多元易发泡型复合乳化剂乳化炸药的制备.pdf

2 0 1 1 年1 2 月多元易发泡型复合乳化剂乳化炸药的制备陈飞等 多元易发泡型复合乳化剂乳化炸药的制备’ 陈飞邢光武江志华许汉杰 广东宏大爆破股份有限公司 广东广州，5 1 0 6 2 3 [ 摘要]文章论述了一种多元易发泡型复合乳化剂，它含水溶性和油溶性两种类型的乳化剂，能将内相中硝酸 铵溶液极个别硝酸铵分子外移至外相，与亚硝酸钠水溶液N 0 f 相遇后，即产生气泡 N ，使乳胶基质敏化成乳化 炸药，消除了化学敏化中二元敏化、后效及混合不均匀的问题。 【关键词]乳胶基质乳化炸药多元复合型水溶性油溶性敏化 [ 分类号] T J 5 5 T I Y 2 3 5 ．2 1 1 引言 为贯彻执行工信部颁布的关于民用爆炸物品 行业技术进步的指导意见，研发乳化炸药管道化、 无人化生产技术，就必须突破传统的敏化技术，才能 完成管道化生产。 现阶段乳化炸药的敏化主要有两种形式一是 物理敏化，通过珍珠岩、玻璃微球、漂珠或其它带有 气孑L 的物质将气泡带人乳胶基质；- - 是化学敏化，加 入能生成气泡的化学物质，通过搅拌，均匀分散到基 质中，使基质的密度降低，常见的化学发泡剂有H 发泡剂 二亚硝基五次甲基四胺 、亚硝酸钠、碳酸 氢钙等。 两种方法皆有其优点与缺点。物理敏化受温度 影响较小。炸药的物理状态较硬，在南方使用较普 遍。物理敏化加入的物质密度非常小，与高粘度的 乳胶基质很难混合均匀，且常用敏化物质破损率高， 形成的乳化炸药药体较硬。化学敏化中发泡剂容易 在乳胶基质中分散均匀，化学敏化环保、且炸药性能 与装药质量较好、贮存期长，是乳化炸药发展方向。 但反应速度、产气量与乳胶基质的温度及质量有关， 且后效严重 反应时问长，几天后或在运输途中炸 药体积变大，从包装中泄漏出来 ，质量难以控制。 化学敏化质量难以控制的原因有 1 乳化炸药生产线化学敏化一般采用亚硝酸 钠，加其它无机酸或者直接加硝酸铵，形成水溶液， 与乳胶基质搅拌均匀。乳胶基质的温度一般控制在 4 5 5 5 ℃之间，而亚硝酸钠最佳反应温度是6 0 一 6 5 ℃。如果乳胶基质温度在4 5 ℃时，亚硝酸钠反应 完全要几个小时，甚至时间更长；如果提高乳胶基质 的温度，油相的固泡能力差，敏化的后效严重，影响 产量与质量。 2 考虑到提前反应、搅拌不均、参加反应的富 余量等因素，敏化乳胶基质使用的亚硝酸钠一般是 理论计算2 3 倍，使得化学敏化质量难以控制。 乳化炸药生产线采用管道化生产技术，乳胶基 质在没有搅拌及催化剂的情况下快速、完全、可控完 成反应，就必须突破传统的敏化技术‘2 J 。 1多元易发泡型复合乳化剂乳化炸药的制备 1 ．1 炸药组分及其作用 多元易发泡型复合乳化剂 以下简称D G N 乳 化剂 由T 1 5 4 、T 1 5 2 、S p a n 一8 0 与大豆卵磷脂复合 而成，其中T 系列乳化剂产品与大豆卵磷脂主要增 加乳胶基质的外相粘度，增加其稳定性。具有特殊 作用的是S p 锄一8 0 ，他能使羟值高于产品标准，增 ] r n - 孚L 化的初乳与水溶性，将部分硝酸铵移动至外相。 该乳化剂已经申请国家专利。 D G N 乳化剂乳化炸药的配方 质量分数 硝酸 铵7 4 ％一6 9 ％、硝酸钠8 ％一1 3 ％、水1 3 ％一l O ％、 D G N 乳化剂2 ％一3 ％、复合蜡5 ％一4 ％。 乳胶基质9 5 ％一9 8 ％；敏化剂5 ％一2 ％。 ‘敏化剂配方亚硝酸钠3 ％一6 ％、水9 7 ％一 9 4 ％。 1 ．2 制备工艺 将硝酸铵、硝酸钠、水按比例配制成水相，加温 到9 0 一1 0 5 ℃备用；将D C , N 乳化剂与复合蜡按比例 配制成油相，加温到8 5 9 0 ℃备用；将制备好的油 水相按流量等工艺要求，加入到低转速搅拌器内，形 成油水混合物，再通过静态混合器精乳为乳胶基质； 采用敞开式冷却器冷却，将乳胶基质冷却至5 0 一 5 5 ℃，螺杆泵加压，与配制好的敏化剂按比例加人静 收稿日期2 0 1 l - 0 4 - 0 8 作者简介陈飞 1 9 6 3 一 。