专利名称：乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法
技术领域：
本发明涉及乳化炸药的领域，更具体地讲，涉及一种乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法。
背景技术：
乳化炸药是借助乳化剂的作用，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炸药。在实践中，如专利文献CN102001901A中记载的那样，可以在应用现场将乳胶基质和敏化剂混合后输送至爆破位置，使乳胶基质在爆破位置敏化形成乳化炸药。乳化剂是关系到能否形成稳定的油包水型乳胶基质的关键组分，其乳化能力的好坏直接影响乳化炸药的质量(例如，乳化炸药的稳定性)。乳化剂对乳化炸药稳定性的影响是由其分子结构所决定的，不管是离子型的表面活性剂还是非离子型的表面活性剂，其分子都具有亲水和亲油的两性基团，这样的基团在不相溶的“油水”界面上不仅可使其界面张力降低而利于其分散乳化，而且乳化剂分子在界面上的定向吸附和排列而形成的界面膜更有助于提闻乳状液的稳定性。对于乳化炸药用乳化剂产品，目前普遍存在检测指标指导性差、实际检验时间长、无法量化等缺点，缺少快速的乳化剂能力评价方法。市售的乳化剂产品提供了一些检测指标，例如关于Span-80的酸值、皂化值等，关于高分子乳化剂的氮含量、碱值等。在乳化炸药生产过程中，常出现以下问题对于不同厂家的产品，虽然其性能指标均达到了国家标准中的优级品，但是在生产条件、工艺参数等不变的前提下，不能保证稳定的、较好的使用效果，也就是说，有时使用效果较好，有的较差或根本无法使用。此外，对于表面活性剂经�？疾斓谋砻嬲帕δ壳俺Ｓ糜诓饬恳�-气之间的静态表面张力，无法对液-液界面进行动态表征，并且研究表明界面张力对稳定性的作用很小。因此，现有的乳化剂的相关检测指标无法有效指导乳化炸药的实际生产。因此，目前仍然采用间接的考察方法评价乳化剂的性能，即，先制备乳胶基质，然后通过考察乳胶基质的稳定性推断乳化剂的优劣。目前，评价乳胶基质稳定性的常用方法包括自然储存法、离心法、显微观察法、电导法、高低温循环法。自然储存法操作简单，且要经历一年四季气候的变化，数据比较可靠，因此是目前鉴别乳化炸药储存稳定性的最基础、最直接、最客观可靠的方法。但这种方法试验周期太长，受自然气候变化的影响较大，并且无法量化比较。离心法是考察乳状液稳定性常用的方法，但先前的研究表明离心力一般不是破乳的主要原因，因此离心沉降法试验的结果仅用来做参考。显微观察法可直观地从结构变化反映乳化炸药的稳定性。一般认为，油包水微粒尺寸越小，基质越稳定。但观察者的观察范围会直接影响对比结果，主观性太强。电导法可间接反映乳化炸药的整体稳定性。对于油包水型的乳状液，电导率很�。疾旃讨谢氏肝⒌谋浠苣岩鸬绲悸拭飨缘谋浠�。此外，电导法的考察时间较长，需要不断跟踪监测。高低温循环法反映了温度变化对炸药稳定性的影响，其只是从某个方面反映乳化炸药的稳定性，难以准确预测乳化炸药的稳定性。此外，高低温循环法的测试结果有时与自然储存法相悖。因为评价乳胶基质稳定性的上述常用方法本身存在诸多问题，所以通过这些方法考察乳胶基质的稳定性进而推断乳化剂优劣的方法也存在相应的问题
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决上述技术问题中的至少一个技术问题的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法。根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法包括下述步骤Ca)采用多种乳化剂中的每一种按照如下步骤分别制备包括72. 9wt%的硝酸铵、20wt%的水、O. lwt%的柠檬酸、2wt%的乳化剂、5wt%的国标GB/T7631. 13-1995中的46#机械油的乳胶基质(al)在加热条件下混合硝酸铵、柠檬酸与水形成水相，控制水相温度为70°C，析晶点为52±l°C，pH值为3. 8-4. O ;将乳化剂和国标GB/T7631. 