JP2001130993A

JP2001130993A - 爆薬組成物

Info

Publication number: JP2001130993A
Application number: JP34823499A
Authority: JP
Inventors: Takuya Taguchi; 琢也田口; Hiroyuki Taniguchi; 弘幸谷口; Yoshio Tanabe; 芳雄田辺; Hiroyuki Ochi; 博之越智
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】ポンプ等による機械装填が可能な程度の粘度
で、且つその経時安定性の良いエマルション爆薬を開発
すること。【解決手段】乳化剤として第１級〜３級アミンとポリア
ルキル（アルケニル）コハク酸又はその無水物との縮合
生成物を含有する油中水滴型エマルション爆薬。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は爆薬に関する。更に
詳しくは隧道掘進、採石、採鉱等の産業用の爆破作業に
利用される油中水滴型（以下Ｗ／Ｏ型という）エマルシ
ョン爆薬に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬は米国特許第
３，１６１，５５１号により初めて開示されて以来、多
くの改良発明が行われてきた。それらの発明によるＷ／
Ｏ型エマルション爆薬は基本的には連続相としてミネラ
ルオイル、ワックス、その他疎水性炭素質燃料（油分）
を含み、不連続相として硝酸アンモニウムを主体とした
酸化剤水溶液を含み、更に乳化剤としてＷ／Ｏ型乳化剤
を含む爆薬であり、これに微小中空球体等の鋭感剤を随
時加えることにより、ブースター起爆から雷管起爆まで
の広範囲の感度が得られている。これらのＷ／Ｏ型エマ
ルション爆薬は、連続相として油性物質が使用されてい
る為、耐水性、安全性の点が従来の爆薬より優れた性能
を有していることは周知の事である。

【０００３】また、Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬はその個
々の原材料が安全であることや、混合等が比較的容易で
あることから、海外においては、Ｗ／Ｏ型エマルション
爆薬をエア駆動のモノポンプ等を利用して直接発破孔に
自動装填する技術が実用化されている。この方式で用い
られる爆薬は、例えば（社）日本トンネル技術協会発行
の「効果的なトンネル爆破技術に関する検討報告書」に
記載されているように、「バルクエマルション爆薬」と
呼ばれ、ダイナマイトに比べて流動性が高いことが特徴
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｗ／Ｏ型エマルション
爆薬は、一般的には、まず酸化剤（通常はその水溶
液）、油類、乳化剤によってＷ／Ｏ型エマルションを製
造し、その後微小中空球体を加えて混合することにより
製造されている。Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬の粘度は一
般的には、極めて高く、又膠質状であるため可塑性に優
れており、これらのためにＷ／Ｏ型エマルション爆薬
は、通常、紙あるいはポリチューブで包装される。しか
しながら一般的にＷ／Ｏ型エマルション爆薬は、製造直
後には所望の感度、性能を有しているが、時間が経過す
るに従い分散されている不連続相が集合して巨大化し、
最終的にはエマルションが崩壊するために、初期の感度
及び性能を喪失し、また粘度が高くなるという貯蔵上の
問題が見られる。

【０００５】欧米各国に於いては、現地混合方式又はこ
れに近い方式が採られている為、爆薬製造から使用まで
の時間が数時間ないし、数日と極めて短時間なので、貯
蔵上の問題はそれほど大きな問題ではない。しかし、日
本に於いては、爆薬が製造されてから使用するまでに、
通常でも数ヶ月、長い場合は６ヶ月から１年程も経過す
る。かくして日本国内でバルクエマルション爆薬を使用
する場合には、従来の爆薬と同様に数カ月以上経時的に
安定なものが要求されている。特にバルクエマルション
爆薬は機械装填するために流動性が必要とされることか
ら、ポンプによる装填を不可能にするような、粘度の上
昇、流動性の低下があってはならない。このように、バ
ルクエマルション爆薬については安全性や性能に関する
経時安定性に加えて、数ヶ月以上というような長期間貯
蔵していても、流動性を持ち、機械装填が可能な経時安
定性を持つＷ／Ｏ型エマルション爆薬の開発が望まれて
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、このよう
な課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、Ｗ／Ｏ
型エマルション爆薬の連続相を形成する乳化剤として第
１級〜３級アミンとポリアルキル（アルケニル）コハク
酸又はその無水物との縮合生成物を使用する事により、
バルクエマルション爆薬として２年以上の貯蔵安定性を
有するという飛躍的な向上が可能になることを見出し、
本発明を完成させたものである。

