专利名称:采用复合的表面活性剂组分提高乳化速率的制作方法
本发明叙述一种逆乳化液爆破剂和用来制造这种爆破剂的过程。
人所熟知，在美国书4，141，767中已经公开了使用“反相”淤浆爆破组成物。它们包含一种不溶于水的液体有机燃料(通常是一种烃)作为连续相，一种无机氧化盐(如硝酸铵)的乳化溶液作为非连续相，和一种乳化剂。
这种“ANFO”(硝酸铵-燃料油)组成物存在缺点。如果打算钻的孔眼较深或潮湿，这种配方便易于降低灵敏度，并需采用专有的防水包装材料或昂贵的硝酸铵涂料，或采用稳定的专有稠化剂或凝胶剂加以保护。而且，由于“ANFO”的堆积密度小，它的爆破能量有一定限度。
Egly的美国专利3，161，551公开了一种抗水爆破剂，其中的固体无机盐(如硝酸铵)用50～70%的硝酸铵溶液处理，形成一种含水的逆乳化液，它含有一种燃料油和一种长链脂肪酸或其衍生物作为连续的憎水相。
Egly的组成物具有相当大的抗水能力，因为这种油包水乳化液装填在大部份固体硝酸盐组分的天然孔隙中，以及水不易迫使其通过乳化液的外部连续憎水相。但是，当爆破深孔时，灵敏度问题仍然存在。
Bluhm的美国专利3，447，978描述了油包水乳化液爆破剂，它是由一种非连续的硝酸铵含水相在一种连续相中所组成，连续相由在21℃和常压下具有预定的保持气体相容性的含碳燃料所组成，并含有一种标准的油包水乳化剂。
Bluhm的组成物虽然对深而潮湿的孔眼能够避免上述的那些问题，但对现场的准备却是不方便的。
山梨糖醇酐脂肪酯(如山梨糖醇酐油酸酯)是按照上述美国书3，161，551和3，447，978以及也按照美国书3，765，967和4，110，134与英国书1，306，546用来最好地获得稳定的逆乳化液。尽管它们的作用很缓慢。其它的用于逆油包水乳化液爆破剂的乳化剂包括含氮表面活性剂，如美国专利4，141，767和4，216，040中公开的脂肪酸铵及其氨盐，和美国专利4，216，040中公开的不饱和的脂肪双(羟乙基)噁唑啉，在美国专利4，315，784中公开的1-羟乙基-2-咪唑啉衍生物和N-甲基-N-烷基(主要是牛脂)-牛磺酸钠(例如美国专利4，315，787)。然而，现有知识对山梨糖醇酐脂肪酯并未确认有任何好处，(它参予表面活性剂的作用，用以制造逆乳化液的乳化剂)，特别是由于它可能发生降低所希望的乳化液稳定性。事实上，美国专利4，315，784指出，采用一种乳化剂的几乎所有的逆乳化液爆炸物与山梨糖醇酐酯的不同在于，稳定性差与爆炸性和起爆性不良。
脂肪酸酯的缓慢速率和压力的需要以及抗水性质表明，必须有长和苛刻的搅拌频率，才能形成一种稳定的逆乳化液。这就反而限制了包括控制密度颗粒在内的能力，如搅拌时的玻璃泡或烧结的微球，因为这样的配方在遭受相当大的剪切力时，会招致物理和化学的不稳定性。
因而希望提供稳定的逆乳化液爆破剂，即它的乳化速率要大大地高于脂肪酸酯的乳化速率，并且有极好的稳定性，以及可以采用简单的设备现场制造;它也需要在使用中避免发生上述问题，特别是对深而潮湿的孔眼，在仍然允许引入玻璃泡或类似维持孔隙的添加物作为密度控制剂时。
按照本发明，一个用来制造一种逆乳化液爆破剂的过程，是通过下列物料的组合来实现的(1)一个含有山梨糖醇酐脂肪酸酯乳化剂的油相在一种烃溶剂中和(2)一个至少含有一种水溶性的无机氧化盐的水相。该过程的特征在于，山梨糖醇酐酯乳化剂是事先与含氮表面活性剂结合一起，含氮表面活性剂是一种或多种脂肪酸酰胺，一种脂肪胺，或一种脂肪酸酰胺或脂肪胺的盐，其中烃基是一种约10-20碳原子的直链烃。
另外，按照本发明，所制备的逆乳化液爆破剂包括(1)一个含有一种在烃溶剂中的乳化剂的油相，(2)一个含有至少一种水溶性无机氧化盐的水相。该爆破剂的特征在于，乳化剂是一种山梨糖醇酐酯和一种含氮表面活性剂的组合物，含氮表面活性剂如一种或多种脂肪酸酰胺，一种脂肪胺，或一种脂肪酸酰胺或一种脂肪铵的盐，其中烃基是一种约10-20碳原子的直链烃。
