專利名稱:采用復(fù)合的表面活性劑組分提高乳化速率的制作方法
本發(fā)明敘述一種逆乳化液爆破劑和用來制造這種爆破劑的過程。
人所熟知，在美國書4，141，767中已經(jīng)公開了使用“反相”淤漿爆破組成物。它們包含一種不溶于水的液體有機(jī)燃料(通常是一種烴)作為連續(xù)相，一種無機(jī)氧化鹽(如硝酸銨)的乳化溶液作為非連續(xù)相，和一種乳化劑。
這種“ANFO”(硝酸銨-燃料油)組成物存在缺點(diǎn)。如果打算鉆的孔眼較深或潮濕，這種配方便易于降低靈敏度，并需采用專有的防水包裝材料或昂貴的硝酸銨涂料，或采用穩(wěn)定的專有稠化劑或凝膠劑加以保護(hù)。而且，由于“ANFO”的堆積密度小，它的爆破能量有一定限度。
Egly的美國專利3，161，551公開了一種抗水爆破劑，其中的固體無機(jī)鹽(如硝酸銨)用50～70%的硝酸銨溶液處理，形成一種含水的逆乳化液，它含有一種燃料油和一種長鏈脂肪酸或其衍生物作為連續(xù)的憎水相。
Egly的組成物具有相當(dāng)大的抗水能力，因?yàn)檫@種油包水乳化液裝填在大部份固體硝酸鹽組分的天然孔隙中，以及水不易迫使其通過乳化液的外部連續(xù)憎水相。但是，當(dāng)爆破深孔時，靈敏度問題仍然存在。
Bluhm的美國專利3，447，978描述了油包水乳化液爆破劑，它是由一種非連續(xù)的硝酸銨含水相在一種連續(xù)相中所組成，連續(xù)相由在21℃和常壓下具有預(yù)定的保持氣體相容性的含碳燃料所組成，并含有一種標(biāo)準(zhǔn)的油包水乳化劑。
Bluhm的組成物雖然對深而潮濕的孔眼能夠避免上述的那些問題，但對現(xiàn)場的準(zhǔn)備卻是不方便的。
山梨糖醇酐脂肪酯(如山梨糖醇酐油酸酯)是按照上述美國書3，161，551和3，447，978以及也按照美國書3，765，967和4，110，134與英國書1，306，546用來最好地獲得穩(wěn)定的逆乳化液。盡管它們的作用很緩慢。其它的用于逆油包水乳化液爆破劑的乳化劑包括含氮表面活性劑，如美國專利4，141，767和4，216，040中公開的脂肪酸銨及其氨鹽，和美國專利4，216，040中公開的不飽和的脂肪雙(羥乙基)噁唑啉，在美國專利4，315，784中公開的1-羥乙基-2-咪唑啉衍生物和N-甲基-N-烷基(主要是牛脂)-?；撬徕c(例如美國專利4，315，787)。然而，現(xiàn)有知識對山梨糖醇酐脂肪酯并未確認(rèn)有任何好處，(它參予表面活性劑的作用，用以制造逆乳化液的乳化劑)，特別是由于它可能發(fā)生降低所希望的乳化液穩(wěn)定性。事實(shí)上，美國專利4，315，784指出，采用一種乳化劑的幾乎所有的逆乳化液爆炸物與山梨糖醇酐酯的不同在于，穩(wěn)定性差與爆炸性和起爆性不良。
脂肪酸酯的緩慢速率和壓力的需要以及抗水性質(zhì)表明，必須有長和苛刻的攪拌頻率，才能形成一種穩(wěn)定的逆乳化液。這就反而限制了包括控制密度顆粒在內(nèi)的能力，如攪拌時的玻璃泡或燒結(jié)的微球，因?yàn)檫@樣的配方在遭受相當(dāng)大的剪切力時，會招致物理和化學(xué)的不穩(wěn)定性。
