NO129848B - - Google Patents

Description

Sprengstoff inneholdende guargummiderivater.

Foreliggende oppfinnelse angår et sprengstoff inneholdende et guargummiderivat, bestående av en guargummi hvis molekylvekt før tilsetningen til nevnte sprengstoff er redusert.

Fra US-patent nr. 3.617.401 er det kjent sprengstoffer inneholdende dekomponerbart hydrogenperoksyd og guargummi som fortykningsmiddel samt boraks som kryssbindende middel. I motsetning til at de andre guargummiholdige eksplosivsammensetninger, .slik som f.eks. i ovennevnte US-patent, kan foregå i en in situ oksydasjon av den hydratiserte guargummi ved hjelp av hydrogenperoksyd og/eller et annet oksydasjonsmiddel, er det en forutsetning ifølge oppfinnelsen at guargummiderivåtet har en relativt lav molekylvekt eller en kortere kjedelengde oppnådd f.eks. ved oksydasjon før tilsetningen av eksplosivsammensetningen.

Guargummi har i mange år kommersielt vært benyttet i forskjellige eksplosivsammensetninger. Evnen til guargummi til to-talt å hydratisere i de fleste konsentrerte saltoppløsninger har oppmuntret til bruk av guargummi i eksplosivsammensetninger av typen vandige oppslemmings-sprengmidler, som benytter uorganiske, oksyderende salter, slik som ammoniumnitrat (AN). Ved slike anvendelser ifølge teknikkens stand brukes guargummi som fortykningsmiddel for å øke viskositeten i de flytende bestanddeler av sammensetningen til den grad at faste partikler som er tilstede, er suspendert eller dispergert og ikke tillater utskilling eller avsetting. I mange tilfelle må det imidlertid unngås økning i viskositeten i eh slik grad at pumping av bestanddelene blir upraktisk, da pumping vanligvis benyttes enten for å anbringe slike sammensetninger i.borehull eller ved pakning av sammensetningene.

Ved mange anvendelser underkastes eksplosivsammensetninger som inneholder et guargummifortykningsmiddel et kryssbindende middel for å bevirke en kryssbinding i sammensetningen. Som vel kjent i teknikkens stand, kan et boration f.eks. benyttes for å kryssbinde guargummi som inneholder eksplosivsammensetninger. For-delene ved en godt kryssbundet sammensetning er selvfølgelig primært dennes forbedrede integritet eller stabilitet..Vanligvis er kryssbundede vandige oppslemmingssprengmidler mer motstandsdyktige over-for forringende omgivelsespåvirkning, slik som utlutning forårsaket av vann i borehullet. Videre understøtter også en virksom kryssbinding forhindring av.dannelse av gassbobler som vanligvis er tilstede i beluftede eller på andre måter gassbehandlede eksplosivsammensetninger. I disse sistnevnte sammensetninger understøtter gassboblene sensitivisering av sammensetningen ved å senke tettheten og ved å frembringe "varme steder" eller reaksjonssteder ved kompre-sjon på grunn av detonasjonsbølgen. Jo mindre og jo mer jevnt dispergert disse bobler er, jo mer følsom er sammensetninge, slik at sammenvoksing av bobler selvfølgelig må unngås og kryssbinding benyttes også til dette. God kryssbinding omfatter at den endelige kryssbinding som oppnås, skal være av tilfredsstillende styrke. Vanligvis er det ønskelig å oppnå en så sterk som mulig endelig kryssbinding. Som imidlertid vel kjent i teknikkens stand, er den endelige kryssbindings styrke av guargummi som inneholder sammensetninger begrenset som et resultat av de meget begrensede mengder guargummi som kan tilsettes uten ugunstig ..øke viskositeten i sammensetningene til det punkt hvor de ikke lenger er pumpbare.

Slik som nevnt ovenfor, må det passes på ved fremstilling av eksplosivsammensetninger at det benyttes en kryssbindbar guargummi for å sikre at den ønskede viskositet opprettholdes, men ikke overskrides i den grad at pumping vanskeliggjøres. I dette henseende medfører sammensetninger som inneholder vesentlige mengder kalsiumioner spesielle problemer.

Kalsiumnitrit (KN) har i den senere tid fått betydelig bruk i spesielle vandige sprengmidler.

Der KN-holdige sammensetninger er av interesse, har foreliggende oppfinnelse spesiell brukbarhet eller fordel.

