CN112521238B - 一种高稳定胶状乳化炸药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高稳定胶状乳化炸药及其制备方法，涉及民用炸药领域。本发明解决了乳化炸药在使用过程中的性能的不稳定问题，胶状乳化炸药配方原料包括：水相材料、油相材料和敏化剂，其中，所述水相材料包括：硝酸铵、水、硝酸钠、水相稳定剂；所述油相材料包括：复合蜡、油膜增强剂和乳化剂；所述敏化剂包括：化学敏化剂和敏化助剂。其制备方法包括：所述水相溶液集中配制、所述油相溶液集中配制、所述油水相自动配比乳化、中低温敏化及连续化装药包装系统。该发明制备方法简单，原材料易得，提高了乳化炸药的稳定性。

Description

一种高稳定胶状乳化炸药及其制备方法

技术领域

本发明涉及炸药技术领域，具体涉及到一种民用胶状乳化炸药，尤其涉及到一种胶状乳化炸药的制备方法。

背景技术

乳化炸药是泛指一类用乳化技术制备的使氧化剂盐类水溶液的微滴，均匀分散在含有分散气泡或空心玻璃微珠等多孔物质的油相连续介质中，形成一种油包水型的乳胶状含水工业炸药。乳化炸药是基于乳化液的理论发展起来的，是一种热力学不稳定体系，具有强烈的聚结和沉降的趋势，其基本问题为稳定性问题。长久以来，人们为了提高乳化炸药的稳定性，通过使用纯高分子乳化剂配合高速乳化器，确保乳化液基本粒子粒径足够小、足够均匀，即提高乳化体系乳化质量来提高乳化炸药的稳定性。但是随国家行业进步指导意见和发展规划要求，生产线本质安全性高，乳化过程低转速、简单达到无人化，势必造成乳化炸药的稳定性造成很大的影响，尤其在夏季出现发硬，感度大幅下降影响产品使用质量情况。产品配方含水量要求，近年来行业为了提高乳化炸药生产过程本质安全性，要求含水量不低于9％的要求，水份增大，水相水分被乳化剂分子水合带入界面膜，从而影响着产品稳定性。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种胶状乳化炸药的配方设计及一种优化的生产工艺解决方法，以此来提高乳化炸药的稳定性。

本发明提出的一种胶状乳化性炸药，其特征在于，其配方原料包括：水相材料、油相材料和敏化剂，其原料包括：水相材料、油相材料和敏化剂，其中，水相材料包括：硝酸铵、水、硝酸钠、水相稳定剂；油相材料包括：复合蜡、油膜增强剂和乳化剂；敏化剂包括：化学敏化剂和敏化助剂。其制备方法包括：水相溶液集中配制、油相溶液集中配制、油水相自动配比乳化、中低温敏化及连续化装药包装系统。

本发明提出的一种高稳定型乳化炸药，其原料包括：水相材料、油相材料和敏化剂，其中，水相材料包括：硝酸铵、水、硝酸钠、水相稳定剂；油相材料包括：复合蜡、油膜增强剂和乳化剂；敏化剂包括：化学敏化剂和敏化助剂。

优选地，油相材料按重量份包括：复合蜡3～5份，油膜增强剂0.2份，复合乳化剂1.5-2.0份。

优选地，油膜增强剂为蜡脂类物质。包括：在低于60℃以内能够形成固态粉末的粉状植物蜡、石蜡、微晶蜡等。植物蜡、石蜡、微晶蜡等油膜增强剂的添加，使得油相材料之间的匹配及油相材料和乳化剂之间的匹配更加良好，所形成的界面膜强度和致密度得以提高，增加了乳化炸药的粘度，防止了氧化液滴的聚集、分层和破乳，同时有效防止敏化气泡的逃离，提高了炸药的稳定性。

