JP3874739B2

JP3874739B2 - 粒子性添加物を含む高エネルギー爆薬

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Publication number: JP3874739B2
Application number: JP2003123354A
Authority: JP
Inventors: リチャード・エイチ・ヘールズ; スコット・ビー・プレストン; ジャレッド・アール・ハンセン
Original assignee: Ireco Inc
Current assignee: Ireco Inc
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: JP2003321292A; PE20040026A1; EP1359135A3; MXPA03003048A; TR200300492A2; BR0301059A; PL359818A1; CA2424485A1; KR20030085479A; AR039470A1; NO20031899D0; CO5450253A1; NO20031899L; ZA200302726B; EP1359135A2; US20030201041A1; US6702909B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はダイナマイトに類似の物理的特性及び爆轟特性を備えた水ベース爆薬に関し、特に、キャスト爆薬粒子を備えた油中水型エマルジョン相の混合物とその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の爆薬産業における需要によって、水ベースの爆薬がダイナマイトに匹敵することが判明するに至った。水ベースの爆薬は通常、ダイナマイトよりも製造が容易であり、ダイナマイトのように頭痛の原因となる煙霧を放出しない。残念なことに水ベースの爆薬は、特定の堅い岩盤やその他の条件の厳しい爆破へ適用する際にダイナマイト並には機能しない。
【０００３】
水ベースの爆薬に対して数多くの方法及び改良が試みられてきた。しかし、それらは概して、密度の高さ、爆轟速度の大きさ、臨界直径の小ささ、最小補助火薬の少なさ、エアギャップの感度の良さ、爆轟圧力の大きさ、及びエネルギーの高さに関してダイナマイトには及ばない。ダイナマイトのこれらの特性は、特定の爆破適用用件において特に重要となる。そのように差異が生じている原因の1つは、水ベースの爆薬が酸化剤及び燃料成分から成る複合混合物であるのに対して、ダイナマイト中の高感度構成要素は分子爆薬になっており、その中で酸化剤及び燃料分子が同じ分子中に共有結合されていることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在最も一般的な水ベースの爆薬はエマルジョン爆薬であり、このエマルジョン爆薬は連続的な有機液体燃料相と、無機酸化剤溶液が分散した小滴の形態をとっている不連続な酸化剤相とを有する。通常、溶液を小滴に乳化するのに乳化剤が用いられる。エマルジョン爆薬は概して、感度のために空気若しくはガスの泡（若しくはマイクロバルーン（microballoons））を必要とし、従って、ダイナマイトよりもかなり低密度及び低エネルギーを有している。従って、従来的に入手可能な爆薬より高密度及び高エネルギーであり、且つ爆破においてダイナマイトとほぼ同様の性能となるエマルジョン爆薬の必要性が存在する。本発明は、この必要性を満たしている。
【０００５】