男．高级工程师。主要从事乳化炸药研究与生产管理。E m a i l c h e n f e i ．0 1 1 9 1 6 3 ．m 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 0 卷第6 期 态混合器内，敏化即时完成，然后装药、包装、入库。 2 敏化机理 D G N 乳化剂乳化炸药的敏化机理是s p 蚰一8 0 乳化剂中具有水溶性和油溶性两种类型的表面活性 剂分子，能将内相中硝酸铵溶液极个别硝酸铵分子 移至油膜外，与亚硝酸钠水溶液中的N O z - 相遇后， 即产生气泡 N ，使乳胶基质敏化成为乳化炸药。 如采用静态混合方式，乳胶基质颗粒吸附含有亚硝 酸钠的水溶液，浓度与质量都可控，与乳胶基质油膜 外的硝酸铵接触，能在设计的时间内完成敏化反应， 形成的气泡微小而均匀，基本解决了乳化炸药在各 种情况下的敏化问题【3 制。 D N G 乳化剂乳化炸药的敏化工艺是亚硝酸钠 水溶液与乳胶基质中油膜外的硝酸铵反应，乳化炸 药混装车反应温度在3 0 一4 5 ℃之间，包装型乳化炸 药反应温度在5 0 6 5 ℃之间。 现有化学敏化需要机械式强力搅拌器，D G N 乳 化剂乳化炸药的敏化可采用静态混合器混合敏 化㈣。 3 影响炸药敏化效果的部分因素 3 ．1 D G N 与普通复合乳化剂的区别 D G N 乳化剂中的S p 粕一8 0 质量分数为2 0 ％ - 4 0 ％，主要特征是羟值较高，一般为 K O H 2 1 0 2 4 0m g ／g 之间 以下特别表示为S p a I l 一8 0 ，国 标为 K O H 1 9 0 2 1 0m g ／g ，羟值越高发泡速度越 快，初乳性能也越好，但羟值至一定值后乳化效率会 降低，在炸药中S p 粕一8 0 含量一般为0 ．4 5 ％一 0 ．9 0 ％。表1 是D G N 与普通复配的乳化剂在敏化 时的效果比较，混装车的乳胶基质较稀，通过强力搅 拌或静态混合器的高压，能使油相内的硝酸铵很快 移到外相，敏化时间稍长但还可完成。在乳化炸药 表1D G N 与普通复合乳化剂敏化效果比较 胶质炸药敏化敏化 乳化剂混合方式 密度／ 密度／时间温度 g c m 。3 g c m 。3 ／m i n ／。C 生产线生产的乳胶基质不采用D N G 乳化剂，如没有 恒温2 3h ，7d 以后密度仍有变化。D N G 乳化剂 中含有S p a n 一8 0 ，使乳胶基质与敏化剂接触就能 敏化成乳化炸药。 3 ．2 D G N 中S p a n 一8 0 的含量对反应时间的影 响 表2 为S p a n 一8 0 含量与反应时问以及炸药 密度的关系。基质与敏化剂比例为9 7 3 。当设备 与工艺条件一定时 采用2 ．1 5 ％D G N 乳化剂 ， s p a I I 一8 0 的含量越高，外移的硝酸铵越多，发泡 速度越快，含量大于0 ．6 ％以上，敏化时间太快，容 易造成装药管堵塞。最佳含量为0 ．4 ％一0 ．6 ％，时 间控制在2 0 一2 5m i n 之间。密度在1 ．1 5g ／c m 3 以 下，不论是炸药性能还是敏化时间都是最佳。 表2S p 弧一8 0 含量与反应时问、 炸药密度的关系 3 ．3 敏化剂浓度对反应时间的影响 当S p 锄一8 0 的含量一定时，发泡剂浓度越 大，气泡越大，反应速度也越快。但反应物质多，需 要的反应时间也长。浓度较小时，炸药密度偏大，影 响爆破效果；炸药密度随发泡剂浓度增加而减小，浓 度大到一定时，密度不变，此时有后效。敏化剂中亚 硝酸钠含量的最佳范围为3 ．5 ％一6 ．0 ％，炸药密度 与反应时间见表3 。