ЭМУЛЬГИРУЮЩИЙ СОСТАВ Российский патент 1995 года по МПК B01F17/14 C06B23/00 

Изобретение касается эмульгирующих составов, применяемых преимущественно в эмульсионных промышленных взрывчатых веществах (ЭВВ), представляющих собой дисперсии водных растворов (расплавов) солей-окислителей в смеси углеводородного горючего с эмульгатором.

При многообразии известных составов ЭВВ основные виды и соотношения компонентов (вода, окислители, горючее и т.п.) примерно одинаковы. Отличие, определяющее, как правило, важнейшие эксплуатационные свойства, заключается в применении различных видов эмульгаторов. В России среди них общепризнаны эфиры пентаэритрита или глицерина, или полиглицерина с жирными кислотами, имеющими длину углеводородной цепи до С₂₅.

Однако в последнее время среди эмульгаторов, применяемых за рубежом, все большее признание находят так называемые полимерные эмульгаторы, основу которых составляют производные алкенилянтарного ангидрида (гидрофобная часть), а гидрофильная представлена полиамином, полиолом, алканоламином или их смесями. Подобные соединения находят применение в качестве присадок и добавок к моторным маслам (патент США N 3172892 или Шехтер Ю.Н. Крейн С.Э. и Тетерин Л. Н. Маслорастворимые поверхностно-активные вещества. М. Химия, 1978, с. 161-166).

В патенте США N 4840687, кл. C 06 B 45/00, 1989, описаны составы, содержащие в качестве эмульгаторов смеси, отличающиеся наличием в молекуле азота и по крайней мере одного карбоксильного ацилирующего агента (А), по крайней мере одного полиамина (B), по крайней мере одной кислоты или компонента, дающего кислоту (С) и образующего по крайней мере одну соль с полиамином. Эмульгатор, включающий компоненты A,B и С в определенном соотношении, позволяет получить эмульсии, чрезвычайно устойчивые при хранении.

Наиболее близким к предлагаемому эмульгирующему составу является соединение, описанное в австралийском патенте N 40006/85, кл. C 06 B 023/00, 1985. Высокая устойчивость эмульсий, получаемых по этому патенту, достигается благодаря введению модификатора электропроводности, имеющего следующие отличительные признаки:
липофильная часть по природе может быть мономерной или полимерной, включающей цепочную структуру, главная цепь которой состоит по меньшей мере из 10 связанных атомов (число их не должно быть больше 500), являющихся полностью углеродными или преимущественно углеродными, прерывающимися гетероатомами;
цепь может содержать полимер моноолефина, мономер которого содержит от 2 до 6 атомов углерода;
липофильная часть содержит полиалк(ен)илянтарный ангидрид продукт конденсации полиолефинового углеводорода с малеиновым ангидридом;
липофильная часть содержит поли(изобутилен)янтарный ангидрид;
липофильная часть содержит мономер, полученный при этерификации моногидроксимонокарбоновой кислоты (12-гидроксистеариновая);
гидрофильная часть содержит полярный органический остаток, имеющий молекулярный вес не свыше 450, и является мономерной или олигомерной;
мономерная гидрофильная часть является производной полиола, его внутреннего ангидрида, амина, амида, алканоламина или гетероциклического соединения;
олигомерная гидрофильная часть содержит поли(оксиэтилен)овую группу, содержащую не более 10 единиц окиси этилена;
модификатором электропроводности является конденсат полиизобутенилянтарного ангридрида и этаноламина;
эмульгатор является смесью эмульгаторов, один из которых действует как модификатор электропроводности, а другой является сорбитановым эфиром.

Целью изобретения является создание высокоэффективного эмульгирующего состава для получения стабильных при хранении ЭВВ промышленного назначения.

Для этого липофильная часть эмульгирующего состава представляет собой алкенилянтарный (в частности полиизобутиленянтарный) ангидрид молекулярной массой от 300 до 3000 (лучше 500-2000), а гидрофильная часть, являющаяся производной алканоламина, представлена триэтаноламином. Эмульгирующий состав представляет собой смесь эмульгаторов, один из которых продукт конденсации алкенилянтарного ангидрида с триэтаноламином, действует как стабилизатор, а другой является эфиром пентаэритрита или глицерина, или полиглицерина с жирными кислотами с числом углеродных атомов от 14 до 25.

П р и м е р 1. В термостатирующее устройство, обеспечивающее поддержание температуры до 200^оС, помещают колбу с мешалкой, холодильником, термометром и переходником для продувания азота, загружают 1 моль алкенилянтарного ангидрида с молекулярной массой от 500 до 1200 и добавляют 1 моль триэтаноламина. Включают перемешивание, обогрев и при токе азота нагревают массу до 170-200^оС. При достижении температуры смесь выдерживают 0,5-3 ч (до прекращения отгонки воды), охлаждают, фильтруют и применяют для получения эмульсий В-М в количестве 1,5-2,5% от массы эмульсии: 97% водного раствора солей-окислителей, 5% индустриального масла, 2% эмульгирующего состава.

