CN112521237A - 一种液态一体化油相专用乳化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种液态一体化油相专用乳化剂，以重量份计，包括：SP‑80乳化剂71～80重量份、高分子乳化剂14～25重量份、大豆卵磷脂乳化剂0～9重量份。与现有技术相比，所述乳化剂具有较高的粘度，较低的酸值，增强界面强度，采用本发明所述的乳化剂制备得到的乳化炸药具有优异的储存稳定性及爆轰性能，且制备工艺简单，适宜工业化生产。

Description

一种液态一体化油相专用乳化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于乳化炸药技术领域，尤其涉及一种液态一体化油相专用乳化剂的制备方法。
背景技术
乳化炸药是以硝酸铵等氧化剂盐的过饱和溶液为分散相，可燃剂油相为连续相，在乳化剂作用下使分散相的微小液滴均匀分散在油相连续相中，形成一种油包水型的工业炸药。其具有优良的抗水性能和爆炸性能、原材料来源广泛、生产工艺简单且储存稳定期长等一系列优点，在国内外获得广泛认可，近年来产量迅速增长。
适用于乳化炸药的乳化剂，是一类亲油亲水平衡值(HLB)为3～6的表面活性剂。通常情况下，乳化剂在乳化炸药体系中的占比在2wt％左右，但在乳化炸药生产中起至关重要的作用，乳化剂的质量直接影响乳化炸药中水油相界面的稳定性，进而影响乳化炸药的储存稳定性及爆炸性能。
目前，市面上常见的乳化炸药用乳化剂有三类：第一类是SP-80乳化剂(失水山梨醇单油酸酯)，也是国内使用最广泛的乳化炸药用乳化剂，其优点是乳化能力强、剪切力低、成本低廉，但乳化时用量较大，且乳化油膜强度较小，生产的乳化炸药储存稳定期短。第二类是乳化剂丁二酸酐衍生物，虽然乳化剂丁二酸酐衍生物类乳化剂易于保存，但是其在制作过程中的工艺要求较高，且控制内容较多，整体制作复杂，不利于工业生产。第三类乳化剂为复合乳化剂，虽然属于复合型乳化剂，但自身仍然存在缺陷，这样的问题降低了炸药生产的安全性，且不符合我国炸药行业发展的实际需求。
随着民爆行业的不断整合、集团化发展，各个乳化炸药生产企业纷纷建立了自己的油相生产厂，液态一体化复合油相能减少炸药生产企业的人工、能耗等成本，使用更加便捷，因此加快了液态一体化复合油相的发展，使得乳化炸药生产企业对液态一体化油相的需求不断加大，而液态一体化油相对乳化剂的要求更高，我国针对液态一体化油相专用乳化剂的研究还比较少，因此，研发一种液态一体化油相专用乳化剂迫在眉睫。
发明内容
有鉴于此，本发明为克服现有乳化剂的不足，提供一种具有较高的粘度，较低的酸值，增强界面强度的液态一体化油相专用乳化剂及其制备方法，采用本发明所述的乳化剂制备得到的乳化炸药具有优异的储存稳定性及爆轰性能，且制备工艺简单，适宜工业化生产。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种液态一体化油相专用乳化剂，以重量份计，原料包括：
SP-80乳化剂 71～80重量份；
高分子乳化剂 14～25重量份；
大豆卵磷脂乳化剂 0～9重量份。
优选的，所述原料包括：
SP-80乳化剂 71～77重量份；
高分子乳化剂 14～25重量份；
大豆卵磷脂乳化剂 4～9重量份。
优选的，所述液态一体化油相专用乳化剂酸值为4.2-4.8mg KOH/g，100℃时的运动粘度为50-58mm2/s，开口闪点＞200℃。
优选的，所述高分子乳化剂为聚异丁烯醇胺类乳化剂和/或聚异丁烯酰胺类乳化剂。
优选的，所述高分子乳化剂选自聚异丁烯丁二酸酰胺、聚异丁烯丁二酰亚胺和聚异丁烯丁二酸醇胺中的一种或多种。
优选的，所述高分子乳化剂为聚异丁烯丁二酸醇胺。
本发明还提供了所述液态一体化油相专用乳化剂的制备方法，包括：
将SP-80乳化剂与高分子乳化剂混合，加热搅拌，然后加入大豆卵磷脂乳化剂，搅拌。