表3 采用乳化炸药混装车配方 与生产工艺，乳胶基质粘度为7 8 P a s 3 5 0 C 。乳 胶基质反应温度3 5 ℃左右。乳胶基质与敏化剂比 例9 7 3 。 表3 敏化剂浓度、反应时间和密度的关系 万方数据 2 0 11 年1 2 月 多元易发泡型复合乳化剂乳化炸药的制备陈飞等 3 ．4 D G N 中宰S p a n 一8 0 的含量对乳胶基质粘度 的影响 含搴S p 柚一8 0 的复合乳化剂，对形成乳胶基质 的粘度有很大影响，普通S p a n 一8 0 含量越高，形成 乳胶基质的粘度越大，但枣S p a n 一8 0 的含量越高， 形成的粘度越小，见表4 。表4 采用混装车配方， S p 柚一8 0 减少由T 1 5 4 补充，D G N 含4 0 ％的卵磷 脂。 表4 不同粘度的发泡情况 S p a n 一8 0粘度 敏化前密度／ 含量／％／ P a 8 3 5 。C g c m 。3 敏化后密度 ／ g c m ‘3 S p 肌一8 0 在D G N 中的含量一般为0 ．3 ％一 0 ．5 ％之间，D G N 中} S p a I l 一8 0 的减少，外移的硝 酸铵减少，粘度增加，分子之间的结合紧密，乳胶基 质的密度增大。 3 ．5 贮存稳定性能 采用D G N 乳化剂与普通复合乳化剂形成的乳 化炸药的贮存稳定性基本一致，采用化学敏化后，乳 化炸药的贮存期见表5 。在同等条件下，配方只改 变乳化剂，在没有采用D G N 乳化剂的配方中，敏化 时加入了0 ．2 ％的柠檬酸做催化剂。 表5采用D G N 与普通复合乳化剂 炸药贮存期比较 d 采用D G N 与普通复合乳化剂形成的乳胶基质， 在不同方式冷却下的贮存期见表6 。表中配方1 。、 配方2 ’都是混装车乳胶基质配方，其中配方1 。是采 用D G N 乳化剂，配方2 ’是采用普通复合乳化剂，冷 却后粘度为8 0 1 1 5 P a 8 。 表6 不同冷却方式的乳胶基质的贮存期 d 表5 与表6 的数据表明，在复合乳化剂中采用 0 ．4 ％一0 ．6 ％的高羟值S p 8 n 一8 0 ，对乳胶基质及炸 药的贮存期基本无影响。 4D G N 乳化剂乳化炸药的性能 抗水性能是乳化炸药的一个重要指标。乳胶基 质在过水冷却时的水分变化见表7 。表中配方l ’、 配方2 ’都是混装车乳胶基质配方，其中配方l 。是采 用D G N 乳化剂、配方2 ’是采用普通复合乳化剂，冷 却后粘度为8 0 1 1 5 P a 8 。 表7 乳胶基质过水冷却的水分变化 如果乳胶基质采用皮带过水冷却，乳化炸药将 要增加0 ．5 ％的水分，基本与常用乳化剂相同，防水 性能主要与油相材料有关。见表8 。表中配方l 。是 混装车乳胶基质配方，主要是机油与复合蜡；配方 2 。全部采用复合蜡。 表8 不同油相材料冷却时水分的变化 通过表7 和表8 可知，含D G N 乳化剂的配方对 乳化炸药的抗水性能影响较小，水对外移硝酸铵的 侵蚀几乎可以不计，与常用乳化剂相同。 采用D G N 乳化剂生产的乳化炸药，浸水8h 的 爆炸性能见表9 。配方中采用D G N 乳化剂制备．爆 速在冷却后稍微偏低，属正常状态。 表9 炸药浸水前后的爆炸性能 采用D G N 与现有乳化剂制造的乳化炸药性能 基本相同，但敏化效果更好，包装型乳化炸药敏化后 炸药密度平均值为1 ．0 5 1 ．1 0g ／c m 3 ，爆速4 7 0 0 5 3 0 0m ／s ，殉爆距离4 - 7c m ，贮存期为6 个月，乳化 炸药各项性能除作功能力外均达到一级乳化炸药水 平．[ ”】 -o 5 结束语 D G N 乳化剂制备乳化炸药的配方与工艺主要 是为静态混合器设计的工艺与配方，具有乳胶基质 稳定，炸药的爆轰与防水性能好，敏化剂配方简单， 发泡快，无后效等优点，为实现乳化炸药的管道化、 全自动化生产打好基础。 