ダイナマイト並に、よりよい性能を備えたエマルジョン爆薬の一製造方法は、エマルジョン爆薬にPETN粒子等の分子爆薬を付加することである。エマルジョン相は、それらが形成温度（概ね70°C若しくはそれよりも高温）等の高温になっているときに、最も容易に処理される（且つ、粒子を付加して相全体に均一に混合することが容易に可能である）。これは、エマルジョン相が燃料相の一部として、冷却時に粘性を増大させるワックスを含む場合において特にあてはまる。しかしながら、高温のエマルジョン相に分子爆薬を付加する場合、危険性が増加する。例えば、PETNは、高温のエマルジョンにPETN粒子を付与する場合に関して安全といえる最低DTA発熱線が約150°Cになっている。本発明は、高温のエマルジョン相に安全に付加することが可能であり、且つその結果生じるエマルジョン爆薬に高密度及び高エネルギーを付与することが可能な粒子性添加物を提供する。
【０００６】
分子爆薬を含む水ベースの爆薬若しくはダイナマイトに関する安全性というのは、掘削孔に爆発させずに残された場合に、分子爆薬の構成要素が時間の経過と共にほとんど劣化せず、爆発の危険性が残存するということに関係している。例えば、振動状態で適用する際に、爆薬の充填及び爆破の間でかなりの時間があることが多い。更に、不注意若しくは過失により不発物が掘削孔に残されて、それにより爆発の危険性を残してしまう可能性もある。この危険性は、不完全な起爆装置によって点火に失敗した場合にも生じる可能性がある。本発明の爆薬は、掘削孔中で（特に地下水と接触した場合に）時間の経過と共に分解及び／又は消散して劣化し、従って、永久的な爆発の危険性が取除かれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のエマルジョン爆薬は雷管起爆性であり、高いエネルギー、高い爆轟速度、及び高い圧力を有している。それらは、連続的なエマルジョン相と、キャスト可能な粒子性添加物（キャスト粒子）の不連続相との混合物で構成される。このエマルジョン相は、重量にしてエマルジョン爆薬の約5%乃至約95%の量、存在する。それと対応して、キャスト粒子は、約5%乃至約75%の量、存在している。連続的なエマルジョン相は、連続的な有機液体燃料相と、硝酸アンモニウム及び水の不連続な無機酸化剤溶液相、及び乳化剤で構成される。キャスト粒子は、約50%乃至約80%の無水過塩素酸ナトリウム、約0%乃至約10%の水、及び約10%乃至約40%のジエチレングリコールの混合物で構成される。
【０００８】
本発明の方法は、キャスト粒子を、それらがキャスト可能な状態になっている間に、且つ粒子が完全に硬化してそれらの最終的な感度に達する前後（好適には前）にエマルジョン全体に混合するステップを含む。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の爆薬は、キャスト粒子とエマルジョン相との重量比が約95：5乃至約25：75になっている油中水型エマルジョン相の混合物を有する。好適にはエマルジョン相とキャスト粒子との比は約85：15乃至約40：60であり、最も好適には、約75：25乃至約50：50である。エマルジョン相とキャスト粒子との比は、所望の適用用件に依存し、又、混合の容易さ、費用、及びその他の要因と所望の爆轟特性とのバランスに依存する。キャスト粒子のレベルが増加するにつれて、混合の容易さは減少し、費用は増加するが、（速度、エネルギー及び圧力等の）爆轟特性は向上する。エマルジョン相は、連続的な有機液体燃料相、乳化剤、及び無機酸化剤塩溶液の不連続相を有する。後述のように他の添加物が存在してもよい。エマルジョン爆薬の密度は、約1.10g/cc乃至約1.60g/ccであり、好適には約1.40g/ccである。
【００１０】
エマルジョン相の連続的な相を形成する不混和性の有機燃料は、重量にしてエマルジョン相の約3%乃至約12%存在し、好適には、約4%乃至約8%存在する。用いられる実際の量は、用いられる特定の不混和性燃料、及びその他何らかの燃料が存在する場合にはそれに応じて変更されてもよい。不混和性の有機燃料は、形成温度において液体である限り、脂肪族、脂環族、及び／又は芳香族であってもよいし、更に、飽和及び／又は不飽和であってよい。好適には、燃料には、トールオイル、鉱油、ワックス、パラフィン油、ベンゼン、トルエン、キシレン、例えばガソリン、灯油、及びディーゼル燃料等の一般的に石油留出物と呼ばれる液体炭化水素の混合物、及びトウモロコシ油、綿実油、落花生油、及びダイズ油等の植物油を含む。特に好適な液体燃料は鉱油、第二燃料油、パラフィン油、ミクロクリスタリンワックス、及びそれらの混合物である。脂肪族及び芳香族のニトロ化合物や、塩素化炭化水素を用いてもよい。上記のものを任意に混合した物を用いてもよい。
