JP6478858B2 - 破砕剤組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、岩石、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、静電気感度及び着火感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破砕技術としては、火薬類による破砕方法、あるいは建設重機、油圧削岩機等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ている。
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、特許第４４８９１４２号公報には、金属酸化物を３５〜４５重量％、金属粉末を８〜１２重量％、過炭酸ナトリウム、アジ化ナトリウム、五硼酸アンモニウム・四水和物、硫酸マグネシウム・七水和物等の解離圧剤を４２〜５５重量％、硫黄を０．５〜５重量％、メチルセルロース等の粘結剤を０．１〜１．８重量％含有する非火薬破砕剤が開示されている。
本発明の目的は、従来の非火薬破砕剤と同等以上の破砕効果を示し、各種感度の低減により、製造及び取扱作業時における安全性に優れると共に、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、金属粉末、金属酸化物、水和物及びバインダーから成る非火薬破砕剤の嵩比重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）金属粉末と、金属酸化物と、水和物と、バインダーとを含み、嵩比重が１．２０〜１．３０であることを特徴とする破砕剤組成物、
（２）金属粉末が、アトマイズアルミニウム、アトマイズ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、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）のいずれかに記載の破砕剤組成物、
（４）水和物が、硫酸アルミニウム・１８水和物、硫酸亜鉛・７水和物、硫酸マグネシウム・７水和物、カリウム明礬・１２水和物、及びアンモニウム明礬・１２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）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（１）乃至（４）のいずれかに記載の破砕剤組成物、
に関する。
（１）金属粉末と、金属酸化物と、水和物と、バインダーとを含み、嵩比重が１．２０〜１．３０であることを特徴とする破砕剤組成物、
（２）金属粉末が、アトマイズアルミニウム、アトマイズ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、
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（４）水和物が、硫酸アルミニウム・１８水和物、硫酸亜鉛・７水和物、硫酸マグネシウム・７水和物、カリウム明礬・１２水和物、及びアンモニウム明礬・１２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）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（１）乃至（４）のいずれか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上の破砕性能を維持しながらも、各種感度の低減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、本発明について詳細に説明する。
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、金属粉末と、金属酸化物と、水和物と、バインダーとを含み、嵩比重が１．２０〜１．３０であることを特徴とする。本発明の破砕剤組成物は、嵩比重を特定範囲とすること等により、各種感度が低減し、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、金属粉末と、金属酸化物と、水和物と、バインダーとを含み、嵩比重が１．２０〜１．３０であることを特徴とする。本発明の破砕剤組成物は、嵩比重を特定範囲とすること等により、各種感度が低減し、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、アトマイズアルミニウム、アトマイズマグネシウム又はこれらの混合物が用いられる。これらを使用すると、落つい感度、摩擦感度、静電気感度及び着火感度が低減するため好ましい。アトマイズアルミニウム及びアトマイズマグネシウム粉末は、従来公知のアトマイズ法により得られる粉末であって、その噴霧媒は特に限定されず、たとえば、空気、窒素、アルゴンガス、二酸化炭素ガス、ヘリウムガス、及びこれらの混合ガス等が使用できる。金属粉末の平均粒子径（レーザー回折式粒度分布計による測定値）は１μｍ〜２００μｍであることが好ましく、より好ましくは５〜１００μｍ、さらに好ましくは１０〜７５μｍである。金属粉末の平均粒子径が小さ過ぎると、各種感度の増大により、製造及び取扱作業時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、所望の発生ガス圧力が得られない場合がある。本発明の破砕剤組成物において、金属粉末の含有量は、１０〜４０質量％であることが好ましく、１５〜３５質量％であることが更に好ましく、２０〜３０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として常用されるものが用いられ得るが、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（レーザー回折式粒度分布計による測定値）は０．１〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは１〜３０μｍ、さらに好ましくは５〜２０μｍである。本発明の破砕剤組成物において、金属酸化物の含有量は、２０〜６０質量％であることが好ましく、３０〜５０質量％であることが更に好ましく、３５〜４５質量％であることが特に好ましい。本発明において、金属粉末と金属酸化物との平均粒子径の比率（金属粉末／金属酸化物）は、１〜３０であることが好ましく、５〜２０であることがより好ましく、８〜１０であることが特に好ましい。
