超声波作用下乳化炸药和乳胶基质的破乳现象试验研究

高圣涛，王文丽，方　华，邢宏龙

(安徽理工大学化学工程学院，安徽　淮南　232001)



超声波作用下乳化炸药和乳胶基质的破乳现象试验研究

高圣涛，王文丽，方华，邢宏龙

(安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001)

摘要：目前，在超声作用下研究敏化方式对乳化炸药稳定性的影响研究较少。分别对乳胶基质及采用3种不同敏化方式分别敏化后制备的乳化炸药进行超声波作用，采用甲醛法滴定经超声波作用之后各试样的析晶量，用以衡量样品的破乳程度。实验结果表明：超声波对乳化炸药尤其是乳胶基质有明显的破乳作用，且超声波作用时间越长和功率越大，破乳程度越大。在相同的试验条件下，敏化方式对乳化炸药的破乳有一定的影响，破乳程度由小到大的顺序为膨胀珍珠岩敏化、空心树脂微球敏化、化学气泡敏化。

关键词：超声；乳化炸药；敏化方式；乳胶基质；析晶量

乳化炸药是氧化剂的饱和水溶液借助于乳化技术， 以细微颗粒分散在油相的连续介质中， 再均匀地混入气泡或气泡载体， 形成油包水型的、油脂状的、具有爆炸性的乳胶体。其中敏化剂是乳化炸药必不可少的组分之一[1-2]。敏化剂的种类、特性和用量对乳化炸药的质量和性能影响较大，乳胶基质敏化质量的优劣直接影响乳化炸药的爆轰性能和储存稳定性[3-4]。乳化炸药的敏化方法主要有物理敏化和化学发泡两种。把一些多孔的含有空气的固体材料， 如膨胀珍珠岩、玻璃微球等物质在一定温度条件下与乳胶基质混拌， 使气泡截留在药体中就是典型的物理敏化法[5]。化学发泡法就是在炸药药体中加入少量的化学发泡剂， 借助一定温度条件发生化学反应， 产生气体， 通过一定设备， 形成微小气泡并均匀分布在炸药中[6]。超声波由系列疏密相间的纵波构成，并通过液体介质向四周传播，具有机械振动、空化及热作用[7]。理论推导和试验证明，超声波破乳脱水主要是利用超声波的机械振动作用和热作用[8]。胡坤伦等通过实验论证了用超声波法测试乳胶基质表面特性来判定乳胶基质的稳定性的可行性[9]。目前，在超声作用下研究敏化方式对乳化炸药稳定性的影响研究较少。

本文分别采用膨胀珍珠岩、化学气泡和空心树脂微球3种敏化方式对同一乳胶基质进行敏化，对所得的乳化炸药进行超声波破乳试验，采用甲醛法滴定各样品的析晶量，以此评价超声波对各样品破乳的影响。

1实验部分

1.1主要原料及仪器

原料：失水山梨醇单油酸酯(span80)、华粤蜡、硝酸钠、硝酸铵、水、中性甲醛溶液、0.5 mol·L-1氢氧化钠溶液、甲基红、1%的酚酞指示剂。

仪器：南京先欧JY98-IIID 型超声波仪，乳化器、电热炉。

1.2乳化炸药试样的制备

根据工业炸药配方设计的零氧平衡原则及爆热最大原则，并参照常用乳化炸药配方，结合实际的实验条件制得乳化炸药， 其乳胶基质组成和配比(质量分数) 如下： 氧化剂、水、还原剂的含量分别为83% 、10% 和4%；采用Span80做乳化剂， 乳化剂的用量为3%。在乳胶基质冷却50～60 ℃时外加敏化剂制得乳化炸药， 3种敏化剂的含量均为3%。

表1　乳胶基质试样的组分配比

1.3超声波试验操作

从制得的乳化炸药试样中称取10g 均匀涂抹于烧杯底部，再加入100 mL 蒸馏水。将烧杯置于超声波清洗器中，设定好超声波效率和作用时间后，打开超声波。工作温度为25 ℃，通过水浴及循环水等措施来控制。超声波作用结束后，将烧杯中溶液倒出，冷却至室温进行滴定。

1.4甲醛法测定析晶量的原理

本实验采用甲醛法测定试样析出的硝酸铵量。所用的试剂有25% (质量分数)甲醛溶液、0.1 mol/L 的NaOH 溶液和酚酞指示剂。基本原理如下

通过滴定所需的氢氧化钠的量，求出析出硝酸铵质量，硝酸铵析出质量(M)的计算式为

M=80.08×C×V

式中：C为氢氧化钠标准溶液的浓度，mol·L-1；V为滴定时消耗氢氧化钠的体积， L；80.08为硝酸铵的相对分子质量，g·mol-1。

2结果与讨论

乳化炸药受到超声波作用后会因超声产生的机械作用和热作用破乳导致析晶。

2.1超声波作用对试样破乳的对比试验

乳胶基质及上述3种方式敏化的乳化炸药进行超声波破乳试验，超声波功率设定为900 W，持续作用15 min。为检验超声波对样品破乳作用，做对比试验，即：不开启超声波，保持其他条件不变。各样品的硝酸铵析出量滴定结果见表2。从表2中可以看出：超声组的硝酸铵析出量均明显大于对照组，说明超声波明显地加大了乳胶基质和乳化炸药破乳程度。

表2　超声组和对照组的硝酸铵析出量　　　g·g-1

注：单位“g·g-1”为每克试样析出的硝酸铵质量，下同。

2.2不同超声波作用时间样品破乳试验

保持900 W的超声波功率及其他条件不变，改变超声波作用时间，进行试验，测试结果见表3。从表中数据可以看出，随着超声波作用时间的延长，几个样品的硝酸铵析出量均增加，说明样品的破乳程度与超声波作用时间有关联。

表3　不同超声作用时间下硝酸铵的析出量　　g·g-1

2.3不同敏化方式对超声波破乳的影响

从表3中数据还可看出：分别在相同时间15 min、20 min、25 min、和30 min的超声波作用下，乳胶基质的硝酸铵析出量明显大于乳化炸药，而且随着作用时间的延长，这种趋势更为明显；而乳化炸药样品中，析晶量由小到大到的顺序为膨胀珍珠岩敏化、空心树脂微球敏化、化学气泡敏化。这个试验结果表明，超声波对实心的乳胶基质比对含有空心的第三相物质的乳化炸药的破坏作用大。究其原因，可能与空心的第三相物质对超声波的吸收有一定关系。由于密度的差异，超声波在样品内部传播时，会聚到密度较小的第三相物质，导致超声波的部分能量被吸收，从而降低了超声波的破乳作用。

2.4不同超声波功率破乳试验

本次试验保持超声波作用15 min不变，仅改变超声波功率，试验结果见表4。

表4　不同超声功率下硝酸铵的析出量　　　g·g-1

从表4中数据可以看出：硝酸铵的析出量由小到大的排列顺序为膨胀珍珠岩敏化、空心树脂微球敏化、化学气泡敏化、乳胶基质，这点与上述超声波作用时间对样品破乳影响的试验结果一致。说明延长超声波作用时间和增大超声波功率，都能使乳化炸药的破乳程度增加。

3结论

1 )超声波对乳化炸药尤其是乳胶基质有明显的破乳作用，可将超声波作为研究乳化炸药和乳胶基质稳定性的试验手段，用于乳化炸药的配方优化和新品种研发。

2) 超声波作用时间和功率均对乳化炸药和基质乳胶基质的破乳程度有影响，作用时间越长和功率越大，破乳程度越大。

3) 在相同的试验条件下，乳胶基质的破乳程度明显大于乳化炸药，敏化方式对乳化炸药的破乳有一定的影响，破乳程度由小到大的顺序分别为膨胀珍珠岩敏化、空心树脂微球敏化、化学气泡敏化。

参考文献：

[1]汪旭光.乳化炸药[M].北京： 冶金工业出版社，1993：5-200.

[2]颜事龙，吴红波，刘锋.动压作用下敏化剂对乳化炸药析晶量的影响[J].煤炭学报，2011， 36(11)： 1 836-1 839.

[3]吴红波，颜事龙，刘锋.敏化剂类型对乳化炸药减敏程度的影响[J].中国矿业，2007，16(7)，94-97.

[4]王尹军，汪旭光，宋锦泉. 敏化方式对乳化炸药压力减敏作用的影响[J].火炸药学报，2005，28(3)：41-44.

[5]杨长青，王有会. 浅谈影响乳胶基质物理敏化密度的因素[J]. 爆破器材.2011，40(2).20-22.

[6]蔡敬国.乳化炸药化学敏化效果的影响因素分析[J].煤矿爆破，2008(2)：11-13.

[7]冯若.超声手册[M].南京：南京大学出版社，1999：8-150.

[8]宗松，叶国祥.超声波强化重质原油破乳脱水脱钙[J].石油化学(石油加工)，2007，23(6)：75-79.

[9]胡坤伦，刁先鹏，汤志健，等.超声波法表征乳化炸药基质界面膜性能的实验研究[J].火工品，2012，(4)：36-39.

(责任编辑：李丽)

Research on Demulsification of Emulsion Explosive and Emulsion Matrix under Ultrasonic Wave

GAO Sheng-tao, WANG Wen-li, FANG Hua, XING Hong-long

(School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

Abstract:At present, there are few studies on the effect of the sensitization mode on the stability of emulsion explosives under the effect of ultrasound. The emulsion matrix and the emulsion explosive prepared by using 3 different sensitization methods were effected by ultrasonic wave respectively, and formaldehyde titration was used to measure crystallization quantity, so as to measure the demulsification degree of the four samples. The experimental results showed that the effect of ultrasonic wave obviously improves the demulsification degree of the samples, especially emulsion matrix, and the larger or the longer ultrasonic wave effecting power or time is, the higher demulsification degree. Under the same experimental conditions, the sensitizing methods of emulsion explosive have certain influnce on its demulsification, and the demulsification degree ascending order is by expanded perlite sensitization, resin hollow microspheres sensitization, and chemical gas bubbles sensitization.

Key words:ultrasonic wave; emulsion explosives; sensitizing methods; emulsion matrix; crystallization

收稿日期：2015-05-06

作者简介：高圣涛(1987-)，男，安徽芜湖人，助教，硕士，研究方向：乳化炸药稳定性。

中图分类号：TD235.21

文献标志码：A

文章编号：1672-1098(2016)01-0062-03

资助项目：安徽理工大学大学生创新创业训练计划基金资助项目(AH201410361232)