因而希望提供穩(wěn)定的逆乳化液爆破劑，即它的乳化速率要大大地高于脂肪酸酯的乳化速率，并且有極好的穩(wěn)定性，以及可以采用簡單的設(shè)備現(xiàn)場制造;它也需要在使用中避免發(fā)生上述問題，特別是對深而潮濕的孔眼，在仍然允許引入玻璃泡或類似維持孔隙的添加物作為密度控制劑時。
按照本發(fā)明，一個用來制造一種逆乳化液爆破劑的過程，是通過下列物料的組合來實(shí)現(xiàn)的(1)一個含有山梨糖醇酐脂肪酸酯乳化劑的油相在一種烴溶劑中和(2)一個至少含有一種水溶性的無機(jī)氧化鹽的水相。該過程的特征在于，山梨糖醇酐酯乳化劑是事先與含氮表面活性劑結(jié)合一起，含氮表面活性劑是一種或多種脂肪酸酰胺，一種脂肪胺，或一種脂肪酸酰胺或脂肪胺的鹽，其中烴基是一種約10-20碳原子的直鏈烴。
另外，按照本發(fā)明，所制備的逆乳化液爆破劑包括(1)一個含有一種在烴溶劑中的乳化劑的油相，(2)一個含有至少一種水溶性無機(jī)氧化鹽的水相。該爆破劑的特征在于，乳化劑是一種山梨糖醇酐酯和一種含氮表面活性劑的組合物，含氮表面活性劑如一種或多種脂肪酸酰胺，一種脂肪胺，或一種脂肪酸酰胺或一種脂肪銨的鹽，其中烴基是一種約10-20碳原子的直鏈烴。
最好，山梨糖醇酐脂肪酸酯乳化劑是山梨糖醇酐倍半油酸酯、山梨糖醇酐月桂酸酯、山梨糖醇酐油酸酯、山梨糖醇酐棕櫚酸酯、山梨糖醇酐硬脂酸酯，包括單和多置代的兩種脂肪酸衍生物。它的最好使用濃度約0.5-5重%。
最好的含氮表面活性劑是加氫的牛脂胺、十二烷基胺、油胺、椰子胺、椰子單乙醇酰胺、椰子二乙醇酰胺、亞油基二乙醇酰胺、油基二乙醇酰胺、或硬脂二乙醇酰胺、或它們中的一種鹽。它的最好濃度不低于乳化液總量的0.1重%左右。
另外，乳化劑的總含量最好約為乳化液總量的0.6-7.0重%。
山梨糖醇酐脂肪酯和含氮表面活性劑組分(兩者單獨(dú)使用時都沒有高的乳化速率和極優(yōu)良的穩(wěn)定性)提供了很好的貯存穩(wěn)定性和大大增加了乳化速率。例如常規(guī)的轉(zhuǎn)子-定子均質(zhì)器的配制時間，可從80-180秒或更大的慣常周期減小到40-60秒。
油相烴溶劑一般為乳化液總量的3-20重%左右，最好為5-10重%。按照本發(fā)明，用做乳化液的適宜的油相烴類，是正構(gòu)或支鏈的脂肪烴、環(huán)烷烴或芳香烴，它們可以是飽和的或不飽和的，只要能夠溶解兩者乳化劑組分，并在配制時保持液相。這種物料可包括苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、石油餾分和副產(chǎn)品，如汽油、煤油和柴油(包括2號燃料油)，以及妥爾油、石蠟、蠟油或它們的混合物。
本發(fā)明的水相一般含有約5-30重%水，最好含水10-20重%(均對乳化液總量)，含50-95重%的至少一種氧化鹽;后者可以是一種或多種硝酸銨、氯酸鉀、過氯酸鈉、硝酸鈣、氯酸鈣、過氯酸鈣、硝酸鉀、氯酸鉀、過氯酸鉀、氯酸銨、過氯酸銨、硝酸鋰、氯酸鋰、過氯酸鋰、硝酸鎂、氯酸鋁、硝酸鋇、氯酸鋇、過氯酸鋇、硝酸鋅、氯酸鋅和過氯酸鋅。
因?yàn)橛拖嗪退嘣谂渲茣r需要保持液態(tài)，所以，乳化最好在約50-90℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。雖然本發(fā)明的過程可以在現(xiàn)場使用簡單設(shè)備，從而大大方便了逆乳化液爆破劑的配制，但最好是選擇適宜時機(jī)，在最有效條件下進(jìn)行配方。
本發(fā)明的過程可以使用常用設(shè)備，如螺旋槳攪拌器、轉(zhuǎn)子-定子均質(zhì)器、膠磨機(jī)，或類似的攪拌裝置。在其它條件相近的情況下，配制時間通常被限定在單獨(dú)使用脂肪酸酯時所預(yù)期的正常時間的1/2到1/10。當(dāng)形成孔隙的填充劑，如MicroperltmGT-25＊或其它玻璃，珍珠巖或塑料微球作控制密度的添加劑時，特別希望縮短周期，因?yàn)橹舅狨ピ诳量虜嚢柘掠幸粋€靈敏度問題。
下面的實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體特征。所有百分率均用重量表示。
實(shí)例1下文中鑒定用的乳化液測試樣S-1～S-10和檢驗(yàn)樣C-1～C-4，是通過將2號燃料油和作為乳化劑的山梨糖醇酐倍半油酸酯預(yù)混合，并在基本相同的攪拌和溫度(77℃)條件下與不同量的含氮表面活性劑結(jié)合而配制得來。在基本相同的攪拌＊＊和溫度控制條件下，將熱硝酸銨溶液(83%)添加到該溶液中，觀測形成乳化液所需的時間，并記錄在表1中右方，作為所用乳化劑/表面活性劑系統(tǒng)的有效性的直接度量。
實(shí)例2用已鑒定的乳化液測試樣S-11～S-13和檢驗(yàn)樣C-5，是用2號燃料油作有機(jī)溶劑和相當(dāng)大量的山梨糖醇酐倍半油酸酯作乳化劑，并添加指定量的工業(yè)油胺和酰胺作表面活性劑，采用慢速螺旋槳混合器＊＊＊配制得來。
＊Grefco公司的商標(biāo)＊＊Tekmar公司的Tekmar Super Dispax均質(zhì)器(SD-45)，速率定位65＊＊＊Jiffy混合器公司的Jiffy混合器型號ES
在這一實(shí)例中，水相由一種攪拌加熱(82℃)的硝酸銨、硝酸鈉和水的溶液＊所組成。在預(yù)混合的油相中加入約1/3容量的水溶液，并在每分鐘400轉(zhuǎn)下攪拌1分鐘，接著改變轉(zhuǎn)速，在每分鐘200轉(zhuǎn)下攪拌3分鐘，以及在每分鐘600轉(zhuǎn)下攪拌1分鐘，直到出現(xiàn)明顯地增稠。在形成乳化液之后，在每分鐘600轉(zhuǎn)下加入其余的水溶液，而后在每分鐘750轉(zhuǎn)下攪拌10分鐘，以達(dá)到適宜的粒度。
將開始形成乳化液所需的時間記錄在表2中的右方。
實(shí)例3按照例2得到的試樣13和153克的MicroperltmGT25＊＊珍珠巖混合，并裝在聚乙烯袋中，在40°F(4·4℃)下貯存85天，然后在40°F下用500克的季戊四醇四硝酸酯和三硝基甲苯混合的一種烈性炸藥雷管起爆，以獲得5400米/秒的起爆速率和8.2×105呎-磅/磅(588卡/克)的比含能量值。該組成物的最小點(diǎn)火劑是在40°F下的25克季戊四醇四硝酸酯，在0°F下的150克季戊四醇四硝酸酯和三硝基甲苯混合物。
實(shí)例4三種測試樣S-14、C-6和C-7是在實(shí)例1中配制得來的，C-6和C-7試樣是分別使用椰子胺和山梨糖醇酐倍半油酸酯乳化劑組分的檢驗(yàn)樣，將它們結(jié)合一起作為S-14的乳化劑。在每種情況下記錄乳化液形成時間，和在七天后采用錐形的針入度計(jì)＊＊＊測得的乳化液的相對穩(wěn)定性，兩種結(jié)果均記錄在表3中的右方。
