BG108313A

BG108313A - Модифициращ агент за емулсионни експлозиви

Info

Publication number: BG108313A
Application number: BG108313A
Authority: BG
Inventors: Eduard Jakubcek; Jozef Bohacik; Stefan GAZDA; Maria MAKOVINSKA; Svatopluk ZEMAN; Karel Bezkocka; Petr KOHLICEK
Original assignee: Istrochem, A.S.
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-04-30
Also published as: SK4622001A3; PL367936A1; CZ20033010A3; WO2002081411A3; RU2286326C2; WO2002081411A2; RU2003132427A; SK285615B6

Abstract

Изобретението се отнася до агент, модифициращ бризантността на вода-в-масло емулсионни експлозиви и до композиране на макромолекулен компонент, състоящ се от съполимер или полимер с единици на периодичност -[CH2-C(X) = CH-CH2]- в макромолекулата, където Х е -Н или -СН3 и с крайни хидрокси- или изоцианатни групи или полиизобутиленови фракции. Използването на агента в емулсионен експлозив редуцира бризантността му, като същевременно запазва неговата работоспособност и повишава физическата консистенция на експлозива. а

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до модифициращ агент за бризантност на “вода в масло” - тип емулсионни експлозиви, състоящи се от макромолекулярен компонент,· основаващ се на бутадиен (течен каучук) или изобутилен и ще намери приложение във взривната промишленост.

Предшестващо състояние на техниката

Ако ние погледнем на “вода в масло”- тип (кодово име W/O) емулсионни експлозиви като смес от химически компоненти, те представляват една окислително-редукционна система, както в болшинството смесени експлозиви. Сместа от гориво и окислител е съставена с подходящ неексплозивен сензитив, който е възможно да участва в генерирането на избухливи ядра за иницииране и експандиране на химическата реакция в детонация.

В повечето смесени експлозивни системи основния окислител е амониев нитрат, често в комбинация с други инградиенти (например натриев, калиев, калциев, литиев и други подобни нитрати) или перхлорати (натриев или амониев).

В литературата е описано използването на един почти неописуемо широк обхват на горива, главно въглерод-съдържащи съединения на базата на минерален и/или синтетичен произход (виж например W. Xuguang: Emulsion Explosives. Metallurgical Ind. Press, Beijing, 1994). Най-общо използвани горива са парафинови масла и восъци, минерални и растителни масла, нефт, мйкрокристални восъци и други нефтени фракции. Изборът на гориво или горивна смес е определен чрез изисквания на реологията на резултатния експлозив, така както и от неговата физическа стабилност и стабилност на съхранение.

При известни обстоятелства, друг компонент на горивната фаза могат да бъдат метални прахове (по-специално алуминий) и индивидуални експлозиви (демилитаризирани тринитротолуолови и/или хексогенни и демилитаризирани пластични експлозиви).

В класическите вода-в-масло емулсионни експлозиви е правило, че окисляващият и горивният компоненти присъстват в течно състояние в прекъснатата фаза. на окислителя, във формата на суперсатуриран разтвор на окислител във формата на микросфери и други водо-разтворими адитиви, диспергирани в непрекъснатата (маслена) горивна фаза (непрекъснатата фаза създава филм върху микросферите на окисляващата фаза). Създаването на непрекъсната и стабилна граница между непрекъснатата и прекъснатата фази се създава чрез добавяне на липофилни-хидрофилни компоненти (т.е. емулгиращи агенти) към маслената фаза. Емулгиращите агенти използвани най-широко в техническата практика са сорбиращи моноолеати и/или секвоолеати.

Филмът върху непрекъснатата фаза може да бъде подсилван и физическата стабилност на получената в резултат емулсия (емулсионна матрица) може да бъде повишена чрез добавяне на олигомери, полимери и/или съполимери (например W. Xuguang: Emulsion Explosives. Metallurgical Ind. Press, Beijinh, 1994).

Нивото на техниката включва също описание и употреба на олигомери, полимери и битуми, основаващи се на изобутилен и бутадиен (виж например Can. Pat. Appl. СА 2, 107, 966, 1994 или Jpn. Kokai Tokkyo Koho JP 59, 156, 991, 1984); тук по-специално завършващия течен хидроксид полибутадиен има положителен ефект, увеличавайки стабилността на емулсията. Хидрофилните завършващи полиизобутилени понякога фигурират в производството на този вид експлозив като полимерни емулгиращи агенти, чиято употреба значително удължава работния живот на продукта.

Изключително големите разделящи повърхности в матрицата на емулсионните експлозиви, осигуряват перфектен контакт между двете фази, най-перфектен от всички индустриални смесени експлозиви. Този факт означава също, че тук има къса реакционна зона в детонационната вълна с подходяща сенсибилитивност и инициирането на описания тип експлозив може да бъде считано за равно на динамитите, поради значителната реактивност на системата и високия използван енергиен добив, така както и неговия ефект на взривена скала.

