CN102010275B

CN102010275B - 一种易发泡乳化剂

Info

Publication number: CN102010275B
Application number: CN 201010519913
Authority: CN
Inventors: 陈飞; 郑炳旭; 李战军; 郑少旭; 邢光武
Original assignee: GUANGDONG HONGDA BLASTING CO Ltd
Current assignee: GUANGDONG HONGDA BLASTING CO Ltd
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: CN102010275A

Abstract

本发明提供一种易发泡的乳化剂，按重量百分比计，它由60～40％的表面活性剂和40～60％的湿润及稳定剂组成；所述的表面活性剂至少含有高羟值的S-80。本发明的乳化剂的主要成分及其复配产物，易溶于油品，与硝酸铵无机盐水溶液乳化，形成乳胶基质，加入亚硝酸钠水溶液后，即产生气泡，使乳胶基质敏化成为乳化炸药。

Description

一种易发泡乳化剂

技术领域

本发明涉及一种适用于乳化炸药敏化(发泡)的乳化剂，及其在乳化炸药制备及混装炸药技术中的应用。

背景技术

随着工业炸药的发展，安全环保炸药已占主导地位，乳化炸药具有环保、安全、防水的特性，同时又容易实现机械化制药与装药，乳化炸药产量已占炸药总量的65％，并还在逐年增长，人工装药将由机械化及混装车装药代替。

乳化炸药经过20多年的发展，由小、散、乱的生产线，发展为全自动集约化生产线，现在普及混装车生产技术，不论在生产线与混装车的生产中，均存在一些问题，其一是乳化技术；其二是冷却技术；其三是敏化技术；特别是敏化技术，决定作乳化炸药的质量，制约乳化炸药的全面发展。

乳化炸药的敏化有两种主要形式，一是物理敏化，通过加入带气泡的物质，将气泡充到乳胶基质中，使乳胶基质有雷管与炸药感度，敏化物质有珍珠岩、玻璃微球、漂珠、或其它带有气孔的物质；二是化学敏化，加入能生成气泡的化学物质，通过搅拌，均匀分散到乳胶基质中，使乳胶基质有雷管与炸药感度，化学发泡剂有H发泡剂、亚硝酸钠、碳酸氢钙等能产生气体的化学物质。

两种方法皆有其优点与缺点，物理敏化加入的物质，比重非常轻，与高粘度的乳胶基质混合时，很难均匀，且常用敏化物质破损率效高(敏化时被搅碎)，形成的乳化炸药药体较硬，很难装药包装，但物理敏化受温度、乳胶基质的物理状态影响较小，在南方使用较普遍。化学敏化主要加入发生化学反应，能产生气泡的物质，往往是水溶液，容易在乳胶基质中分散均匀，但反应速度、产气量与乳胶基质的温度，及乳胶基质的质量有关，化学敏化环保、且炸药性能与装药质量较好、贮存期长，但后效严重(反应时间长，几天后或都在运输途中炸药体积变大，从包装中泄漏出来)，且难于控制。

化学敏化难于控制的原因1：乳化炸药生产线化学敏化一般采用的是亚硝酸钠，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45～55℃之间，而亚硝酸钠最佳反应温度是60～65℃，如乳胶基质温度在45℃时，亚硝酸钠反应完全要几个小时，甚至时间更长，影响产量与质量。

化学敏化难于控制的原因2：亚硝酸钠的反应是在酸性条件下进行的，构成乳胶基质是油相与水相，水相中的硝酸铵本身就可与亚硝酸钠反应，硝酸铵也是亚硝酸钠的催化剂，用油相包覆水相中的硝酸铵溶液(乳化)，形成的油膜较强时，硝酸铵不裸露，反应按照设计进行，当油相油膜较薄时，被包覆的硝酸铵就可能与亚硝酸钠直接反应，形成大气泡，直接逃逸或因硝酸铵浓度高，反应太快，导致敏化难于控制。

