DE1009990B - Plastischer Sicherheitssprengstoff mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz - Google Patents

Description

• Plastischer Sicherheitssprengstoff mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz Die Erfindung betrifft einen sauerstoffausgeglichenen, plastischen Sicherheitssprengstoff, d. h. einen Sprengstoff mit einer solchen Zusammensetzung, daß die Gesamtsumme der Sauerstoffverbraucher, wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Metalle, Metalloide usw., gleich oder geringer als die Summe des verfügbaren Sauerstoffs in Form von Nitraten, Nitroprodukten, Chloraten, Perchloraten usw. ist, wenn die Umsetzung bei einer Explosion zu einer vollständigen Verbrennung unter Bildung von C02, H20 usw. führt, wobei dieser Sprengstoff auch in hohem Maße schlagunempfindlich ist.
• 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 pulverförmigen Sprengstoffe mit niedriger Dichte und Ammoniumnitrat als Hauptbestandteil. Auf der anderen Seite war bei plastischen und halbplastischen Sprengstoffen mit Volumgewichten über etwa 1,3 das Problem der Herstellung unempfindlicher Sprengstoffe bei weitem komplizierter, und es konnte bisher aus folgenden Gründen nicht befriedigend gelöst werden.
• Sprengstoffe dieser Art werden in einem Gel aufgebaut, das üblicherweise aus Nitrocellulose mit Hilfe von Nitroglycerin, Nitroglykol oder anderen flüssigen Salpetersäureestern gewonnen wird, die an sich für diesen Zweck vorzüglich geeignet sind. Der Umstand, daß bei der Herstellung solcher Gele Salpetersäureester vorgeherrscht haben, beruht teils darauf, daß sie gute sprengtechnische Eigenschaften besitzen, teils darauf, daß sie selbst verhältnismäßig gut sauerstoffausgeglichen sind, was in vielen Fällen von großer Wichtigkeit ist. Insbesondere für Arbeiten unter Tag besteht das Bedürfnis, daß . bei der Sprengarbeit eine möglichst geringe Menge Kohlenmonooxyd gebildet wird, was bedeutet, daß der Sprengstoff sauerstoffausgeglichen 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 Baumaterial für Sprengstoffe, andererseits besitzen sie als Gelbildner 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 feinpulverisierte, organische Mehle oder Nitroprodukte, wie Nitrobenzol, Nitrotoluol, Dinitrotoluol, und andere geeignete Zusatzstoffe. Alle diese Zusatzstoffe ändern jedoch den schlagempfindlichen Charakter des Sprengstoffes nicht, jedenfalls nicht, solange die plastische Konsistenz bestehenbleibt. Wenn beispielsweise Nitrokohlenwasserstoffe als Gelbildner gewählt werden, was an sich. möglich wäre, muß entweder die Forderung an eine plastische Konsistenz oder die Forderung an die Sauerstoffbilanz aufgegeben werden. Aus den dargelegten Gründen war es bisher nicht möglich, einen wirklich erstklassigen, sauerstoffausgeglichenen, plastischen oder halbplastischen Sprengstoff zu erzeugen, der den Sicherheitsforderungen entspricht.
• Gemäß neuerer Untersuchungen ist eine der Hauptursachen der Initiierempfindlichkeit eine adiabatische Zusammenpressung der in dem Sprengstoff enthaltenen Luftblasen bei Stoß und Schlag unabhängig davon, ob die Luftblase mit Sprengstoffdämpfen gefüllt ist oder nicht. Wenn die Kompression stark genug ist, steigt die Temperatur in der Blase so hoch an, daß eine Entzündung entweder der eingeschlossenen Sprengstoffdämpfe oder durch Wärmestrahlung 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 im wesentlichen sauerstoffausgeglichenen, plastischen Sprengstoff zu schaffen, der auch schlagunempfindlich ist. Der Erfindung liegt in erster Linie der Gedanke zugrunde, die durch die adiabatische Zusammenpressung des plastischen Sprengstoffes entwickelte Wärme an einer Erwärmung der Sprengstoffteilchen in einem solchen Ausmaß zu hindern, daß eine Zersetzung des Sprengstoffes stattfindet und statt dessen die Wärme von verdampfendem Wasser aufnehmen zu lassen. Zu diesem Zweck wird:gemäß der Erfindung, statt für die Gelbildung eine gelatinierende, hydrophobe Nitrocellulosesubstanz zu verwenden, das Gel mit Wasser als flüssigem Bestandteil gebildet, während ein hydrophiles Kolloid als gelbildender Stoff' benutzt wird.
• In das so hergestellte,. inexplosive Gel werden dann eine hochexplosive Verbindung und anorganische sauerstoffabgebende Salze, wie Nitrate und Chlorate, geknetet und gewünschtenfalls auch andere Zusatzstoffe in geeigneten Mengen. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Menge an hochexplosiver Verbindung ausreichend ist, um einerseits die erforderlichen .Sprengstoffeigenschaften zu erzeugen; auf der anderen 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 eingehalten werden, die nach unten hin durch die Möglichkeit zur Erzielung einer Stoß-, Schlag- und Reibungsunempfindlichkeit bestimmt werden und nach oben dadurch, daß es leicht möglich sein muß, den Sprengstoff zur Detonation zu bringen.
• In Übereinstimmung mit dem Obigen besteht der sauerstoffausgeglichene, plastische Sicherheitssprengstoff gemäß der Erfindung im wesentlichen aus einer Mischung von etwa 20 bis 45 °/o eines Sprengstoffes mit hoher Brisanz, ausgenommen flüssige Salpetersäureester, und einem sauerstoffabgebenden, anorganischen Salz, die einem aus Wasser und einem hydrophilen Kolloid hergestellten Gel solcher Zusammensetzung einverleibt ist, daß der Wassergehalt des Sprengstoffes zwischen 3 und 25°/o liegt.
• Im Hinblick darauf, daß es bekannt ist, daß sogar mäßige Mengen Wasser in einem Sprengstoff auf gelförmiger Nitroglycerin-Nitrocellulose-Basis die Wirkung des Sprengstoffes vermindern und schließlich vernichten, war es sehr überraschend, daß die gelförmigen Sprengstoffe gemäß der Erfindung mit erhaltener Initiierempfindlichkeit und Sprengkraft beträchtliche Mengen Wasser enthalten können.
• Als Sprengstoffe mit hoher Brisanz, die als Komponenten im Sicherheitssprengstoff gemäß der Erfindung unter anderem verwendet werden, werden beispielsweise genannt: Pentaerythrittetranitrat, Hexogen,Nitromannit, Ditrinitroäthylharnstoff. Im allgemeinen sind solche Sprengstoffe hoher Brisanz besonders geeignet, die, wenn sie sich in hochkomprimiertem Zustande befinden, eine Detonationsgeschwindigkeit von über 7500 m/Sek. 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 verschiedener Art, Carboxymethyl-cellulose, Agar-Agar, Alginate, Pektin, Alkyl-cellulose, Alkylhydroxylalkyl(äthyl)cellulose und andere Stoffe. Die Kolloidmenge im Sprengstoff kann in den Grenzen von 0,3 bis 10 °/o schwanken.
• Geeignete anorganische sauerstoffabgebende Salze sind insbesondere Salze der Alkali- und Erdalkalimetalle, z. B. Ammoniumnitrat, Calciumnitrat, Natriumnitrat, Barinmnitrat oder andere Nitrate, auch Calciumchlorat, Kaliumperchlorat, Ammoniumperchlorat oder andere Chlorate und Perchlorate: Diese Stoffe werden in solchen Mengen zugefügt, daß - der Sprengstoff = sauerstoffausgeglichen ist, beispielsweise in Mengen zwischen 10 und 70°/0, vorzugsweise 30 bis 65°/o.
• Ferner kann der Sprengstoff geringe -Mengen von üblicherweise in Sprengstoffen enthaltenen Zusatzstoffen enthalten; beispielsweise organisches Mehl, wie Holzmehl, Roggenmehl öd. dgl.
• In gewissen Fällen kann es auch erwünscht sein, weitere Stoffe zuzufügen, die ohne Beeinträchtigung des Prinzips der Erfindung dem Sprengstoff gewisse besonders erwünschte Eigenschaften verleihen, beispielsweise hinsichtlich seiner Widerstandsfähigkeit gegen Kälte, Stabilität usw. Zu diesem Zweck können dem Gel eutektische Salzgemische zugesetzt werden. Es wurde ferner auch gefunden, daß es für die Steigerung der Kältefestigkeit vorteilhaft ist, niedermolekulare, 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 phlegmatisierten Form zugesetzt werden. Als Phlegmatisierungsmittel seien beispielsweise Paraffinwachs und andere Wachse genannt. Es kann auch ein Teil des Endwassergehaltes des Sprengstoffes in der Weise zugesetzt werden, daß die Sprengstoffe mit hoher Brisanz, mit Wasser durchnäßt, zugesetzt werden.
