乳化剂对乳化炸药硬化问题的影响及改善对策

张国亮

【摘 要】乳化炸药的贮存稳定性受各种各样因素的影响，乳化剂是诸多因素中至关重要的影响因素。本文就乳化剂对乳化炸药硬化问题的影响及改善对策进行了探讨，通过对乳化剂调整、乳化机选型与生产工艺条件等实际效果分析，研究出了乳化炸药硬化问题的改善对策，希望能为乳化炸药硬化问题的改善提供一定的参考借鉴。

【关键词】乳化炸药；乳化剂；硬化；改善对策

0.引言

所谓的乳化炸药，是借助乳化剂的作用，使氧化剂盐类水溶液的微滴，均匀分散在含有分散气泡或空心玻璃微珠等多孔物质的油相连续介质中，形成的一种油包水型乳胶状炸药，并因其具有密度高、爆速大、猛度高、抗水性能好、临界直径小、起爆感度好等优点，在许多工程爆破领域得到了广泛的应用。但是乳化炸药由于贮存稳定性的不足，容易硬化而影响爆炸性能，给生产和使用安全带来较大的影响。因此，在乳化炸药的实际生产运用中防治炸药硬化对保证乳化炸药的性能尤为重要。本文就乳化剂对乳化炸药硬化问题的影响及改善对策进行了探讨，希望能为乳化炸药硬化问题的改善提供一定的参考借鉴。

1.乳化炸药硬化现象影响因素分析

乳化炸药成品在常温储存过程中的硬化将导致产品性能下降甚至导致其丧失爆轰能力。作为乳胶型抗水工业炸药，有效保持其储存期性能关键在于乳状液的稳定性。乳状液是一个较为复杂的多相体系，是由水相、油相溶液经过乳化机的高速运转、反复剪切后，二者变成小液滴，在乳化剂的作用下形成的油包水（W/O）的乳胶基质。硬化现象通常是由于炸药基质破乳，内相（水相）析晶而变硬。因此乳化基质粒子大小、界面膜强度、油相材料、乳化剂、工艺条件等都可能引起产品硬化变质，性能指标下降。由此可见，解决乳化炸药储存期间硬化现象应主要从以下两方面入手：（1）乳化剂的选用；（2）乳化设备的合理工艺参数控制。

1.1乳化剂对乳化炸药硬化现象的影响分析及控制

优良的乳化体系是乳化炸药爆轰性能和贮存稳定性优良的重要保障，起着决定性内因作用。乳胶体的形成，一靠乳化机机械剪切，二靠乳化剂定向分散的化学力。在乳化过程中，乳化剂起到了一个至关重要的作用，它就像一双手，一只紧紧的抓住水相，一只紧紧的抓住油相，形成一个整体。乳化剂是稳定乳化体系必不可少的重要组分之一。乳化炸药基质是典型的油包水型乳状液，要求乳化剂的HLB值应处于3～6之间。乳化炸药常用的乳化剂主要有高分子乳化剂和Span-80，高分子乳化剂因其网状分子结构特性，使形成乳化基质稳定性更好，但实际生产中，相对于Span-80，使用高分子乳化剂材料成本较高，且要求水、油相工艺温度高，要求乳化机转速高、定子与转子间隙小，起乳速度慢等因素不利于安全生产。Span-80的HLB值为4.3，具有起乳速度较快、尾料产生少、工艺温度要求较低等优点，是目前国内普遍认为生产乳化炸药较好的乳化剂。但其长链分子结构特性使之形成的乳化炸药的储存

稳定性相对稍差，易出现油水分析，导致药条变质发硬。表1是采用Span-80乳化剂（含量2%）其储存时间与性能关系表。

事实上，虽然HLB值在3～6的乳化剂多数能在氧化剂水溶液中形成W/O型乳化液，但所形成的乳化液的稳定性却有质的差别。这是因为（1）不同的乳化剂所构成的界面膜的强度和紧密程度不同。（2）不同的乳化剂分子结构的立体空间特性不同。如果选用的乳化剂的主链结构与所使用的油相结构相近或相似，那么两者就有可能有较大的亲和力，它们所形成的界面膜的强度和紧密程度必定增大，从而导致整个乳化体系的稳定性增强，故而乳化炸药界面膜形成的临界条件对乳化炸药稳定性至关重要。由表1可以看出单一使用Span-80作为乳化炸药的乳化剂，其储存期稳定性还不是十分理想。