【００１１】
所望により、不混和性の液体有機燃料に付加的に、別の液体燃料又は固体燃料、若しくはその両方が所定量で用いられてもよい。用い得る固体燃料の例として、超微細アルミニウム粒子、ギルソナイト若しくは石炭等の超微細炭素質材料、小麦等の超微細植物穀物、及び硫黄がある。液体増量剤としても機能する混和性液体燃料が以下にリストされている。これらの付加的固体燃料及び／又は液体燃料は、重量にして概ね約25%に達する量まで加えられてよい。所望に応じて、任意の固体燃料若しくは液体燃料と共に、不溶解の酸化剤塩が混合物に加えられてもよい。
【００１２】
エマルジョン相の不連続相を形成する無機酸化剤塩の溶液は概して、重量にしてエマルジョン相の約45%乃至約95%の量の無機酸化剤塩を含み、更に、約0%乃至約30%の量の水及び／又は水混和性有機液体を含む。好適には、この無機酸化剤塩は主として硝酸アンモニウム（AN）であるが、塩全体の約50%に達する量まで別の塩が用いられてよい。別の酸化剤塩は、アンモニウム、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の硝酸塩、塩素酸塩、及び過塩素酸塩から成る群より選択される。これらのうちで、硝酸ナトリウム（SN）及び硝酸カルシウム（CN）が好適である。最終的な混合物における酸化剤塩の一部として、AN及びANFOのプリルが固体形状で加えられてもよい。
【００１３】
重量においてエマルジョン相の約3%乃至約30%の量の水が概ね用いられる。通常、水はエマルジョン中で約5%乃至約20%の量が用いられるが、エマルジョンは水がほとんどない形成であってもよい。
【００１４】
水混和性有機液体は、塩に対する溶媒として、少なくとも部分的に水を置換してもよく、そのような液体は混合物に対して燃料としても機能する。更に、特定の有機混合物は、溶媒中の酸化剤塩の結晶化温度を低下させる働きもある。溶解性若しくは混和性の固体燃料又は液体燃料は、メチルアルコール等のアルコール、エチレングリコール等のグリコール、糖等の多価アルコール、ホルムアミド、アミン、硝酸アミン、尿素等のアミド、及び類似の窒素含有燃料を含んでいてよい。当技術分野で公知であるように、用いられる水混和性液体若しくは固体の量及び種類は、所望の物理的特性に従って変更されてもよい。
【００１５】
乳化剤はエマルジョンの形成で用いられ、通常、重量にしてエマルジョン相の約0.2%乃至約5%の量で存在する。典型的な乳化剤は、ソルビタン脂肪酸エステル、グリコールエステル、置換オキサゾリン、アルキルアミン若しくはその塩、それらの誘導体及び同様のものを含む。つい最近、所定の条件下でエマルジョンに、より安定性を付与する特定の重合体乳化剤がみつかっている。トリスヒドロキシメチルアミノメタン(trishydroxymethylaminomethane)及び無水ポリイソブテニルコハク酸(「PIBSA」)から誘導体化される重合体乳化剤が米国特許第4,820,361号に記載されており、これは、有機微粒子との組み合わせにおいて特に効果的であり、好適な乳化剤である。米国特許第4,784,706号には、ポリプロペン若しくはポリブテンのフェノール誘導体が開示されている。ポリプロペン若しくはポリブテンの別の誘導体も記載されている。好適には、重合体乳化剤は、ポリマーアミン及びその塩、若しくはカルボキシル化された、或いは酸無水物によって誘導されたオレフィン系又はビニル系付加重合体のアミン、アルカノールアミン、若しくはポリオール誘導体が含まれる。米国特許第4,931,110号には、ビスカルボキシル化された、或いは酸無水物によって誘導されたオレフィン系またはビニル系付加重合体のビスアルカノールアミン誘導体あるいはビスポリオール誘導体であり、前記オレフィン系またはビニル系付加重合体の鎖が約10〜約32個の炭素原子を有する平均鎖長のものであり、側鎖あるいは枝分かれを有しない重合体乳化剤が開示されている。
【００１６】
本発明のエマルジョン相は、当技術分野で公知の従来の方法で形成されてよい。通常、最初に酸化剤塩が、塩の溶液の結晶化温度に応じて、約25°C乃至約90°C若しくはそれより高温に昇温された水（若しくは水及び混和性液体燃料の水溶液）に溶解される。次に、この酸化剤水溶液は、好適には同様の温度に昇温された、乳化剤及び不混和性有機液体燃料の溶液に加えられ、その結果できあがった混合物が十分な勢いを付けて攪拌され、それにより連続的な炭化水素液体燃料相の中に水溶液のエマルジョンが作り出される。通常、これは急速な攪拌により概ね瞬間的に達成される。（混合物は、液体有機物を酸化剤水溶液に加えることによって用意されてもよい。）攪拌は、混合状態が均一になるまで続けられる必要がある。形成プロセスは、当技術分野で知られている連続的な方法によって達成されてもよい。
【００１７】
有機燃料を水溶液に加える前に、乳化剤を有機液体燃料にあらかじめ溶解させておくことは、利点となる。この方法によって、最小限の攪拌を用いたエマルジョンの迅速な形成が可能になる。しかしながら、所望に応じて、乳化剤を第3の構成要素として別個に加えてもよい。
【００１８】
本発明の粒子添加物は、自己の（commonly-owned）米国特許第5,665,935号、第5,670,741号、及び第5,880,399号に開示されている。それは、主として過塩素酸ナトリウム粒子、ジエチレングリコール、好適にはいくらかの水、及び所望に応じてマイクロバルーンで構成される混合物を含んでいる。これらの特許に記載されているように、これらの構成要素の組合せによって、キャスト式の爆薬の固体混合物が提供される。構成要素は、室温で一緒にされて混合され、それによりペレット若しくは粒子に形成することが可能な若干懸濁である燃料が作り出される。この混合物は最初に形成されたときは、雷管起爆性の爆薬でないが、キャストされ感度が増加する混合物が硬化していくことにより雷管起爆性の爆薬になる。これは、時間の経過と共に液体燃料が固体酸化剤の結晶中に吸収され、有機液体燃料と過塩素酸固体酸化剤が親密になっていくためであると考えられている。そのキャスト形状では、いくつかの点で分子爆薬のように振舞う（即ち、高い密度、大きな爆轟速度、小さな臨界直径、少ない最小補助火薬、大きな爆轟圧力、及び高いエネルギーを備える）。更に、混合物はこれらの特性を粒子形状においても有することが判明している。従って、前述の「従来の技術」のセクションで説明したような分子爆薬粒子とまさに同じ様に、高エネルギー且つ高密度のエマルジョン爆薬を形成するべくキャスト粒子をエマルジョン相に付加することが可能になる。更に言えば、キャスト粒子を付加し得るエマルジョン相は、形状を保持するためには十分堅固になっているが、完全には硬化しておらず、従って最終的な感度になっていない。即ち、それらは分子爆薬粒子よりもより安全に取扱うことが可能である。更に、このキャスト粒子は、270°C前後の最低DTA発熱線を有しているので、PETN等の多くの一般的な分子爆薬よりも熱的により安定している。
【００１９】
キャスト粒子は、重量にして粒子の約50%乃至約80%の量の過塩素酸ナトリウム、約10％乃至約40%の量のジエチレングリコール、及び約0%乃至約10%の水を有する。ジエチレングリコール（DEG）は、別個に付加可能であるトリエチレングリコール（TEG）等の別の相同的なグリコールを少量含んでいてよい。
【００２０】
過塩素酸ナトリウムが乾燥した粒子形状若しくは結晶形状で付加されるが、少量をジエチレングリコール及び／又は水に溶解させてもよい。少量として、アンモニウム、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の各々の硝酸塩、塩素酸塩、及び過塩素酸塩で構成される群から選択された他の無機酸化剤塩が加えられてもよい。
