用于硝酸铵颗粒的改良涂料 本发明涉及用于硝酸铵颗粒的改良涂料。该涂料改善了颗粒的流动性并减少了由颗粒的运送和/或存储导致的细末的量。
硝酸铵颗粒一制造好便相互作用或者与环境发生作用的问题已经使松装炸药领域困扰了相当一段时间了。所述颗粒通常是在被称为造粒塔的设备中制造的，装袋或置于大仑室中存放。最后，颗粒以散装的形式用船运往最终目的地，再根据颗粒的密度用作炸药或肥料。只是存在这样的问题：空气中的湿气、正常运输过程中的摩擦以及松散材料的运输和存放有关的环境因素对颗粒材料整体上具有支配性作用。这样的结果使得硝酸铵颗粒产生细末而成为不太有效的最终产品并且由于结块而变得不易操作。
很多研究硝酸铵颗粒的涂布的先有技术都至力于保护颗粒使之免受溶剂侵染，在将颗粒装入炮膛时常用溶剂作为载体。尤其在美国专利4,615,751、4,440,050和4,555,278提供可在一段贮存期内将硝酸铵颗粒保护起来免受混合的溶剂的侵染的方法和装置。
人们已经尝试了加入涂料以延长颗粒贮存期供干燥贮存的方法。美国专利3,834,955公开了用包含脂肪酸、铝、滑石和硬脂酸锌的疏水性涂料来涂覆硝酸铵的方法。日本专利49,047,300公开了结合使用金属(除镁外)的盐和硬脂酸盐和颗粒的方法。美国专利4,220,965公开了将烷基铵和矿物油施用到硝铵颗粒上地方法。
下述文献中的一些炸药涂料专门用于运输和贮存目的。
本发明与先有技术的不同之处在于本发明的主要兴趣是在硝酸铵颗粒的干燥贮存和运输的脆性阶段将其保护起来并且在某些情况下能改善其在田地中的工作性能。本发明可用于用作炸药和肥料的致密和多孔性硝酸铵颗粒的涂覆。
本发明提供一种用于硝酸铵颗粒的涂料，所述涂料包括选自碱金属、碱土金属、铝、锌的金属离子或其某种组合与化学计量的硬脂酸结合生成的硬脂酸盐，其中所述盐与包括脂肪酰胺的分散剂合用，其中所述盐占所述涂料的1-80％(重量)。硬脂酸盐优选占20-60％(重量)、最优选占30-40％(重量)。碱金属离子优选钠和钾、最优选钠。碱土金属离子优选镁和钙、最优选镁。
与该涂料相空的脂族酰胺的例子包括碳原子数在C12-C30之间的支化的、饱和和/或不饱和线形烃。最优选的脂肪酰胺是二脂酰胺(disteramide)。
与硬脂酸结合形成硬酯酸盐的金属离子通常是每个硬脂酸根对应一个金属离子。然后，该硬脂酸盐与分散剂脂肪酰胺结合形成混合物，该混合物是一种均匀分散的涂料。
可以制成既有开孔又有闭孔的硝酸铵颗粒。不论硝酸铵将被用作肥料还是炸药，其多孔度都将影响最终产品的性能。较多孔的硝酸铵通常需要用作炸药。就本发明的目的而言，不管是开孔还是闭孔的，对本发明涂料的可涂性没有什么影响。
例如：开孔孔隙是指孔一直延伸到颗粒的间隙中。这一附加的空隙对涂层没有影响，因为涂料不需要将开孔封闭就能有效地用于运输和贮存的目的。该涂料是疏水性的并且在硝酸铵颗粒上产生明显的疏水效应。结果，我们观察到即使开孔孔隙未被涂覆上，水也不容易穿透涂层。我们相信，由于这一效应，仅产生很少的细末，因为环境的水蒸气与颗粒之间的相互作用甚微。
另一个附加的益处是涂层本身对于在大量颗粒中存在的正常摩擦力起着润滑剂的作用。涂层润滑作用也有助于细末的减少。因为细末的增加与摩擦力的增加有关。
这一润滑的性质也有助于抗结块，这在颗粒被涂覆和贮存后可观察到。如果不用本发明的涂料，则贮存的颗粒便常常慢慢成为一个大块或者变成粉状物质。结果，颗粒失去了颗粒的一致性，变得难以操作，而且以这样的最终形式使用不太能够使人接受。本发明涂料可保持颗粒总体的一致性。这一点是重要的，因为贮存期限、可运输性和可用性都得到加强。
令人感兴趣的是，硬脂酸盐的使用为将颗粒用作炸药提供了额外的氧气。在将硝酸铵颗粒用作炸药时，常常将所述颗粒与燃料油混合，制成ANFO，加入燃料和氧化剂以增强颗粒的爆炸性质。本发明容易联想到使用高含氧量的ANFO作为燃料。根据炸药设计的要求这一点可能是有利的。
然而，本发明涂料的另一优点是它对于硝酸铵明显的化学惰性。为了有效涂覆，涂料常常必须与基材料结合。在这种情况下，尽管机理尚不完全清楚，但涂层肯定没有任何实质性的物理化学相互作用。由于没有实质性的物理化学作用，所用颗粒表面的整体性不受损害。我们相信，主要的相互作用力是物理的并且是由与表面能相关的力引起的。
该涂料的再一优点是它与炸药乳液制剂的相容性。一般来说，外加的化学试剂常常具有引起制剂中各种乳液成分的相互作用受到破环的潜能。乳液制剂是大量实验的结果，其中最终的配方对于外加的化学试剂变得敏感。与乳液混合后涂覆有本发明涂料的硝酸铵颗粒的性质与基于未涂覆的硝酸铵颗粒的性质相似。因此，可以得出结论：本发明涂料能够增强贮存的干燥部分，便于颗粒的操作，并且不影响硝酸铵作为炸药的商业目的。
本发明的一个优选的实施方案是用大约110-80％(重量)、最优选30-50％(重量)的稀释剂(如油和蜡)将涂料稀释。可用作稀释剂的油是甘油、石蜡油、矿物油及其组合。可用的蜡是石蜡、蜂蜡、疏松石蜡及其组合。在最优选的实施方案中选用的油是石蜡油；优选的蜡是疏松石蜡。
在将涂料施用于颗粒时，可以用液体涂覆颗粒领域的技术人员公知的任何方法施用。一般来说，该涂料在75℃以上为液体，65℃以下则凝结为固体。施用本发明涂料的最优选的方法是在制成颗粒后接着立即往颗粒上喷涂。喷涂可在涂装鼓(coating drum)中实施。涂装鼓具有可控的环境，其中温度和颗粒的进料速率得到控制。将温度从大约80℃的喷涂温度大幅度地低到大约30℃的颗粒温度附近便可确保涂层的整体性。随后可将颗粒贮存，再运送至其最终目的地。
下面给出对本发明优点的进一步描述，但不作为对本发明范围的限定，一般来说，下述实施例中的颗粒都是用同一方法制造的。所有施用的涂料都是施用于用类似方法制得的硝酸铵颗粒上的。
本发明涂料的制备如下：在120℃下，将5份硬脂酸(得自AKZOChemicals)与4.5份十八烷胺(得自AKZO Chemicals)反应。继续反应直至硬脂酰胺生成完全。另外，将4份硬脂酸镁(得自加拿大多伦多的Witco Chemical Company)与9份石蜡油混合制成的浆液缓慢地加到置于搅拌容器中的热的酰胺溶液中。混合物慢慢的地分散进入酰胺中，得到透明溶液。然后，将此透明溶液用喷嘴涂到颗粒上，喷嘴上连接有计量泵，以便提供希望量的涂料。
用类似的方法进行了五个比较例，比较例的涂料如下：比较例1涂料是Lilamine 81L，(得自Berol Nobel，Sweden)；比较例2涂料是Lilamine 88L(得自Berol Nobel)；比较例3涂料是Galoryl ATH626(得自Lobeko，US)；比较例4涂料是Carseland Regular(它是Pretro AG/Talc含量为0.05/0.35％(重量)的涂料，得自Lobeko，US)比较例5是未涂覆的颗粒。
对5个比较例和本发明实施例进行结块试验以测定本发明涂料的效果。每个试验都是将135g粒料倒入模具中。轻轻振动模具使颗粒沉积下来，使得整个试样中压力均分布。测量试样高度并输入计算机程序的程序参数中，计算结块颗粒破裂所需的力。将模具置于Instron压制机的压板之间，以1mm/min的应力速率压制粒料至压力达4500N。将试样保压10分钟。记录结块试样的高度。预置加压破坏形成的结块的程序。用计算机分析确定结块破坏所需的力。所需的力越大，则结块的强度越高。用本领域技术人员公知的Karl-Fisher滴定技术测定湿度百分数。表1列出了这些试验的结果。
表1实施例 所加涂料的 湿度百分数 破坏强度
重量百分数 1 0.10 0.12 2918 2 0.08 0.11 3287 3 0.10 0.12 1986 4 0.05/.35 0.12 2787 5 0 0.12 4600本发明涂料 0.06 0.10 1325
破裂强度越小，结块试验中结块的现象越少。其意义可以解释为在贮存期间将产生更少的结块。值得注意的是相对于最接近的比较例一比较例2而言，本发明涂料可产生50％的改善。另一个本发明实施例的结块试验发现破裂强度为1024N。该本发明实施例具有磺酸盐类聚合物添加剂，在这种情况下，先将聚苯乙烯磺酸钠与粒料混合，然后加入本发明涂料，磺酸盐聚合物见述于美国专利申请序列号：07/878,720(1992年5月4日提交，此处将提交文本引作参考文献)。
对表1中同一实施例的试样进行温度循环试验，以测定在整个冷却循环贮存试验中产生的细末的量。将已涂覆的粒料与6％的油混合制成ANFO。将试样先在环境温度(AMB)20℃下保温一段时间，然后在35℃到-35℃的范围内循环加热和冷却。在这样的环境试验之后的颗粒完整性的量度是测定的细末的量。细末定义为在贮存期间产生的平均粒径小于1.18mm的微粒。表II给出了从各个实施例回收的细末的结果(以克数表示)。回收的细末越多表明贮存期限越短。
表II 实施例 AMB 35C -35C 35C/AMB - -
35C/AMB 35C/35C
1 0.5 3.2 42.5 3.2 71.0 86.9
2 0.8 2.9 40.9 3.5 71.0 82.3
3 0.5 0.5 28 0.8 64.3 80.4
5 0.5 2.2 24.7 1.8 31.0 58.0本发明涂料 0.5 0.5 13.7 0.5 48.6 67.0
应当注意的是在涂覆的试样中，本发明试样是最不具侵袭性的，并且在某些条件下表现出比所有实施例都好得多的结果。