为弥补单一使用Span-80乳化剂不足，兼顾Span-80及高分子乳化剂优点，通过添加适量石油磺酸钡制成的混合乳化剂可增强界面膜的强度和紧密程度，从而改善乳化炸药界面膜形成的临界条件使之整个乳化体系的稳定性增强。以不同配比的Span-80和添加少量石油磺酸钡制成的混合乳化剂作对比。

从中可以看出，选定Span-80量1.6%加石油磺酸钡量0.4%为乳化炸药的乳化剂，能够得到较好的乳化基质。通过选定加入量1.6%Span-80添加0.4%的石油磺酸钡量乳化剂做出储存期性能关系如表2。

不难看出，加入合理量结构相近或相似的配位络合物制成的混合型乳化剂如含量为1.6%的Span-80与0.4%的石油磺酸钡乳化剂，可以使乳化剂的乳化能力明显增强，使得乳化炸药的稳定性能大大提高。

1.2乳化机工艺参数控制对乳化炸药硬化现象的影响分析及控制

乳化炸药储存期稳定性与乳化基质粒子的均匀程度、细腻程度、光泽度有很大的关系，一般其均匀程度、细腻程度越高，光泽度越好，在储存期间就很难出现硬化拒爆等问题。目前多数厂家采用一级乳化机。乳化机分立式跟卧式两种，其构造均分为两个腔体，油、水相先进入第一空腔经搅拌后甩入设有定子与转子的剪切腔经转子高速运转使得水、油相在腔体内被反复剪切从而形成细小液滴。乳化过程中，搅拌有两种作用：一是沿轴向推动油（水）混合液在罐内上下循环；二是产生剪切作用，使流入罐中的氧化剂水溶液高度分散于油相之中，这样往复循环而被分散成细小液滴，形成油包水型的粘稠乳胶体。乳胶粒子分散越均匀、越细，炸药稳定性也就越高。因此，乳化机工艺参数控制对炸药稳定性起着关键性外因作用。通过实验得出的乳化机转速获得的基质效果与180天的炸药稳定性对比情况，见表3。

乳化机速度越快对获得较好的乳化效果越有利。而实际上，当乳化机速度过高时，机械的反复搅拌剪切形成的乳胶基质粒子越小，形成的界面膜表面积越大，基质表现出光滑、透明，相对较稀的状态。这样形成的油膜相对较薄，导致油膜包覆强度、弹性减弱，个别粒子因凝聚易产生破乳，储存期内可能发生变硬现象。由表3可以看出：当乳化机变频器控制在40Hz～45Hz，对应的乳化机转速获得的基质状态最好，能确保有效期内乳化炸药产品稳定不硬化。且使用不同的乳化剂对应最佳的乳化机转速也有差别，高分子乳化剂要求乳化机转度相对于Span-80要高得多。同时为减少开、关机时的尾料量，可利用镇流器控制乳化机启动电流，使乳化机在关机、启动、带料启动过程中能保持平稳转速启动，乳化起乳速度快。因此，选择结构合适的乳化机并保持乳化机合理稳定转速即可有效防止乳化炸药破乳硬化。

2.结论

综上所述，乳化炸药具有密度高、爆速大、猛度高、抗水性能好、临界直径小、起爆感度好等优点，在许多工程爆破领域得到了广泛的应用，但是由于其容易受到硬化问题的干扰而导致炸药性能的下降，所以为了保障炸药的性能，应该选用混合乳化剂，确保乳化炸药产品有效期内稳定、不产生硬化，从而对改进和提高产品质量，确保使用安全有一定的帮助作用。 [科]

【参考文献】

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

[2]吴海青.乳化剂质量指标对乳化炸药性能影响探讨[J].能源与环境，2011（05）.