复合乳化剂对乳化炸药贮存稳定性分析.pdf

第2 7 卷第3 期 2 0 1 0 年9 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7N o ．3 S e p ．2 0 1 0 ， D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 3 ．0 2 8 复合乳化剂对乳化炸药贮存稳定性分析 李长青1 ，钟永晓2 1 ．新疆雪峰民用爆破器材有限责任公司，乌鲁木齐8 3 0 0 0 2 ；2 ．武汉理T 大学资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要影响乳化炸药贮存期的因素很多，而乳化剂是其中最主要的因素之一。试验中采用了复合型乳化 剂，对比试验表明，S T L 复合乳化剂克服了单一乳化剂的不足，具有良好的乳化作用；生产5 - 艺与使用安全可 靠，乳化炸药的贮存稳定性明显改善。 关键词乳化炸药；稳定性；影响因素 中图分类号T D 2 3 5 ．2 1 2文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 3 0 0 9 7 一0 2 A n a l y s i so nS t o r a g eS t a b i l i t yo fE m u l s i o nE x p l o s i v e w i t hC o m p o u n dE m u l s i f y i n gA g e n t 脚C h a n g q i n 9 1 ．Z H O N GY o n g ．x i a 0 2 1 ．X i n j i a n gX u e f e n gE x p l o s i v eM a t e r i a lC o m p a n yL t d ，U r u m q i8 3 0 0 0 2 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fR e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ，W u h a nU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h e r ea r em a n yf a c t o r si n f l u e n c i n gt h ee m u l s i o ne x p l o s i v e ss t o r a g ev a l i dt i m e ．a n dt h ee m u l s i f y i n ga ． g e n ti so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf a c t o r s ．Ac o m p o s i t ee m u l s i f i e rW S Sa p p l i e di nt h ee x p e r i m e n t ．C o n t r a s te x p e r i m e n t s s h o wt h a tt h eS T Lc o m p o u n de m u l s i f i e ro v e r c o m e st h ed e f i c i e n c yo fs i n g l ee m u l s i f i e r ，w h i c hh a sg o o de m u l s i f i c a t i o n e f f e c t ．I ti ss a f ee n o u g hi nt h ep r o c e s so fp r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o n ，a n dt h es t o r a g es t a b i l i t yo fe m u l s i o ne x p l o s i v e s i si m p r o v e do b v i o u s l y ． K e yw o r d s e m u l s i o ne x p l o s i v e ；s t a b i l i t y ；i n f l u e n c i n gf a c t o r O 引言1 影响乳化炸药贮存稳定性的因素 乳化炸药是油包水型结构，外相由石油类产品 形成油膜，内相是溶于水的硝酸铵等多种物质在高 温下形成的过饱和溶液‘。内外相之间通过乳化 剂连接起来，形成比较稳定的“油包水”结构。这种 结构的稳定程度决定了炸药的贮存有效期。 收稿日期2 0 1 0 0 5 1 3 作者简介李长青 1 9 6 3 一 ，男，工程师、学士、民用爆破器材安全生 产管理、火工品制造、工程爆破，E m a i l W j d g g y x 1 2 6 ． e o m o 1 ．