优选的，所述加热的温度为89℃～90℃。
优选的，所述加入大豆卵磷脂乳化剂后的搅拌时间为2h。
本发明的有益效果是：
1、本发明将SP-80乳化剂、高分子乳化剂和大豆卵磷脂乳化剂三者按照比例复合形成液态一体化油相专用乳化剂，较小的乳化剂分子可嵌入较大的乳化剂分子的间隙中在油水界面形成复合膜，不仅能增加界面膜的厚度和强度，同时分子量较大的乳化剂分子也能阻碍分子量较小的乳化剂分子滑动，缔合形成胶束，形成具有较高的粘度，较低的酸值，较高界面强度的乳化剂，与现有技术相比，采用本发明所述的乳化剂制备得到的乳化炸药具有优异的储存稳定性及爆炸性能。
2、本发明乳化剂制备工艺要求简单，且控制内容较少，整体制作简便，利于工业化生产。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但是应当理解，这些说明只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
乳化剂和油相材料匹配对乳化炸药的稳定性和爆轰性能有显著影响，与油相材料相比，乳化剂对乳化炸药的爆轰性能的影响更为明显，选择合适的乳化剂可大大提高乳化炸药的稳定性和爆轰性能。
本发明为解决现有乳化剂生产的乳化炸药储存稳定期短，制备工艺复杂，不利于生产的问题，提供一种具有较高的粘度，较低的酸值，增强界面强度的液态一体化油相专用乳化剂及其制备方法，采用本发明所述的乳化剂制备得到的乳化炸药具有优异的储存稳定性及爆轰性能，且制备工艺简单，适宜工业化生产。为解决上述问题，本发明首先提供的一种液态一体化油相专用乳化剂，以重量份计，原料包括：
SP-80乳化剂 71～80重量份；
高分子乳化剂 14～25重量份；
大豆卵磷脂乳化剂 0～9重量份。
在上述原料中，SP-80乳化剂化学名称为山梨醇酐单油酸酯，是非离子型表面活性剂，属于失水山梨醇脂肪酸酯系列，难溶于水，溶于热油及有机溶剂，是高级亲油性乳化剂，其成乳快，且可以为炸药生产节省成本。在本发明的实施例中，所述SP-80乳化剂的含量优选为71～77重量份，更优选为71重量份。
按照本发明，所述高分子乳化剂内部含有羟基和酯基，具有较强的亲水性能，且乳化能力优异，相对分子质量比SP-80乳化剂大，由它形成的油膜，其厚度和强度也比SP-80乳化剂的更有优势，两者复合可以弥补单独使用SP-80乳化剂分子质量较小，油膜形成之后强度较弱的不足。在本发明的实施例中，所述高分子乳化剂的含量优选为14～25重量份，更优选为25重量份；本发明所述高分子乳化剂可选为聚异丁烯醇胺类乳化剂和/或聚异丁烯酰胺类乳化剂，具体的，所述高分子乳化剂选自聚异丁烯丁二酸酰胺、聚异丁烯丁二酰亚胺和聚异丁烯丁二酸醇胺中的一种或多种，在本发明的实施例中，所述高分子乳化剂优选为聚异丁烯丁二酸醇胺。聚异丁烯丁二酰亚胺具有高相对分子质量和框架结构，在乳化炸药制备中不形成胶束，而是以单分子溶解在油中，所以能形成较厚的单分子膜吸附于界面，分散能力很强，能使乳胶基质的粒子形成微乳化结构；聚异丁烯丁二酸醇胺乳化剂由聚异丁烯丁二酸酐和小分子醇胺(例如乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺等)通过酯化或酰胺化反应制得，兼具较强成乳能力和提高乳化炸药储存稳定性的作用。
按照本发明，所述大豆卵磷脂乳化剂是离子型乳化剂，在水中溶解度低，随着浓度的增大，可在油水界面上形成单分子层、双分子层，甚至形成胶团状或板层状结构，容易与本发明上述乳化剂复合，形成稳定的立体网状结构，提高界面膜强度，但其相对分子质量较小，且含有一些不饱和键，不耐高湿容易氧化，因此成分不易过多。在本发明的实施例中，所述大豆卵磷脂乳化剂含量优选为4-9重量份，更优选为4重量份。