优选地，复合乳化剂按重量份包括：失水山梨糖醇脂肪酸酯0.7～1.2份和大豆卵磷脂0.3-0.8份。

优选地，水相材料按重量份包括：硝酸铵70-80份，水11-18份，硝酸钠3-10份，水相稳定剂0.1-0.5份。

优选地，水相稳定剂为溶液缓冲试剂，包括：柠檬酸和柠檬酸钠混合溶液、醋酸和醋酸钠混合溶液等确保溶液pH呈弱酸性缓冲试剂，pH值在5±1范围内。

在乳化炸药的生产过程中,主要原理是通过乳化剂降低油水界面张力,使油相包覆水相形成稳定的乳胶体系。当水相pH值过低时,由于H⁺浓度较高,过多的酸将与乳化剂中的胺反应生成盐,破坏了乳化剂亲水，生产出的乳化基质游离硝铵含量较高，在基质中游离硝酸铵的含量高的情况下,在未加所述水相稳定剂时,基质中的游离硝酸铵就已经参与化学反应从而使产生的微小气泡在乳化基质内部重叠形成无效的大气泡，导致微气泡数量减小，乳化炸药油包水的特性被破坏,进而降低炸药的稳定性。另一方面，pH值过高时炸药基质游离硝酸铵偏低,对于化学敏化的乳化炸药,如果没有足够的H⁺,会使敏化过程中产生的微汽泡少,且分布不均匀,敏化达不到所期望速度,造成敏化困难，导致不能形成稳定的油包水结构，进而降低炸药的稳定性。所以，水相稳定剂的添加，确保溶液pH呈弱酸性缓冲试剂，确保形成稳定的油包水结构，降低了乳化炸药的水相析晶点，采用本发明实施案例得到的析晶点分别从64.9℃降至58.2℃和66.5℃降至60.4℃，从而提高了乳化炸药的稳定性。

优选地，敏化剂由化学敏化主剂和化学敏化助剂组成。

优选地，化学敏化主剂与化学敏化助剂的重量比为1：1。

优选地，化学敏化主剂由硫氰酸铵、硝酸铵和水进行混合，重量比为：10～20:10～20：80～60。

优选地，化学敏化助剂为弱酸，柠檬酸溶液或醋酸溶液，质量浓度20-50％。不得超过50％。

本发明还提出的上述胶状乳化炸药的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将复合蜡、油膜增强剂和乳化剂混合均匀后，升温至96±2℃得到第一物料；

步骤二：将水相材料升温至98±2℃，加入第一物料混合，乳化得到混合物料；

步骤三：将混合物料冷却至50±2℃，置于敏化机中，再加入化学敏化剂搅拌均匀，再加入助混合均匀，降温至45±3℃得到定性胶状乳化炸药。

本发明的制备过程中，适量添加在水相中的稳定剂和油膜增强剂，将水相和油相中不稳定的因素，进行了相对稳定，确保本质安全性较高的低转速乳化过程能够高效乳化，同时确保不稳定乳化体系的相对稳定，从而保证了乳化基质的稳定。化学敏化方式，在确保体系稳定性情况下，避免采用强酸破坏乳化体系，采用弱酸外加硝酸铵，确保外引敏化气泡，避免利用强酸破坏破坏乳化体系获得硝酸铵的敏化方式，确保了乳化体系的高稳定性。

与现有技术相比，本发明工艺适应性强，不需要更改既有生产线工艺参数，直接使用，胶状乳化炸药中的油膜增强剂为蜡脂类物质。包括：在低于60℃以内能够形成固态粉末的粉状植物蜡、石蜡、微晶蜡等。植物蜡、石蜡、微晶蜡等油膜增强剂的添加，使得油相材料之间的匹配及油相材料和乳化剂之间的匹配更加良好，所形成的界面膜强度和致密度得以提高，增加了乳化炸药的粘度，防止了氧化液滴的聚集、分层和破乳，同时有效防止敏化气泡的逃离，提高了炸药的稳定性。作为水相稳定剂的溶液缓冲试剂，包括：柠檬酸和柠檬酸钠混合溶液、醋酸和醋酸钠混合溶液等的添加，确保了溶液pH呈弱酸性缓冲试剂，pH值在5±1范围内，在乳化炸药的生产过程中,主要原理是通过乳化剂降低油水界面张力,使油相包覆水相形成稳定的乳胶体系。当水相pH值过低时,由于H⁺浓度较高,过多的酸将与乳化剂中的胺反应生成盐,破坏了乳化剂亲水，生产出的乳化基质游离硝铵含量较高，在基质中游离硝酸铵的含量高的情况下,在未加所述水相稳定剂时,基质中的游离硝酸铵就已经参与化学反应从而使产生的微小气泡在乳化基质内部重叠形成无效的大气泡，导致微气泡数量减小，乳化炸药油包水的特性被破坏,进而降低炸药的稳定性。另一方面，pH值过高时炸药基质游离硝酸铵偏低,对于化学敏化的乳化炸药,如果没有足够的H⁺,会使敏化过程中产生的微汽泡少,且分布不均匀,敏化达不到所期望速度,造成敏化困难，导致不能形成稳定的油包水结构，进而降低炸药的稳定性。所以，水相稳定剂的添加，确保溶液pH呈弱酸性缓冲试剂，形成稳定的油包水结构，提高乳化炸药的稳定性。发明所用的材料是易得到，成本低廉，利用高低温循环实验，在初始条件下和不同的高低温循环次数下，采用本发明实施案例制备的乳化炸药硝酸铵析出量都比传统实施案例硝酸铵析出量小，说明本发明制备的胶状乳化炸药的稳定性得到了提高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例1

