CN110183290B - 聚丙烯酸钾在乳化基质中的应用、乳化基质及其制备方法和应用、乳化炸药 - Google Patents

聚丙烯酸钾在乳化基质中的应用、乳化基质及其制备方法和应用、乳化炸药 Download PDF

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Abstract

本发明涉及乳化炸药领域，具体而言，提供了一种聚丙烯酸钾在乳化基质中的应用、乳化基质及其制备方法和应用、乳化炸药。聚丙烯酸钾作为水相添加剂在乳化基质中的应用，水相中还包括硝酸铵。将聚丙烯酸钾作为添加剂加入到乳化基质的水相中，聚丙烯酸钾能够将水相中的硝酸铵严密包裹住，聚丙烯酸钾外部被乳化膜包覆，从而形成稳定的油包水结构，油包水小球大小均匀，排布密集，有效增强了乳化基质的稳定性。

Description

聚丙烯酸钾在乳化基质中的应用、乳化基质及其制备方法和 应用、乳化炸药
技术领域
本发明涉及乳化炸药领域，具体而言，涉及一种聚丙烯酸钾在乳化基质中的应用、乳化基质及其制备方法和应用、乳化炸药。
背景技术
乳化炸药的稳定性是指保持物理性质、化学性质、爆轰性能不变的性质，即在常温下经过一定的时间不发生分层、变形、破乳，以保证乳化炸药的爆炸性能不变，它是衡量乳化炸药质量的一项重要技术指标。
乳化基质是一类内相体积分数大于90％的油包水型(W/O)高内相乳液，内相是以硝酸铵为主的无机盐过饱和水溶液，连续相是石油产品等油类物质。由于其较高的内相比，且分散相为过饱和的氧化剂水溶液，相对于一般的高内相乳液有着十分特殊的物理化学性质。乳化基质的稳定性是评价乳化炸药质量的重要指标，是乳化炸药研究的重要课题。乳化基质的老化失稳，会对乳化炸药的爆破性能、泵送特性和运输能力产生很大影响。
目前，为了提高乳化基质的稳定性，主要采用以下几种方法：(1)由于乳化基质的水相析晶点主要由硝酸铵决定，降低硝酸铵的析晶点是提高乳化基质稳定性的途径之一，因此可在乳化基质的水相中多加入尿素、硝酸钠等能够与硝酸铵形成低温共熔混合物的物质。(2)添加晶型改良剂：此类物质一般是阴离子表面活性剂，一方面，此类物质能够抑制晶胚的形成；另一方面，阴离子表面活性剂能够与乳化剂形成混合物胶团，从而达到降低表面张力，增强乳化炸药稳定性的作用。(3)在水相中添加单体：国外较前沿的进展是将一种能发生聚合的有机单体添加到乳化炸药分散相的水溶液中，通过适当的工艺制备出油包水型乳化液，在乳化液中就形成了比较大型的聚合分子结构，从而提高乳化基质的稳定性。然而，以上方法对乳化基质稳定性的提高作用有限，无法有效提高乳化基质的稳定性和延长储存期。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种聚丙烯酸钾作为水相添加剂在乳化基质中的应用，将聚丙烯酸钾作为添加剂加入到乳化基质的水相中，能够有效增强乳化基质的稳定性。
本发明的第二目的在于提供一种乳化基质，该乳化基质具有稳定性好和储存期长的优点。
本发明的第三目的在于提供一种上述乳化基质的制备方法。
本发明的第四目的在于提供一种上述乳化基质在乳化炸药中的应用。
本发明的第五目的在于提供一种乳化炸药。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种聚丙烯酸钾作为水相添加剂在乳化基质中的应用，水相中还包括硝酸铵。
作为进一步优选的技术方案，聚丙烯酸钾在乳化基质中的质量百分含量为0.1％-0.5％，优选为0.2％-0.4％。
第二方面，本发明提供了一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700-800份、硝酸钠10-80份、聚丙烯酸钾1-5份、水80-130份、复合蜡10-80份、机油1-4份和乳化剂10-40份。
作为进一步优选的技术方案，所述乳化基质主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵720-780份、硝酸钠20-75份、聚丙烯酸钾2-5份、水90-120份、复合蜡20-70份、机油1-3份和乳化剂15-35份。
作为进一步优选的技术方案，所述乳化基质主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵730-750份、硝酸钠30-60份、聚丙烯酸钾2-4份、水95-110份、复合蜡25-60份、机油2-3份和乳化剂20-30份。
第三方面，本发明提供了一种上述乳化基质的制备方法，包括以下步骤：
(a)水相制备：将硝酸铵、硝酸钠、聚丙烯酸钾和水混合均匀；
(b)油相制备：将复合蜡、机油和乳化剂混合均匀；
