粒状硝铵表面改性分子设计与工艺初探(2)
图1 硝酸铵分子结构[1]
硝酸铵固体颗粒具有多晶性、钝感性、吸湿性等性质。常压下，固体硝酸铵在-17～169.6℃的温度范围内存在五种热力学稳定的结晶变体，每种结晶变体仅在一定温度范围内存在[2]。硝酸铵是一种钝感的弱爆炸性物质，爆轰感度很低，一般情况下不能用雷管直接起爆硝酸铵[3]。硝酸铵固体颗粒表面与空气中水分子之间存在着较强的静电作用，并且颗粒表面是多孔毛细孔状结构，易产生毛细现象而吸附空气中的水分，导致硝酸铵颗粒表面易吸湿[4]。
1.1.2 硝酸铵的应用
硝酸铵固体颗粒在农业、工业、国防上有着广泛的用途。在农业上，硝酸铵是一种优质高效氮肥，在气候偏低的国家和地区，它比硫酸铵和尿素等氮肥在旱地作物上的肥效快且效果好[5]。在工业上，硝酸铵是工业炸药中应用最广泛的氧化剂，用其制造的炸药威力较高且感度适中，被广泛的应用于矿山开采，道路建设，移山造田和小型爆炸作业[6]。在国防上，由于硝酸铵价格低廉、感度低、特征信号低、不含卤素，近年来在研究低特征信号、低污染推进剂时，是高氯酸铵氧化剂的良好替代物之一[7]。
1.1.3 硝酸铵的表面改性
硝酸铵的表面改性主要有防晶变改性、敏化改性、防吸湿改性。为消除晶变现象，学者们在硝酸铵中加入CuO、ZnO、Ni2O3等无机盐添加剂以限制其晶格单元的移动[3]。为提高硝酸铵颗粒的爆炸性能，学者们在硝酸铵溶液中加入特殊的表面活性剂，经过真空析晶工艺形成膨化硝铵晶体，使硝酸铵晶体得到敏化[4]。为降低硝酸铵的表面吸湿性，学者们常用物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆（如相分离包覆、沉淀聚合包覆）、复合包覆等方法包覆硝酸铵，在硝酸铵颗粒表面形成一层疏水的包覆层，阻止硝酸铵颗粒与外界水分的直接接触。
1.2 粒状硝酸铵防吸湿改性研究概况
粒状硝酸铵的防吸湿改性主要是通过在颗粒表面形成一层疏水的包覆层，阻止硝酸铵颗粒与外界水分的直接接触，从而起到防吸湿的作用。主要方法有物理涂覆、化学包覆、微胶囊包覆、复合包覆等。
1.2.1 物理涂覆
物理涂覆是利用有机疏水物对硝酸铵颗粒进行处理而达到表面改性的工艺。有机疏水物主要有矿物油[8]、石蜡[9]、卤代硅烷、十八烷癸二酰胺、山梨醇四硝酸酯以及松香等。学者们将有机疏水物加入到熔融的硝酸铵中或调成溶液喷洒于颗粒表面上，形成一层疏水膜，阻止颗粒表面与外界水分的接触，进而起到防吸湿的作用。
目前物理涂覆水平最高的的是Damse R S的研究。Damse R S[10]采用矿脂、硬脂酸钙、邻本二甲酸二辛酯、高岭土、邻苯二甲酸二乙基酯、二硝基甲苯、蜂蜡包覆改性硝酸铵，结果表明：当矿脂的质量分数为1%，相对湿度65%，吸湿时间96h时，矿脂涂覆硝酸铵颗粒的吸湿性由35%降至7%，降幅80%。其次是胡坤伦的研究，胡坤伦等[11]采用十八烷烃、松香和蜡等混合物制成涂覆剂改性20～40目的硝酸铵颗粒，结果表明：当涂覆剂含量为10%～12%，25℃，相对湿度90%，吸湿时间8h时，涂覆剂改性硝酸铵的吸湿性由6.255%下降至2.174%，降幅65%。此方法能够改善硝酸铵颗粒的表面吸湿性，但由于涂覆剂用量大，涂覆剂不易吸附在颗粒表面，且颗粒表面孔隙率较大，涂覆剂进入孔隙中使涂覆效果变差。