硝酸銨既是一種農用化肥,又是固體推進劑和工業炸藥的主要原料,但是,由于硝酸銨是一種極易溶于水的極性無機鹽,能強烈吸附空氣中的水分子而表現出嚴重的吸濕性。吸濕后的硝酸銨很容易出現結塊,這既影響了硝酸銨的作用,又影響了以硝酸銨為主要原料制成的固體推進劑和工業炸藥的爆炸性能。目前盡管對降低硝酸銨吸濕性的研究很多,所采取的措施也很廣泛,但至今仍未能有效地予以解決,因此,進一步研究硝酸銨的防吸濕性具有重要的實際意義。

硝酸銨易吸濕的原因與其自身的分子結構有關,由于硝酸銨顆粒的表面具有較高的表面能,因此它具有強烈地吸附外界水分子的趨勢,并通過靜電吸引作用和氫鍵與水分子相結合,當硝酸銨吸附水分子后,其高能表面就變成了低能表面。此外,由于硝酸銨晶體表面為多毛細孔狀結構,含有較大的孔隙率和毛細孔半徑。這些都造成了硝酸銨對水具有很大的吸附作用,因此,降低硝酸銨吸濕性的關鍵是改變其表面結構,降低其表面能,提高憎水性。

本文在分析硝酸銨吸濕機理后進行了大量的實驗,并優選出幾種較理想的復合表面活性劑對硝酸銨進行特殊的表面處理,同時選用一定的添加劑與之作用,兩者共同作用的結果能夠有效地降低硝酸銨的吸濕性。

1實驗

選用不同的復合表面活性劑和添加劑加入到一定量的硝酸銨中,熔化后在特殊的工藝條件下對硝酸銨進行表面處理,制得具有多微孔膨松片狀的改性硝酸銨,粉碎過篩后在烘箱中干燥至恒重,在保干器中冷卻至室溫,然后在不同的溫度和濕度下每間隔一定的時間稱量一定質量硝酸銨的吸濕增量,計算出硝酸銨的百分吸濕率,最終得出降低硝酸銨吸濕性較理想的復合表面活性劑和添加劑。

大量的實驗已經得出:選用復合表面活性劑的質量為硝酸銨質量的0.15%為宜,添加劑的

質量為硝酸銨質量的1%,吸濕性實驗所選擇的相對濕度分別為80%和95%。實驗結果見表

1,表2。

注：表中AN—硝酸;N－復合表面活性劑；AN（NO）－用復合表面活性劑處理后的改性硝酸銨；表面活性劑的加入量均為硝酸銨質量的0.15%；硝酸銨的吸濕率均為百分增量。（下同）

　表1和表2中的數據說明,用復合表面活性劑處理后的改性硝酸銨的吸濕性明顯地低于未用表面活性劑處理的硝酸銨,尤其以第三種復合表面活性劑(表中的NO )作用的效果更明顯,其吸濕性約降低40%～50%。

用第三種復合表面活性劑對硝酸銨進行表面處理的同時,加入優選的添加劑,改性后硝酸銨的吸濕性實驗結果見表3。

表3　溫度40℃、相對濕度80%、40目硝酸銨的吸濕率

2　理論分析

復合表面活性劑和添加劑能有效地降低硝酸銨的吸濕性,可以從它們對硝酸銨作用的機理中得到解釋。

由于表面活性劑的分子中具有親水性的極性基團和親油性(或稱憎水性)的非極性基團這種特殊的“兩親”結構,當它與硝酸銨作用時,親水性的極性基團便與硝酸銨分子中的離子通過靜電吸引而相互作用,憎水性的非極性基團便指向硝酸銨分子的外圍,從而在硝酸銨顆粒的外圍形成了一層“憎水薄膜層”。通過特殊的處理方法和工藝將陰離子表面活性劑和陽離子表面活性劑“復合”而制得的復合表面活性劑,由于正、負表面活性劑之間可以發生強烈的相互作用,其本質是電性相反的表面活性劑離子間的靜電作用以及憎水基間的相互作用,這些作用有效地克服了單一型陰離子或陽離子表面活性劑的缺點,因而大大增強了自身的表面活性,能更有效地降低硝酸銨溶液的表面張力,使復合表面活性劑更容易在硝酸銨固體顆粒表面吸附,降低硝酸銨的表面能,憎水性的基團便在硝酸銨顆粒表面成有規則的排布并形成了密集的憎水薄層,有效地阻止了外界水分子與硝酸銨分子的接觸,因此,復合表面活性劑能顯著地降低硝酸銨的吸濕性。

在用復合表面活性劑處理硝酸銨的同時加入添加劑能更進一步地降低硝酸銨的吸濕性,這是因為加入的添加劑絕大多數為憎水性的有機物,它們可以通過范德華力與復合表面活性劑分子中的憎水基團相結合,這樣在復合表面活性劑的外圍又形成了一層添加劑的憎水層,“雙層”憎水層之間補充和加強,其共同作用的結果使改性后硝酸銨的吸濕性進一步降低。

3結論

綜上所述,用復合表面活性劑處理后的改性硝酸銨的吸濕性明顯降低,改性硝酸銨的吸濕率約下降40%～50%;用復合表面活性劑和添加劑對硝酸銨共同作用的結果能進一步降低硝酸銨的吸濕性,改性后硝酸銨的吸濕率下降大于50%。

參考文獻

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