Plastischer Sicherheitssprengstoff und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen plastischen Sicher heitssprengstoff mit ausgeglichener oder positiver Sauerstoffbilanz, das heisst einen Sprengstoff mit einer solchen Zusammensetzung, dass die Gesamtsumme der Sauerstoffverbraucher, wie Kohlenstoff, Wasser stoff, Metalle, Metalloide usw., gleich oder geringer als die Summe des verfügbaren Sauerstoffes in Form von Nitraten, Nitroprodukten, Chloraten, Per- chloraten usw. ist, wenn die Umsetzung bei einer Explosion zu einer vollständigen Verbrennung unter Bildung von CO2, H2O usw. führt, wobei dieser Sprengstoff auch in hohem Masse schlagunempfindlich ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher Sprengstoffe.
Ein Hauptproblem sowohl bei der Herstellung als auch beim Gebrauch von Sprengstoffen besteht in der Verminderung der Unfallgefahr. Dies wurde auch erfolgreich gelöst hinsichtlich der sogenannten pulver förmigen Sprengstoffe mit niedriger Dichte und Ammoniumnitrat als Hauptbestandteil. Auf der andern Seite war bei plastischen und halbplastischen Sprengstoffen mit Volumengewichten über etwa 1,3 das Problem der Herstellung unempfindlicher Spreng stoffe bei weitem komplizierter, und es konnte bisher aus folgenden Gründen nicht befriedigend gelöst werden.
Sprengstoffe dieser Art werden in einem Gel auf gebaut, das üblicherweise aus Nitrocellulose mit Hilfe von Nitroglycerin, Nitroglykol oder andern flüssigen Salpetersäureestern gewonnen wird, die an sich für diesen Zweck vorzüglich geeignet sind. Der Umstand, dass bei der Herstellunu solcher Gele Salpetersäure ester vorgeherrscht haben, beruht teils darauf, dass sie gute sprengtechnische Eigenschaften besitzen, teils darauf, dass sie selbst verhältnismässig gut sauerstoff balanciert sind, was in vielen Fällen von grosser Wichtigkeit ist. Insbesondere für Arbeiten unter Tage besteht das Bedürfnis, dass bei der Sprengarbeit eine möglichst geringe Menge Kohlenmonoxyd gebildet wird, was bedeutet, dass der Sprengstoff sauerstoff balanciert sein muss.
Die Salpetersäureester einfacher, mehrwertiger Alkohole, wie Glycerin und Glykol, enthalten eine so grosse Menge Sauerstoff, dass zu ihrer vollständigen Verbrennung kein zusätzlicher Sauerstoff zugeführt zu werden braucht. Sie sind daher von diesem Gesichtspunkt aus ideal als Bau material für Sprengstoffe, anderseits besitzen sie als Gelbilder den grossen Nachteil, dass sie Gele bilden, die schlagempfindlich sind.
Ausser dem Gel enthält der Sprengstoff Salze, wie Ammoniumnitrat, Natriumnitrat, Bariumnitrat, ferner organische Bilanzstoffe, insbesondere fein pulveri sierte, organische Mehle oder Nitroprodukte, wie Nitrobenzol, Nitrotoluol, Dinitrotolttol, und andere geeignete Zusatzstoffe. Alle diese Zusatzstoffe ändern jedoch den schlagempfindlichen Charakter des Sprengstoffes nicht, jedenfalls nicht, solange die plastische Konsistenz bestehen bleibt. Wenn bei spielsweise Nitrokohlenwasserstoffe als Gelbilder ge wählt werden, was an sich möglich wäre, muss ent weder die Forderung an eine plastische Konsistenz oder die Forderung an Sauerstoffbilanz aufgegeben werden.
Aus den dar@(,elegten Gründen war es bisher nicht möglich, einen wirklich erstklassigen sauerstoff balancierten, plastischen oder halbplastischen Spreng stoff zu erzeugen, der den Sicherheitsforderungen ent spricht. . .
Gemäss neuerer Untersuchun-en ist eine der Hauptursachen der Initiierempfindlichkeit eine adi- abatische Zusatnmenpressun\e der in dem Sprengstoff enthaltenen Luftblasen bei Stoss Lind Schlag, tin.tb= hängi- davon, ob die Luftblase mit Spren(#stol'fdämp- fen gefüllt ist oder nicht. Wenn die Kompression stark genug ist, steigt die Temperatur in der Blase so hoch an, dass eine Entzündung entweder der einge schlossenen Sprengstoffdämpfe oder durch Wärme strahlung über die Blasenwandungen eintritt, oder durch beides.