1 乳化剂的影响 国内乳化炸药用的乳化剂现有酯类和非酯类 等，比较常用的是S p a n ．8 0 失水三梨醇酯 ，其作用 机理是分子一端为亲水基，一端为亲油基。两端分 别与水相和油相相连，从而把油、水相紧密地连接在 一起。乳化剂的亲水基、亲油基的亲合力强弱决定 了乳化炸药的贮存稳定性，而亲合力大小又与乳化 剂的羟值、皂化值、酸值等指标有直接关系。实践证 明，羟值在2 3 0 ～2 7 0m g K O H ／g 之间、皂化值在1 0 0 1 6 0m g K O H ／g 之间、酸值小于7m g K O H ／g 为最理 想。单一的乳化剂如果适当添加M - 2 0 1 失水木糖 万方数据 爆破2 0 1 0 年9 月 醇单油酸酯，添加量为S p a n - 8 0 的2 0 ％～4 0 ％ 则贮 存稳定性会有一定程度的提高。实践证明S p a n 一8 0 羟值过低和过高对乳化炸药的贮存期都不利。原因 在于羟值过低，S p a n - 8 0 与水分子结合的“一O H ”较 少，亲水能力差，S p a n - 8 0 与水相分子结合不牢固；如 果羟值过高，则可能造成酯化反应不完全，乳化效果 差，使炸药贮存期缩短。S p a n 一8 0 是一种非离子型表 面活性剂，它是油酸和失水山梨醇反应生成的，由于 其中的油酸分子带有1 个双键，双键处电子云分布 密集，有可能产生电荷的相斥作用，从而在双键处形 成孔隙，这样形成的界面膜不可能很密，故乳化炸药 易破乳，“水分”从油酸分子结构孔隙中渗出，炸药 逐步变硬而失效B ≯’。 1 ．2 丁二酰亚胺类乳化剂 丁二酰亚胺属高分子乳化剂，与S p a n ．8 0 相比． 它具有高分子框架结构，能形成立体阻碍膜，并具有 微乳化结构等特点，其乳化机理可认为是通过物理 吸附和化学吸附的双重作用，形成比较稳定的具有 立体结构的复合膜，从而提高了乳化炸药的贮存稳 定性。但是，它不太适应于剪切强度和乳化温度较 低的间断式乳化工艺H J 。 1 ．3 复合乳化剂研究 1 ．3 ．1 复合选择 鉴于S p a n - 8 0 组成不易控制及丁二酰亚胺不易 乳化、生产的炸药感度偏低的不足，试将这2 种乳化 剂复合使用，同时添加一种辅助乳化剂，进一步增强 S p a n 一8 0 乳化剂的界面膜强度。试验选用T 型乳化剂 与S p a n - 8 0 和L 型助乳剂按一定比例复合，即S T L 复 合乳化剂，这可形成较强的框架体系，使分子问排列 更加紧密，增强界面膜的强度及对水相的包覆作用， 从而获得稳定的乳化基质，使炸药的稳定性提高。 1 ．3 ．2 易乳性对比 乳化剂的易乳性是指乳化剂是否容易乳化，形成 乳胶基质的特性，一般可用乳化基质的成膏时间来表 示。S T L 型复合乳化剂与S p a i a 一8 0 、丁二酰亚胺单一 乳化剂进行的易乳性对比试验是在间断式生产线上 进行的，生产条件执行原露天乳化炸药工艺，试验结 果见表l 。由表1 知，S T L 复合乳化剂较易乳化，成膏 时间较短，可适应低剪切强度的间断式工艺要求。 表1 不同乳化剂的成膏时间 1 ．3 ．3 复合比例选择 采用4 种不同配比的复合乳化剂生产乳化炸 药，测定其爆炸性能，以选择较佳的复合配比。试验 采用我公司露天型乳化炸药配方，水相9 4 ．5 ％，油 相4 ％，复合乳化剂总量1 ．5 ％。试验结果见表2 。 试验表明，L 型辅助乳化剂与S p a n 一8 0 和T 型乳化 剂复合配比的范围较宽，当采用配比代号为“B ”的 S T L 复合乳化剂时，用其生产的产品爆炸性能与单 一S p a n - 8 0 乳化剂生产的产品相比变化不大，且综 合成本较低。 表2 不同配比复合乳化剂生产的乳化剂的爆炸性能 1 ．3 ．4 贮存试验 乳化炸药的贮存稳定性通常以高低温循环试验 的次数来表示。据文献[ 5 ] ，经1 0 个高低温循环相 当于自然贮存期1 8 0d 。为此，选用4 种不同配比的 S T L 型复合乳化剂与S p a n - 8 0 进行贮存对比试验， 乳化剂用量均为1 ．5 ％，采用相似的工艺制备的乳 化炸药，试验结果见表3 。由表3 可知，复合乳化剂 生产的乳化炸药经受高低温循环次数大于单一 S p a n 一8 0 乳化剂。结合表2 的试验，选用代号为“B ” 的S T L 型复合乳化剂进行生产应用。 表3 不同乳化剂生产的乳化炸药高低温循环试验 1 ．3 ．5 应用效果 生产实践表明，选用S T L 型复合乳化剂能明显 改善乳化效果，提高乳化炸药的贮存性能，并且乳胶 基质弹性加强，药卷形态好，不易粘袋，易于装药，使 用方便∞1 ；另外，S T L 复合乳化剂成本较S p a n 一8 0 低，降低了乳化炸药生产成本。总之，S T L 型复合乳 化剂克服了单一S p a n - 8 0 乳化剂的不足，具有良好 的乳化作用，可适应于剪切强度较低的间断式生产 工艺，使用安全可靠，乳化炸药的贮存稳定性明显改 善，生产成本降低。 下转第1 0 4 页 万方数据 爆破 2 0 1 0 年9 月 间，也就是说，爆破振动的P P V 的大小可由小波频 带能量的大小来反映，小波频带能量与相应频带振 动分量的振动强度具有一致性。