化学敏化难于控制的原因3：敏化乳胶基质使用的亚硝酸钠一般是理论计算2～3倍，主要考虑提前反应与搅拌不均、末参加反应的富余量，带来化学敏化难于控制的问题。

鉴于乳化炸药特性与形成机理，研究乳胶基质颗粒的显微结构，根据乳化剂乳化机理，打破乳化剂亲油亲水的平衡，引入多个亲水羟基，并采用静态混合器混合，乳胶基质颗粒吸附含有亚硝酸钠的水溶液，浓度与量都可控(乳胶基质中硝酸铵的浓度一定，油相吸附亚硝酸钠的量可控，与乳胶基质的油膜接触，就能产生气泡，吸附的量也一定，乳胶基质形成的温度相差不大)，并能在设计的时间内完成敏化反应，形成的气泡微小而均匀，都为有效气泡，完全解决了乳化炸药在各种情况下的敏化。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种高羟基的表面活性剂，使其具有更高的亲水性能。

实现本发明上述目的的技术方案为：

提供一种具有高羟基的表面活性剂斯盘-80(S-80)，它是由以下制备方法制备得到的：将油酸与山梨醇以等摩尔比混合，加入占反应混合物总重量0.1～0.15％的KOH，在200～250℃、负压0.05～0.1MPa的条件下，有效反应3～7小时，即得到所述的高羟基的S-80。

所述的高羟值的S-80的制备过程中发生了二次酯化反应，导致得到的S-80产生比正常生产情况多20～40％的亲水羟基。

本发明的另一目的在于：提供一种易发泡乳化剂，利用乳胶基质颗粒的结构，使其油膜吸附一定量的发泡剂水溶液，在不破坏油膜的情况下，通过油膜的催化剂，自行敏化即可完成，反应速度可控，产生均匀微小的有效气泡，使乳胶基质高质量转化为乳化炸药。

实现本发明上述目的的技术方案为：

提供一种易发泡乳化剂，含有以下组分：表面活性剂60～40％，湿润及稳定剂40～60％；所述的表面活性剂含有上述高羟基的S-80。

所述的表面活性剂优选进一步含有选自聚异丁烯丁二酰亚胺(T152)、聚异丁烯双丁二酰亚胺(T154)或失水木糖醇单油酸酯(M201)中的一种或两种以上的混合物。

上述S-80比现有的市售S-80产品多20～40％的亲水羟基，使得其自带敏化催化剂，保证了用其生产的乳胶基质表面有较强的水分子附着力。

所述的湿润及稳定剂可以选自聚异丁烯、丙烯酸脂、卵磷脂、液体石蜡、脂肪酸、黄原胶、聚甘油脂肪酸酯或二乙二醇中的一种或两种以上的混合物。

所述的聚异丁烯优选2000分子量的聚异丁烯。

所述的丙烯酸酯优选丙烯酸正丁酯。

所述的脂肪酸优选动物油氧化的饱和脂肪酸。

本发明所述的易发泡乳化剂可以通过将所述组分搅拌复合制备得到。

本发明还提供所述的易发泡乳化剂在制备乳化炸药中的应用。

所述的应用是在乳化炸药的生产过程中的应用，包括如下步骤：

1)将本发明的易发泡乳化剂加入机油、柴油、石蜡、复合蜡或棕榈油中的一种或两种以上的混合物，使易发泡乳化剂占混合物重量的20～50％，由此得到油相；用硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、尿素或乙二乙醇中的一种或两种以上的混合物与水配成水相，使水占水相总重量的9～15％；将油相与水相按油相∶水相＝6～10∶94～90的重量比进行乳化，形成乳胶基质；

2)在步骤1)得到的乳胶基质中加入重量百分比浓度为0.1-0.3％的亚硝酸钠溶液，按重量比计，加入的比例为亚硝酸钠溶液∶乳胶基质＝2-5∶98-95，亚硝酸钠溶液与乳胶基质混合后产生气泡，即完成了乳胶基质的敏化，使乳胶基质转变为乳化炸药。