13-1995中的46#机械油混合后加热熔化形成油相，控制油相温度为50°C，并用水浴保温；(a2)在敞开式乳化器的搅拌器转速为600r/min的状态下用2分钟将水相加入油相，在搅拌器转速为600r/min的状态下继续搅拌3分钟，从而制得乳胶基质，乳胶基质的制备量为5kg/次；以及(a3)将乳胶基质盛入容器中，并用60°C水浴保温；其中，敞开式乳化器包括动力装置、一端连接到动力装置的传动部分、连接到传动部分的另一端的搅拌器和容置搅拌器的圆柱形罐体，搅拌器是具有上下两层叶轮的推进式叶轮，圆柱形罐体的容积是10升，敞开式乳化器的搅拌功率是1000W ；(b)使用布氏粘度计测定多种乳胶基质中的每一种在60°C下的粘度；(c)比较多种乳胶基质的测得的粘度；以及(d)根据比较的结果来判断多种乳化剂的乳化能力的强弱，乳胶基质的粘度越大，则与该乳胶基质对应的乳化剂的乳化能力越强。根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法还可包括在步骤(a)之前执行的如下步骤在硅胶柱中采用石油醚冲掉乳化剂中的中性油组分；用甲醇将乳化剂中起乳化作用的有效组分淋洗下来；用旋转蒸发仪对淋洗下来的有效组分进行提纯；以及用国标150SN的中性油将提纯后的有效组分稀释至60wt%的浓度，得到处理过的乳化剂，其中，将处理过的乳化剂应用于步骤(a)。根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法操作简单，可快速有效地比较不同乳化剂的性能差别，特别适于生产企业对于原材料的质量监控。此外，根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法的评价结果与传统的自然储存法考察结果一致，具有很高的可信度。另外，根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法还具有可量化比较的优点。
具体实施例方式乳胶基质属于非牛顿流体中的胀塑性流体，它的粘度由外相粘度、内相粘度、分散相的体积浓度、乳化剂及其界面膜的性质、颗粒大小分布等决定，并且它的粘度作为表征流变性的重要参数与乳胶基质稳定性的关系密切。传统上认为，乳胶基质的粘度越大，则说明其越稳定(例如，宋锦泉等，乳化炸药的稳定性探讨，火炸药学报，2002年第I期第36-40页；开俊俊等，浅析界面性质对乳胶基质稳定性的影响，煤矿爆破，2010年第2期第9-12页)，但事实并非绝对如此。例如，在乳胶基质配方和/或乳化工艺不适当的情况下(例如，选用了性能较差的油相材料，并且在高速剪切下在短时间内乳化)，同样可以获得较高的粘度，但乳胶基质稳定性并不佳。也就是说，在很多情况下，乳胶基质的粘度与稳定性无必然的联系O因此，需要寻求合适的乳胶基质配方、乳化工艺、乳化装置和/或粘度测定方法和/或装置等，使得得到的乳胶基质的粘度与乳胶基质稳定性存在必然的联系。在这种情况下，乳胶基质的粘度可以正确地反映乳胶基质的稳定性(即，乳胶基质的粘度越大，则乳胶基质的稳定性越好)，由此才有可能通过乳胶基质的稳定性推断乳化剂的乳化能力的优劣。另一方面，乳胶基质的粘度受多种因素(例如，乳胶基质的配方、乳化工艺、乳化装置和/或测定粘度的方法和/或装置等)的影响，导致乳化剂的乳化能力(或者称为乳化剂的乳化效果)并不必然与由该乳化剂制备的乳胶基质的粘度存在联系。例如，在评价并比较多种乳化剂的乳化能力时，在使用高速剪切(lOOOr/min或更高)进行乳化来制备多种乳胶基质的情况下，乳胶基质均能获得较高的粘度，不能有效区分乳化剂带来的粘度差异，而在使用低速剪切(200r/min或更小)进行乳化来制备乳胶基质的情况下，制得的乳胶基质不稳定，易分层，更不能通过评价该乳胶基质的粘度来评价乳化剂的乳化能力。又例如，在乳胶基质配方选择不当，例如选用蜡含量比较高的配方时，乳胶基质粘度普遍在十几万以上，乳化剂性能差异带来的粘度差别较�。焕谧魑疾炷勘�。当固定乳胶基质的配方、乳化工艺、乳化装置和/或乳胶基质的粘度测定装置和/或粘度测定方法时，乳胶基质的内、外相物理性质、颗粒大小基本决定，因此乳胶基质粘度将主要取决于所选用的乳化剂及其界面膜的性质，乳化剂的性能越好，界面膜强度和紧密程度越佳，乳胶基质也就越稳定，表现出的征状就是乳胶基质粘度高。此时，粘度的表征在理论上才可用于比较乳化剂能力的优劣。