CN105820019B

CN105820019B - 一种改性铵油炸药

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Publication number: CN105820019B
Application number: CN201610157448.3A
Authority: CN
Inventors: 陆丽园; 于魏清; 鲁卫华; 徐建设; 赵显莹; 杨宗玲; 王作鹏; 左钦少; 朱启忠; 程庆
Original assignee: MACHENG KAILONG CHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd; Huaibei Blasting Technology Research Institute Co Ltd Of Zhong Meike Work Group
Current assignee: MACHENG KAILONG CHEMICAL TECHNOLOGY Co Ltd; Huaibei Blasting Technology Research Institute Co Ltd Of Zhong Meike Work Group
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2018-06-26
Anticipated expiration: 2036-03-18
Also published as: CN105820019A

Abstract

本发明公开了一种改性铵油炸药，其原料组成为硝铵90.6%～95%、高性能复合油相2%～4%、木粉3%～5%、高性能硝铵改性剂0.2%～0.4%；高性能复合油相组成为复合表面活性剂0.5%～2%、硬脂酸5%～30%、复合油相68%～94.5%，复合表面活性剂的组成为双子表面活性剂40%～70%、脂肪醇聚氧乙烯醚20%～40%、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚0%～20%；高性能硝铵改性剂的组成为双子表面活性剂10%～30%、十六烷基磺酸钠10%～20%、十八胺10%～30%、硬脂酸钠20%～30%、分散剂10%～20%。本发明配方合理，适用性强，无需改变现有工艺，安全可靠，提高了储存期和爆炸性能。

Description

一种改性铵油炸药

技术领域

本发明涉及一种改性铵油炸药，属于工业炸药制造领域。

背景技术

粉状工业炸药中，铵梯炸药原先是很重要的一种。由于铵梯炸药中采用猛炸药TNT作为敏化剂，具有组成简单、加工方便、爆炸威力好等优点，其爆炸性能也大大优于铵油类炸药。但TNT具有较强的毒性，安全性较差，严重污染环境，对人身体健康危害很大，早在民用爆炸物品生产中严禁使用。目前粉状炸药主要有膨化硝铵炸药、粉状乳化炸药、改性铵油炸药等几种。膨化硝铵炸药是高温高浓度的硝酸铵水溶液在膨化剂（表面活性剂）作用下通过真空强制析晶（膨化脱水）技术制成膨化硝酸铵（固态），再经过破碎后加入还原剂和密度调节剂制备而成；粉状乳化炸药是高温高浓度的氧化剂水溶液通过乳化技术先制成胶状乳化炸药再经过喷雾干燥而成。

改性铵油炸药是在铵油炸药基础上发展起来的一种新型混合型无梯粉状铵油炸药，主要成分为硝酸铵（氧化剂）、改性剂、油相（还原剂）、木粉（既是还原剂也是密度调整剂）以及添加剂，生产工艺简单、成本低。改性铵油炸药通过添加硝铵改性剂对硝铵进行改性，并通过各种技术措施使复合油相在改性硝铵表面形成的油膜强度与包覆状况大为改善，提高炸药的性能，使得改性铵油炸药的性能基本达到了原铵梯炸药性能。

膨化硝铵炸药、粉状乳化炸药均是硝酸铵为水溶液状态下进行的，而改性铵油炸药则是硝酸铵在固态条件下添加硝酸铵改性剂，目前，改性铵油炸药的生产工艺已较为成熟，基本上是采用改性剂对硝铵进行改性处理，并在加热条件下，利用机械力将固体硝铵粉碎细化并改性，然后加入可燃剂（木粉与复合油相）混制而成。

基于改性铵油炸药是典型的混合炸药，氧化剂与还原剂的紧密接触程度是决定其爆炸性能的关键。如何提高氧化剂与还原剂接触的比表面积，提高油相材料对固态硝酸铵的包覆能力，是提高改性铵油炸药爆炸性能的根本。因此，在整个工艺中，硝铵的改性处理是关键，直接影响最终产品的爆炸性能。

