CN104447146B - 一种深水耐压乳化炸药的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深水耐压乳化炸药的制备方法，包括以下步骤：水相制备过程：将水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂按8～11、75～80、10～15、0.1～0.2的重量百分比配制而成，加温到105～115℃保温；油相制备过程：将乳化剂和复合脂按1:2的重量比制得油相，并在85～90℃下保温；乳胶基质制备过程：将油相与水相按6～10：94～90的重量比进行乳化，形成乳胶基质，将乳胶基质冷却至55℃以下；敏化过程：乳胶基质与敏化剂按重量百分比97～98：3～2混合；所述敏化剂为空心玻璃微球。本发明在模拟深水环境条件下检测都符国标的要求，且在30m深水环境中浸泡5h后爆炸性能较好。

Description

一种深水耐压乳化炸药的制备方法

技术领域

本发明涉及民爆化工领域，具体涉及一种深水耐压乳化炸药的制备方法。

背景技术

随着国际国内贸易日趋频繁，对江河湖海的开发力度不断加大。港口新建、改建、扩建及航道施工，海洋石油勘探、钻井平台的建设施工、拆除及内陆江河港口航道建设等工程都在增加，在这些工程项目中，水下爆破无不发挥着重要的作用，而炸药在深水中的爆轰性能对爆破效果有很大的影响，有的大型水下爆破施工中，从装药到起爆的间隔时间较长，有时长达几十小时，由于静水压力和渗流作用炸药爆炸性能可能下降很明显，据有关报道，当水深10m时，爆速衰减11％，猛度衰减10％；而当水深增加到30m时，爆速将衰减26％，猛度衰减33％。而且由于压力增大还会使乳化炸药密度变大，起爆感度和传爆感度也会降低，爆破施工时必须加以重视。而近年来乳化炸药被广泛的应用于水下爆破，因此开展乳化炸药在水下爆破中的耐压性研究有重要的现实意义。本发明以重量轻体积大、导热系数低、分散性、流动性、稳定性好的空心玻璃微球作为乳化炸药中敏化剂材料，通过改变原胶状乳化炸药中敏化剂材料及含量，使得原有生产工艺产品因乳化基质中敏化剂分散不均，产品爆轰反应无法持续得到了解决。同时，由于深水静压的作用，可以利用空心玻璃微球稳定性好的特性，完成原胶状乳化炸药在大气环境下所能达到的作功能力。相比较原胶状乳化炸药敏化剂珍珠岩的颗粒要小得多的玻璃微球敏化的乳化炸药，玻璃微球含量对乳化炸药深水压力性能具有显著的影响。含量增加时，炸药的耐压性能和爆炸性能得到显著改善，配比相对较低的含量时己经能提供较多的“热点”。但是否是含量越高炸药的耐压性能和爆炸性能就持续提高呢？试验结果表明，在一定含量区间内，当含量再增加时，炸药的耐压性能继续得到改善，但超过一定临界值后其耐压性性能反而下降了。经实验研究发现玻璃微球也是惰性物质，导致其含量较高时爆炸性能降低。所以对于深水耐压乳化炸药敏化剂的研究，要从敏化剂种类、含量及乳化炸药的复原性着手，达到较优耐压性能和爆炸性能的深水耐压型乳化炸药。

乳化炸药是通过乳化剂及机械剪切的乳化作用，将以极小的液滴分散在油相材料中而形成一种油包水(W/O)特殊乳胶体系。针对乳化剂在深水耐压型乳化炸药性能及产品研究中重要影响，对于乳化剂种类的选择以及含量大小的确定成为提高乳化炸药耐压性能的重要前提。区别原胶状乳化炸药在不同环境下产品的性能表现，选择复合型乳化剂成为首选。选用复合乳化剂，确定最优含量，可以得到较优耐压性能和爆炸性能，这是由于在乳化时两种乳化剂互为补充促进，改善其乳化性能。降低界面张力和改善界面膜的结构，形成具有良好界面活性和优良界面膜的乳化炸药。同时两组分在界面上可能吸附形成油包水(W/O)特殊乳胶体系。

因为深水耐压型乳化炸药在水下爆破作业中的重要角色，所以对于其研究发展和推广应用变得尤为重要。而对于深水耐压型乳化炸药的研究，主要是对其配方的调整及变更来实现的，所以深水耐压型乳化炸药的敏化剂及乳化剂的研究是研究发展的主要方向。

