乳化炸药用复合乳化剂的HLB值测定及其乳化能力研究

龙维斌 习锟

摘要：建立了乳化炸药用复合乳化剂的HLB值测定方法。利用水数法做出了一定温度下表面活性剂HLB值的标准曲线，并利用标准曲线测定了不同配方的复合乳化剂的HLB值。研究了不同HLB值的复合乳化剂的乳化能力。

关键词：乳化炸药；复合乳化剂；水数法；HLB值；乳化能力

中图分类号：C35文献标识码： A

乳化炸药是一种借助乳化剂的作用，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W/O型乳胶状炸药［1］。乳化剂在乳化炸药的配制过程中虽然用量很少，但其起的作用却是牵一发而动全身，乳化剂质量的好坏将直接影响乳化炸药产品质量。乳化剂的乳化作用通常是由其亲水基团和亲油基团的相对强度（即HLB值，亲水亲油平衡值）所决定的。因此测定复合乳化剂的HLB值、考察不同HLB值的复合乳化剂的乳化能力，对于指导乳化炸药的生产具有重要意义。

1试验部分

1.1试验用主要试剂及仪器

1.1.1 试剂

N,N-二甲基甲酰胺：（分析纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司；苯：（分析纯）：西陇化工股份有限公司；司盘80：（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；吐温80：（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器

ZJR-5/10/15L型高速分散机、LD-2000(Ⅲ)型锂电高能起爆器。

1.2试验方法

1.2.1 试样的配制

配制N,N-二甲基甲酰胺苯混合液，配制比例为：N,N-二甲基甲酰胺:苯=85:15（V/V），并用无水硫酸钠脱水备用[2]。

配制司盘80吐温80混合液，混合液的HLB值按公式(1)[3]计算，

HLB(混合液)=HLB(司盘80)×ωS+HLB(吐温80) ×ωT……………(1)

式中：HLB(司盘80)——司盘80的亲水亲油平衡值，为4.3；

HLB(吐温80)——吐温80的亲水亲油平衡值，为15.0；

ωS——司盘80占混合液的质量分数，%；

ωT——吐温80占混合液的质量分数，%。

不同比例的混合液对应的HLB值见表1。

表1混合液的配制比例及对应的HLB值

ω(S):ω(T) 100:0

① 90:10

② 80:20

③ 70:30

④ 60:40

⑤ 50:50

⑥ 40:60

⑦ 30:70

⑧ 20:80

⑨ 10:90

⑩ 0:100

HLB值 4.3 5.37 6.44 7.51 8.58 9.65 10.72 11.79 12.86 13.93 15.0

1.2.2 HLB值标准曲线的绘制[4]

分别称取0.5g编号为①～的已知HLB值得混合液于150ml锥形瓶中，加入N,N-二甲基甲酰胺苯混合液25ml，控制温度在20℃左右，锥形瓶底部放一张3号字体的白纸，不断摇晃锥形瓶，由滴定管慢慢滴人蒸馏水，滴至底部3号字体模糊为终点，记录所耗用的蒸馏水体积，用HLB值为横坐标，所耗用蒸馏水体积的毫升数为纵坐标，绘制标准曲线见图1。

图1 HLB值标准曲线图

1.2.3 试样的测定

分别称取不同配比的复合乳化剂0.5g，于100ml锥形瓶中，加入N,N-二甲基甲酰胺苯混合液25ml，按1.2.2操作进行，记录所消耗的蒸馏水体积，由标准曲线查得所测试样的HLB值[5]。

1.2.4 复合乳化剂乳化能力的研究

1.2.4.1 不同复合乳化剂制得的乳胶基质的强度试验

分别称取93.5g乳化炸药用水相，3.5g乳化炸药用油相及3.0g复合乳化剂，在95±2℃条件下利用高速分散机进行乳化，分散机转速为1500r/min，乳化时间为2min。乳胶基质冷却至40±2℃时，用手捻乳胶基质，待出现发白磨砂涩感时记录总共捻摁次数。不同配比的复合乳化剂重复试验操作。