Nach einem kurzen ZwiSchenstadium, in welchem der Sprengstoff sich unter Erwärmung zersetzt, geht die Zersetzung schnell zur Detonation über.
Die Erfindung hat zum Zweck. die erwähnten Nachteile, die den bisher bekannten plastischen Sprengstoffen anhaften. zu beseitigen und einen plastischen Sprengstoff mit ausgeglichener oder positiver Sauerstoffbilanz zu schaffen, der auch schlagunempfindlich ist. Der Erfindung liegt in erster Linie der Gedanke zu Grunds. die durch die adiaba- tische Zusammenpressung des plastischen Spreng stoffes entwickelte Wärme an einer Erwärmung der Sprengstoffteilchen in einem solchen Ausmass zu hin dern, dass eine Zersetzung des Sprengstoffes statt findet, und statt dessen die Wärme von verdampfen dem Wasser aufnehmen zu lassen.
Zu diesem Zwecke wird gemäss der Erfindung, statt für die Gelbildung eine gelatinierende. hydrophobe Nitrocellulosesub- stanz zu verwenden, das Gel mit Wasser als flüssigem Bestandteil gebildet, während ein hydrophiles Kolloid als gelbildender Stoff benutzt wird.
Der erfindungsgemässe plastische Sicherheits sprengstoff mit ausgeglichener oder positiver Sauer stoffbilanz enthält 20 bis 45u n eines hochbrisanten Sprengstoffes mit Ausnahme von flüssigen Salpeter- säureestern und mindestens ein sauerstoffabgebendes anorganisches Salz, die einem aus Wasser und einem hydrophilen Kolloid hergestellten Gel einverleibt sind, wobei der Wassergehalt des Sprengstoffes zwischen 3 und 25u'o liegt. Als anorganische sauerstoffabgebende Salze können z. B. Nitrate und Chlorate verwendet werden. die z. B. auch mit andern Zusatzstoffen in geeigneten Mengen in das Gel eingeknetet werden.
Es muss hierbei jedoch darauf geachtet werden, dass die Menge an hochexplosiver Verbindung ausreichend ist, um einerseits die erforderlichen Sprengstoffeigen schaften zu erzeugen; auf der andern Seite müssen aber die in das Gel eingebrachten Stoffmengen nicht so gross sein, dass die gewünschte Plastizität des Sprengstoffes nicht erreicht wird. Um die notwendige Unempfindlichkeit zu erreichen, müssen hinsichtlich des Wassergehaltes im Gel gewisse Grenzwerte einge halten werden, die nach unten hin durch die Möglich keit zur Erzielung einer Stoss-, Schlag- und Reibungs unempfindlichkeit bestimmt werden und nach oben dadurch. dass es leicht möglich sein muss, den Spreng stoff zur Detonation zu bringen.
Im Hinblick darauf, dass es bekannt ist. dass sogar mässige Mengen Wasser in einem Sprengstoff mit gelfölrmiger Nitroglycerin: Nitrocellulose-Basis die Wirkung des Sprengstoffes vermindern und schliesslich vernichten. war es sehr überraschend, dass die gelförmigen Sprengstoffe gemäss der Erfindung mit erhaltener Initiierempfindlichtkeit und Spreng kraft beträchtliche Mengen Wasser enthalten können.
Als Sprengstoffe mit hoher Brisanz, die als Kom ponenten im Sicherheitssprengstoff gemäss der Erfin dung u. a. verwandt werden, werden beispielsweise genannt: Pentaerythrittetranitrat, Hexogen, Nitro- mannit, Ditrinitroiithylharnstoff. Im allgemeinen sind solche Sprengstoffe hoher Brisanz besonders geeignet. die, wenn sie sich in hoch komprimiertem Zustande befinden - etwa entsprechend einem Volumen gewicht in den Grenzen 1,45-1,65 - eine Detona tionsgeschwindigkeit von über 7500 m/sec. besitzen. Diese Sprengstoffe sollten fein verteilt sein, aber das Ausmass der Verteilung ist nicht kritisch.
Geeignete hydrophile Kolloide zur Erzeugung des Gels sind beispielsweise Stärke und Dextrin verschie dener Art, Carboxymethyl-cellulose, Agar-agar, Algi- nate, Pektin, Alkyl-cellulose, Alkylhydroxyalkyl- (äthvl)cellulose und andere Stoffe. Die Kolloidmenge im Sprengstoff kann in den Grenzen von 0,3 bis 10 %n schwanken.