本発明において、水和物としては、上記金属粉末と金属酸化物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、硫酸アルミニウム・１８水和物、硫酸亜鉛・７水和物、硫酸マグネシウム・７水和物、カリウム明礬・１２水和物、アンモニウム明礬・１２水和物が用いられる。本発明の破砕剤組成物において、水和物の平均粒子径（篩分けにより算出）は、０．１〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜４ｍｍであり、されに好ましくは１〜３ｍｍである。本発明の破砕剤組成物において、水和物の含有量は２０〜５０質量％であることが好ましく、より好ましくは２５〜４５質量％であり、さらに好ましくは３０〜４０質量％である。
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において、バインダーの含有量は０．１〜５．０質量％であることが好ましく、より好ましくは０．３〜３．０質量％であり、さらに好ましくは０．５〜１．０質量％である。
本発明の破砕剤組成物の嵩比重は、１．２２〜１．２８であることが好ましく、１．２３〜１．２５であることが特に好ましい。嵩比重が１．２０未満であると、各種感度が高くなるため好ましくない。一方、嵩比重が１．３０を超えると、良好な破砕性能が得られず好ましくない。
一般に、嵩比重とは、体積既知の容器に試料を一定方法で充填し、粒子間の空隙も含めた体積で、試料の質量を除した値である。本発明において、嵩比重は、内径３８ｍｍ、長さ５００ｍｍのポリエチレン製円筒容器内に破砕剤組成物を５００ｇ充填し、高さ１０ｃｍからのタッピングを１５０回行った後の嵩比重（重量／体積（ｇ／ｍＬ））として定義される。本願発明において、嵩比重は、例えば、組成比、バインダー含有量、水和物の粒径等を調整することにより、所望の値に調整することができる。
一般に、嵩比重とは、体積既知の容器に試料を一定方法で充填し、粒子間の空隙も含めた体積で、試料の質量を除した値である。本発明において、嵩比重は、内径３８ｍｍ、長さ５００ｍｍのポリエチレン製円筒容器内に破砕剤組成物を５００ｇ充填し、高さ１０ｃｍからのタッピングを１５０回行った後の嵩比重（重量／体積（ｇ／ｍＬ））として定義される。本願発明において、嵩比重は、例えば、組成比、バインダー含有量、水和物の粒径等を調整することにより、所望の値に調整することができる。
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）
アトマイズアルミニウム（ミナルコ（株）製：平均粒子径４５μｍ）２７．５％、酸化第二銅（古河ケミカルズ（株）製：平均粒子径５μｍ）４２．０％、カリウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）製：粒子径１．５〜２．０ｍｍ）３０％、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嵩比重１．２３の破砕剤組成物を調製した。
（実施例２）
アトマイズアルミニウム（ミナルコ（株）製：平均粒子径４５μｍ）２４．５％、酸化第二銅（日本化学産業（株）製：平均粒子径５μｍ）４５．０％、アンモニウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）：粒子径１．０〜１．５ｍｍ）３０．３％、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）０．２％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嵩比重１．２８の破砕剤組成物を調製した。
アトマイズアルミニウム（ミナルコ（株）製：平均粒子径４５μｍ）２７．５％、酸化第二銅（古河ケミカルズ（株）製：平均粒子径５μｍ）４２．０％、カリウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）製：粒子径１．５〜２．０ｍｍ）３０％、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嵩比重１．２３の破砕剤組成物を調製した。
（実施例２）
アトマイズアルミニウム（ミナルコ（株）製：平均粒子径４５μｍ）２４．５％、酸化第二銅（日本化学産業（株）製：平均粒子径５μｍ）４５．０％、アンモニウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）：粒子径１．０〜１．５ｍｍ）３０．３％、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）０．２％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嵩比重１．２８の破砕剤組成物を調製した。
（比較例１）
アトマイズアルミニウム（ミナルコ（株）製：平均粒子径４５μｍ）１２．３％、酸化第二銅（古河ケミカルズ（株）製：平均粒子径５μｍ）４４．０％、硫酸マグネシウム・７水和物（和光純薬工業（株）：平均粒子径と品名をご教示ください）４３．２％、予めアセトンに溶解させたメチルセルロース（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嵩比重１．３５の破砕剤組成物を調製した。