【０００７】即ち本発明は、（１）酸化剤、油類、乳化
剤、微小中空球体よりなる油中水滴型エマルション爆薬
に於いて乳化剤として第１級〜３級アミンとポリアルキ
ル（アルケニル）コハク酸又はその無水物との縮合生成
物を含有することを特徴とする安定性の優れた油中水滴
型エマルション爆薬、（２）乳化剤の含有量が０．５〜
７重量％である（１）の油中水滴型エマルション爆薬、
（３）油類の動粘度が４０℃において２〜３５０ｃＳｔ
である（１）に記載の油中水滴型エマルション爆薬、
（４）酸化剤が水溶液である（１）乃至（３）の油中水
滴型エマルション爆薬、（５）酸化剤水溶液が硝酸カル
シウムを２〜５０重量％含有するものである（４）に記
載の油中水滴型エマルション爆薬、（６）微小中空球体
として、ガラス微小中空球体を０．５〜１０重量％含有
する（１）乃至（５）に記載の油中水滴型エマルション
爆薬、（７）ガラス微小中空球体のｐｓｉ（ｌｂ／ｉｎ
²）単位で表した１０％破壊強度が７５０ｐｓｉである
（６）に記載の油中水滴型エマルション爆薬、に関す
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬に含有される乳化剤
としては、第１級〜３級アミンとポリアルキル（アルケ
ニル）コハク酸又はその無水物との縮合生成物が使用さ
れる。好ましい乳化剤はポリイソブチレンコハク酸無水
物（ＰＩＢＳＡ）を原料とする乳化剤（界面活性剤）
で、一般的には、ポリアルキル（アルケニル）コハク酸
無水物とモノ、ジ、トリエタノールアミン、ジエチルア
ミン又はジエチルアミノエタノール等の第１級〜３級ア
ミンとを常法により縮合せしめることによりえられる。
得られる縮合物は通常鉱物油に希釈されて販売されてい
る。本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬においては、乳
化剤は全組成物に対して０．１〜１０重量％、好ましく
は１〜５重量％の範囲で含有される。乳化剤の含有量が
５重量％を超える場合は、Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬の
粘度が高くなる傾向がある。

【０００９】本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬に使用
される酸化剤はその水溶液として用いるのが好ましく、
使用しうる酸化剤の具体例としては、硝酸アンモニウ
ム、硝酸ナトリウムのようなアルカリ金属硝酸塩類、硝
酸カルシウムのようなアルカリ土類金属硝酸塩類、塩素
酸ナトリウムのようなアルカリ金属塩素酸塩類、塩素酸
カルシウムのようなアルカリ土類金属塩素酸塩類、過塩
素酸ナトリウムのようなアルカリ金属過塩素酸塩類、過
塩素酸カルシウムのようなアルカリ土類金属過塩素酸塩
類、過塩素酸アンモニウム等が挙げられるが、これらは
単独または混合して使用される。酸化剤として特に好ま
しいものは硝酸アンモニウムである。

【００１０】また本発明に使用される酸化剤水溶液に
は、所望により、硝酸モノメチルアミン、硝酸モノエチ
ルアミン、硝酸ヒドラジン、二硝酸ジメチルアミン等の
水溶性アミン硝酸塩類、硝酸メタノールアミン、硝酸エ
タノールアミン等の水溶性アルカノールアミン硝酸塩類
及び水溶性の一硝酸エチレングリコール等を補助鋭感剤
として添加する事が可能である。

【００１１】本発明に使用される酸化剤水溶液において
は、Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬の粘度を低下させる目的
で、硝酸カルシウムを酸化剤水溶液中に溶解させのが好
ましい。硝酸カルシウムは爆薬中、必要により、２〜５
０重量％、好ましくは１０〜３０重量％の範囲で含有さ
れる。一般的には、硝酸カルシウム含有量が多いほど、
また水の含有量が多いほどＷ／Ｏ型エマルション爆薬の
粘度を低下させることが可能である。

【００１２】本発明に使用される酸化剤水溶液に於ける
水の量は、酸化剤の結晶析出温度が３０〜９０℃になる
ような量使用される事が好ましく、通常酸化剤水溶液中
５〜４０重量％、好ましくは１０〜３０重量％の範囲で
含有される。酸化剤水溶液には結晶析出温度を下げる為
にメチルアルコール、エチルアルコール、ホルムアマイ
ド、エチレングリコール、グリセリン等の水溶性有機溶
剤を補助溶媒として使用することも可能である。本発明
のＷ／Ｏ型エマルション爆薬においては、酸化剤水溶液
は爆薬中に５０〜９５重量％の範囲で含有されるのが好
ましい。

