ЭМУЛЬГИРУЮЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ "ВОДА В МАСЛЕ"
EMULSIFYING COMPOSITION FOR PREPARATION OF WATER-IN-OIL EMULSIONS

Изобретение относится к области эмульгирующих составов, применяемых в производстве эмульсионных промышленных взрывчатых веществ (ПВВ).
В настоящее время наибольшее развитие получил новый класс промышленных взрывчатых веществ на основе эмульсий «вода в масле».
Эмульсионные промышленные взрывчатые вещества заняли лидирующее положение при добыче полезных ископаемых в России и за рубежом. Превосходные взрывчатые характеристики эмульсионных составов во многом определяет применяемое поверхностно-активное вещество (эмульгирующий состав) для изготовления качественных и стабильных эмульсий. Наиболее стабильные обратные эмульсии образуются из водных растворов солей - окислителей в углеродной фазе (матричные эмульсии промышленных взрывчатых веществ), которые содержат эмульгатор на основе продуктов конденсации алкенил(полиизобутилен)янтарных ангидридов и аминопроизводных из числа алканоламинов, полиаминов различной молекулярной массы или кубовых остатков производств этилендиамина или полиамина, или смеси алкенил(полиизобутилен)янтарных ангидридов и их аминопроизводных (патенты Ри№2277965, №2155094 и №204888).
За рубежом эти эмульгаторы выпускаются под маркой Лубризол и Пибса, а в России - РЭМ. Для улучшения технологических или эксплуатационных свойств матричных эмульсий к этим эмульгаторам часто добавляют соэмульгаторы, так как применение только одного эмульгатора в составе эмульсионного ПВВ недостаточно для получения эмульсии требуемого качества. При промышленном применении эмульгирующих составов, содержащих только один эмульгатор на основе янтарного ангидрида, имеются существенные технологические недостатки, такие как значительное время обращения эмульсии. Это приводит к повышенным энергозатратам и снижает производительность процесса изготовления. Вместе с тем при введении соэмульгатора имеется возможность регулировать физико-химические свойства матричный эмульсий и всего эмульсионного взрывчатого состава.
17
21
21
25
В качестве одного из аналогов известен эмульгирующий состав по пат. РФ №2048881, который содержит продукт конденсации алкенилянтарного (полиизобутиленянтарного) ангидрида с алканоламином. Эмульгирующий состав дополнительно содержит эфир кислоты, выбранной из группы: жирные кислоты таллового масла, кислоты фракций C-C или C-С, и спирта, выбранного из группы: пентаэритрит, глицерин или полиглицерин. Продукты, отвечающие формуле данного патента, обеспечивают получение ЭВВ, достаточно стабильных при хранении.
Наиболее близкие заявляемому эмульгатору по виду исходного сырья и технологии получения продукты, описанные в пат. РФ №2263096. Согласно патенту, эмульгатор синтезируется путем смешения полиизобутиленянтарного или полиизобутиленбисянтарного ангидрида с продуктом его взаимодействия с органическим моно- или полиамином, причем в полученную смесь при температуре 70-150°С и постоянном перемешивании вводят эфиры жирных кислот с многоатомными спиртами. Затем при температуре 20-150°С добавляют алкилбензосульфонаты Ca, K, Mg, Mo или их смеси в виде 20-70% раствора в индустриальном масле. Смесь перемешивают при 100-150°С и фильтруют при 100- 150°С. Эмульгатор содержит перечисленные выше компоненты при следующем соотношении (мас.%): полиизобутиленянтарный или полиизобутиленбисянтарный ангидрид 1-10; продукт взаимодействия полиизобутиленянтарного или полиизобутиленбисянтарного ангидрида с органическим моно- или полиамином 40-90; эфиры жирных кислот с многоатомными спиртами 2-30; алкилбензосульфонаты Ca, K, Mg, Mo или их смеси 6-30. Описанный в патенте эмульгатор, полученный защищенным способом, обладает достаточным временем жизни при сниженной стоимости эмульсионного взрывчатого состава за счет уменьшения содержания эмульгатора в эмульсионном взрывчатом составе. Однако состав эмульгатора не позволяет регулировать его вязкотемпературные свойства.
Технической задачей изобретения является создание эмульгирующего состава для изготовления эмульсионных ПВВ, позволяющего улучшить технологические показатели производства эмульсионных веществ и регулировать вязко-температурные свойства, а также расширить сырьевую базу его производства.
Поставленная задача решается за счет того, что в эмульгирующем составе для изготовления эмульсий «вода в масле», содержащем смесь продукта взаимодействия полиизобутиленянтарного или полиизобутиленбисянтарного ангидрида с органическим моно- или полиамином, эфиров кислот и многоатомных спиртов и индустриального масла, в качестве эфира кислот и многоатомных спиртов используют смесь сорбитановых эфиров жирных и смоляных кислот при следующем соотношении ингредиентов по массе, %:
продукт взаимодействия
полиизобутиленянтарного или
полиизобутиленбисянтарного ангидрида с
органическим моно- или полиамином
20-70
смесь сорбитановых эфиров жирных и смоляных кислот
5-35
индустриальное масло
3-75
Целесообразно, чтобы смесь сорбитановых эфиров жирных и смоляных кислот была взята в соотношении соответственно по массе, %: 20-80/20-80.
Возможно дополнительное включение в эмульгирующий состав до 2-10% натриевой соли жирных кислот талового масла сверх 100% смеси.