【００２１】
好適には、それらのレオロジー（流動学）及びキャスティングの方法及び時間を左右するためにそれらの形成の際にキャスト粒子に増粘剤が付加される。好適な増粘剤はザンサンガムであるが、ガラクトマンナンガム、生体高分子ゴム、換算分子量のガーゴム、ポリアクリルミド及び類似の合成増粘剤、小麦、及び澱粉から構成される群から選択された粘性剤であってよい。増粘剤は通常、約0.02%乃至約0.2%の量で用いられるが、燃料としても機能するような場合に小麦及び澱粉はもっと多くの量で用いられる。複数の増粘剤を混合して用いてもよい。
【００２２】
所望する特性に応じて、アルミニウムやエチレングリコール、若しくはその他の酸素含有有機燃料等の別の固体及び／又は液体の燃料が粒子に付加されてよい。
【００２３】
特許第5,880,399号（言及を以って本明細書の一部となす）に記載されているように、キャスト粒子は以下のように準備される。過塩素酸ナトリウムの粒子若しくは結晶（「固体部分」）が、水（用いる場合）及びジエチレングリコールの溶液（「液体部分」）と、更に、所望に応じて、ジエチレングリコール及び水（用いる場合）中にマイクロバルーン（用いる場合）が入った懸濁液（「第2液体部分」）と混合される。増粘剤（用いる場合）は、好適には、他部分が付加される前に液体部分中であらかじめ水和される。好適な形成方法は、固体部分を液体部分に付加し、次にそのようにして形成された懸濁液に第2液体部分が加えられる。所望に応じて、固体部分の付加の前に2つの液体部分を混ぜ合わせてもよい。前記部分の付加の後、均一な懸濁液を形成するのに最適な方法によって簡単な混合（simple mixing）が行われ、それによりキャスティングプロセスの際に所望の大きさ及び形状の粒子への形成が可能となる。基本的に、この製造方法には、固体を粘性液体に付加するために通常用いられる、任意の緩徐な混合方法が含まれてよい。
【００２４】
キャスト粒子の大きさ若しくは大きさの範囲は、エマルジョン相との混合の容易さ及び製造の容易さに依存する実用的な理由から変えられてよい。粒子の大きさは、直径にして2〜3mm乃至25mm、若しくはそれより大きく変更されてよい。好適な粒子の大きさの範囲は、最大粒子サイズが有効直径で約25mmに達するエマルジョン爆薬の直径の約10%乃至約33%である。更に、形状も、キャスト粒子の製造の容易さ等、実用的な理由から変更されてよい。試験された形状には、粗い立方体形状、円筒形状、及び半球形状が含まれる。
【００２５】
必須ではないが、起爆の感度を上げるためにエマルジョン相にマイクロバルーンが付加されてよい。米国特許第5,880,399号に記載されている利点の理由で、それらはキャスト粒子に付加されてもよい。好適には、マイクロバルーンは、無極性の表面を備え、且つビニルモノマーの同種重合体、共重合体、若しくは三元重合体を有するプラスチック小球体である。プラスチック小球体の好適な混合物は、アクリルニトリル及び塩化ビニリデンの熱可塑性共重合体である。更に、マイクロバルーンは、ソーダ石灰ホウケイ酸ガラス等のケイ質の（ケイ酸塩ベース）、セラミック（アルミノケイ酸塩）ガラス、ポリスチレン、パーライト若しくは鉱物のパーライト材料から作られてよい。更に、これらマイクロバルーンのいずれかの表面が、有機モノマー、ビニル又はその他のモノマーの同種重合体、共重合体、若しくは三元重合体を用いて、或いは無機モノマーの重合体を用いて変更されてもよい。キャスト粒子の中では、好適には、マイクロバルーンが重量にして約0.05%乃至約1.6%の量だけ用いられ、プラスチックマイクロバルーンが約0.5%未満の量だけ用いられる。エマルジョン相の中では、好適には、プラスチックマイクロバルーンの場合に約0.1%乃至約1%の量が、ガラスマイクロバルーンの場合に約1%乃至約6%の量が用いられる。当技術分野で公知なように、エマルジョン中で化学的ガス処理剤が用いられてもよい。
【００２６】