现有技术中，硝铵改性剂选用的SP40、SP60、SP80、硬脂酸及盐、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基磺酸钠、脂肪烷基胺等一种或多种的混合物。其中最常用的改性剂为十八胺或十八胺盐。如中国发明专利“无梯岩石粉状硝铵炸药及其制备方法”，专利公开号为CN1727313A，采用的改性剂中包含亚甲基双萘磺酸钠、硬脂酸、十八烷基醋酸盐、烷基苯磺酸盐和膨润土。中国发明专利“煤矿许用粉状改性铵油炸药”，专利公开号为CN1966475A，采用的复合改性剂，其中83%以上为十八烷胺，其余为磷酸、盐酸、硬脂酸锌、有机硅油等。中国发明专利“硝酸铵改性剂及其制备方法”，专利公开号为CN101143801A，硝酸铵改性剂为：十八胺磷酸盐45-74份、润滑剂1-15份、分散剂14-40份、表面活性剂3-15份。中国发明专利“一种硝酸铵改性剂”，专利公开号为CN102115352A，提供了一种由几种材料组成的复合改性剂，其组成为：十八伯胺盐、硬脂酸盐、硅藻土和高岭土和高铝粉。中国发明专利“一种抗水改性铵油炸药及其制备方法”，专利公开号为CN102351618A，采用的硝酸铵改性剂为：50%～90%十八烷胺硫酸盐、10%～40%硬脂酸钠、0～10%分散剂F、10%～20%白土。中国发明专利“一种防返粉改性铵油炸药”，专利公开号为CN102531810A，采用的硝酸铵改性剂为：25%～40%十八伯胺、10%～25%微晶蜡、8%～20%十二烷基胺醋酸盐、6%～17%十二烷基胺硫酸钠、2%～8%多烷基化合物。中国发明专利“一种改性铵油炸药及其制备方法”，专利公开号为CN102746075A，采用的复合改性剂为十八胺的磷酸盐、磺酸盐或硼酸盐的一种或几种的混合物。中国发明专利“一种岩石低温抗结块改性铵油炸药及其制备方法”，专利公开号为CN103396279A，采用的复合改性剂为十八胺的磷酸盐、磺酸盐或硼酸盐的一种或几种的混合物。中国发明专利“一种民用硝酸铵改性剂”，专利公开号为CN103641668A，采用的改性剂为：十八胺50～70份、硬脂酸盐5～15份、硅藻土和高岭土15～30份、高铝粉5～15份、磷酸水溶液20～40份。

此外，还有学者提出在油相材料中添加表面活性剂，提高油相材料对硝铵的包覆能力，进而达到提高炸药性能的目的。李仕洪在 “改进型岩石粉状铵油炸药生产技术的研究” 论文中提出了用复合改性剂对硝酸铵进行改性，用硝酸铵水溶液对木粉进行浸泡、烘干处理，用表面活性剂SP-80、复合蜡和硬脂酸配制的复合油相来取代普通铵油炸药中单纯使用的轻柴油，采用二段轮碾工艺生产改进型岩石粉状铵油炸药，各项性能指标均达到或优于2号岩石铵梯炸药标准水平。

上述各种方法虽然运用表面活性原理对硝铵进行了改性处理，并通过各种技术措施使复合油相在改性硝铵表面形成的油膜强度与包覆状况大为改善，但仍然存在爆速和爆力不足的问题，尤其是吸潮结块、不利储存等缺陷，限制了它的广泛应用。高威力高性能硝铵炸药是国内外矿用炸药的重要发展趋势，而如何提高改性铵油炸药的性能是当今粉状硝铵炸药技术领域中亟待解决的科研课题。