Получение смесевого эмульгирующего состава осуществляют следующим образом в несколько стадий:
1. Синтез продуктов конденсации полиизобутиленянтарного ангидрида с аминопроизводными осуществляется одним из известных способов. Например, в термостатирующее устройство помещают реакционный сосуд с мешалкой, прямым холодильником, термометром и переходником для подвода азота, В сосуд загружают 100 г полиизобутиленянтарного ангидрида с молекулярной массой не менее 1098 и концентрацией 80-84% в растворе полиизобутена и 11,1 г триэтаноламина или 22,4 г полиэтиленполиамина со средней молекулярной массой 300.
Реакционную массу выдерживают при перемешивании с продувкой азотом при температуре 150-200°С в течение 0,5-3,0 часов до прекращения отгонки воды.
6
14
6
2. Получение сорбитановых эфиров жирных и смоляных кислот производят путем реакции этерификации 100 г смеси жирных и смоляных кислот (R-COOH), в примерном соотношении 2:1 со средней молекулярной массой 965 и 18,9 г сорбита (CHO) при перемешивании и отгонке выделяющейся воды током инертного газа или под вакуумом в аналогичном реакционном сосуде (1 стадия) при температурах 160-230°С в течение 2-6 часов.
3. Получение смесевого эмульгирующего состава осуществляется перемешиванием продукта от первой стадии (20-70%) и смеси сорбитановых эфиров жирных и смоляных кислот (5-35%) (смешивание проводят в количествах, соответствующих указанным в формуле) при температурах, полученных после выгрузки из реакторов через фильтрующее устройство для отделения примесей, а охлаждение массы производят за счет перемешивания при добавлении индустриального масла (3-75%) с температурой окружающей среды.
4. При необходимости повышения вязкости эмульсионных ПВВ в полученный смесевой эмульгирующий состав вводят до 2-10% натриевой соли жирных кислот талового масла (R-COONa).
Образцы смесевого эмульгирующего состава использовали для получения эталонной эмульсии в сравнении с прототипом. Состав эталонной эмульсии, %:
натриевая селитра - 14;
вода - 12;
масло индустриальное - 5;
эмульгирующий состав - 2;
селитра аммиачная - остальное до 100.
Образцы эмульсионного ПВВ получали по следующей методике: в термостойкий сосуд помещали навески аммиачной и натриевой селитр и воды.
Сосуд с содержимым нагревали до полного растворения компонентов и выдерживали до насыщенного раствора при температуре 85±5°С. В обогреваемый с помощью термостата реактор, снабженный устройством для перемешивания, помещали навески индустриального масла с эмульгирующим составом. Горючую фазу нагревали до 75±5°С и при включенной мешалке приливали раствор окислителя в течение одной минуты. Далее продолжали процесс эмульгирования в течение 3 минут и после проводили исследования на полученной эмульсии.
Для оценки технологических параметров и качества получаемых эмульсий эмульгирующего состава применялись описанные в литературе методы определения технологических характеристик эмульгаторов:
Время обращения фаз - одна из важнейших технологических характеристик, представляет промежуток времени, за который при начале перемешивания образующаяся эмульсия типа "масло в воде" превращается в эмульсию "вода в масле". Чем оно меньше, тем эффективнее действует эмульгирующий состав. Момент перехода одного вида эмульсии в другой регистрируется по скачкообразному уменьшению силы тока, проходящего через образующуюся обратную эмульсию.
Экспресс-контроль качества эмульсии заключается в измерении электрической емкости датчика, погруженного в эмульсию: чем ниже измеренное значение емкости, тем выше качество эмульсии.
Рентгено-структурный анализ массовой доли кристаллов солей-окислителей в эмульсии - наиболее достоверный способ оценки изменений в результате длительного хранения эмульсии.
По реологическим характеристикам в измерительной сборке прибора «Реотест-2» в течение 30 минут производили измерение динамической вязкости.
Результаты опытов обобщены в таблице, данные которой свидетельствуют об улучшении технологической эффективности предлагаемых вариантов смесевого полимерного эмульгирующего состава, что выразилось в существенном уменьшении времени обращения фаз, некотором уменьшении величины электрической емкости датчика, погруженного в эмульсию, и практической идентичности данных для прототипа и новых образцов эмульсий по количеству кристаллов после хранения при отрицательных температурах. При введении натриевой соли жирных кислот талового масла наблюдается повышение вязкости состава, что повышает стабильность эмульсии и снижает потери взрывчатого вещества при зарядке трещиноватых пород.
Компоненты эмульгирующего состава и параметры состава получения
Прототип пат. №2263096
По изобретению
1
2
3
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Продукты конденсации полиизобутиленянтарного
ангидрида с амином
40
60
90
20
40
70
20
45
60
70
Эфиры сорбитана и кислот из числа:
- жирных
30
15
2
-
-
-
-
-
-
-
- смесь жирных и смоляных
-
-
-
35
15
5
35
15
5
22
Масло индустриальное
10
15
6
45
45
25
35
35
33
3
Алкилбензосульфонаты Ca, K, Mg
20
10
2
-
-
-
-
-
-
-
Натриевая соль жирных кислот талового масла
-
-
-
-
-
-
10
5
2
5
Технологическая характеристика по времени обращения
фаз, мин
12-22
14-26
16-37
6-10
6-12
14-18
5-10
10-14
6-8
4-5
Продолжение таблицы
1
1
2
3
1
2
3
4
5
6
7
Качество эмульсии: - электрическая емкость датчика
при 85±5°С, pF
25-122
38-45
20-34
34-36
19-22
16-22
36-40
32-38
20-24
15-19
Количество кристаллов после хранения при
минус 35°С, %
16÷33
10÷12
8-10
12÷24
8÷12
7÷11
30÷34
6-7
18÷20
28÷31
Вязкость, сП
60000
65000
70000
5800
64500
72000
180000
155000
98000
167000