JPH08295589A - エマルジョン爆薬 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は予備圧縮による感度低下に対して抵抗
性のエマルジョン爆薬を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明によればエマルジョン爆薬マトリッ
クスと低強度微小球とからなる予備圧縮による感度低下
に対して抵抗性のエマルジョン爆薬が提供される。低強
度微小球は400psi以下の圧縮強度を有するものであるこ
とが好ましくかつ爆薬組成物の少なくとも４重量％の量
で存在させることが好ましい。従って、本発明によれ
ば、より標準的な（及び通常、より安価な）微小球を使
用して予備圧縮による感度低下に対して抵抗性のエマル
ジョン爆薬を製造することが可能である。更に、本発明
のエマルジョン爆薬により、一般的に、広範囲の用途に
使用されるエマルジョン爆薬が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエマルジョン爆薬、
特に、予備圧縮による感度低下(precompressiondesensi
tization)に対して抵抗性のエマルジョン爆薬に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】油中水型エマルジョン爆薬の使用は採鉱
工業の分野で重要性が増大している。これらのエマルジ
ョン爆薬を多数の用途において使用することを阻害して
いる重大なかつ未解決の問題の一つは、この爆薬が予備
圧縮に対して抵抗性が低いことである。予備圧縮に対し
て抵抗性が低いということはエマルジョン爆薬が予め爆
発させた(detonate)隣接する穿孔(bore hole)からの衝
撃又はガス圧パルスの作用による起爆(initiation)に対
し非感受性になる現象が生ずることを意味する。かかる
現象が生じることにより、この種の爆薬の有用性が著し
く制限される。

【０００３】エマルジョン爆薬は爆薬工業の分野におい
て周知である。この爆薬は、一般的には、不連続相を形
成する硝酸アンモニウムのごとき酸化性塩の溶融物又は
水溶液が連続有機燃料相中に存在するエマルジョンであ
ると説明されている。エマルジョンは、典型的には連続
相に乳化剤を添加することにより安定化されている。こ
の形式の爆薬に感度を付与するために、通常、エマルジ
ョン中に気孔(gasvoid)を添加するか又は形成させ、そ
して、この気孔は、通常、ガラス又はプラスチック製の
微小球(microsphere)[マイクロバルーン(microbaloon)
とも呼ばれる］を利用するか又は気泡形成(gassing)に
より導入される。しかしながら、これらの穿孔が、隣接
する穿孔の爆発によって生じる衝撃波からの圧力下で早
期に圧潰されることが予備圧縮による感度低下の主要な
原因となっている。

【０００４】この問題を解決するための商業的に最も主
要な解決方法は、いわゆる、高強度微小球(high streng
th microsphere)を使用する方法である。この微小球
は、典型的には穿孔の周囲での予備圧縮の際に遭遇する
圧力に耐久性であり、破壊されることがない。しかしな
がらこの高強度微小球を使用する方法にも欠点がある。
第１に、適度な感度を提供する十分に低い密度を得るた
めには、これらの微小球を比較的多量に使用することが
必要であるため、経済的に不利である。更に、これらの
高強度微小球を使用した場合には、十分な爆発強度(exp
losive strength)を有するかつ通常の用途について十分
に鋭敏な爆薬を得ることが非常に困難である。

【０００５】これらの問題を排除する方法の一つは鋭感
剤(sensitizing agent)を追加的に使用することであ
る。この方法を採用した場合には、エマルジョン爆薬の
感度は気孔物質(void material）の使用に余り影響を受
けず、従って、これらのエマルジョン爆薬では予備圧縮
による感度低下が少ない。しかしながら、追加的に使用
されるこれらの鋭感剤は典型的にはエマルジョンの形成
後に該エマルジョンに添加される。従って、通常、固体
鋭感剤を使用することが必要でありかつこの固体増感剤
を熱エマルジョンに混合することが必要である。従っ
て、この方法は安全性に欠けることは自明である。

