硝酸铵是一种易溶于水的盐, 由科学家J.R.格劳贝尔于1659年首次制得。随着合成氨工业的发展, 硝酸铵的生产于20世纪中期得到了迅速发展[1,2]。然而硝酸铵较强的吸湿性, 严重地影响了它在各个领域的应用[3,4]。因此, 改善硝酸铵的吸湿结块性成为硝酸铵应用的研究热点。
物质的吸湿性主要是指物质暴露在空气中自行从环境中吸收水分的性质[5]。
物质的结块现象是指颗粒状物质自然地积聚成为密实块状物, 失去松散状态的现象。
为了改进硝酸铵吸湿结块的缺点, 研究者采取了很多物理防护措施。但是这些物理手段虽然在一定程度上降低了硝酸铵的吸湿结块性能, 但并不能从根本上消除硝酸铵的吸湿结块性的缺点。因此, 国内外研究者进行了大量利硝酸铵的表面改性研究, 并取得了一定的研究成果。表面改性剂主要分为两大类:有机表面改性剂和无机表面改性剂。
用于硝酸铵吸湿性改善的有机表面改性剂主要有:表面活性剂、高分子材料和有机疏水物。
(1) 表面活性剂改性
在硝酸铵改性中, 使用较多的是阳离子表面活性剂, 其次是阴离子表面活性。但是随着研究的不断深入, 逐渐出现了将阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂复合制得复合表面活性剂。殷鹏刚等[6]利用自组装成膜技术在硝酸铵表面形成一层一层均匀的十八胺分子膜, 硝酸铵的吸湿性下降到纯硝酸铵的58.6%。陈天云[7]和叶志文[8]等对不同种类的表面活性剂改性硝酸铵的吸湿性进行了研究, 最终认为复合表面活性剂的效果最好, 阳离子表面活性剂次之, 阴离子表面活性剂最差。
(2) 高分子材料改性
高分子材料改性硝酸铵具有其特有的优势, 比如高分子材料具有优异的成膜性能、膜的透气性小、强度大、弹性好等。这些优良的性能都赋予了高分材料改性硝酸铵较好的效果, 因此目前利用高分子材料包覆改性硝酸铵具有明显的优势, 成为硝酸铵改性的一个重要的方向。
目前, 用于改性硝酸铵的高分子材料一般为聚乙烯、聚丙烯腈以及硝化棉等。
董强[9]等利用硝化棉对硝酸铵固体进行了包覆实验, 有效地降低了硝酸铵的吸湿性。郑俊杰、蔡宝虎[10]等人选用聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺 (作为包覆材料, 包覆后的硝酸铵24h的吸湿率可分别下降32.8%和24.1%。温岭[11]等利用聚氨酯包覆硝酸铵改善吸湿性时, 可以将改性后的硝酸铵吸湿率降低至4.30%。
(3) 有机疏水物改性
有机碳氢化合物是使用最早、应用最广泛的有机疏水剂, 由于其来源广泛、价格低廉、效果明显的性价比, 一直深受研究者以及实际应用的青睐。常用的有机疏水剂主要有矿物油、石蜡以及沥青等。Van H[12]等先在硝酸铵颗粒表面涂上一层直链型脂肪胺, 然后在外层包覆一层矿物油, 显著地改善了硝酸铵颗粒的吸湿性。胡坤伦[13]等将十八烷烃、松香和石蜡等混合均匀对硝酸铵进行包覆, 取得了良好的改善吸湿性效果。
无机表面改性剂主要是一些无机盐和金属氧化物。其作用机理为:无机表面改性剂与硝酸铵中游离水结合可以改变硝酸铵的结晶性或者减小空隙率, 减弱硝酸铵颗粒表面的毛细吸附作用, 从而降低硝酸铵的吸湿性。虽然无机添加剂的加入可以一定程度上降低硝酸铵的吸湿性, 但也同时降低了其吸湿点, 当空气的湿度高于吸湿点时, 硝酸铵的吸湿速率反而会显著增加。李君励[14]等将无水硝酸镁加入熔融状态下的硝酸铵中, 能够将硝酸铵中的水分吸收生成六水合硝酸镁, 从而降低水分对硝酸铵的影响。蔡敏敏[15]等利用了10余种无机添加剂对硝酸铵进行作用, 结果表明无机添加剂可以有效地改善硝酸铵的结块性。
综上所述, 硝酸铵吸湿结块性的改性方法中, 无机表面改性剂只是在一定程度上对硝酸铵的吸湿结块性有了些许改善, 并不能很好的解决问题, 而且一定条件下还会导致吸湿速率显著增加。因此, 现阶段对于用无机表面改性剂改性硝酸铵的研究较少。有机疏水物改性和高分子材料改性均能够在硝酸铵表面均匀地包覆, 而且能够较好的降低硝酸铵的吸湿结块性, 受到了研究者的青睐, 特别是对于高分子材料改性剂的研究。表面活性剂改性硝酸铵一直是研究者的探索热点, 从目前的成果来看, 利用多种表面活性剂的复合材料改性硝酸铵, 能够达到较好的改性效果。
然而, 不管采用是哪种改性方法, 都没有彻底地解决硝酸铵的吸湿结块性问题, 还有待进一步探索新的改性工艺和新的表面改性剂。
摘要：随着硝酸铵在工农业生产和国防军事方面的应用越来越广泛, 研究者对其吸湿结块性的改性研究也越来越多, 本文归纳总结了目前常用的一些改性剂的种类、改性原理以及改性效果等。
关键词：硝酸铵,吸湿结块,改性
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