田國湞，李海彬，馬 偉，要志清

(內(nèi)蒙古生力民爆股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯010300)

0 引言

形成乳化炸藥連續(xù)相的可燃材料是乳化炸藥不可缺少的組分,其質(zhì)量和性能直接關系到乳化炸藥的藥態(tài)、爆炸性能和穩(wěn)定性[1]。 油相材料選擇得當,不僅能提高爆炸性能和貯存穩(wěn)定性,而且能降低成本,達到事半功倍的效果[2]。 一般情況下,黏度合適的碳氫化合物均可作為乳化炸藥的可燃材料組分。 其選擇原則是:既要形成穩(wěn)定的油包水型乳膠,又要使乳化體系在確定的溫度下變得黏稠,不能流動[3]。 這就要求碳質(zhì)燃料組分具有隨著溫度的變化能提供不同黏稠度的能力。

目前,乳化炸藥專用蠟生產(chǎn)企業(yè)有荊門維佳實業(yè)有限公司、茂名華奧特蠟廠、南陽石蠟精細化工廠等。 大部分的廠家是以石蠟、地蠟、機油、凡士林和瀝青等石油產(chǎn)品為原料進行調(diào)配,配方各異,組分較多。 不同來源的商品石蠟和地蠟的內(nèi)部組成、碳數(shù)分布和正異構烷烴含量等均有一定差異,導致乳化效果各異[4-11]。 生產(chǎn)原料均為石油化工產(chǎn)品,屬于不可再生產(chǎn)品,隨著社會的發(fā)展其消耗量劇增。 尋找其替代產(chǎn)品成為目前能源領域研究的重要方向。

筆者采用以異辛醇改性的甘蔗蠟作為乳化炸藥的可燃材料,替代價格日益高漲、污染大、不可再生的石油產(chǎn)品,降低了對石油產(chǎn)品的依賴,有效地保護了職工的身體健康。 同時,異辛醇改性的甘蔗蠟具有分子結構簡單、界面張力小、組分單一的特點,更有利于乳化炸藥的生產(chǎn)和儲存。

1 試驗部分

1.1 試驗試劑與儀器

試驗中采用的試劑、儀器和對應的生產(chǎn)廠家見表1、表2。

表1 試驗試劑與生產(chǎn)廠家

表2 試驗儀器與生產(chǎn)廠家

1.2 酸值和轉(zhuǎn)化率的測定

酸值的測定參照NB/SH/T 0809—2010《天然蠟和合成蠟酸值測定法》[12]進行測定,方法步驟如下:

1)稱1 ～2 g 樣品,精確至0.001 g,將稱重的樣品裝入250 mL 燒瓶中,再加入40 mL 二甲苯,放在水浴中加熱使樣品溶解到溶液中,需要不時地搖晃樣品。

2)加3 ～5 滴酚酞指示劑,用醇化氫氧化鉀標準溶液滴定上述溶液,直到出現(xiàn)持久的粉紅色為止,粉紅色至少保持10 s,則認為達到滴定終點。滴定過程要一直充分地搖晃,記錄消耗的標準堿液的毫升數(shù)。

酸值的計算公式為:

式中:A 為滴定試樣所需氫氧化鉀標準溶液的體積,mL;N 為氫氧化鉀標準溶液的濃度,mol/L;B 為所用試樣的質(zhì)量,g。

轉(zhuǎn)化率的計算公式為:

1.3 合成

在裝有溫度計、分水器的1 000 mL 四口燒瓶中依次加入甘蔗蠟、異辛醇和催化劑,升溫至90 ℃,待甘蔗蠟全部溶解后繼續(xù)攪拌10 min,按照上述方法檢測酸值,然后在分水器上安裝冷凝管,打開真空泵開始反應,反應結束后將產(chǎn)物冷卻至室溫并進行酸值測試。