【０００６】これらの問題を排除するための第２の方法
はエマルジョン製剤中に“緩衝剤”(“cushioning agen
t”)を包含させることである。しかしながら、これらの
緩衝剤は主として炭素質材料(carbonaceous material)
であり、この材料によりエマルジョンに追加的な燃料が
添加される。このことが、爆薬製造者が特定の爆発特性
を有する製品、例えば、ヒュームクラス 1(Fume Class
1)高エネルギー材料を提供することを非常に困難にして
いる。従って、これらの材料の添加によりエマルジョン
爆薬の用途範囲が著しく制限される。

【０００７】予備圧縮に対する抵抗性の他に、採鉱工業
においては低密度爆薬(low densityexplosive)が要求さ
れている。従来、この問題を解決するために、高強度微
小球を組合せて添加しかつ気泡の形成を行わせることが
試みられている。しかしながら、この方法により別の問
題が生ずる。即ち、高強度微小球との関係で既に述べた
ごとき問題の他に、気泡形成技術を使用して高性能爆薬
を製造することは困難であるという問題が生ずる。上記
二つの技術を併用した場合には、高性能爆薬を製造する
ことが更に困難になる。従って、高強度微小球の使用を
必要とせずに、又は、高強度微小球の使用と気泡形成技
術の使用を必要とせずに、予備圧縮による感度低下に対
する抵抗性の改善されたエマルジョン爆薬を提供するこ
とが望ましいであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従って、本発明によれ
ば、エマルジョン爆薬マトリックスと高割合の低強度微
小球との組合せからなるエマルジョン爆薬が提供され
る。

【０００９】このことは爆薬組成物中で微小球を使用す
ることについての従来の知識に全く反するものである。
従来は、予備圧縮による感度低下に対する抵抗性を提供
するために使用すべき微小球は高強度微小球でなければ
ならないと一般的に考えられていた。しかるに、この方
法は前記したごとく製剤に困難性を伴っていた。

【００１０】本発明で使用するのに好ましい微小球はガ
ラス又は樹脂状物質、例えば、フェノール−ホルムアル
デヒド、尿素−ホルムアルデヒド及び塩化ビニリデンと
アクリロニトリルとの共重合体からなる。通常、これら
の材料は外力を受けた場合の圧縮に対する抵抗性によっ
てその等級が決定されている。低強度微小球は、典型的
には、約250psiの圧縮強度(crushing strength)を有し
ており、中強度微小球は、約500psiの圧縮強度を有して
おり、高強度微小球は、約2000psiの圧縮強度を有して
いる。従って、本発明の実施に好ましい微小球は400psi
以下の圧縮強度を有する微小球であり、より好ましく
は、100〜400psiの圧縮強度を有する微小球であり、最
も好ましいものは200〜300psiの圧縮強度を有する微小
球である。圧縮強度は、スコッチライト(Scotchlite)
（登録商標）ガラスバブル使用説明書中の3Mに記載され
る方法に従って、以下の方法により測定される。均衡強
度値(isostatic strength value)はASTM D3102(1982年
版）に従って均衡圧力を加えてグリセロール中での容積
を10％減少させることにより得られる。

【００１１】従来の典型的な用途においては、低強度微
小球は、通常、全組成物（即ち、エマルジョン爆薬マト
リックス及び微小球）の４重量％以下の割合で使用され
ている。最も典型的には、低強度微小球は、通常、約2.
5重量％の割合で使用されている。本発明の実施におい
ては、低強度微小球は好ましくは全組成物４重量％以
上、より好ましくは４〜15重量％、最も好ましくは６〜
８重量％の割合で使用される。

【００１２】この割合の微小球を使用した場合、得られ
るエマルジョン爆薬は、好ましくは約0.95g/cc以下、よ
り好ましくは0.90g/cc以下の密度を有する。

【００１３】従って、本発明の好ましい態様によれば、
85〜96重量％のエマルジョン爆薬マトリックスと、100
〜400psiの圧縮強度を有する低強度微小球４〜15重量％
とからなりかつ0.95g/cc以下の密度を有する、（典型的
なエマルジョン爆薬と比較して）予備圧縮による感度低
下に対する改善された抵抗性を有するエマルジョン爆薬
が提供される。

