浅谈乳化炸药的乳化剂
[摘 要]乳化炸药是用乳化技术制备的油包水（W/O）型抗水工业炸药，乳化炸药的乳化效果、炸药爆轰性能和储存稳定性与乳化剂的品种和质量等有着密切联系。乳化剂的选择与乳化剂的HLB值、分子构成等因素有关。
[Abstract] Emulsion explosive is a kind of water-in-oil (W/O) type water-resistant industrial explosives prepared by emulsion technology. The emulsification effect, detonation performance and storage stability of the explosive are closely related with the variety and quality of emulsifying agent. The choice of emulsifier is according to its HLB value, molecular structure and other factors.
[关键词]乳化炸药，乳化剂，分子构型
一 引言
乳化炸药是通过乳化剂的作用，使氧化剂的水溶液的微滴均匀地分散在含有空气泡或空心微球等多孔性物质的油相连续介质中，形成的一种油包水型的含水炸药。乳化炸药主要由四种组分：形成分散相的氧化剂盐水溶液，形成连续相的油相燃料，悬浮于分散介质敏化气体组分及油包水乳化剂。虽然乳化剂在乳化炸药中只占总重量的1.0-2.5%，但是，它对乳化效果、炸药爆轰性能和储存稳定性均起着重要的作用。
本文对结合乳化炸药的结构特性并结合生产实践，对乳化炸药专用乳化剂进行了阐述，并对影响乳化剂性能的因素进行了分析。
二 乳化剂的分类
乳化剂一般分为四大类：表面活性剂类乳化剂、高分子类乳化剂、天然产物类乳化剂以及固体粉末乳化剂。
其中以表面活性剂类乳化剂最重要，因为它能按乳状液性质的需要进行设计和合成。目前，无论在数量上还是品种上，或者从发展的前景上，其它类型的乳化剂都无法与之相比拟。
表面活性剂可分为：（1）阴离子型活性剂：在水中解离后，起活性作用的是阴离子基团，它又可分为两种类型，盐类型和酯盐类型，是目前应用最广泛的一类表面活性剂，即可作洗涤剂，也可做起泡剂、乳化剂、分散剂和增溶剂等。（2）阳离子型活性剂：该类物质在水中解离后，其活性作用的是阳离子，常见有胺盐型、季胺盐型和多乙烯多胺盐型，大多数用于杀菌、缓蚀、防腐、织物柔软和抗静电等方面。（3）非离子表面活性剂：这类表面活性剂溶于水后不发生解离，其极性基部分大多为氧乙烯基、多元醇和酰胺基。聚氧乙烯非离子活性由其所含氧乙烯基的数目来控制。常见的有酯类（如失水山梨醇脂肪酸酯）、醚类、胺类、酰胺类。非离子活性剂的原料来源广泛，性质稳定，不受盐类及溶液PH的影响，而且可与阴、阳、两性离子型表面活性剂混合使用，在水和有机溶剂中均溶解，因而应用范围极为广泛。（4）两性活性剂：从广义上讲，分子结构中含有两种及两种以上极性基团的表面活性剂，均称两性活性剂。这类表面活性剂具有许多独特的性质。具有较好的抗盐性，且兼备阴离子型和阳离子型两类表面活生剂的特点。（5）高分子型表面活性剂：该类表面活性剂的相对分子质量一般在几千以上，甚至可高达几千万。它也有非离子、阴离子、阳离子和两性型之分，其分子结构的共同特点是相对分子质量大且含有极性和非极性两类。
高分子乳化剂是分子质量很高的化合物，因为它们的分子质量较高，无法显著降低界面引力，但是在液珠的界面上可以形成机械强度较高的界面膜。高分子的加入有利于提高乳状液的稳定性；在界面膜上的高分子化合物，能增加分散相和分散介质的亲和力，也有助于乳状液的稳定。高分子乳化剂中的聚氧乙烯或聚氧丙烯类的非离子型表面活性剂，可以根据它们的含量或二者比例来调解HLB值，获得适合于实际需要的乳化剂。高分子乳化剂的一个缺点是用量必须恰当，否则会得到相反的效果。
常见的天然乳化剂主要是以下几大类：磷脂类（如卵磷脂）、甾类（如羊毛脂）、水溶性树脂类（如阿拉伯胶）和海藻胶类（藻蛋白酸钠、鹿角菜胶等）。一般来说，它们的乳化性能较差，所以经常与其它乳化剂混合使用。
三 乳化剂性能影响因素
1 乳化剂的HLB值
表面活性剂作用通常是由亲水基团和亲油基团的相对强度所决定的。经验表明这种关系可以一个数量加以表示，即HLB值（亲油亲水平衡）。亲油性最强的表面活性剂的HLB=1，而亲水性最强的表面活性剂的HLB=20.不同HLB值的表面活性剂有不同的用途。当HLB值为3-6或8-18的表明活性剂才能选作乳化剂。
乳化炸药基质是典型的油包水型乳化体系。用于制备乳化炸药的乳化剂HLB值应处于3-6之间，这种要求使用非离子型表面活性乳化剂比较容易满足。实践已经表明，乳化剂的HLB值适合与否，对于以最少量的乳化剂来获得储存稳定性的乳化炸药非常重要。
