新型高性能环保乳化炸药的研究

新型高性能环保乳化炸药的研究

林伟新李浪刘煜

广东省四O一厂有限公司  514795 广东省

摘要：粉状乳化炸药是在胶质乳化炸药基础上发展起来的一种性能优良的新型工业炸药，具有一定抗水性能，同时又具有做功能力高、流散性好、使用方便的特点。但随着国家对环境保护力度的不断加强，低有毒气体含量的环保型炸药将成为社会发展的需要。

关键词：新型高性能；环保乳化；炸药

引言

乳化炸药现已成为我国主流工业炸药品种，生产乳化炸药主要原材料是由硝酸铵、复合油相材料、乳化剂等构成。其中乳化剂在乳化炸药体系中占比一般仅在1.2～2.5%之间，占比虽少，但在整个体系中是至关重要。目前我国乳化炸药常用乳化剂种类大概分为两大类，第一类多元醇类乳化剂（常用的SP-80）；第二类是聚异丁烯马来酸酐类乳化剂，包括酰胺类，醇胺类，酯盐类乳化炸药用乳化剂（常用T152）。本文根据多年实践经验总结对乳化炸药用乳化剂进行表征综述。

1.乳化炸药用乳化剂的匹配性选择

1.1乳化剂的HLB匹配性选择

乳化炸药经典理论认为适合于乳化炸药的HLB值为3～6之间，这种要求非离子型表面活性剂比较容易满足，如常用的SP-80的HLB值为4.3。需要特别说明的是，虽然HLB=3～6的乳化剂可以形成W/O型乳胶基质，但乳胶基质稳定性却有质的差别，若选用的乳化剂主链结构与所使用的油相结构相近或相似，那么两者就有可能有较大的亲和力，它们所形成的界面膜强度和紧密程度必然增大，基质的稳定性增强。

1.2乳化剂的空间分子结构影响

HLB值选择乳化剂时，因没有综合考虑到乳化剂的分子空间结构特异性，不能确切的表示出适合乳化剂。乳化剂的亲水基和亲油基在界面上所占的立体空间大小，也影响到乳胶的稳定性。一般来说，亲油性分子空间结构大些，有利于形成W/O型乳化液，对提高乳化液的稳定性有促进作用。

2.乳化炸药中乳化剂的发展趋势

2.1阶段一：一步法合成阶段

乳化炸药这一名词提出最早是在20世纪60年代，并且最原始的乳化炸药就是一步法合成。在一步法的应用过程中，一般是将油酸及山梨醇通过碱的催化，一步合成乳化炸药的，也就是俗称的Span系列产品。举个例子来说，如“Span-60”，这种乳化炸药在采用一步合成法的过程中，主要是将山梨醇与硬脂酸右旋相融合，并在其融合时加入0.2%的氢氧化钠，在实际的应用中，科学的做法是将氢氧化钠加热至192℃，特别需要注意的是将整个过程进行保温，才能将乳化炸药的质量及爆破程度保持在最佳的状态[1]。随着社会的不断发展和变革，一步合成阶段已经不再适应时代发展的需求，现阶段一步合成法只是简单地应用于要求较低的乳化炸药产品的制作当中。

2.2阶段二：二步法合成阶段

随着时代的变革和社会的发展，现代工艺对一步合成法进行了改革和创新，特别是在“Span”产品上，在其局限性上做出了许多的调整，合成工艺也已经调整成了先醚化后酯化的二步合成法，换言之，就是在碱的催化下进行酯化，同时在酸的催化中使用山梨醇。这样的制作方法较一步合成法更为温和，并且减少了乳化剂中的杂质，这类合成物在原有乳化剂的优良性能上，更具有可聚性优点，提高了乳化剂的质量。

2.3阶段三：酶法合成阶段

乳化剂经历了前两个阶段，又通过现代工艺的加工，采用化学试剂构成了酶法合成阶段，并结合微生物脂肪酶催化剂，举个例子来说，如“Span-80”，是以非水相酶促进反应，这个方法能打破传统乳化剂的局限性，有效提高乳化剂组成效率和特异性特征，并且酯化反应的温度只需要保持在60℃一下就能够满足标准，不仅节约了前两个阶段中能源材料的使用，还提高了乳化剂整体的应用效率，使其优势发挥到最大。其中，其合成产品中的单酯含量已经达到了80%左右，进一步提高了乳化剂的应用效果和应用效率。

