N-羥甲基丙烯酰胺（NMA）對(duì)乳化基質(zhì)穩(wěn)定性的影響

李漢，王樹濤，才思雨，程秀蓮

（沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧沈陽110159）

N-羥甲基丙烯酰胺（NMA）對(duì)乳化基質(zhì)穩(wěn)定性的影響

李漢，王樹濤，才思雨，程秀蓮

（沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧沈陽110159）

為了增強(qiáng)乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性，在水相中添加了一種聚合物單體NMA（N-羥甲基丙烯酰胺），以乳化基質(zhì)穩(wěn)定性為目標(biāo)，用高低溫循環(huán)試驗(yàn)和高速離心法表征乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性，確定添加工藝。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，引發(fā)劑選用B種添加方式乳化基質(zhì)穩(wěn)定性最好，即引發(fā)劑在精乳開始時(shí)添加；單體NMA最適用量為0.6%，單體用量為0.6%時(shí)引發(fā)劑最適用量為0.013%.

應(yīng)用化學(xué)；乳化基質(zhì)；NMA；聚合穩(wěn)定性

乳化炸藥泛指一類用乳化技術(shù)制備的油包水（W/O）型抗水工業(yè)炸藥，是以氧化劑水溶液的微細(xì)液滴為分散相，懸浮在含有分散氣泡或空心玻璃微球或其他多孔性材料的似油類物質(zhì)構(gòu)成的連續(xù)介質(zhì)中，形成一種油包水型的特殊乳化體系。為了增強(qiáng)乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性，可以通過在水相中添加功能復(fù)合物、晶型改良劑，在油相中添加合適的碳質(zhì)燃料，也可以通過優(yōu)化乳化工藝等實(shí)現(xiàn)。其中，添加高分子聚合物增強(qiáng)乳化炸藥的穩(wěn)定性在國(guó)外已有較多報(bào)道，但在國(guó)內(nèi)，在水相中添加聚合物單體增強(qiáng)乳化基質(zhì)穩(wěn)定性的報(bào)道非常少。因此，本文就添加了一種聚合物單體N-羥甲基丙烯酰胺，并對(duì)乳化基質(zhì)中聚合作了討論，即以乳化基質(zhì)穩(wěn)定性為目標(biāo)，確定了引發(fā)劑的加入方式，單體、引發(fā)劑的最適添加量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 藥品

硝酸銨、尿素（天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠），硝酸鈉（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），50%NMA水溶液（廣州市煦和貿(mào)易有限公司），K12、石蠟、液蠟、微晶蠟、Span-80（AR）。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、電動(dòng)攪拌器(上海申順生物科技有限公司)、電熱溫煲（北京市永光明醫(yī)療儀器廠）、離心機(jī)（北京市永光明醫(yī)療儀器廠）、烘箱（無錫博奧試驗(yàn)設(shè)備有限公司）。

1.3 實(shí)驗(yàn)配方

乳化基質(zhì)基本配方由氧化劑鹽溶液、連續(xù)相碳質(zhì)燃料和乳化劑組成。表1給出了乳化基質(zhì)的基本配方。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

按照表1中的配方分別配置水相和油相，分別油浴保溫；將配置好的水相溶液以“先慢后快”的原則加到油相中，然后迅速將轉(zhuǎn)速提高到1 400 r/min，攪拌5 min，制得乳化基質(zhì)；用高低溫循環(huán)試驗(yàn)和高速離心實(shí)驗(yàn)表征乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與討論

乳化實(shí)驗(yàn)之前，將水相配方與一定量的NMA混合，加熱到95℃，制成水相溶液。當(dāng)NMA添加量為3%時(shí)，NMA與水相的相容性依然良好，乳化實(shí)驗(yàn)中NMA添加量在0.1%～1.2%，所以，在此范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)與水相不相容的問題。與基本配方制得的乳化基質(zhì)相比，添加適量NMA和引發(fā)劑得到的乳化基質(zhì)密度稍有減小，對(duì)裝藥等無影響，藥體顏色變深，但基質(zhì)穩(wěn)定性得到提高，高低溫循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)可以提高4次，有的離心2 h不析晶。

3 工藝的確定

3.1 引發(fā)劑添加方式的確定

實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了引發(fā)劑的4種添加方式：①乳化前將引發(fā)劑添加到油相中；②乳化開始時(shí)添加引發(fā)劑；③乳化完成后添加引發(fā)劑，具體為乳化5 min后添加引發(fā)劑；④乳化完成后，將乳化基質(zhì)溫度降低到74℃，加入引發(fā)劑攪拌均勻，升溫使單體迅速聚合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表1 乳化基質(zhì)的基本配方

