粘度對乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性影響的實驗研究

繆志軍，吳紅波，顏事龍，申夏夏，邢化島

(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽　淮南　232001)

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粘度對乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性影響的實驗研究

繆志軍，吳紅波，顏事龍，申夏夏，邢化島

(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，安徽淮南232001)

摘要：為了探討油相材料粘度對乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性的影響，以石蠟、3#蠟、內(nèi)蒙蠟、地蠟、華粵蠟為油相，采用NDJ-8S型粘度計測量了各油相的粘度，用滴定法測量了通過高低溫循環(huán)實驗后的乳膠基質(zhì)中硝酸銨的析晶量，并通過硝酸銨析出量的大小來表征乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，不同油相材料制成的乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性差別很大。粘度最大的3#蠟制成的乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性最好，石蠟次之，地蠟最小。因此可以得出，在一定范圍內(nèi)，油相材料粘度越大，乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性也越好，這對選擇合適油相材料來生產(chǎn)乳化炸藥有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：油相材料；乳膠基質(zhì)；粘度；穩(wěn)定性

乳化炸藥是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一代新型含水炸藥，它是指一類用乳化技術(shù)制備的油包水(W/O)乳膠型炸藥，因其具有良好的爆炸性能、抗水性能及有毒氣體少等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各類工程爆破。在乳化炸藥生產(chǎn)過程中，乳膠基質(zhì)質(zhì)量的好壞直接影響乳化炸藥產(chǎn)品的性能[1]。隨著對乳化炸藥需求量的不斷增加，使用的范圍不斷擴(kuò)大，功能不斷健全，對乳化炸藥提出了越來越高的要求。形成乳化炸藥連續(xù)相的油相材料是乳化炸藥不可缺少的重要組成部分，經(jīng)驗表明，如果油相材料選擇得當(dāng)，不僅能提高爆炸性能和貯存的穩(wěn)定性，而且能降低成本，達(dá)到事半功倍的效果。

國內(nèi)一些炸藥廠多以石蠟、地蠟、機油、凡士林和瀝青等石油產(chǎn)品為原料進(jìn)行油相調(diào)配，且配方組分較多，差異較大，形成的乳化炸藥穩(wěn)定性差異也很大[2]。文獻(xiàn)[3]從乳化液體系油水兩相的界面性質(zhì)，如界面張力、界面膜的性質(zhì)、界面電荷、界面粘度等方面進(jìn)行了研究，本文將以石蠟、3#蠟、內(nèi)蒙蠟、地蠟、華粵蠟為乳膠基質(zhì)的油相進(jìn)行測定和分析，探討不同粘度的油相對乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性的影響，為乳化炸藥的生產(chǎn)提供一定參考價值。

1實驗部分

1.1　實驗試劑與儀器

試劑：標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液、甲醛溶液、酚酞。

實驗儀器：NDJ-8S型數(shù)顯粘度計，HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，加熱裝置，電子天平，最大量程溫度計(200 ℃)，燒杯(250 mL)，玻璃棒，BEIJING—25 ℃低溫箱，恒溫干燥箱，堿式滴定管，酸式滴定管，玻璃皿。

1.2　粘度測定

采用NDJ-8S型數(shù)顯粘度計分別測石蠟、3#蠟、內(nèi)蒙蠟、地蠟、華粵蠟的粘度，每組測兩次取其平均值，選用4#轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為60 r/min，油相和水浴的溫度恒定為95 ℃，其測定結(jié)果如表1所示。

表1　不同油相粘度測定結(jié)果　　　(Pa·s)

注： 粘度1，粘度2分別表示第一次和第二次測量。

由表1可知，3#蠟的粘度最大，石蠟次之，地蠟的粘度最小。

1.3　乳膠基質(zhì)的制備

本次實驗乳膠基質(zhì)的基本配方如表2所示。

表2　乳膠基質(zhì)配方　　　(%)

1.4　乳膠基質(zhì)的高低溫循環(huán)實驗

將1#~5#乳膠基質(zhì)樣品放置在冰柜中，并將之置于50 ℃恒溫調(diào)溫箱內(nèi)保存8 h，然后再在-15 ℃的低溫箱內(nèi)存放16 h，作為一個溫度變化循環(huán)[4-5]。15 d后采用滴定法測量硝酸銨的析晶量，用硝酸銨析晶量的大小表征乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性。

1.5　乳膠基質(zhì)析晶量的測定

1) 析晶量的滴定。試驗將采用滴定法測硝酸銨的析晶量[6]，由于NH4+的酸性太弱(Ka=5.6×10-10)，故無法用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。硝酸銨析出后可以和甲醛發(fā)生反應(yīng)，生成質(zhì)子化六次甲基四胺和H+，所生成的酸(包括質(zhì)子化六次甲基四胺，Ka=7.1×10-6)可用已知濃度的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，滴定終點生成(CH2)6N4是弱堿，故突躍處在弱堿性范圍，用酚酞作指示劑，溶液呈微紅色即為終點。根據(jù)氫氧化鈉的用量就可以知道生成的硝酸量，從而知道析出硝酸銨的量。其反應(yīng)式為

