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Verwendung von Sorbitantetranitrat als Sensibilisierungsmittel in
Sprenggemischen Die Erfindung betrifft die Verwendung von Sorbitantetranitrat an
Stelle der üblichen flüssigen Salpetersäureester als Sensibilisierungsmittel in
Sprenggemischen auf der Basis von anorganischen Sauerstoffsalzen, insbesondere von
Ammonnitrat.
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Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Spengstoffzusammensetzung,
die frei von Kopfweh verursachenden Eigenschaften ist, die hochgradig wasserbeständig
ist und gleichmäßige Empfindlichkeit aufweist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen
Sensibilisators für Sprengstoffzusammensetzungen sowie Sprengstoffzusammensetzungen,
in denen Sorbitantetranitrat mit Explosivsalzen, Oxydationsmitteln, oxydierbaren
Mitteln, Wärme erzeugenden Mitteln und anderen Mitteln, die einen Einfluß auf den
Charakter und Zustand der Sprengstoffgemische ausüben, vereinigt sind.
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Wie bekannt ist, enthalten handelsübliche Sprengstoffzusammensetzungen
häufig Nitroglycerin, Nitroglycol oder Gemische dieser Bestandteile. Sprengstoffzusammensetzungen,
die Nitroglycerin und Nitroglycol enthalten, wurden viele Jahre hindurch in zufriedenstellendem
Maße verwendet. Es standen keine anderen Materialien zur Verfügung, die die allgemein
begehrten Eigenschaften von Nitroglycerin und Nitroglycol als Sensibilisatoren für
Sprengstoffzusammensetzungen besaßen. Unter den erwünschten Charakteristika von
Nitroglycerin und Nitroglycol als Sensibilisierungsmittel ist die ausgezeichnete
Wasserbeständigkeit erwähnenswert. Nitroglycerin und Nitroglycol haben jedoch die
unangenehme Eigenschaft, schwere Kopfschmerzen zu verursachen, wenn Personen mit
ihnen in Kontakt kommen oder ihre Dämpfe einatmen.
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Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß Nitroglycerin oder Nitroglycol
durch Sorbitantetranitrat in Sprengstoffzusammensetzungen, die bisher diese Produkte
als Sensibilisierungsbestandteile enthielten, ersetzt werden kann. Die durch die
vorliegende Erfindung gekennzeichneten Sprengstoffzusammensetzungen besitzen die
wünschenswerten Eigenschaften der Nitroglycerin-Sprengstoffgemische, wie beispielsweise
Empfindlichkeit, Sprengleistung, Detonationsgeschwindigkeit, Wasserbeständigkeit,
sie geben jedoch keine giftigen Dämpfe ab, wie sie durch Nitroglycerin und Nitroglycol
entstehen.
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Die Sprengstoffzusammensetzungen der Erfindung enthalten im wesentlichen
Sauerstoff liefernde Salze, die allgemein für Dynamitzusammensetzungen geeignet
sind, wie beispielsweise Ammonium-, Natrium- und Kaliumnitrate, sensibilisiert mit
Sorbitantetranitrat.Die Sprengstoffzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
können auch andere übliche Bestandteile von Dynamitzusammensetzungen enthalten,
wie z. B. Brennstoffe, beispielsweise Schwefel oder kohlenstoffhaltige Verbrennungsmaterialien,
wie Holzschliff, Kohle, Aprikosensteinschliff, Bagasse, Elfenbeinmehl und Maismehl;
Säure aufnehmende Materialien, wie z. B. Calciumcarbonat; Materialien zur Verbesserung
der Wasserbeständigkeit, beispielsweise Mannogalactan; Gelierungsmittel, wie Cellulosenitrat;
zusätzliche Sensibilisierungsmittel, z. B. pulverisiertes Aluminium oder Magnesium,
Dinitrotoluol, Trinitrotoluol, Cyclotrimethylentrinitramin, Nitromannit und Pentaerythrittetranitrat.
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Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Sprengstoffzusammensetzung
ist es lediglich notwendig, Sorbitantetranitrat, eine viskose Flüssigkeit, die in
der Zusammensetzung verteilt werden kann, den anderen Bestandteilen der Zusammensetzung
beizumischen. Die durch das Mischen der Bestandteile hergestellte Sprengstoffzusammensetzung
kann dann zur Herstellung einer Sprengstoffzusammensetzung in einer für den handelsüblichen
Gebrauch geeigneten Form nach einem beliebigen bekannten Verfahren in Hülsen verpackt
werden.
Handelsübliche Sprengstoffzusammensetzungen reagieren im
allgemeinen empfindlich auf die Detonation mittels einer Sprengkapsel Nr. 6 oder
Nr. 8 oder durch einen Detonationszünder. Da diese Zündverfahren in der Sprengtechnik
relativ üblich sind, ist es gewöhnlich erwünscht, daß die erfindungsgemäßen Sprengstoffzusammensetzungen
genügend empfindlich sind, um zur Detonation durch die oben aufgeführten Mittel
geeignet zu sein.