最好，山梨糖醇酐脂肪酸酯乳化剂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、山梨糖醇酐棕榈酸酯、山梨糖醇酐硬脂酸酯，包括单和多置代的两种脂肪酸衍生物。它的最好使用浓度约0.5-5重%。
最好的含氮表面活性剂是加氢的牛脂胺、十二烷基胺、油胺、椰子胺、椰子单乙醇酰胺、椰子二乙醇酰胺、亚油基二乙醇酰胺、油基二乙醇酰胺、或硬脂二乙醇酰胺、或它们中的一种盐。它的最好浓度不低于乳化液总量的0.1重%左右。
另外，乳化剂的总含量最好约为乳化液总量的0.6-7.0重%。
山梨糖醇酐脂肪酯和含氮表面活性剂组分(两者单独使用时都没有高的乳化速率和极优良的稳定性)提供了很好的贮存稳定性和大大增加了乳化速率。例如常规的转子-定子均质器的配制时间，可从80-180秒或更大的惯常周期减小到40-60秒。
油相烃溶剂一般为乳化液总量的3-20重%左右，最好为5-10重%。按照本发明，用做乳化液的适宜的油相烃类，是正构或支链的脂肪烃、环烷烃或芳香烃，它们可以是饱和的或不饱和的，只要能够溶解两者乳化剂组分，并在配制时保持液相。这种物料可包括苯、硝基苯、甲苯、二甲苯、石油馏分和副产品，如汽油、煤油和柴油(包括2号燃料油)，以及妥尔油、石蜡、蜡油或它们的混合物。
本发明的水相一般含有约5-30重%水，最好含水10-20重%(均对乳化液总量)，含50-95重%的至少一种氧化盐;后者可以是一种或多种硝酸铵、氯酸钾、过氯酸钠、硝酸钙、氯酸钙、过氯酸钙、硝酸钾、氯酸钾、过氯酸钾、氯酸铵、过氯酸铵、硝酸锂、氯酸锂、过氯酸锂、硝酸镁、氯酸铝、硝酸钡、氯酸钡、过氯酸钡、硝酸锌、氯酸锌和过氯酸锌。
因为油相和水相在配制时需要保持液态，所以，乳化最好在约50-90℃的温度范围内进行。虽然本发明的过程可以在现场使用简单设备，从而大大方便了逆乳化液爆破剂的配制，但最好是选择适宜时机，在最有效条件下进行配方。
本发明的过程可以使用常用设备，如螺旋桨搅拌器、转子-定子均质器、胶磨机，或类似的搅拌装置。在其它条件相近的情况下，配制时间通常被限定在单独使用脂肪酸酯时所预期的正常时间的1/2到1/10。当形成孔隙的填充剂，如MicroperltmGT-25＊或其它玻璃，珍珠岩或塑料微球作控制密度的添加剂时，特别希望缩短周期，因为脂肪酸酯在苛刻搅拌下有一个灵敏度问题。
下面的实例进一步说明本发明的具体特征。所有百分率均用重量表示。
实例1下文中鉴定用的乳化液测试样S-1～S-10和检验样C-1～C-4，是通过将2号燃料油和作为乳化剂的山梨糖醇酐倍半油酸酯预混合，并在基本相同的搅拌和温度(77℃)条件下与不同量的含氮表面活性剂结合而配制得来。在基本相同的搅拌＊＊和温度控制条件下，将热硝酸铵溶液(83%)添加到该溶液中，观测形成乳化液所需的时间，并记录在表1中右方，作为所用乳化剂/表面活性剂系统的有效性的直接度量。
实例2用已鉴定的乳化液测试样S-11～S-13和检验样C-5，是用2号燃料油作有机溶剂和相当大量的山梨糖醇酐倍半油酸酯作乳化剂，并添加指定量的工业油胺和酰胺作表面活性剂，采用慢速螺旋桨混合器＊＊＊配制得来。
＊Grefco公司的商标＊＊Tekmar公司的Tekmar Super Dispax均质器(SD-45)，速率定位65＊＊＊Jiffy混合器公司的Jiffy混合器型号ES
在这一实例中，水相由一种搅拌加热(82℃)的硝酸铵、硝酸钠和水的溶液＊所组成。在预混合的油相中加入约1/3容量的水溶液，并在每分钟400转下搅拌1分钟，接着改变转速，在每分钟200转下搅拌3分钟，以及在每分钟600转下搅拌1分钟，直到出现明显地增稠。在形成乳化液之后，在每分钟600转下加入其余的水溶液，而后在每分钟750转下搅拌10分钟，以达到适宜的粒度。
将开始形成乳化液所需的时间记录在表2中的右方。
