一种低敏化剂含量的高分子聚合物敏化的乳化炸药的制备方法与流程

本发明属于乳化炸药的应用，涉及一种低敏化剂含量的高分子聚合物敏化的乳化炸药的制备方法。

背景技术：

1、目前国内外生产乳化炸药多采用化学敏化法，最常用的化学敏化剂是亚硝酸钠水溶液。在乳化炸药敏化工序中，亚硝酸钠通常呈液体状由喷雾进料口进入乳化基质，利用乳胶基质的酸性与亚硝酸钠反应，产生气体，气体在乳胶基质中均匀分布，形成气泡，实现乳化炸药的敏化。由于其良好的爆炸性能、抗水性能和安全性能，在工程爆破作业中得到了广泛的应用。

2、研究表明，当亚硝酸钠含量达到某一临界值(约2％)时，乳胶基质就会具有雷管感度，基于此考虑，化学敏化就存在无法消除的安全事故隐患。另外，当化学敏化乳化炸药应用于如高寒、低压、深水等特殊爆破环境或当作业环境变化较大时，敏化气泡产生的热点显著减少和密度增加，从而导致爆轰做功能力降低或者无法起爆。为解决此类工程需求，需将乳化炸药进行物理敏化。我国引进乳化炸药的早期为了降低使用成本，主要采用膨胀珍珠岩和一些低品质的玻璃微珠作为敏化剂，美国、瑞典、日本等国家基本上采用空心玻璃微球作为物理敏化剂。这类炸药存在以下问题：

3、1)玻璃微珠或者珍珠岩的真密度一般为0.1～0.2g/cm3，为使敏化炸药具有爆轰感度，其添加量一般为3％～6％，由于玻璃微珠或者珍珠岩等物质相对于炸药为惰性物质，适量添加虽可提高炸药起爆感度，但是同时也消耗了炸药能量，也显著提高了炸药的生产成本；

4、2)玻璃微珠和珍珠岩含有较多破碎微珠，品质很难保证，不同批次的微珠生产的炸药质量差别较大，破碎的微珠受到外界影响很容易坍塌或者气体逃逸导致孔隙失效；

5、3)玻璃微珠和乳化基质自身的比热容差异较大，容易导致玻璃微珠与乳化基质中间产生温差，也会导致乳化基质的中的液滴产生温差和an成核破乳。

6、为改善物理敏化炸药的温度适应性，通常又需要在炸药中混入其它添加剂，如高低温环境乳化炸药(添加高氯酸钠)[黄平,耐高低温乳化炸药及其制备方法,发明专利，cn111333473 a，2020.06.26]及低温型(添加磷酸盐)[白镇河，刘晓明，刘政东等，一种低温敏化乳化铵油炸药，中国专利，cn 105272787 a,2016.01.27]、抗压环境乳化炸药[朱广杰,林春,陈焘等，一种抗压型乳化炸药的制备方法，中国专利，cn 110903152 a，2020.03.24]等。而为了提高的能量利用率或其它某种功能用途，通常又需要在炸药中混入其它反应性添加剂等，如储能含能材料[马宏昊，程扬帆，沈兆武等，氢化镁型储氢乳化炸药，中国专利，cn102432407a，2012.05.02]，含钛材料[黄平，廖丽珍。乳化炸药及其制备方法，中国专利，cn111960907 a，2020.11.20]，含硫物质[李占荣，全慧锋，邬敦伟等，基于硫酸钠的低爆速粉状乳化炸药，中国专利，cn 108002964 a，2018.05.08]及其它物质[邓凌海,肖剑波,张玉清等，一种乳化炸药快速发泡剂，中国专利，cn 110922282a，2020.03.27]等。在此类乳化炸药制造技术中，采用多种敏化添加剂不仅会使生产技术复杂，增加炸药成本，有些添加剂会影响炸药的安全，并有可能会引起环保问题。

7、因此，为保证炸药在高寒、低压、深水等特殊爆破环境下的爆轰能力，物理敏化虽然是不错选择，但是要保证各敏化成分之间的相容、稳定、安全以及能量耗散等问题仍然是一个比较难以克服的技术关键。因此，本发明在对炸药进行物理敏化时，应尽量减少敏化剂含量并同时提高爆轰能量利用率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种物理敏化的低敏化剂含量的高分子聚合物敏化乳化炸药，即选用一类热塑性高分子丙烯酸树脂类聚合物类发泡颗粒(外壳为乙烯基丙烯酸酯共聚物，内核为烷烃类气体)作为乳化炸药敏化剂，并采用适当的表面处理、发泡技术和工艺，控制发泡颗粒真密度和粒度尺寸，在添加少量敏化剂同时提高爆轰能量利用率。

2、本发明的技术方案：

3、工业炸药非理想爆轰过程中的孔隙闭合不仅产生“热点”点火，而且产生旋涡动能与压力波动，促进爆轰化学反应的同时也对爆轰反应能量产生耗散。因此，当采用可燃性的高分子聚合物类发泡颗粒等非惰性物质作为敏化剂时，工业炸药中孔隙压溃必然不只是“热点”，还可以充当燃料，促进爆轰化学反应，实现物质和湍流能量输运和再次分配，从而提高能量利用率。由于高分子化合物与炸药基质比热相差较小，不容易产生温差及破乳等问题，同时产生的适当弹性可以抵抗外界压强，从而保证炸药的敏化气泡含量不会显著降低，从而会保证炸药的爆轰能力。

