作者:Richard Kwasny，博士，CPEA, CSP高级工程顾问，化学操作，Michael Lim，机械工程师和Zach Hachmeister，操作和化学工程师总监，Fauske & Associates, LLC
背景
材料对冲击和摩擦形式的能量的敏感性可能导致在运输、储存、搬运和工厂单元操作期间的各种情况下发生不必要的爆炸事件。旋转设备(即泵、锤磨机、微粉化操作)可以传递足够的能量，在高敏感材料中引发爆炸。粗糙的固定表面(即管道、过滤器和其他研磨表面)会产生摩擦力，当摩擦敏感材料在粗糙表面上流动/积聚时，摩擦力也会引发摩擦敏感材料的爆炸性分解。如果一种材料具有较低的冲击和/或摩擦敏感性阈值，那么必须非常小心地进行有可能对材料施加突然冲击或磨蚀力的单元操作。因此，在进行加工或运输操作之前，识别冲击和/或摩擦敏感的材料并量化材料的冲击/摩擦敏感程度是很重要的。
冲击(冲击)和爆炸危险识别
作为第一步，应对材料安全数据表(MSDS/SDS)进行文献检索和审查，以确定爆炸性的指标。许多具有这些不利性质的材料可以被识别出来，因为它们具有高能量官能团，即硝基(R/Ar-NO)2)， n -氧化物(R3.N+ - o -)，叠氮化物M(N3.)等。爆炸基团的完整列表可以在各种参考文献中找到(Bretherick 's Handbook of Reactive Chemical Hazards, Sax and Lewis等)。一个有用的筛选测试，以估计材料是否具有潜在的冲击和/或恐惧敏感是差示扫描量热法测试。该测试方法评估给定样品在25°C - 400°C的温度范围内的热行为。DSC测试数据的分析可以提供反应的起始温度和反应热。这些参数可以插入吉田的相关性，以估计材料的冲击敏感性(SS)和爆炸传播(EP)。
SS = log (Qdsc) -0.72 x log (Tdsc-25) 0.98
EP = log (Qdsc) -0.38 x log(Tdsc-25) - 1.67
问在哪里dsc放热能量的单位是卡路里g吗－1和Tdsc为放热开始温度，单位为°C。如果SS或EP值≥0.00，则该材料分别被预测为冲击敏感或表现出爆炸传播特性。
根据吉田的相关性，预测该样品既具有冲击敏感性，又具有爆炸传播性。这将是一个谨慎的做法进行BAM Fallhammer测试来验证吉田的预测，因为这种物质被认为是高能量的。
图1:含能材料DSC测试数据
在使用这种筛选试验时，关键是在DSC测试过程中不能有质量损失——微小的质量损失将导致非常高的能量损失和误导性的结论。上图所示的数据是使用瑞士M20高压坩埚获得的，如图2所示，该坩埚是防泄漏的，可以承受高达3500psi的压力。
图2:高压DSC金坩埚(瑞士M20)
如果DSC测试表明该材料能够在较小的温度范围内释放大量能量，如图1所示，则进行进一步的爆炸测试是很好的做法。确定和测量材料是否对冲击敏感的最常用的测试方法是BAM Fallhammer测试。该测试用于测量固体和液体对跌落重量冲击的敏感性，并确定该物质是否太危险，不能以所测试的形式运输或加工。试验装置如图所示右边的图3。
在测试过程中，样品受到由已知质量从已知高度下落产生的能量冲击。在撞击时，监测样品的反应、分解或爆炸的证据。施加在样品上的实际能量等于质量在设定高度上的势能。测试结果是根据在特定冲击能量下的六次试验中的任何一次是否发生“爆炸”来评估的。试验结果记录为在六次试验中至少发生一次“爆炸”时的最低冲击能量。如果在六次试验中至少发生一次“爆炸”的最低冲击能量为2 J或更小，则测试结果被认为是“阳性”的，从而将该物质归类为太危险，不能以测试形式运输。否则，结果被认为是“阴性”。对于工业工厂的情况，每一种具有冲击敏感特性的材料都必须逐个评估，并且必须考虑所有来源的冲击力的影响(即，泵、搅拌器、手动操作、研磨、铣削、微粉化和其他单元操作)。然而，对于一般的批量操作，通常认为，如果材料对冲击能量的敏感性为> 60 J，只要进行了危害评估，该材料通常可以安全处理。