实例3按照例2得到的试样13和153克的MicroperltmGT25＊＊珍珠岩混合，并装在聚乙烯袋中，在40°F(4·4℃)下贮存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种烈性炸药雷管起爆，以获得5400米/秒的起爆速率和8.2×105呎-磅/磅(588卡/克)的比含能量值。该组成物的最小点火剂是在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。
实例4三种测试样S-14、C-6和C-7是在实例1中配制得来的，C-6和C-7试样是分别使用椰子胺和山梨糖醇酐倍半油酸酯乳化剂组分的检验样，将它们结合一起作为S-14的乳化剂。在每种情况下记录乳化液形成时间，和在七天后采用锥形的针入度计＊＊＊测得的乳化液的相对稳定性，两种结果均记录在表3中的右方。
＊4420克NH4OH，1331克NaNO3，1402克H2O＊＊Grefco公司的商标＊＊＊精密科学公司
勘误表 CPCH 85603权利要求
1.一个采用共同乳化下列组分来制造逆乳化液爆破剂的过程，(1)一个含有一种山梨糖醇酐脂肪酸酯乳化剂在一种烃溶剂中的油相；(2)一个含有至少一种水溶性无机氧化盐的水相。其特征在于，山梨糖醇酐酯乳化剂是预先和含氮表面活性剂结合一起，含氮表面活性剂包括一种脂肪酸酰胺、一种脂肪酸胺，或一种脂肪酸酰胺或脂肪酸胺的盐，其中烃基是一种约含10-20碳原予的直链烃。
2.一个如权利要求
1中的过程，其进一步的特征在于，山梨糖醇酐脂肪酸酯乳化剂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、山梨糖醇酐棕榈酸酯，或山梨糖醇酐硬脂酸酯。
3.一个如权利要求
1或2中的过程，其进一步的特征在于，使用乳化剂的浓度约0.5-5重%。
4.一个如权利要求
1或2、3中的过程，其进一步的特征在于，乳化剂总含量约0.6-0.7重%，而含氮表面活性剂组分不小于乳化液总量的0.1重%左右。
5.一个如上述任何权利要求
的过程，其进一步的特征在于，含氮表面活性剂是加氢的牛酯胺、十二烷基胺、油胺、椰子胺、椰子单乙醇酰胺、椰子二乙醇酰胺、亚油基二乙醇酰胺、油基二乙醇酰胺，或硬脂二乙醇酰胺，或它们中的一种盐。
6.一种逆乳化液爆破剂包括(1)一个含一种……(原文如此，可能漏字-译注)在烃溶剂中的油相，(2)一个含至少一种水溶性无机氧化盐的水相，其特征在于，该乳化剂是一种山梨糖醇酐酯和0.1-10倍重量的含氮表面活性剂的组合物，含氮表面活性剂包括一种脂肪酰胺、一种脂肪胺或一种脂肪酰胺或脂肪胺的盐，其中烃基是一种约含10-20碳原子的直链烃。
7.一种如权利要求
6中的逆乳化液爆破剂，其进一步特征在于，山梨糖醇酐脂肪酯乳化剂是山梨糖醇酐酯、山梨糖醇酐倍半油酸酯、山梨糖醇酐棕榈酸酯，或山梨糖醇酐硬脂酸酯。
8.一种如权利要求
6或7中的逆乳化液爆破剂，其进一步特征在于，所用乳化剂浓度约0.5～5重%。
9.一个如权利要求
6、7或8中的过程，其进一步特征在于，乳化剂总含量约0.6-7.0重%，以及含氮表面活性剂组分不小于乳化液总量的0.1重%左右。
10.一种如上述任何权利要求
中的逆乳化液爆破剂，其进一步特征在于，含氮表面活性剂是加氢的牛脂胺、十二烷基胺、油胺、椰子胺、椰子单乙醇酰胺、椰子二乙醇酰胺、亚油基二乙醇酰胺、油基二乙醇酰胺，或硬脂二乙醇酰胺，或它们中的一种盐。
专利摘要
通过采用某些表面活性剂的组合物，以简化逆油包水乳化液爆破剂的制备方法和改善其稳定性，以及相应的配方。
文档编号C06B43/00GK85101928SQ85101928
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者卡特赖特 申请人:赫尔克里士公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan