基于复合乳化剂的乳化炸药的性能研究

陈 宁

（贵阳久联化工有限责任公司，贵阳 550025）

基于复合乳化剂的乳化炸药的性能研究

陈 宁

（贵阳久联化工有限责任公司，贵阳 550025）

采用高分子醇胺乳化剂和Span-80制成复合乳化剂，考察其对乳化炸药性能的影响。结果表明：对于乳化炸药的稳定性和爆轰性能，使用复合乳化剂要优于单一乳化剂。复合乳化剂中醇胺乳化剂的质量分数为70%、Span-80质量分数为为30%时，乳化炸药的稳定性和爆轰性能较优。

乳化炸药；复合乳化剂；稳定性；爆轰性能

乳化炸药因其具有抗水性好和爆轰感度强等优点，使得其在民爆行业有着广泛的应用。但从热力学角度来看，乳化炸药属于高分散相的不稳定体系，长时间储存时，乳化炸药容易出现分散相的聚集、破乳、变形、分层以及丧失爆轰能力等现象［1］，这大大影响了乳化炸药的使用性能。因此提高乳化炸药的稳定性和爆轰性能，对其应用有非常重要的作用。

选择合适的乳化剂并优化其用量，能够显著提高乳化炸药的稳定性［2］。目前，常用的乳化剂有以 Span-80为代表的脂肪酸酯类、以 T152、T154为代表的聚异丁烯丁二酸酐衍生物和复合乳化剂［3］。有研究表明，复合乳化剂制得的乳化炸药稳定性好于单一乳化剂［4-5］。本文采用一种新型醇胺乳化剂与 Span-80复合，制成复合乳化剂，考察其对乳化炸药稳定性能和爆轰性能的影响。

1 试验过程

1.1 乳化剂的配比

Span-80成乳能力较强，且生产成本低，在乳化炸药生产中广泛应用，但由于相对分子质量较小，形成的油膜强度较小，以致乳化炸药的稳定性较差。新型的醇胺乳化剂是采用聚异丁烯二酸丁二酸酐与多元醇发生酯化反应生产的聚烯基多元醇类高分子乳化剂，其中具有亲水性较强的羟基和酯基，乳化能力较强，且相对分子质量较大，乳化形成的油膜强度较大。本研究将二者按不同比例复合使用，考察其对乳化炸药稳定性的影响。乳化剂配比见表1。

表1 复合乳化剂的配比Tab.1 Ratio of com posite emulsifier

1.2 乳化炸药的制备

按照NH4NO370%～80%（质量分数，下同）、NaNO311%～15%、Ca（NO3）26%～15%的比例加入到水中，加热至120℃，制成水相。将复合蜡、机油以及复合乳化剂按照一定比例制得油相。将乳化器转速控制在300 r／min，把水相缓慢加入到油相中，再调整转速至 1 600r／min，水相完全融入油相后形成乳胶基质。再采用化学发泡剂进行发泡处理，便制得乳化炸药。

1.3 乳化炸药性能测试

高低温循环试验。因乳胶基质具有热力学不稳定性，环境温度变化可以导致乳化炸药的胶体状态被破坏，所以，用高低温循环试验考察其稳定性［6］。把制得的乳化炸药放在 -20℃条件下保持3h，再放置在50℃下保持3 h，一冷一热作为一次循环试验，而后观察是否有晶体析出。同时，乳胶基质被破坏后，表面析出的硝酸盐开始增多，电

导率随之增加，所以每次循环后，用电导率仪测定乳胶基质的电导率。

对于乳胶基质被破坏后析出的硝酸铵，可以用滴定的方法进行测定。甲醛与铵盐能够发生如下反应：

以酚酞为指示剂，用NaOH标准溶液滴定，可以按（2）计算出溶液中铵盐的含量。

式中，w为单位质量硝酸铵的析出量，%；c为NaOH溶液的浓度，mol／L；V为试样溶液消耗NaOH溶液的体积，mL；V0为空白溶液消耗 NaOH溶液的体积，mL；0.08004为硝酸铵的摩尔质量，g／mmol；m为试样质量，g。

爆轰性能测试主要包括：爆速、猛度、作功距离及殉爆距离等，是乳化炸药量化使用性能的重要指标。将不同配比复合乳化剂制得的乳化炸药装入Φ32×160mm的药管中，装药密度为1.13～1.16 g／cm3，按照相应的国家标准测试其爆速、猛度、作功距离及殉爆距离等指标。

2 结果与讨论

2.1 高低温循环试验

乳化炸药经不同次数的高低温循环试验后，用电导仪测乳胶基质溶液的电导率，结果见表2。

表2 高低温循环试验后乳胶基质溶液的电导率Tab.2 conductivity of emu lsion matrix solution after temperature cycling

由表2可知，5种试样的电导率都随着高低温循环次数的增加而增大；在相同循环次数条件下，电导率随之复合乳化剂中醇胺乳化剂含量的增大呈先减小后增大的趋势，4号试样的电导率最小。

对高低温循环后乳胶基质溶液中硝酸铵的析出量进行测量，结果见表3。

由表 3可知，随着循环次数的增加，每个试样中硝酸铵的析出量都随之增加，其中 4号式样析出的硝酸铵含量最低。

表3 高低温循环后乳胶基质中硝酸铵的析出量Tab.3 Precipitation amount of ammonium nitrate from emulsionmatrix solution after temperature cycling