因此，小波频带能 量能够反映爆破振动的强度，同时也能够反映爆破 振动频率对建 构 筑物的作用影响。 由图3 ～图1 2 和表2 可知，该信号小波分析的 时间分辨率给出了不同频带振动分量的时程衰减特 性。在信号的低、中频带，振动分量衰减缓慢，振动 持续时间较长，频带P P V 与小波频带能量呈正比； 在信号的高频带，振动分量的衰减较快，振动持续时 间较短，小波频带能量也较小。因此，小波频带能量 能够反映爆破振动时间对建 构 筑物的作用影响。 由图1 4 一图1 5 和表2 中还可以看出，虽然此 次爆破振动信号的能量分布极不均匀，在其频域中 除了有1 个主振频率外，还出现了多个子振频带，且 各子频带中又有其各自的主频，各频带的能量大小 也不相同，这样爆破振动中就出现了多个峰值。可 见，由于坝基结构复杂，节理裂隙或裂缝将介质分割 成具有不同频率响应的结构，导致坝基开挖爆破振 动反映了多自由度有阻尼振动的特点。 3结论 通过对具有典型代表性的电站下水库坝基开挖 爆破振动信号进行F o u r i e r 分析和小波频带能量分 析，可获得以下结论 1 傅立叶分析是频谱分析，而小波分析是频带 分析，二者具有互补作用。在实际应用中，我们应将 傅立叶分析和小波分析结合起来，灵活运用，可以更 为有效的实现对信号的处理和分析。 2 爆破振动信号的能量在频域上分布较广泛， 但绝大部分能量集中在0 2 0 0H z ，在传播过程中 能量迅速衰减。 3 爆破振动信号小波频带能量分析作为时频 分析领域的一个方面，能够反映爆破振动3 要素 振动强度、频率和持续时间 的作用影响。 4 爆破振动出现的多子频、多峰值揭示了只采 用单个主振频带来代替整个频域，有欠准确，在未来 的研究中应将多主频的影响因素考虑进去。 5 高频部分的相对能量可能较低，但它的峰值 振动强度却可能比较大，为爆破振动研究提供了新 的理论方法。 参考文献 [ 1 ] 何军，于亚伦．爆破震动信号的小波分析[ J ] ．岩 工程学报，1 9 9 8 ，2 0 1 1 4 7 - 5 0 ． [ 2 ] 龙源，娄建武，徐全军．小波分析在结构物对爆破振 动响应的能量分析法中的应用[ J ] ．爆破器材，2 0 0 1 ， 卷号 期号 1 ．5 ． [ 3 ] B L A I RDP ．B l a s tv i b r a t i o nv o n t r o li nt h ep r e s e n c eo fd e - h y ∞a t t e ra n dr a n d o mf l u c t u - w e t i o n sb e t w e e nb l a s tb o l e s [ J ] ．I n tJN m n b o rA I l a lM e t h o dG e o m e c h ，2 0 0 3 ，1 9 2 9 5 ．1 1 8 ． [ 4 ] 凌同华，李夕兵．地下工程爆破振动信号能量分布的 小波包分析[ J ] ．爆炸与冲击，2 0 0 4 ，2 4 1 6 3 - 6 8 ． 【5 ]徐国元，中国生．基于小波变换的爆破地震安全能量 分析法的应用研究[ J ] ．岩土工程学报，2 0 0 6 ，2 8 1 2 4 ．2 8 ． [ 6 ] 张伟．基于小波理论的爆破动力响应分析[ D ] ．青 岛山东科技大学，2 0 0 7 ． [ 7 ]曾宪伟，赵卫明，盛菊琴，等．应用小波包识别宁夏及邻区 的地震和爆破[ J ] ．地震研究，2 0 0 8 ，3 1 2 1 4 2 - 1 4 8 ． [ 8 ]费鸿禄，孔祥雷．蒲石河蓄能电站下水库坝基开挖爆 破振动监测[ J ] ．爆破器材，2 0 0 8 4 1 - 4 ． 上接第9 8 页 2 结论 影响乳化炸药贮存期的因素很多。最主要的是 原材料和加工过程，而原材料中比较重要的是乳化 剂的选择，对炸药贮存期的影响较大。试验中采用 了复合型乳化剂，对比试验表明，S T L 复合乳化剂克 服了单一乳化剂的不足，具有良好的乳化作用；可适 应于剪切强度较低的间断式生产工艺，使用安全可 靠，并且显著地提高了乳化炸药的贮存稳定性。 参考文献 [ 1 ] 金 娥，项朋志．表面活性剂在乳化炸药中的作用 [ J ] ．爆破，2 0 0 9 ，2 6 3 8 9 - 9 1 ． [ 2 ] 赵国玺．表面活性剂物物理理化学[ M ] ．北京北京大 学出版社，1 9 8 4 ． [ 3 ] 吕春绪．工业炸药理论[ M ] ．北京兵器工业出版社， 2 0 0 3 ． [ 4 ] 汪大立，徐国财．丁二酰亚胺乳化机理的探讨[ J ] ．爆 破器材，1 9 9 4 ，2 3 5 l - 5 ． ’ [ 5 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京治金工业出版社，1 9 8 6 ． [ 6 ] 罗非非，王清华，卢军，等．乳化炸药生产过程中危 险有害因素的辨识和防护措施[ J ] ．爆破，2 0 0 8 ， 2 5 1 9 0 矾． 万方数据