1.4 乳化炸藥的制備

制備乳化基質(zhì),具體配方見表3。 分別配置油相和水相,油相溫度控制在97 ℃左右,水相溫度控制在110 ℃左右[13-14]。 調(diào)節(jié)乳化機轉(zhuǎn)速為1 450 r/min,然后將水相緩慢加入油相中,待水相加入完畢后,繼續(xù)乳化2 min 即得到乳化基質(zhì)。

表3 乳化基質(zhì)的配方 %

將上述乳化基質(zhì)冷卻至52 ℃左右,加入質(zhì)量分數(shù)為2%的玻璃微球,攪拌均勻,即為乳化炸藥。

2 結果與討論

2.1 結構分析

產(chǎn)物結構通過紅外光譜分析,具體結果如圖1所示。

圖1 產(chǎn)物的紅外色譜分析

由圖1 可見,1 745.2 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰為酯C ═O 伸縮振動峰;1 179.6 cm-1處吸收峰為酯C—O—C 對稱伸縮振動;1 439 cm-1處羧基—OH吸收峰消失,表明游離酸的羧基全部參與反應生成了酯類化合物。

2.2 異辛醇的用量對轉(zhuǎn)化率的影響

在反應時間為3.5 h、反應溫度為210 ℃的條件下,改變異辛醇的添加量,考查異辛醇的百分比含量對反應轉(zhuǎn)化率的影響。 其結果如圖2 所示。

圖2 異辛醇的質(zhì)量分數(shù)對轉(zhuǎn)化率的影響

由圖2 可見,隨著異辛醇質(zhì)量分數(shù)的增加,產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率逐漸升高,當異辛醇的質(zhì)量分數(shù)達到3.5%時,產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率達到99.7%,說明甘蔗蠟中的游離酸已經(jīng)反應完全。 因此,得出異辛醇的最佳質(zhì)量分數(shù)為3.5%。

2.3 反應溫度對轉(zhuǎn)化率的影響

在異辛醇添加量為3.5%,反應時間為3.5 h的條件下,改變體系的反應溫度,考查溫度對反應轉(zhuǎn)化率的影響。 其結果如圖3 所示。

圖3 反應溫度對產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率的影響

由圖3 可見,當溫度升高至170 ℃時,反應開始加速,轉(zhuǎn)化率有明顯提升;當溫度達到210 ℃時,轉(zhuǎn)化率達到99.7%;繼續(xù)升高溫度,轉(zhuǎn)化率基本保持不變。 因此,得出最佳反應溫度為210 ℃。

2.4 反應時間對轉(zhuǎn)化率的影響

在異辛醇添加量為3.5%、反應溫度為210 ℃的條件下,改變體系的反應時間,考查反應時間對反應轉(zhuǎn)化率的影響。 其結果如圖4 所示。

圖4 反應時間對產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率的影響

由圖4 可見,隨著時間的增加,產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率快速提高,當反應達到3.5 h 后,產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率基本維持不變。 因此,確定該反應的最佳反應時間為3.5 h。

2.5 異辛醇改性甘蔗蠟在乳化炸藥中的應用

按照上述方法制備乳化炸藥,并對其儲存期和爆炸性能進行了試驗考查,結果見表4。

表4 乳化炸藥的性能測試結果

3 結語

1)采用甘蔗蠟和異辛醇為原料合成了異辛醇改性的甘蔗蠟,產(chǎn)物結構通過紅外光譜進行了確認。 以酸值為指標,探討了最佳的反應溫度為210 ℃,最佳反應時間為3.5 h,異辛醇的最佳添加量為3.5%。

2)用異辛醇改性的甘蔗蠟作為可燃材料制備了乳化炸藥,考查了該乳化炸藥的儲存期和爆炸性能。 結果表明:以異辛醇改性的甘蔗蠟制備的乳化炸藥儲存期達到300 d 以上,爆速、猛度及殉爆指標均滿足GB28286—2012《工業(yè)炸藥通用技術條件》的要求。