表2 引發(fā)劑添加方式的影響

第一種添加方式中，乳化基質(zhì)穩(wěn)定性明顯降低，原因是提前將引發(fā)劑添加到油相中，引發(fā)劑攻擊Span-80雙鍵破壞Span-80的結(jié)構(gòu)，使Span-80乳化能力減弱；第三種添加方式中，乳盡管乳化完全，乳膠粒子直徑變小，但是乳化完全后，乳化基質(zhì)黏度已經(jīng)變大，引發(fā)劑加入后難以混合均勻，聚合效率不高，且可能只是局部發(fā)生聚合，穩(wěn)定性較差；第四種添加方式難以乳化，方法不可??；第二種添加方式效果最好，8次高低溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)基質(zhì)才變硬，原因是引發(fā)劑在乳化開始時(shí)添加，基質(zhì)黏度不大，易攪拌均勻，這種添加方式引發(fā)效率較高，引發(fā)劑對(duì)Span-80的影響較小，乳化基質(zhì)穩(wěn)定性最好，所以選用該種添加方式添加引發(fā)劑。

3.2 NMA量的確定

NMA量對(duì)乳化基質(zhì)穩(wěn)定性的影響如表3所示。

表3 NMA量對(duì)乳化基質(zhì)穩(wěn)定性的影響

從表3可看出，當(dāng)NMA添加量小于0.4%時(shí)，作用不明顯，甚至由于引發(fā)劑的加入導(dǎo)致穩(wěn)定性有所下降；當(dāng)NMA用量為0.6%時(shí)，基質(zhì)穩(wěn)定性最佳，在此濃度下，NMA被引發(fā)劑引發(fā)聚合，乳膠粒子黏度增大，且形成的聚合物為大分子帶支鏈結(jié)構(gòu)，可以纏繞在各個(gè)乳膠粒子之間，降低了乳膠粒子聚結(jié)的可能性；隨著NMA用量增大，基質(zhì)黏度增大，黏度增大不利于后期乳化，乳膠粒子直徑增大，高低溫循環(huán)過程中油水相易分離、易析晶破乳。從表3可以大致看出，NMA用量的平衡點(diǎn)在0.6%左右，當(dāng)用量增大到1.2%時(shí)穩(wěn)定性提升，原因可能是生成的聚合物的作用大于其吸水促進(jìn)硝酸銨析晶的作用，但考慮到成本和氧平衡問題，NMA用量不宜過大，控制在0.6%左右為宜。

3.3 引發(fā)劑量的確定

在表3中已經(jīng)看出，引發(fā)劑對(duì)乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性有不利影響，添加過多的引發(fā)劑會(huì)造成引發(fā)劑剩余，過少則會(huì)導(dǎo)致引發(fā)效率低或不能引發(fā)單體聚合。表4給出了NMA用量為0.6%時(shí)，引發(fā)劑的量對(duì)乳化基質(zhì)穩(wěn)定性的影響。

表4 引發(fā)劑量的影響

從表4可以看出，當(dāng)引發(fā)劑用量為0.013%，基質(zhì)穩(wěn)定性最好；當(dāng)用量達(dá)到0.02%時(shí)，基質(zhì)穩(wěn)定性明顯變差。這是因?yàn)檫^多的引發(fā)劑破壞乳化劑Span-80的雙鍵，使其乳化能力減弱，所以，單體的用量為0.6%時(shí)引發(fā)劑的量控制在0.013%為宜。

4 結(jié)論

從高低溫循環(huán)試驗(yàn)可以看出，NMA作為水相添加劑能夠明顯增強(qiáng)乳化基質(zhì)的穩(wěn)定性；引發(fā)劑選擇第二種方式添加，即精乳開始時(shí)添加引發(fā)劑，這種添加方式制得的乳化基質(zhì)穩(wěn)定性最佳；NMA的用量對(duì)乳化基質(zhì)穩(wěn)定性有較大影響，NMA用量不宜過大，控制在0.6%左右為宜，此時(shí)，基質(zhì)穩(wěn)定性較好；單體用量0.6%、引發(fā)劑用量在0.013%時(shí)能夠正常引發(fā)單體聚合，且制得乳化基質(zhì)穩(wěn)定性較高。

［1］汪旭光.乳化炸藥［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［2］徐國(guó)材.高分子材料對(duì)乳化炸藥穩(wěn)定性的影響［J］.煤礦爆破，1996（01）.

［3］陳志剛，楊榮杰.用高分子添加劑提高乳化炸藥的貯存穩(wěn)定性［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999（05）.

［4］張現(xiàn)亭，杜華善，王作鵬，等.三級(jí)煤礦高分子膠狀乳化炸藥的研究［J］.爆破器材，2001，30（06）.

［5］張顯丕.乳化炸藥爆轟性能研究［D］.淮南：安徽理工大學(xué)，2006.

〔編輯：張思楠〕

TQ436.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.115

2095－6835（2017）19－0115－02

王樹濤（1988—），碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要從事含能材料制備與表征和量化計(jì)算研究。