(c)将水相和油相混合后，得到所述乳化基质。
作为进一步优选的技术方案，步骤(a)中，首先将聚丙烯酸钾和水混合均匀，然后调节pH至中性，再与硝酸铵和硝酸钠混合；
优选地，聚丙烯酸钾和水的混合溶液与硝酸铵和硝酸钠的混合温度为65-70℃。
作为进一步优选的技术方案，步骤(b)中，复合蜡、机油和乳化剂的混合温度为95-100℃；
优选地，步骤(c)中，水相和油相的混合温度为95-100℃；
优选地，采用搅拌的方式进行混合，水相和油相混合时的搅拌速度为1100-1300r/min，搅拌时间为3-10min。
第四方面，本发明提供了一种上述乳化基质或采用上述制备方法制备得到的乳化基质在乳化炸药中的应用。
第五方面，本发明提供了一种乳化炸药，包括上述乳化基质或采用上述制备方法制备得到的乳化基质。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将聚丙烯酸钾作为添加剂加入到乳化基质的水相中，聚丙烯酸钾能够将水相中的硝酸铵严密包裹住，聚丙烯酸钾外部被乳化膜包覆，从而形成稳定的油包水结构，油包水小球大小均匀，排布密集，有效增强了乳化基质的稳定性。
本发明提供的乳化基质配方科学合理，聚丙烯酸钾能够将硝酸铵严密包裹住，聚丙烯酸钾外部被复合蜡、机油和乳化剂所形成的乳化膜包覆，从而形成稳定的油包水结构，油包水小球大小均匀，排布密集，因而该乳化基质具有稳定性好和储存期长的优点。
本发明提供的乳化基质的制备方法工艺简单，首先分别制备水相和油相，然后将水相和油相混合均匀即可，适合工业化批量生产，制备所得的乳化基质易成乳、热力学性能稳定、储存期长。
附图说明
图1为实施例8中乳化基质的SEM图；
图2为对比例2中乳化基质的SEM图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
需要说明的是：
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有实施方式以及优选实施方法可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，如果没有特别的说明，本文所提到的所有技术特征以及优选特征可以相互组合形成新的技术方案。
本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0.1％-0.5％”表示本文中已经全部列出了“0.1％-0.5％”之间的全部实数，“0.1％-0.5％”只是这些数值组合的缩略表示。
本发明中，除非另有说明，各个操作步骤可以顺序进行，也可以不按照顺序进行。优选地，本文中的操作步骤是顺序进行的。
除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。
根据本发明的一个方面，提供了一种聚丙烯酸钾作为水相添加剂在乳化基质中的应用，水相中还包括硝酸铵。
将聚丙烯酸钾作为添加剂加入到乳化基质的水相中，聚丙烯酸钾能够将水相中的硝酸铵严密包裹住，聚丙烯酸钾外部被乳化膜包覆，从而形成稳定的油包水结构，油包水小球大小均匀，排布密集，有效增强了乳化基质的稳定性。
在一种优选的实施方式中，聚丙烯酸钾在乳化基质中的质量百分含量为0.1％-0.5％，优选为0.2％-0.4％。上述质量百分含量典型但非限制性的为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％。当聚丙烯酸钾的含量在上述范围内时，所得乳化基质的稳定性更好、储存期更长。
根据本发明的另一方面，提供了一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700-800份、硝酸钠10-80份、聚丙烯酸钾1-5份、水80-130份、复合蜡10-80份、机油1-4份和乳化剂10-40份。
上述乳化基质配方科学合理，聚丙烯酸钾能够将硝酸铵严密包裹住，聚丙烯酸钾外部被复合蜡、机油和乳化剂所形成的乳化膜包覆，从而形成稳定的油包水结构，油包水小球大小均匀，排布密集，因而该乳化基质具有稳定性好和储存期长的优点。
硝酸铵在外部激发作用下，会发生燃烧，并迅速产生爆轰效果。上述硝酸铵的含量典型但非限制性的为700份、710份、720份、730份、740份、750份、760份、770份、780份、790份或800份。
上述硝酸钠的含量典型但非限制性的为10份、20份、30份、40份、50份、60份、70份或80份。
上述聚丙烯酸钾的含量典型但非限制性的为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份或5份。