按照本发明，将所述SP-80乳化剂、高分子乳化剂和大豆卵磷脂乳化剂三者按照比例复合形成液态一体化油相专用乳化剂，较小的乳化剂分子可嵌入较大的乳化剂分子的间隙中在油水界面形成复合膜，不仅能增加界面膜的厚度和强度，同时分子量较大的乳化剂分子也能阻碍分子量较小的乳化剂分子滑动，缔合形成胶束，以提高乳化炸药的稳定性。
本发明所述液态一体化油相专用乳化剂酸值为4.2-4.8mg KOH/g，100℃时的运动粘度为50-58mm2/s，开口闪点＞200℃。
本发明对上述所有原料的来源并没有特殊的限制，为市售即可。
本发明还提供了上述液态一体化油相专用乳化剂的制备方法，包括：
将SP-80乳化剂与高分子乳化剂混合，加热搅拌，然后加入大豆卵磷脂乳化剂，搅拌。
按照本发明，将SP-80乳化剂与高分子乳化剂混合，加热搅拌，加热温度优选为89℃～90℃。
按照本发明，加入大豆卵磷脂乳化剂后搅拌，搅拌时间优选为2h。
本发明工艺要求简单，且控制内容较少，整体制作简便，利于工业生产。
本发明还提供所述液态一体化油相专用乳化剂在制备混装乳化炸药中的应用。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种液态一体化油相专用乳化剂及其制备方法进行详细描述，其中，实施例和比较例的重量份均以克计。
实施例1 液态一体化油相专用乳化剂的制备
SP-80乳化剂 71重量份
聚异丁烯丁二酸醇胺 25重量份
大豆卵磷脂乳化剂 4重量份
加热混合时，首先加入71重量份SP-80乳化剂与25重量份的聚异丁烯丁二酸醇胺，搅拌加热温度至90℃，然后加入4重量份的大豆卵磷脂乳化剂，再保温搅拌2小时，即得所述的液态一体化油相专用乳化剂。
实施例2 液态一体化油相专用乳化剂的制备
SP-80乳化剂 77重量份
聚异丁烯丁二酸醇胺 14重量份
大豆卵磷脂乳化剂 9重量份
加热混合时，首先加入77重量份SP-80乳化剂与14重量份的聚异丁烯丁二酸醇胺，搅拌加热温度至89℃，然后加入9重量份的大豆卵磷脂乳化剂，再保温搅拌2小时，即得所述的液态一体化油相专用乳化剂。
实施例3 液态一体化油相专用乳化剂的制备
SP-80乳化剂 80重量份
聚异丁烯丁二酸醇胺 20重量份
加热混合时，首先加入80重量份SP-80乳化剂与20重量份的聚异丁烯丁二酸醇胺，搅拌加热温度至90℃，再保温搅拌2小时，即得所述的液态一体化油相专用乳化剂。
实施例4 液态一体化油相专用乳化剂的制备
同实施例1，区别仅在于聚异丁烯丁二酸醇胺替换为聚异丁烯丁二酸酰胺。
实施例5 液态一体化油相专用乳化剂的制备
同实施例1，区别仅在于聚异丁烯丁二酸醇胺替换为聚异丁烯丁二酰亚胺。
实施例6 液态一体化油相专用乳化剂的制备
Figure BDA0002861709270000061
加热混合时，首先加入71重量份SP-80乳化剂与13重量份的聚异丁烯丁二酸酰胺、12重量份的聚异丁烯丁二酰亚胺，搅拌加热温度至90℃，然后加入4重量份的大豆卵磷脂乳化剂，再保温搅拌2小时，即得所述的液态一体化油相专用乳化剂。
比较例1 传统乳化剂
使用市售SP-80乳化剂，来自四川金雅科技有限公司，100℃时粘度为40-60mm2/s。
效果实施例1 液态一体化油相专用乳化剂的理化性能
将实施例1～实施例6及比较例1中得到的液态一体化油相专用乳化剂进行理化性能测试，数据见表1。
表1乳化剂的理化性能
Figure BDA0002861709270000062
Figure BDA0002861709270000071
由表1可以看出，本发明乳化剂相比传统SP-80乳化剂具有较高的粘度、较低的酸值。其中，乳化剂的粘度增高有利于提高敏化发泡过程的粘度，帮助敏化气泡进行有效维持，减少由于油相材料组分粘性的不足造成的敏化气泡聚合在一起或者出现满溢的现象，进而对乳化炸药爆轰性能造成影响，同时粘度的提高能够效用明显的将乳化炸药中可能会出现絮凝现象的成分粘滞住以增加炸药的稳定性。
将实施例1～实施例6及比较例1中得到的液态一体化油相专用乳化剂按表2配方配置成乳胶基质，再经过敏化发泡，得到乳化炸药。
表2乳胶基质配方(重量份)
硝酸铵 硝酸钠 水 乳化剂 可燃剂油相
70～80 0～10 10～20 2 4～5
效果实施例2 乳化炸药的高低温循环试验
对实施例1～实施例6及比较例1制备得到的乳化炸药进行高低温循环试验，将同一批次的乳化炸药做成直径32mm，重量300g的药卷，选取5个做高低温循环试验。
试验条件：温度-40℃～50℃(在高温50℃下保存8h，再在低温-40℃保存16h，作为一个循环)，检测结果见表3。
表3乳化炸药高低温循环试验对比
Figure BDA0002861709270000072
Figure BDA0002861709270000081
表3可以看出，经过高低温循环试验对比，本发明乳化炸药的爆速变化不明显，而比较例1的乳化炸药爆速明显降低，说明使用本发明提供的液态一体化油相专用乳化剂制备的乳化炸药在严苛环境中也可以保持高度稳定性。
效果实施例3 乳化炸药的自然储存试验
对实施例1～实施例6及比较例1制备得到的乳化炸药进行自然储存情况测试，检测得到结果见表4。
表4乳化炸药自然储存数据表
Figure BDA0002861709270000082
由表4可以看出，经过乳化炸药自然储存情况对比，本发明生产的乳化剂制备的乳化炸药七个月内爆速变化不明显，自然储存期在七个月内都是合格的，而比较例1的七个月内爆速变化明显，设置储存至七个月时出现拒爆现象，表现了本发明乳化剂制备的乳化炸药优异的储存稳定性。
效果实施例4 乳化炸药的性能试验
对实施例1～实施例6及比较例1制备得到的乳化炸药进行性能测试，结果见表5。
表5乳化剂的炸药性能测定
Figure BDA0002861709270000091
由表5可以看出，本发明的乳化剂能够在提高乳化炸药稳定性的同时也能提高其爆轰性，证明本发明乳化剂的粘度的增加，使得水油相能被油膜很好的包覆，促进了乳化炸药中水油相更好的结合，从而保证了乳化炸药的爆轰性能。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液态一体化油相专用乳化剂，其特征在于，以重量份计，原料包括：
SP-80乳化剂 71～80重量份；
高分子乳化剂 14～25重量份；
大豆卵磷脂乳化剂 0～9重量份。
2.根据权利要求1所述的一种液态一体化油相专用乳化剂，其特征在于，以重量份计，原料包括：
SP-80乳化剂 71～77重量份；
高分子乳化剂 14～25重量份；
大豆卵磷脂乳化剂 4～9重量份。
3.根据权利要求1所述的液态一体化油相专用乳化剂，其特征在于：所述液态一体化油相专用乳化剂的酸值为4.2-4.8mg KOH/g，100℃时的运动粘度为50-58mm2/s，开口闪点＞200℃。
4.根据权利要求1所述的液态一体化油相专用乳化剂，其特征在于：所述高分子乳化剂为聚异丁烯醇胺类乳化剂和/或聚异丁烯酰胺类乳化剂。
5.根据权利要求4所述的液态一体化油相专用乳化剂，其特征在于：所述高分子乳化剂选自聚异丁烯丁二酸酰胺、聚异丁烯丁二酰亚胺和聚异丁烯丁二酸醇胺中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的液态一体化油相专用乳化剂，其特征在于：所述高分子乳化剂为聚异丁烯丁二酸醇胺。
7.一种权利要求1所述液态一体化油相专用乳化剂的制备方法，包括：
将SP-80乳化剂与高分子乳化剂混合，加热搅拌，然后加入大豆卵磷脂乳化剂，搅拌。
8.根据权利要求7所述的液态一体化油相专用乳化剂的制备方法，其特征在于：所述加热的温度为89℃～90℃。
9.根据权利要求7所述的液态一体化油相专用乳化剂的制备方法，其特征在于：所述加入大豆卵磷脂乳化剂后的搅拌时间为2h。
10.一种权利要求1所述液态一体化油相专用乳化剂在制备混装乳化炸药中的应用。
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