本発明の方法は、高い爆轟速度及び爆轟圧力を兼ね備えた雷管起爆性高エネルギー爆薬を形成するためにキャスト粒子とエマルジョン相を結合させるステップを含む。この方法は、（ａ）上述したように高温でエマルジョンを形成するステップ、（ｂ）上述したような混合物及び方法を用いてキャスト粒子を形成するステップ、（ｃ）好適には粒子が最終的な感度に達する前に、エマルジョン相全体でキャスト可能な粒子を混合するステップとを含む。この方法によって、キャスト粒子がエマルジョン相に混合されるが、その際にそれらは形状を保持するのに十分堅固ではあるがまだ完全に硬化しておらず、従って最終的な感度になっていない。このことによって、エマルジョン相及び最終的にはキャスト粒子のより安全な混合が、粒子が硬化する際の独特の性質から可能になる。従って、分子爆薬により感度が高くなっている水ベースの爆薬若しくはダイナマイトと同様の特性を備えたエマルジョン爆薬を安全に、且つ分子爆薬を全く取扱うことなしに処理することが可能である。
【００２７】
分子爆薬粒子が成し得るのと同様に、キャスト粒子が効率的にエマルジョン相の感度を増すという事実は、少々驚くべきことである。キャスト粒子は、混和性若しくは非常に水溶性であり、湿気のある条件下では湿りやすい。従って、粒子は水ベースのエマルジョン相との相性がよくないと予期される。なぜならば、それらはエマルジョン相から水を吸収して、それにより相を不安定化し、結晶化させると考えられるからである。それと対応して、キャスト粒子は、水を吸収するにつれて感度が減少すると考えられる。しかしながら、これらの現象はより下にある水エマルジョン相には、特に、燃料構成要素の一部分としてワックスが用いられる場合には、生じないことが判明している。更に、キャスト粒子は分子爆薬において一般的である全部の特性を有してはいない。例えば、マイクロバルーンの付加後においてでさえ、多くの分子爆薬の臨界直径がキャスト粒子の臨界直径より概ね小さい。更に、キャスト粒子に対する爆発の前段階距離も、分子爆薬に対する距離よりも概ね大きくなっている。
【００２８】
本発明は、以下の例及び表を参照して更に図示され得る。表中では、以下のキーが適用される。「MB」は、示されている起爆薬の強さ及び円筒形状の大きさでの最小補助火薬を表している。「dc」は、示されている爆薬の大きさでの臨界直径である。「D」は、起爆薬若しくは補助火薬が示されている強さ若しくは大きさで起爆される場合の、示された大きさでの爆轟速度である（3C＝454グラムペントライト）。「#6e」は、市販されている#6電気的起爆装置の参照であり、一方、#6、#3、#2等は、各々隙間の多いPETNの6、3、2等の粒子を用いて製造された、市販されていない起爆薬の参照である。全ての爆轟速度は、「束縛状態でない」爆轟速度であり、それゆえに、計算された理論的な爆轟速度よりもより小さくなっており、特に爆薬直径が小さくなっている。
【００２９】
例１
以下の表1では爆轟の結果が、（ａ）示された組成物を含む増感エマルジョン相に対して、及び（ｂ）立方体形状及び円筒形状の両形状のキャスト粒子が、重量にして50／50で混合された同一エマルジョン相に対して示されている。混合された方は、エマルジョン相を上回る爆轟速度及び最小補助火薬（MB）の向上が示されており、非常に高密度になっている。
【００３０】
例２
表2では、単独の増感エマルジョン相、キャスト粒子と50／50で混合した同一エマルジョン相、及びキャスト粒子と50／50で混合した非増感エマルジョン相の爆発結果を示している。これらのエマルジョン相は、連続的な「オイル」相の一部としてワックスを含有している。ワックスによって、混合物の貯蔵安定性が増加されることが分かっている。この例では、キャスト粒子はマイクロバルーンを含んでいなかった。非増感エマルジョン相を用いた場合でさえも、より低下した臨界直径、及び大きい直径（75mm）及び小さい直径（32mm）の両方の場合における爆轟速度の向上、及び非常に低下したMBが観察される。50／50増感エマルジョン粒子混合物（２）は、60週間を越えて貯蔵された場合にも、爆轟特性の著しい低下や、キャスト粒子及びエマルジョン相の安定性の著しい変化を示さない。