【００１３】本発明で用いられる油類の具体例として
は、軽油、灯油、ミネラルオイル、潤滑油、重油等の石
油系油類、パラフィンワックス、マイクロクリスタリン
ワックス等の石油系ワックス類、その他疎水性の植物
油、植物性ワックス、動物油、動物性ワックス等が挙げ
られ、これらは単独または２種以上を混合して使用され
る。また上述の油類にエポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、ポリブデン、ポリイソブチレン、石油樹脂、ブ
タジエン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエチ
レン樹脂等の樹脂類を配合し変成した油類も使用でき
る。ポンプで送液が容易なようにＷ／Ｏ型エマルション
爆薬の流動性を高める為には、前記油類の中でも４０℃
における動粘度が２〜３５０ｃＳｔである油類を使用す
ることが好ましい。好ましい油類の具体例としては軽
油、ミネラルオイルが挙げられる。本発明のＷ／Ｏ型エ
マルション爆薬においては、油類は爆薬中に０．１〜１
０重量％、好ましくは１〜７重量％の範囲で含有され
る。

【００１４】本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬は微小
中空体を添加せしめることによって雷管起爆性からブー
スター起爆に至る広範な感度性能が得られる。微小中空
体としてはガラスマイクロバルーン、シラスバルーン等
の無機質中空球体、発泡スチレン、樹脂バルーン等の有
機質中空球体の１種又は２種以上の混合物等が使用しう
る。微小中空球体の量は、当該爆薬の用途に応じ、また
微小中空球体の比重によっても変わるので、一概には言
えないが、通常、当該爆薬の比重を１．４ｇ／ｃｃ以
下、好ましくは１．３ｇ／ｃｃ以下になるような量が使
用される。これは使用する微小中空球体の比重にもよる
が爆薬中おおよそ０．５〜２０重量％含有される量に相
当する。トンネル発破のような孔間隔の狭い所では、本
発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬にガラス微小中空球体
を用いるのが貯蔵性、耐衝撃性の点から特に好ましい。
隣接孔からの衝撃への耐性という点からは、特にＡＳＴ
Ｍ（米国材料試験協会）分析法Ｄ−３１０２−７２の方
法で計測された１０％破壊強度が７５０ｐｓｉであるよ
うなガラス微小中空球体を用いるのが好ましい。本発明
のＷ／Ｏ型エマルション爆薬においては、爆薬中に機械
的又は化学的に気泡を含ませる事によって、微小中空球
体の役割を代替する事が可能である。Ｗ／Ｏ型エマルシ
ョン爆薬は、ポンプでの送液がなされることから、一般
的には感度を必要以上に高くしない方が好ましい。

【００１５】本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬にはア
ルミニウム粉、マグネシウム粉などの金属粉末、木粉、
澱粉等の有機粉末を添加することも可能である。添加す
る物質の種類及び添加の目的にもよるが通常爆薬中０．
５〜１０重量％の範囲で含有される。

【００１６】Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬の流動性は粘度
として示すことができる。ポンプで送液可能なＷ／Ｏ型
エマルション爆薬の製造直後の粘度は、２５℃において
１５００Ｐａ・ｓ以下、好ましくは１０００Ｐａ・ｓ以
下に設定するのが好ましい。Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬
の製造直後の粘度を１５００Ｐａ・ｓ以上に設定した場
合、長期間の貯蔵中にＷ／Ｏ型エマルション爆薬の粘度
が高くなり、ポンプで送液する際に、ポンプに接続され
た装薬ホース中にＷ／Ｏ型エマルション爆薬が閉塞し、
ポンプ圧力が高くなる危険がある。ポンプ等の使用によ
り機械装填する場合は、Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬の粘
度が低いほど安全性が高くなり、作業効率も向上させる
ことが出来る。

【００１７】本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬の製造
方法は例えば次の通りである。硝酸アンモニウム又はこ
れと他の酸化剤塩とを約８５〜９５℃で水に溶解させ酸
化剤水溶液を得る。約８５〜９５℃に加熱された油類と
乳化剤の混合物に、高粘性物に使用されるラセン型攪拌
翼を用いて２００〜５００ｒｐｍの撹拌速度で撹拌しな
がら前述の酸化剤水溶液を徐々に添加する。添加が終わ
った後、更に撹拌を行い、できあがったＷ／Ｏ型エマル
ションに微小中空体、必要に応じて他の添加剤を縦型捏
和機で約３０〜６０ｒｐｍで混合し、所望のＷ／Ｏ型エ
マルション爆薬を得る。

