乳化劑對乳化炸藥硬化問題的影響及改善對策

張國亮

【摘 要】乳化炸藥的貯存穩(wěn)定性受各種各樣因素的影響，乳化劑是諸多因素中至關(guān)重要的影響因素。本文就乳化劑對乳化炸藥硬化問題的影響及改善對策進行了探討，通過對乳化劑調(diào)整、乳化機選型與生產(chǎn)工藝條件等實際效果分析，研究出了乳化炸藥硬化問題的改善對策，希望能為乳化炸藥硬化問題的改善提供一定的參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】乳化炸藥；乳化劑；硬化；改善對策

0.引言

所謂的乳化炸藥，是借助乳化劑的作用，使氧化劑鹽類水溶液的微滴，均勻分散在含有分散氣泡或空心玻璃微珠等多孔物質(zhì)的油相連續(xù)介質(zhì)中，形成的一種油包水型乳膠狀炸藥，并因其具有密度高、爆速大、猛度高、抗水性能好、臨界直徑小、起爆感度好等優(yōu)點，在許多工程爆破領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是乳化炸藥由于貯存穩(wěn)定性的不足，容易硬化而影響爆炸性能，給生產(chǎn)和使用安全帶來較大的影響。因此，在乳化炸藥的實際生產(chǎn)運用中防治炸藥硬化對保證乳化炸藥的性能尤為重要。本文就乳化劑對乳化炸藥硬化問題的影響及改善對策進行了探討，希望能為乳化炸藥硬化問題的改善提供一定的參考借鑒。

1.乳化炸藥硬化現(xiàn)象影響因素分析

乳化炸藥成品在常溫儲存過程中的硬化將導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降甚至導(dǎo)致其喪失爆轟能力。作為乳膠型抗水工業(yè)炸藥，有效保持其儲存期性能關(guān)鍵在于乳狀液的穩(wěn)定性。乳狀液是一個較為復(fù)雜的多相體系，是由水相、油相溶液經(jīng)過乳化機的高速運轉(zhuǎn)、反復(fù)剪切后，二者變成小液滴，在乳化劑的作用下形成的油包水（W/O）的乳膠基質(zhì)。硬化現(xiàn)象通常是由于炸藥基質(zhì)破乳，內(nèi)相（水相）析晶而變硬。因此乳化基質(zhì)粒子大小、界面膜強度、油相材料、乳化劑、工藝條件等都可能引起產(chǎn)品硬化變質(zhì)，性能指標下降。由此可見，解決乳化炸藥儲存期間硬化現(xiàn)象應(yīng)主要從以下兩方面入手：（1）乳化劑的選用；（2）乳化設(shè)備的合理工藝參數(shù)控制。

1.1乳化劑對乳化炸藥硬化現(xiàn)象的影響分析及控制

優(yōu)良的乳化體系是乳化炸藥爆轟性能和貯存穩(wěn)定性優(yōu)良的重要保障，起著決定性內(nèi)因作用。乳膠體的形成，一靠乳化機機械剪切，二靠乳化劑定向分散的化學(xué)力。在乳化過程中，乳化劑起到了一個至關(guān)重要的作用，它就像一雙手，一只緊緊的抓住水相，一只緊緊的抓住油相，形成一個整體。乳化劑是穩(wěn)定乳化體系必不可少的重要組分之一。乳化炸藥基質(zhì)是典型的油包水型乳狀液，要求乳化劑的HLB值應(yīng)處于3～6之間。乳化炸藥常用的乳化劑主要有高分子乳化劑和Span-80，高分子乳化劑因其網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)特性，使形成乳化基質(zhì)穩(wěn)定性更好，但實際生產(chǎn)中，相對于Span-80，使用高分子乳化劑材料成本較高，且要求水、油相工藝溫度高，要求乳化機轉(zhuǎn)速高、定子與轉(zhuǎn)子間隙小，起乳速度慢等因素不利于安全生產(chǎn)。Span-80的HLB值為4.3，具有起乳速度較快、尾料產(chǎn)生少、工藝溫度要求較低等優(yōu)點，是目前國內(nèi)普遍認為生產(chǎn)乳化炸藥較好的乳化劑。但其長鏈分子結(jié)構(gòu)特性使之形成的乳化炸藥的儲存

穩(wěn)定性相對稍差，易出現(xiàn)油水分析，導(dǎo)致藥條變質(zhì)發(fā)硬。表1是采用Span-80乳化劑（含量2%）其儲存時間與性能關(guān)系表。

事實上，雖然HLB值在3～6的乳化劑多數(shù)能在氧化劑水溶液中形成W/O型乳化液，但所形成的乳化液的穩(wěn)定性卻有質(zhì)的差別。這是因為（1）不同的乳化劑所構(gòu)成的界面膜的強度和緊密程度不同。（2）不同的乳化劑分子結(jié)構(gòu)的立體空間特性不同。如果選用的乳化劑的主鏈結(jié)構(gòu)與所使用的油相結(jié)構(gòu)相近或相似，那么兩者就有可能有較大的親和力，它們所形成的界面膜的強度和緊密程度必定增大，從而導(dǎo)致整個乳化體系的穩(wěn)定性增強，故而乳化炸藥界面膜形成的臨界條件對乳化炸藥穩(wěn)定性至關(guān)重要。由表1可以看出單一使用Span-80作為乳化炸藥的乳化劑，其儲存期穩(wěn)定性還不是十分理想。