【００３１】
例３
表３では、キャスト粒子とエマルジョン相との種々の混合割合における爆発の結果が与えられている。非増感エマルジョン相中にキャスト粒子が10%だけ混合された場合（２）でさえも、直径50mmにおいて3000m／秒に迫る速度、及び低下したMBが得られている。爆轟特性はキャスト粒子のレベルを上げることにより向上する。
【００３２】
例４
表４では、エマルジョン相とキャスト粒子との混合割合をより広い範囲に広げた爆発の結果が与えられている。非増感エマルジョン中にキャスト粒子が5%だけしか存在しない場合にさえ、75〜100mmの直径範囲において、約3000m／秒に近付く爆轟速度及び雷管感度が観測されている。更に、キャスト粒子が75％近い混合物が可能であるが、そのような粒子の高充填がなされた混合物中に空気を混入することによってより低い密度になっている。そのような混合物の粒子密度は、当技術分野で知られている真空充填手順を利用することにより容易に高くすることができる。更に、この表は、キャスト粒子が20%以上であるエマルジョン相／キャスト粒子の混合物に対する−20°Cでの爆轟特性において著しい損失がないことを示している。
【００３３】
例５
表５は、エマルジョン相にキャスト粒子を付加することが、理論的な（計算上の）爆轟特性において著しい効果を有することが図示されている。例えば、混合物４と混合物７とを比較されたい。値は、キャスト粒子が非増感エマルジョン相と混合された場合に、より一層増大する（混合物４と混合物８とを比較されたい）。混合物８〜１２は、理論的な（計算上の）爆轟特性が、実際の適用範囲と一致するようにエマルジョン中の粒子のレベルを変化させることにより変更可能であることを示している。
【００３４】
例６
表６は、キャスト粒子の大きさの違いが爆轟特性に及ぼす効果を示している。重量にして33.3%の高い粒子レベルでは、粒子の大きさが爆轟特性にさほど効果を与えていないが、重量レベルが20%では小さい粒子がより小さな爆発直径（32及び25mm）という好結果を生じている。これは、直径がより小さい爆薬中で、より大きな粒子を用いた均一な混合がより難しいということに起因している可能性がある。
【００３５】
例７
表７は、エマルジョン相とキャスト粒子とを80／20乃至66.67／33.33の範囲で混合した更なる例であり、そこではエマルジョン中の水のレベルがより大きくなっている（10.39%）。（水のレベルが低い混合物の場合と比較され得る）高い密度及び優れた爆発結果が、−20°Cでの非常に良い爆発結果と共に得られている。
【００３６】
例８
表８は、キャスト粒子の時間経過によって爆轟特性に及ぼされる効果がおおまかに示されており、又、時間経過及び硬化と共にキャスト粒子の感度が上がるのが示されている。キャスト粒子は半球形状をしており、あらかじめ硬化されたキャスト粒子成分の混合物を、成形により凹みが設けられたゴムベルト上に流し込むことによって形成される。多少の硬化が生じている硬化完了前に、粒子はベルトから取外されてエマルジョン相の中に混入される。次に、エマルジョン相とキャスト粒子の混合は、粒子をベルトから取外した後に約2時間で（50°Cにおいて）試験され、更に、約4時間で（30°Cにおいて）試験される。4時間後の試験の方が混合温度がより低いのにも関わらず、より小さい直径において爆轟速度の向上が見られた（混合物１及び２）。これらの結果と、長時間経過した粒子（混合物３）を用いて作られた、50°Cでの最新の混合物とが比較され、更に向上した爆轟速度が得られている。
【００３７】
これらエマルジョン爆薬の非常に高い密度及び感度、並びにその他の爆轟パラメータから、それらは、伝爆薬若しくは起爆薬として、若しくは耐震爆薬として特に有用である。言い換えれば、それらは、ダイナマイト、分子爆薬、若しくは分子爆薬含有の水ベース爆薬の代わりに用いることが可能である。又、それらは、当技術分野で知られているような大きさ、形状、及びパッケージ方法によりパッケージすることが可能である。