Geeigmete anorganische sauerstoffabgebende Salze sind insbesondere Salze der Alkali- und Erdalkali- metalle, z. B. Ammoniumnitrat, Calciumnitrat, Na triumnitrat, Bariumnitrat oder andere Nitrate, auch Calciumchlorat, Kaliumperchlorat. Ammoniumper chlorat oder andere Chlorate und Perchlorate. Diese Stoffe werden in solchen Mengen zugefügt, dass der Sprengstoff ausgeglichene oder positive Sauerstoff bilanz aufweist, beispielsweise in Mengen zwischen 10 @.
und 70",n, vorzu-sweise 30-6511 Ferner kann der Sprengstoffgeringe Mengen von üblicherweise in Sprengstoffen enthaltenen Zusatz stoffen enthalten, beispielsweise organisches Mehl. wie Holzmehl, Roggenmehl oder dergleichen.
In gewissen Fällen kann es auch erwünscht sein, weitere Stoffe zuzufügen, die ohne Beeintriichti@gung des Prinzips der Erfindung dem Sprengstoff gewisse besonders erwünschte Eigenschaften verleihen, bei spielsweise hinsichtlich seiner Widerstandsfähigkeit gegen Kälte, Stabilität tisw. Zu diesem Zweck kön nen dem Gel eutektische Salzgemische zugesetzt wer den.
Es wurde ferner auch gefunden, dass es für die Steigerung der Kältefestigkeit vorteilhaft ist, nieder molekulare. mehrwertige Alkohole, wie Glykol oder Glycerin, zuzusetzen. Um die Sicherheit während des Mischens der Komponenten zu steigern, kann der Sprengstoff mit hoher Brisanz in einer teilweise p hle#,matisierten Form zti(#esetzt werden. Als Phlec <B>Z,</B> e -- matisierungsmittel seien beispielsweise Paraffinwachs und andere Wachse genannt.
Es kann auch ein Teil des Endwassergehalts des Sprengstoffes in der Weise zugesetzt werden, dass die Sprengstoffe mit hoher Brisanz mit Wasser durchnässt zugesetzt werden.
Die plastischen Sprengstoffe<U>gemäss</U> der Erfin dung besitzen, wie sich uczeigt hat, viele interes sante Eigenschaften, und sie unterscheiden sich in vieler Beziehung vorteilhaft von den Sprengstoffen, die auf Gelen des Nitroglycerins, Nitroglykols und ähnlicher flüssiger S;ilpetersiiureestcr aufgebaut sind. Als besonders hervorragende Eigenschaft wurde die Tatsache erkannt, dass sie in hohem Masse unempfind lich gegen Stoss, Reibung und Beschiessung sind.
Sie widerstehen beispielsweise Fallhammerschlägen, die durch ein aus einer Höhe von 800 mm fallendes 10 kg-Gewicht hervorgerufen werden, ohne zu zün den, und es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, in einem mit Spreng stoff stehen gebliebenen Bohrloch (Versager) zu bohren, ohne dass Initiierung eintritt. Anderseits sind sie bereits durch schwache Spreng kapseln (Nr. 4) leicht und zuverlässig initiierbar, und die Detonationsgeschwindigkeit ist sehr wenig von der Stärke der Initiierung abhängig, wodurch Spreng stoffe dieser Art nur ein Detonationsniveau zu haben scheinen. Sie sind alterungsbeständig, und die Deto- nationsgesclhwindigkeit ist in einem unbedeutenden Ausmass vom Durchmesser abhängig.
Der Überschlag bei freiliegendem Sprengstoff ist verhältnismässig niedrig, aber abhängig von der Zusammensetzung des Sprengstoffes und dem Wassergehalt. Das Über- schla2sergebnis ist auch nicht nachweisbar abhängig von der Alterung. Da der Sprengstoff keine flüssigen Salpetersä ureester (wie Nitroglycerin und Nitro glykol) enthält, verursacht die Arbeit damit keine Kopfschmerzen. Da der Aufbau der Sprengstoffe mit Hilfe eines wasserenthaltenden Gels erfolgt, sind sie in einem gewissen Ausmass hygroskopisch. Ihr Be streben. Wasser zu absorbieren, kann jedoch in aus reichend weiten Grenzen durch Verwendung von mit Wachs.
Paraffinwachs oder Silikonen oder andern wasserabweisenden Stoffen überzogenen Salzen ver ändert werden. Es ist natürlich auch möglich, die Salze während der Herstellung der Sprengstoffe der art aufzuteilen, dass ein Teil dem Gel in Form einer eutektischen Mischung und ein anderer Teil in fester Form zusammen mit dem hochexplosiven Bestandteil zugesetzt wird. wobei der letztgenannte Teil mit Was ser abweisenden Mitteln überzogen sein kann, wie dies oben angegeben ist, und auch aus zermahlenen Salzen bestehen kann.