发明内容

本发明采用复合乳化剂(Tl55+span-80按1:1配比)和敏化剂为空心玻璃微球解决了上述技术问题，提供了一种稳定性能及成本低的深水耐压乳化炸药的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种深水耐压乳化炸药的制备方法，包括以下步骤：

水相制备过程：

将水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂按8～11％、75～80％、10～15％、0.1～0.2％的重量百分比配制而成，并加温到105～115℃保温待用；

油相制备过程：

将乳化剂和复合脂按1:2的重量比制得油相，并在85～90℃下保温待用；

所述乳化剂为复合乳化剂，所述复合乳化剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺和失水山梨糖醇脂肪酸酯的混合物，其重量配比为1:1；

所述复合脂的组分及重量百分比为：动物油脂或植物油脂60～80％、地蜡10～35％、聚合物2～10％、抗氧剂0.1～2.0％；所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、石油树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的一种或几种混合；

乳胶基质制备过程：

将油相与水相按6～10：94～90的重量比进行乳化，形成乳胶基质，将乳胶基质冷却至55℃以下备用；

敏化过程：

乳胶基质与敏化剂按重量百分比97～98％：3～2％混合，即完成了乳胶基质的敏化，得到了所述的深水耐压型乳化炸药；

所述敏化剂为空心玻璃微球。

其中，油相制备过程中所述复合脂的制备过程如下：

按原料各组分及重量比配方备料，将地蜡、聚合物组分置于反应釜中在120℃～150℃加热熔化，并在转速120～400r/min下搅拌均匀；将熔化、混合好的地蜡及聚合物混合液冷却至80℃～120℃，加入动物油脂或植物油脂及抗氧剂，搅拌均匀；冷却出料，将搅拌混合的制品冷却至常温、凝固。

其中，水相制备过程中，水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂重量百分比为：9.1％、79.3％、11.4％和0.2％。

其中，所述空心玻璃微球的密度在0.3～0.5g/cm³之间，粒径在35～75um之间。

为了实现上述发明目的，本发明采用的另一技术方案为：

一种深水耐压乳化炸药的制备方法，包括以下步骤：

水相制备过程：

将水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂按8～11％、75～80％、10～15％、0.1～0.2％的重量百分比配制而成，并加温到105～115℃保温待用；

油相制备过程：

将乳化剂和复合脂按1:2的重量比制得油相，并在85～90℃下保温待用；

所述乳化剂为复合乳化剂，所述复合乳化剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺和失水山梨糖醇脂肪酸酯的混合物，其重量配比为1:1；

所述复合脂的组分及重量百分比为：机油60～80％、地蜡10～35％、凡士林2～10％、抗氧剂0.1～2.0％；

乳胶基质制备过程：

将油相与水相按6～10：94～90的重量比进行乳化，形成乳胶基质，将乳胶基质冷却至55℃以下备用；

敏化过程：

乳胶基质与敏化剂按重量百分比97～98％：3～2％混合，即完成了乳胶基质的敏化，得到了所述的深水耐压型乳化炸药；

所述敏化剂为空心玻璃微球。

其中，水相制备过程中，水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂重量百分比为：9.1％、79.3％、11.4％和0.2％。

其中，所述空心玻璃微球的密度在0.3～0.5g/cm³之间，粒径在35～75um之间。

本发明的有益效果为：采用性能稳定、原料易得的空心玻璃微球和复合脂作为主要原料同时使用性能优异的乳化剂，制作而成的乳化炸在深水条件下，产品符合乳化炸药GB18095—2000的性能要求，确定选用复合乳化剂(Tl55+span-80按1:1配比)，当乳化剂含量为2％～4％时，乳化炸药有较优的耐压性能和爆炸性能。在乳化时两种乳化剂互为补充促进，改善其乳化性能。用高分子乳化剂与Span-80复配，有利于降低界面张力和改善界面膜的结构，形成具有良好界面活性和优良界面膜的乳化炸药。同时两组分在界面上可能吸附形成“复合物”，有利于提高乳化炸药的耐压性能。本发明的深水耐压型乳化炸药比现有技术生产的乳化炸药，在不增加贵重金属及单质炸药的前提下，在威力、感度、传爆性能、密度等方面都有显著的提高，能够满足深水环境下的爆破施工。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。