本发明还提供一种所述易发泡乳化剂在混装车上的应用，包括以下步骤：

1)以本发明的上述配方配成易发泡乳化剂，使用时将此乳化剂与柴油、机油或复合蜡中的一种或两种以上的混合物配成油相，使易发泡乳化剂占油相总重量的20～50％；用硝酸铵、硝酸钠、硝酸钙、尿素或乙二乙醇中的一种或两种以上的混合物与水配成水相，使水占水相总重量的9～15％；将油相与水相按油相∶水相＝6～10∶94～90的重量比进行乳化，形成乳胶基质；

2)利用步骤1)制成的乳胶基质装到混装车内，在敏化剂罐中加入乳胶基质重量3％的重量百分比浓度为0.15％的亚硝酸钠溶液，通过混装车上的静态混合器将乳胶基质与亚硝酸钠水溶液混合后产生气泡，即完成了乳胶基质的敏化，使乳胶基质转变为乳化炸药，实现了所述乳化剂在混装车上的应用。

本发明易发泡乳化剂质量稳定，产生的气泡均匀、微小、稳定，炸药密度与敏化时间可控。经过在乳化炸药生产线及混装车乳胶基质制备站的实际应用后发现，使用其制备得到的炸药质量稳定，性能优良。由此可见使用本发明的乳化剂能够达到合理控制乳化炸药敏化的目的。

与现有乳化剂相比，本发明具有以下优点：

1.本发明生产的易发泡乳化剂在形成乳胶基质后，剩余的亲水基能自动捕获亚硝酸钠水溶液(即敏化剂)中的水分子，在乳化剂中存在的大量羟基(作为亚硝酸钠的催化剂)的作用下反应生成N₂气，反应后不影响乳化炸药的防水性能。

2.本发明生产的易发泡乳化剂，受亲水基的影响在乳胶基质颗粒上吸附发泡剂的量是一定的，乳胶基质冷却的温度由设备控制，也是一定的，保证了发泡的均匀分布与反应速度的一致。

3.本发明生产的易发泡乳化剂，可以利用发泡剂的浓度来控制敏化气泡的大小，从理论上完善了炸药的制造技术。

4.本发明生产的易发泡乳化剂，有多余的亲水基，比其它乳化剂更容易实现初乳。

5.由本发明的易发泡乳化剂生产的乳胶基质，由于其油膜中本身已经存在大量多余的亲水基可作为敏化催化剂，因而在敏化时不需要再向敏化剂(即亚硝酸钠水溶液)中添加催化剂，使得反应条件与发泡更加稳定。

具体实施方式

以下对本发明技术方案作的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下的描述内容。

实施例1.制备实施例

a)将油酸700g与70％的山梨醇390g，加入1#反应釜中，启动搅拌器，加入占反应混合物总重量0.1％的KOH，抽真空0.05～0.1MPa，加温至200～220℃后，反应3小时，抽样检测，然后继续加温至250℃，延长反应时间至7小时，抽样检测，即获得240～270的S-80；

b)将30g步骤a)得到的S-80与5g的2000分子量的聚异丁烯、10g的聚异丁烯丁二酰亚铵、10g的失水山梨醇单油酸脂、15g的聚甘油脂肪酸酯、30g的卵磷脂相混合后搅拌均匀，即制成本发明所述的易发泡乳化剂。

实施例2.制备实施例

a)将油酸700g与70％的山梨醇370g，加入1#反应釜中，启动搅拌器，加入占反应混合物总重量0.15％的KOH，抽真空0.05～0.1MPa，加温至230～240℃后，反应5小时，抽样检测，然后继续加温至250℃，延长反应时间至6小时，抽样检测，即得到230～250羟值的S-80；

b)将50g步骤a)制得的S-80与5g的2000分子量的聚异丁烯、10g的聚异丁烯丁二酰亚铵、15g的液体石蜡、20g的丙烯酸正丁酯相混合后搅拌均匀，即制成本发明所述的易发泡乳化剂。

