军民俩用乳化炸药的制备.pdf

火炸药学报ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ第３５卷第１期２０１２年２月军民两用乳化炸药的制备梅震华，钱华，刘大斌，叶志文，吕春绪（南京理工大学化工学院，江苏南京２１００９４）摘要为解决战争期间军用炸药短缺的问题，以民爆行业生产的乳化炸药为研究对象，通过添加乙二胺二硝酸盐（ＥＤＤ）、钝化ＲＤＸ等高能组分，增加其能量水平；通过高效乳化剂丙烯酰化Ｓｐａｎ８０及微乳化技术进一步提高乳化炸药的稳定性，形成高能乳化炸药。结果表明，当ＥＤＤ和钝化ＲＤＸ的质量分数均为１０％时，乳化炸药的装药密度为１．５７ｇ／ｃｍ３，爆速为６１２０ｍ／ｓ，威力（ＴＮＴ当量）１３６％，爆热４９１０ｋＪ／ｋｇ。关键词应用化学；军民两用；乳化炸药；乙二胺二硝酸盐；Ｓｐａｎ８０中图分类号ＴＪ５５；Ｏ６２６文献标志码Ａ文章编号１００７－７８１２（２０１２）０１－００３２－０３ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＥｍｕｌｓｉｏｎＥｘｐｌｏｓｉｖｅｆｏｒＭｉｌｉｔａｒｙ－ｃｉｖｉｌＭＥＩＺｈｅｎ－ｈｕａ，ＱＩＡＮＨｕａ，ＬＩＵＤａ－ｂｉｎ，ＹＥＺｈｉ－ｗｅｎ，ＬＣｈｕｎ－ｘｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＥｍｕｌｓｉｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｘｐｌｏｓｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｔｏｒｅｓｏｌｖｅｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｏｆｍｉｌｉ－ｔａｒｙｅｘｐｌｏｓｉｖｅｉｎｔｈｅｗａｒ．ＥＤＤａｎｄｐａｓｓｉｖｅＲＤＸｗｅｒｅａｄｄｅｄｔｏｒａｉｓｅｉｔｓｅｎｅｒｇｙ，ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｅｍｕｌｓｉｆｙｉｎｇａｇｅｎｔａｃ－ｒｙｌａｔｅｄＳｐａｎ８０ａｎｄｍｉｃｒｏ－ｅｍｕｌｓｉｏｎｔｅｃｈｎｉｃｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｅｎｈａｎｃｅｉｔｓｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｅｍｕｌｓｉｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｈｏｗｓｇｒｅａｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｈｅｎ１０％ＥＤＤａｎｄ１０％ＲＤＸａｒｅａｄｄｅｄｃｈａｒｇｅｄｅｎｓｉｔｙ１．５７ｇ／ｃｍ３，ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙ６１２０ｍ／ｓ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ（ＴＮＴｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ）１３６％，ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎｈｅａｔ４９１０ｋＪ／ｋｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓａｐｐｌｉｅｄｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ｍｉｌｉｔａｒｙ－ｃｉｖｉｌ；ｅｍｕｌｓｉｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅ；ＥＤＤ；Ｓｐａｎ８０收稿日期２０１１－０６－２３；修回日期２０１１－０９－１３作者简介梅震华（１９７４－），女，博士研究生，从事工业炸药自敏化理论研究。