JP4305977B2

JP4305977B2 - バルク装填用油中水型エマルション爆薬組成物

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Publication number: JP4305977B2
Application number: JP29496298A
Authority: JP
Inventors: 康博高橋
Original assignee: NOF Corp
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: JP2000119087A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は隧道堀進、採石、採鉱等の産業用の爆破作業に広く利用されるバルク装填用油中水型（以下、Ｗ／Ｏ型と略記する。）エマルション爆薬組成物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組成物は米国特許第３１６１５５１号明細書により初めて開示されて以来、その目的に応じて種々のＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物が提案されてきた。
【０００３】
これらＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物はその組成中に火薬類を含有しないことから膠質ダイナマイトに比べて取扱い上の安全性に優れ、次第にその使用が広まってきている。
【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組成物の製造は、通常まず酸化剤水溶液、油類及び乳化剤を高温条件で乳化し、その後、さらに微小中空球体を加えて攪拌混合することによって得られる。通常Ｗ／Ｏ型エマルションは極めて粘度が高く、グリース状あるいはマヨネーズ状の性状を有している。そのため、この高粘性のＷ／Ｏ型エマルション組成物に比重の小さな微小中空球体を攪拌混合（混和という）して均一にした後、紙あるいは合成樹脂チューブで包装されるのが最も一般的な製品形態である。
【０００５】
ところが最近Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の使用形態の一つとして、紙やプラスチックチューブなどの包装によらない、バルク状のまま直接装薬孔に注入する方式が開発されつつある。その際使用される爆薬は、一般にバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物といわれているが、通常のＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物とは違い流動性が良いこと、特に低温で流動性が良いことが新たな物性として求められている。
【０００６】
ところが一般的にＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物は、その粘度が低くなるに伴い、安定性は悪くなる傾向にある。
また、装填機等により装填孔に装填されることが多いことから、従来の爆薬と比較して爆薬の感度が低いことが求められている。たとえば、雷管１本により起爆されない程度に低い感度が好ましい。
本発明の目的は、低温で流動性が良く、安定性に優れ、且つ感度の低いバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はこの課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定の粘度範囲と特定の粘度指数範囲を有する油類を用いることにより、本発明の目的とするバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物が得られることの知見を得て本発明を完成した。即ち、第１の発明は、爆薬組成物中の全組成に対して４０〜８０重量％の無機酸化性塩、分散相中１０〜１８重量％の水、爆薬組成物中の全組成に対して１〜５重量％のソルビタン脂肪酸エステル又はソルビトール脂肪酸エステルから選ばれる乳化剤、４０℃で２〜４００センチストークスの動粘度を有し、かつその粘度指数が７０〜２４０であり、その配合割合が爆薬組成物中の全組成に対して１〜７重量％である油類、及び爆薬組成物中の全組成に対して０．３〜７重量％の無機質微小中空球体を含有するバルク装填用油中水型エマルション爆薬組成物である。第２の発明は、さらに油類に対して９０重量％以下の粘度指数向上剤を含有する前記バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に使用する油類は、バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物において連続相を構成する特定の物性を有する炭素質燃料である。
油類としては、例えば、パラフイン系炭化水素、オレフイン系炭化水素、ナフテン系炭化水素、芳香族系炭化水素、飽和又は不飽和炭化水素、石油精製鉱油、潤滑油、流動パラフイン等の炭化水素、ニトロ炭化水素等の炭化水素誘導体、燃料油等の中から選択され、そしてその油類は、４０℃における動粘度が２〜４００ｃＳｔ、好ましくは２〜３５０ｃＳｔであり、かつその粘度指数が７０〜２４０、好ましくは７０〜１６０である。
４０℃における動粘度が２ｃＳｔ未満のときは乳化が困難となる傾向にあり、４００ｃＳｔを超えるときはできあがったバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の粘度が高すぎて流動性が乏しくなる傾向にある。