上述水的含量典型但非限制性的为80份、85份、90份、95份、100份、105份、110份、115份、120份、125份或130份。上述复合蜡的含量典型但非限制性的为10份、20份、30份、40份、50份、60份、70份或80份。
上述“机油”是指发动机润滑油，由基础油和添加剂两部分组成，包括柴油机油和汽油机油。上述机油的含量典型但非限制性的为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份或4份。
上述乳化剂可选用本领域常用的乳化剂，例如Span-80(失水山梨醇单油酸酯)或聚异丁烯丁二酰亚胺等。上述乳化剂的含量典型但非限制性的为10份、15份、20份、25份、30份、35份或40份。在一种优选的实施方式中，所述乳化基质主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵720-780份、硝酸钠20-75份、聚丙烯酸钾2-5份、水90-120份、复合蜡20-70份、机油1-3份和乳化剂15-35份。
在一种优选的实施方式中，所述乳化基质主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵730-750份、硝酸钠30-60份、聚丙烯酸钾2-4份、水95-110份、复合蜡25-60份、机油2-3份和乳化剂20-30份。
通过进一步优选各原料的含量，使得各原料之间的配比更加科学合理，从而进一步提高油包水结构的稳定性，进一步提高乳化基质的稳定性，进一步延长乳化基质的储存期。根据本发明的另一方面，提供了一种上述乳化基质的制备方法，包括以下步骤：
(a)水相制备：将硝酸铵、硝酸钠、聚丙烯酸钾和水混合均匀；
(b)油相制备：将复合蜡、机油和乳化剂混合均匀；
(c)将水相和油相混合后，得到所述乳化基质。
上述制备方法工艺简单，首先分别制备水相和油相，然后将水相和油相混合均匀即可，适合工业化批量生产，制备所得的乳化基质易成乳、热力学性能稳定、储存期长。
在一种优选的实施方式中，步骤(a)中，首先将聚丙烯酸钾和水混合均匀，然后调节pH至中性，再与硝酸铵和硝酸钠混合。上述“调节pH至中性”是指将聚丙烯酸钾和水的混合溶液的pH调节至7。
可选地，采用稀硝酸调节pH至中性。
优选地，聚丙烯酸钾和水的混合溶液与硝酸铵和硝酸钠的混合温度为65-70℃。上述混合温度典型但非限制性的为65℃、66℃、67℃、68℃、69℃或70℃。
在一种优选的实施方式中，步骤(b)中，复合蜡、机油和乳化剂的混合温度为95-100℃。上述混合温度典型但非限制性的为95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃。
可选地，先将复合蜡采用水浴等方式加热熔融，然后再与机油和乳化剂混合。
在一种优选的实施方式中，步骤(c)中，水相和油相的混合温度为95-100℃。上述混合温度典型但非限制性的为95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃。
优选地，采用搅拌的方式进行混合，水相和油相混合时的搅拌速度为1100-1300r/min，搅拌时间为3-10min。上述搅拌速度典型但非限制性的为1100r/min、1120r/min、1140r/min、1160r/min、1180r/min、1200r/min、1220r/min、1240r/min、1260r/min、1280r/min或1300r/min；上述搅拌时间典型但非限制性的为3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min或10min。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述乳化基质在乳化炸药中的应用。将上述乳化基质应用于乳化炸药中，能够有效提高乳化炸药的稳定性和储存期。
根据本发明的另一方面，提供了一种乳化炸药，包括上述乳化基质。该乳化炸药包括上述乳化基质，因而至少具有与上述乳化基质相同的优势，具有稳定性高和储存期长的优点。
应当理解的是，上述乳化炸药还包括其他原料，例如敏化剂、成粉剂或辅助燃料等，上述其他原料选用现有的任意一种即可，其含量采用本领域常用含量即可，本发明对此不做特别限制。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700份、硝酸钠80份、聚丙烯酸钾10份、水130份、复合蜡80份、机油4份和Span-80 10份。
本实施例中聚丙烯酸钾的质量百分含量为10％。
实施例2
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700份、硝酸钠80份、聚丙烯酸钾1份、水130份、微晶蜡80份、机油4份和Span-80 10份。
