CN101053798B - 双子型乳化剂及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
双子型乳化剂及其制作方法属化工技术领域。其所要解决的技术问题是：提供一种既能够提高乳化炸药的稳定性，同时又能够提高其抗剪切能力的双子型乳化剂及其制作方法。其技术要点是：双子型乳化剂的原料组分及其质量份数为：乙二胺1.5～10.5、油酸40～80、丙烯酸甲酯10～35和山梨醇20～45。经对比试验表明：双子型乳化剂的乳化性能明显好于现有的酯类乳化剂及其复合物；而且，抗剪切能力和泵送性能也明显优于T系产品；其表面活性也明显高于现用的常规乳化剂，其cmc值约为它们的11％；通过储存试验，双子型乳化剂做成的乳化炸药基质稳定性明显高于现有的乳化剂，储存时间大体上是用酯类乳化剂的两倍，比用酯类复合型乳化剂也要长30％左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于乳化炸药的双子型乳化剂及其制作方法。
背景技术
目前，应用于乳化炸药中的主乳化剂可分为两类：即脂肪酸酯类(代表产品Span-80)和聚异丁烯丁二酰亚胺类(代表产品T系列)及以上述产品为主乳化剂的混合物即复合乳化剂。虽然酯类乳化剂分子量较小，具有抗剪切能力较强的优点，适用于乳化炸药的连续化生产工艺，但由于其亲水-亲油基团调整度小，在油水界面形成膜的致密性差，又加上分子结构不规整、不稳定，质量较难控制，使得其乳化效能进一步降低。因而，用它制成的乳化炸药的稳定性较差，目前国内已很少单独使用这类乳化剂。对聚异丁烯类(高分子型)乳化剂而言，虽然形成的体系为立体网络结构，有利于炸药稳定性的提高，但其分子结构中有大分子长链聚异丁烯存在，使得乳胶基质具有明显的凝胶特性，在高剪切力作用下便会因其刚性太强而出现“破乳”，不能适应连续化生产工艺的要求。对乳化炸药的几何稳定性研究表明，充填系数与乳化剂分子的亲水、亲油基团的面积(分子结构)有关，亲水基团的截面积越小、亲油基的体积与其长度之比越大，则所形成乳胶粒子的直径越小，乳胶体系稳定性就越好。当然这样的体系要受到相体积比以及乳化剂量的限制。因而，一个特定的乳胶体系对应有一个最佳的充填系数，满足最佳充填系数的乳胶体系最为稳定。而酯类乳化剂是分子结构多种多样，组成难以确定的混合物，因而无法满足最稳定状态的充填系数要求，用这类乳化剂生产的乳化炸药的稳定性就较差。而高分子乳化剂(T系列)的分子长度大，不能形成高度分散的具有典型乳状液特征的乳胶体系，其凝胶特性较明显，抗剪切能力差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：旨在克服上述现有技术之不足，提供一种既能够提高乳化炸药的稳定性，同时又能够提高其抗剪切能力的双子型乳化剂及其制作方法。其技术方案是：一种双子型乳化剂，其特征在于其原料组分及其质量份数为：乙二胺1.5～10.5、油酸40～80、丙烯酸甲酯10～35和山梨醇20～45。
上述的乙二胺为间隔链，将两个单体乳化剂分子连接起来形成双子结构；油酸为双子乳化剂的亲油基(疏水链)，与乳化炸药的油相相溶；丙烯酸甲酯的作用是将山梨醇分子与乙二胺分子连接起来；山梨醇为双子乳化剂的亲水基(极性头)，与乳化炸药的水相相溶。
其制作方法是：
第一步，在间隔链上引入后续反应的官能团：将乙二胺和丙烯酸甲酯混合搅拌反应，反应条件为5℃～70℃、5h～35h，得中间体1；
第二步，引入亲油基：将中间体1与油酸和酸性催化剂混合进行酸碱中和反应，反应条件为真空度0.05～0.095、95℃～170℃、1h～5h，得中间体2；
第三步，酯交换反应：将中间体2与山梨醇和碱性催化剂混合进行酯交换反应，反应条件为真空度0.05～0.095、145℃～210℃、1h～5h，经冷却得双子型乳化剂成品。