失水山梨糖醇单油酸酯(Span-80)是琥珀色至棕色油状液体，有脂肪气味，无毒，难溶于水，溶于热油及有机溶剂，是高级亲油性乳化剂。

聚异丁烯多丁二酰亚胺(T155)是以高活性聚异丁烯为原料、采用热加合工艺制备的无灰分散剂。具有良好的清净性和低温油泥分散性。

本发明采用的乳化剂为复合乳化剂，所述复合乳化剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺和失水山梨糖醇脂肪酸酯的混合物，其重量配比为1:1；其制备工艺步骤为：先称取需乳化剂失水山梨糖醇单油酸酯(Span-80)，再与其等量聚异丁烯多丁二酰亚胺(T155)按1：1的质量分数进行混合，搅拌，混合均匀，备用。研究乳化剂对乳化炸药耐深水压力性能的影响。当乳化剂用量低于临界用量时，不仅乳化能力下降，而且油膜的黏弹性降低，油膜较薄，乳胶粒子变大，内相易聚结，对炸药的爆炸性能和抗压性能都不利，达到饱和吸附后，吸附量极值在定温下是定值，再增加乳化剂用量也不会降低表面张力，对炸药抗压性能已没有贡献。确定选用复合乳化剂(Tl55+span-80按1:1配比)，当乳化剂含量为2％～4％时，乳化炸药有较优的耐压性能和爆炸性能。在乳化时两种乳化剂互为补充促进，改善其乳化性能。用高分子乳化剂与Span-80复配，有利于降低界面张力和改善界面膜的结构，形成具有良好界面活性和优良界面膜的乳化炸药。同时两组分在界面上可能吸附形成“复合物”，有利于提高乳化炸药的耐压性能。

复合脂的组分及重量百分比为：

1)动物油脂或植物油脂60～80％、地蜡10～35％、聚合物2～10％、抗氧剂0.1～2.0％，其中动物油脂有较低的凝固点及较高的粘度，有利于乳化炸药良好药态的形成，加入比例为地沟毛油的10～40％，使植物油脂和动物油脂的配比之和达到100％，所述的地蜡为65#地蜡、70#地蜡、75#地蜡、80#地蜡、85#地蜡、90#地蜡的一种或几种混合物，地蜡取自残渣润滑油，具有极强的亲油能力，能改善油脂的结晶细度，不同程度提高油脂的熔点、硬度并增强韧性。所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、石油树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物的一种或几种混合物。聚乙烯是一种乙烯基的直链状聚合物，相对分子质量为5000～20000的聚乙烯效果较为理想，可提高油脂的硬度、滴点及密封强度；聚丙烯一般为无规聚丙烯，能够改善乳化炸药的外观状态，增强乳化炸药的弹塑性；其他聚合物作用类似，用量一般不超过10％。所述的抗氧剂为丁基羟基茴香醚(BHA)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、2，6-二叔丁基对甲酚(BHT)、2，4，6-三叔丁基苯酚(246)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(168)的一种或几种混合物。当其在油脂或聚合物体系中少量存在时，就可延缓或抑制油脂或聚合物氧化过程的进行，从而阻止油脂或聚合物的酸败或老化，实际使用经常为几种抗氧剂的复合，以利用各种助剂之长，配合使用，产生协同效应，一般用量不超过2％。

2)机油60～80％、地蜡10～35％、凡士林2～10％、抗氧剂0.1～2.0％；

复合蜡为乳化炸药专用复合脂，其也可采用福建达安能源实业有限公司生产的乳化炸药专用复合脂。

在油相材料含量相同的条件下，1)复合脂油相制备炸药耐压性能要优于机油、凡士林、石蜡混合作为油相制备炸药的耐压性能。因为1)复合脂粘度增大，形成的乳化膜强度增大，用1)复合脂制备的乳化炸药分散相粒子细小且分布均匀，药体有较好的弹性，利于炸药的抗压性能。但产品中1)复合脂对其储存期的稳定性具有较大的影响，所以需通过其粘度值来确定1)复合脂的含量，并由半精炼石蜡、石蜡等来调节。同时，1)复合脂含有大量的不饱和和饱和脂肪族化合物及甘油基等碳氢化合物，可作为还原剂与硝酸铵等发生化学反应，并在此反应中放出大量的热能，符合乳化炸药生产要求。

