Эмульгатор, эмульсия "вода в масле", взрывчатая эмульсия, способ получения эмульгатора

 

Изобретение относится к эмульгатору, входящему в состав взрывчатой эмульсии. Эмульгатор содержит смесь сложных эфиров, полученных взаимодействием полиола, в частности сорбита и/или моноолиго- или полисахарида, с моно- или многоосновной кислотой с углеродной цепью от С₂ до С₅₀, которая может включать разветвленный, ароматический или циклический углеродный скелет из числа полимеров или олигомеров. Эмульсия "вода в масле" содержит 0,1 - 3 мас.% эмульгатора и в водной фазе включает нитратную соль в достаточно высокой концентрации. Взрывчатая эмульсия содержит соэмульгатор, органическую кислоту, газообразующий агент до 5% и нитрат аммония - остальное до 100%. Эмульсия используется либо в формованном, либо в газонаполненном виде. Эмульгатор получают последовательным смешением реагентов при постепенном повышении температуры от 60 до 240^oС, после чего реакционную смесь охлаждают до температуры ниже 60^oС. Продукты данного назначения включают доступные вещества и обладают повышенной стабильностью. 4 с. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл.

Настоящее изобретение относится к эмульгатору, в частности к эмульгатору, который может быть использован при изготовлении взрывчатых эмульсий "вода в масле".

В соответствии с настоящим изобретением предлагается эмульгатор, который содержит по меньшей мере один сложный эфир соединения с несколькими замещаемыми атомами водорода и моно- или многоосновной органической кислоты.

В качестве соединения с несколькими замещаемыми атомами водорода может выступать подходящий спирт и/или сахар, причем последний предпочтительно включает моноолиго- или полисахарид.

Соединение с несколькими замещаемыми атомами водорода предпочтительно включает сорбит и/или сорбитановое производное.

Органическая кислота может быть любой кислотой с углеродной цепочкой, содержащей от 2 до 50 атомов углерода, и которая может представлять собой любую подходящую насыщенную, ненасыщенную линейную цепочку, разветвленный, ароматический или циклический углеродный скелет из числа полимеров или олигомеров, происходящих из α- олефинов, алкенов, изоалкенов, алкинов, этилена, пропилена, бутилена, изобутилена, пентена, бензола, циклогексана или циклопентана.

Предпочтительно углеродная цепочка кислоты содержит в качестве заместителя полиизобутиленовую группу, имеющую молекулярную массу в интервале от 300 до 2000, предпочтительно около 950.

Предпочтительно также, когда кислота представляет собой двухосновную кислоту, в частности, янтарную кислоту.

Гидрофильные свойства эмульгатора настоящего изобретения определяются природой поливодородной части молекулы, которая обладает сильной полярностью.

Липофильные свойства эмульгатора также определяются природой конкретной углеродной цепочки. В соответствии с настоящим изобретением, эмульгатор содержит смесь двух или более соединений, указанных далее: где PIB =

с n = 15 - 150, предпочтительно 60 - 75.

R = сорбит

R₁ = сорбитан

Было установлено, что эмульгатор, содержащий вышеуказанную смесь, устойчив в кислой эмульсии "вода в масле" и может быть использован в качестве эмульгатора в эмульсии, имеющей низкое значение pH порядка 0,5 и температуру до 80^oC.

Эмульсии "вода в масле", содержащие продукт конденсации амина или спирта с полиизобутиленянтарной кислотой или ее ангидридом (PIBSA), известны в данной области техники, см., например, патент США N 5034071 и ЕР N 155,800. Из указанных патентов также известно, что эмульгаторы могут быть использованы в получении взрывчатых эмульсий.

Однако, известные эмульгаторы из числа PIBSA (полиизобутиленянтарный ангидрид) склонны к образованию солей при их использовании для получения взрывчатых эмульсий "вода в масле" из растворов окислителя при низких pH. Низкое значение pH, которое достигается с помощью добавления кислоты, необходимо для того, чтобы вызвать газообразование в эмульсии при последующем добавлении к ней газообразующего раствора нитрита натрия. Следует отметить, что в настоящем изобретении кислотная чувствительность эмульгаторов семейства PIBSA достигается за счет их использования в виде эфиров сахаров.

Было также установлено, что эмульгатор может образовывать стабильную эмульсию в присутствии солей сульфокислот, используемых в области взрывчатых веществ обычно в виде кристаллических модификаторов для нитрата аммония.