本发明提出的一种高稳定性乳化炸药，其原料包括：水相材料、油相材料和敏化剂。

其中，水相材料按重量份包括：硝酸铵78份，硝酸钠5份，水12份，缓冲试剂柠檬酸和柠檬酸钠混合溶液0.2份。

油相材料按重量份包括：复合蜡3份，油膜增强剂80#微晶蜡0.2份，复合乳化剂1.5份；复合乳化剂按重量份包括：大豆卵磷脂0.5份，失水山梨糖醇脂肪酸酯1份。

敏化剂由化学敏化主剂和化学敏化助剂按重量比为1：1组成；化学敏化主剂由硫氰酸铵、硝酸铵和水进行混合，重量比为20:20：60。

优选地，化学敏化助剂为弱酸，柠檬酸溶液或醋酸溶液，质量浓度20％。

水相材料、油相材料的重量比为95：5，化学敏化剂与油相材料和水相材料的总重量的重量比为0.02：100。

本发明还提出的上述高稳定性乳化炸药的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将复合蜡、油膜增强剂和复合乳化剂混合均匀后，升温至80℃得到第一物料；

步骤二：将水相材料升温至85℃，加入第一物料混合，乳化得到混合物料；

步骤三：将混合物料冷却至50℃，置于敏化机中，再加入化学敏化主剂搅拌均匀，再加入化学敏化助剂混合均匀，降温至45℃得到高稳定性乳化炸药。

实施例2

本发明提出的一种高稳定性乳化炸药，其原料包括：水相材料、油相材料和敏化剂。

其中，水相材料按重量份包括：硝酸铵75份，硝酸钠6份，水13份，溶液缓冲试剂醋酸和醋酸钠溶液。

油相材料按重量份包括：复合蜡3.5份，油膜增强剂58号石蜡0.2份，乳化剂2份；复合乳化剂按重量份包括：大豆卵磷脂1份，失水山梨糖醇脂肪酸酯1份。

化学敏化主剂由硫氰酸铵、硝酸铵和水进行混合，重量比为：10:10：80。

优选地，化学敏化助剂为弱酸，柠檬酸溶液或醋酸溶液，质量浓度30％。

水相材料、油相材料的重量比为94：6，化学敏化剂与油相材料和水相材料的总重量的重量比为0.02：100。

本发明还提出的上述高稳定性乳化炸药的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将复合蜡、油膜增强剂和复合乳化剂混合均匀后，升温至78℃得到第一物料；

步骤二：将水相材料升温至83℃，加入第一物料混合，乳化得到混合物料；

步骤三：将混合物料冷却至48℃，置于敏化机中，再加入化学敏化主剂搅拌均匀，再加入化学敏化助剂混合均匀，降温至42℃得到高稳定性乳化炸药。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

对乳化炸药的水相吸晶点的实验测定和实验结果。

利用烧杯自然降温法，按实施例1、实施例2、实施例1中不添加溶液缓冲试剂和实施例2中不添加溶液缓冲试剂的四组乳化炸药配方倒入烧杯中,再将烧杯置于电炉上加热,溶解后将烧杯悬空固定在铁架上,插入温度计,自然降温冷却,直至溶液出现细小结晶时,记录此时的温度,即为析晶点。将实施例1、实施例2、实施例1中不添加溶液缓冲试剂和实施例2中不添加溶液缓冲试剂得到的水相析晶体点数据标记为1#，2#，3#和4#。

