加入引发剂搅拌均匀，升温使单体迅速聚合。实验结果如表2所示。

表1 乳化基质的基本配方

表2 引发剂添加方式的影响

第一种添加方式中，乳化基质稳定性明显降低，原因是提前将引发剂添加到油相中，引发剂攻击Span-80双键破坏Span-80的结构，使Span-80乳化能力减弱；第三种添加方式中，乳尽管乳化完全，乳胶粒子直径变小，但是乳化完全后，乳化基质黏度已经变大，引发剂加入后难以混合均匀，聚合效率不高，且可能只是局部发生聚合，稳定性较差；第四种添加方式难以乳化，方法不可取；第二种添加方式效果最好，8次高低温循环实验基质才变硬，原因是引发剂在乳化开始时添加，基质黏度不大，易搅拌均匀，这种添加方式引发效率较高，引发剂对Span-80的影响较小，乳化基质稳定性最好，所以选用该种添加方式添加引发剂。

3.2 NMA量的确定

NMA量对乳化基质稳定性的影响如表3所示。

表3 NMA量对乳化基质稳定性的影响

从表3可看出，当NMA添加量小于0.4%时，作用不明显，甚至由于引发剂的加入导致稳定性有所下降；当NMA用量为0.6%时，基质稳定性最佳，在此浓度下，NMA被引发剂引发聚合，乳胶粒子黏度增大，且形成的聚合物为大分子带支链结构，可以缠绕在各个乳胶粒子之间，降低了乳胶粒子聚结的可能性；随着NMA用量增大，基质黏度增大，黏度增大不利于后期乳化，乳胶粒子直径增大，高低温循环过程中油水相易分离、易析晶破乳。从表3可以大致看出，NMA用量的平衡点在0.6%左右，当用量增大到1.2%时稳定性提升，原因可能是生成的聚合物的作用大于其吸水促进硝酸铵析晶的作用，但考虑到成本和氧平衡问题，NMA用量不宜过大，控制在0.6%左右为宜。

3.3 引发剂量的确定

在表3中已经看出，引发剂对乳化基质的稳定性有不利影响，添加过多的引发剂会造成引发剂剩余，过少则会导致引发效率低或不能引发单体聚合。表4给出了NMA用量为0.6%时，引发剂的量对乳化基质稳定性的影响。

表4 引发剂量的影响

从表4可以看出，当引发剂用量为0.013%，基质稳定性最好；当用量达到0.02%时，基质稳定性明显变差。这是因为过多的引发剂破坏乳化剂Span-80的双键，使其乳化能力减弱，所以，单体的用量为0.6%时引发剂的量控制在0.013%为宜。

4 结论

从高低温循环试验可以看出，NMA作为水相添加剂能够明显增强乳化基质的稳定性；引发剂选择第二种方式添加，即精乳开始时添加引发剂，这种添加方式制得的乳化基质稳定性最佳；NMA的用量对乳化基质稳定性有较大影响，NMA用量不宜过大，控制在0.6%左右为宜，此时，基质稳定性较好；单体用量0.6%、引发剂用量在0.013%时能够正常引发单体聚合，且制得乳化基质稳定性较高。

［1］汪旭光.乳化炸药［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

［2］徐国材.高分子材料对乳化炸药稳定性的影响［J］.煤矿爆破，1996（01）.

［3］陈志刚，杨荣杰.用高分子添加剂提高乳化炸药的贮存稳定性［J］.北京理工大学学报，1999（05）.

［4］张现亭，杜华善，王作鹏，等.三级煤矿高分子胶状乳化炸药的研究［J］.爆破器材，2001，30（06）.

［5］张显丕.乳化炸药爆轰性能研究［D］.淮南：安徽理工大学，2006.

〔编辑：张思楠〕

TQ436.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.115

2095－6835（2017）19－0115－02

王树涛（1988—），硕士，助理实验师，主要从事含能材料制备与表征和量化计算研究。