Сравнени с динамитите (т.е, експлозиви съдържащи нитроестери) емулсионните експлозиви имат редица предимства, такива като: тяхната нечувствителност към механични стимули, пламъци, искри, тяхната висока резистентност към вода и тяхната минимална физиологична активност, не само в техния собствен емулсионен състав, но също така и в страничните продукти на експлозията. От друга страна, емулсионните експлозиви могат да бъдат флегматизирани, даже изобщо нечувствителни към динамичен удар, по-специално към силна компресираща ударна вълна, причинена от детонацията на снаряд наблизо в скалата.

Един друг недостатък е, че само категория едно - минни безопасни експлозиви, могат да бъдат произведени от емулсионни експлозиви.

Тези два недостатъка резултират в относително висока бризантност (т.е. раздробяващ ефект) на този тип експлозиви.

Най-широко разпространен принцип в процеса на конструиране на минните безвредни експлозиви, съдържащи нитроестери е да включват охлаждащи адитиви (най-често натриев хлорид) или охлаждащ йон на обменната система (например смес от амониев хлорид и натриев нитрат) в експлозивната смес. Това резултира в редукция на работоспособността и бризантността на получавания експлозив, сравнен с нитроестерни експлозиви без охлаждащи адитиви. Обаче, както е показано в примерното изпълнение на това изобретение, аналогично включване на натриев хлорид до 10% от масата на емулсионните експлозиви, редуцира тяхната работоспособност, но увеличава тяхната бризантност. В този случай, охлаждащият ефект на добавките, споменати по-горе, може да се елиминира в някаква степен. Проблемът на бризантността в емулсионните експлозиви следователно е решаващ фактор в процеса на конструиране на минните безвредни експлозиви на тази база (основа). Известната литература обръща малко внимание на систематичните проучвания на ефекта върху бризантността на емулсионните експлозиви, възникващ от химичния състав на компонентите на редукционно-окислителната система на тези експлозиви.

Техническа същност на изобретението

Съгласно процедурата, описана в това изобретение, бризантността на вода-в-масло емулсионен експлозив е модифицирана чрез добавяне на макромолекулярни компоненти, базирани върху бутадиен и изобутилен към маслената фаза. Едно предимство на тази процедура е, че относително малко добавено количество от тези макромолекулярни компоненти (0.5 до 1.8 % от масата на резултантния експлозив) значително редуцира бризантността, като през цялото време се запазва работоспособността на емулсионния експлозив, докато в същото време нараства стабилността и модификацията на консистенцията на получения в резултат експлозив, така че когато охлаждащите адитиви се включат в неговия състав, той става един експлозив първа категория на минна безопасност. Друго предимство на процедурата, описана в това изобретение е наличността на тези микромолекулярни компоненти, които се произвеждат индустриално за нуждите на пластмасовата и каучуковата индустрия, така както и за нуждите на произвежданите специални видове експлозиви.

Примерно изпълнение на изобретението

Използването на макромолекулярни компоненти, основаващи се на бутадиен и изобутилен, както е описано в това изобретение, не е описано преди в литературата. То е документирано чрез следващите примери, които по никакъв начин не изключват възможни варианти в начина на използване.

Пример 1

Разтвор на амониев нитрат (AN) или натриев нитрат (SN) и/или калциев нитрат (CN) и/или натриев перхлорат (SP), с температура от 85 - 100°С и с възможност да съдържа и други водоразтворими компоненти, такива като натриев хлорид (NaCl), гликол или други подобни, се подават вътре в емулсионен апарат, съдържащ топла маслена фаза (80 - 85°С), която се разбърква интензивно (в миксер с 1000 до 1500 rpm). Тази маслена фаза се състои от минерално масло (със средна маса от 910 Kg.m', с максимална точка на втдърдавяне -5°С и минимална температура на запалване (66°С) и/или суров парафин (точка на втвърдяване 39°С, температура на запалване 220 260°С, и маслено съдържание около 1.5% от масата) плюс сорбент моноолеат (М) и/или сорбент сесквоолат (S), с възможност да съдържа също макромолекулни компоненти. Когато подаването на водния солен разтвор е завършено, сместа трябва да бъде разбърквана за повече от 5 минути. Емулсионната матрица, получена по този начин се сенсибилизира в хомогенизатор чрез добавяне на силикатни микромехури (MB) със средна големина от 70 pm, и възможно модифициране чрез добавянето на твърд натриев хлорид (NaCl) със средна големина на зърната от 80 pin. Резултантната експлозивна смес се зарежда (пълни) в пластмасови туби, за да бъдат направени патрони с тегло 400 g и диаметър от 32 mm. Зарядната масова скорост на детонация (D, използвайки номер 8 детонатор) и относителната работоспособност (RWA) бяха определяни за всеки патрон. Сумарно, съставът на индивидуалните смеси, приготвени в съответствие с тази процедура, е даден в Таблицата, заедно с релевантните стойности за р, D и RWA.

Към маслената фаза бяха добавяни следните макромолекулярни компоненти:

течен полибутадиенов каучук (LBH), завършващ с хидроксилни групи със средно молекулно тегло 2400 - 3100, полидисперсен индекс от сса 1.1 и хидроксилно съдържание сса 0.7 mmol.g'¹, в които броя на структурните изграждащи единици на техните макромолекули единици -[СН₂-СН = СН-СН₂]- е сса 44 до 57.

Течен изоцианатен съполимер (LBD - завършващ с изоцианатни толуолови групи) с полибутадиен права верига, със средно моларно тегло 3200 - 3800, полидисперсен индекс от сса 1,3 и количество на функционалните групи сса 2.2, в които броя на структурните изграждащи единици на тяхната макромолекула [СН₂-СН = СН-СН₂]- е също сса 44 до 57.

Твърд съполимер полиизобутадиен (PIL) с 2 mol % на изопрен със средно моларно тегло 200 000 на главния структурен модел

-[ -(С(СН₃)₂-СН₂-)_т-(-СН₂-С(СН₃)=СН-СН₂-)_п-]_укъдето ш»п

В някои емулсионни смеси, съдържащи LBD, в специфични смеси 1.1, 1.3 и 1.4 в Таблицата, бяха използвани структурообразуващи катализатори. Това продуцира пластични, добре оформени матрици, които могат да бъдат изпълнени (запълнени) с кристални адитиви до 50 % от тяхната маса без загубване на кохезията на крайната смес. Макромолекулните адитиви също удължават трайността на емулсионите експлозиви, които ги съдържат (минимум 6 месеца), сравнени с емулсионни експлозиви без тях (трайност 3-6 месеца).

Пример 2

Осъществен съгласно Чехословашки патент № 229 745 (1982): разтвор на амониев нитрат (AN) и натриев нитрат (SN), загрети до 80 - 90°С , се поставят в емулсионен апарат. В него се подават разтвор на олеинова киселина в минерално масло, последвано от воден разтвор на натриев хидроксид. Сместа се разбърква добре до емулсионна форма. Тази емулсия се сенсибилизира в хомогенизатор чрез добавяне на експандирац перлит. Това продуцира емулсионен експлозив, съдържащ 62.9 масови % AN, 13 % CN, 12 % вода и 2.5 % натриев хидроксид, 2.8 % масло, 2.8 % олеинова киселина, 4 % експандиран перлит, който е регистриран под името Emsit. Неговата средна масова плътност е 1.06 g.cm'³, скоростта на детонация D = 4817 m.s'¹ и относителната работоспособност RPS = 69.5%

Пример 3

Този пример изразява графичната зависимост на относителната работоспособност на емулсионните експлозиви в Пример 1 и Пример 2 от тяхната бризантност, изразена чрез продукта на средното зарядно тегло и квадрата на скоростта на детонация, изразено като p^KD². Това следва от зависимостта, че макромолекулните компонети на маслената фаза в Пример 1 значително редуцират бризантността на съответните емулсионни експлозиви, сравнение с експлозивите, които не използват тези компоненти (включвайки експлозива Emsit в Пример 2). Ефектът има значение за минно безопасните експлозиви. Графичната зависимост означава, че в двете групи на емулсионните експлозиви едно нарастване в количеството на твърдите частици с повисоко молекулно тегло резултира в намаляване стойността на RWA и нарастване на бризантността (това е валидно също за минерално сесибилизирано съдържание).

Пример 4

Когато 1050 g от експлозивната смес 1.7 от Таблицата в Пример 1 е детонирана под формата на патрони с 32 мм диаметър, това не възпламенява метан-въздушна смес с 9 % от обема метаново съдържание или 1200 g въглищен прах смесен с въздух, където праха има коцентрация 300 g.m'³. Пределната маса за този експлозив (диаметър 32 мм) е установен при 1241 ± 72 g. Газовите продукти на тяхната детонация не включват азотни оксиди.

Индустриална приложимост

Производството на вода-в-масло емулсия е подходящо за да се завърши като емулсионен експлозив с редуцирано раздробяване и запазени раздробяващи ефекти, например един експлозив с увеличена безопасност за мините.

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

Claims

1. Модифициращ агент на вода-в-масло емулсионни експлозиви, в които прекъснатата фаза се състои от един воден разтвор на неорганични нитрати и/или перхлорати, с възможност да съдържа също други компоненти от неорганичен или органичен характер и с възможност също да съдържа охлаждащ компонент от неорганичната хлоридна група, характеризиращ се с това, че той се състои от съполимер или полимер с изграждащи единици -(СН2-С(Х) = СН-СН₂]- в неговата макромолекула, където X е -Н или -СНз и който се завършева от хидрокси- или изоцианатни групи, или полиизобутиленови фракции.

2. Модифициращ агент на емулсионни експлозиви, съгласно претенция 1, характеризиращ сес това, че представлява 0.5 до

1.8 %, за предпочитане 0.6 до 1.57 % от масата на експлозивите, изчислено от масата на крайните емулсионни експлозиви.