乳化炸藥生產中的乳化劑的合理選擇

劉　勇（貴陽久聯化工有限責任公司，貴州　貴陽　550002）

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乳化炸藥生產中的乳化劑的合理選擇

劉勇（貴陽久聯化工有限責任公司，貴州貴陽550002）

目前在乳化炸藥中使用的乳化劑有三大類，即以失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）為代表的脂肪酸酯類、以丁二酰亞胺為代表的聚異丁烯丁二酸酐衍生物以及復合乳化劑等。本文主要結合筆者多年工作經驗，闡述了目前乳化炸藥中使用的乳化劑的種類及其性能比較。

失水山梨醇單油酸酯；SPan-80；乳化劑；炸藥

引言

乳化炸藥的生產工藝、存儲穩定性以及爆炸性能受到乳化劑的直接影響，常見的乳化劑有失水山梨醇單油酸酯、丁二酰亞胺以及復合乳化劑等。雖然乳化劑在乳化炸藥中占據的比例僅有2%左右，但是對于提高乳化炸藥的乳化效果、炸藥的儲存穩定性以及爆炸的性能具有重要的影響，所以做好乳化劑的選擇是進行乳化炸藥生產研究的重要任務之一。

1　乳化劑對乳化炸藥的影響

乳化炸藥是通過乳化劑的作用，使氧化劑的水溶液的微滴均勻的分散在含有空氣泡或空心微球等多孔性物質的油相連續介質中，從而形成的一種油包水型的乳膠狀炸藥，又稱乳膠炸藥或乳化油炸藥。乳化炸藥不僅有優良的抗水性能，同時還具有獨特的爆炸性能，爆轟感度高，摩擦撞擊感度低，有良好的穩定性。

乳化炸藥是經過w/o型乳化液經敏華而生產的，生產乳化炸藥的關鍵就在于取得優質的乳化液，而乳化液的核心問題就是乳化劑。經過大量實踐證明發現，乳化劑的總含量占據了炸藥總質量的0.5～2.5%，雖然含量不是很多，但是起到的作用卻是非常大的。因為乳化劑能夠吸附到界面上，從而對界面張力進行降低，使得無法相溶的油和水能夠形成高度均勻分散的乳膠體。乳化劑質量越好，就月能夠對乳化炸藥分散相粒子與連續相截面膜的強度進行增強，從而對分散相粒子堆積密度進行提高，能夠對乳化炸藥儲存的穩定性和爆炸性能進行提高。所以說，乳化劑的質量對乳化炸藥質量的好壞產生直接的影響。

2　幾種乳化炸藥中乳化劑的分析

2.1失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）

失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）是失水山梨醇和油酸兩種物質在催化劑的作用下生成的一種酯類非離子型表面活性劑。乳化劑S-80為琥珀色至棕色粘稠油狀物。主要質量指標應符合表1規定。

表1　乳化劑S-80質量指標

失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）乳化劑的質量對乳化炸藥的性能具有直接的影響。失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）是由山梨醇失水物和油酸在特定的生產工藝條件下酯化而成的一種非離子型表面活性劑。為了提高失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）乳化劑的穩定性和質量，必須加強對失水山梨醇單油酸酯 （SPan-80）生產工藝的研究。失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）的生成反應可以分成以下兩個步驟：①意識山梨醇的脫水反應；②脫水產物和油酸的酯化反應。山梨醇失水物主要有三種，分別是1.4失水山梨醇、1.5失水山梨醇以及二元失水山梨醇，因而山梨醇失水物也有三種，但是實際反應要比理論復雜很多。原因是山梨醇在反應過程中有可能出現分子間失水反映，這種產物就會有非常多的種類，另外再加上失水山梨醇的酯化產物還有二油酸酯、三油酸酯以及四油酸酯等。所以說，山梨醇與油酸的酯化產物的成分是比較復雜的，如何對生產工藝條件進行有效的控制，使得反映朝著失水山梨醇單油酸酯的方向進行，是一個非常重要的研究課題。

2.2丁二酰亞胺

丁二酰亞胺乳化劑全稱為聚異丁烯丁二酰亞胺乳化劑。目前，國內外已開始使用即時配制的乳化炸藥來代替原有的炸藥。除了保證有良好的爆炸效果外，還解決了運輸、攜帶及使用時的安全隱患。這種乳化炸藥所用的乳化劑是國際上第三代乳化炸藥用乳化劑。是由聚異丁烯基丁二酸酐為原料生產的聚異丁烯基胺（Ⅰ）類乳化劑。相比于失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）乳化劑，它具有起乳效果好、儲存穩定性好、宜于在較高溫度及劇冷溫度下長時間存放等優點。丁二酰亞胺具有大分子框架結構，因而決定了它在乳化炸藥中的乳化機理，丁二酰亞胺主要是通過物理吸附和化學吸附的雙重作用，在乳化液中乳化劑以單分子溶解在油中，形成比較穩定的具有立體框架結構的復層膜。丁二酰亞胺作為炸藥乳化劑在結構上優于失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）乳膠粒子，所以用丁二酰亞胺作為炸藥乳化劑生產出來的乳化炸藥穩定性得到了顯著的提高，儲存事件能夠達到一年以上。丁二酰亞胺具有微乳化結構，具有比較好的浮游分散以及溶化中和作用。