摩擦的危险
目前，没有相关的预测摩擦灵敏度。如果材料具有高能量官能团，在处理时显示出无法解释的变色，显示出冲击敏感的特征，或高度放热，则应谨慎地进行摩擦危险评估。
摩擦测试
用于识别和测量物质对摩擦刺激的敏感性的最常用的测试方法是摩擦试验仪器如图4所示。
图4:BAM摩擦测试装置
这种测试方法包括将样品放在固定的瓷钉和移动的瓷砖之间。然后，试样以360 N到6个更低的力进行一个摩擦循环，直到观察到“爆炸”或“无反应”。
测试标准和评估结果的方法是基于:
•在特定摩擦载荷下，是否在多达六次试验中的任何一次中发生“爆炸”，以及
•在6次试验中至少发生一次“爆炸”的最低摩擦载荷。
如果在6次试验中发生一次“爆炸”的最低摩擦载荷小于80 N，则试验结果被认为是“阳性”的;因此，将该物质按测试形式归类为不宜运输的危险物质。否则，检测结果为“阴性”。如果BAM摩擦测试产生的值为> 360牛顿，则一般认为，在实验室、工厂或运输场景中，当受到两个表面之间的摩擦力时，材料不会点燃或分解。
风险缓解/转移
确定材料为冲击和/或摩擦敏感是至关重要的安全扩大和运输目的。危险程度的量化同样重要。如果落锤试验结果< 60 J，摩擦试验结果< 360 N，则可以进行工艺危害分析，以确定当前的程序和保障措施是否足够。如果不是，那么建议可以实施，以确保材料可以安全处理。在一个非设计用于处理爆炸物的设施中处理具有爆炸性的材料是非常具有挑战性的。然而，这个问题至少有两种解决方案。首先是考虑寻找一种化学性质相似但冲击/摩擦敏感性较低的替代材料。中给出了这样一个例子化学与工程新闻David am Ende等人用危险的高氯酸盐代替了双四氟硼酸盐，并且成功了扩大没有事件。这是一个很好的例子，取代了一种危害较小的材料，使这个过程本质上更安全。
如果工艺化学不能使用较少冲击/摩擦敏感材料或中间体进行重新设计，最好考虑使用专门处理爆炸性材料的设施。有许多炸药制造商拥有GMP设施，能够处理工艺中潜在的高度危险阶段。一旦高风险步骤完成，随后的流程步骤可以在内部处理。许多制药公司认识到这种危害，适当转移风险，并在更安全的阶段恢复处理。
如果成品材料具有爆炸性，则可以添加特殊辅料以减少冲击/摩擦危害。但是，这只能由具有处理爆炸性材料专门知识的人员尝试。炸药制造商具有这类专业知识，并且在重新配制产品以确保安全运输方面经验丰富。有关本主题的更多信息，请联系Zachary HachmeisterHachmeister@fauske.com或630-887-5223m.domyth.com。
参考文献
从差示扫描量热仪数据估计自反应化学品的爆炸危险。吉田忠雄等。《活性化学品火灾爆炸危险性预测》(Kogyo Kayaku)， 1987年第48卷第5期。
•高氯酸盐，David am Ende博士等人，化学与工程新闻，2000年3月6日。
•Bretherick的反应性化学危害手册，第6版，P. G. Urben, Butterworth Heinemann, 1999。
•《危险货物运输示范条例试验和标准建议手册》第四修订版，联合国，2005年9月1日。
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