1 引言
一般认为,硝酸铵(AN)结块主要有两方面的原因:一是AN的表面能高,吸湿性强,在水中的溶解度大,温度系数高;另一原因是AN有多种结晶形状(多晶现象),受温度影响结晶结构及晶格体积会发生改变。当使用特定表面活性剂经特殊方法对AN进行表面处理后,AN的高能表面由于吸附表面活性剂的亲水基团而变成了低能表面,同时,表面活性剂的憎水基团则在AN外表面形成了一层憎水表面层,包覆在AN颗粒表面,因而能有效降低AN的吸湿性和结块性。
按照中国专利介绍,利用特殊表面活性剂的作用,控制饱和溶液中AN的结晶过程可得到一种膨化状改性AN,其结块性较普通AN大大降低,吸湿性差,且具有多微孔结构。利用这种膨化硝铵代替普通AN制得的岩石AN炸药不仅结块问题得到较好的解决,并可少用或不用敏化剂梯恩梯(TNT),可大幅度降低粉状岩石铵梯炸药的生产成本,亦能减轻或消除因使用TNT对人体带来的危害和对环境的污染。
笔者通过大量的实验,遴选出了一种对硝铵膨化有显著影响的复配表面活性剂,其生产成本和使用效果,均优于专利所用表面活性剂。
2 复配表面活性剂的合成原理及工艺流程
2.1 合成原理
对能产生协同效应的两种或几种表面活性剂复配物的研究是当今精细化工领域研究的热点之一。但长期以来,对混合表面活性剂的研究大多局限于同类型的混合物,对表面活性离子电性相反的阴､阳离子表面活性剂混合物的研究较少,其原因可能是受到一种传统看法的束缚,即阴､阳离子表面活性剂在水溶液中不能混合,否则会因产生沉淀而失去表面活性剂。这在日化工业特别是洗涤工业中是一种常见规律。其实,只要阴､阳离子表面活性剂的负､正表面活性离子的体积不太大,所产生的盐在溶液中不至产生沉淀,在适当条件下可能具有比单一表面活性剂高得多的表面活性以及其它一系列表面和胶体化学特性。
对于阴､阳离子复配型表面活性剂来说,由于它既含有阴离子表面活性剂,又含有阳离子表面活性剂,其中的正负离子间发生强烈的电性相互作用大大促进了两种离子的缔合,增强了表面活性,有效降低了AN溶液的表面张力,会在结晶体中间生成气泡,并能包覆在AN颗粒表面形成憎水薄膜层,从而有效地防止AN吸潮。另一方面,由于表面活性剂分子中亲水基团与AN分子中离子的相互作用,在一定程度上“搅乱”了原先AN分子中NH+4和NO-3的相互作用,达到了温度变化AN不产生或延缓产生固有晶变的目的,减少AN结块的可能。
2.2 合成工艺流程
复配表面活性剂的合成关键是离子型表面活性剂及添加剂的选择和配比。其工艺流程如下。
3 实验部分
在装有搅拌器､冷凝器､温度计并连接抽真空装置的500ml三口烧瓶中,投入125gAN､12.5ml水､0.19g表面活性剂,升温至一定温度,停搅拌,抽真空,冷却得膨化AN。以获得的改性AN表面性能优劣来决定各类表面活性剂的取舍。将选出的B型表面活性剂和添加剂C加热至80℃,搅拌均匀,再加入A型表面活性剂,降温搅拌,得到硝铵膨化用复合表面活性剂。
4 结果与讨论
4.1 A､B表面活性剂及AB型复合表面活性剂对AN吸湿性影响
分别用A､B及复合表面活性剂制得膨化AN,碾碎,过40目筛,精确称取50g置于已知重量的同规格烧杯中,敞口放置,每隔24h记录其重量,结果见表1。
由表1可看出A型表面活性剂膨化体积最小,改性AN吸湿最严重。但有研究表明A型表面活性剂可显著改变AN晶型,B型表面活性剂虽膨化体积最大,但改性AN吸湿改善不是很明显,只有复配型表面活性剂综合效果最好。
4.2 添加剂C的作用
我们遴选出A､B表面活性剂后,先欲使二者融合,但二者共熔生成大团块状物,且不能溶于水,将A､B同时加入水中,不溶解,加热则生成大团块状不溶不融物。将A､B分别制成水溶液,将A溶液加入B溶液中,立即生成白色絮状沉淀,加热至沸腾沉淀亦不消失,将B溶液小心加入A溶液中则不产生沉淀,但溶液表观粘度增大。由此我受到某种启发,选择了一种添加剂C,三者共融,溶于水不产生沉淀。且添加C后,包覆在AN颗粒表面的憎水薄膜层更加致密,增强了改性AN的防潮防结块效果。
参考文献
1 [苏联]B.M.阿列夫斯基编.硝酸铵工艺学.北京:化学工业出版社,1983
2 CN1067043 粉状硝铵炸药及其制备方法
