高分子復(fù)合乳化劑在散裝乳化炸藥中的應(yīng)用研究

彭 寧

（湖南金能科技股份有限公司，湖南 長沙 410013）

隨著我國供給側(cè)改革的深入推行，民爆行業(yè)也迎來了“新常態(tài)”下的機遇與挑戰(zhàn)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化混裝產(chǎn)能布局，開展“集中制備、遠程配送”一站多點式現(xiàn)場混裝炸藥服務(wù)是現(xiàn)場混裝炸藥推廣與應(yīng)用的方向，在國內(nèi)，該技術(shù)已初步實現(xiàn)了民用炸藥的生產(chǎn)、運輸、爆破一體化作業(yè)模式。在國家大力推進現(xiàn)場混裝炸藥“集中制備、遠程配送”應(yīng)用的同時，保證現(xiàn)場混裝炸藥品質(zhì)便是推廣現(xiàn)場混裝炸藥技術(shù)發(fā)展的一個必要條件。

1 技術(shù)要求

現(xiàn)國內(nèi)現(xiàn)場乳化炸藥通用配方中水相以硝酸銨水溶液為氧化劑原料，油相由專用乳化劑、機油和柴油為還原劑原料，但是，機油添加劑品種多，其部分添加劑對乳化反而起到破壞作用，增加了乳膠基質(zhì)和炸藥產(chǎn)品的不穩(wěn)定性。企業(yè)受分析水平有限影響，很難把控其成分，所以，機油的加入，會增加乳膠基質(zhì)的粘稠性，會使得制出的乳化基質(zhì)流動性不強，乳化效果不好等現(xiàn)象。為了滿足現(xiàn)場混裝作業(yè)要求，提高乳化炸藥產(chǎn)品品質(zhì)，本研究主要研究采用高分子復(fù)合乳化劑替代普通乳化劑和機油，不改變傳統(tǒng)配方中其他組分制取優(yōu)質(zhì)的散裝乳化炸藥。通過本文研究以達到以下幾點目的：①降低散裝乳化炸藥生產(chǎn)成本，滿足市場需求，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益，滿足國家環(huán)保要求。②提高油相質(zhì)量等級，研制散裝乳化炸藥新配方，通過試驗制定出符合散裝乳化炸藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的基質(zhì)，提高散裝乳化炸藥生產(chǎn)工藝技術(shù)水平。③探究高分子復(fù)合乳化劑制散裝乳化炸藥乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性和流動性，調(diào)節(jié)改善散裝乳化炸藥的粘溫性能和高、中、低流動性。

2 高分子復(fù)合乳化劑復(fù)配油相制乳化基質(zhì)及性能研究

2.1 配方的確定

炸藥配方設(shè)計原則主要從4個方面來考慮：①炸藥配方與連續(xù)化生產(chǎn)工藝及設(shè)備的匹配。②炸藥中爆炸組分的構(gòu)成及其作用。③炸藥中各組分的相互匹配。④氧平衡配置利于炸藥體系能量的發(fā)揮。散裝乳化炸藥的爆轟性能、抗水性、以及貯存穩(wěn)定性等主要取決于炸藥體系的質(zhì)量、各組分的比例和均勻性。根據(jù)乳化炸藥配方設(shè)計的基本原則要求，配方基于以下幾點進行確定，最終確定乳膠基質(zhì)的配方如表1：①以目前AE-HLC型乳化炸藥的工藝配方為試驗配方，工藝條件不改變。②水相材料的選擇：不改變AE-HLC型乳化炸藥的水相配方。③油相材料選擇：選用輕柴油和最新引用的高分子復(fù)合乳化劑。選用的高分子復(fù)合乳化劑中，擁有較長的碳直鏈，雙鍵的數(shù)目少，支鏈少，不采有芳香烴結(jié)構(gòu)。