Концентрация эмульгатора в таких эмульсиях "вода в масле" может быть от 0,1 до 3 мас.%, предпочтительно от 0,6 до 1,5 мас.%.

Эмульгатор может быть использован для образования эмульсии "вода в масле" с достаточно высокой концентрацией нитратов в водной фазе, чтобы получить взрывчатую эмульсию.

В таблице, представленной в конце описания, приведен состав взрывчатых эмульсий в соответствии с настоящим изобретением, концентрации выражены в массовых процентах:
Примечание:
В качестве со-эмульгатора может выступать SMO и/или другие сорбитановые производные и/или другие полимерные эмульгаторы.

Такая эмульсия, которая готовится обычным способом, может использоваться как формованная или как газонаполненная при любом подходящем значении pH до 0,5. Эмульсия, как формованная, так и газонаполненная, может применяться вместе с гранулированным нитратом аммония, стабилизированным солями сульфокислот или стабилизированным другими способами.

Как показано в таблице, эмульгатор может также применяться вместе с со-эмульгаторами с целью получения определенных свойств взрывчатой эмульсии.

В соответствии с настоящим изобретением эмульгатор может быть получен любым подходящим из общеизвестных способов получения таких эфиров.

В случае, когда соединение с несколькими замещаемыми атомами водорода включает сорбит, а органическая кислота представляет собой полиизобутиленянтарный ангидрид (PIBSA), эмульгатор в соответствии с настоящим изобретением может быть приготовлен способом, включающим следующие стадии:
а) от 0,5 до 3,0 (предпочтительно от 1,0 до 1,5) молей сорбита нагревают до температуры от 60 до 160^oC (предпочтительно от 90 до 100^oC);
б) от 0,5 до 4,0 (предпочтительно от 1,0 до 1,5) молей PIBSA нагревают до температуры от 100 до 200^oC (предпочтительно до температуры от 100 до 120^oC);
в) к одному из реагентов добавляют катализатор в количестве от 0 до 10000 (предпочтительно от 0 до 100) частей на миллион (ppm), содержащий одно или более из следующих соединений: серная кислота, фосфорная кислота, полифосфорная кислота, тетрахлорид титана, этаноламины, соли олова, органические титанаты, силикагель, соляная кислота, сульфокислоты, соли других металлов и катионообменные смолы;
г) сорбит медленно добавляют к PIBSA в подходящем реакторе и реакционную смесь нагревают до температуры от 120 до 240^oC (предпочтительно от 150 до 160^oC);
д) вышеуказанную температуру реакционной смеси поддерживают в указанных интервалах и отбирают образцы через равные промежутки времени для анализа на содержание кислоты;
е) как только достигается предпочтительное содержание кислоты (10 - 15 мг КОН/г эмульгатора), реакционную смесь охлаждают до температуры ниже 60^oC;
ж) эмульгатор переносят в резервуар для хранения (сборник).

Следует отметить, что в объем настоящего изобретения попадают галонаполненные взрывчатые эмульсии, содержащие по существу эмульгатор, описанный выше.

Также несомненно, что возможно большое число изменений в деталях эмульгатора, взрывчатой эмульсии и способе их получения в соответствии с настоящим изобретением, без отклонения от сути изобретения и/или выхода за рамки представленной ниже формулы изобретения.

Формула изобретения

1. Эмульгатор для взрывчатой эмульсии, содержащий примерно 0,1-3% эмульгатора, содержащего смесь по меньшей мере двух сложных эфиров, каждый сложный эфир образован производным сорбитана или сорбита с одной стороны и производным янтарной кислоты с другой стороны, при этом сложные эфиры не являются изомерами друг друга.

2. Эмульгатор по п. 1, отличающийся тем, что кислота имеет углеродную цепочку, содержащую 2-50 атомов углерода.

3. Эмульгатор по п.2, отличающийся тем, что углеродная цепочка содержит по меньшей мере одну цепочку из группы, включающей насыщенную, ненасыщенную линейную цепочку, разветвленный, ароматический или циклический углеродный скелет из числа полимеров или олигомеров, происходящих из α-олефинов, алкенов, таких, как этилен, пропилен, бутилен, пентен; изоалкенов, таких, как изобутилен; алкины; бензол; циклогексан или циклопентан.

4. Эмульгатор по п.2 или 3, отличающийся тем, что углеродная цепочка содержит в качестве заместителя полиизобутиленовую группу с молекулярной массой 300-2000.