また粘度指数が７０未満のときは、できあがったバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の経時安定性が悪くなり、２４０を越えるときは、粘度が高くなり実用的に使用しにくくなる傾向にある。
前記油類は単独もしくは混合物として用いられる。
【０００９】
また、粘度指数調整のために、ポリメタクリレート、オレフィン共重合体、スチレン−ジエン水素化共重合体、ポリイソブチレン等の粘度指数向上剤を併用することもできる。そしてこれらの配合量は油類の、通常９０重量％以下で用いられる。
【００１０】
また一般的なＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物に用いられている石油樹脂、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等の低分子量炭化水素重合体等を前記油類と併用することもできる。そしてこれらの配合量は油類の、通常９０重量％以下で用いられる。
【００１１】
油類の配合割合は、通常爆薬に対して通常０．１〜１０重量％、好ましくは１〜７重量％で用いられる。０．１重量％未満ではバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の安定性が悪くなり、一方、１０重量％を越える場合はバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の威力が低下する傾向にある。
【００１２】
本発明に使用する酸化剤水溶液は、バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物において分散相を構成する無機酸化性塩の水溶液であり、それは従来からＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物に用いられているものすべてが包合される。
即ち、無機酸化性塩としては、例えば硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、硝酸カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の硝酸塩や過塩素酸アンモニウム、過塩素酸ナトリウム等の無機過塩素酸塩等が挙げられる。
前記無機酸化性塩は単独もしくは混合物として用いられるが、水への溶解度や溶解温度から硝酸アンモニウム単独または硝酸アンモニウムと他の無機酸化性塩との混合物が好ましい。
その際、他の無機酸化性塩の硝酸アンモニウムに対する割合は、通常１００重量％未満である。
【００１３】
これら無機酸化性塩の配合割合は、バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物中の全組成に対して、通常５〜９０重量％であり、好ましくは４０〜８０重量％である。
５重量％未満の場合はバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の威力・感度が低くなり、逆に９０重量％を越える場合はバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の安定性が低下する傾向にある。
【００１４】
これら無機酸化性塩は、水溶液として用いられるが、この場合の水の配合割合は、分散相中の水の割合として通常９〜２５重量％、好ましくは１０〜１８重量％である。分散相中の水の割合が９重量％より小さいと爆薬の感度が高くなりすぎ、２５重量％より大きいと爆薬の反応性が著しく悪くなる傾向にある。
【００１５】
バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の分散相と連続相との体積比率（Ｗ／Ｏ）は７／１〜１０／１、好ましくは７．５／１〜９．５／１である。
体積比率が７／１より小さいと爆薬の反応性が悪くなり、１０／１より大きいと安定性が悪くなる傾向にある。
【００１６】
本発明においては、従来からＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物に使用されている全ての乳化剤が使用できる。例えば、ソルビトールモノラウレート、ソルビトールモノオレート、ソルビトールモノパルミテート、ソルビトールモノステアレート、ソルビトールセスキオレート、ソルビトールジオレート、ソルビトールトリオレート等のソルビトール脂肪酸エステル、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノオレート、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンセスキオレート、ソルビタンジオレート、ソルビタントリオレート等のソルビタン脂肪酸エステル、ステアリン酸モノグリセライド等の脂肪酸のモノまたはジグリセライド、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、オキサゾリン誘導体、イミダゾリン誘導体、リン酸エステル、脂肪酸アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩、１級、２級もしくは３級アミン塩等であり、これらは、１種または２種以上の混合物として使用する。
【００１７】
これらの中でバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の安定性の点から好ましい乳化剤は、ソルビトール脂肪酸エステル（通常、ソルビトール脂肪酸エステルとソルビタン脂肪酸エステルとソルバイド脂肪酸エステルの混合物であるが、ソルビトール脂肪酸エステルを主成分とするもの）である。
これら乳化剤の配合割合は、爆薬組成物中の全組成に対して通常０．１〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％である。