【００１４】前記したごとく、予備圧縮による感度低下
は爆薬工業の分野では周知の用語であり、この現象に対
する抵抗性の程度は当業者により容易に決定される。し
かしながら、予備圧縮による感度低下に対する抵抗性の
程度は、後記の実施例に記載される試験方法により評価
することが好ましい。

【００１５】予備圧縮抵抗を測定した場合、低強度微小
球を典型的な水準で含有する標準エマルジョン爆薬は約
20cm又はそれ以上の予備圧縮抵抗値を有する。本発明に
よる好ましいエマルジョン爆薬は18cm以下、より好まし
くは15cm以下、最も好ましくは10cm以下の予備圧縮抵抗
値を有する。

【００１６】“エマルジョン爆薬マトリックス”という
用語は微小球を添加する前のエマルジョン爆薬組成物を
意味するものであり、これは、通常、不連続酸化剤塩相
と連続、水非混和性有機燃料相及び乳化剤からなる。

【００１７】本発明の実施に使用されるエマルジョン爆
薬マトリックスはこの分野で既知の典型的なエマルジョ
ン爆薬の任意のものに基づくものであり得る。

【００１８】エマルジョン爆薬の不連続相中で使用され
る酸化剤塩は、好ましくは、アルカリ又はアルカリ土金
属硝酸塩、塩素酸塩及び過塩素酸塩、硝酸アンモニウ
ム、塩素酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム及びこ
れらの混合物からなる群から選ばれる。酸化剤塩は硝酸
アンモニウム又は硝酸アンモニウムと硝酸ナトリウムと
の混合物であることが特に好ましい。

【００１９】好ましい酸化剤塩混合物は例えば、77％の
硝酸アンモニウム、11％の硝酸ナトリウム及び12％の水
からなる溶液であり得る。

【００２０】酸化剤塩は典型的には塩又はその混合物の
濃厚水溶液である。しかしながら、酸化剤塩は酸化剤塩
の液化、溶融溶液であることもでき、この場合には水分
含有量は低いことが望ましい。エマルジョン爆薬の不連
続相は共融組成物であることが望ましい。共融組成物と
いう用語はこの組成物の融点が共融点にあるか又はその
成分の共融点の範囲にあることを意味する。

【００２１】エマルジョン爆薬の不連続相中で使用され
る酸化剤塩は融点降下剤を更に含有し得る。不連続相中
で硝酸アンモニウムと共に使用するのに適当な融点降下
剤としては硝酸リチウム、硝酸銀、硝酸鉛、硝酸ナトリ
ウム及び硝酸カリウムのごとき無機塩；メチルアルコー
ル、エチレングリコール、グリセロール、マンニトー
ル、ソルビトール及びペンタエリスルトールのごときア
ルコール；砂糖、デンプン及びデキストリンのごとき炭
水化物；ギ酸、酢酸、ギ酸アンモニウム、ギ酸ナトリウ
ム、酢酸ナトリウム及び酢酸アンモニウムのごとき脂肪
族カルボン酸及びその塩；グリシン；クロル酢酸；グリ
コール酸；コハク酸；酒石酸；アジピン酸；ホルムアミ
ド、アセトアミド及び尿素のごとき低級脂肪族アミド；
硝酸尿素；ニトログアニジン、硝酸グアニジン、メチル
アミン、硝酸メチルアミン及びエチレンジアミンジナイ
トレートのごとき窒素含有化合物；及びこれらの混合物
が挙げられる。

【００２２】典型的には、エマルジョン爆薬の不連続相
は60〜97重量％のエマルジョン爆薬マトリックスを含有
しており、約70重量％以上のエマルジョン爆薬マトリッ
クスを含有していることが好ましい。