Ved formuleringen av vandige sprengmidler er det van-

lig å benytte en eller flere vandige oppløsninger av uorganiske oksyderende salter. F.eks. er An-NN (natriumnitrat)-P^O oppløsninger lenge benyttet i teknikkens stand. I den senere tid er KN-holdige oppløsninger slik som KN-An-NN-f^O oppløsninger benyttet til fremstilling av eksplosivsammensetninger med gode egenskaper. Imidlertid er oksyderende oppløsninger som inneholder KN betraktelig vanskeligere å fortykke enn de som kun inneholder monovalente kationer. Grunnen til dette er at det divalente kalsiumkation har egenskapen

å kryssbinde guargummien som vanli-vis benyttes som fortykningsmiddel^ hvis således guargummi tilføres til oppløsningen vil de solvatiserte kalsiumioner eller komplekse kalsiumioner kryssbinde gummien og derved blokkere tilgangen på vannmolekyler (eller andre ioner) som ellers kunne bringe guargummien til hydratisering og svelling. Imidlertid er slik kalsium-kryssbinding vandrende (i pH området det vanligvis gjelder, dvs. pH området fra omkring 3

til omkring 6) og således inntrer hydratiseringen av guargummien med tiden, men meget langsomt og avhengig av slike faktorer som pH-verdi, temperatur osv. Selv under betingelser som bidrar til

hydratisering, er det en meget langsom prosess sammenlignet, med hydratiseringen av guargummi under de samme betingelser, men i en An-NN-I^O oppløsning.

Når guargummien til slutt er helt hydratisert i en KN-oppløsning har den i tillegg tilstrekkelig kalsium-kryssbinding til å gjøre oppløsningen (eller suspensjonen) betydelig mer viskøs (og klebrig) enn det ellers ville være tilfelle ved fravær av KN: Den overdrevne viskositet i slike oppløsninger forhindrer bruk av nok guargummi i oppløsningen til å oppnå egnet opprinnelig og endelig styrke og stabilitet i eksplosivsammensetningen når den er ferdig kryssbundet. Således er det åpenbart at det hittil har eksistert et problem ved formulering av egnede fortykkede og kryssbundede kalsiumholdige vandige sprengmidler ved bruk av guargummi.

Det er nå oppdaget at et guargummiderivat som beskrives nedenfor med hell kan benyttes som et kryssbindbart fortykningsmiddel i eksplosivsammensetninger. Kort sagt er oppfinnelsen delvis basert på oppdagelsen at det med et slikt guargummiderivat er mulig å oppnå en .endelig kryssbinding overlegen den som vanligvis oppnås med guargummi. Oppfinnelsen vedrører altså sprengstoff eventuelt i form av vandig oppslemming inneholdende et kryssbindbart fortykningsmiddel, idet sprengstoffet er karakterisert ved at fortykningsmidlet er et guargummiderivat dannet av guargummi hvis molekylvekt før tilsetningen til nevnte sprengstoff er redusert til mellom 50.000 og 150.000, fortrinnsvis omkring 115.000. I en foretrukket utførelses-form av oppfinnelsen benyttes guargummiderivatet i vandige sprengmidler som inneholder vesentlige mengder KN.

Som vel kjent i teknikkens stand er guargummi, kjemisk klassifisert som galaktomannan, et hydrokarbonpolymer eller poly-sakkarid med høy molekylvekt, bestående av mange manose- og galaktoseenheter. Guargummimolekylet er i det vesentlige et rett-kjedet mannan som er forgrenet i heller regelmessige intervaller med enkeltstående galaktoseenheter på avvekslende manoseenheter. Mannoseenhetene er bundet til hverandre ved hjelp av 3-(1,4)-gykosidiske bindinger. Galaktoseforgreningen består av en a-(1,6)-binding. Molekylvekten av guargummi er omkring 220.000.

Guargummiderivatet som benyttes i foreliggende oppfinnelse fremstilles ved oksydering av guargummi, noe som reduserer kjedelengden av guargummimolekylet, og samtidig reduseres molekylvekten.

I oksydasjonsprosessen som kan være en kjemisk oksydasjon eller

en enzymatisk oksydasjon, er det antatt at COOH og/eller CHO grupper.dannes på de steder hvor kjeden spaltes. Selv om arten eller typen funksjonell gruppe som dannes kan ha en viss virkning på viskositeten og/eller kryssbindings egenskapene, er en slik virkning ikke antatt å være en prinsipiell viktighet hva angår foreliggende oppfinnelse. Det som er av primær viktighet ved oksy-das jonsprosessen er at den resulterer i en' kortere kjedelengde og således også et guargummiderivat med lavere molekylvekt. Sammenlignet med guargummi har guargummiderivatet en vesentlig kortere kjedelengde; og en betydelig større mengde av derivatet kan brukes uten ugunstig.å øke viskositeten. Videre er det oppdaget at de endelige kryssbindingsegenskaper i en guargummiholdig sammensetning primært er enfunksjon av den mengde guargummi eller derivat som er tilstede, og ikke av kjedelengden. På grunn av den reduserte kjedelengde i derivatet kan det således f.eks. være mulig å bruke så mye som fire ganger mere av derivatet for å oppnå en sammensetning med en viskositet (ved pumpingen) som kan sammenlignes med en sammensetning som er fortykket med guargummi, men den endelige kryssbindingsstyrke i den førstnevnte sammensetning er langt bedre enn den i den sistnevnte.