4、考虑到炸药中各相的均匀程度及粒度分布，并非孔隙尺度越小越好，只有孔隙尺寸与炸药粒度分布相匹配时，燃烧产生的热量才会得到最大限度利用。综合考虑热点、混合和旋涡耗散作用，乳化炸药孔隙直径处于10～100um之间最佳。基于此观点，对高分子聚合物类发泡颗粒进行发泡技术研究，控制发泡颗粒尺寸与炸药粒度分布相匹配，处于10～100um之间；为减少敏化剂添加量，控制真密度处于0.015g/cm3～0.04g/cm3之间，并尽量降低发泡剂颗粒的真密度；为保证炸药具有起爆感度，控制敏化剂添加量为0.2～0.6％，所制备的炸药密度处于0.92～1.35g/cm3之间；为保证炸药的最大能量输出，控制炸药密度处于1.13～1.2g/cm3。为了防止物理敏化剂加入时在乳化基质中带入空气气泡并加强乳化分散液滴的憎水亲油，对物理敏化剂进行表面亲油处理，在常规乳化炸药生产线的连续凉药装置后将发泡改性物理敏化剂按剂量加入其中，与乳化基质拌合混合均匀，即成为高分子聚合物敏化的乳化炸药。

5、一种低敏化剂含量的高分子聚合物敏化的乳化炸药的制备方法，步骤如下：

6、1)选取物理敏化剂

7、物理敏化剂为热塑性高分子丙烯酸类共聚物空心微球，外壳为乙烯基丙烯酸酯共聚物，内核为烷烃类气体；

8、其中，

9、热塑性高分子丙烯酸类共聚物空心微球的直径10-30um，密度1.05-1.2g/cm3；

10、烷烃类气体为甲烷或乙烷；

11、2)物理敏化剂表面亲油改性

12、为保证物理敏化剂与乳化基质混合过程不带入额外的空气泡，影响炸药密度和爆轰性能，并在混合过程不产生粉尘污染、隔绝其他可能的化学反应和防止机械磨损，在加入乳化基质之前对发泡颗粒进行表面亲油改性处理。因表面活性剂密度(0.8～1.0g/cm3)相对发泡颗粒的真密度(0.015～0.04g/cm3)过大，不适用于在发泡之后添加。本发明在颗粒发泡之前进行表面基团吸附亲油和憎水处理，然后再进行发泡处理。采用的表面活性剂对物理敏化剂表面进行亲油改性，所用的表面活性剂为除碳、氢、氧、氮之外元素的非离子型水溶性表面活性剂和酰胺型油溶性表面活性剂的混合；将物理敏化剂均匀分散在表面活性剂即完成物理敏化剂表面亲油改性；

13、其中，

14、非离子型水溶性表面活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚和失水山梨醇酯；所述的酰胺型油溶性表面活性剂包括双烯基聚异丁烯基丁二酰亚胺和单烯基聚异丁烯基丁二酰亚胺，非离子型水溶性表面活性剂和酰胺型油溶性表面活性剂二者的质量比1:5；

15、所述的表面活性剂与物理敏化剂的质量比为2～5；

16、3)物理敏化剂发泡

17、发泡温度：t0＝100-110℃；

18、发泡时间：t＝120～150s；

19、发泡后物理敏化剂的颗粒尺寸处于10～100um之间；

20、4)炸药生产制备

21、在现有乳化炸药生产线上，将乳化炸药基质与发泡和表面改性后的物理敏化剂混合成为乳化炸药；

22、其中，

23、物理敏化剂在乳化炸药生产线的连续凉药装置后方加入，与乳化炸药基质搅拌混合均匀，即制成为高分子聚合物敏化乳化炸药。

24、物理敏化剂的添加量为乳化炸药质量的0.2％～0.6％。

25、所述的乳化炸药的密度为1.13～1.35g/cm3，最低爆速4878m/s，最高爆速6975m/s，猛度17.7～19.4mm。

26、本发明的有益效果：1)采用物理方式敏化乳化炸药基质，敏化剂含量低，不改变乳化炸药原有生产线和基本工艺，不显著提高乳化炸药的制造成本；2)所选用的高分子聚合物类发泡颗粒作为敏化剂可显著提高炸药能量利用率；3)除高分子聚合物类发泡颗粒外不加入其他化学物质，物理敏化剂与乳化炸药基质之间的相容性和稳定性好，便于长期储存，爆炸后不会对周边环境产生污染，保证炸药生产、存储和使用安全；4)预先表面亲油改性的物理敏化剂在生产过程不产生粉尘污染、隔绝其他可能的化学反应和防止机械磨损，保证物理敏化剂与乳化基质混合过程不带入额外的空气泡，不影响炸药密度的稳定性；5)通过预先对发泡物理敏化剂真密度进行测试，可以预测乳化炸药的理论密度，进而可预测和预评价炸药爆轰能力，并根据爆破作业环境实时调节，更便于实际工程应用。6)保留有物理敏化乳化炸药受外界环境影响小的特点，不容易产生温差及破乳等问题，同时保证极端环境下敏化气泡含量不会显著降低，从而会保证水下、高原、低温环境炸药的爆轰能力。