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Es wurde allgemein gefunden, daß eine zufriedenstellende Sensibilität
der Sprengstoffzusammensetzungen dann erhalten werden kann, wenn wenigstens 10 Gewichtsprozent
der zu sensibilisierenden Zusammensetzung aus Sorbitantetranitrat besteht. Sorbitantetranitratmengen
von über 15 Gewichtsprozent der Zusammensetzung erhöhen die vorteilhafte Wirkung
nicht wesentlich, obwohl Mengen oberhalb der angegebenen Zahl gegebenenfalls verwendet
werden können, vorausgesetzt natürlich, daß die verwendete Menge die gewünschten
Eigenschaften der Sprengstoffzusammensetzung nicht schädlich beeinflussen. Falls
zusätzlich Sensibilisierungsmittel, wie beispielsweise pulverisiertes Aluminium
oder Magnesium, TNT, DNT, RDX, PETN oder Nitromannit in dem Gemisch vorhanden sind,
kann die zur zufriedenstellenden Sensibilisierung der Zusammensetzung erforderliche
Mindestmenge an Sorbitantetranitrat reduziert werden. Im allgemeinen zeigt sich
die vorteilhafte Wirkung von Sorbitantetranitrat nicht in angemessener Weise, wenn
Mengen von unter 3 Gewichtsprozent des fertigen Sprengstoffgemisches verwendet werden.
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Die folgenden, in Tabellenform gezeigten Beispiele erläutern die erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen. Der in den folgenden Beispielen verwendete Sorbitantetranitratsensibilisator
wurde durch Nitrieren von Sorbitan unter Verwendung eines Gemisches von Salpeter-
und Schwefelsäuren und Gewinnung des Sorbitantetranitratprodukts aus dem Reaktionsgemisch
durch Lösungsmittelextraktion hergestellt. 100 Gewichtsprozent eines Sorbitanausgangsmaterials
wurden bei 50 bis 100° C zu 600 Gewichtsteilen eines Nitrierungsgemisches aus 37
Gewichtsprozent Salpetersäure und 63 Gewichtsprozent konzentrierter Schwefelsäure
gegeben. Nach Zugabe des Sorbitanausgangsmaterials wurden dem Gemisch 67 bis 335
Gewichtsteile Methylenchlorid zugesetzt, und das Gemisch wurde heftig gerührt. Die
Nitrierungstemperatur lag im Bereich von 15 bis 19° C. Man ließ dann das gesamte
Gemisch 1/2 Stunde stehen. Das gebildete Sorbitantetranitrat löst sich in dem Methylenchlorid.
Die das Sorbitantetranitratprodukt enthaltende Methylenchloridschicht wurde dann
abgetrennt und mit etwa 250 Gewichtsteilen Wasser gewaschen. Die Methylenchlorid-Sorbitantetranitrat-Schicht
wurde dann vom Waschwasser getrennt und der Waschvorgang wiederholt. Nach dem zweiten
Waschen wurde die Methylenchlorid-Sorbitantetranitrat-Schicht abgetrennt und mit
etwa 200 Gewichtsteilen einer SO/oigen Natriumcarbonatlösung gewaschen. Nach dem
Waschen mit Natriumcarbonatlösung wurde die Methylenchlorid-Sorbitantetranitrat-Schicht
abgetrennt und das Methylenchlorid bei einer Temperatur von etwa 40° C abgedampft.
Das Sorbitantetranitrat war ein etwas viskoses, braunes Produkt. Bei Anwendung des
vorstehenden Verfahrens liegt die Produktausbeute im allgemeinen zwischen etwa 180
und etwa 190 Gewichtsteilen. In Beispiel l der folgenden Tabelle wurde eine Sprengstoffzusammensetzung
hergestellt, die aus 15,0 Gewichtsprozent Sorbitantetranitrat, 35,7 Gewichtsprozent
feinem Ammoniumnitrat (geht 100%ig durch ein Sieb mit 400 Maschen je Quadratzentimeter),
29,4 Gewichtsprozent Natriumnitrat, das durch ein Sieb mit 20 Maschen je Quadratzentimeter
geht, 11,0 Gewichtsprozent gemahlenes Natriumnitrat (von dem 90'% durch ein Sieb
mit 56 Maschen je Quadratzentimeter und 50 bis 75 % durch ein Sieb mit 1600 bis
1760 Maschen je Quadratzentimeter geht), 2,9 Gewichtsprozent Maismehl, 5,0 Gewichtsprozent
Schwefel und 1,0 Gewichtsprozent Guar-Mehl (Cyanopsis psoralioides) besteht. Die
Bestandteile wurden durch trockenes Mischen vereinigt, und das Gemisch wurde in
übliche Papierhülsen von 3,1 - 20,3 cm abgepackt. Die Sprengstoffzusammensetzung
ergab auf 45 kg 112 Hülsen und hatte eine Abstandsempfindlichkeit von 1.25 cm. Sie
wurde dadurch bestimmt, daß man eine der 3,1 - 20,3 cm großen Hülsen in zwei 3,1
- 10,15 cm große Teile halbierte, das äußere Ende eines Teils der Hülse mit einer
Sprengkapsel Nr. 6 versah und den größten Abstand zwischen den Teilen bestimmte,
bei dem die Detonation des einen sich auf den anderen Teil fortsetzt. Es wurde ferner
gefunden, daß die Sprengstoffzusammensetzung eine offene Detonationsgeschwindigkeit
von 2366 m/sec und eine begrenzte Detonationsgeschwindigkeit von 3499 m/sec hat.
Die Wasserbeständigkeit der Zusammensetzung wurde durch einen Drucktest untersucht
und dabei eine Wasserbeständigkeit von 10,25 kg während 16 Stunden festgestellt.
Der vorstehende Drucktest bezüglich der Wasserbeständigkeit bestand darin, daß man
den zu untersuchenden Sprengstoff in eine gewachste 3,1 - 20,3 cm große Papierhülse
gab und die Hülse mit vier Reihen von jeweils vier Löchern durchbohrte. Jedes Loch
hatte einen Durchmesser von 6 mm und war gerade tief genug, um Wasser durch die
Hülsenwand durchzulassen. Oben an der Hülse wurde ein schräg verlaufendes Loch mit
einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von 5,6 cm vorgesehen, und es wurde ein
Sicherheitszünder in das Loch gegeben. Dann wurde die Hülse in Wasser getaucht,
das ausreichte, um diese mit einer Höhe von 5 bis 7,5 cm zu bedecken. Ein Luftdruck
von etwa 0,32 atü wurde während eines abgemessenen Zeitraums auf die Wasseroberfläche
ausgeübt. Nach Ablauf des Zeitraums wurde die Hülse aus dem Wasser genommen, der
Sicherheitszünder wurde aus dem schrägen Loch genommen und durch eine Sprengkapsel
Nr. 6 ersetzt. Die Kapsel wurde dann gezündet. Die Länge der Zeit, die ein Sprengstoff
dem Wasser ausgesetzt werden konnte und bei drei Versuchen dennoch zu einer Detonation
der Hülse führte, ohne daß ein nicht explodiertes Hülsenstück übrigbliebt, wurde
als Maß der Wasserbeständigkeit unter Druck genommen.
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Die in den Beispielen 2 und 3 der folgenden Tabelle angewendeten Herstellungsverfahren
und Tests glichen den oben in Beispiel 1 beschriebenen bis auf eine unterschiedliche
Zusammensetzung der Sprengstoffgemische und die Testergebnisse. Das in den Beispielen
2 und 3 verwendete grobe Ammoniumnitrat ist so beschaffen, daß 100'% durch ein Sieb
mit 20 Maschen je Quadratzentimeter gehen und annähernd 100 % von einem Sieb mit
400 Maschen je Quadratzentimeter zurückerhalten werden.
| Beispiel Beispiel |
| 1 2 3 |
| 1 2 3 |
| Bestandteile Charakteristika |
| Sorbitantetranitrat ....... 15,0 15,0 10,0 3,1 - 20,3
cm große Hülsen i |
| Ammoniumnitrat (grob) . . - |
| 12,8 38,0 pro 45 kg . . . . . . . . . . . . . . 112 123 130 |
| Ammoniumnitrat (fein) ... 35,7 ! 51,5 ' 37,6 Abstandsempfindlichkeit |
| Natriumnitrat (20 Maschen (cm) ... . . . . . . . . .
. . . . . . 1,2, 2,5' 25 |
| je Quadratzentimeter) ... 29,4 11,7 6,2 Offene Geschwindigkeit |
| Natriumnitrat (gemahlen) 11,0 5,0 - (m/sec) . . . . . . . .
. . . . . . . . 2366 2501 12465 |
| Maismehl . . . . . . . . . . . . . . 2,9 3,0 4,2 Begrenzte
Geschwindigkeit |
| Aluminium . . . . . . . . . . . . . - = 3,0 (m/sec) . . . .
. . . . . . . . . . . . 3499 3691 3021 |
| Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . 5,0 - Wasserbeständigkeit
bei |
| Guar-Mehl (Cyanopsis einem Druck von 0,32 atü |
| psoraliodes) . . . . . . . . . . . 1,0 1,0 |
| 1,0 (Stunden) . . . . . . . . . . . . . . 16 16 16 |
| Obgleich die vorliegende Erfindung insbesondere hinsichtlich
einer Sprengstoffzusammensetzung auf Am- |
| moniumnitratgrundlage beschrieben worden ist, kann Sorbitantetranitrat
als Sensibilisator in anderen Sprengstoff- |
| zusammensetzungen auf anderer Grundlage verwendet werden. |