• Die sauerstoffausgeglichenen, plastischen Sprengstoffe gemäß der Erfindung besitzen, wie sich gezeigt hat, viele interessante Eigenschaften, und sie unterscheiden sich in vieler Beziehung vorteilhaft von den Sprengstoffen, die auf Gelen des Nitroglycerins, Nitroglykols und ähnlicher Salpetersäureester aufgebaut sind. Als besonders hervorragende Eigenschaft wurde die Tatsache erkannt, daß sie in hohem Maße unempfindlich 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 zünden, und es hat sich gezeigt, daß es möglich ist, in einem mit Sprengstoff stehengebliebenes Bohrloch (Versager) zu bohren, ohne daß Initiierung eintritt. Andererseits sind sie bereits durch schwache Sprengkapseln (Nr. 4) leicht und zuverlässig initiierbar, und die Detonationsgeschwindigkeit ist sehr wenig von der Stärke der Initiierung abhängig, wodurch Sprengstoffe dieser Art nur ein Detonationsniveau zu haben scheinen. Sie sind alterungsbeständig; und die Detonationsgeschwindigkeit ist in einem unbedeutenden Ausmaß vom Durchmesser abhängig. Der Überschlag bei frei liegendem Sprengstoff ist verhältnismäßig niedrig und abhängig von der Zusammensetzung des Sprengstoffes und dem Wassergehalt. Das Überschlagsergebnis ist auch nicht nachweisbar abhängig von der Alterung. Da der Sprengstoff keine flüssigen Salpetersäureester (wie Nitroglycerin und Nitroglykol) 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 Bestreben, Wasser zu absorbieren, kann jedoch in ausreichend weiten Grenzen durch Verwendung von mit Wachs, Paraffinwachs oder Silikonen oder anderen wasserabweisenden Stoffen überzogenen Salzen verändert werden. Es ist natürlich auch möglich, die Salze während der Herstellung der Sprengstoffe derart 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 Wasser abweisenden Mitteln überzogen sein kann, wie dies oben angegeben ist, und auclx aus zermahlenen Salzen bestehen kann.
• Es ist bereits vorgeschlagen worden (britische Patentschrift 597 716), bei der Sprengstoffherstellung 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 Voraussetzung. Durch Einkneten eines hohen-Prozent- Satzes (64 bis 73 °/o) hochexplosiver Bestandteile in das Gel sollten Sprengstoffe mit plastischer Konsistenz erhalten werden. Solche Sprengstoffe sind jedoch nicht sauerstoffausgeglichen, und sie sind gewöhnlich nicht schlagunempfindlich, noch hat man auf diesen Punkt geachtet.
• Die erfindungsgemäßen Sprengstoffe eignen sich gut für alle Zwecke der normalen Gesteinssprengung und sind ausgezeichnet als aufgelegte Ladungen. Sie sind auch als Sicherheitssprengstoffe für Kohlengruben gut geeignet. Selbstverständlich ist die Zusammensetzung des Sprengstoffes je nach dem Bedürfnis des betreffenden besonderen Verwendungszweckes zu wählen. Beispiele Eine Reihe von Beispielen für die Herstellung von Sprengstoffen gemäß der Erfindung sind in der vorstehenden Tabelle aufgeführt. Alle Proben wurden 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 eingeknetet wurden.
• Die Sprengstoffeigenschaften wurden durch folgende Prüfungsmethoden bestimmt Die Detonationsgeschwindigkeit wurde mit einer Trommelkamera mit umlaufendem Spiegel gemessen. Die Stauchprobe wurde nach Hess durchgeführt mit nur 20 g Sprengstoff. Zur Bestimmung der Mörserwerte diente ein ballistisches Pendel in Standardausführung, und sie wurde bezogen auf den Trotylwert (TNT). Die Überschlagsproben wurden bestimmt mit Patronen von 25 mm Durchmesser bei 20° C. Die Stabilitätswerte wurden bestimmt durch Gewichtsverlustmessung bei 80° C für eine Gewichtsverminderung von 1°% in einer Flasche aus Pyrexglas mit einem Durchmesser von 20 mm und einer eingeschliffenen Kapillare von 0,2 mm Durchmesser und 40 mm Länge. Sprengstoffe, die unter Verwendung unterschiedlicherStärkearten hergestellt wurden, zeigten sehr ähnliche Ergebnisse.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Plastischer Sicherheitssprengstoff mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus einer Mischung von etwa 20 bis 45 % eines hochbrisanten Sprengstoffes, ausgenommen flüssige Salpetersäureester, mit einem sauerstoffabgebenden, anorganischen Salz besteht, die einem aus Wasser und einem hydrophilen Kolloid hergestellten Gel solcher Zusammensetzung und Menge einverleibt ist, daß der Wassergehalt des Sprengstoffes zwischen 3 und 25 °/a liegt.
2. 2. Sprengstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in ihm enthaltene hochbrisante Sprengstoff in hochkomprimiertem Zustande eine Detonationsgeschwindigkeit von über 7500 m/Sek. besitzt.
3. 3. Sprengstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als sauerstoffabgebende, anorganische Salze ein oder mehrere Nitrate, Chlorate oder Perchlorate der Alkali- und Erdalkalimetalle in Mengen von 10 bis 70 °/o enthält.
4. 4. Sprengstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an hydrophilem Kolloid, beispielsweise Stärke, in den Grenzen von 0,3 bis 10 0/a liegt.
5. 5. Sprengstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er den hochbrisanten Sprengstoff in teilweise phlegmatisiertem Zustande enthält.
6. 6. Sprengstoff nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er eine geringe Menge eines niedermolekularen mehrwertigen Alkohols, wie Glykol oder Glycerin, enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 11325 vom Jahre 1902.