通讯作者钱华（１９８１－），男，副研究员，博士，从事有机合成及民爆器材研究。引言战争期间炸药的消耗量巨大，往往会出现炸药供不应求的情况。解决这个问题的办法之一是利用代用品，特别是采用混合炸药技术，将非炸药物质制成爆炸性混合物用于战争，解决战时军用炸药短缺的问题［１－３］。目前，乳化炸药是国内民用炸药的主要品种，最适合发展成为动员炸药［４－５］。乳化炸药呈膏状，容易实现在不改变弹药战斗部结构的前提下直接装药。此外，通过添加高能组分，解决其密度低、爆炸威力小等缺点，使之成为军用炸药的代用品。世界各国都在研发可军民两用的炸药产品。美国Ｉｒｅｃｏｌ化学公司研制成功的Ａ－３４乳化炸药，能量水平与Ｂ炸药相当，其他性能优于Ｂ炸药，爆破效应好，但感度较高。乙二胺二硝酸盐（ＥＤＤ）是一种高安定性的硝酸盐，晶体密度１．５５ｇ／ｃｍ３，爆速７５５０ｍ／ｓ，撞击感度和摩擦感度均为０，起爆感度高于硝酸脲和硝酸铵，可作为压装或铸装高能炸药的成分，特别是可与硝酸铵（ＡＮ）制成低共熔物，降低乳化炸药的析晶点，提高炸药的存储稳定性［６］。Ｓｐａｎ８０是目前国内乳化炸药中最广泛使用的乳化剂［７］，与Ｓｐａｎ８０相比丙烯酰化Ｓｐａｎ８０的油溶性和乳化性大大提高，具有可聚合和乳化的双重功能，能改善Ｗ／Ｏ型乳液及聚合物胶乳的稳定性，提高乳化炸药的爆炸性能和稳定性能［６］。本研究以ＥＤＤ／ＡＮ低共熔物为内相，丙烯酰化Ｓｐａｎ８０为乳化剂，ＲＤＸ为高能添加剂和敏化剂，采用微乳化技术进一步提高乳化炸药的能量水平和稳定性，制备军民两用高能乳化炸药，解决战时军用炸药的短缺问题。２３第３５卷第１期梅震华，钱华，刘大斌，等军民两用乳化炸药的制备１实验１．１材料质量分数６０％乙二胺水溶液、乙醇均为化学纯，上海实验试剂有限公司；丙烯酰化Ｓｐａｎ８０采用文献［６］的方法制备；钝化ＲＤＸ，工业品，江苏红光化工厂；质量分数６０％ＨＮＯ３、ＡＮ，工业品，上海虹光化工厂；复合蜡，工业品，南京东诺炸药有限公司。１．２ＥＤＤ的制备将硝酸加至三口烧瓶中，冰水浴冷却。用滴液漏斗滴加乙二胺水溶液，在０℃下搅拌反应３０ｍｉｎ，过滤，乙醇洗涤，得纯品ＥＤＤ。ｍ．ｐ．１８４～１８６℃，产率为９２％。１．３乳化炸药的制备将８５ｋｇ（ＥＤＤ／ＡＮ）、９ｋｇＨ２Ｏ加热溶解成内相，４ｋｇ复合蜡及２ｋｇ丙烯酰化Ｓｐａｎ８０加热熔化成外相，两相分别加热至１００～１１０℃，然后将内相缓慢加入高速搅拌的外相中，继续以１０００ｒ／ｓ转速搅拌５ｍｉｎ后，得透明的乳胶基质，如图１所示。同时添加钝化ＲＤＸ（占乳胶体质量的１０％），冷却形成凝胶状的高能乳化炸药。图１乳胶基质实物图Ｆｉｇ．１Ｐｉｃｔｕｒｅｏｆｅｍｕｌｓｉｏｎ２结果与讨论２．１乳化剂种类对乳化效果的影响分别以丙烯酰化Ｓｐａｎ８０和普通Ｓｐａｎ８０为乳化剂制成乳化炸药，通过扫描电镜对基质进行观察，结果如图２所示。由图２可知，通过丙烯酰化Ｓｐａｎ８０制得的乳化基质在扫描电镜下为细小的Ｗ／Ｏ球型粒子，颗粒分布均匀，基本符合正态分布，粒径为０．５～２μｍ，小于普通Ｓｐａｎ８０制备的乳胶微粒（２～５μｍ）。较小的粒径从微观上确保了乳化炸药优良的爆轰性能。图２乳化基质的扫描电镜图Ｆｉｇ．２ＳＥＭｏｆｅｍｕｌｓｉｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅ２．２ＥＤＤ含量对ＥＤＤ／ＡＮ析晶点的影响ＥＤＤ和ＡＮ的化学结构相似，且极性相近，可形成低共熔物，能显著降低混合物的熔点。