表1 乳膠基質(zhì)配方

按照該配方核算出氧平衡值為-0.0144，滿足乳化炸藥配方設(shè)計原則要求。

2.2 乳膠基質(zhì)性能研究

乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性取決于乳膠粒子油膜的機械強度即油膜的穩(wěn)定性，油膜的穩(wěn)定性與油相材料屬性和乳化制作中的成膜機制有關(guān)。對一定的乳膠基質(zhì)配方體系，其乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性則與乳膠粒子的油膜的均勻度有關(guān)，而油膜的均勻性取決于乳化工藝，而乳化工藝作為形成油包水型乳化基質(zhì)的關(guān)鍵工序，工藝參數(shù)的確定和控制直接關(guān)系乳膠基質(zhì)的質(zhì)量和乳化炸藥的穩(wěn)定性，如油相的加入溫度、水相溶液的加入速度、攪拌速度、乳化時間等乳化工藝參數(shù)的選擇。

2.2.1 乳膠基質(zhì)的粒徑和粘度對穩(wěn)定性的影響分析

乳化基質(zhì)粘度的大小主要影響乳化基質(zhì)的流動性。粘度越大，乳化基質(zhì)的流動性越差，就越難以泵送。一般炸藥性能的優(yōu)劣與乳化后基質(zhì)粒子的均勻程度、細膩程度、光澤度有關(guān)。由配方1制備的乳化基質(zhì)為淡黃色或乳白色的半透明體。密度大約為1.30×103kg/m3。乳液的穩(wěn)定性在顆粒臨界尺寸之下，隨著顆粒尺寸的大小而減小，粒子大小比較均勻的相態(tài)其相對穩(wěn)定性比較好，不易分層、聚集或絮凝。固液兩相流中細顆粒含量越高，介質(zhì)粘度越大，且介質(zhì)的粘度隨著濃度的高次方增加。其基質(zhì)粒子大小的分布情況見表2。

表2 乳膠基質(zhì)粒子分布情況

由表2分析出，乳化基質(zhì)粒子粒徑＜0.5μm的含量為30%～40%，粒子粒徑為0.5μm～1.0μm的含量為40%～60%。由該配方制備的乳膠基質(zhì)的運動粘度經(jīng)測試在84800mPa.s，能夠滿足現(xiàn)場混裝輸送要求。

2.2.2 乳膠基質(zhì)性能試驗分析

為了滿足現(xiàn)場混裝作業(yè)需求，滿足運輸條件，利用國家標(biāo)準(zhǔn)中試驗系列8試驗進行乳膠基質(zhì)性能進行判斷。

（1）取乳膠基質(zhì)在運輸過程中最高可能出現(xiàn)的溫度為80℃，所以在熱穩(wěn)定性試驗時候，環(huán)境溫度保持在100±2℃。0.5L的杜瓦瓶，裝基質(zhì)量為杜瓦瓶容積的80%處，封閉蓋好。當(dāng)試樣溫度低于環(huán)境溫度2℃開始記錄，儲存7天。試驗結(jié)果如圖1。

圖1 試驗和參照物的溫度曲線

由圖1可以看出當(dāng)乳膠基質(zhì)溫度達到環(huán)境溫度后，參照物與乳膠基質(zhì)的最大溫度差小于2℃，試樣溫度沒有超過環(huán)境溫度。依據(jù)判定準(zhǔn)則，試驗過程中，試樣溫度均為超過環(huán)境溫度6℃或以上，則認為乳膠基質(zhì)具有熱穩(wěn)定性。

（2）ANE隔板試驗。ANE隔板試驗采用一個Φ95×95mm的起爆藥柱作為激發(fā)裝藥，爆炸后的沖擊波經(jīng)過有機隔板衰減后作用于鋼管中的乳膠基質(zhì)，觀察鋼管底部驗證板情況。試驗三次。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗證鋼板變形，但未穿孔，則表明乳膠基質(zhì)在沖擊波作用下未發(fā)生爆炸，對沖擊波感度不敏感。并且無雷管感度。

