尤靜嫻，楊文超，胥雪萍

(廣東宏大民爆集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511300)

乳化炸藥是由水相及油相材料通過靜態(tài)或動(dòng)態(tài)乳化混合成乳膠基質(zhì)，并經(jīng)物理或者化學(xué)敏化形成的W/O型民用炸藥。其中，水相材料主要由高濃度硝酸銨水溶液及少量硝酸鈉和自來水按照一定比例攪拌制成；油相材料通常由復(fù)合蠟和乳化劑根據(jù)一定比例調(diào)制而成[1]。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程中，經(jīng)過長(zhǎng)期儲(chǔ)存的乳化炸藥在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)半爆或拒爆等不良現(xiàn)象，這在一定程度上限制了乳化炸藥在民爆領(lǐng)域方面的推廣應(yīng)用，針對(duì)此種不良現(xiàn)象，有必要開展乳化炸藥儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面的研究[2-3]。

針對(duì)乳化炸藥的儲(chǔ)存特性及影響因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作。單艷玲[4-5]等采用特定實(shí)驗(yàn)儀器，分析了不同油相配比下乳化炸藥的熱分解特性，最終得出油相材料中乳化劑成份對(duì)乳化炸藥穩(wěn)定性具有重要影響；郭素云等[6]通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，對(duì)比分析了不同種類油相材料對(duì)乳化炸藥性能的影響，得出復(fù)合蠟較為適合作乳化炸藥油相材料；Hiemenz P等[7]通過實(shí)驗(yàn)得出，乳化炸藥油水兩相界面粘附的緊密程度主要受油相物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)黏度及乳化劑濃度的影響；王波[6-10]等通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同種類油相材料的運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)乳化基質(zhì)性能穩(wěn)定性的影響，得出當(dāng)乳化劑分子親水親油基穩(wěn)定時(shí)乳化效果達(dá)到最佳。

乳化炸藥的儲(chǔ)存性能受炸藥組分、油相物理化學(xué)性能及周圍環(huán)境等多種因素的影響[11]。在乳化基質(zhì)內(nèi)，氧化劑水相溶液在乳化劑作用下被油相材料包裹著，即W/O型乳化基質(zhì)，在生產(chǎn)工藝不變的情況下，乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性與油相材料有密切關(guān)系[12]。本文基于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)從油相材料的運(yùn)動(dòng)黏度、熔點(diǎn)、含油量及HLB值等參數(shù)來研究油相對(duì)乳化炸藥儲(chǔ)存性能的影響。研究結(jié)果對(duì)延長(zhǎng)乳化炸藥儲(chǔ)存期，改善炸藥產(chǎn)品性能具有一定指導(dǎo)和參考價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及相關(guān)儀器

實(shí)驗(yàn)材料：工業(yè)級(jí)硝酸銨、硝酸鈉；SP-80乳化劑；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的酚酞試液；甲醛；氫氧化鈉。

實(shí)驗(yàn)儀器：精度為 0.01 g 的電子天平一臺(tái)；量程式高低溫循環(huán)箱一個(gè)；自動(dòng)化數(shù)顯乳化器一臺(tái)；石蠟熔點(diǎn)測(cè)定儀、平氏黏度計(jì)、燒杯、堿式滴定管、橡膠管、吸耳球、恒溫箱、恒溫水浴箱、秒表、容量瓶各一個(gè)。

1.2 乳化基質(zhì)制備

乳化基質(zhì)組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)：硝酸銨76.7%、硝酸鈉6.5%、自來水10%、SP-80乳化劑3%，六種復(fù)合蠟油相材料，標(biāo)記為1#～6#，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為6.5%。

將水相及添加有乳化劑的油相分別加熱至 95 ℃，然后在轉(zhuǎn)速為 1500 r/min 的乳化器內(nèi)充分混合，制得乳化基質(zhì)。

1.3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1.3.1 運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定

分別量取等質(zhì)量的1#～6#復(fù)合蠟，并將樣品加熱熔化至 100 ℃，然后置于 95 ℃ 恒溫箱中進(jìn)行保溫以備用。將保溫箱中熔化好的復(fù)合蠟樣品倒入黏度計(jì)內(nèi)，并放入黏度測(cè)定儀中且保持垂直固定，恒溫加熱 15 min，用吸耳球小心吸取蠟油超過黏度測(cè)定儀的第一條刻度線，用計(jì)時(shí)器記取蠟油流經(jīng)兩條刻度線所用的時(shí)間t。樣品的運(yùn)動(dòng)黏度計(jì)算見式(1)所示。

Vt=c·t

(1)

式中：c為黏度系數(shù)，mm2·s-2；t為樣品流經(jīng)兩條刻度線所用平均時(shí)間，s。

1.3.2 含油量的測(cè)定

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)合蠟含油量具體指含有基礎(chǔ)油的量，其測(cè)定方法為：將樣品溶解于丁酮或者丁酮-甲苯溶劑內(nèi)，然后低溫冷卻并過濾析出的蠟，緊接著對(duì)剩下的溶液進(jìn)行蒸餾，蒸出雜質(zhì)，則殘留油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即為樣品的含油量。具體計(jì)算如式(2)所示。

(2)

式中：w為復(fù)合蠟的含油量，%；m1為殘留油的質(zhì)量，g；m2為樣品質(zhì)量，g；m3為丁酮溶劑的質(zhì)量，g；m4為蒸發(fā)溶劑的質(zhì)量，g；0.15%為在低溫狀態(tài)時(shí)，復(fù)合蠟在溶劑中溶解度的平均校正值[12]。