以4号式样为例，乳胶基质溶液的电导率与硝酸铵析出量随着高低温循环次数的增加其变化趋势有一定的一致性。因为乳胶基质经过高低温循环后，发生破乳，导致包括硝酸铵在内的硝酸盐析出，使得溶液的电导率提高。由于硝酸铵的强电解质，其析出量在一定程度上能够影响电导率的大小，但溶液中还有硝酸钠、硝酸钙等的析出，所以二者变化规律并不是完全一致［7］。

由表2、表3可知，采用复合乳化剂制得乳化炸药的稳定性要高于单一乳化剂，其中4号式样醇胺乳化剂占70%，Span-80乳化剂占30%，制得的乳化炸药稳定性最好。其原因是：乳化炸药的稳定性主要是由乳化剂的亲油基与油相之间、亲水基与水相之间的亲和力决定，亲和力越强，所制得乳化炸药的稳定性也就越强；采用醇胺乳化剂和 Span -80复合使用时，因醇胺乳化剂是高分子乳化剂，能够增加复合油相中的油膜厚度和强度，不容易被分散相中的硝酸盐破坏，从而能提高乳化炸药的稳定性；油相的粘稠度对保持乳化炸药的外观和敏化气泡都有着重要作用，醇胺乳化剂具有高分子结构，采用复合乳化剂的乳化炸药油相粘度大于单一乳化剂，从而能够对絮凝现象的产生起到抑制作用，从而提高稳定性。4号式样的稳定性高于5号，主要与乳化剂的分子结构有关，5号采用单一的醇胺乳化剂，两种乳化剂复合使用，界面膜上更容易实现乳化剂分子的紧密堆积，能形成具有立体结构的复合膜，这样乳胶基质中的分子就不易凝结，从而有利于稳定性的提高。

2.2 爆轰性能测试

复合乳化剂制得乳化炸药的爆轰性能测试结

果见表4。由表 4可知，随着复合乳化剂中醇胺乳化剂比例的增大，乳化炸药的各项爆轰性能指标均有不同程度的上升，但使用 4号复合乳化剂的乳化炸药整体爆轰性能优于使用单一醇胺乳化剂的 5号试样。

表 4 乳化炸药的爆轰性能Tab.4 Detonation performance of emulsion exp losive

采用复合乳化剂制得乳化炸药的爆轰性能比较高的原因是：醇胺乳化剂分子量更大，随着其比例的增加，复合乳化剂粘度增高，使得油相和水相能更好地包覆，乳化能更加完全，且复合乳化剂中含有的亲水基、亲油基的种类更多，从而提高了乳化炸药油相和水相结合的程度，使得连续相的界面膜不容易被破坏，从而提高乳化炸药的爆轰性能。

3 总结

乳化剂对乳化炸药的稳定性能和爆轰性能影响都比较大。本文采用新型高分子醇胺乳化剂与Span-80乳化剂按照不同的比例复合使用，考察了其对乳化炸药性能的影响，结果表明：

1）相比单一乳化剂，醇胺乳化剂和 Span-80，按照适当比例复合使用的乳化剂能够降低乳化炸药在高低温循环试验时的电导率和硝酸铵析出量，且二者变化具有一定程度的一致性，能提高乳化炸药的稳定性能，较优的比例为醇胺乳化剂占70%、Span-80占30%。

2）复合乳化剂亲水基、亲油基的种类和数量更多，能够提高乳胶基质中油相和水相结合的程度，从而提高乳化炸药的爆轰性能，综合对比5个试样，由比例为醇胺乳化剂占70%、Span-80占30%乳化剂制得的乳化炸药爆轰性能较优。本研究为复合乳化剂在乳化炸药工业生产中的推广提供了一定的借鉴。

［1］ 俞蓉.乳化炸药的稳定性检测方法在工厂的应用［J］.贵州化工，2013，38（3）：24-25，28.

［2］ 殷雅婷，张修玉.浅析乳化炸药的发展及提高稳定性的途径［J］.广州化工，2013，41（7）：45-46，91.

［3］ 李德平.乳化炸药用乳化剂的现状与发展趋势［J］.煤矿爆破，2010（3）：31-33.

［4］ 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（3）：37-39.

［5］ 黄铁飞，荣光富，杨曙光，等.乳化剂对混装乳化炸药质量性能的影响及实践应用［J］.爆破器材，2010，39（2）：14-16.

［6］ 杨仁树，胡坤伦.几种表征乳化炸药稳定性方法的实验研究［J］.煤矿爆破，2007（2）：1-4.

［7］ 黄丽媛，张国虎，汤代红.乳化炸药稳定性测试方法研究［J］.爆破器材，2013，42（2）：34-36.

Study on the Properties of Emulsion Explosives Based on Composite Emulsifiers

CHEN Ning

（Guiyang Jiulian Chemical Co.，Ltd.，Guiyang 550025，China）

This paper presented a new polymeric alcohol amine and Span-80 composited emulsifier，and studied their effect on the properties of emulsion explosive，the research showed that：the stability and detonation performance of composite emulsifier are better than those of the single emulsifier，the stability of emulsion explosive and detonation performance is betterwith alcoholam ine accounted for 70%and Span-80 accounted for 30%.

emulsion explosive；composite emulsifier；stability；detonation performance

TQ56

A

1004-275X（2015）02-0021-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2015.02.006

收稿：2015-01-13

陈宁（1971-）男，山东招远人，高级工程师，主要从事民爆用乳化炸药的生产工艺。