[科普中国]-炸药抗冻性

简介

乳化炸药是我国从七十年代末发展起来的一类新型安全环保型工业炸药，该炸药具有爆炸性能优良、抗水性能好，生产工艺简单，无污染等特点，是民爆行业鼓励开发应用的品种。近十年来，乳化炸药在我国已广泛使用。但在新疆北部高寒地区由于冬季气温低于零下30度，用户在进行爆破工程施工时，发现常规配方的乳化炸药抗冻性差，低温环境容易拒爆，必须采取回温措施才能正常使用，给用户方带来极大地不便。可见，提高乳化炸药抗冻性对冬季低温高寒地区用户的正常使用，具有十分重要的现实意义。

影响因素就产品配方而言，乳化炸药系由三相四组份组成，三相即水相、油相、气相 ，四组份即氧化剂、还原剂、乳化剂、发泡剂。乳状液是乳化炸药的基础，乳化炸药的各种性能和影响因素都和乳状液有关，乳状液的稳定性是提高乳化炸药抗冻性的关键。乳化炸药在高寒地区表现出抗冻性差，直接反应了乳状液不稳定的本质。影响乳化炸药抗冻性的主要因素有水相氧化剂析晶、水分含量、油相材料和敏化工艺等几个方面。

水相氧化剂析晶的影响

乳化炸药水相无机盐氧化剂过饱和水溶液 由水 、硝酸铵、硝酸钠 、氯化钾(煤矿型乳化炸药添加)等组成。乳化炸药水相的物理性质影响到乳胶基质的形成，对乳化炸药分散相聚结产生显著影响。乳化炸药在冬季低温储存和使用过程中，硝酸铵晶体析出是导致乳化炸药破乳失去爆炸性能的主要 因素之一。作为乳化炸药内相的氧化剂过饱和水溶液 ，由于硝酸铵在水中溶解后的温度梯度较大 ，当温度发生变化时，特别是界面膜强度较低时，更容易产生析晶，界面膜逐渐发生形变和收缩直至破损，造成乳状液体系不稳定，导致乳化炸药的抗冻性变差，在低温环境下不能正常爆轰。实践表明，在保证炸药爆炸性能和安全性的情况下，加入晶型改性剂，采用硝酸钠、尿素等物质组成混合氧化剂，来降低硝酸铵的析晶点，提高溶液乃至整个体系的稳定性，有利于提高乳化炸药抗冻性。采用混合氧化剂降低硝酸铵水溶液析晶点的原理，是利用硝酸铵与硝酸钠、尿素等化合物形成低共熔点混合物，使硝酸铵水溶液的析晶点降低。同时尿素具有防冻剂功效，加入后赋予乳化炸药抗低温能力，使乳化炸药在较低温度下仍具有 8号工业雷管感度。试验表明，尿素具有较强的降低硝酸铵水溶液的析晶点的能力，在乳化炸药组分中加入尿素可增大硝酸铵的溶解度，同时与硝酸铵形成“固液溶液”，使晶格单元的移动性受到了限制1。

水分含量的影响

乳化炸药的组分中，水是不可缺少的主要成分，是溶解硝酸盐的最好溶剂。乳化炸药生产中如何确定合理的含水量，既不明显降低能量，又能持久保持储存、抗冻等稳定性能，是乳化炸药研制与生产中一直高度重视的问题。我们知道，在一定的水分含量范围内，乳化炸药的稳定性随着水分含量的增加而提高。这是因为含水量减小，乳胶体水相的析晶点上升，当析晶量达到一定量时就会破坏油膜 ，乳化炸药稳定性降低；当含水量增加时，乳胶体水相的析晶点下降，不易析晶，稳定性提高。

油相材料的影响

在 W/O型溶液中油相材料作为连续相形成胶体 ，对乳化炸药陛能的影响是：(1)构成连续相。通过 自身的大分子长链结构，在乳化剂作用下，将分散相包覆起来 ，形成 W/O乳化液结构。

(2)作燃料可燃剂。乳化炸药的W/O结构使氧化剂水溶液分散的很细而且均匀，同时，与油相材料呈准分子态紧密连接排布，有利于爆轰的激发和传递，以保证乳化炸药具有最大能量；

(3)形成有一定强度的乳胶粒子的界面膜，这个膜应有一定的强度、厚度和韧性，其性能对乳化炸药的抗冻性有重要影响。

敏化工艺的影响

2008年冬季新疆北方地区频繁出现极端恶劣天气 ，高寒地区用户对乳化炸药低温受冻后拒爆(不采取回温措施)反映较普遍 ，分析认为，敏化气泡的部分丧失是乳化炸药稳定性破坏的原因之一，乳化炸药低温受冻后拒爆主要是化学发泡敏化工艺引入气泡时加入的外相水遇低温结晶，刺破界面膜导致部分气泡丧失。在新疆地区采用化学敏化方式生产乳化炸药，应考虑冬季低温因素。为此我们更换了新式乳化敏化机，采用双轴对辊 (转速可调 )、间断式螺旋叶片送料结构，物料混合时间延长了 50%，实现均匀混拌和均匀送料。同时调整化学敏化工艺参数，生产中严格控制发泡剂的加入量和敏化温度，以保证低温、快速发泡，有效避免后效作用，同时采用复合敏化方法提高乳化炸药的抗冻性。

方法(1)减少水相氧化剂析晶的影响，可加入适当的晶型改性剂，采用如尿素等物质组成混合氧化剂的方法，来降低硝酸铵的析晶点，提高溶液乃至整个体系的稳定性，有利于提高乳化炸药抗冻性。

(2)适当的含水量可以提高乳化炸药的稳定性 ，实验表明，产品配方中的含水量 13%左右的乳化炸药抗冻性较好。

(3)选择适当的油相材料使乳胶基质粘度增加，对一定的乳化炸药配方体系，可以通过调整油相，增加油膜的韧性、强度和厚度来提高乳化炸药的抗冻性。