参考文献 [ 1 ] 贾进宝，刘正凯，陈飞，等．．A L E 型乳化炸药及其安全性 万方数据 2 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 0 卷第6 期 能的研究[ J ] ．爆破器材，1 9 9 3 ，2 5 5 7 - 9 ． [ 2 ] 贾进宝，刘正凯，陈飞．A E 型高爆速高稳定性乳化炸 药的研究[ J ] ．矿冶工程，1 9 9 1 ，1 1 3 3 ．7 ． [ 3 ] 叶志文，吕春绪．高能乳化炸药的制备及性质[ J ] ．火 炸药学报，2 0 0 6 ，2 9 6 6 - 8 ． 【4 ] 郭敏，贾海亮，原海青，等．高温敏化工艺乳化炸药储 存期影响因素分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 1 ，4 0 1 2 4 - j z | ． [ 5 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 8 1 0 0 ．1 2 7 ． [ 6 ] 陈飞，何颖．珍珠岩敏化技术参数对乳化炸药性能的 影响[ J ] ．爆破器材，2 0 0 2 ，3 1 1 1 0 1 3 ． [ 7 ] 陈飞，肖才榕．乳化器中搅拌结构及参数对乳化作用 的影响[ J ] ．爆破器材，2 0 0 2 ，3 1 4 3 3 - 3 7 ． P r e p a r a t i o no fE m u l s i o nE x p l o s i v eC o n t a i n i n g M u l t i - e l e m e n tF o a m i n gC o m p o s i t eE m u l s i f y i n gA g e n t C H E NF e i ，X I N GG u a n g w u ，J I A N GZ h i h u a ，X UH a n j i e G u a n g d o n gH o n g d aB l a s t i n gC o ．，L t d ． G u a n g d o n gG u a n g z h o u ，5 1 0 6 2 3 [ A B S T R A C T ] An e wk i n do fm u l t i e l e m e n tf o a m i n gc o m p o s i t ee m u l s 巧n ga g e n t D G Ne m u l s i f y i n ga g e n t ，w h i c hh a s w a t e r - s o l u b l ea n do i l - s o l u b l es u f f a c t a n tm o l e c u l e s ，w a si n t r o d u c e d ．A tt h ee f f e c to fD G Ne m u l s i f y i n ga g e n t ，f e wa m m o n i u m n i t r a t em o l e c u l e si nt h es o l u t i o no fi n n e rp h a s ec o u l dt r a n s f e rt oe x t e r n a lp h a s e ，r e a c tw i t hn i t r i t e N 0 2 “ i ns o d i u mn i t r i t e s o l u t i o na n db r i n go u tn i t r o g e nb u b b l e s N 2 ，s e n s i t i z i n gt h ee m u l s i f i e db a s e st oe m u l s i o ne x p l o s i v e ．