Es ist bereits vorgeschlagen worden (britische Patentschrift Nr.597716), bei der Sprengstoffher stellung Gele zu verwenden, die mit Hilfe eutektischer Salzmischungen gebildet sind, die Ammoniumnitrat in Form einer chemisch stabilen Flüssigkeit ohne flüchtige Bestandteile enthalten. Dieses Gel kann auch Wasser enthalten, aber das ist keine Voraus setzung. Durch Einkneten eines hohen Prozentsatzes (64-73% o) hochexplosiver Bestandteile in das Gel sollten Sprengstoffe mit plastischer Konsistenz erhal ten werden. Solche Sprengstoffe haben jedoch nicht ausgegliclhene oder positive Sauerstoffbilanz, und sie sind gewöhnlich nicht stossunempfindlich, noch hat man auf diesen Punkt geachtet.
Die erfindungsgemässen Sprengstoffe eignen sich gtut für alle Zwecke der normalen Gesteinssprengung und sind ausgezeichnet als aufgelegte Ladungen. Sie sind auch als Sicherheitssprengstoffe für Kohlen- eruben zut geeignet. Selbstverständlich ist die Zu- samnmensetzunsg des Sprengstoffes je nach dem Be dürfnis des betreffenden besonderen Verwendungs zweckes zu wählen.
Beispiele Eine Reihe von Beispielen für die Herstellung von Sprengstoffen gemäss der Erfindung sind in der nachstehenden Tabelle aufgefiihrt. Alle Proben wur den in einem Mac-Roberts-Mischer in Mengen von etwa 7 kg erzeugt. Hierzu wurde zuerst das Gel eingeführt. worauf zu rühren begonnen wurde und die übrigen Bestandteile in das Gel 2eknetet wurden.
Die Sprengstoffeigenschaften wurden durch fol- gcnde Prüfungsmethoden bestimmt: Die Detonationsaeschwindi(#keit wurde mit einer Kamera mit umlaufendem Spiegel gemessen. Die Stauchprobe wurde nach Hess durchgeführt mit nur ?0 g Sprengstoff. Zur Bestimmung der Mörserwerte diente ein ballistisches Pendel in Standardausfiili- rung, und sie wurde bezogen auf den Trotvlwert (TNT).
Die Oberschlagsprobenwurden bestimmt mit Patronen von 25 mm Durchmesser bei 20" C. Die Stabilitätswerte wurden bestimmt durch Messen des Gewichtsverlustes bei SO" C für einen Gewichtsverlust von 10!o in einer Flasche aus Pyrexglas mit einem Durchmesser von 20 mm und einer eingeschliffenen Kapillare von 0,2 mm Durchmesser und 40 nim Länge. Sprengstoffe, die unter Verwendung unter schiedlicher Stärkearten hergestellt wurden, zeigten sehr ähnliche Ergebnisse.
EMI0004.0001
Zusammensetzung, <SEP> Gewichts ,ö
<tb> Sauerstoff
<tb> Beispiel <SEP> Hoch- <SEP> abgebende <SEP> Salze <SEP> p4 <SEP> i
<tb> Komponenten <SEP> neben <SEP> Wasser <SEP> Orga brisantcr <SEP> "'.a;
<tb> - <SEP> ,NH <SEP> Ca(NO1)_ <SEP> Kolloid <SEP> @:ertiger <SEP> nisches
<tb> Spreng <SEP> sh\Oz <SEP> oder
<tb> stotF <SEP> oder <SEP> ga(NO;
,)2 <SEP> Alkohol <SEP> Mehl <SEP> <B>Usi</B>
<tb> NaNO, <SEP> oder <SEP> KCIO,
<tb> Pcntyl <SEP> 42,6 <SEP> 42,6 <SEP> - <SEP> 2,8 <SEP> NH@NO
<tb> Stärke
<tb> Ditrinitroäthylharnstoff <SEP> (DiTeU) <SEP> 36,0 <SEP> 35,2 <SEP> - <SEP> 3,8 <SEP> - <SEP> - <SEP> N <SEP> H <SEP> 4N0.1
<tb> Äthylhvdroxyäthyl-cellulose
<tb> 3 <SEP> Hexogen, <SEP> phlegmatisiert <SEP> mit <SEP> 40,6 <SEP> 41,7 <SEP> - <SEP> 1,3 <SEP> - <SEP> 3,2 <SEP> 1.
<tb> 2,5 <SEP> 11.,'o <SEP> Paraffinwachs
<tb> NaNO.# <SEP> Stärke <SEP> "
<tb> Ro(Menmehl
<tb> Wachs
<tb> 4 <SEP> Pentaerythrittetranitrat, <SEP> 35,0 <SEP> .13,5 <SEP> 10,7 <SEP> 1,0 <SEP> 4,3 <SEP> - <SEP> 0.
<tb> phlegmatisiert
<tb> NHINO;
<tb> Stärke
<tb> Glvccrin
<tb> Paraffinwachs
<tb> Czt(NOZ;
)_
<tb> 5 <SEP> DITeU, <SEP> phlegmatisiert <SEP> mit <SEP> 39,0 <SEP> - <SEP> 38,5 <SEP> 3,0 <SEP> ,5 <SEP> - <SEP> 1..
<tb> 2.5 <SEP> %n <SEP> Paraffinwachs
<tb> KCIO.,
<tb> StiirkeGlykol
<tb> 6 <SEP> DiTeU. <SEP> phlegmatisiert <SEP> mit <SEP> 39,0 <SEP> - <SEP> 33,5 <SEP> 3,0 <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 1,
<tb> <B>2,5</B> <SEP> 1!o <SEP> Paraffinwachs
<tb> Ba(NO3)=
<tb> Stärke
<tb> Glykol
<tb> Paraffinwachs <SEP> .
EMI0005.0001
Sprengtechnische <SEP> Untersuchungen
<tb> Fall- <SEP> Stabilität
<tb> hammer- <SEP> Sauer- <SEP> Patrone: <SEP> Über- <SEP> bei <SEP> 80'' <SEP> C:
<tb> probe: <SEP> Detonations- <SEP> Stauch- <SEP> 1Vttirser- <SEP> schlags- <SEP> <B>11.</B>
<tb> Detona- <SEP> Konsistenz <SEP> Stoff <SEP> Volumen überschuss <SEP> gewicht <SEP> geschwindigkeit <SEP> probe <SEP> probe <SEP> @e <SEP> probe <SEP> Gewichts 51,0 <SEP> tions <SEP> 'e <SEP> / <SEP> g;cm <SEP> (Kamera) <SEP> nach <SEP> %.on <SEP> <B>(</B>?5 <SEP> mm <SEP> verlust
<tb> pro <SEP> cm <SEP> Hess <SEP> <B>TNT</B> <SEP> Patrone) <SEP> nach
<tb> Fallhöhe <SEP> ('0 <SEP> g) <SEP> mm <SEP> Stunden
<tb> Dichte <SEP> m/s
<tb> 0 <SEP> 0;
<SEP> 60 <SEP> plastisch <SEP> 0,9 <SEP> 1,-17 <SEP> 1,42 <SEP> 6100 <SEP> 29,0 <SEP> 1<B>2</B>6 <SEP> 90 <SEP> 360
<tb> 1,39 <SEP> 6320
<tb> ._ <SEP> 0 <SEP> 0;60 <SEP> plastisch <SEP> bis <SEP> 1,1 <SEP> - <SEP> 5200 <SEP> 16,5 <SEP> 93 <SEP> halbplastisch
<tb> 1 <SEP> 0,160 <SEP> plastisch <SEP> 1,3 <SEP> 1,62 <SEP> 1,62 <SEP> 6270 <SEP> 18,5 <SEP> 97 <SEP> ''0 <SEP> 265
<tb> 1,57 <SEP> 6300
<tb> 7 <SEP> 0;60 <SEP> <SEP> 0,9 <SEP> - <SEP> 1,43 <SEP> 6180 <SEP> 27,5 <SEP> 1<B>2</B>5 <SEP> 30 <SEP> 1,50 <SEP> 6000
<tb> I
<tb> I
<tb> i
<tb> 13,0 <SEP> - <SEP> 1,0 <SEP> 1,3 <SEP> - <SEP> - <SEP> 18,0 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> 30
<tb> ,0 <SEP> - <SEP> <SEP> 1,3 <SEP> 1,51 <SEP> - <SEP> - <SEP> 20,5 <SEP> 66 <SEP> - <SEP> 23
Plastic safety explosive and process for its production The invention relates to a plastic safety explosive with a balanced or positive oxygen balance, i.e. an explosive with a composition such that the total amount of oxygen consumers, such as carbon, hydrogen, metals, metalloids, etc., is equal to or less than the sum of the available oxygen in the form of nitrates, nitro products, chlorates, perchlorates, etc., if the reaction in an explosion leads to complete combustion with the formation of CO2, H2O, etc., this explosive is also highly insensitive to impact is. The invention also relates to a method for producing such explosives.