【００１８】

【実施例】本発明を実施例を挙げて更に詳しく説明する
が、本発明がこれらの実施例に限定されるものではな
い。

【００１９】実施例１硝酸アンモニウム４６重量部、硝酸カルシウム２４重量
部と水１９重量部からなる９０℃の酸化剤水溶液を、無
水コハク酸とイソブチレンを加圧下で共重合した後ジエ
チルアミノエタノ−ルと縮合し、鉱物油で希釈した組成
物２重量部と４０℃における動粘度が７．３ｃＳｔであ
る流動パラフィン５重量部の混合物に撹拌しながら少量
ずつ加えてＷ／Ｏ型エマルションを得た。これに１０％
破壊強度が７５０ｐｓｉであるガラスバブルス（３Ｍ社
製商品名：Ｋ−２５）４重量部を加えて撹拌混合し、
本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬を得た。

【００２０】実施例２実施例１と同じ９０℃の酸化剤水溶液を実施例１と同様
に、予め９０℃に加熱したポリイソブチレンコハク酸無
水物とジエチルアミノエタノールの縮合生成物２重量部
と２号軽油（ＪＩＳＫ２２０４に規定）５重量部との
混合物に少量ずつ加えてＷ／Ｏ型エマルションを得た
後、ガラスバブルス４重量部を加えて撹拌混合し、本発
明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬を得た。

【００２１】実施例３実施例１と同じ９０℃の酸化剤水溶液を実施例１と同様
に、予め９０℃に加熱したポリイソブチレンコハク酸無
水物とモノエタノールアミンの縮合生成物２重量部と流
動パラフィン５重量部との混合物に少量ずつ加えてＷ／
Ｏ型エマルションを得た後、ガラスバブルス４重量部を
加えて撹拌混合し、本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬
を得た。

【００２２】実施例４実施例１と同じ９０℃の酸化剤水溶液を実施例１と同様
に、予め９０℃に加熱したポリイソブチレンコハク酸無
水物とジエチルアミンの縮合生成物２重量部と流動パラ
フィン５重量部との混合物に少量ずつ加えてＷ／Ｏ型エ
マルションを得た後、ガラスバブルス４重量部を加えて
撹拌混合し、本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬を得
た。

【００２３】比較例１硝酸アンモニウム４６重量部、硝酸カルシウム２４重量
部と水１９重量部からなる９０℃の酸化剤水溶液を、予
め９０℃に加熱したソルビタンモノオレート２重量部と
流動パラフィン５重量部の混合物に撹拌しながら少量ず
つ加えＷ／Ｏ型エマルションを得た。これにガラスバブ
ルス４重量部を加えて撹拌混合し、比較用のＷ／Ｏ型エ
マルション爆薬を得た。

【００２４】比較例２硝酸アンモニウム６９重量部、硝酸ソーダ６重量部、水
１２重量部からなる９０℃の酸化剤水溶液を予め９０℃
に加熱したソルビタンモノオレート３重量部とパラフイ
ンワックス３重量部の混合物に撹拌しながら少量ずつ加
えＷ／Ｏ型エマルションを得た。これにガラスバブルス
４重量部とアルミニウム３重量部を加えて撹拌混合し、
比較用のＷ／Ｏ型エマルション爆薬を得た。

【００２５】実施例１〜４及び比較例１，２でえられた
各Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬の組成を表１に示す。なお
表１中の数値は重量％を表す。

【００２６】実施例１〜４及び比較例１のＷ／Ｏ型エマ
ルション爆薬の代表的な性能値としての貯蔵安定性を確
認するために２年に亘って爆速を測定した。爆速は鋼管
（内径３５ｍｍ、長さ３００ｍｍ）内にＷ／Ｏ型エマル
ション爆薬各３００ｇ装填し、ブースターとしてエマル
ション爆薬３０ｇ（日本化薬（株）製商品名：アルテ
ックス）を使用し、光ファイバー法により爆速を測定し
た。又熱加速試験を実施し、この方法と室温貯蔵試験法
との相関関係より３０ヶ月に該当する測定値を得た。そ
の結果を表２に示す。

【００２７】表２の結果から明白であるように、従来の
Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬が１８ヶ月以下で感度及び性
能低下をきたすのに対して本発明のＷ／Ｏ型エマルショ
ン爆薬は２年以上も性能低下を起こしていない。即ち本
発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬の貯蔵安定性が著しく
改良されていることを示している。

【００２８】実施例１〜４及び比較例１の各Ｗ／Ｏ型エ
マルション爆薬の粘度を粘度計（ＢＲＯＯＫＦＩＥＬ
Ｄ社製ＭＯＤＥＬＤＶＩＩ＋）で２４ヶ月にわたり
測定した。測定は、回転数０．３ｒｐｍ，測定温度２５
℃で実施した。その結果を表２に示す。

【００２９】表２の結果から明白なように、従来のＷ／
Ｏ型エマルション爆薬に対して本発明のＷ／Ｏ型エマル
ション爆薬の粘度は低く、さらに長期貯蔵時の粘度上昇
率が低い。即ち本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬の流
動性及び長期貯蔵時の粘度安定性が著しく改良されてい
ることが明らかである。

【００３０】実施例１と比較例２の各Ｗ／Ｏ型エマルシ
ョン爆薬の後ガスとして、二酸化炭素（ＣＯ₂）、一酸
化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を測定した。そ
の結果を表３に示す。

【００３１】表３の結果から明白なように、本発明のＷ
／Ｏ型エマルション爆薬の後ガスは比較例２の従来のＷ
／Ｏ型エマルション爆薬より有害ガスが少なく、後ガス
が良好である。

【００３２】表１実施例１実施例２実施例３実施例４硝酸アンモニウム４６．０４６．０４６．０４６．０硝酸カルシウム２４．０２４．０２４．０２４．０硝酸ソーダ水１９．０１９．０１９．０１９．０ポリイソブチレンコハク酸無水物とジエチルアミノエタノールの縮合生成物２．０２．０ポリイソブチレンコハク酸無水物とモノエタノールアミンの縮合生成物２．０ポリイソブチレンコハク酸無水物とジエチルアミンの縮合生成物２．０流動パラフィン５．０５．０５．０２号軽油５．０ワックスＫ−２５４．０４．０４．０４．０比較例１比較例２硝酸アンモニウム４６．０６９．０硝酸カルシウム２４．０硝酸ソーダ６．０水１９．０１２．０ソルビタンモノオレート２．０３．０流動パラフィン５．０２号軽油ワックス３．０Ｋ−２５４．０４．０アルミニウム３．０

【００３３】表２実施例１実施例２爆速（m/sec) 粘度(Pa・s) 爆速（m/sec) 粘度(Pa・s) 製造直後５２２０３１０５１８０３２０３ヶ月後５１５０３９０４９９０３８０６ヶ月後４８３０５６０４９２０５７０１２ヶ月後５１８０７２０５１４０７２０１８ヶ月後５１００８００５０８０８４０２４ヶ月後５２１０８９０５０５０９２０３０ヶ月後５１１０ − ４９８０ − 実施例３実施例４爆速（m/sec) 粘度(Pa・s) 爆速（m/sec) 粘度(Pa・s) 製造直後５０５０３２０４９７０３５０３ヶ月後５１９０３６０５０７０４１０６ヶ月後５２２０５８０５１５０５８０１２ヶ月後４９９０７３０４９６０７５０１８ヶ月後５０２０８３０５１２０８２０２４ヶ月後５１１０９８０５０３０９１０３０ヶ月後４９５０ − ５０５０ − 比較例１爆速（m/sec) 粘度(Pa・s) 製造直後５２４０６５０３ヶ月後５１２０８２０６ヶ月後４８１０１１５０１２ヶ月後４９４０１３８０１８ヶ月後不爆１６５０２４ヶ月後 − １９９０３０ヶ月後 − −

【００３４】

【００３５】

【発明の効果】機械装填に好都合な低粘度で且つ経時安
定性の良いＷ／Ｏ型エマルション爆薬が得られた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化剤、油類、乳化剤、微小中空球体を含
有する油中水滴型エマルション爆薬に於いて乳化剤とし
て第１級〜３級アミンとポリアルキル（アルケニル）コ
ハク酸又はその無水物との縮合生成物を含有することを
特徴とする安定性の優れた油中水滴型エマルション爆薬
【請求項２】乳化剤の含有量が０．５〜７重量％である
請求項１の油中水滴型エマルション爆薬
【請求項３】油類の動粘度が４０℃において２〜３５０
ｃＳｔである請求項１に記載の油中水滴型エマルション
爆薬。
【請求項４】酸化剤が水溶液である請求項１乃至請求項
３の油中水滴型エマルション爆薬
【請求項５】酸化剤水溶液が硝酸カルシウムを２〜５０
重量％含有するものである請求項４に記載の油中水滴型
エマルション爆薬。
【請求項６】微小中空球体として、ガラス微小中空球体
を０．５〜１０重量％含有する請求項１乃至請求項５に
記載の油中水滴型エマルション爆薬。
【請求項７】ガラス微小中空球体のｐｓｉ（ｌｂ／ｉｎ
²）単位で表した１０％破壊強度が７５０ｐｓｉである
請求項６に記載の油中水滴型エマルション爆薬。