实施例3.制备实施例

a)将油酸700g与70％的山梨醇390g，加入反应釜中，启动搅拌器，加入占反应混合物总重量0.15％的KOH，抽真空0.05～0.1MPa，加温至210～220℃后，反应4小时，抽样检测，然后继续加温至250℃，延长反应时间至7小时，抽样检测，即获得羟值为240～260的S-80；

b)将30g的步骤a)制备的S-80与20g的失水木糖醇单油酸脂(M201)、40g的黄原胶、10g的聚异丁烯双丁二酰亚胺(T154)混合后搅拌均匀，即制成本发明所述的易发泡乳化剂。

实施例4.制备实施例

a)将油酸700g与70％的山梨醇390g，加入1#反应釜中，启动搅拌器，加入占反应混合物总重量0.15％的KOH，抽真空0.05～0.1MPa，加温至230～250℃后，反应5小时，抽样检测，然后继续加温至250℃，延长反应时间至7小时，抽样检测，即得到羟值为190～230的S-80；

b)将50g步骤a)制得的S-80与50g的卵磷脂混合后搅拌均匀，即制成本发明所述的易发泡乳化剂。

实施例5.在乳化炸药制备中的应用

a)将21.5g的实施例1制备的易发泡乳化剂加入40g的柴油、8.5g的复合蜡，搅拌均匀得到70g油相；

b)用720g的硝酸铵、80g的硝酸钠与130g的水一起配成水相；

c)将步骤a)制得的70g油相加热至85℃，投入到反应釜中，再将步骤b)得到的930g水相加热至105℃，启动搅拌器，边搅拌边加入水相，搅拌均匀后即制得1000g的乳胶基质；

d)将步骤c)制得的乳胶基质冷却到40℃以下，与30g的0.2％的亚硝酸钠水溶液在480n/m转速的搅拌器中，搅拌2分钟，所述乳胶基质与亚硝酸钠水溶液混合后即在乳胶基质内产生气泡，即实现了炸药的敏化。

上述应用经过10分钟后，炸药体积再无变化，测试乳化炸药性能：爆速4800～5100m/s，殉爆7cm，炸药比重1.05克/cm³。

实施例6.在混装车上的应用

a)将21.5g的实施例2制备得到的易发泡乳化剂与40g的机油、8.5g的复合蜡配成油相；

b)用700g的硝酸钙、80g的硝酸钠、20尿素与130g的水一起配成水相；

d)将c)制成的1000g乳胶基质冷却到40℃以下，用手工搅拌加入0.15w/w％浓度的亚硝酸钠水溶液，5分钟敏化完成，密度为1.08克/cm³，爆速4700m/s，无发泡后效。

应用上述配方生产的乳胶基质，即装入混装车，经过静态混合器混合15分钟后，炸药体积再无变化，测试乳化炸药性能：爆速4600～4900m/s，炸药比重1.14克/cm³。

实施例7.测试实施例

广东宏大爆破股份有限公司于2005年6月，采用实施例4制备的易发泡乳化剂委托广东省三○九厂在间隙式乳化炸药生产线上生产，生产的乳胶基质光折明亮，防水性能优良，在自然冷却条件下，乳胶基质存放3个月，还能正常混装，用手工搅拌加入0.15w/w％浓度的亚硝酸钠水溶液，炸药5分钟敏化完成，密度为1.08克/cm³，爆速4700m/s，无发泡后效。