双子表面活性剂是一种新型表面活性剂，其显著特点是临界胶束浓度低，目前已知被应用于三次采油、洗涤剂、化妆品、造纸、纺织、金属防腐、催化剂合成、乳液聚合、胶乳稳定、胶凝、杀菌、煤泥浮选、基因治疗和转染等领域。而将双子表面活性剂应用到改性铵油炸药中，能否达到提高炸药的爆炸性能，延长储存期的工艺或技术未见报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种爆炸性能高、防潮性能好、储存期长的改性铵油炸药。

为完成上述目的，本发明采用的技术方案是：一种改性铵油炸药，其原料组成及质量百分比为：硝铵90.6%～95%、高性能复合油相2%～4%、木粉3%～5%、高性能硝铵改性剂0.2%～0.4%；所述高性能复合油相的组成及质量百分比为：复合表面活性剂0.5%～2%、硬脂酸5%～30%、复合油相68%～94.5%，其中复合表面活性剂的组成及质量百分比为：双子表面活性剂40%～70%、脂肪醇聚氧乙烯醚20%～40%、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚0%～20%；

所述高性能硝铵改性剂的组成及质量百分比为：双子表面活性剂10%～30%、十六烷基磺酸钠10%～20%、十八胺10%～30%、硬脂酸钠20%～30%、分散剂10%～20%。

进一步的，所述分散剂为粉煤灰、硅藻土、高岭土中的一种或几种的混合物。

进一步的，所述双子表面活性剂为双酰胺双酯基非离子型双子表面活性剂，通式如下：

其中，m=1～5， n=1～5，R₁为碳原子数为0～20个的亚烷基，R₂为碳原子数为1～21个的亚烷基，R₃为碳原子数为1～10个的烷基，R₄为碳原子数为1～17个的烷基；

所述脂肪醇聚氧乙烯醚，选自下述至少一种：平平加O-3、平平加O-5、平平加O-8、平平加O-9、平平加O-10、平平加O-15、平平加O-20、平平加O-30。

进一步的，所述辛烷基苯酚聚氧乙烯醚，选自下述至少一种：OP-4、OP-7、OP-9、OP-10、OP-15、OP-20、OP-30、OP-40、OP-50。

本发明与现有技术相比，其显著优点所产生的有益效果是：

（1）添加含双子表面活性剂的高性能硝铵改性剂，在同等条件下，硝铵颗粒的表面自由能降低得更多，使其更易于碾磨，在相同制备条件下，氧化剂硝铵的细度由120目筛下物为70%提高至120目筛下物为85%，增大了氧化剂的比表面积，有效提高炸药的爆炸性能；

（2）双子表面活性剂含有两个极性基，且双子表面活性剂长链上还含有很多极性较强的含氧官能团，这些极性基团均能与极性的硝铵发生作用吸附在硝铵的高极性表面，疏水性的碳链则伸向外部形成疏水性包覆膜，与之复配的其他表面活性剂穿插在其中，产生了很好的协同作用，与硝铵的作用更强，结合更加牢固，在硝铵表面形成的包覆膜更加紧密，防吸湿性更佳，产品的储存稳定性更好，改性铵油炸药的储存期提高30%以上；

（3）在硝铵改性剂及油相材料中均添加含双子表面活性剂的复合表面活性剂，通过表面活性剂的桥梁作用，进一步提高了油相材料对固态硝铵的包覆能力。

（4）通过在硝铵改性剂及油相材料中均添加含双子表面活性剂的复合表面活性剂，提高了硝铵的细度，增大了氧化剂与还原剂接触的比表面积，同时，稳定的、结合紧密的疏水性包覆膜提高了油相材料对固态硝铵的包覆能力，从而提高了炸药的爆炸性能，爆速达3300～3800m/s，作功能力超过310～350ml；

（5）配方合理，适用性强，无需改变现有工艺，安全可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1、现有技术中使用的表面活性剂；