【００２３】エマルジョン爆薬の連続、水非混和性有機
燃料相は有機燃料からなる。連続相中で使用するのに適
当な有機燃料相としては製剤温度で液状の脂肪族、脂環
族及び芳香族化合物及びその混合物が挙げられる。適当
な有機燃料は燃料油、ジーゼル油、蒸留燃料油(distill
ate)、ファーネス油、ケロシン、ナフサ、ワックス（例
えば、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワッ
クス及びスラックワックス）、パラフィン油、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、アスファルト物質、低分子量
オレフィン重合体のごとき重合体油、動物油、魚油、植
物油及び他の鉱物、炭化水素又は脂肪油及びこれらの混
合物から選択し得る。好ましい有機燃料はガソリン、ケ
ロシン、燃料油及びパラフィン油のごとき、一般に石油
蒸留物と呼ばれる液状炭化水素である。

【００２４】典型的には、エマルジョン爆薬マトリック
スの連続、水非混和性有機燃料相はエマルジョン爆薬マ
トリックスの３〜30重量％を構成し、エマルジョン爆薬
マトリックスの５〜15重量％を構成することが好まし
い。

【００２５】エマルジョン爆薬はエマルジョンの形成を
容易にしかつエマルジョンの安定性を改善するための乳
化剤成分を含有している。乳化剤成分はエマルジョン爆
薬組成物を製造するのに適当であることが当業者に知ら
れている広範囲の乳化剤から選択し得る。乳化剤の例と
しては、アルコールアルコキシレート、フェノールアル
コキシレート、ポリ（オキシアルキレン）グリコール、
ポリ（オキシアルキレン）脂肪酸エステル、アミンアル
コキシレート、ソルビトール及びグリセロールの脂肪酸
エステル、脂肪酸塩、ソルビタンエステル、ポリ（オキ
シアルキレン）ソルビタンエステル、脂肪アミンアルコ
キシレート、ポリ（オキシアルキレン）グリコールエス
テル、脂肪酸アミド、脂肪酸アミドアルコキシレート、
脂肪アミン、第４アミン、アルキルオキサゾリン、アル
ケニルオキサゾリン、イミダゾリン、アルキルスルホネ
ート、アルケニルアリールスルホネート、アルキルスル
ホサクシネート、アルキルホスフェート、アルケニルフ
ェート、ホスフェートエステル、レシチン、ポリ（オキ
シアルキレン）グリコールとポリ（12-ヒドロキシステ
アリン酸）との共重合体、少なくとも１種の第１アミン
からなる化合物とポリ[アルキル（アルケニル）]コハク
酸又は無水物との縮合生成物及びこれらの混合物が挙げ
られる。

【００２６】好ましい乳化剤としては、2-アルキル-及
び2-アルケニル-4,4'-ビス（ヒドロキシメチル）オキサ
ゾリン、ソルビトールの脂肪酸エステル、レシチン、ポ
リ（オキシアルキレン）グリコールとポリ（12-ヒドロ
キシステアリン酸）との共重合体、少なくとも１種の第
１アミンからなる化合物とポリ[アルキル（アルケニ
ル）]コハク酸又は無水物との縮合生成物が挙げられ
る。

【００２７】より好ましい乳化剤成分は、少なくとも１
種の第１アミンからなる化合物とポリ[アルキル（アル
ケニル）]コハク酸又は無水物との縮合生成物からな
る。好ましい乳化剤はポリイソブチレンコハク酸無水物
(PIBSA)に基づく表面活性剤である。これらの乳化剤は
一般的にはポリ[アルキル（アルケニル）]コハク酸無水
物とエチレンジアミン、ジエチレンジアミン及びエタノ
ールアミンのごときアミンとの縮合生成物と言い得る。

【００２８】典型的には、エマルジョン爆薬の乳化剤成
分はエマルジョン爆薬マトリックスの５重量％までを構
成する。より高い割合の乳化剤成分を使用することがで
きかつこれが爆薬組成物の補充的燃料としての働きを行
い得るが、一般的には、所望の効果を達成させるため
に、５重量％以上の乳化剤成分を使用する必要はない。
比較的低水準の乳化剤成分を使用して安定なエマルジョ
ンを形成させることができ、そして経済的な理由から、
所望の効果を達成させるために必要な乳化剤の量を最小
限に保持することが好ましい。使用される乳化剤成分の
好ましい割合はエマルジョン爆薬マトリックスの0.4〜
3.0％の範囲である。