2.3復合乳化劑

在乳化炸藥的生產中，選擇單一的乳化劑通常無法滿足乳化炸藥的使用要求，導致該現象的主要原因是單一乳化劑的分子結構。拿失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）來說，它的組成成分油酸是含有一個雙鍵的不飽和酸，在相同的條件下，飽和的十八酸分子所占的面積為21-25A2，在這樣的條件下，使用不飽和的油酸所生成的司盤在油水量相界面因為定向吸附的作用而生成的單分子膜就會比較膨松。而每個油酸分子的雙鍵處電子云的分布密度產生了相斥作用從而在雙鍵處形成了孔腔，所謂乳膠炸藥破乳指的就是水分子從油酸分子的孔腔中被擠壓出來而產生的現象。根據大量的試驗研究發現，復合乳化劑的乳化作用以及存儲穩定性都比使用單一的乳化劑要效果好很多。復合乳化劑指的是將兩種或者以上的乳化劑混合而成的乳化劑，在復合乳化劑的使用過程中將兩種乳化劑分別添加到水相和油相中，在乳化過程中兩種或者以上的乳化劑就會互相補充，對對方的乳化性能進行有效的改善。在使用復合乳化劑的過程中，如果在截面膜上生成復合物，那么截面膜的強度就會增加，就非常容易形成緊密堆積，所以乳化液的液珠就不容易產生凝結現象，從而乳化液也就變得更加的穩定。通過上文所述，顯而易見的是只要保證兩種或以上的乳化劑能夠生成復合物才能夠保證復合乳化劑有比較好的效果。如使用失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）與木糖醇單油酸酯以一定的比例進行復合，就會得到非常顯著的效果。通過相關實驗和試驗發現，如果在失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）中添加固體粉末或者磺酸鹽等也可以取得比較好的乳化效果。

乳化劑的乳化作用與親水基的親水性和憎水性有關。為了定量地表示親水基的親水性與憎水基的憎水性的相對大小，人們提出乳化劑親憎平衡值的HLB的概念oHLB值越高，表示親水性越大；HLB值越低，表示憎水性越大。當然，HLB值的大小與乳化劑分子結構有關。變化乳化劑的HLB值使其與被乳化物的HLB值接近，就會使得乳化的效果大大的得到改善，要滿足上述要求，就只能夠選擇復合乳化劑作為乳化炸藥的乳化劑。經過多次試驗研究發現，復合乳化劑的HLB值可以有組分中的各個乳化劑的HLB值按照重量平均算出。

3　不同乳化劑的性能比較

3.1乳化強度

如果乳化劑采用失水山梨醇單油酸酯（SPan-80），那么所需的乳化炸藥的剪切強度比較低，采用丁二酰亞胺作為乳化劑時，那么就需要乳化炸藥具有比較高的剪切強度。用以聚異丁烯丁二酸亞胺為主的復合乳化劑所需要的乳化強度與失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）基本相同，能夠對低剪切強度乳化炸藥合成工藝的要求進行滿足，遠遠比聚異丁烯丁二酸亞胺的剪切強度。

3.2乳化效率

經過研究發現，以聚異丁烯丁二酸亞胺為主的復合乳化劑臨界用量最小，比失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）低一半以上，成膏時間短，說明其乳化效率最高。

3.3存儲穩定性

各類乳化劑制備的乳化炸藥穩定性試驗對比見表2。

表2　乳化劑植被的乳化炸藥穩定性對比

從表2可以看出，以聚異丁烯丁二酸亞胺為主的復合乳化劑性能比其他兩種乳化劑在提高乳化炸藥的穩定性方面具有更加優良的性能。

4　結語

上文主要探討了三種乳化炸藥中乳化劑的特點和性能，其中失水山梨醇單油酸酯（SPan-80）具有乳化強度低以及原料容易取得的優勢，但是其存儲穩定性比較低；聚異丁烯丁二酸亞胺具有較好的存儲穩定性，但是乳化強度過高；而復合乳化劑克服了上面兩種乳化劑的缺點，保留了它們的缺點。在乳化炸藥中乳化劑的選擇中，需要根據實際要求并且結合各種乳化劑的優缺點進行綜合分許，選擇合理的乳化劑。

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劉 勇（1978-），男，工程師，本科，主要從事精細化工品的研究與開發工作。

TQ560

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2095-2066（2016）14-0262-02

2016-4-29