A major problem in both the manufacture and use of explosives is reducing the risk of accidents. This has also been successfully solved with regard to the so-called powder-form explosives with low density and ammonium nitrate as the main ingredient. On the other hand, in the case of plastic and semi-plastic explosives with volume weights above about 1.3, the problem of producing insensitive explosives was far more complicated, and it has not yet been solved satisfactorily for the following reasons.
Explosives of this type are built in a gel that is usually obtained from nitrocellulose with the help of nitroglycerin, nitroglycol or other liquid nitric acid esters, which are eminently suitable for this purpose. The fact that nitric acid esters predominated in the manufacture of such gels is partly due to the fact that they have good blasting properties and partly to the fact that they themselves are relatively well balanced with oxygen, which is of great importance in many cases. Particularly when working underground there is a need that the lowest possible amount of carbon monoxide is formed during blasting work, which means that the explosive must be balanced with oxygen.
The nitric acid esters of simple, polyhydric alcohols, such as glycerine and glycol, contain such a large amount of oxygen that no additional oxygen needs to be added to completely burn them. From this point of view, they are therefore ideal as a construction material for explosives, on the other hand, as gel formers, they have the major disadvantage that they form gels that are sensitive to impact.
In addition to the gel, the explosive contains salts such as ammonium nitrate, sodium nitrate, barium nitrate, and organic balance substances, in particular finely powdered organic flours or nitro products such as nitrobenzene, nitrotoluene, dinitrotolttol, and other suitable additives. However, none of these additives change the impact-sensitive character of the explosive, at least not as long as the plastic consistency remains. If, for example, nitro hydrocarbons are selected as gel formers, which would be possible in itself, either the requirement for a plastic consistency or the requirement for an oxygen balance must be abandoned.
For the reasons outlined above, it has not previously been possible to produce a really first-class oxygen-balanced, plastic or semi-plastic explosive that meets the safety requirements.
According to more recent studies, one of the main causes of initiation sensitivity is an adiabatic compression of the air bubbles contained in the explosive during impact and blow, tin.tb = depending on whether the air bubble is filled with explosives (# stol'fdampf- If the compression is strong enough, the temperature in the bladder rises so high that ignition occurs either from the trapped explosive vapors or from heat radiation through the walls of the bladder, or both.
After a brief intermediate stage, in which the explosive decomposes when heated, the decomposition quickly turns into detonation.
The invention has for its purpose. the disadvantages mentioned which are inherent in the previously known plastic explosives. to eliminate and to create a plastic explosive with a balanced or positive oxygen balance, which is also insensitive to impact. The invention is primarily based on the idea. To prevent the heat developed by the adiabatic compression of the plastic explosive from heating up the explosive particles to such an extent that the explosive decomposes, and instead to allow the heat to be absorbed by the evaporating water.
For this purpose, according to the invention, instead of gelation, a gelatinizing. To use a hydrophobic nitrocellulose substance, the gel is formed with water as the liquid component, while a hydrophilic colloid is used as the gel-forming substance.
The plastic safety explosive according to the invention with a balanced or positive oxygen balance contains 20 to 45u n of a highly explosive explosive with the exception of liquid nitric acid esters and at least one oxygen-releasing inorganic salt, which are incorporated into a gel made from water and a hydrophilic colloid, the water content of the Explosive is between 3 and 25u'o. As inorganic oxygen-releasing salts, for. B. nitrates and chlorates can be used. the z. B. can also be kneaded into the gel in suitable quantities with other additives.
Care must be taken here, however, that the amount of highly explosive compound is sufficient to produce the necessary explosive properties on the one hand; on the other hand, however, the quantities of substance introduced into the gel do not have to be so large that the desired plasticity of the explosive is not achieved. In order to achieve the necessary insensitivity, certain limit values must be observed with regard to the water content in the gel, which are determined downwards by the possibility of achieving shock, impact and friction insensitivity and upwards thereby. that it must be easy to detonate the explosives.
In order to be known. that even moderate amounts of water in an explosive with a gel-like nitroglycerin: nitrocellulose base reduce and ultimately destroy the effect of the explosive. It was very surprising that the gel-like explosives according to the invention with preserved initiation sensitivity and explosive power can contain considerable amounts of water.
As high explosive explosives, which are used as components in the security explosives according to the invention u. a. are used, are mentioned, for example: pentaerythritol tetranitrate, hexogen, nitro mannitol, ditrinitroiithylurea. In general, such high explosives are particularly suitable. when they are in a highly compressed state - roughly corresponding to a volume weight within the limits 1.45-1.65 - a detonation speed of over 7500 m / sec. have. These explosives should be finely divided, but the extent of the distribution is not critical.
Suitable hydrophilic colloids for producing the gel are, for example, starch and dextrin of various types, carboxymethyl cellulose, agar agar, alginates, pectin, alkyl cellulose, alkylhydroxyalkyl (ethereal) cellulose and other substances. The amount of colloid in the explosive can vary between 0.3 and 10% n.
Suitable inorganic oxygen-releasing salts are, in particular, salts of alkali and alkaline earth metals, e.g. B. ammonium nitrate, calcium nitrate, Na trium nitrate, barium nitrate or other nitrates, including calcium chlorate, potassium perchlorate. Ammonium perchlorate or other chlorates and perchlorates. These substances are added in such amounts that the explosive has a balanced or positive oxygen balance, for example in amounts between 10 @.
and 70 ", n, preferably 30-6511. Furthermore, the explosive can contain small amounts of additives usually contained in explosives, for example organic flour, such as wood flour, rye flour or the like.
In certain cases it may also be desirable to add further substances which, without affecting the principle of the invention, give the explosive certain particularly desirable properties, for example with regard to its resistance to cold, stability etc. For this purpose, eutectic salt mixtures can be added to the gel.
It has also been found that it is advantageous for increasing the cold resistance to have a low molecular weight. polyhydric alcohols, such as glycol or glycerin, to be added. In order to increase the safety during the mixing of the components, the high explosive can be used in a partially phle #, matised form. An example of a phlec <B> Z, </B> ematizing agent is paraffin wax and called other waxes.
Part of the final water content of the explosive can also be added in such a way that the high explosives are added soaked with water.
The plastic explosives <U> according </U> of the invention have, as uc has shown, many interesting properties, and they differ in many respects advantageously from the explosives that are used on gels of nitroglycerin, nitroglycol and similar liquid S; ilpetersiiureestcr are built up. The fact that they are largely insensitive to impact, friction and bombardment was recognized as a particularly outstanding property.
They withstand, for example, drop hammer blows caused by a 10 kg weight falling from a height of 800 mm without igniting, and it has been shown that it is possible to get into a drill hole left with explosives (failure) drill without initiation occurring. On the other hand, they can be initiated easily and reliably even by weak detonators (No. 4), and the detonation speed is very little dependent on the strength of the initiation, which means that explosives of this type appear to have only one detonation level. They are resistant to aging, and the detonation speed depends to an insignificant extent on the diameter.
The flashover with exposed explosives is relatively low, but depends on the composition of the explosive and the water content. The overuse result is also not demonstrably dependent on aging. Since the explosive does not contain liquid nitric acid esters (such as nitroglycerin and nitro glycol), working with it does not cause a headache. Since the explosives are built up with the help of a water-containing gel, they are hygroscopic to a certain extent. Your pursuit. Absorbing water, however, can be made within sufficiently wide limits by using with wax.
Paraffin wax or silicone or other water-repellent substances coated salts are changed. It is of course also possible to divide the salts during the manufacture of the explosives in such a way that part of the gel is added in the form of a eutectic mixture and another part is added in solid form together with the highly explosive component. where the latter part can be coated with water repellent, as indicated above, and can also consist of ground salts.
It has already been proposed (British Patent No. 597716) to use gels in the Sprengstoffher position which are formed with the aid of eutectic salt mixtures containing ammonium nitrate in the form of a chemically stable liquid without volatile components. This gel can also contain water, but this is not a requirement. By kneading a high percentage (64-73%) of highly explosive components into the gel, explosives with a plastic consistency should be obtained. Such explosives, however, do not have a balanced or positive oxygen balance, and they are usually not insensitive to shock, nor has this point been taken into account.
The explosives according to the invention are well suited for all purposes of normal rock blasting and are excellent as applied charges. They are also suitable as safety explosives for coal mines. Of course, the composition of the explosives is to be chosen according to the needs of the particular purpose in question.
Examples A number of examples for the production of explosives according to the invention are given in the table below. All samples were made up in a Mac Roberts mixer in amounts of approximately 7 kg. For this purpose, the gel was introduced first. whereupon stirring was started and the remaining ingredients were kneaded into the gel.
The explosive properties were determined by the following test methods: The detonation speed was measured with a camera with a rotating mirror. The Hess compression test was carried out with only? 0 g of explosives. A standard ballistic pendulum was used to determine the mortar values. and it was related to the Trotvlwert (TNT).
The impact samples were determined with cartridges of 25 mm diameter at 20 "C. The stability values were determined by measuring the weight loss at 50" C for a weight loss of 10! O in a bottle made of Pyrex glass with a diameter of 20 mm and a ground capillary of 0 , 2 mm in diameter and 40 mm in length. Explosives made using different strengths showed very similar results.