Guargummiderivatet vil ha en molekylvekt som er vesentlig lavere enn den molekylvekt som er vanlig for guargummi, dvs. 220.000. Vanligvis vil guargummiderivatet ha en molekylvekt i området omkring 50.000 til omkring 150.000. Et foretrukket guargummiderivat har en molekylvekt på omkring 115.000. Guargummiderivatet er kommersielt oppnåelige fra forskjellige firmaer under beteg-nelsene "J-808" og "44-24" samt under betegnelsen "1102".

Foreliggende oppfinnelse vil forstås bedre under hen-visning til de følgende illustrerende eksempler. I eksemplene er, hvis ikke annet er nevnt, alle henvisninger til mengder eller prosentandeler på vektbasis.

Eksempel 1.

I dette eksempel ble molekylvektene i tre guargummiderivater som var egnet til bruk i foreliggende oppfinnelse bestemt, og disse ble sammenlignet med en kommersielt oppnåelig guargummi.

De tre derivatene var alle fremstilt ved kjemisk oksydasjon av guargummi. Bestemmelsene ble foretatt ved bruk av vandige oppløs-ninger som holdt 37°C og en "Hewlett-Packard Model 502 Membrane Osmo-meter", med et "B-19" membran. Resultatene er angitt nedenfor:

Eksempel 2.

I dette eksempel ble det foretatt forsøk for å sammen-ligne guargummi og guargummiderivat (A). I dette forsøk ble KN-holdige oksyderende oppløsninger som inneholdt 2 5 deler AN, 20 deler KN, 3 deler NN og 3 deler f^O fortykket med enten guargummi eller guargummiderivat (A). De 20 delene KN betyr 20 deler kommersielt oppnåelig kalsiumnitrat, dvs. en kommersiell kvalitet av KN som består av omkring 80% kalsiumnitrat, omkring 15% vann (som krystalliseringsvann) og omkring 5% ammoniumnitrat.

På grunn av den lavere molekylvekt av guargummiderivatet (molekylvekt lik 114.400), var fire ganger mer (dvs. 0,4 deler sammenlignet med 0,1 del) av dette nødvendig for å oppnå en oppløsnings-viskositet som tilsvarte den viskositet som ble oppnådd med guargummi (molekylvekt lik 218.300).

Resultatene av slike forsøk viste at guargummiderivatet hadde en raskere hydratiseringstid (omkring 30 min. mot omkring 2 timer for guargummi). I tillegg var oppløsningen som var fortykket med guargummiderivatet ikke klebrig og viste heller ikke på annen måte'noen kalsiumione forårsaket kryssbinding. I motsetning tii dette var oppløsningen som var fortykket med guargummi klebrig og viste betydelig kalsiumkryssbinding.

Eksempel 3.

I dette eksempel ble to vandige sprengmidler eller sammensetninger fremstilt ved bruk av de fortykkede oksyderende oppløs-ninger fra eksempel 2, og kryssbindingsegenskapene av de resulterende to sammensetninger ble undersøkt og sammenlignet. I disse forsøk ble omkring 70 deler av hver av de to forskjellige fortykkede oksyderende oppløsninger fra eksempel 2 benyttet separert, med omkring 20 deler tørr An, 7,5 deler brenselsolje og omkring 0,15 deler av et kryssbindingsmiddel (bestående av 3 deler vann og 1 del

Na2Cr207.2H2<0>).

Den resulterende sammensetning som inneholdt guargummien var etter omkring 18 timer fremdeles grøtaktig og myk; mens den resulterende sammensetning fremstilt av guargummiderivatet var meget fastere og ble anslått å være omkring fire ganger mer vann-motstandsdyktig. Når et gassdannende middel, slik som natrium-nitrit ble innarbeidet i slike sammensetninger, var den resulterende boblestruktur i den guargummiderivatholdige "sammensetning overlegen den i den guargummiholdige sammensetning, idet den førstnevnte sammensetning viste finere og flere bobler enn den sistnevnte sammensetning.

Eksempel H.

I dette eksempel ble en eksplosivsammensetning ifølge oppfinnelsen og med følgende sammensetning fremstilt og detonert med hell.

Sammensetning. Bestanddeler (vektprosent).

Innholdet i oppløsningen:

Egenskaper:

Eksempel 5.

I dette eksempel ble det fremstilt en eksplosivsammensetning ifølge oppfinnelsen.

