JP6478858B2 - 破砕剤組成物 - Google Patents

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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。
特許第3586356号公報 特許第3688855号公報 特許第4489142号公報
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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
(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。
(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。
(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。
Figure 0006478858
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)

  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。
  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請求項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、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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