アトマイズアルミニウム（ミナルコ（株）製：平均粒子径４５μｍ）１２．３％、酸化第二銅（古河ケミカルズ（株）製：平均粒子径５μｍ）４４．０％、硫酸マグネシウム・７水和物（和光純薬工業（株）：平均粒子径と品名をご教示ください）４３．２％、予めアセトンに溶解させたメチルセルロース（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嵩比重１．３５の破砕剤組成物を調製した。
（比較例２）
アルミニウムペースト（東洋アルミニウム（株）製：平均粒子径３３μｍ）１１．０％、酸化第二銅（日進ケムコ（株）製：平均粒子径５μｍ）３８．５％、カリウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）製：粒子径１．５〜２．５ｍｍ）５０％、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嵩比重１．１７の破砕剤組成物を調製した。
（比較例３）
アトマイズアルミニウム（ミナルコ（株）製：平均粒子径４５μｍ）２７．５％、酸化第二銅（古河ケミカルズ（株）製：平均粒子径５μｍ）４２．０％、カリウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）製：粒径０．３ｍｍ以下）３０％、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嵩比重１．４０の破砕剤組成物を調製した。
アルミニウムペースト（東洋アルミニウム（株）製：平均粒子径３３μｍ）１１．０％、酸化第二銅（日進ケムコ（株）製：平均粒子径５μｍ）３８．５％、カリウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）製：粒子径１．５〜２．５ｍｍ）５０％、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嵩比重１．１７の破砕剤組成物を調製した。
（比較例３）
アトマイズアルミニウム（ミナルコ（株）製：平均粒子径４５μｍ）２７．５％、酸化第二銅（古河ケミカルズ（株）製：平均粒子径５μｍ）４２．０％、カリウム明礬・１２水和物（和光純薬工業（株）製：粒径０．３ｍｍ以下）３０％、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嵩比重１．４０の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性能、落つい感度・摩擦感度、静電気感度及び小ガス炎着火感度について確認した。
（１）性能（コンクリート破砕試験）
縦横６００ｍｍ、高さ８００ｍｍのコンクリートブロックにおいて、最小抵抗線３００ｍｍ、穿孔長４２０ｍｍの装薬孔に各破砕剤を装薬し、専用点火具で着火し、コンクリートブロックが破砕される最少薬量を測定した。
縦横６００ｍｍ、高さ８００ｍｍのコンクリートブロックにおいて、最小抵抗線３００ｍｍ、穿孔長４２０ｍｍの装薬孔に各破砕剤を装薬し、専用点火具で着火し、コンクリートブロックが破砕される最少薬量を測定した。
（２）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。
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。
（３）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。
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。
（４）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。
これらの試験結果を表１に示す。
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。
これらの試験結果を表１に示す。
表１の結果から明らかなように、比較例１においては、破砕剤組成物の嵩比重が大きいために、落つい感度が高く、他の感度は比較的鈍感であり、非危険物であるものの、破砕性能が比較的低い結果となった。これに対し、実施例１及び２においては、破砕剤組成物の嵩比重が１．２０〜１．３０の範囲内であるために、静電気感度が低く、非危険物であると共に、良好な破砕性能を有することが確認された。破砕剤組成物の嵩比重が小さく、金属粉末が鱗片状のペースト品である比較例２においては、実施例１及び２と同等の破砕効果を示すものの、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、各成分の質量％が実施例１と同様であっても、破砕剤組成物の嵩比重が大きい比較例３においては、破砕性能が低い結果となった。
Claims (4)
- 金属粉末と、金属酸化物と、水和物と、バインダーとを含み、嵩比重が１．２０〜１．３０であり、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破砕剤組成物。
- 金属粉末が、アトマイズアルミニウム、アトマイズ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。
- 金属酸化物が、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。
- 水和物が、硫酸アルミニウム・１８水和物、硫酸亜鉛・７水和物、硫酸マグネシウム・７水和物、カリウム明礬・１２水和物、及びアンモニウム明礬・１２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。
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