1.2.4.2不同复合乳化剂制得的乳化炸药性能试验

用复合乳化剂按2#岩石乳化炸药的配方制成直径为φ32mm、质量为200g的乳化炸药，敏化方式为化学敏化。分别测试乳化炸药的爆速、殉爆距离及猛度[6,7]。不同配比的复合乳化剂重复试验作为对比。

2结果与讨论

2.1 不同配比的复合乳化剂在20℃时的HLB值

根据以上在20℃时用水数法测得的HLB值标准曲线，在相同温度下分别滴出大豆磷脂含量为10%,15%,25%,35%,45%的复合乳化剂的水数，即可查得对应复合乳化剂的HLB值，见表2。

表2 不同配比的复合乳化剂的水数及HLB值

大豆磷脂含量，% 水数V/ml HLB值

10 4.62 4.77

15 4.51 5.00

25 4.47 5.35

35 4.03 5.95

45 3.71 6.42

由表1数据可以看出，随着大豆磷脂含量升高，复合乳化剂的HLB值也跟着升高，由此可知，复合乳化剂中大豆磷脂的含量不同对乳化炸药的的性能有影响。

2.2不同配比复合乳化剂制得的乳胶基质的强度比较

将用不同配比的复合乳化剂按一定比例制得的乳胶基质冷却至40℃左右，用手捻摁待出现磨砂感，即破乳析晶时记录捻摁次数，见表3。

表3不同复合乳化剂制得的乳胶基质的捻摁次数比较

大豆磷脂含量,% 10 15 25 35 45

捻摁次数 47 56 55 31 16

可以看出，配制乳化炸药用复合乳化剂时，助剂大豆磷脂的加入量有一定的适用范围，开始时随着加入量的增加，所制得的乳胶基质强度增大，当增加到一定量后继续再增加，所制得的乳胶基质强度迅速衰减。

2.3不同配比的复合乳化剂制得的乳化炸药性能比较

按照2#岩石乳化炸药的配方，使用不同配方的复合乳化剂，通过化学敏化制成成品乳化炸药，并测试成品炸药的爆速、猛度和殉爆距离等指标，见表4。

表4不同复合乳化剂制成的成品炸药性能比较

大豆磷脂含量,% 爆速,m/s 猛度,mm 殉爆距离,cm

10 4.8×103 18.3 9

15 4.9×103 18.7 9

25 4.9×103 18.8 9

35 4.6×103 17.9 7

45 4.3×103 15.6 4

由表4可以看出，当大豆磷脂所占比例在15%~25%时，制成的2#岩石乳化炸药爆速、猛度及殉爆距离均较好。

3 结论

（1）本文通过水数法测定了不同大豆磷脂含量的复合乳化剂的HLB值，随着磷脂含量的增加，复合乳化剂的HLB值也相应变大。

（2）磷脂含量不同的复合乳化剂，按一定比例制成乳胶基质后，其所形成的油膜强度不同，当磷脂含量在15%～25%之间时，乳胶基质的油膜强度最大，基质具有较好的储存稳定性。

（3）磷脂含量不同的复合乳化剂制成的2#岩石乳化炸药，其爆速、猛度及殉爆距离差别较大，当磷脂含量在15%～25%之间时，乳化炸药的性能较好，随着磷脂含量的增大，乳化炸药的爆速、猛度和殉爆距离衰减较快。

参考文献：

[1] 汪旭光. 乳化炸药(第2版)[M]. 北京:冶金工业出版社, 2008. 3-6.

[2] 安红,侯近龙,邓启刚,程侣伯. 大豆磷脂的HLB值测定和乳化力的研究[J]. 理化检验-化学分册, 2003, 39(12): 1-2.

[3] 赵国玺.表面活性剂物理化学（第二版）[M].北京：北京大学出版社，1991.340-341.

[4] 乔建江.非离子表面活性剂亲水-亲油平衡值的水数表征法[M].1998,14(3):64.

[5] 安红,宋伟明,张宏波. 磷脂化学及应用技术[M]. 北京:中国计量出版社, 2006. 27-28.

[6] 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, (5): 1-4.

[7] 褚万伟, 李志武, 张茂煜. 复合油相材料的物化性质对乳化炸药性能的影响[J]. 爆破器材, 2003, (2): 1-3.