【００２９】所望ならば、任意的な燃料物質（以下にお
いて、第２燃料と称する）をエマルジョン爆薬中に配合
し得る。かかる第２燃料の例としては微粉砕した固体が
挙げられる。固体第２燃料の例としては下記のごとき微
粉砕固体物質が挙げられる：硫黄；アルミニウム；ギル
ソナイト、粉砕したコークス又は木炭、カーボンブラッ
クのごとき炭素質物質、アビエチン酸のごとき樹脂酸、
グルコース又はデキストロースのごとき糖及びデンプ
ン、ナット粉末(nut meal)、穀粒粉末及び木材パルプの
ごとき他の植物製品；及びこれらの混合物。

【００３０】典型的には、エマルジョン爆薬の第２燃料
成分はエマルジョン爆薬マトリックスの０〜30重量％を
構成する。

【００３１】本発明のエマルジョン爆薬は酸素バランス
(oxygen balance)されていることが好ましい。典型的に
は、酸素バランスされていることによりより効果的な爆
薬が提供され、かかる爆薬を爆発させたときには、未反
応成分が殆ど残留しない。酸素バランスを調節するため
に追加成分を爆薬に添加し得る。

【００３２】本発明によれば、適当な感度、密度及び予
備圧縮による感度低下に対する抵抗性を有するエマルジ
ョン爆薬が提供されるが、追加の気泡形成を行うことが
望ましい。従って、エマルジョン爆薬は追加の不連続ガ
ス成分を更に含有することができ、このガス成分は爆薬
組成物の密度及び/又は感度を変化させるのに利用し得
る。

【００３３】更に、パーライトのごとき発泡鉱物及びポ
リスチレンのごとき発泡重合体を包含する他の適当な多
孔質材料を本発明のエマルジョン爆薬に添加し得る。

【００３４】ガス状成分を配合し、ガス状成分を含有す
る爆薬組成物の感度を増大させる慣用の方法は当業者に
周知である。ガス状成分は例えば爆薬組成物中に分散さ
せた微細な気泡として該組成物に混入させ得る。

【００３５】微細な気泡からなる不連続相は機械的攪
拌、注入又は爆薬組成物中へのガスの吹込みにより、或
いは、その場でガスを化学的に生成させることによって
も爆薬組成物中に混入させ得る。

【００３６】気泡をその場で化学的に生成させるのに適
当な薬品としては過酸化水素のごとき過酸化物、亜硝酸
ナトリウムのごとき亜硝酸塩、N,N'-ジニトロソペンタ
メチレンテトラミンのごときニトロソアミン、水素化ホ
ウ素ナトリウムのごとき水素化ホウ素アルカリ金属及び
炭酸ナトリウムのごとき炭酸塩が挙げられる。気泡をそ
の場で生成させるのに好ましい薬品は亜硝酸及びその塩
であり、これらは酸性pH条件下で分解して気泡を生成す
る。好ましい亜硝酸塩としては亜硝酸ナトリウムごとき
アルカリ金属亜硝酸塩が挙げられる。チオシアネート又
はチオ尿素のごとき触媒を使用して亜硝酸系ガス発生剤
の分解を促進し得る。