П р и м е р 2. В условиях примера 1, если используется алкенилянтарный ангидрид молекулярной массы выше 1500 для обеспечения эффективного перемешивания реакционной массы за счет снижения вязкости и улучшения тем самым условий протекания реакции, полезно добавить в реакционный сосуд индустриальное масло в количестве 1:1 или 1:2,5 в расчете на образующийся эмульгирующий состав. Масло не участвует в реакции и применяется в последующем при получении эмульсии. В патентах с целью снижения вязкости реакционной смеси добавляют растворители толуол, ксилол и т.п. с последующей отгонкой и улавливанием, усложняющими технологию.

П р и м е р 3. Эмульгирующий состав по п.2 формулы приготавливают непосредственно при получении эмульсии: основной эмульгатор (один из указанных эфиров пентаэритрита или глицерина, или полиглицерина) в количестве 2% от массы эмульсии смешивают с индустриальным маслом (обычно 5%), добавляют 0,2% продукта конденсации алкенилянтарного ангидрида с триэтаноламином и тщательно перемешивают. Эмульсию получают обычным способом: к смеси масла с эмульгаторами при интенсивном перемешивании приливают нагретый (80-95^оС) водный раствор солей-окислителей. Химическая реакция между эфирами и продуктом конденсации алкенилянтарного ангидрида и триэтаноламином не происходит: первый из них способствует быстрому диспергированию раствора до микрокапель необходимого размера, а второй обеспечивает стабилизацию микрокапель, что замедляет процессы кристаллизации солей-окислителей в микрокаплях.

Соотношение между эмульгатором и стабилизатором изменяется от 1:0,1 до 0,1: 1,0, т. е. в обычных соотношениях для типичных эмульсий от 1,8:0,2 до 0,3:3,0%
Потребность в смесях эмульгатора и стабилизатора обусловлена экономическими соображениями добавление эфиров снижает цену эмульгирующего состава.

Эффективность действия эмульгирующего состава при получении и хранении оценивали на эмульсии состава, аммиачная селитра 67, натриевая селитра 14; вода 12; индустриальное масло 5; предлагаемый эмульгирующий состав 2. Температура получения 85^оС, время эмульгирования 3 мин. Критериями качества эмульсии были приняты величина электрической емкости датчика, заполненного эмульсией, измеренной прибором Е7-8, и количество кристаллов солей-окислителей, образовавшихся в эмульсии через 1 мес хранения в комнатных условиях: чем ниже величина электрической емкости и меньше количество кристаллов в эмульсии, тем эффективнее действие эмульгирующего состава (см.таблицу).

Примеры 1-7 показывают влияние молекулярной массы алкенилянтарного ангидрида (полиизобутиленянтарного): видно, что при низкой молекулярной массе (около 300), равно как и при высокой выше 2000, качество эмульсии ниже, чем в интервале 500-1200. Здесь же установлены мольные соотношения реагирующих компонентов, при которых полученный эмульгирующий состав отвечает цели изобретения.

Примеры 8-26 показывают граничные условия получения качественных эмульсий при использовании смеси эмульгаторов, в которой эфиры пентаэритрита или глицерина, или полиглицерина являются собственно эмульгаторами, а продукт конденсации алкенилянтарного ангидрида и триэтаноламина стабилизатором.

Использование: эмульгирующий состав для приготовления эмульсионных взрывчатых веществ. Сущность изобретения: эмульгирующий состав на основе продукта конденсации алкенилянтарного, например полиизобутиленянтарного, ангидрида с молекулярной массой от 300 до 3000 (предпочтительно 500 2000) с алканоламином, в качестве алканоламина содержит триэтанолами в мольном соотношении ангидрид: амин 1 (0,5 1). эмульгирующий состав предпочтительно содержит эфиры жирных кислот таллового масла с пентаэритритом или глицерином, или полиглицерином или же эфиры жирных кислот фракции C₁₇-C₂₁ с пентаэритритом или глицерином, или полиглицерином, или эфиры жирных кислот фракции C₂₁-C₂₅ с пентаэритритом или глицерином, или полиглицерином. Массовое отношение продукты конденсации полиизобутиленянтарного ангидрида с триэтаноламином к эфиру равно (0,1 1) (1 0,1), 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. ЭМУЛЬГИРУЮЩИЙ СОСТАВ на основе продукта конденсации алкенилянтарного, предпочтительно полиизобутиленянтарного, ангидрида с мол. м. 300 3000, предпочтительно 500 2000, с алканоламином, отличающийся тем, что в качестве алканоламина эмульгатор содержит триэтаноламин, исходную смесь которого с ангидридом в молярном соотношении ангидрида и амина 1 0,5 1 перемешивают при нагревании в токе инертного газа с одновременным удалением выделяющейся воды. 2. Эмульгатор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит эфир кислоты, выбранный из группы жирные кислоты таллового масла, жирные кислоты фракции С₁₇ С₂₁ или фракции С₂₁ С₂₅, и спирта, выбранного из группы пентаэритрит, глицерин или полиглицирин, при массовом соотношении продукта конденсации полиизобутиленянтарного ангидрида с триэтаноламином и эфира 0,1 1 1 0,1.