新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂的合成及其性能

罗强章

(贵阳久联化工有限责任公司，贵州 贵阳 550026)

目前聚异丁烯丁二酸酐衍生物乳化剂广泛用于乳化炸药行业，这种乳化剂行业上习惯称为高分子乳化剂，其中较为常用为丁二酰亚胺型以及酯型高分子乳化剂。丁二酰亚胺类高分子乳化剂采用聚异丁烯丁二酸酐(烯酐)与三乙烯四胺、四乙烯五胺或两种混合物进行反应得到，其缺陷是产物结构难以确定以及成乳能力相对较差[1-2]。酯型高分子乳化剂采用聚异丁烯丁二酸酐(烯酐)与多元醇如聚乙二醇、三乙醇胺、季戊四醇、山梨醇[2-6]等进行反应得到，其优点是储存稳定性较好，但存在产物结构难以确定以及所制备炸药基质相对较软的问题。

目前行业常用高分子乳化剂产物结构难以确定的原因是亲水基为多元醇或多元胺而亲油基烯酐属于多元酸，进行反应后得到多种化合物结构产品。以聚异丁烯丁二酸酐，N-羟乙基-乙二胺为主要原料，经过酰亚胺化合成新型聚异丁烯丁二酰亚胺型高分子乳化剂，目标产物具有酰亚胺、胺基、羟基三类极性官能团，目标产物结构基本能够确定，而且结构中含有羟基、胺基等官能团，比目前丁二酰亚胺高分子乳化剂(T剂)亲水性更好，更易成乳。

1 实 验

1.1 主要试剂与仪器

聚异丁烯丁二酸酐(工业级)，无锡南方石油添加剂有限公司；T152(工业级)，兰州博瑞达化工科技有限公司；基础油SN150(工业级)，茂名正茂石化有限公司；聚甘油(工业级)，山东滨州金盛新材料科技有限责任公司；异丙醇(AR)、N-羟乙基-乙二胺(AR)、正辛烷(AR)，国药集团化学试剂有限公司。

IR400红外光谱仪，天津港东公司；FA1604电子天平，上海精天电子仪器有限公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司。

1.2 聚异丁烯丁二酸衍生物乳化剂合成

1.2.1 新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂的合成

将N-羟乙基-乙二胺加到滴液漏斗中，将聚异丁烯丁二酸酐投入250 mL装有滴液漏斗、搅拌器、分水器、温度计的四口烧瓶中，并加入适量正辛烷作为溶剂，其中，N-羟乙基-乙二胺与聚异丁烯丁二酸酐的摩尔比为1.1∶1.0；将体系温度升至60～80 ℃，缓慢滴加N-羟乙基-乙二胺，待滴加完毕后，将体系温度升至120～140 ℃，继续搅拌反应约4～6 h，结束反应。反应结束后，采用异丙醇萃取剩余N-羟乙基-乙二胺，采用旋转蒸发除去溶剂正辛烷，采用真空干燥后得到产品PA。

1.2.2 聚异丁烯丁二酸聚甘油酯乳化剂的合成

聚异丁烯丁二酸聚甘油酯，根据参考文献[7]所述的合成方法进行，以聚异丁烯丁二酸酐和六聚聚甘油为原料、正辛烷为溶剂、对甲基苯磺酸为催化剂合成聚异丁烯丁二酸聚甘油酯，并按照该参考文献所述的方法，以异丙醇为溶剂萃取剩余六聚甘油、采用旋转蒸发除去溶剂正辛烷，采用真空干燥后得到产品PB。

1.3 乳化性能表征

1.3.1 乳化性能

乳化炸药用高分子乳化剂的乳化性能的表征，常用的方法是参考乳化炸药基质水油相配方，但乳化剂使用量约为正常用量的50%左右，并且仅使用高分子乳化剂，实验过程中，调节乳化设备转速，观察乳液乳化情况来评价高分子乳化剂的乳化性能。

乳化基质配方为：高分子乳化剂，1.0%；乳化复合蜡，5%；H2O，10.0%；NaNO3，10.0%；NH4NO3，74.0%。

乳化基质制备方法：将油相材料高分子乳化剂、复合蜡加热熔化，控制温度在90～100 ℃，将水相材料硝酸钠以及硝酸铵加入水中，缓慢加热溶解，控制温度在95～105 ℃；缓慢把水相材料加入到油相材料中，调节乳化设备的转速，观察乳液的乳化现象。

相比于其他研究机构，我国高校不仅拥有更多的科技成果，而且存在更多的技术转移转化困难。因此，本文所选的研究主题就是高校科技成果的转化，主要是对高校科技成果转化存在的问题进行深入分析，以此在其中找出进一步加快推进其转化的一些行之有效的对策，从而使得整个社会在科技成果转化上进一步加快，为经济发展注入新的活力。

1.3.2 乳化炸药稳定性能

通过高低温循环法[8]来测定乳化炸药的储存稳定性，乳化炸药基质的配方为：高分子乳化剂，1.0%；SP-80乳化剂，1.0%；乳化复合蜡，4%；H2O，10.0%；NaNO3，10.0%；NH4NO3，74.0%。

乳化基质制备工艺：将油相材料高分子乳化剂、复合蜡加热熔化，控制温度在90～100 ℃，将水相材料硝酸钠以及硝酸铵加入水中，缓慢加热溶解，控制温度在95～105 ℃；缓慢把水相材料加入到油相材料中，在1200 r/min下进行初乳化，在1500 r/min下进行精乳化，并观察基质的乳化现象。

2 结果与讨论

2.1 产品的结构表征

图1为原材料聚异丁烯丁二酸酐的红外光谱图，2960.5 cm-1和2894.4 cm-1附近出现的吸收峰为产品结构中聚异丁烯甲基和亚甲基的伸缩振动吸收峰，1866.1 cm-1和1786.9 cm-1附近的吸收峰为五元环状酸酐的特征吸附峰。

图1 聚异丁烯丁二酸酐的红外光谱图

图2为聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂产品的红外光谱图，与图1相比，最大的区别是3348.5 cm-1附近出现一组宽范围吸收峰，为羟基(OH)以及氨基(NH)的吸收峰，五元环状酸酐的特征吸附峰(1866.1 cm-1和1786.9 cm-1附近的吸收峰)消失而出现了丁二酰亚胺五元环的特征吸收峰(1772.3 cm-1和1700.2 cm-1附近的吸收峰)，说明合成了含羟基以及氨基的丁二酰亚胺类乳化剂。此外，图谱中在1740～1750 cm-1没有出现酯基基团的特征吸收峰以及1650 cm-1附近没有酰胺基团特征吸收峰，说明产品主要成分为聚异丁烯丁二酰亚胺类化合物。

图2 新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂的红外光谱图

2.2 乳化性能表征

2.2.1 乳化性能

表1 乳化性能

由表1可知，传统高分子乳化剂T152的乳化性能较差，而新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂(PA)乳化性能较为优良，即能在600 r/min转速下起乳，在1350 r/min转速下形成粘稠乳状液，而T152在600 r/min转速下不能起乳，在2000 r/min转速下仅能形成较稀的乳状液；此外，由表1可知，PA和PB乳化性能相当，说明所合成的新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂(PA)能够达到酯类乳化剂的效果。

2.2.2 乳化炸药基质性能

表2 乳化炸药基质性能

由表2可知，由新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂(PA)制备的乳化炸药基质储存稳定性较好，优于酯类高分子乳化剂聚异丁烯丁二酸甘油酯(PB)，而由T152制备的乳化炸药仅能坚持8个循环，说明乳化剂(PA)储存稳定性明显优于乳化剂(PB)以及T152，更适合制备储存时间较长的乳化炸药。

目前所广泛使用的丁二酰亚胺类高分子乳化剂，是单挂，双挂，多挂等多种结构的混合物，酯型高分子乳化剂为多元酸

与多元醇酯化得到的一系列聚合度的产品，产品组成复杂，而所研发新产品，采用N-羟乙基-乙二胺为亲水基原料，主要产物为丁二酰亚胺类化合物，基本不含酯类以及酰胺类化合物，说明目标产物主要目标产物聚异丁烯丁二酰亚胺类化合物，产物结构式能够基本确定，这有利于产品性能的稳定性。

3 结 论

(1)由红外光谱表征结果可知，合成了新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂。

(2)新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂的易乳性能与酯类高分子乳化剂相当，明显优于T152类产品，能够满足乳化炸药行业的对高分子乳化剂乳化性能的要求。

(3)新型聚异丁烯丁二酰亚胺乳化剂的乳化稳定性能优于聚异丁烯丁二酸聚甘油酯以及T152，能够制备储存时间要求较长的乳化炸药。