【００３７】本発明に従って製造されたエマルジョン爆
薬は、現在、多数の慣用のエマルジョン爆薬が使用され
ている多くの用途に使用し得る。

【００３８】本発明に従って使用する場合、エマルジョ
ン爆薬は下記の組成を有することが好ましい： 成分 重量％ 酸化剤塩（硝酸塩、過塩素酸塩） 約70％以上 水 ４−20％ 鋭感剤 ０−40％ 追加の燃料、高密度化剤（densifier) ０−50％ 低強度マイクロバルーン ４−15％ 水非混和性、非乳化性燃料成分 ０−10％ 乳化剤 0.5-６％ 本発明に従って製造されたエマルジョン爆薬は特殊な高
強度微小球、緩衝剤又は鋭感剤の使用を必要としないか
又はその使用を最小限にする、予備圧縮による感度低下
に対して抵抗性のエマルジョン爆薬製品の調製を可能に
する。従って、本発明は爆薬製造者がより一般的なかつ
より安価な成分を使用してエマルジョン爆薬を製造する
ことを可能にする。更に、本発明は爆薬製造者が予備圧
縮抵抗性エマルジョン爆薬を製造する際の融通性を増大
させる。

【００３９】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。

【００４０】実施例 多数の異なるエマルジョン爆薬を製造し、各々の爆薬の
性質を密度と予備圧縮抵抗性について測定した。各々の
爆薬の予備圧縮抵抗性は下記の試験方法を使用して測定
した。この試験においては、2gのPETN（四硝酸ペンタエ
リトリット）を含有するドナー装薬(donor charge)とレ
シーバーカートリッジ(receiver cartr-idge)（供試爆
薬物質を収容している32mm x 200mmペーパーカートリッ
ジ）とを既知の間隔で水中に設置した。レシーバーカー
トリッジは＃ EB キャップ(cap)を使用して発火の準備
を行い(prime)、これはドナー装薬キャップより75ミリ
秒遅延させた。爆発(detonatio)結果は観察により、又
は爆発速度の測定により又はこの両者により決定した。
ドナーとレシーバーカートリッジとの間隔が小さい程、
従ってレシーバーカートリッジが爆発性である場合、試
料物質の予備圧縮抵抗は大きい。

【００４１】装填製品(packaged product)を調製するの
に使用したエマルジョンの処方と得られたエマルジョン
の密度及び単一のエマルジョン製剤について行った予備
圧縮試験の結果を表１に示す。

【００４２】表１：エマルジョン処方

【００４３】表１から、低強度微小球を高い水準で含有
する組成物B、C及びEは、微小球をより典型的な水準で
含有する組成物A及びDより、予備圧縮による感度低下に
対する抵抗性が大きいことが判る。従って、改善された
予備圧縮抵抗性を提供するために低強度微小球を高い水
準で使用し得ることが示されている。

【００４４】更に、非−エマルジョン、高性能NG（ニト
ログリセリン）系爆薬を使用して得られる試験結果と比
較した場合、実施例“E”で調製したエマルジョンは、N
G系爆薬について得られる８cmの予備圧縮抵抗値と同等
の予備圧縮抵抗値を有していることも判る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カシイ ジエイ．マツクジンレイ アメリカ合衆国 ペンシルバニア 18218. コールデール．イースト リツヂ ストリ ート 24

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エマルジョン爆薬マトリックスと少なく
   とも４重量％の低強度微小球とからなるかつ0.95g/cc以
   下の密度を有するエマルジョン爆薬であって、上記微小
   球は400psi以下の圧縮強度を有する微小球から本質的に
   なることを特徴とするエマルジョン爆薬。
2. 【請求項２】 低強度微小球は100〜400psiの圧縮強度
   を有する請求項１に記載のエマルジョン爆薬。
3. 【請求項３】 85〜96重量％のエマルジョン爆薬マトリ
   ックスと４〜15重量％の低強度微小球とからなる請求項
   １に記載のエマルジョン爆薬。
4. 【請求項４】 92〜94重量％のエマルジョン爆薬マトリ
   ックスと６〜８重量％の低強度微小球とからなる請求項
   ３に記載のエマルジョン爆薬。
5. 【請求項５】 0.90g/cc以下の密度を有する請求項４に
   記載のエマルジョン爆薬。
6. 【請求項６】 15cm以下の予備圧縮抵抗値を有する請求
   項１に記載のエマルジョン爆薬。
7. 【請求項７】 10cm以下の予備圧縮抵抗値を有する請求
   項１に記載のエマルジョン爆薬。