(CH2)6N4H++3H++4OH-=(CH2)6N4+4H2O

而硝酸銨的析晶量反映了乳膠基質(zhì)的破乳程度，進(jìn)而能夠反映乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性的好壞。由上述反應(yīng)可知，lmol NH4+相當(dāng)于1mol H+。通過嚴(yán)格控制乳化基質(zhì)浸泡在水中的溫度、時間和乳膠與水的接觸表面積，測量炸藥中硝酸銨的析出量，以此預(yù)測乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性。

2) 乳膠基質(zhì)析晶量滴定。根據(jù)測定原理，對經(jīng)過高低溫循環(huán)后的五組乳膠基質(zhì)滴定實驗結(jié)果如表3所示。

表3　乳膠基質(zhì)析晶量滴定結(jié)果

2實驗結(jié)果與分析

2.1　硝酸銨析出量計算

通過記錄滴定不同成分乳膠基質(zhì)所用的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，并根據(jù)公式：

其中C為NaOH溶液的摩爾濃度(mol/L)，計算析出的硝酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實驗結(jié)果如表4所示。

表4　各樣品析出硝酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2　實驗結(jié)果分析

油相的粘度與析晶百分比的關(guān)系如圖1所示，粘度大的3#蠟所制得的乳膠基質(zhì)的析晶百分比最小，石蠟次之，地蠟制得的乳膠基質(zhì)析晶百分比最大。由此可知，在一定范圍內(nèi)，提高油相的粘度可以提高乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性。

增加油相粘度能夠提高基質(zhì)穩(wěn)定性的主要原因是，油相粘度增加使得液珠在連續(xù)相中運動的粘滯阻力增加，因而乳狀液分層、絮凝和聚集并且速度均下降，則穩(wěn)定性增加[7]。因此，3#蠟的粘度最大，硝酸銨析晶百分比最小，乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性最好；而粘度最小的地蠟，硝酸銨析晶百分比最大，乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性最差。另外，油相粘度增加后，形成的乳化膜強度增大，乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性也會提高。但是油相的粘度也不能過大，粘度過大后會造成乳化分散難度增加，易乳性下降，乳膠顆粒增大，穩(wěn)定性下降的情況。

3結(jié)論

1) 粘度最大的3#蠟制成的乳膠基質(zhì)穩(wěn)定性最好，石蠟次之，地蠟最小。

2) 油相的粘度對乳化炸藥的穩(wěn)定性有重要的影響，在一定范圍內(nèi)，提高油相粘度可以提高乳膠基質(zhì)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪旭光.乳化炸藥[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993：2-4.

[2]姚安梅，吳永欣，姚海洋，等.乳化炸藥專用蠟開發(fā)進(jìn)展及市場預(yù)測[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2012，13(3)：45-48.

[3]貝歇爾(美).乳狀液理論與實踐[M].北京：科學(xué)出版社，1978：85-98.

[4]黃文堯，顏事龍.炸藥化學(xué)與制造[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009：175-176.

[5]呂春緒.工業(yè)炸藥理論[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2003：302-304.

[6]任曉紅.甲醛法測定硝酸銨含量超百的原因分析及改進(jìn)[J].中氮肥，2010(5)：62-63.

[7]夏立新.油水界面膜與乳狀液穩(wěn)定性關(guān)系的研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用，2002，14(6)：623-627.

(責(zé)任編輯：何學(xué)華，吳曉紅)

Experimental Study on Effect of Viscosity on Emulsion Matrix Stability

MIAO Zhi-jun, WU Hong-bo, YAN Shi-long

SHEN Xia-xia, XING Hua-dao

(School of Chemical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

Abstract:In order to study the effect of oil phase material viscosity on stability of emulsion matrix, oil phase materials of emulsion explosive, such as paraffin, 3#wax, nei-meng wax, earth wax, and hua-yue wax were studied. oil phase materials viscosity was measured by NDJ-8S viscometer. Ammonium nitrate crystallization quantity of emulsion matrix was measured by titration method after the high-low temperature cycling experiment, and the stability of emulsion matrix was characterized by the ammonium nitrate crystallization quantity. The results showed that The stability of emulsion matrix made of different oil phase materials is very different. Stability of emulsion matrix made of 3#wax of the largest viscosity is the best, the paraffin is followed, and the earth wax minimum, which has a certain reference value for choosing appropriate oil phase material to produce emulsion explosive.

Key words:oil phase materials; emulsion matrix; viscosity; stability

作者簡介：繆志軍(1989-)，男，江蘇鹽城人，在讀碩士，研究方向：工業(yè)炸藥。

基金項目：高等學(xué)校博士學(xué)科點基金資助項目(20123415110004)

收稿日期：2014-12-19

中圖分類號：TD235.213

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-1098(2015)04-0028-03