[发明专利]一种高分子乳化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子乳化剂,特别是一种用于乳化炸药的新型乳化剂及制备方法。

背景技术

乳化炸药是20世纪60-70年代发展起来的新型炸药，泛指一类由油包水乳状液组成的抗水类型工业炸药。就基本组成来讲，乳化炸药主要包括四个组分，形成三个乳化相。即形成分散相的无机氧化剂的盐水溶液组分，形成连续相的碳质燃料组分，形成分散相的敏化气体组分，油包水型乳化剂。虽然乳化剂仅仅占乳化炸药总质量的0.5-2.0%，但是却起着至关重要的作用。通过乳化剂的乳化作用，将氧化剂水相溶液和与其不相溶的油相物质乳化成稳定的乳状液。但乳化液本身是热力学不稳定体系，欲提高其稳定性，必须使乳化剂紧密排列形成较高强度的界面膜。因此，乳化剂是影响乳化炸药质量的主要原因。

乳化剂种类繁多，而常被用于乳化炸药中的为HLB值处于3-6的非离子型乳化剂。可应用的乳化剂大致分为三类：Span80（山梨醇酐单油酸酯）、聚异丁烯丁二酰亚胺及其衍生物、复合乳化剂。

Span80是以山梨醇酐单油酸酯为主的失水山梨醇油酸酯混合物，属于多元醇型非离子表面活性剂，HLB值为4.3，是目前乳化炸药工业化中较为常用的乳化剂。文献1（EP0142916）提出采用Span80作为乳化剂制备乳化炸药，但其贮存稳定性差。文献2（乳化炸药中乳化剂发展的状况及趋势）数据表明，Span80由于属于低分子量物质，乳化所需剪切强度小，具有易乳化特点。虽然现在国内外多数用Span80作乳化炸药乳化剂，但其贮存稳定性差却是研究者一直致力于改进的问题。

为提高乳化炸药稳定性，向Span80中添加适量的乳化稳定剂，如卵磷脂、硬脂酸盐等。文献（改性磷脂的性质及其在乳化炸药中的应用）将大豆卵磷脂改性，再与Span80复配，复合乳化剂的界面吸附膜强度增加，制得的乳胶稳定性提高。但是，并未从根本上解决乳化炸药稳定性问题。

为了提高乳化炸药储存稳定性，国内外进行大量研究工作，最后发现采用高分子乳化剂是可行方法。文献（US4708753、GB2216128）均提出将先前用作润滑油添加剂的聚异丁烯丁二酰亚胺类作为乳化炸药的乳化剂。此类乳化剂在国内被称为T152、8045乳化剂。此类乳化剂具有高分子量，由于其特殊的高分子结构，使得乳化膜的强度大大提高，在一定程度上提高了乳化炸药的储存稳定性。但其空间位阻较大，亲水结构含量较少，导致乳化所需剪切强度较大，另外，此类乳化剂高温易分解成氨气和二氧化碳，这样降低了聚异丁烯丁二酰亚胺的使用安全性。鉴于此因，各公司进行大量的改进研究，主要是集中在增加乳化剂分子中各种极性结构的数量，以提高表面活性。

US3255108公开了一种油包水乳化剂，其特点为涉及聚异丁烯丁二酸酐（PIBSA）与多种醇类物质反应，PIBSA分子量为1100左右，醇类物质为季戊四醇、山梨醇、甘露糖醇、Span80等，该专利介绍了多种反应的反应步骤，采用矿物油作稀释剂，反应过程中通入氮气除水，反应温度在200℃左右。

US6478904公开了用于乳化炸药的乳化剂合成方法，该专利表明，PIBSA分子量为300-2000，与山梨醇反应之后的产物较复杂，比较适于作为乳化炸药乳化剂。PIBSA加热至90-100℃，山梨醇加热至100-120℃，再加入少量催化剂于其中一个反应物中，再将山梨醇缓慢加入PIBSA中，随后加热至150-160℃，通过酸值在线跟踪实验，待酸值降至10-15mgKOH/g，即停止实验。

以上专利均公开反应步骤，但反应条件不一，并且未对产物进行一定理化性质测定、表面化学性能分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高分子乳化剂的制备方法，以糖醇类物质与PIBSA反应，增加酯类产物的极性基团部分，继而提高产物的表面活性，达到改善乳化剂乳化性能以及所制备乳化炸药稳定性问题。

本发明所得乳化剂是PIBSA与糖醇类物质的反应产物，其中PIBSA结构如下：

其中R₁为聚异丁烯基团，本发明采用以分子量为1300的聚异丁烯合成的PIBSA。

反应物多羟基化合物为糖醇类物质：山梨醇、木糖醇。

本发明的技术解决方案为：采用羟值为衡量产物活性的标准，先将PIBSA溶于二甲苯中，加热至一定温度，再加入定量的糖醇类物质，反应过程中分水，之后加热溶液，定时测定反应物酸值，待酸值不变，即停止反应。为了除去未反应的醇类物质，加入饱和食盐水萃取。旋转蒸发除去溶剂，即得产物，具体包括以下步骤：

第一步，将PIBSA溶解到二甲苯中后升温；