NO148369B

NO148369B - Harpiksbundet, vannholdig sprengstoff og fremgangsmaate ved dets fremstilling

Info

Publication number: NO148369B
Application number: NO812223A
Authority: NO
Inventors: Cyril James Breza; William Edward Schaefer
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1981-06-29
Publication date: 1983-06-20
Also published as: ES503501A0; EP0043235A3; ATE14716T1; NO812223L; US4343663A; EP0043235B1; KR850000290B1; MA19164A1; EP0043235A2; BR8104036A; ES8301858A1; NO148369C; PL231941A1; JPS5747792A; ZM5381A1; CA1169255A; IN154470B; ZA814390B; GR75707B; DE3171695D1

Description

Denne oppfinnelse angår vannholdige sprengstoffer som inneholder en vandig oppløsning av minst ett salt av en uorganisk, oxyderende syre som dispergert fase i en kontinuerlig fase bestående av et organisk brensel, og en fremgangsmåte ved fremstilling av slike sprengstoffer.

Vannholdige sprengstoffer i form av halvfaste, kolloi-dale dispersjoner er tilgjengelige i filmomhyllede patroner eller poser og likeledes i løs vekt for helling eller pumping inn i borehull. I vanngeltypen eller oppslemningstypen av vannholdige sprengstoffer er et fast eller flytende brensel dispergert eller oppløst i en kontinuerlig, fortykket eller gelert vandig oppløsning av et uorganisk oxyderende salt. I vann-i-olje-emulsjonstypen utgjør en vandig oppløsning av et uorganisk oxyderende salt en diskontinuerlig fase dispergert i en kontinuerlig fase bestående av et carbonholdig brensel eller en olje.

I US patentskrift nr. 3 447 978 beskrives emulsjonssprengstoffer i hvilke den kontinuerlige fase er en carbonholdig brenselkomponent som danner en emulsjon av vann-i-ol je-typen med en komponent bestående av en vandig ammonium-nitratoppløsning, når et emulgeringsmiddel for vann-i-olje-typen er tilstede, og som har en gassokklusjonstemperatur på 21 - 88°C. Fastheten av Bluhm's emulsjonssystem sies å variere med den fysiske konsistens av det anvendte carbonholdige brensel, idet det kreves at sistnevnte er tilstrekkelig tykt til å hindre at en sensitiveringskomponent bestående av en okkludert gass agglomereres og fortrenges fra emul-

sjonen ved omgivelsenes temperatur, men likevel er tilstrekkelig flytende ved fremstillingstemperaturen til å muliggjøre dannelse av emulsjonen. Bluhm's carbonholdige brenselkomponent må ha evnen til å tilfredsstille dette krav til konsistens ved varierende temperatur.

Bluhm's brenselkomponent blir tynnere ved oppvarmning

og tykkere ved avkjøling. Etter at denne brenselkomponent er blitt fortynnet til en væske ved oppvarmning og emulsjonen er blitt dannet, oppnåes den fortykkede konsistens som emulsjonen må ha for å holde på gass, ved avkjøling. Dersom en utilstrekkelig mengde gass er blitt okkludert, oppvarmes emulsjonen på ny (og fortynnes) for innføring av ytterligere

mengder gass, og den sluttelige fortykkede konsistens oppnåes gjennom avkjøling. I henhold til Bluhm oppnåes dette temperaturavhengige konsistensdifferensiale ved anvendelse av en carbonholdig brenselkomponent bestående utelukkende av voks eller av voks og olje, av voks og et polymermateriale eller voks og en polymermodifisert olje. Skjønt emulsjonen kan ha form av en deformerbar pasta eller et deformerbart faststoff ved lagringstemperaturer, hvis konsistens varierer fra meget myk konsistens til fast konsistens avhengig spesielt av den fysiske konsistens av det anvendte carbonholdige brensel, har graden av mykhet eller fasthet av de tidligere kjente vann-i-olje-emulsjonssprengstoffer vært temperaturavhengige og følgelig variert med endringer i omgivelses-betingelsene.

Skjønt filminnpakkede vannholdige sprengstoffer er lette å håndtere og anbringe i borehull, er det under visse omstendigheter nødvendig at vannholdige sprengstoffladninger i seg selv er selvbærende og fortrinnsvis stive,dvs. hovedsakelig ikke-deformerbare eller ikke-sammensynkbare når de, uten noen fast hylster og sogar under utsettelse for for-høyede temperaturer stables på et lager eller i en søyle som anbringes i et borehull eller fylles i et borehull av uregel-messig form. En slik stivhet er særlig viktig f.eks. i tennladninger for sprengstoffer. Tennladninger er meget høy-energetiske, vanligvis kompakte eksplosiver som anvendes for å initiere detoneringen av tilstøtende sprengstoffer i borehull, som ikke er følsomme for fenghetter, f.eks. en detonerbar blanding av ammoniumnitrat og brenselolje. En type tennladning som er mye brukt, er en innpakket, sylindrisk lad-ning av støpbart sprengstoff som veier 0,45 kg eller mindre, og som er beregnet på å skulle detoneres med detonerende lunte eller en fenghette. Tennladninger av så liten størrelse må oppvise stivhet for å sikre tilfredsstillende ydelse. Fortrinnsvis er stivheten tilstede i selve sprengstoffladningen, slik at det ikke er nødvendig med noe stivt hylster. Hittil har vannholdige sprengstoffer som er blitt benyttet i tenn-ladni-ngpatroner, vært ikke-selvbærende og ikke-stive. I US patentsøknad nr. 27 882 av 6. april 1979 beskrives en tenn-

ladningpatron av denne type.