图2、本发明所采用的表面活性剂。

具体实施方式

实施例1

一种高性能煤矿许用型改性铵油炸药，其组成与配比为：硝铵91.3%，高性能复合油相：3.3%，木粉：5.0%，高性能硝铵改性剂：0.4%；其中，高性能复合油相由以下组分按重量百分比组成：复合表面活性剂：1.5%，硬脂酸：15%，复合油相：83.5%；其中：复合表面活性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：70%，平平加O-10：20%，OP-20：10%，其中，双酰胺双酯基非离子型双子表面活性剂的通式中，m=2，n=2，R₁为碳原子数为5个的亚烷基，R₂为碳原子数为1个的亚烷基，R₃为碳原子数为5个的烷基；R₄为碳原子数为1个的烷基；其中，高性能硝铵改性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：10%，十六烷基磺酸钠：20%，十八胺：20%，硬脂酸钠：30%，分散剂：20%。采用通用的改性铵油炸药生产工艺即可制得高性能改性铵油炸药。

实施例2

一种高性能岩石型改性铵油炸药，其组成与配比为：硝铵：91.4%，高性能复合油相：3.3%，木粉：5%，高性能硝铵改性剂：0.3%；其中，高性能复合油相由以下组分按重量百分比组成：复合表面活性剂：1.0%，硬脂酸：5%，复合油相：94%；其中：复合表面活性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：40%，平平加O-30：25%，平平加O-5：15%， OP-10：20%。其中，双酰胺双酯基非离子型双子表面活性剂的通式中，m=1，n=1，R₁为碳原子数为0个的亚烷基，R₂为碳原子数为5个的亚烷基，R₃为碳原子数为1个的烷基；R₄为碳原子数为5个的烷基；其中，高性能硝铵改性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：30%，十六烷基磺酸钠：20%，十八胺：15%，硬脂酸钠：20%，分散剂：15%。采用通用的改性铵油炸药生产工艺即可制得高性能改性铵油炸药。

实施例3

一种高性能岩石型改性铵油炸药，其组成与配比为：硝铵：91.7%，高性能复合油相：3.5%，木粉：4.5%，高性能硝铵改性剂：0.3%；其中，高性能复合油相由以下组分按重量百分比组成：复合表面活性剂：2%，硬脂酸：30%，复合油相：68%；其中：复合表面活性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：50%，平平加O-20：30%，OP-15：20%。其中，双酰胺双酯基非离子型双子表面活性剂的通式中，m=2，n=2，R₁为碳原子数为3个的亚烷基，R₂为碳原子数为3个的亚烷基，R₃为碳原子数为3个的烷基；R₄为碳原子数为3个的烷基；其中，高性能硝铵改性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：20%，十六烷基磺酸钠：10%，十八胺：30%，硬脂酸钠：25%，分散剂：15%。采用通用的改性铵油炸药生产工艺即可制得高性能改性铵油炸药。

实施例4

一种高性能煤矿许用型改性铵油炸药，其组成与配比为：硝铵：91.9%，高性能复合油相：3.7%，木粉：4.1%，高性能硝铵改性剂：0.3%；其中，高性能复合油相由以下组分按重量百分比组成：复合表面活性剂：0.5%，硬脂酸：20%，复合油相：79.5%；其中：复合表面活性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：60%，平平加O-15：20%，OP-15：15%，OP-7：5%。其中，双酰胺双酯基非离子型双子表面活性剂的通式中，m=3，n=3，R₁为碳原子数为2个的亚烷基，R₂为碳原子数为2个的亚烷基，R₃为碳原子数为5个的烷基；R₄为碳原子数为5个的烷基；其中，高性能硝铵改性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：15%，十六烷基磺酸钠：15%，十八胺：25%，硬脂酸钠：25%，分散剂：20%。采用通用的改性铵油炸药生产工艺即可制得高性能改性铵油炸药。