因此，为了确立乳胶基质的粘度与乳化剂效果之间的必然联系，应固定乳胶基质的配方、乳化工艺、乳化装置和/或乳胶基质的粘度测定装置和/或粘度测定方法，使得由多种乳化剂分别制备的乳胶基质的粘度与所使用的乳化剂本身存在必然的联系，由此通过乳胶基质的粘度间接地、正确地评价或比较多种乳化剂的乳化能力。综上所述，为了确立乳胶基质的粘度与稳定性之间必然的联系以及乳胶基质的粘度与乳化剂效果(或乳胶基质的粘度与乳化剂)之间必然的联系，需要对乳胶基质配方、乳化工艺、乳化装置、测定乳胶基质粘度所采用的装置和/或测定乳胶基质粘度所采用的方法进行限定或固定。根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法包括对于多种乳化剂中的每一种，采用特定的乳胶基质配方、乳化工艺和乳化装置制备乳胶基质，采用特定的粘度测定装置测定不同的乳胶基质在同一温度下的粘度并比较测定得到的粘度，根据粘度的比较结果来评价乳化剂的乳化能力。
根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法中使用的乳胶基质包括72. 9wt%的硝酸铵、20wt%的水、O. lwt%的柠檬酸、2wt%的乳化剂、5wt%的国标GB/T7631. 13-1995中的46#机械油(一种中性油，下文中简称为国标46#机械油)。上述乳胶基质配方中水含量较高，水相析晶点较低(52土 ΓΟ，这充分保证了水相在乳化过程中不析晶。在根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法中使用的乳化装置是结构简单的敞开式乳化器，其包括动力装置、一端连接到动力装置的传动部分、连接到传动部分的另一端的搅拌器和容置搅拌器的圆柱形罐体。在敞开式乳化器的工作过程中，动力装置驱动传动部分旋转，使得处于传动部分另一端的搅拌器旋转，从而对圆柱形罐体中的物料进行搅拌，使物料被乳化。优选地，搅拌器是具有上下两层叶轮的推进式叶轮，保证了油水两相在低转速搅拌下能取得良好的乳化效果。优选地，圆柱形罐体的容积是10升，敞开式乳化器的搅拌功率是1000W。 在根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法中，采用下述工艺来制备乳胶基质(a)在加热条件下混合硝酸铵、柠檬酸与水形成水相，控制水相温度为70°C，析晶点为52土1°C，pH值为3. 8-4. O ;将国标46#机械油和乳化剂混合后加热熔化形成油相，控制油相温度为50°C，并用水浴保温；(b)在乳化装置的搅拌器转速为600r/min的状态下用2分钟将水相加入油相，在搅拌器转速为600r/min的状态下继续搅拌3分钟，从而制得乳胶基质，乳胶基质的制备量为5kg/次；以及(c)将乳胶基质盛入容器中，并用60°C水浴保温。在根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法中，600r/min的低速搅拌乳化避免了高速剪切带来的粘度的陡增，更充分体现乳化剂自身带来的界面粘度差异。用于乳化炸药的高分子乳化剂中除了有效成分之外，通�：兄行杂�(例如国标150SN中性油)。对于乳化剂产品中有效成分的含量相差很大、或者不知道乳化剂产品的准确有效成分含量、或者外观形态差别、自身粘度差别很大的乳化剂产品进行对比时，为消除乳化剂产品自身浓度及中性油组分的差别带来的影响，精确对比其中有效成分的乳化能力，需要预分离有效成分并制备具有均一的有效成分含量的测试样品。具体地讲，首先在硅胶柱中采用石油醚冲掉高分子乳化剂中的中性油组分，再用甲醇将其中起乳化作用的有效组分淋洗下来，并用旋转蒸发仪提纯淋洗下来的有效组分，对于提纯后的样品用国标150SN的中性油稀释至60wt%的浓度，再采用本发明的乳化剂乳化能力的评价方法进行测试。如此，可以有效避免乳化剂本身所含稀释油含量等对乳胶基质粘度的影响，结果可以更加准确反映出高分子乳化剂产品中所含有效成份的乳化能力。对于外观差别不大的乳化剂样品(例如，在常温下同为液体或固体，和/或100°C下的运动粘度之差不超过400cSt，优选地不超过300cSt，更加优选地不超过200cSt，最优选地不超过IOOcSt),可以不必执行上述的预分离有效成分并制备具有均一的有效成分含量的测试样品的步骤。在这种情况下，可以采用本发明的方法直接评价乳化剂产品的乳化能力。在根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法中，使用布氏粘度计作为所述特定的粘度测定装置测定乳胶基质在60°C下的粘度。因为乳胶基质的温度对其粘度影响较大，所以为避免温度对粘度的影响，在本发明中测定各乳胶基质在60°C下的粘度。此外，按照上述的乳胶基质配方和制备工艺，乳胶基质在60°C下具有较好的流动性，有利于采用布氏粘度计进行测量。