5. Эмульгатор по п.4, отличающийся тем, что полиизобутиленовая группа имеет молекулярную массу порядка 950.

6. Эмульгатор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что содержит смесь по меньшей мере двух следующих соединений:








где PIB =

с n = 15-150, предпочтительно 60-75,
R = Sorbitol сорбит,

R₁ = Sorbitan сорбитан,

7. Эмульсия "вода в масле", отличающаяся тем, что содержит 0,6-1,5 мас.% эмульгатора по любому из пп.1-6.

8. Эмульсия "вода в масле" по п.7, отличающаяся тем, что содержит в водной фазе нитрат в достаточно высокой концентрации для получения взрывчатой эмульсии.

9. Взрывчатая эмульсия, имеющая следующий состав, выраженный в мас.%: не более 35% нитратных солей, 0,1-3,0% эмульгатора по любому из пп.1-6, не более 2% со-эмульгатора, не более 2,0% сложного эфира фосфорной кислоты, 2,5-20% масла (или масла и воска), 1-24% воды, не более 2% винной кислоты или эквивалентное количество другой органической кислоты, 0,05-5% газообразующего агента, остальное составляет нитрат аммония, а pH эмульсии находится в интервале 0,5-6,5.

10. Взрывчатая эмульсия по п.9, отличающаяся тем, что содержит, мас.%: не более 15% нитратных солей, 0,1-2,2% эмульгатора по любому из пп.1-6; 0,1-0,8% со-эмульгатора, 0,1-1,0% сложного эфира фосфорной кислоты, 5-11% масла (или масла и воска), 7-24% воды, 0,1-0,4% винной кислоты или эквивалентное количество другой органической кислоты, 0,4-2,0% газообразующего реагента, баланс составляет нитрат аммония, а pH эмульсии находится в интервале 2,5-5,8.

11. Взрывчатая эмульсия по п.9, отличающаяся тем, что содержит, мас.%: 0,6% эмульгатора по любому из пп.1-6, 0,25% со-эмульгатора, 6,5% масла (или масла и воска), 18,4% воды, 0,2% винной кислоты или эквивалентное количество другой органической кислоты, 0,6% газообразующего агента, 73,45% нитрата аммония, причем pH эмульсии составляет 2,5.

12. Взрывчатая эмульсия по п.9, отличающаяся тем, что содержит, мас.%: 1,5% эмульгатора по любому из пп.1-6, 0,4% сложного эфира фосфорной кислоты, 6,5% масла (или масла и воска), 18,4% воды, 0,90% газообразующего агента, 72,30% нитрата аммония, причем pH эмульсии составляет 5.

13. Взрывчатая эмульсия по любому из пп.9-12, газонаполненная при pH до 0,5.

14. Взрывчатая эмульсия по любому из пп.9-13, используемая вместе с гранулированным нитратом аммония, стабилизированным солями сульфокислот, либо в формованном, либо газонаполненном виде.

15. Способ получения эмульгатора по любому из пп.1-6, где соединение с несколькими замещаемыми атомами водорода представляет собой сорбит, а органическая кислота представляет собой полиизобутиленянтарный ангидрид (ПИБЯА), включающий следующие стадии: а) 0,5-3,0 молей сорбита нагревают до температуры 60-160^oC; в) 0,5-4,0 молей ПИБЯА нагревают до температуры 100-200^oC; с) добавляют к одному из реагентов 0-10000 ч. на миллион катализатора, содержащего по крайней мере одно из соединений: серная кислота, фосфорная кислота, полифосфорная кислота, тетрахлорид титана, этаноламины, соли олова, органические титанаты, силикатель, соляная кислота, сульфокислоты, другие соли металлов и катионообменные смолы; d) сорбит медленно добавляют к ПИБЯА в подходящем реакторе и реакционную смесь нагревают до температуры 120-240^oC; e) температуру реакционной смеси на стадии d) поддерживают в указанных интервалах и отбирают образцы через равные промежутки времени для анализа на содержание кислоты; f) как только достигается предпочтительное содержание кислоты (10 - 15 мг КОН/г эмульгатора), реакционную смесь охлаждают до температуры ниже 60^oC.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что концентрация сорбита на стадии (а) находится в интервале 1,0-1,5 моля; концентрация ПИБЯА на стадии (в) находится в интервале 1,0-1,5 моля; концентрация катализатора на стадии (с) в интервале 0-100 частей на миллион; температура на стадии (d) находится в интервале 150-160^oC.

РИСУНКИ

Рисунок 1