实施例5

一种高性能岩石型改性铵油炸药，其组成与配比为：硝铵：92.3%，高性能复合油相：4.0%，木粉：3.5%，高性能硝铵改性剂：0.2%；其中，高性能复合油相由以下组分按重量百分比组成：复合表面活性剂：0.5%，硬脂酸：20%，复合油相：79.5%；其中：复合表面活性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：50%，平平加O-15：10%，平平加O-10：20%，OP-10：20%。其中，双酰胺双酯基非离子型双子表面活性剂的通式中，m=4，n=4，R₁为碳原子数为1个的亚烷基，R₂为碳原子数为1个的亚烷基，R₃为碳原子数为6个的烷基；R₄为碳原子数为6个的烷基；其中，高性能硝铵改性剂由以下组分按重量百分比组成：双子表面活性剂：25%，十六烷基磺酸钠：20%，十八胺：10%，硬脂酸钠：28%，分散剂：17%。采用通用的改性铵油炸药生产工艺即可制得高性能改性铵油炸药。

实施例中性能测试

上述实施例的性能测试结果见表1。

表1 炸药的性能测试结果

实施例	爆速m/s	猛度mm	殉爆cm	作功能力ml	保质期d
						1	3300～3600	12～16	4～6	320～350	≥240
2	3400～3700	12～16	4～6	320～340	≥240
						3	3500～3800	12～16	4～6	320～350	≥240
4	3400～3700	12～16	4～6	320～350	≥240
						5	3500～3800	12～16	4～6	310～330	≥240

现有的部分专利与文献中将膨化硝铵炸药与粉状乳化炸药也称之为改性铵油炸药，与本专利所述改性铵油炸药不符。本专利所述改性铵油炸药指的是根据标准“改性铵油炸药 WJ9062-2010”规定，以经改性剂改性的硝酸铵粉末为主要成分，加入可燃剂、消焰剂制成的工业炸药。不包含膨化硝铵炸药与粉状乳化炸药以及含有膨化硝铵炸药与粉状乳化炸药的改性铵油炸药。

本发明根据硝铵改性原理，硝铵具有高极性表面和多孔结构，易吸湿结块影响炸药性能，同时高极性的硝铵难以与非极性的油相物质很好地耦合。表面活性剂是一种两性物质，含有极性的头基（也称离子头基）和非极性的长碳链。表面活性剂加入后，其极性头基吸附在硝铵的髙极性表面，疏水性的碳链则伸向外部，形成了疏水性的包覆膜。表面活性剂的加入，最直接的作用是大大降低了硝酸铵颗粒的表面自由能，使其易于碾磨。同时，表面活性剂的疏水链在其表面形成的疏水性包覆膜，既可以阻挡水分进入，改善硝酸铵的吸湿性，又增大了硝酸铵与油相物质之间的吸附和润湿作用的强度，使氧化剂（硝酸铵）和还原剂（油相）接触紧密，从而提高了炸药的爆炸性能。改性后的硝酸铵颗粒表面布满微气孔，这些微气孔可以形成高温高压的“热点”，使体系的敏感度提高，进而提高爆炸性能。

现有技术中使用的表面活性剂一般只有一个极性基头与一条非极性的碳链（如图1），本发明采用双子表面活性剂，含有两个极性头基与两条碳链（如图2），而且双子表面活性剂长链上还含有很多极性较强的含氧官能团（如C=O，O-H，C=O-O-C，C-O-C）。这些极性基团均能与极性的硝铵发生作用吸附在硝铵的高极性表面，疏水性的碳链则伸向外部形成疏水性包覆膜，与之复配的其他表面活性剂穿插在其中，能够产生很好的协同作用。并且利用双子表面活性剂的独特分子结构赋予其优异的性能，临界胶束浓度低（比一般表面活性剂低2～3数量级），能够更有效地降低表面张力及在与其它表面活性剂混合时所表现出的良好的协同效应。因此，添加含双子表面活性剂的高性能硝铵改性剂，在同等条件下，硝铵颗粒的表面自由能降低得更多，使其更易于碾磨。在同等条件下，制备的硝铵细度更高，与还原剂油相的接触面积更大，爆炸性能更高；双子表面活性剂含有的多个极性基团均能与极性的硝铵发生作用吸附在硝铵的高极性表面，疏水性的碳链则伸向外部形成疏水性包覆膜，与之复配的其他表面活性剂穿插在其中，产生了很好的协同作用，这样就在硝铵表面形成了一层牢固而又紧密的包覆层，提高了硝铵的防吸湿性，使产品的储存稳定性更好；在油相材料中添加含双子表面活性剂的复合表面活性剂，通过表面活性剂的桥梁作用，进一步提高油相材料对硝铵的包覆力，提高炸药的爆炸性能和储存稳定性。