本实施例中聚丙烯酸钾的质量百分含量为0.1％。
实施例3
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700份、硝酸钠80份、聚丙烯酸钾1份、水130份、复合蜡80份、植物油4份和Span-80 10份。
本实施例中聚丙烯酸钾的质量百分含量为0.1％。
实施例4
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700份、硝酸钠80份、聚丙烯酸钾1份、水130份、复合蜡80份、机油4份和Span-80 10份。
本实施例中聚丙烯酸钾的质量百分含量为0.1％。
与实施例2不同的是，本实施例中将微晶蜡替换为了复合蜡；与实施例3不同的是，本实施例中将植物油替换为了机油。
实施例5
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵800份、硝酸钠10份、聚丙烯酸钾5份、水80份、复合蜡10份、机油4份和Span-80 40份。
本实施例中聚丙烯酸钾的质量百分含量为0.5％。
实施例6
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵730份、硝酸钠60份、聚丙烯酸钾2份、水110份、复合蜡25份、机油2份和聚异丁烯丁二酰亚胺20份。
本实施例中聚丙烯酸钾的质量百分含量为0.2％。
实施例7
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵750份、硝酸钠30份、聚丙烯酸钾4份、水95份、复合蜡60份、机油3份和Span-80 30份。
本实施例中聚丙烯酸钾的质量百分含量为0.4％。
实施例8
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵740份、硝酸钠40份、聚丙烯酸钾3份、水100份、复合蜡45份、机油2份和Span-80 25份。
本实施例中聚丙烯酸钾的质量百分含量为0.3％。
实施例1-8中乳化基质的制备方法包括以下步骤：
(a)水相制备：将硝酸铵、硝酸钠、聚丙烯酸钾和水混合均匀；
(b)油相制备：将复合蜡、机油和乳化剂混合均匀；
(c)将水相和油相混合后，得到所述乳化基质。
实施例9
实施例8所述的乳化基质的制备方法，包括以下步骤：
(a)水相制备：首先将聚丙烯酸钾和水混合均匀，然后调节pH至中性，再与硝酸铵和硝酸钠混合；聚丙烯酸钾和水的混合溶液与硝酸铵和硝酸钠的混合温度为65℃；
(b)油相制备：将复合蜡、机油和乳化剂混合均匀；
(c)将水相和油相混合后，得到所述乳化基质。
实施例10-11
实施例8所述的乳化基质的制备方法，与实施例9不同的是，实施例10-11步骤(a)中所述的混合温度分别为68℃和70℃。
实施例12-14
实施例8所述的乳化基质的制备方法，与实施例9不同的是，实施例12-14步骤(b)中复合蜡、机油和乳化剂的混合温度分别为95℃、98℃和100℃。
实施例15-17
实施例8所述的乳化基质的制备方法，与实施例12不同的是，
实施例15-17步骤(c)中水相和油相的混合温度分别为95℃、98℃和100℃。
实施例18-20
实施例8所述的乳化基质的制备方法，与实施例15不同的是，
实施例18-20中水相和油相混合时的搅拌速度分别为1100、1200和1300r/min，搅拌时间分别为10、5和3min。
对比例1
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵710份、硝酸钠80份、水130份、复合蜡80份、机油4份和Span-8010份。
与实施例1不同的是，本对比例中不含聚丙烯酸钾。
对比例2
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵740份、硝酸钠40份、聚丙烯酸钠3份、水100份、复合蜡45份、机油2份和Span-80 25份。
与实施例8不同的是，本对比例中将聚丙烯酸钾替换为了聚丙烯酸钠。
对比例3
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700份、硝酸钠80份、尿素10份、水130份、复合蜡80份、机油4份和Span-80 10份。
与实施例1不同的是，本对比例中将聚丙烯酸钾替换为了尿素。
对比例4
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700份、硝酸钠80份、奈磺酸盐甲醛缩合物10份、水130份、复合蜡80份、机油4份和Span-80 10份。