Sammensetning ( vektprosent).

Sammensetningen i eksempel 5 kan pakkes og benyttes

ved sprengningsoperasjoner i hull med små diametre, f.eks. som er-statning for dynamitt. Ved slike anvendelser kan sammensetningen pakkes i rørformede polyetylenbeholdere som har diametre i området 22,2 mm til omkring 50,8 mm. Begge endene av slike rørformede be-holdere lukkes deretter og festes f.eks. med heftklammer. Den på denne måte pakkede eksplosive sammensetning kan deretter lades til sprengningsstedet, som ofte er et langt, horisontalt under-jordisk borehull. Ved slike underjordiske anvendelser er det vanlig å regne med forhøyede temperaturer i området på f.eks. 30-40°C. Sammensetningen ifølge oppfinnelsen gir en spesiell fordel ved slike anvendelser, da den forblir fast, selv ved slike for-høyede temperaturer. I motsetning til dette viser sammensetninger ifølge teknikkens stand, nødvendigvis inneholdende mindre mengder guargummi (i stedet for guargummiderivat) vanligvis underlegne egenskaper ved slike forhøyede temperaturer. I stedet for å forbli fast, blir sammensetninger ifølge teknikkens stand løse eller ut-flytende, og det er således vanskeligere å lade riktig.

Slik det fremgår av de ovenfor angitte eksempler, gir guargummiderivater som benyttes ifølge oppfinnelsen flere fordeler i forhold til teknikkens stand med henblikk på fremstilling av eksplosivsammensetninger som benytter et kryssbindbart guargummifortykningsmiddel. Selv om oppfinnelsen har spesiell fordel når den benyttes med KN-holdige sammensetninger, er brukbarheten ikke begrenset til disse, men er i stedet samtidig anvendbar ved formulering av enhver eksplosivsammensetning hvor et kryssbindbart guargummifortykningsmiddel hittil er brukt. Selv om oppfinnelsen heri er eksemplifisert ved bruk av et kromationkryssbindingsmiddel, kan lignende tilfredsstillende resultater oppnås når kryssbindings-midlet er av annen type, slik som titanion, jern-III-ion, aluminium-ion,bbration, o.l.

De relative mengder av bestanddelene som er benyttet i eksplosivsammensetningene ifølge oppfinnelsen, vil selvfølgelig av-henge av forskjellige faktorer, slik som den' ønskede styrke i eksplosivet, følsomheten, kryssbindingsgraden, o.l., og fagmannen vil uten tvil ved rutineforsøk være istand til å oppnå de ønskede optimale virkninger. Guargummi er hittil benyttet i små mengder på mindre enn 1%, vanligvis mindre enn omkring 0,5%, f.eks. 0,2%.

Slik som nevnt ovenfor, kan større mengder (med samme viskositet)

av guargummiderivatet benyttes på grunn av den relativt lave molekylvekt; og som et resultat av dette kan overlegne kryssbindingsegenskaper oppnås. Vanligvis kan slike egenskaper oppnås ved bruk av mindre enn omkring 1 vektprosent guargummiderivat.

Eksplosivsammensetningene ifølge oppfinnelsen gassbe-handles helst ved innarbeidning av små gassbobler til en massetett-hetsverdi som er mindre enn den teoretisk maksimale tetthet, for derved å øke sammensetningens følsomhet. Gassbehandlingsteknikker er vel kjent i teknikkens stand, og en hvilken som helst slik teknikk kan benyttes for å oppnå en massetetthet under bruksbetingelser på omkring 1 g/cm 3 eller mindre og opptil 1,3 g/cm 3, helst omkring 1,2 g/cm 3, uansett sammensetningens tilstand.

Mens eksplosivsammensetningene ifølge oppfinnelsen

hvis ønskelig kan benyttes, dvs. detoneres, umiddelbart etter at de er anbragt i et borehull, forblir de også stabile, og kan således detoneres selv etter at det er kommet vann i borehullet og/eller etter at de har ligget i borehullet i flere dager.

I tillegg til at de kan benyttes upakket, f.eks. i borehyllsprengninger med hull av større diameter, kan sammensetningene også pakkes i enhver egnet beholder, f.eks. plastposer eller papprør, og deretter detoneres i enten vertikale eller hori-sontale borehull eller på ethvert annet ønskelig sted.

Claims (1)

1. Sprengstoff, -eventuelt i form av vandig oppslemming, inneholdende et kryssbindbart fortykningsmiddel, karakterisert ved at fortykningsmidlet er et guargummiderivat dannet av guargummi, hvis molekylvekt før tilsetningen til nevnte sprengstoff er redusert til mellom 50,000 og 150.000, fortrinnsvis omkrine 115.000.