其技术效果是：本发明运用乳胶体系的几何排列理论及乳化炸药的几何稳定性理论，结合乳化炸药乳胶体系的特点，通过对双子型乳化剂分子量、分子结构及分子结构中官能团的选择，开发出一种适用于乳化炸药的双子型乳化剂。这种乳化剂的结构较为特殊，近似呈“H”型，两个极性头被一条较短的间隔链紧密连在一起，其后是较长的挠性碳链，这样，其分子立体构型上便比现有乳化剂更接近“楔形”。从几何稳定性理论角度来说，这样便能更好地满足最佳充填系数的要求。应用于乳状液时，一方面能紧密地堆积在乳胶微粒的界面膜上形成较为结实的油膜；另一方面，其特殊的分子结构能有效地阻止水分子的逃逸，这样，便会大大提高乳化炸药(基质)的稳定性；同时，由于其分子结构中并不含有像高分子型乳化剂那样的长链基团，因而其抗剪切能力也较强。
经用酯类商品乳化剂(A)及酯类复合型乳化剂(B)作参照物，在相同条件下制备乳化炸药基质，考察其乳化性能。采用高温-高湿循环，结合电导率测试及感官综合评价衡量乳化剂的性能，试验结果列于表1中。
表1
结果表明，双子乳化剂的乳化性能明显好于A、B样；而且，抗剪切能力和泵送性能也明显优于T系产品。
按乳化剂用量1.5％-复合油相4.5％-水相94％配比，考察乳化基质的储存稳定性，结果见表2。
表2
| 储存时间(d) | 10 | 20 | 35 | 45 | 65 | 85 |
| A | 无变化 | 无变化 | 发白 | 硬化 | - | - |
| B | 无变化 | 无变化 | 无变化 | 发白 | 硬化 | - |
| 双子 | 无变化 | 无变化 | 无变化 | 无变化 | 发白 | 硬化 |
通过储存试验，可见用双子乳化剂做成的基质稳定性明显高于现有乳化剂，储存时间大体上是A样的两倍，比B样也要长30％左右，说明这种双子乳化剂适用于乳化炸药的生产。
采用滴体积法测定了双子乳化剂的临界胶束浓度，并与市售的两种产品比较，结果见表3。
表3临界胶束浓度测定结果
| 样品名称 | 滴头外径/mm | 滴数 | 体积/ml | cmc测定值(mol·L-1) |
| A | 3.17 | 20 | 2.855 | 3.5×10-3 |
| B | 3.17 | 20 | 2.250 | 3.2×10-3 |
| 双子乳化剂 | 3.17 | 30 | 1.050 | 3.8×10-4 |
表3的数据表明，双子乳化剂的表面活性明显高于现用的常规乳化剂，其cmc值约为它们的11％。
具体实施方式
实施例1：乙二胺60g，加丙烯酸甲酯100g，65℃下搅拌反应18h，得中间体1。向中间体1中加入油酸470g，酸性催化剂4g，170℃下保温反应4.5h，得中间体2。向中间体2中加入山梨醇400g，碱性催化剂8g，160℃下保温反应3.5h。经冷却即得双子型乳化剂产品。该双子型乳化剂的官能团及分子结构为：
该双子型乳化剂的官能团结构为：两条疏水链为链状烃基，该疏水链为亲油性的，可与乳化炸药的油相相溶，通过碳-氮键与间隔链相连；间隔链为长度与4个碳原子链相当的直链，通过其桥接作用联接两条疏水链；亲水基为多羟基物，可与乳化炸药的水相相溶。
实施例2：乙二胺60g，加丙烯酸甲酯150g，55℃下搅拌反应32h，得中间体1。向中间体1中加入油酸400g，酸性催化剂5g，110℃下保温反应5h，得中间体2。向中间体2中加入山梨醇200g，碱性催化剂7g，210℃下保温反应3h。经冷却即得产品。
实施例3：乙二胺20kg，加丙烯酸甲酯100kg，15℃下搅拌反应35h，得中间体1。向中间体1中加入油酸540kg，酸性催化剂4.5kg，160℃下保温反应4h，得中间体2。向中间体2中加入山梨醇300kg，碱性催化剂6kg，160℃下保温反应5h。经冷却即得产品。
实施例4：乙二胺60kg，加丙烯酸甲酯120kg，35℃下搅拌反应30h，得中间体1。向中间体1中加入油酸800kg，酸性催化剂9.5kg，160℃下保温反应3h，得中间体2。向中间体2中加入山梨醇450kg，碱性催化剂7kg，190℃下保温反应5h。经冷却即得产品。
Claims (1)
1.一种双子型乳化剂，其特征在于其原料组分及其质量份数为：乙二胺1.5～10.5、油酸40～80、丙烯酸甲酯10～35和山梨醇20～45。
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