表面活性剂改善硝酸铵吸湿性研究

第18卷第2期2001年2月

精细化工

FINE CHEMICALS

Vol.18，No.2Feb.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

2001

表面活性剂

表面活性剂改善硝酸铵吸湿性研究

"

叶志文

（南京理工大学化工学院，江苏南京

210094）

摘要：用表面活性剂对硝酸铵进行表面改性处理，测定了改性硝酸铵的吸湿性。结果表明，表面活性剂能有效地降低硝酸铵的吸湿率，改性硝酸铵的吸湿率比普通硝酸铵降低约30%，并得出了较为理想的硝酸铵改性表面活性剂。关键词：硝酸铵；吸水性；表面活性剂中图分类号：TO113.74

文献标识码：A

文章编号：1003-5214（2001）02-0070-03

硝酸铵（AN ）是硝铵炸药的主要原料之一，由于AN 具有严重的吸湿性，

导致了AN 的结块。AN 的吸湿和结块，既妨碍了它的使用，又影响了硝铵炸药的爆炸性能，因此，降低AN 的吸湿性，提高硝铵炸药的贮存和爆炸性能，已成为各国硝铵炸药研究工

作者急需解决的难题之一［1］。

由表面化学理论知，AN 颗粒表面具有较高的表面能，当它吸收空气中的水分子后，其高能表面就变成了低能表面。AN 是一种易溶于水的极性无机盐，它的颗粒或粉状晶体表面具有多毛细孔状结构，较大的毛细孔半径和孔隙率也造成了AN 对水分子具有很大的吸

附作用

［2］

。因此，要解决AN 的吸湿性，关键在于改变其表面结构以降低表面能，提高憎水性。

表面活性剂具有特殊的两亲结构———亲水性的

极性基团和憎水性的非极性基团［3］

，当用表面活性

剂对AN 进行特殊的表面处理时，表面活性剂分子中的亲水性基团便与AN 结合，使AN 颗粒的表面能降低，而憎水性基团则指向AN 颗粒外围，形成了一层憎水薄膜。这层憎水薄膜包覆了AN 的颗粒，因而有效地阻止了空气中水分子与AN 的直接接触，

降低了AN 的吸湿性［4］

。

1实验

用表面活性剂对AN 进行表面处理，在特殊的

结晶条件下制得改性AN ，

再将改性AN 粉碎过筛，在80C 干燥至质量恒定。称取一定质量的AN ，在

不同的温度和湿度下，每间隔一定时间称量AN 的吸湿增量，计算其百分吸湿量。

实验所选择的相对湿度分别为75%和96%，表面

活性剂的加入量为AN 质量的0.20%，AN 颗粒的吸湿率均为百分吸湿增量（以下同）。实验结果见表1、2。

表1

直径为0.25mm 的AN 颗粒的平均吸湿率（温度20C ，相对湿度75%）

样品样品平均质量

/g

吸湿时间/h

12468纯AN 1.98750.320.67 1.23 1.70 1.95AN （0） 1.95940.300.62 1.14 1.64 1.84AN （N ） 1.95760.280.60 1.09 1.57 1.70AN

（N0） 1.9875

0.26

0.49

0.97

1.42

1.52

注：AN 为硝酸铵，AN （0）为阴离子表面活性剂处理后的改性硝酸铵，AN （N ）为阳离子表面活性剂处理后的改性硝酸铵，AN （N0）为复合表面活性剂处理后的改性硝酸铵，下同。

表2直径为0.25mm 的AN 颗粒的平均吸湿率（温度20C ，相对湿度96%）

样品样品平均质量

/g

吸湿时间/h

12468纯AN 1.9549 1.06 1.89 3.52 5.11 6.23AN （0） 1.9472 1.03 1.80 3.36 4.99 5.74AN （N ） 1.9901 1.01 1.73 3.25 4.90 5.11AN

（N0） 1.9634

0.89

1.68

3.10

4.77

4.98

从表1和表2中的数据可以粗略地看出：用表面活性剂处理后的改性AN ，其吸湿性比未用表面活性剂处理的纯AN 吸湿性降低了，而复合表面活性剂降低的效果最好。为了验证上面的实验结果，在深入分析和研究的基础上，经过认真筛选，自制了几种对AN 吸湿性改善效果较理想的表面活性剂，并测定了处理后的改性AN 的吸湿性，实验结果见表3、4。从表3、4可以看出：

复合表面活性剂（特别是"收稿日期：

2000-05-14

NO

!