（3）克南試驗。克南試驗將樣品裝入Φ25×75mm試驗鋼管中，將乳膠基質(zhì)裝置鋼管60mm高處，裝藥過程中不應(yīng)形成空隙，將裝好試驗的鋼管放入到克南試驗裝置中，將儀器的加熱速率調(diào)整為3.3土0.3k/s。對試驗鋼管進行加熱，觀察試驗鋼管的變形情況。試驗結(jié)果，乳膠基質(zhì)未發(fā)生爆炸，鋼管有輕微變形。說明乳膠基質(zhì)對熱感度不敏感。

（4）儲存期試驗。實驗主要采用電導(dǎo)率和銨離子的析出量（g）同時來檢測樣品乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性，再通過離心分離法對配方1和傳統(tǒng)配方制的乳膠基質(zhì)出水率進行對比，出水率（出水體積/加入水體積）評定乳狀液的穩(wěn)定性大小。

表3 試驗后電導(dǎo)率測試結(jié)果

由表3結(jié)果所示，配方1制的乳膠基質(zhì)在30天儲存試驗后，乳膠基質(zhì)的電導(dǎo)率沒有出現(xiàn)較大波動，都在0.003us·cm-1以內(nèi)，硝酸銨的析出量約在0.10g以內(nèi)，儲存性能良好。這說明高分子復(fù)合乳化劑復(fù)配的油相混合界面膜，定向排列較為緊密，具有較高強度。通過在界面上吸附后形成“復(fù)合物”混合界面膜，與表面活性劑定向排列較為緊密，在分子之間能夠形成很好的絡(luò)合物，具有較高強度。考慮到炸藥性能的綜合性，還應(yīng)通過實際爆破效果來考察炸藥可應(yīng)用性。

表4 乳膠基質(zhì)的析出水率

結(jié)果表明：出水率的大小大致與油相材料有關(guān)。由配方1制的乳膠基質(zhì)出水率低，穩(wěn)定性好。

2.2.3 基質(zhì)敏化效果分析

利用配方1制的乳膠基質(zhì)，經(jīng)現(xiàn)場混裝車輸送到爆破現(xiàn)場的使用過程中，流動性良好，敏化效果有明顯提升，產(chǎn)品穩(wěn)定，爆破效果有了很大提升。而傳統(tǒng)配方中機油的使用，造成散裝乳化炸藥基質(zhì)流動性差，敏化不均勻，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。說明采用高分子復(fù)合乳化劑優(yōu)化了傳統(tǒng)配方。

3 企業(yè)經(jīng)濟效益和安全環(huán)保分析

（1）機油屬于危化品，綜合考慮企業(yè)關(guān)于機油儲存、運輸產(chǎn)生的安全及環(huán)保問題，采用高分子復(fù)合乳化劑優(yōu)化了乳化炸藥產(chǎn)品原材料品種，該項調(diào)整后，有利于提高安全保障和降低環(huán)保要求，降低了人員勞動成本，符合《關(guān)于提升工業(yè)炸藥生產(chǎn)線本質(zhì)安全生產(chǎn)水平的指導(dǎo)意見》相關(guān)安全和環(huán)保規(guī)定，滿足企業(yè)安全生產(chǎn)要求。

（2）通過該配方調(diào)整，從經(jīng)濟成本來講1噸乳化基質(zhì)可節(jié)約73元成本，即降低了油相配料的人工成本，又降本增效，提高企業(yè)效益。

4 結(jié)論

本文研究了采用高分子復(fù)合乳化劑替代普通乳化劑和機油，不改變傳統(tǒng)配方中其他組分制取優(yōu)質(zhì)的散裝乳化炸藥。通過乳膠基質(zhì)性能研究結(jié)果表明，制出的乳膠基質(zhì)流動性良好，產(chǎn)品穩(wěn)定，敏化效果有明顯提升，爆破效果有了很大提升，提高了乳化炸藥產(chǎn)品品質(zhì)。解決炸藥廠環(huán)保及經(jīng)信委提出的安全意見上的問題。對企業(yè)降本增效，提高了經(jīng)濟效益。