為彌補單一使用Span-80乳化劑不足，兼顧Span-80及高分子乳化劑優(yōu)點，通過添加適量石油磺酸鋇制成的混合乳化劑可增強界面膜的強度和緊密程度，從而改善乳化炸藥界面膜形成的臨界條件使之整個乳化體系的穩(wěn)定性增強。以不同配比的Span-80和添加少量石油磺酸鋇制成的混合乳化劑作對比。

從中可以看出，選定Span-80量1.6%加石油磺酸鋇量0.4%為乳化炸藥的乳化劑，能夠得到較好的乳化基質(zhì)。通過選定加入量1.6%Span-80添加0.4%的石油磺酸鋇量乳化劑做出儲存期性能關(guān)系如表2。

不難看出，加入合理量結(jié)構(gòu)相近或相似的配位絡(luò)合物制成的混合型乳化劑如含量為1.6%的Span-80與0.4%的石油磺酸鋇乳化劑，可以使乳化劑的乳化能力明顯增強，使得乳化炸藥的穩(wěn)定性能大大提高。

1.2乳化機工藝參數(shù)控制對乳化炸藥硬化現(xiàn)象的影響分析及控制

乳化炸藥儲存期穩(wěn)定性與乳化基質(zhì)粒子的均勻程度、細膩程度、光澤度有很大的關(guān)系，一般其均勻程度、細膩程度越高，光澤度越好，在儲存期間就很難出現(xiàn)硬化拒爆等問題。目前多數(shù)廠家采用一級乳化機。乳化機分立式跟臥式兩種，其構(gòu)造均分為兩個腔體，油、水相先進入第一空腔經(jīng)攪拌后甩入設(shè)有定子與轉(zhuǎn)子的剪切腔經(jīng)轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)使得水、油相在腔體內(nèi)被反復(fù)剪切從而形成細小液滴。乳化過程中，攪拌有兩種作用：一是沿軸向推動油（水）混合液在罐內(nèi)上下循環(huán)；二是產(chǎn)生剪切作用，使流入罐中的氧化劑水溶液高度分散于油相之中，這樣往復(fù)循環(huán)而被分散成細小液滴，形成油包水型的粘稠乳膠體。乳膠粒子分散越均勻、越細，炸藥穩(wěn)定性也就越高。因此，乳化機工藝參數(shù)控制對炸藥穩(wěn)定性起著關(guān)鍵性外因作用。通過實驗得出的乳化機轉(zhuǎn)速獲得的基質(zhì)效果與180天的炸藥穩(wěn)定性對比情況，見表3。

乳化機速度越快對獲得較好的乳化效果越有利。而實際上，當乳化機速度過高時，機械的反復(fù)攪拌剪切形成的乳膠基質(zhì)粒子越小，形成的界面膜表面積越大，基質(zhì)表現(xiàn)出光滑、透明，相對較稀的狀態(tài)。這樣形成的油膜相對較薄，導(dǎo)致油膜包覆強度、彈性減弱，個別粒子因凝聚易產(chǎn)生破乳，儲存期內(nèi)可能發(fā)生變硬現(xiàn)象。由表3可以看出：當乳化機變頻器控制在40Hz～45Hz，對應(yīng)的乳化機轉(zhuǎn)速獲得的基質(zhì)狀態(tài)最好，能確保有效期內(nèi)乳化炸藥產(chǎn)品穩(wěn)定不硬化。且使用不同的乳化劑對應(yīng)最佳的乳化機轉(zhuǎn)速也有差別，高分子乳化劑要求乳化機轉(zhuǎn)度相對于Span-80要高得多。同時為減少開、關(guān)機時的尾料量，可利用鎮(zhèn)流器控制乳化機啟動電流，使乳化機在關(guān)機、啟動、帶料啟動過程中能保持平穩(wěn)轉(zhuǎn)速啟動，乳化起乳速度快。因此，選擇結(jié)構(gòu)合適的乳化機并保持乳化機合理穩(wěn)定轉(zhuǎn)速即可有效防止乳化炸藥破乳硬化。

2.結(jié)論

綜上所述，乳化炸藥具有密度高、爆速大、猛度高、抗水性能好、臨界直徑小、起爆感度好等優(yōu)點，在許多工程爆破領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于其容易受到硬化問題的干擾而導(dǎo)致炸藥性能的下降，所以為了保障炸藥的性能，應(yīng)該選用混合乳化劑，確保乳化炸藥產(chǎn)品有效期內(nèi)穩(wěn)定、不產(chǎn)生硬化，從而對改進和提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保使用安全有一定的幫助作用。 [科]

【參考文獻】

[1]徐國財，康西鵬.高分子材料對乳化炸藥穩(wěn)定性的影響[J].煤礦爆破，1996（01）.

[2]吳海青.乳化劑質(zhì)量指標對乳化炸藥性能影響探討[J].能源與環(huán)境，2011（05）.