０．１重量％未満の場合はバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の安定性が悪くなる傾向にあり、逆に１０重量％を越える場合はバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の爆発エネルギーが低下する傾向にある。
【００１８】
また本発明のバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物は、仮比重調整剤によりその仮比重は０．８０〜１．３５に調整される。その仮比重調整剤は、バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物中の空隙であって、その空隙は微小中空球体又は微小気泡によって作られる。
微小中空球体は例えばガラス、アルミナ、頁岩、シラス、珪砂、火山岩、ケイ酸ナトリウム、ホウ砂、真珠岩、黒曜石等から得られる無機質微小中空球体、ピッチ、石炭等から得られる炭素質微小中空球体、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニリデン、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ポリスチレン等から得られる有機質微小中空球体等があり、空隙は１個づつ独立していても良いし、集合体であっても良い。
これらの微小中空球体は１種又は２種以上の混合物として用いられる。
また、前記有機質微小中空球体はその表面が撥水性物質でコーティングされていてもよい。そのコーティングに用いられる物質としては、例えば、低分子系シランカップリング剤、高分子系シランカップリング剤、フッ素系界面活性剤、ステアリン酸、含フッ素メタクリレート（又は含フッ素アクリレート）系潤滑剤などが挙げられる。
微小中空球体の配合割合は通常、使用する微小中空球体の比重等によるが、バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物中の全組成に対して通常０．１〜１０重量％、好ましくは０．３〜７重量％の範囲である。
【００１９】
また、前記微小気泡とは、例えば化学発泡剤を含有させて発泡させて得られる微小気泡、又はバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の形成時又は形成後の工程で機械的に空気又はその他のガスを吹き込んで得られる微小気泡等である。
化学発泡剤としては、例えばアルカリ金属ホウ素水素化物や亜硝酸ナトリウムと尿素を組み合わせて用いるもの等の無機系化学発泡剤、又はＮ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、アゾジカルボン酸アミド、アゾビスイソブチロニトリル等の有機系化学発泡剤等である。
これらの化学発泡剤は１種又は２種以上の混合物として用いられる。化学発泡剤の配合割合はバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物中の全組成に対して通常０〜２重量％である。
【００２０】
前記の仮比重調整剤について微小中空球体を添加しない場合又はＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の仮比重が１．３５を越えるような空気又はその他のガス量の場合は、Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の感度が低下する。
逆に微小中空球体１０重量％を越える又はＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の仮比重が０．８０未満となるような空気又はその他のガス量の場合は爆薬の比重が小さくなりすぎて装薬孔に装填される爆薬の量が少なくなり、結果として爆薬の威力が低下する傾向にある。
【００２１】
また、本発明によるバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物には、アルミニウム粉、マグネシウム粉等の金属粉末、木粉、澱粉等の有機粉末を爆発力の増大を図るために添加することができるが、その配合割合はバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物に対して通常５０重量％以下である。
【００２２】
本発明のＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物の製造は、公知の方法例えば、まず酸化剤水溶液に油類及び乳化剤を混合し、通常使用されるプロペラ羽根式攪拌機を用いてＷ／Ｏ型エマルションを製造し、その後、仮比重調整剤、必要により金属粉末及び有機粉末等を加えて縦型混和機で均一に攪拌混合することによって得られる。
【００２３】
【実施例】
次に本発明のバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物を実施例及び比較例によって具体的に説明する。
参考例１硝酸アンモニウム７１．１重量部、硝酸ナトリウム１１．０重量部及び水１１．０重量部を加温することにより溶解させ、約９０℃の酸化剤水溶液を得た。一方、ソルビタンモノオレート１．４重量部とニュートラルオイル（商品名：３Ｄ−５、中国精油（株）製、４０℃における動粘度：４．８ｃＳｔ、粘度指数：１００）５．０重量部との混合物を加温して溶融させ約８０℃の可燃剤混合物を得た。これら酸化剤水溶液と可燃剤混合物とを乳化装置（プロペラ羽根式攪拌機）に導き、Ｗ／Ｏ型エマルション（体積割合（ｖｏｌ／ｖｏｌ）：８．２／１．０）を得た。そこへ平均粒径が７０μｍのアクリロニトリル樹脂（油化産業（株）製、商品名：エクスパンセルＤＥ８０）０．５重量部を加え、縦型混和機を用いて混合し、バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物（仮比重：１．１８）を得た。上記の組成割合を表１に示した。