此炸药经过民爆长沙检测站检测，用直径48mmPVC管，爆速4900m/s，密度为1.06克/cm³比炸药厂生产的条状乳化炸药的性能更高。

应用上述乳胶基质，用混装车在某水泥公司矿山装药，乳胶基质与发泡剂经静态混合器混合后，15分钟敏化完成(根据生产设计发泡时间)，炸药密度1.12克/cm³，炸药单耗比条状药稍低，但爆破的钻孔费用下降36％，爆后无根低，无大块，综合采矿成本下降30％。

实施例8.测试实施例

广东宏大爆破股份有限公司于2006年11月，采用实施例2制得的易发泡乳化剂委托广东省三○九厂在连续式乳化炸药生产线上生产，生产的乳胶基质光折明亮，防水性能优良，用皮带载着乳胶基质通过冷水，进行冷却，乳胶基质贮存期达3个月，用手工搅拌加入0.1w/w％浓度的亚硝酸钠水溶液，炸药10分钟敏化完成，密度为1.08克/cm³，爆速4750m/s，无发泡后效。

应用上述乳胶基质，用混装车在采石场装药，乳胶基质与发泡剂经静态混合器混合后，15分钟敏化完成，炸药密度1.15克/cm³，炸药单耗与条状药相当，但爆破的钻孔费降低28％，爆后无根低，无大块，综合采矿成本大幅下降。

实施例9.测试实施例

广东宏大爆破股份有限公司于2007年3月，采用实施例1制得的易发泡乳化剂在MFE移动式乳胶基质制备站，生产的乳胶基质光折明亮，防水性能优良，用封闭式冷却器，进行冷却，乳胶基质存15天，用手工搅拌加入0.10w/w％浓度的亚硝酸钠水溶液，炸药15分钟敏化完成，密度为1.16克/cm³，爆速4600m/s，无发泡后效。

用上述乳胶基质，用混装车在硫铁矿山装药，乳胶基质与发泡剂经静态混合器混合后，15分钟敏化完成，炸药密度1.16克/cm³，炸药单耗比条状药稍高，但爆破的钻孔费用降低30％，爆后无根低，无大块，综合采矿成本显者下降。

实施例10.对比实施例

广东宏大爆破股份有限公司于2006年7月，单纯采用市售的斯盘-80作为表面活性剂，加30-50％的卵磷脂混合制备得到现有技术的某种复合乳化剂。将该乳化剂在MFE移动式乳胶基质制备站应用，生产的乳胶基质光折明亮，乳胶基质较稀，用封闭式冷却器进行冷却，乳胶基质存1天后，用手工搅拌加入0.15w/w％浓度的亚硝酸钠水溶液，30分钟后，炸药敏化仍未完成，密度为1.18克/cm³，爆速3600m/s，发泡有后效。

由上述实施例和对比例比较可以看出，本发明的易发泡乳化剂比现有技术的乳化剂在发泡时间、密度等各方面都具有显著的进步。

Claims

1.一种易发泡乳化剂，其特征在于：按重量百分比计，它由60～40％的表面活性剂和40～60％的湿润及稳定剂组成；所述的湿润及稳定剂选自聚异丁烯、丙烯酸脂、卵磷脂、液体石蜡、脂肪酸、黄原胶、聚甘油脂肪酸酯或二乙二醇中的一种或两种以上的混合物；所述的表面活性剂为高羟值的S-80和选自聚异丁烯丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺或失水木糖醇单油酸酯中的一种或两种以上的混合物；所述的高羟值的S-80是由以下制备方法制备得到的：将油酸与山梨醇以等摩尔比混合，加入占反应混合物总重量0.1～0.15％的KOH，在200～250℃、负压0.05～0.1MPa的条件下，有效反应3～7小时。

2.权利要求1所述的易发泡乳化剂，其特征在于：所述的聚异丁烯为2000分子量的聚异丁烯。

3.权利要求1所述的易发泡乳化剂，其特征在于：所述的丙烯酸酯为丙烯酸正丁酯。

4.权利要求1所述的易发泡乳化剂，其特征在于：所述的脂肪酸为动物油氧化的饱和脂肪酸。