与实施例1不同的是，本对比例中将聚丙烯酸钾替换为了奈磺酸盐甲醛缩合物(一种晶型改良剂)。
对比例5
一种乳化基质，主要由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700份、硝酸钠80份、丙烯酸10份、水130份、复合蜡80份、机油4份和Span-80 10份。
与实施例1不同的是，本对比例中将聚丙烯酸钾替换为了丙烯酸。
性能测试
分别对上述各实施例和各对比例中的乳化基质进行储存期测试，将制备得到的各乳化基质于25℃储存，测试其储存天数，当乳化基质硬化后，说明其结构发生破裂，储存失效，乳化基质的储存期为从制备当天到硬化后的前一天。测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002085514290000131
Figure BDA0002085514290000141
从表1中可知，各实施例中乳化基质的储存期相对于各对比例中乳化基质的储存期均更长，说明本发明提供的乳化基质性能更加稳定，油包水结构不易破裂。
进一步分析可知，实施例4中乳化基质的储存期优于实施例1-3，说明采用本发明优选的聚丙烯酸钾的含量、优选的复合蜡和优选的机油能够进一步提高乳化基质的稳定性；实施例6-8中乳化基质的储存期优于实施例4-5，说明采用本发明进一步优选的聚丙烯酸钾的含量能够进一步提高乳化基质的稳定性，其中实施例8中乳化基质的储存期最长。
实施例9-11中乳化基质的储存期优于实施例8，说明通过优选步骤(a)中的混合温度能够进一步提高乳化基质的稳定性；实施例12-14中乳化基质的储存期优于实施例9，说明通过优选步骤(b)中复合蜡、机油和乳化剂的混合温度能够进一步提高乳化基质的稳定性；实施例15-17中乳化基质的储存期优于实施例12，说明通过优选步骤(c)中水相和油相的混合温度能够进一步提高乳化基质的稳定性；
实施例18-20中乳化基质的储存期优于实施例15，说明通过优选步骤(c)中水相和油相混合时的搅拌速度和搅拌时间能够进一步提高乳化基质的稳定性。
图1和图2分别为实施例8和对比例2中乳化基质的SEM图，从图中可以看出，实施例8的乳化基质相对于对比例2的来说，结构更加完整，油包水小球大小更加均匀，排布更加密集。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (9)

1.一种乳化基质，其特征在于，由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵700-800份、硝酸钠10-80份、聚丙烯酸钾1-5份、水80-130份、复合蜡10-80份、机油1-4份和乳化剂10-40份；
聚丙烯酸钾能够将水相中的硝酸铵严密包裹住，聚丙烯酸钾外部被乳化膜包覆，从而形成稳定的油包水结构；
所述聚丙烯酸钾在乳化基质中的质量百分含量为0.2%-0.4%；
所述乳化基质的制备方法，包括以下步骤：
（a）水相制备：将硝酸铵、硝酸钠、聚丙烯酸钾和水混合均匀；
（b）油相制备：将复合蜡、机油和乳化剂混合均匀；
（c）将水相和油相混合后，得到所述乳化基质；
其中，步骤（a）中，首先将聚丙烯酸钾和水混合均匀，然后调节pH至中性，再与硝酸铵和硝酸钠混合。
2.根据权利要求1所述的乳化基质，其特征在于，所述乳化基质由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵720-780份、硝酸钠20-75份、聚丙烯酸钾2-5份、水90-120份、复合蜡20-70份、机油1-3份和乳化剂15-35份。
3.根据权利要求1所述的乳化基质，其特征在于，所述乳化基质由以下质量份数的原料制备而成：硝酸铵730-750份、硝酸钠30-60份、聚丙烯酸钾2-4份、水95-110份、复合蜡25-60份、机油2-3份和乳化剂20-30份。
4.根据权利要求1所述的乳化基质，其特征在于，聚丙烯酸钾和水的混合溶液与硝酸铵和硝酸钠的混合温度为65-70℃。
5.根据权利要求1所述的乳化基质，其特征在于，步骤（b）中，复合蜡、机油和乳化剂的混合温度为95-100℃。
6.根据权利要求1所述的乳化基质，其特征在于，步骤（c）中，水相和油相的混合温度为95-100℃。
7.根据权利要求1所述的乳化基质，其特征在于，采用搅拌的方式进行混合，水相和油相混合时的搅拌速度为1100-1300 r/min，搅拌时间为3-10 min。
8.权利要求1-7任一项所述的乳化基质在乳化炸药中的应用。
9.一种乳化炸药，包括权利要求1-7任一项所述的乳化基质。
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