【００２４】
このバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物を用いて下記の各種性能試験を行い、それらの結果を表２に示した。
（１）製造１日後の粘度測定
Ｅ型粘度計（東京計器（株）製、ＥＨＤ−ＳＴ型）を用いて測定した。測定条件は、回転数１０ｒｐｍ、試料温度０℃とした。
（２）６号雷管による起爆試験
ＪＩＳＫ−４８２６に従い、塩ビ雨どいに充填後、試験温度＋３０℃で６号雷管により起爆試験を行った。
（３）起爆感度経時安定性試験
バルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物をビニル袋に２００ｇづつ包装し、試験試料について強制劣化貯蔵試験（６０℃で２４時間保ち、その後−１５℃で２４時間保って、これを１サイクルとする温度サイクルを繰り返し行う。）を行った後、ＪＩＳＫ−６７４２に規定された塩ビ管（ＶＰ３０）に２００ｇを充填し、ペントライトブースター３０ｇを取り付けた６号雷管により−５℃で起爆試験を行った時に完爆しうる温度サイクル回数を求めた。そしてその回数を常温（０〜３０℃）放置貯蔵における完爆可能貯蔵月数（前記１温度サイクルが常温放置貯蔵の略々１ヶ月に相当することを実験的に確認し、推定した。）とした。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
実施例２
表１に示した組成割合（硝酸アンモニウム６７．１重量部、硝酸カルシウム１０．５重量部、水１２．０重量部、ソルビタンモノオレート１．４重量部、化学合成油（商品名：ルーカントＨＣ−２０、三井石油化学（株）製、４０℃における動粘度：１５５ｃＳｔ、粘度指数：１５０）５．０重量部、無機質微小中空球体（商品名：Ｑｃｅｌ−３００、ＰＱ社製））４．０重量部を用いた以外は参考例１と同様の方法でバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物（体積割合（ｖｏｌ／ｖｏｌ）：７．９／１．０、仮比重：１．１６）を得、そして性能試験を行った結果を表２に示した。
【００２８】
実施例３
表１に示した組成割合（硝酸アンモニウム６６．０重量部、硝酸ナトリウム１０．６重量部、水１２．０重量部、ソルビタンモノオレート２．３重量部、ニュートラルオイル（商品名：３Ｄ−５、中国精油（株）製、４０℃における動粘度：４．８ｃＳｔ、粘度指数：１００）４．４重量部、粘度指数向上剤としてＯＣＰ（エチレン／α−オレフィン共重合体（エチレン含量５５％、分子量７００００））０．２重量部、無機質微小中空球体（Ｋ−２５；３Ｍ社製）４．５重量部）を用いた以外は参考例１と同様の方法でバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物（体積割合（ｖｏｌ／ｖｏｌ）：７．４／１．０、仮比重：１．１５）を得、そして性能試験を行った結果を表２に示した。
【００２９】
実施例４
表１に示した組成割合（硝酸アンモニウム６６．０重量部、硝酸ナトリウム１０．６重量部、水１２．０重量部、ソルビタンモノオレート２．３重量部、ニュートラルオイル（商品名：３Ｄ−５、中国精油（株）製、４０℃における動粘度：４．８ｃＳｔ、粘度指数：１００）４．６重量部、無機質微小中空球体（Ｋ−２５；３Ｍ社製）４．５重量部）を用いた以外は参考例１と同様の方法でバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物（体積割合（ｖｏｌ／ｖｏｌ）：７．４／１．０、仮比重：１．１５）を得、そして性能試験を行った結果を表２に示した。
【００３０】
比較例１
ニュートラルオイル（３Ｄ−５）５．０重量部の代わりにマシン油（商品名：マシン油８Ｎ、中国精油（株）製、４０℃における動粘度：７．８ｃＳｔ、粘度指数：２７）５．０重量部を用いた以外は参考例１と同様の方法でＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物（体積割合（ｖｏｌ／ｖｏｌ）：７．４／１．０）を得、そして性能試験を行った結果を表２に示した。
【００３１】
比較例２
化学合成油（ルーカントＨＣ−２０）５．０重量部の代わりに化学合成油（商品名：ルーカントＨＣ−１００、三井石油化学（株）製、４０℃における動粘度：１３００ｃＳｔ、粘度指数：１６５）５．０重量部を用いた以外は参考例１と同様の方法でＷ／Ｏ型エマルション爆薬組成物（体積割合（ｖｏｌ／ｖｏｌ）：７．９／１．０）を得、そして性能試験を行った結果を表２に示した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のバルク装填用Ｗ／Ｏ型エマルション爆薬組成物は、特定の油類を用いる事により、低温で流動性が良く、安定性に優れ、且つ爆薬としての感度が低く安全性が高いものである。

Claims

爆薬組成物中の全組成に対して４０〜８０重量％の無機酸化性塩、分散相中１０〜１８重量％の水、爆薬組成物中の全組成に対して１〜５重量％のソルビタン脂肪酸エステル又はソルビトール脂肪酸エステルから選ばれる乳化剤、４０℃で２〜４００センチストークスの動粘度を有し、かつその粘度指数が７０〜２４０であり、その配合割合が爆薬組成物中の全組成に対して１〜７重量％である油類、及び爆薬組成物中の全組成に対して０．３〜７重量％の無機質微小中空球体を含有するバルク装填用油中水型エマルション爆薬組成物。
さらに油類に対して９０重量％以下の粘度指数向上剤を含有する請求項１記載のバルク装填用油中水型エマルション爆薬組成物。