【００３８】
本発明は、表で示された特定の例及び特定の好適実施例に関して説明されているが、当業者には種々の変形実施例が明らかであり、そのような変形実施例はいずれも、付随の請求項で示される本発明の範疇内に入ることが意図されている。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のエマルジョン爆薬においては、従来的に入手可能な爆薬より高密度及び高エネルギーであり、且つ爆破においてダイナマイトとほぼ同様の性能となるエマルジョン爆薬が得られる。
【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

【表８】

【表９】

Claims

大きな爆轟速度及び爆轟圧力を備えた雷管起爆性の高エネルギーエマルジョン爆薬であって、
該爆薬は、
ａ）25〜95重量%のエマルジョン相と、
ｂ）5〜75重量%のキャスト可能な粒子性添加物とを含む混合物より成り、
前記エマルジョン相は、
（１）連続的な有機液体燃料相と、
（２）水及び硝酸アンモニウムの不連続な無機酸化剤溶液相と、
（３）乳化剤とから成り、
前記粒子性添加物は、
50〜80%の無水過塩素酸ナトリウム、0〜10％の水、及び10〜40%のジエチレングリコールより成ることを特徴とする爆薬。
更に、前記粒子性添加物が、増粘剤を含むことを特徴とする請求項1に記載の爆薬。
更に、前記エマルジョン相の0.1〜6%にマイクロバルーンを含むことを特徴とする請求項1に記載の爆薬。
更に、前記粒子性添加物の0.01〜4%にマイクロバルーンを含むことを特徴とする請求項1に記載の爆薬。
更に、前記粒子性添加物の1%に達するトリエチレングリコールを含むことを特徴とする請求項１に記載の爆薬。
1.4g/ccより大きい密度を有することを特徴とする請求項１に記載の爆薬。
大きな爆轟速度及び爆轟圧力を備えた雷管起爆性の高エネルギーエマルジョン爆薬であって、
該爆薬は、
ａ）40〜85重量%のエマルジョン相と、
ｂ）15〜60重量%のキャスト可能な粒子性添加物とを含む混合物より成り、
前記エマルジョン相は、
（１）連続的な有機液体燃料相と、
（２）水及び硝酸アンモニウムの不連続な無機酸化剤溶液相と、
（３）乳化剤とから成り、
前記粒子性添加物は、
50〜80%の無水過塩素酸ナトリウム、0〜10％の水、及び10〜40%のジエチレングリコールより成ることを特徴とする爆薬。
大きな爆轟速度及び爆轟圧力を備えた雷管起爆性の高エネルギーエマルジョン爆薬であって、
該爆薬は、
ａ）50〜75重量%のエマルジョン相と、
ｂ）25〜50重量%のキャスト可能な粒子性添加物とを含む混合物より成り、
前記エマルジョン相は、
（１）連続的な有機液体燃料相と、
（２）水及び硝酸アンモニウムの不連続な無機酸化剤溶液相と、
（３）乳化剤とから成り、
前記粒子性添加物は、
50〜80%の無水過塩素酸ナトリウム、0〜10％の水、及び10〜40%のジエチレングリコールより成ることを特徴とする爆薬。
請求項１乃至８の何れかに記載の爆薬を形成する方法であって、
ａ）高温でエマルジョン相を形成する工程と、
ｂ）無水過塩素酸ナトリウム、水、及びジエチレングリコールの混合物を有するキャスト可能な粒子性添加物を形成する工程と、
ｃ）前記粒子性添加物がキャストされて最終的な感度に達した後に、前記粒子性添加物を前記エマルジョン相全体に均一に混合する工程とより成ることを特徴とする方法。
請求項１乃至８の何れかに記載の爆薬を形成する方法であって、
ａ）高温でエマルジョン相を形成する工程と、
ｂ）無水過塩素酸ナトリウム、水、及びジエチレングリコールの混合物を有するキャスト可能な粒子性添加物を形成する工程と、
ｃ）前記粒子性添加物がキャストされた後、且つ前記粒子性添加物が完全に硬化して最終的な感度に達する前に、前記粒子性添加物を前記エマルジョン相全体に均一に混合する工程とを有することを特徴とする方法。