空心玻璃微球是一种中空密闭的正球形、粉沫状的超轻质填充材料。视粒径、壁厚其真实密度在0.12～0.60g/cm3之间，粒径在15～135um之间(内含多种规格)。具有重量轻体积大、导热系数低、分散性、流动性、稳定性好的优点。另外，还具有绝缘、自润滑、隔音隔热、不吸水、耐腐蚀、防辐射、无毒等优异性能。本产品可填充于绝大部分类型的热固性、热塑性树脂产品中，可改善或决定材料的如下几个性质：密度(降低)、流动性、粘度(降低)、流变性质(增稠、不流挂)、磨砂效果、收缩(降低)、机械加工性(提高)、冲击强度、硬度、绝缘、爆炸物性能、声学性质、隔热保温性质。

本发明采用的敏化剂为空心玻璃微球，其作用是在乳化基质中引入均匀分布的微小气泡，当乳化炸药发生爆轰时，冲击波掠过乳化炸药，压缩空气泡形成“热点”，“热点”引起周围炸药的燃烧并转爆轰，并为后爆的乳化炸药提能量，从而使炸药爆轰反应持续下去。在深水环境中，乳化炸药虽受到环境压力，但由于空心玻璃微球的主要成分是硼硅酸盐，其外壳较坚硬，抗压强度较高，保护了玻璃微球中的微小气泡，当受冲击波绝热压缩作用时小气泡内部温度急剧升高形成“热点”。

研究敏化剂对乳化炸药耐深水压力性能的影响。在深水压力长时间的作用下，敏化气泡缩小和密度过分增大是化学敏化乳化炸药爆轰性能下降的主要原因；单位体积的热点相对较少和密度过分增大是珍珠岩敏化乳化炸药爆轰性能下降的主要原因；单位体积的热点相对较多，是玻璃微球敏化的乳化炸药密度过分增大时，爆轰性能依然下降不明显的主要原因。而确定当玻璃微球含量为2％～3％时，具备较优的耐压性能和爆炸性能。对于玻璃微球敏化的乳化炸药，玻璃微球含量增加时，炸药的耐压性能和爆炸性能得到显著改善，这主要是“热点”数显著增加的结果，玻璃微球敏化剂的颗粒相对珍珠岩的颗粒要小得多，所以其当相对较低的含量时己经能提供较多的“热点”；当含量再增加时，炸药的耐压性能虽能继续得到改善，但由于玻璃微球也是惰性物质，含量较高时爆炸性能也必然降低。

实施例1

a)用T155(聚异丁烯多丁二酰亚胺)与Span-80(失水山梨糖醇脂肪酸酯)各50％配制成复合乳化剂，再与复合脂按33％、67％配制成油相，搅拌加热至85℃后待用；

所述复合脂的组分及重量百分比为：动物油脂或植物油脂60～80％、地蜡10～35％、聚合物2～10％、抗氧剂0.1～2.0％；

b)用水、硝酸铵、硝酸钠、NNO按9.1％，79.3％，11.4％，0.2％百分比配制成水相，加温到105～115℃；

c)水相与油相按93.25％、6.75％比例进入乳化器乳化，乳化完成后，乳胶基质浸水冷却至55℃以下，并与玻璃微球按98％、2％比例进入螺旋敏化器实现充分混合，即制成本发明所述的深水耐压型乳化炸药；

d)上述制得的乳化炸药其装药密度为1.21～1.25g/cm3，在模拟水深30m，装药时间5h环境下，测得其性能为:爆速4800～5400m/S，殉爆4～6㎝，爆轰完全，性能良好。

实施例2

a)用T155(聚异丁烯多丁二酰亚胺)与Span-80(失水山梨糖醇脂肪酸酯)各50％配制成复合乳化剂，再与复合脂按33％、67％配制成油相，搅拌加热至85℃后待用；

所述复合脂的组分及重量百分比为：机油60～80％、地蜡10～35％、凡士林2～10％、抗氧剂0.1～2.0％；

b)用水、硝酸铵、硝酸钠、NNO按9.1％，79.3％，11.4％，0.2％百分比配制成水相，加温到105～115℃；

c)水相与油相按93.25％、6.75％比例进入乳化器乳化，乳化完成后，乳胶基质浸水冷却至55℃以下，并与玻璃微球按98％、2％比例进入螺旋敏化器实现充分混合，即制成本发明所述的深水耐压型乳化炸药；

d)上述制得的乳化炸药其装药密度为1.21～1.25g/cm3，在模拟水深30m，装药时间5h环境下，测得其性能为:爆速4800～5400m/S，殉爆4～6㎝，爆轰完全，性能良好。