EMI0004.0001
Composition, <SEP> weight, ö
<tb> oxygen
<tb> Example <SEP> high- <SEP> releasing <SEP> salts <SEP> p4 <SEP> i
<tb> Components <SEP> next to <SEP> water <SEP> Orga brisantcr <SEP> "'.a;
<tb> - <SEP>, NH <SEP> Ca (NO1) _ <SEP> Colloid <SEP> @: iger <SEP> niche
<tb> Spreng <SEP> sh \ Oz <SEP> or
<tb> stotF <SEP> or <SEP> ga (NO;
,) 2 <SEP> alcohol <SEP> flour <SEP> <B> Usi </B>
<tb> NaNO, <SEP> or <SEP> KCIO,
<tb> Pcntyl <SEP> 42.6 <SEP> 42.6 <SEP> - <SEP> 2.8 <SEP> NH @ NO
<tb> strength
<tb> Ditrinitroethylurea <SEP> (DiTeU) <SEP> 36.0 <SEP> 35.2 <SEP> - <SEP> 3.8 <SEP> - <SEP> - <SEP> N <SEP> H <SEP > 4N0.1
<tb> Ethyl hydroxyethyl cellulose
<tb> 3 <SEP> hexogen, <SEP> phlegmatized <SEP> with <SEP> 40.6 <SEP> 41.7 <SEP> - <SEP> 1.3 <SEP> - <SEP> 3.2 < SEP> 1.
<tb> 2,5 <SEP> 11., 'o <SEP> paraffin wax
<tb> NaNO. # <SEP> Strength <SEP> "
<tb> Ro (meal
<tb> wax
<tb> 4 <SEP> pentaerythritol tetranitrate, <SEP> 35.0 <SEP> .13.5 <SEP> 10.7 <SEP> 1.0 <SEP> 4.3 <SEP> - <SEP> 0.
<tb> phlegmatized
<tb> NHINO;
<tb> strength
<tb> Glvccrin
<tb> paraffin wax
<tb> Czt (NOZ;
) _
<tb> 5 <SEP> DITeU, <SEP> phlegmatized <SEP> with <SEP> 39.0 <SEP> - <SEP> 38.5 <SEP> 3.0 <SEP>, 5 <SEP> - <SEP > 1 ..
<tb> 2.5 <SEP>% n <SEP> paraffin wax
<tb> KCIO.,
<tb> Thick Glycol
<tb> 6 <SEP> DiTeU. <SEP> phlegmatizes <SEP> with <SEP> 39.0 <SEP> - <SEP> 33.5 <SEP> 3.0 <SEP> 1.5 <SEP> - <SEP> 1,
<tb> <B> 2.5 </B> <SEP> 1! o <SEP> paraffin wax
<tb> Ba (NO3) =
<tb> strength
<tb> glycol
<tb> Paraffin wax <SEP>.
EMI0005.0001
Explosive <SEP> investigations
<tb> Fall- <SEP> stability
<tb> hammer- <SEP> Sauer- <SEP> cartridge: <SEP> over- <SEP> at <SEP> 80 '' <SEP> C:
<tb> probe: <SEP> detonation- <SEP> compression- <SEP> 1Vttirser- <SEP> impact- <SEP> <B> 11. </B>
<tb> Detona- <SEP> consistency <SEP> substance <SEP> volume excess <SEP> weight <SEP> speed <SEP> sample <SEP> sample <SEP> @e <SEP> sample <SEP> weight 51.0 <SEP> ions <SEP> 'e <SEP> / <SEP> g; cm <SEP> (camera) <SEP> to <SEP>% .on <SEP> <B> (</B>? 5 <SEP > mm <SEP> loss
<tb> per <SEP> cm <SEP> Hess <SEP> <B> TNT </B> <SEP> cartridge) <SEP>
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<tb> 0 <SEP> 0;
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<tb> ._ <SEP> 0 <SEP> 0; 60 <SEP> plastic <SEP> to <SEP> 1.1 <SEP> - <SEP> 5200 <SEP> 16.5 <SEP> 93 <SEP> semi-plastic
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<tb> I.
<tb> I.
<tb> i
<tb> 13.0 <SEP> - <SEP> 1.0 <SEP> 1.3 <SEP> - <SEP> - <SEP> 18.0 <SEP> 100 <SEP> - <SEP> 30
<tb>, 0 <SEP> - <SEP> <SEP> 1.3 <SEP> 1.51 <SEP> - <SEP> - <SEP> 20.5 <SEP> 66 <SEP> - <SEP> 23