ＥＤＤ／ＡＮ混合物的低共熔规律见图３。图３ＥＤＤ／ＡＮ熔点图Ｆｉｇ．３ＭｅｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆＥＤＤ／ＡＮＥＤＤ的熔点１８７℃，ＡＮ的熔点１７０℃ 。由图３可知，当ＥＤＤ质量分数为６０％时，ＥＤＤ／ＡＮ混合物的熔点最低，达到１０７℃（不含水）。由于ＥＤＤ／ＡＮ的低共熔特性，所以，ＥＤＤ也能有效降低ＡＮ饱和溶液的析晶点，从而确保体系在水含量较低的情况下仍能保持较高的稳定性。当ＥＤＤ质量分数分别为５％、８％、１０％、１５％时，８５％的硝酸铵饱和溶液析晶点分别为８２、７８、７５．６４℃。由此可知，当ＥＤＤ的质量分数由５％提高到１５％时，体系的析晶点逐渐降低。同时，作为含能物质，ＥＤＤ不仅能降低体系的析晶点，提高体系的稳定性，还能提高乳化炸药体系的爆炸性能。表１为在不添加钝化ＲＤＸ的条件下，ＥＤＤ的含量对乳３３火炸药学报第３５卷第１期化炸药性能的影响。表１ＥＤＤ含量对乳化炸药性能的影响Ｔａｂｌｅ１ＥｆｆｅｃｔｏｆＥＤＤｃｏｎｔｅｎｔｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗ（ＥＤＤ）／％ ρ ／（ｇｃｍ－３）威力（ＴＮＴ当量）／％ｕ／（ｍｓ－１）Ｑ／（ｋＪｋｇ－１）０１．４０１０２４５３０３９８０８１．４２１２０５１５０４２３０１０１．４２１２６５２４０４４２０１２１．４３１３１５３００４５００由表１可看出，随着ＥＤＤ含量的增加，体系爆炸性能逐渐提高。综合考虑低共熔性、氧平衡及能量等因素，ＥＤＤ的质量分数控制在１０％左右。２．３钝化ＲＤＸ对乳化炸药性能的影响为进一步提高装药密度以及乳化炸药的起爆感度和爆轰性能，可往乳胶体中加入一定量的钝化ＲＤＸ。当ＥＤＤ的质量分数为１０％时，钝化ＲＤＸ含量对炸药性能的影响见表２。表２钝化ＲＤＸ含量对乳化炸药性能的影响Ｔａｂｌｅ２ＥｆｆｅｃｔｏｆｐａｓｓｉｖｅＲＤＸｃｏｎｔｅｎｔｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗ（ＲＤＸ）／％Ｐ１／％Ｐ２／％ ρ ／（ｇｃｍ－３）威力（ＴＮＴ当量）／％ｕ／（ｍｓ－１）Ｑ／（ｋＪｋｇ－１）０００１．４２１２６５２４０４４２０５４４１．４８１２９５７５０４７４０１０６１０１．５７１３６６１２０４９１０２０１２１６１．６２１３９６２８０５１３０注①撞击感度（Ｐ１）测试条件落锤质量１０ｋｇ，落高２５ｃｍ；②摩擦感度（Ｐ２）测试条件摆锤质量１．５ｋｇ，摆角９６。由表２可知，钝化ＲＤＸ可大大提高乳化炸药的爆炸性能，但大量添加ＲＤＸ不符合战时军用炸药紧缺的现状，且加入钝化ＲＤＸ会提高体系的机械感度，故钝化ＲＤＸ的质量分数应控制在１０％左右。３结论（１）通过调整现有乳化炸药的组分，以ＥＤＤ／ＡＮ低共熔物为内相，通过高效乳化剂丙烯酰化Ｓｐａｎ８０及微乳化技术使乳化体系的Ｗ／Ｏ型粒子不大于２μｍ；同时通过添加质量分数１０％左右的钝化ＲＤＸ，使乳化炸药的能量接近军用炸药水平，即炸药的装药密度大于１．４ｇ／ｃｍ３，爆速大于６０００ｍ／ｓ，威力（ＴＮＴ当量）小于１３０％。（２）在战争时期，可利用国内现有的乳化炸药生产线，大量生产高能乳化炸药，以满足战时高能炸药的不足之需。致谢感谢山东天宝化工有限公司对乳化炸药中试提供的支持及山西江阳化工厂对装药弹种选择和装药试验提供的帮助。参考文献［１］孙荣康，任特生，高怀琳．猛炸药的化学与工艺学［Ｍ］．北京国防工业出版社，１９８１．［２］ＱＩＡＮＨｕａ，ＹＥＺｈｉ－Ｗｅｎ，ＬＣｈｕｎ－ｘｕ．ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃａｌｌｙｐｒｏｍｏｔｅｄｎｉｔｒｏｌｙｓｉｓｏｆＤＡＰＴｔｏＨＭＸｉｎｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄ［Ｊ］．ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳｏｎｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００８，１５（４）３２６－３２９．［３］ＱＩＡＮＨｕａ，ＬＣｈｕｎ－ｘｕ，ＹＥＺｈｉ－ｗｅｎ．ＳｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＣＬ－２０ｂｙｃｌｅａｎｎｉｔｒａｔｉｎｇａｇｅｎｔｄｉｎｉｔｒｏｇｅｎｐｅｎｔｏｘｉｄｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＩｎｄｉａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００８，８５（４）４３４－４３９．［４］陈厚和，裴艳敏，马慧华，等．由废弃火药和乳化炸药制备工业混合炸药［Ｊ］．火炸药学报，２００３，２６（３）７６－７７．ＣＨＥＮＨｏｕ－ｈｅ，ＰＥＩＹａｎ－ｍｉｎ，ＭＡＨｕｉ－ｈｕａ，ｅｔａｌ．Ａｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｘｐｌｏｓｉｖｅｂａｓｅｄｏｎｗａｓｔｅｐｒｏｐｅｌ－ｌａｎｔｓａｎｄｅｍｕｌｓｉｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓａｎｄＰｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ，２００３，２６（３）７６－７７．［５］叶志文，吕春绪．高能乳化炸药的制备及性质［Ｊ］．火炸药学报，２００６，２９（６）６－９．ＹＥＺｈｉ－ｗｅｎ，ＬＣｈｕｎ－ｘｕ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙｅｍｕｌｓｉｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓａｎｄＰｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ，２００６，２９（６）６－９．［６］钱华，刘大斌，叶志文．丙烯酰化Ｓｐａｎ８０的合成及在乳化炸药中的应用［Ｊ］．火炸药学报，２００９，３２（２）１１－１３．ＱＩＡＮＨｕａ，ＬＩＵＤａ－ｂｉｎ，ＹＥＺｈｉ－ｗｅｎ．ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｃｒｙｌａｔｅｄＳｐａｎ８０ｉｎｅｍｕｌｓｉｏｎｅｘｐｌｏｓｉｖｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓａｎｄＰｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ，２００９，３２（２）１１－１３．［７］董宇清，唐有根．Ｓｐａｎ系列表面活性剂合成工艺发展综述［Ｊ］．爆破器材，２００５（５）３５－３８．ＤＯＮＧＹｕ－ｑｉｎｇ，ＴＡＮＧＹｏｕ－ｇｅｎ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｄｅｖｅｌｏｐ－ｍｅｎｔｏｎＳｐａｎｓｅｒｉｅｓｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ［Ｊ］．ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉ－ａｌｓ，２００５（５）３５－３８．４３