I to w n 8t h ea d v a n t a - g e so fs t a b l ee m u l s i f i e db a s e s ，g o o dd e t o n a t i o np e r f o r m a n c ea n dw a t e r p r o o fp r o p e r t y ，e l i m i n a t i n gt h en o n u n i f o r mm i x i n g p r o b l e mi nc h e m i c a ls e n s i t i z a t i o n ． [ K E YW O R D S ] h t e xm a t r i x ，e m u l s i o ne x p l o s i v e ，m u l t i - e l e m e n tf o a m i n g ，w a t e rs o l u b l e ，o i l s o l u b l e ，s e n s i t i z a t i o n 1 酸度和碱度对起爆药质量的影响 火工品2 0 0 1 1 ，3 1 - 3 3 中文 讨论了酸度和碱度在混药时对起爆药质量的影 响。p H 值是影响起爆药质量的重要因素。 2 水胶炸药 南非专利Z A 9 60 8 0 9 5 ，1 9 9 7 年5 月2 日，共1 3 页 英文 该水胶炸药由一种用适当的胶凝剂胶凝的硝酸 盐溶液、一种燃料 如细粒的碳 、或一种敏化剂 如 片状铝粉 组成。该炸药也可含有多孔微球和足够 量的干燥硝酸铵以制成一种干燥的腻子状产品。 3 某些粉状铵梯油炸药配方的评估 含能材料 2 0 0 1 ，9 2 ，9 4 - 9 6 中文 给出了粉状铵梯油 A N - - T 1 T I m F O 炸药的物 化参数。提出了铵梯油炸药设计的数学模型。铵梯 油炸药原材料的计算成本与以前报导的相同。 4 退役炸药用于工业炸药制造及用于爆破作业o N e wT r e n d sR e s ．E n e r g ．M a t e r ．，P r o c ．S e m i r ． 3 r d 含能材料研究的新趋向，第3 次讨论会论文集 2 0 0 0 ，5 7 6 0 斯洛伐克文 退役梯恩梯炸药，其质量随水分含量而变，会影 响炸药的技术参数和爆破效果。推荐退役梯恩梯炸 药的水分含量保持在≤O ．1 ％。无烟火药如与松装 炸药 1 0 0 s ee x p l o s i v e 和爆速为5 0 0 0 m ／s 的塑性炸 药混合时，在爆破时可得最佳效果。推荐使用退役 的梯恩梯炸药与D A P 型松装炸药一起使用，以限制 对环境的负效应。可以看出，退役炸药 d e m i n i t a r i z e de x p l o s i v e 的最佳使用是把它们转制成工业炸 药。 5 水胶炸药的生产 俄国专利R U 2 1 4 6 2 3 6 ，2 0 0 0 年3 月1 0 日，未注 明页数 俄文 这种水胶炸药是将聚- 5 - 乙烯四唑的钠盐 稠化 荆 的水溶液与硝酸铵炸药和硫酸铬[ C r 2 s O ． 3 ] 的水溶液混合制成。制造过程在5 2 4 ℃进行，胶 凝时间为5 1 08 。 6 采石用的以硝酸铵为基的粉状炸药 中国发明专利申请公开说明书C N l 2 8 9 7 4 4 ， 2 0 0 1 年4 月4 日，共7 页 中文 这种炸药由硝酸铵8 0 ％一9 5 ％、梯恩梯O l O ％、木粉2 ％一8 ％、燃料油1 ．0 ％一7 ．O ％和附加 剂0 ．0 1 ％一2 ．5 0 ％ 质量计 组成。 钟一鹏译自美国化学文摘 V 0 1 ．1 3 5 ，N o ．1 7 2 0 0 1 万方数据