1.3.3 熔點(diǎn)的測(cè)定

本次采用冷卻曲線法測(cè)定復(fù)合蠟的熔點(diǎn)。具體測(cè)定方法為：在規(guī)定的條件下采用石蠟熔點(diǎn)測(cè)定儀冷卻已熔化的復(fù)合蠟樣品，在冷卻過程中，每隔 15 s 記錄一次樣品溫度，當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)5個(gè)連續(xù)讀數(shù)之總差不超過 0.1 ℃ 時(shí)，即樣品冷卻曲線上出現(xiàn)停滯期時(shí)，其溫度即為復(fù)合蠟樣品的熔點(diǎn)，并以5個(gè)連續(xù)讀數(shù)的平均值作為所測(cè)樣品的熔點(diǎn)。

1.3.4 析晶率

通過高低溫循環(huán)來簡(jiǎn)化模擬乳化炸藥在自然狀態(tài)下的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)借助高低溫循環(huán)箱，高溫設(shè)定為 65 ℃，低溫設(shè)為 -25 ℃，高低溫各設(shè)定持續(xù)時(shí)間為 14 h，全部完成一個(gè)高溫和一個(gè)低溫過程為一個(gè)循環(huán)。乳化基質(zhì)在經(jīng)歷一個(gè)或多個(gè)高低溫循環(huán)后會(huì)表現(xiàn)出析晶現(xiàn)象，各組樣品在每次高低溫循環(huán)后采用甲醛法來檢測(cè)乳化基質(zhì)的析晶率，析晶率越大表明乳化炸藥的儲(chǔ)存穩(wěn)定性越差[12]。

乳化基質(zhì)析晶率可由式(3)計(jì)算得出：

(3)

式中：V為消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；N為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；0.08004為每毫克當(dāng)量的硝酸銨的克數(shù)，g/mg；m為各樣品乳化基質(zhì)的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

不同復(fù)合蠟油相配置得到的乳化基質(zhì)運(yùn)動(dòng)黏度的測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 各組復(fù)合蠟配置乳化基質(zhì)的運(yùn)動(dòng)黏度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同復(fù)合蠟含油量的測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 各組復(fù)合蠟含油量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 %

不同復(fù)合蠟熔點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 各組復(fù)合蠟熔點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ℃

根據(jù)前述測(cè)試樣品析晶率的實(shí)驗(yàn)方法，將不同復(fù)合蠟油相配置得到的乳化基質(zhì)樣品置于高低溫循環(huán)箱內(nèi)，采用甲醛法測(cè)試各組樣品每完成一次高低溫循環(huán)后的析晶率，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 各組復(fù)合蠟配置乳化基質(zhì)的析晶率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合上述分析，分別作乳化基質(zhì)析晶率與不同種類復(fù)合蠟運(yùn)動(dòng)黏度、熔點(diǎn)及含油量之間關(guān)系圖，如圖1～圖3所示。

圖1 運(yùn)動(dòng)黏度與乳化基質(zhì)析晶率之間關(guān)系

圖2 含油量與乳化基質(zhì)析晶率之間關(guān)系

由圖1～圖3并結(jié)合表1～4可看出，復(fù)合蠟的運(yùn)動(dòng)黏度、熔點(diǎn)及含油量對(duì)乳化基質(zhì)的析晶率具有顯著影響。例如，6#復(fù)合蠟的含油量最低，而運(yùn)動(dòng)黏度及熔點(diǎn)最大，其配置成的乳化基質(zhì)經(jīng)過5次高低溫循環(huán)后析晶率最小，僅為11.4%，表明該型乳化基質(zhì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性較高；5#復(fù)合蠟的含油量最大，而運(yùn)動(dòng)黏度及熔點(diǎn)最小，其配置成的乳化基質(zhì)經(jīng)過5次高低溫循環(huán)后析晶率最大，達(dá)到37.8%，表明該型乳化基質(zhì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差。

圖3 熔點(diǎn)與乳化基質(zhì)析晶率之間關(guān)系

復(fù)合蠟作為一種目前乳化炸藥制作過程中較廣泛采用的油相材料，與SP-80等油包水型乳化劑結(jié)合，可達(dá)到乳化疊加的效果，因此，制得的乳化炸藥性能較好。目前，市面上的復(fù)合蠟一般以石蠟、地蠟、柴油及凡士林等石油煉制品原材料按一定配比調(diào)制而得，因此，各組分的含量及性能差異都會(huì)影響到復(fù)合蠟的運(yùn)動(dòng)黏度及含油量的大小，進(jìn)而影響到乳化基質(zhì)的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。查閱相關(guān)文獻(xiàn)并分析可知，乳化基質(zhì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性與油相材料運(yùn)動(dòng)黏度呈正相關(guān)關(guān)系，油相材料的運(yùn)動(dòng)黏度越大，表明油相分子的碳鏈越長(zhǎng)且不易斷裂，與乳化劑結(jié)合可形成穩(wěn)固的油膜，其所包覆的液珠不易外滲，即使油膜有所破損也能及時(shí)自行修復(fù)[12]。因此，采用運(yùn)動(dòng)黏度較高的油相材料制得的乳化炸藥儲(chǔ)存穩(wěn)定性更高。

3 結(jié)論

1)不同組分及性能的復(fù)合蠟油相材料，其運(yùn)動(dòng)黏度、含油量及熔點(diǎn)等物理性能參數(shù)也將表現(xiàn)出明顯的差異，進(jìn)而影響到其所制得的乳化炸藥的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

2)乳化炸藥的儲(chǔ)存穩(wěn)定性與油相材料的運(yùn)動(dòng)黏度及熔點(diǎn)成正相關(guān)關(guān)系，而與含油量成負(fù)相關(guān)關(guān)系。