在根据本发明的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法中，根据乳胶基质粘度的比较结果来评价乳化剂的乳化能力。具体地讲，粘度越大，乳化剂的乳化能力越强；粘度越�。榛恋娜榛芰υ饺酢Ｏ旅娌握帐纠愿荼痉⒚鞯娜榛ㄒ┯萌榛恋娜榛芰Φ钠兰鄯椒ㄗ鼋徊降乃得鳌Ｊ纠� I 采用根据本发明的乳化剂乳化能力的评价方法评价市售高分子乳化剂A、B、C、D的乳化能力。高分子乳化剂A是锦州惠发天合化学有限公司生产的R102乳化剂，高分子乳化剂B是路博润公司生产的LZ2820乳化剂，高分子乳化剂C是北京矿冶研究总院生产的BEF乳化剂，高分子乳化剂D是锦州石化六厂生产的T154乳化剂。高分子乳化剂A、B、C、D的相关技术指标如下面的表I所示。表I
权利要求
1.一种乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法，其特征在于包括下述步骤 Ca)采用多种乳化剂中的每一种按照如下步骤分别制备包括72. 9wt%的硝酸铵、20wt%的水、0. lwt%的柠檬酸、2wt%的乳化剂、5wt%的国标GB/T7631. 13-1995中的46#机械油的乳月父基质 (al)在加热条件下混合硝酸铵、柠檬酸与水形成水相，控制水相温度为70°C，析晶点为52±l°C，pH值为3. 8-4. 0 ;将乳化剂和国标GB/T7631. 13-1995中的46#机械油混合后加热熔化形成油相，控制油相温度为50°C，并用水浴保温； (a2)在敞开式乳化器的搅拌器转速为600r/min的状态下用2分钟将水相加入油相，在搅拌器转速为600r/min的状态下继续搅拌3分钟，从而制得乳胶基质，乳胶基质的制备量为5kg/次；以及 (a3)将乳胶基质盛入容器中，并用60°C水浴保温； 其中，敞开式乳化器包括动力装置、一端连接到动力装置的传动部分、连接到传动部分的另一端的搅拌器和容置搅拌器的圆柱形罐体，搅拌器是具有上下两层叶轮的推进式叶轮，圆柱形罐体的容积是10升，敞开式乳化器的搅拌功率是1000W ； (b)使用布氏粘度计测定多种乳胶基质中的每一种在60°C下的粘度； (c)比较多种乳胶基质的测得的粘度；以及 (d)根据比较的结果来判断多种乳化剂的乳化能力的强弱，乳胶基质的粘度越大，则与该乳胶基质对应的乳化剂的乳化能力越强。
2.根据权利要求I所述的乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法，其特征在于还包括在步骤(a)之前执行的如下步骤 在硅胶柱中采用石油醚冲掉乳化剂中的中性油组分； 用甲醇将乳化剂中起乳化作用的有效组分淋洗下来； 用旋转蒸发仪对淋洗下来的有效组分进行提纯；以及 用国标150SN的中性油将提纯后的有效组分稀释至60wt%的浓度，得到处理过的乳化剂， 其中，将处理过的乳化剂应用于步骤(a)。
全文摘要
本发明提供了一种乳化炸药用乳化剂的乳化能力的评价方法，该评价方法包括对于多种乳化剂中的每一种，采用特定的乳胶基质配方、乳化工艺和乳化装置制备乳胶基质，采用特定的粘度测定装置测定不同的乳胶基质在同一温度下的粘度并比较测定得到的粘度，根据粘度的比较结果来评价乳化剂的乳化能力。本发明的方法操作简单，可快速有效地比较不同乳化剂的性能差别，特别适于生产企业对于原材料的质量监控。此外，本发明的方法的评价结果与传统的自然储存法考察结果一致，具有很高的可信度。本发明的方法还具有可量化比较的优点。
文档编号G01N11/00GK102636414SQ20121013523
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月2日 优先权日2012年5月2日
发明者孙大为, 谭本岭, 马平 申请人:北京北矿亿博科技有限责任公司, 北京矿冶研究总院
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