如何从众多的乳化剂中选择较理想的乳化剂一直是人们关注的问题。在生产中对乳化剂的要求不仅考虑到技术效果，即用量少，体系稳定等，还要注意经济效益、来源方便等，只有满足上述要求的乳化剂，才有实用价值。从技术上来看，要得到效率高的乳化剂，最可靠的办法就是在生产中进行试验。对于表面活性剂类型的乳化剂，HLB是有一定参考价值的数据，虽然不理想，但至少可以避免某些盲目性。如已知某体系的乳化液所要求HLB值，那么据此来寻找合适的乳化剂，成功的可能性比较大。
2 乳化剂的分子构型
分子结构是选择单一乳化剂的主要依据，亲水基处于憎水基末端的，具有较好的乳化能力，相对分子量较大的作为乳化分散剂效果较好。根据结构相似原理，乳化剂中的憎水基应与连续相结构相似，亲水基应与分散相结构相似。例如：Span-80亲水基中的-OH与分散相H-OH结构相似，憎水基中-R基与连续相燃料油及蜡的结构相似，有利于水相在油相中的分散及乳化。
对于离子型表面活性剂，具有一定的亲水和憎水基团结构，如果要求具有固定的HLB值，那么它的分子质量就不能随意变动。但对于非离子型表面活性剂就没有这一限制，当分子量变化时也可保持HLB值不变。
实际上，选择乳化剂时，常常开始用HLB值确定，然后用乳化剂的亲水亲油特性平衡时的温度为HLB温度进行检验。有时可以参考：乳化剂与分散相的亲和性，要求乳化剂的非极性基部分和内相“油”的结构越相似越好，这样，乳化剂和分散相亲和力强，分散效果好且用量少，乳化效率高。
3 配位络合物的利用
在长期的工业实践中，人们已经知道，将乳化剂和易与该乳化剂生成配位络合物的物质混合起来，则乳化剂的乳化能力往往增强。与乳化剂配用的物质大多数是具有表面活性的长链化合物。其原因可归纳：首先如果把形成络合物的两种物质视作一种混合乳化剂的话，那么当乳化剂的最佳HLB值选择不适当时，就会有补偿作用：其次，由于较强的络合物的形成，因此在界面附近就会有浓厚的配位，形成了坚硬的界面膜；第三，配位络合物的界面膜是可流动的，因此对界面的扭曲变形有较强的适应能力。
4 复合乳化剂的使用
大量实验表明，复合乳化剂在乳化及保证长贮安定性等方面有积极作用。其中，复合乳化剂的HLB值也可由组分中各个乳化剂的HLB值按质量平均算出。采用复合乳化剂，倘若在界面膜上有“复合物”生成，则此膜的强度增加，紧密堆积最容易实现，因此液珠不易凝结，乳化液就稳定。显然，复合乳化剂中，辅助乳化剂与主乳化剂生成“复合物”才能有较好效果。例如：Span-80与失水木糖醇单油酸酯以一定比例混合后，收益显著。分散相和分散介质的亲和性，如果分散相是“油”，乳化剂与油相亲和力强，HLB值较小，但这种乳化剂与分散介质亲和力就弱，所以仍然不够理想。一个理想的乳化剂既要与油相亲和力强，而且与分散介质也要有较强的亲和力。实际上要同时兼顾这两个方面的要求是做不到的，所以在实际应用时，往往把HLB值小的乳化剂与HLB值大的乳化剂混合使用，实践证明这比用单一乳化剂的效果要好。
四 乳化剂的应用
大量实验表明，复合乳化剂在乳化及保证长贮安定性等方面有主要作用。其中，复合乳化剂的HLB值也可由组分中各个乳化剂的HLB值按质量平均算出。采用复合乳化剂，倘若在界面膜上有“复合物”生成，则此膜的强度增加，紧密堆积最容易实现，因此液珠不易凝结，乳化液就稳定。显然，复合乳化剂中，辅助乳化剂与主乳化剂生成“复合物”才能有较好效果。Span-80与失水木糖醇单油酸酯以一定比例混合后，收益显著。分散相和分散介质的亲和性，如果分散相是“油”，乳化剂与油相亲和力强，HLB值较小，但这种乳化剂与分散介质亲和力就弱，所以仍然不够理想。一个理想的乳化剂，不仅与油相亲和力强，而且与分散介质有较强的亲和力。实际上要同时兼顾这两个方面的要求是做不到的，所以在实际应用时，往往把HLB值小的乳化剂与HLB值大的乳化剂混合利用比用单一乳化剂效果好。「1」
笔者采用Span-80和复合乳化剂，在同一工艺条件下，生产出不同乳化炸药产品，在同一条件下贮存6个月，产品性能见表1
从表1可以看出，不同的乳化剂对乳化炸药的产品性能影响很大，殉爆距离相差1～2cm,猛度相差5mm，爆速相差646m/s.
五 结束语
乳化剂的性能与乳化炸药的乳化效果、爆轰性能及储存安定性均有密切联系。乳化剂的选择主要从HLB值、乳化剂分子构型等技术因素考虑，既要用量少，体系稳定，还要注意经济效果，价格低，来源方便等，满足上述要求的乳化剂产品，在生产中才能得到广泛应用。
表1两种乳化剂产品贮存爆炸性能一览表「2」
性能 Span-80 复合乳化剂
时间 殉爆（cm） 猛度（mm） 爆速（m/s） 殉爆（cm） 猛度（mm） 爆速（m/s）
初始性能 5 16.2 4274 6 21.0 4854
贮存1个月 4 15.6 3876 5 20.0 4505
贮存2个月 4 15.2 3846 4 19.0 4464
贮存3个月 3 14.7 3788 4 18.5 4425
贮存4个月 3 14.6 3817 5 18.6 4464
贮存5个月 2 13.8 3676 4 19.8 4425
贮存6个月 2 13.3 3650 4 18.5 4310
参考文献：
﹝1﹞汪旭光. 乳化炸药﹝M﹞.北京冶金工业出版社，2008,2（第2版）162-167
﹝2﹞摘自公司乳化炸药储存检验报告