添加含双子表面活性剂的高性能硝铵改性剂，在同等条件下，硝铵颗粒的表面自由能降低得更多，使其更易于碾磨，在相同制备条件下，氧化剂硝铵的细度由120目筛下物为70%提高至120目筛下物为85%，增大了氧化剂的比表面积，有效提高炸药的爆炸性能；

双子表面活性剂含有两个极性基，而现有技术使用的表面活性剂一般只有一个极性基头，且双子表面活性剂长链上还含有很多极性较强的含氧官能团（如C=O，O-H，C=O-O-C，C-O-C）。这些极性基团均能与极性的硝铵发生作用吸附在硝铵的高极性表面，疏水性的碳链则伸向外部形成疏水性包覆膜，与之复配的其他表面活性剂穿插在其中，产生了很好的协同作用。较之于现有技术，本发明采用的改性剂与硝铵的作用更强，结合更加牢固，在硝铵表面形成的包覆膜更加紧密，防吸湿性更佳，产品的储存稳定性更好。本发明的改性铵油炸药的储存期提高30%以上。

在硝铵改性剂及油相材料中均添加含双子表面活性剂的复合表面活性剂，通过表面活性剂的桥梁作用，进一步提高了油相材料对固态硝铵的包覆能力。

本发明通过在硝铵改性剂及油相材料中均添加含双子表面活性剂的复合表面活性剂，提高了硝铵的细度，增大了氧化剂与还原剂接触的比表面积，同时，稳定的、结合紧密的疏水性包覆膜提高了油相材料对固态硝铵的包覆能力，从而提高了炸药的爆炸性能。本发明的炸药的爆速达3300～3800m/s，作功能力超过310～350ml。

本发明的炸药配方合理，适用性强，无需改变现有工艺，安全可靠。

Claims

1.一种改性铵油炸药，其特征在于：原料组成及质量百分比为：硝铵90.6%～95%、高性能复合油相2%～4%、木粉3%～5%、高性能硝铵改性剂0.2%～0.4%；所述高性能复合油相的组成及质量百分比为：复合表面活性剂0.5%～2%、硬脂酸5%～30%、复合油相68%～94.5%，其中复合表面活性剂的组成及质量百分比为：双子表面活性剂40%～70%、脂肪醇聚氧乙烯醚20%～40%、辛烷基苯酚聚氧乙烯醚0%～20%；所述高性能硝铵改性剂的组成及质量百分比为：双子表面活性剂10%～30%、十六烷基磺酸钠10%～20%、十八胺10%～30%、硬脂酸钠20%～30%、分散剂10%～20%；

所述双子表面活性剂为双酰胺双酯基非离子型双子表面活性剂，通式如下：

其中，m=1～5，n=1～5，R1为碳原子数为0～20个的亚烷基，R2为碳原子数为1～21个的亚烷基，R3为碳原子数为1～10个的烷基，R4为碳原子数为1～17个的烷基；所述脂肪醇聚氧乙烯醚，选自下述至少一种：平平加O-3、平平加O-5、平平加O-8、平平加O-9、平平加O-10、平平加O-15、平平加O-20、平平加O-30。

2.根据权利要求1所述的改性铵油炸药，其特征在于：所述分散剂为粉煤灰、硅藻土、高岭土中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的改性铵油炸药，其特征在于：所述辛烷基苯酚聚氧乙烯醚，选自下述至少一种：OP-4、OP-7、OP-9、OP-10、OP-15、OP-20、OP-30、OP-40、OP-50。