）能够有效地降低AN的吸湿性，其吸湿性比普通纯AN的吸湿性降低约30%。

表3直径为0.32mm的AN颗粒的平均吸湿率（温度25C，相对湿度75%）

样品样品平均质量

/g

吸湿时间/h

l2468

纯AN l.97l2

l.98730.29

0.30

0.64

0.67

l.23

l.20

l.73

l.80

2.25

2.33

平均l.97930.290.65l.2l l.76 2.29

AN（O

"）l.97ll

l.98l6

0.27

0.28

0.60

0.62

l.l8

l.l6

l.66

l.72

2.03

2.09

平均l.97640.270.6l l.l7l.69 2.06

AN（O

!）l.972l

l.9753

0.27

0.26

0.58

0.58

l.08

l.05

l.54

l.58

l.96

l.92

平均l.97370.260.58l.06l.56l.94

AN（N

"）l.9635

l.9586

0.25

0.25

0.55

0.54

0.98

0.92

l.47

l.49

l.90

l.90

平均l.96ll0.250.540.95l.48l.90

AN（N

!）l.9882

l.9738

0.24

0.25

0.52

0.50

0.90

0.94

l.40

l.40

l.86

l.86

平均l.97l00.240.5l0.92l.40l.86

AN（NO

"）l.8805

l.9570

0.23

0.2l

0.49

0.45

0.83

0.8l

l.33

l.37

l.80

l.70

平均l.9l880.220.470.82l.35l.75

AN（NO

!）l.9777

l.98ll

0.2l

0.2l

0.42

0.42

0.77

0.76

l.30

l.27

l.69

l.70

平均l.97940.2l0.420.76l.28l.69

表4直径为0.32mm的AN颗粒的平均吸湿率（温度25C，相对湿度96%）

样品样品平均质量

/g

吸湿时间/h

l2468

纯AN l.992l

l.9874l.09

l.l0

2.07

2.03

3.89

3.88

5.80

5.72

7.94

7.87

平均l.9898l.09 2.05 3.88 5.767.90

AN（O

"）l.9756

l.944l

l.0l

l.00

l.97

l.9l

3.75

3.77

5.68

5.70

7.40

7.38

平均l.9599l.00l.94 3.76 5.697.39

AN（O

!）l.9633

l.97l5

0.98

0.97

l.86

l.82

3.6l

3.60

5.55

5.49

7.28

7.30

平均l.96790.97l.84 3.60 5.527.29

AN（N

"）l.9782

l.94l0

0.96

0.96

l.80

l.74

3.50

3.5l

5.40

5.42

7.05

7.03

平均l.95960.96l.77 3.50 5.4l7.04

AN（N

!）l.9537

l.962l

0.95

0.93

l.77

l.70

3.44

3.4l

5.32

5.30

7.00

6.92

平均l.95790.94l.73 3.2 5.3l 6.96

AN（NO

"）l.9789

l.9364

0.82

0.80

l.70

l.66

3.3l

3.33

5.0l

5.05

6.5l

6.39

平均l.95970.8l l.68 3.32 5.03 6.45

AN（NO

!）l.98l3

l.9799

0.79

0.77

l.58

l.60

3.08

3.l0

4.78

4.72

6.03

6.0l

平均l.98060.78l.59 3.09 4.75 6.02

!分析

AN吸湿的根本原因主要有两个方面：一方面由于它是一种易溶于水的极性无机盐，它的固体表面

与空气中水分子之间存在着较强的静电作用，从而使水分子被吸附；另一方面AN分子中的NO3-离子可以以氢键的方式与水分子相结合。

用阴离子表面活性剂处理后的改性AN，由于表面活性剂的表面作用以及其分子结构中所具有特殊的两亲结构，其极性基团与AN分子中的NH4+存在着较强的静电作用，并且以离子交换或离子对的方式吸附在AN颗粒的表面，降低了AN的表面能。阴离子表面活性剂分子中的非极性憎水基团便在AN 颗粒表面的外围作定向排布，从而形成了一层较密集的“憎水薄膜层”，由于其包覆了AN颗粒，它的憎水作用有效地阻止了空气中的水分与AN颗粒的直接接触，因而能够降低AN的吸湿性。

对于阳离子型表面活性剂，其极性基团的阳离子与AN分子中的NO3-离子可以通过静电作用而相互吸引，其结果是既降低了AN分子对水分子的静电作用，阻碍了AN分子中的NO3-离子通过氢键与水分子结合的能力，降低了AN的表面能；又和阴离子表面活性剂一样，阳离子表面活性剂的非极性憎水基团在AN颗粒的表面也形成了密集的“憎水薄膜层”，因此，两者的共同作用使得用阳离子表面活性剂处理后的改性AN吸湿性会进一步降低。

对于复合表面活性剂，由于它是通过特殊的方法使两种表面活性剂复合而成的，它既含有阴离子表面活性剂，又含有阳离子表面活性剂。阴、阳离子表面活性剂之间的相互作用大大增强了表面活性，更有效地降低了AN的表面能，使复合表面活性剂在AN颗粒表面更容易吸附，憎水性的非极性基团更有利于在AN颗粒表面形成密集的“憎水薄膜层”。由于复合表面活性剂克服了单一离子型表面活性剂的缺点，两种离子型表面活性剂所形成“憎水薄膜层”的憎水作用相互补充，更有效地阻止了空气中水分子与AN颗粒之间的接触，因此，用复合表面活性剂处理后的改性AN，防吸湿性能优于用阴离子或阳离子表面活性剂处理后的改性AN。

"结论

用表面活性剂处理后的改性AN，其吸湿性可以得到有效地改善，复合表面活性剂的作用效果最好，阳离子表面活性剂次之，阴离子表面活性剂再次之。

参考文献：

［l］卢华，万山红.硝铵炸药［M］.北京：国防工业出版社，l972.5-6.

（下转ll6页）

?

l7

?

第2期叶志文：表面活性剂改善硝酸铵吸湿性研究

（上接71页）

［2］阿列夫斯基B M.硝酸铵工艺学［M］.北京：化学工业出版社，1983.8.

［3］赵国玺.表面活性剂物理化学［M］.北京：北京大学出版社，1984.3.

［4］叶志文.硝酸铵膨化机理的研究［D］.南京：南京理工大学，

1996.56-58.

作者简介：叶志文（1968-），男，南京理工大学工程师，硕士，曾获兵器部科技进步特等奖及江苏省科技进步三等奖各一次，主要从事表面活性剂应用方面的研究，电话：025-*******。

Research on Improvement in Hydroscopicity of Ammonium

Nitrate with Surfactants

YE Zhi-wen

（School of Chemical Engineering，Nanjing Uniuersity of Science and Technology，Nanjing210094，China）

Abstract：Surface of ammonium nitrate was modified with surfactants.Its hydroscopicity was measured.The resuits showed that surfactants can effectiveiy iower the hydroscopicity of ammonium nitrate.Hydroscopicity of modified ammonium nitrate was about30%iower than that of common ammonium nitrate.Appropriate surfactants for ammonium nitrate modification were obtained.

Key words：ammonium nitrate；hydroscopicity；surfactant

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kx81.html