4组实验方案得到的水相析晶点实验数据如下表一所示。

表一：水相析晶点实验数据

胶状乳化炸药的配方中加不加入溶液缓冲试剂，对乳化炸药的水相析晶点有影响。取每个方案三次平行实验得到的析晶点的平均值，得到每个方案的析晶点，采用本发明实施案例得到的析晶点分别从64.9℃降至58.2℃和66.5℃降至60.4℃。

利用高低温循环实验，通过对实验样品中硝酸铵析出质量的测量，可在短时间快速判断乳化炸药的稳定性。高低温循环的基本原理是借助外界条件制造连续变化的高低温环境，使乳化炸药加速老化。

高低温实验釆用的环境条件高温50℃，低温-20℃，高温保存8小时，低温保存16小时，实验具体操作如下；

①将四种乳胶基质冷却降温至室温；

②实验所用仪器为可程式高低温箱，其温度范围为-40℃-150℃，温度波动范围士0.5℃。

③编辑程式，设置高低温循环次数，按下“启动”按钮，当温度升至50℃°时，放入炸药试样，开始实验。

3种制备方法制备的胶状乳化炸药的高低温循环实验得到的硝酸胺析出量如下表二所示。

胶状乳化炸药的配方对乳化炸药硝酸铵析出量和稳定性有显著影响。初始条件下和不同的高低温循环次数下，采用本发明实施案例制备的乳化炸药硝酸铵析出量都比传统实施案例硝酸铵析出量小，说明本发明制备的胶状乳化炸药的稳定性得到了提高。

表二：乳胶基质试样硝酸胺析出量

循环次数(次)	实施例1	实施例2	传统实施案例
				0	0.024g	0.026g	0.04g
5	0.033g	0.032g	0.056g
				10	0.052g	0.063g	0.12g
15	0.081g	0.088g	0.42g

Claims (4)

1.一种高稳定胶状乳化炸药，其特征在于，配方原料包括：水相材料、油相材料和敏化剂，其中，

所述水相材料由硝酸铵、水、硝酸钠、水相稳定剂组成；

所述油相材料由复合蜡、油膜增强剂和乳化剂组成；

所述敏化剂由化学敏化主剂和化学敏化助剂混合而成；

所述油相材料按重量份计：复合蜡3-5份，油膜增强剂0.2份，复合乳化剂1.5-2.0份；

所述水相材料按重量份计：硝酸铵70-80份，水12份，硝酸钠3-10份，水相稳定剂0.1-0.5份；

所述油膜增强剂剂为脂类物质，所述脂类物质在低于60℃以内能够形成固态粉末的粉状植物蜡、石蜡或微晶蜡；

所述水相稳定剂为溶液缓冲试剂；

所述溶液缓冲试剂为柠檬酸和柠檬酸钠混合溶液或醋酸和醋酸钠混合溶液；

所述水相材料、所述油相材料的重量比为93.5-94.5:6.5-5.5，所述敏化剂与所述油相材料和水相材料的总重量的重量比为0.02-0.55:100。

2.根据权利要求1所述高稳定胶状乳化炸药，其特征在于，所述复合乳化剂按重量份包括：大豆卵磷脂0.2份，失水山梨糖醇脂肪酸酯1.3份。

3.根据权利要求1所述高稳定胶状乳化炸药，其特征在于，所述敏化剂由化学敏化主剂和化学敏化助剂混合而成；并且化学敏化主剂和化学敏化助剂的重量比为1:1。

4.一种如权利要求1-3任一项所述高稳定胶状乳化炸药的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将复合蜡、油膜增强剂和乳化剂混合均匀后，升温至96±2℃得到第一物料；

步骤二：将水相材料升温至98±2℃，加入第一物料混合，乳化得到混合物料；

步骤三：将混合物料冷却至50±2℃，置于敏化机中，再加入化学敏化主剂搅拌均匀，再加入化学敏化助剂混合均匀，降温至45±3℃得到高稳定性胶状乳化炸药。