＊4420克NH4OH，1331克NaNO3，1402克H2O＊＊Grefco公司的商標(biāo)＊＊＊精密科學(xué)公司
勘誤表 CPCH 85603權(quán)利要求
1.一個采用共同乳化下列組分來制造逆乳化液爆破劑的過程，(1)一個含有一種山梨糖醇酐脂肪酸酯乳化劑在一種烴溶劑中的油相；(2)一個含有至少一種水溶性無機(jī)氧化鹽的水相。其特征在于，山梨糖醇酐酯乳化劑是預(yù)先和含氮表面活性劑結(jié)合一起，含氮表面活性劑包括一種脂肪酸酰胺、一種脂肪酸胺，或一種脂肪酸酰胺或脂肪酸胺的鹽，其中烴基是一種約含10-20碳原予的直鏈烴。
2.一個如權(quán)利要求
1中的過程，其進(jìn)一步的特征在于，山梨糖醇酐脂肪酸酯乳化劑是山梨糖醇酐倍半油酸酯、山梨糖醇酐月桂酸酯、山梨糖醇酐油酸酯、山梨糖醇酐棕櫚酸酯，或山梨糖醇酐硬脂酸酯。
3.一個如權(quán)利要求
1或2中的過程，其進(jìn)一步的特征在于，使用乳化劑的濃度約0.5-5重%。
4.一個如權(quán)利要求
1或2、3中的過程，其進(jìn)一步的特征在于，乳化劑總含量約0.6-0.7重%，而含氮表面活性劑組分不小于乳化液總量的0.1重%左右。
5.一個如上述任何權(quán)利要求
的過程，其進(jìn)一步的特征在于，含氮表面活性劑是加氫的牛酯胺、十二烷基胺、油胺、椰子胺、椰子單乙醇酰胺、椰子二乙醇酰胺、亞油基二乙醇酰胺、油基二乙醇酰胺，或硬脂二乙醇酰胺，或它們中的一種鹽。
6.一種逆乳化液爆破劑包括(1)一個含一種……(原文如此，可能漏字-譯注)在烴溶劑中的油相，(2)一個含至少一種水溶性無機(jī)氧化鹽的水相，其特征在于，該乳化劑是一種山梨糖醇酐酯和0.1-10倍重量的含氮表面活性劑的組合物，含氮表面活性劑包括一種脂肪酰胺、一種脂肪胺或一種脂肪酰胺或脂肪胺的鹽，其中烴基是一種約含10-20碳原子的直鏈烴。
7.一種如權(quán)利要求
6中的逆乳化液爆破劑，其進(jìn)一步特征在于，山梨糖醇酐脂肪酯乳化劑是山梨糖醇酐酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、山梨糖醇酐棕櫚酸酯，或山梨糖醇酐硬脂酸酯。
8.一種如權(quán)利要求
6或7中的逆乳化液爆破劑，其進(jìn)一步特征在于，所用乳化劑濃度約0.5～5重%。
9.一個如權(quán)利要求
6、7或8中的過程，其進(jìn)一步特征在于，乳化劑總含量約0.6-7.0重%，以及含氮表面活性劑組分不小于乳化液總量的0.1重%左右。
10.一種如上述任何權(quán)利要求
中的逆乳化液爆破劑，其進(jìn)一步特征在于，含氮表面活性劑是加氫的牛脂胺、十二烷基胺、油胺、椰子胺、椰子單乙醇酰胺、椰子二乙醇酰胺、亞油基二乙醇酰胺、油基二乙醇酰胺，或硬脂二乙醇酰胺，或它們中的一種鹽。
專利摘要
通過采用某些表面活性劑的組合物，以簡化逆油包水乳化液爆破劑的制備方法和改善其穩(wěn)定性，以及相應(yīng)的配方。
文檔編號C06B43/00GK85101928SQ85101928
公開日1987年1月17日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者卡特賴特 申請人:赫爾克里士公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan