JP2019014621A - 破砕剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の非火薬破砕剤と同等以下の各種感度を有し、従来の非火薬破砕剤で見られる二次燃焼の発生頻度を低減することにより、製造及び取扱作業時における安全性に優れ、消防法上の危険物に該当せず、貯蔵・取扱において指定数量の制限を受けない非火薬破砕剤を提供する。
【解決手段】金属酸化物、金属粉末及び水和物を含む破砕剤組成物であって、金属酸化物／金属粉末の質量比率が７０／３０〜９０／１０であり、金属粉末の平均粒子径が３０〜６０μｍであり、組成物全体に対して水和物を３５〜６０質量％を含むことを特徴とする破砕剤組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、岩盤やコンクリート構造物等の産業用破砕作業に利用される破砕剤組成物に関する。更に詳しくは、打撃感度、静電気感度、着火感度及び二次燃焼発生頻度を低減した破砕剤組成物に関する。

トンネル掘進工事、土地造成工事、道路工事、港湾工事等の土木工事における従来からの岩盤やコンクリート構造物等の破砕技術としては、火薬類による破砕方法、あるいはブレーカー等の建設重機による破砕方法がある。

火薬類による破砕方法は、非常に有用で経済的であるが、消費許可の取得手続きが必要である上、市街地や近隣に民家がある場合は、瞬発的ではあるものの高レベルの騒音、地盤振動等の問題があり、使用が大きく制限されることがある。

一方、建設重機等による破砕方法では、比較的低レベルではあるが、長時間に亘る継続的な騒音、振動の問題がある上、作業効率が劣るため施工期間も長くなるという欠点を有している。

これらの欠点を補う方法として、テルミット反応を利用した非火薬破砕剤による破砕方法が注目されており、火薬類取締法上の火薬類に該当しない成分で構成される非火薬破砕剤として、特許第３５８６３５６号公報には、３０〜２重量％の酸化第二鉄、８３〜１０重量％の酸化第二銅、３０〜１５重量％のアルミニウム粉末から成るテルミット剤１００重量部と、２０〜１２５重量部のガス発生剤とを含有し、酸化第二鉄の粒子径が０．１５〜１μｍである非火薬破砕剤が開示されており、特許第３６８８８５５号公報には、アルミニウム、酸化第二銅から成るテルミット剤と、カリウム明礬又はアンモニウム明礬から成るガス発生剤と、塩化ビニルから成るバインダーと、ステアリン酸カルシウムから成る鈍感化剤を含有する非火薬破砕剤が開示されており、特開２０１６−１６６１００号公報には、平均粒子径が０．１〜３０μｍの金属酸化物と平均粒子径が２０〜６０μｍの金属粉末の質量比率が５０／５０〜７０／３０であり、水和物を２０〜５０質量％含有する非火薬破砕剤が開示されている。

特許第３５８６３５６号公報 特許第３６８８８５５号公報 特開２０１６−１６６１００号公報

本発明の目的は、従来の非火薬破砕剤と同等以下の各種感度を維持し、従来の非火薬破砕剤で見られる二次燃焼の発生頻度を低減することにより、製造及び取扱作業時における安全性に優れ、消防法上の危険物に該当せず、貯蔵・取扱において指定数量の制限を受けない非火薬破砕剤を提供することにある。

本発明者らは、製造及び使用時の安全性及び利便性の確保という観点から、種々検討を重ねた結果、金属酸化物と金属粉末の含有比率、金属粉末の平均粒子径及び水和物の含有率を規定することにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、
（１）金属酸化物、金属粉末及び水和物を含む破砕剤組成物であって、金属酸化物／金属粉末の質量比率が７０／３０〜９０／１０であり、金属粉末の平均粒子径が３０〜６０μｍであり、組成物全体に対して水和物を３５〜６０質量％を含むことを特徴とする破砕剤組成物、
（２）金属粉末が、アルミニウム、マグネシウム又はこれらの混合物であることを特徴とする（１）に記載の破砕剤組成物、
（３）金属酸化物が、平均粒子径０．１〜３０μｍの酸化第二銅、酸化第二鉄又はこれらの混合物であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の破砕剤組成物、
（４）水和物が、平均粒子径０．５〜５ｍｍのカリウム明礬・１２水和物、アンモニウム明礬・１２水和物、硫酸マグネシウム・７水和物、硫酸アルミニウム・１８水和物、及び硫酸亜鉛・７水和物から成る群から選択される１種以上であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の破砕剤組成物、
（５）組成物全体に対して、バインダーを０．１〜５．０質量％含むことを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の破砕剤組成物、
（６）バインダーが、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルピロリドンから成る群から選択される１種以上であることを特徴とする（５）に記載の破砕剤組成物、
に関する。

本発明により、従来の非火薬破砕剤と同等以下の各種感度を維持すると共に、後ガスに起因するものと思われる二次燃焼の発生頻度を低減することにより、製造及び使用時の安全確保が容易になると共に、消防法上の危険物非該当となり、指定数量による制限を受けずに貯蔵・取扱が可能となる。

以下、本発明の方法を詳細に説明する。
本発明は、製造作業時及び使用時の安全性並びに利便性に配慮した破砕剤に関する。
本発明の破砕剤組成物は、金属酸化物、金属粉末及び水和物を含む破砕剤組成物であって、金属酸化物／金属粉末の質量比率が７０／３０〜９０／１０であり、金属粉末の平均粒子径が３０〜６０μｍであり、組成物全体に対して水和物を３５〜６０質量％を含むことを特徴とする。本発明の破砕剤は、金属酸化物と金属粉末の含有比率、金属粉末の平均粒子径及び水和物の含有率の３つの要素を適切に規定すること等により、各種感度及び二次燃焼発生頻度が低減し、製造時及び使用時の安全性が高く、火薬類取締法及び消防法上の制約を受けないという利点がある。

本発明の破砕剤組成物は、金属酸化物／金属粉末を７０／３０〜９０／１０の質量比率で含むものである。本発明の破砕剤組成物は、好ましくは、金属酸化物／金属粉末を７５／２５〜８５／１５、更に好ましくは、金属酸化物／金属粉末を７８／２２〜８２／１８の質量比率で含む。金属酸化物／金属粉末の質量比率が上記範囲内であると、打撃感度、摩擦感度、静電気感度、着火感度及び二次燃焼発生頻度が低減し、且つ、所望の破砕性能が得られる。

本発明の破砕剤組成物において、金属酸化物の含有量は、２８〜６３質量％であることが好ましく、３５〜５５質量％であることが更に好ましく、４０〜５０質量％であることが特に好ましい。本発明において、金属酸化物としては、三酸化モリブデン、酸化第二銅、二酸化マンガン、過マンガン酸カリウム、酸化第二鉄、四酸化三鉄、過マンガン酸カルシウム等の酸化剤が用いられ得るが、好ましくは、酸化第二銅、酸化第二鉄又はこれらの混合物が用いられる。本発明において用いられる金属酸化物の平均粒子径は０．１〜３０μｍであることが好ましく、０．５〜２０μｍであることが更に好ましく、１〜１５μｍであることが特に好ましい。金属酸化物の平均粒子径が上記範囲内であると、特に、打撃感度、摩擦感度、静電気感度及、着火感度及び二次燃焼発生頻度が低減し、且つ、所望の破砕性能が得られる。

本発明の破砕剤組成物において、金属粉末の含有量は、４〜２１質量％であることが好ましく、８〜１６質量％であることが更に好ましく、１０〜１４質量％であることが特に好ましい。本発明において、金属粉末としては、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、マグネシウム、マグナリウム等、酸化剤からの酸素供給により高い熱エネルギーを放出するものであれば何れも使用可能であるが、好ましくは、アルミニウム、マグネシウム又はこれらの混合物が用いられる。本発明において用いられる金属粉末の平均粒子径は、３０〜６０μｍであることが好ましく、３５〜５５μｍであることが更に好ましく、４０〜５０μｍであることが特に好ましい。金属粉末の平均粒子径が小さ過ぎると、各種感度及び二次燃焼発生頻度の増大により、製造及び取扱作業時における安全性に問題が生じる場合があり、金属粉末の平均粒子径が大き過ぎると、所望の破砕性能が得られない場合がある。金属粉末の平均粒子径が上記範囲であると、特に、打撃感度、静電気感度、着火感度及び二次燃焼発生頻度が低減し、且つ、所望の破砕性能を得ることができる。

本発明の破砕剤組成物は、水和物を３５〜６０質量％含むものである。本発明の破砕剤組成物は、好ましくは、水和物を４０〜５０質量％含む。水和物の含有量が上記範囲内であると、打撃感度、摩擦感度、静電気感度、着火感度及び二次燃焼発生頻度が低減し、且つ、所望の破砕性能が得られる。

本発明において、水和物としては、上記金属酸化物と金属粉末とのテルミット反応により発生する高い反応熱によって結晶水が一瞬に気化して蒸気として放出するものであれば何れも使用可能であるが、好ましくは、平均粒子径が０．５〜５ｍｍのカリウム明礬・１２水和物、アンモニウム明礬・１２水和物、硫酸マグネシウム・７水和物、硫酸アルミニウム・１８水和物、及び硫酸亜鉛・７水和物から選択される１種以上が用いられる。水和物平均粒子径が上記範囲内であると、特に、打撃感度、摩擦感度、静電気感度、着火感度及び二次燃焼発生頻度が低減し、且つ、所望の破砕性能が得られる。

本発明の破砕剤組成物は、バインダーを含むことが好ましい。本発明において、バインダーとしては、金属酸化物及び金属粉末から成るテルミット剤を水和物の粒子表面に結合させ、これらを一定の成分比率で維持させ得るものであれば何れも使用可能であるが、好ましくは、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドンが用いられる。

本発明の破砕剤組成物は、０．１〜５．０質量％のバインダーを含むことが好ましい。本発明の破砕剤組成物は、更に好ましくは、０．３〜３．０質量％のバインダーを含み、特に好ましくは、０．５〜１．０質量％のバインダーを含む。バインダーの含有量が上記範囲内であると、特に、打撃感度、摩擦感度、静電気感度、着火感度及び二次燃焼発生頻度が低減し、且つ、所望の破砕性能が得られる。

なお、本発明において、平均粒子径とは、体積基準の平均粒子径であり、レーザー回折・散乱法（マイクロトラック法）で体積基準の累積粒度分布で５０％の粒子径として定義される。具体的には、レーザー回折・散乱式粒子径分布測定装置（日機装（株）製）を用いて測定される。

本発明を実施例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明は実施例のみに限定されるものではない。以下の実施例において、％は質量％を示す。

（実施例１）
酸化第二銅（日本化学産業（株）製：平均粒子径５μｍ）４７．６％、酸化第二鉄（ＪＦＥスチール（株）製：平均粒子径１μｍ）５．３％、アルミニウム粉（和光純薬工業（株）製：平均粒子径４０μｍ）１１．６％、アンモニウム明礬・１２水和物（大明化学工業（株）製：平均粒子径１．５ｍｍ）３５％、予めアセトンに溶解させたポリビニルピロリドン（和光純薬工業（株）製）０．５％をＳＵＳ製容器内において竹べらで混合し、目開き２．８ｍｍの篩を通した後、常温で一昼夜風乾して破砕剤組成物を調製した。

（実施例２）
酸化第二銅（日進ケムコ（株）製：平均粒子径０．９μｍ）４６．４％、アルミニウム粉（和光純薬工業（株）製：平均粒子径４０μｍ）１３．１％、硫酸マグネシウム・７水和物（和光純薬工業（株）製：平均粒子径０．８ｍｍ）４０％、予めエタノールに溶解させたエチルセルロース（和光純薬工業（株）製）０．５％をＳＵＳ製容器内において竹べらで混合し、目開き２．８ｍｍの篩を通した後、常温で一昼夜風乾して破砕剤組成物を調製した。

（実施例３）
酸化第二銅（古河ケミカルズ（株）製：平均粒子径５μｍ）４３．１％、アルミニウム粉（和光純薬工業（株）製：平均粒子径４０μｍ）１１．４％、アンモニウム明礬・１２水和物（大明化学工業（株）製：平均粒子径１．５ｍｍ）４５％、予めエタノールに溶解させたポリビニルピロリドン（和光純薬工業（株）製）０．５％をＳＵＳ製容器内において竹べらで混合し、目開き２．８ｍｍの篩を通した後、常温で一昼夜風乾して破砕剤組成物を調製した。

（比較例１）
酸化第二銅（日進ケムコ（株）製：平均粒子径０．９μｍ）３８．１％、アルミニウム粉（ミナルコ（株）製：平均粒子径５μｍ）１１．４％、カリウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）製：平均粒子径０．８ｍｍ）４５％、予めアセトンに溶解させたエチルセルロース（和光純薬工業（株）製）０．５％をＳＵＳ製容器内において竹べらで混合し、目開き２．８ｍｍの篩を通した後、常温で一昼夜風乾して破砕剤組成物を調製した。

（比較例２）
酸化第二銅（日本化学産業（株）製：平均粒子径５μｍ）４１．７％、アルミニウム粉（和光純薬工業（株）製：平均粒子径４０μｍ）２７．８％、アンモニウム明礬・１２水和物（大明化学工業（株）製：平均粒子径１．５ｍｍ）３０％、予めエタノールに溶解させたポリビニルピロリドン（和光純薬工業（株）製）０．５％をＳＵＳ製容器内において竹べらで混合し、目開き２．８ｍｍの篩を通した後、常温で一昼夜風乾して破砕剤組成物を調製した。

（比較例３）
酸化第二銅（古河ケミカルズ（株）製：平均粒子径５μｍ）５２．８％、アルミニウム粉（和光純薬工業（株）製：平均粒子径４０μｍ）１６．７％、アンモニウム明礬・１２水和物（大明化学工業（株）製：平均粒子径１．５ｍｍ）３０％、予めエタノールに溶解させたポリビニルピロリドン（和光純薬工業（株）製）０．５％をＳＵＳ製容器内において竹べらで混合し、目開き２．８ｍｍの篩を通した後、常温で一昼夜風乾して破砕剤組成物を調製した。

以下のようにして、実施例及び比較例の破砕剤組成物の落つい感度・摩擦感度、静電気感度及び小ガス炎着火感度、並びに破砕効果、二次燃焼発生頻度について確認した。

（１）落つい感度・摩擦感度
火薬学会規格ＥＳ−２１（１）及びＥＳ−２２に各々規定の落つい感度試験及び摩擦感度試験により、落つい感度及び摩擦感度を測定した。

（２）静電気感度
火薬学会規格ＥＳ−２５で規定されている静電気感度試験に準じて静電気感度を測定した。静電気感度試験装置（（株）日本テクナート製）を用い、試料状態は開放状態、電極間隙長は０．１ｍｍで測定した。

（３）小ガス炎着火試験
消防法に基づく危険物第２類の判定試験である小ガス炎着火試験を行い、火炎を接触させてから着火するまでの時間を測定した。着火時間≦３秒以内であれば第一種可燃性固体、３秒＜着火時間≦１０秒であれば第二種可燃性固体、不着火又は燃焼不継続であれば非危険物となる。第一種可燃性固体及び第二種可燃性固体の指定数量は各々１００ｋｇ、５００ｋｇであり、指定数量以上の貯蔵・取扱にあっては消防法に基づく特定場所での許可が必要となる。

（４）破砕効果及び二次燃焼発生頻度
中硬岩の岩盤に、穿孔径φ７５ｍｍ、穿孔角度８０°、穿孔長３，２００ｍｍ、孔間隔７００ｍｍ、３孔×３列で穿孔し、各破砕剤組成物２．８ｋｇを充填したφ５５ｍｍ×１，０３０ｍｍのカートリッジを１孔に１本ずつ装薬し、専用の点火具にて点火し、盤下破砕にて破砕効果及び二次燃焼発生頻度を確認した。
これらの試験結果を表１に示す。

表２の結果から明らかなように、比較例１においては、金属粉末の平均粒子径が５μｍと小さいので、高い確率で二次燃焼が発生すると共に、静電気感度が高く、また小ガス炎着火感度も高く、第二種可燃性固体に該当する結果であった。また、比較例２においては、金属酸化物に対する金属粉末の質量比率が大きく（金属酸化物／金属粉末の質量比率が６０／４０）、水和物の含有率が３０％と少ないため、高い確率で二次燃焼が発生することが確認された。さらに、比較例３においても、水和物の含有率が３０％と小さいため、二次燃焼の発生が確認された。

これに対し、表１の結果から明らかなように、金属酸化物／金属粉末の質量比率が７０／３０〜９０／１０、水和物が３５〜６０質量％、及び金属粉末の平均粒子径が３０〜６０μｍという３つの条件を全て満たす実施例１、２及び３においては、優れた破砕効果を示すにもかかわらず、二次燃焼が発生しなかったと共に、静電気感度が低く、非危険物であることが確認された。

Claims (6)

1. 金属酸化物、金属粉末及び水和物を含む破砕剤組成物であって、金属酸化物／金属粉末の質量比率が７０／３０〜９０／１０であり、金属粉末の平均粒子径が３０〜６０μｍであり、組成物全体に対して水和物を３５〜６０質量％を含むことを特徴とする破砕剤組成物。
2. 金属粉末が、アルミニウム、マグネシウム又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の破砕剤組成物。
3. 金属酸化物が、平均粒子径０．１〜３０μｍの酸化第二銅、酸化第二鉄又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の破砕剤組成物。
4. 水和物が、平均粒子径０．５〜５ｍｍのカリウム明礬・１２水和物、アンモニウム明礬・１２水和物、硫酸マグネシウム・７水和物、硫酸アルミニウム・１８水和物、及び硫酸亜鉛・７水和物から成る群から選択される１種以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の破砕剤組成物。
5. 組成物全体に対して、バインダーを０．１〜５．０質量％含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の破砕剤組成物。
6. バインダーが、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びポリビニルピロリドンから成る群から選択される１種以上であることを特徴とする請求項５に記載の破砕剤組成物。