2.4阶段四：反应体系的环境

在乳化剂中，反应体系较为繁琐，存在复杂性特征，并且对温度反应的环境要求较为严格，基于此，在乳化炸药的制作过程中，需要以化学反应为基础，根据化学反应的平衡原理来对乳化炸药的制作进行随时调整和改善，与此同时，要通过抽真空带走反应生成的水，有利于下一阶段乳化炸药的制作和进行乳化反应。但是，在此过程中，也会存在诸多的问题，乳化炸药的反应体系原料十分容易受到氧化的影响，对于此问题的解决措施就是在密闭的反应釜中完成此过程，将乳化剂进行有效的隔离，提高乳化剂反应的准确性。另外，在工业中，还会考虑到成本的问题，所以乳化剂的反应也可以在氮气的条件下实行，反应则可以在一定的真空度下进行，特别需要注意的是，真空反应进行是将真空控制在0.08MPa，这样的操作可以提高乳化剂的反应速度，提高乳化剂的性能和可利用性。

2.5现阶段乳化剂的发展趋势

乳化剂作为乳化炸药的重要组成部分，是现阶段乳化炸药中最值得研究的问题。基于此，在乳化剂中，多采用酯化产物的乙醇胺进行氨化反应，以多种多羟基化合物与聚异丁烯马来酸酐反应出复合乳化剂，并在日常实践中以乙二胺合成了双子型非离子乳化剂。乳化剂炸药不同于其他类型的炸药，乳化剂炸药稳定性更高，爆炸程度更好。另外，在我国，聚合型乳化剂可以降低粒子的大小，用其制成的乳化炸药可储存期＞3a。不饱和基团的丙烯酰氧基Span-80，乳化能力较强，且乳化过程比较稳定，能避免乳化剂造成浪费，进而提高了乳化炸药的可持续利用率。乳化剂产品在日常工业的应用中，最基础的要求是安全性能高，结构组成科学合理，才能逐渐与国外的乳化剂产品的性能和发展相持平。

3.高温敏化乳化炸药生产线应注意的问题

3.1准确控制敏化参数

高温敏化工艺中，所加入的敏化剂一般是完全参与了发泡敏化，且其发泡速度与温度的关系极大，因而在生产中必须控制好敏化剂用量及其敏化温度，否则非常容易出现发泡过度，导致药卷直径增大、药体密度偏小，甚至造成药卷鼓包、胀裂，不但影响产品性能，而且影响生产正常进行。在实际生产中曾出现过发泡控制不好而使φ32mm药卷直径超出φ35mm规格，导致后续自动包装工序无法正常进行。

3.2冷却水质的要求

该工艺中所采用的迪博泰回转卡式装药机系进口设备，虽然装药效率、装药质量、故障率等指标均远优于目前的国产装药机，但其价格昂贵，因而对其冷却水不质要求较高，特别是对于含钙质较高或较杂质含量较大的水宜经过净化处理，以延期装药机使用寿命。

3.3乳胶工艺管道设置

由于静态混合器静态精乳和迪博泰装药机密闭装药方式的采用，尽管在工艺配方及工艺装备的设计中已经采取措施降低乳胶粘稠度和提高乳胶输送过程的安全性，但在工艺布置时还是应该尽量缩短乳胶输送管道的长度，包括基质螺杆泵至乳胶漏斗之间、乳胶漏斗至装药机之间的乳胶输送管。

3.4发泡剂除杂质

在发泡剂配制中，应严防杂质进入，将配制好的发泡剂倒入发泡罐时应经过滤网，且在在发泡罐后、计量螺杆泵前也应设置过滤装置，宜使用两层100目不锈钢滤网，以有效滤除杂质，防止损坏计量螺杆泵并保证高温敏化和装药过程的安全。

3.5装药后自然冷却输送段皮带长度

从实际生产经验及试验结果看，高温敏化乳化炸药在装药后几秒至十几秒内密度即在工艺范围内，经1～2分钟后入水。若入水前的时间太长，敏化参数控制又不当，药体就很容易发泡过度，造成药卷鼓包甚至胀裂，一般控制在90S左右入水较佳。因此装药工房内药卷输送皮带的长度和速度宜控制适宜。由于高温敏化药卷温度较高（达80～90℃），在剔除少量废药卷时需注意防止烫伤，因此对于皮运机速度不宜太快，一般为0.2～0.4m/s为宜，皮运机的长度应根据速度来设计，以控制药卷发泡及冷却效果。

4.结论

乳化炸药静态乳化、高温敏化生产工艺技术在国内的应用已经成熟，并具有生产效率高、在线作业人员及存药量少的显著优点，其生产过程安全，产品爆炸性能稳定、贮存期长，完全满足民爆行业技术进步指导意见的要求，生产企业的现场管理方便，实为值得大力推广的生产线之一。

参考文献

[1]张翠英，吴龙祥，王永斌，等.国内外乳化炸药专用乳化设备发展状况[J].现代矿业，2010，493（5）：10-14.

[2]陈飞，邢光斌，甘德淮，等.敞开式无动力冷却器的研制[J].爆破器材，2011，40（4）：12-15.

[3]中国爆破器材行业协会.2011年上半年民爆行业经济运行情况通报.[J].中国爆破器材行业工作简报，2011，242（7）：5-8.