对比例

选用机油、凡士林、地蜡、石蜡混合再与乳化剂Span-80按2：1配制成油相，搅拌加热至85℃后待用；用水、硝酸铵、硝酸钠、NNO按9.1％，79.3％，11.4％，0.2％百分比配制成水相，加温到105～115℃，水相与油相按93.25％、6.75％进入乳化器乳化，乳胶基质通过浸水冷却至55℃以下，乳胶基质中加入15％浓度亚硝酸钠2.5％，即制成现有一般的乳化炸药。

在30m深水环境中浸泡5h后爆炸性能进行对比，数据见表

综上所述，本发明配方制成的乳化炸药在模拟深水环境条件下检测都符合GB18095—2000的要求，可作为深水耐压型乳化炸药理想的配方，且在30m深水环境中浸泡5h后爆炸性能较好，同时，采用复合脂作为油相材料耐压性能明显优于原胶状乳化炸药配方的油相构成。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种深水耐压乳化炸药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

水相制备过程：

将水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂按8～11％、75～80％、10～15％、0.1～0.2％的重量百分比配制而成，并加温到105～115℃保温待用；

油相制备过程：

将乳化剂和复合脂按1:2的重量比制得油相，并在85～90℃下保温待用；

所述乳化剂为复合乳化剂，所述复合乳化剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺和失水山梨糖醇脂肪酸酯的混合物，其重量配比为1:1；

所述复合脂的组分及重量百分比为：动物油脂或植物油脂60～80％、地蜡10～35％、聚合物2～10％、抗氧剂0.1～2.0％；所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚异丁烯、石油树脂、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物中的一种或几种混合；

乳胶基质制备过程：

将油相与水相按6～10：94～90的重量比进行乳化，形成乳胶基质，将乳胶基质冷却至55℃以下备用；

敏化过程：

乳胶基质与敏化剂按重量百分比97～98％：3～2％混合，即完成了乳胶基质的敏化，得到了所述的深水耐压型乳化炸药；

所述敏化剂为空心玻璃微球；

油相制备过程中所述复合脂的制备过程如下：

按原料各组分及重量比配方备料，将地蜡、聚合物组分置于反应釜中在120℃～150℃加热熔化，并在转速120～400r/min下搅拌均匀；将熔化、混合好的地蜡及聚合物混合液冷却至80℃～120℃，加入动物油脂或植物油脂及抗氧剂，搅拌均匀；冷却出料，将搅拌混合的制品冷却至常温、凝固；

水相制备过程中，水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂重量百分比为：9.1％、79.3％、11.4％和0.2％；

所述空心玻璃微球的密度在0.3～0.5g/cm³之间，粒径在35～75um之间。

2.一种深水耐压乳化炸药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

水相制备过程：

将水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂按8～11％、75～80％、10～15％、0.1～0.2％的重量百分比配制而成，并加温到105～115℃保温待用；

油相制备过程：

将乳化剂和复合脂按1:2的重量比制得油相，并在85～90℃下保温待用；

所述乳化剂为复合乳化剂，所述复合乳化剂为聚异丁烯多丁二酰亚胺和失水山梨糖醇脂肪酸酯的混合物，其重量配比为1:1；

所述复合脂的组分及重量百分比为：机油60～80％、地蜡10～35％、凡士林2～10％、抗氧剂0.1～2.0％；

乳胶基质制备过程：

将油相与水相按6～10：94～90的重量比进行乳化，形成乳胶基质，将乳胶基质冷却至55℃以下备用；

敏化过程：

乳胶基质与敏化剂按重量百分比97～98％：3～2％混合，即完成了乳胶基质的敏化，得到了所述的深水耐压型乳化炸药；

所述敏化剂为空心玻璃微球；

水相制备过程中，水、硝酸铵、硝酸钠和阴离子表面活性剂重量百分比为：9.1％、79.3％、11.4％和0.2％；

所述空心玻璃微球的密度在0.3～0.5g/cm³之间，粒径在35～75um之间。