Selv når sprengstoffet ikke skal anvendes som tennladning, er det ønskelig at sprengstoffet er selvbærende eller stivt og ikke er termoplastisk, av hensyn til produkt-stabiliteten under lagring og under anvendelse, da sprengstoffet kan bli påvirket av slike variable som temperatur, trykk og fuktighet.

Ved hjelp av oppfinnelsen tilveiebringes der nu et selvbærende, vannholdig sprengstoff omfattende: (a) en masse av tverrbundet organisk harpiks, f.eks. reaksjonsproduktet av en umettet, polymeriserbar polyesterharpiks, en monomer, polymeriserbar ethylenisk forbindelse og en tverrbindingskatalysator, som danner en kontinuerlig grunnmasse, (b) en vandig oppløsning av minst ett salt av en uorganisk, oxyderende syre som danner en diskontinuerlig fase dispergert i og innkapslet av den kontinuerlige grunnmasse, hvilket salt er avledet av salpetersyre eller perklorsyre og en base valgt blant ammoniakk, aminer og alkalimetall-og jordalkalimetallhydroxyder, idet foretrukne salter er ammoniumnitrat, natriumnitrat og monomethylaminnitrat, og (c) et sensitiviseringsmiddel som er dispergert i grunnmassen og/eller den vandige oppløsning, og som har evne til å frembringe detonerbarhet eller forbedre detonerbarheten av den oppløsning-holdige harpiksgrunnmasse.

I en utførelse av oppfinnelsen er sprengstoffet et tennladningssprengstoff, mens minst en del av sensitiviseringsmidlet er et fast, høyeksplosivt sprengstoff, f.eks. pentaerythritoltetranitrat (PETN), som er dispergert i grunnmassen og/eller den vandige oppløsning.

I en alternativ utførelse er sprengstoffet tilpasset for dannelse av en hovedladning, f.eks. en sprengladning eller en seismisk ladning, i hvilket tilfelle sensitiviseringsmidlet kan være totalt ueksplosivt, f.eks. en dispersjon av gassbobler eller tomrom eller, i det minste delvis, et dispergert, fast høyeksplosivt sprengstoff.

En foretrukken tennladning ifølge oppfinnelsen omfatter: (a) en fortrinnsvis sylindrisk masse av tverrbundet organisk harpiks som danner en kontinuerlig grunnmasse, (b) en vandig oppløsning av minst ett salt av en uorganisk, oxyderende syre som danner en diskontinuerlig fase dispergert i og innkapslet av den kontinuerlige grunnmasse, hvilket salt er avledet av salpetersyre eller perklorsyre og en base valgt blant ammoniakk, aminer og alkalimetall- og jordalkalimetallhydroxyder, og

(c) et fast, høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel

valgt blant organiske nitratestere og nitraminer,- som er dispergert i grunnmassen og/eller den vandige oppløsning,

idet drivladningen er forsynt med minst én perforering for innføring av en initierende innretning, fortrinnsvis to perforeringer som er parallelle med lengdeaksen av en sylindrisk masse, idet den ene perforering strekker seg fra den ene ende av den sylindriske masse til den andre ende, og den andre perforering strekker seg helt eller bare delvis gjennom massen. Om ønskes, kan tennladningen ha et beskyttende belegg eller overtrekk, f.eks. et spiralviklet papirovertrekk.

Ved hjelp av oppfinnelsen tilveiebringes der likeledes en fremgangsmåte ved fremstilling av et harpiksbundet, vannholdig sprengstoff, ved hvilken man: (a) blander (1) en vandig oppløsning av minst ett salt av en uorganisk, oxyderende syre, hvilket salt er avledet av salpetersyre eller perklorsyre og en base valgt blant ammoniakk, aminer og alkalimetall- og jordalkalimetallhydroxyder, (2) en blanding av en flytende polymer og en med denne tverrbindbar monomer, f..eks. en umettet polymeriserbar polyesterharpiks og en monomerisk, polymeriserbar ethylenisk forbindelse, og (3) et emulgeringsmiddel, hvorved der dannes en emulsjon i hvilken den vandige saltoppløsning er en diskontinuerlig emulsjonsfase dispergert i en kontinuerlig emulsjonsfase som utgjøres av polymer-monomer-blandingen, (b) før, under og/eller etter dannelsen av emulsjonen innlemmer i denne et sensitiviseringsmiddel, f.eks. en dispergert gass og/eller et dispergert fast, høyeksplosivt sprengstoff, for å frembringe detonerbarhet eller forbedre detonerbarheten av emulsjonen, og (c) avstedkommer en tverrbindingsreaksjon i den kontinuerlige fase av den sensitiverte emulsjon, hvorved den vandige oppløsning og sensitiviseringsmidlet blir innkapslet av en

masse av tverrbundet organisk harpiks.

Den vedføyede tegning viser et lengdesnitt gjennom en foretrukken tennladning ifølge oppfinnelsen.

I det vannholdige sprengstoff ifølge oppfinnelsen

blir en vandig oppløsning av ett eller flere salter av visse uorganiske, oxyderende syrer - i form av separate celler - dispergert eller suspendert i og innkapslet av en selvbærende, kontinuerlg grunnmasse dannet av en masse av organisk harpiks som foreligger i varmherdet eller tverrbundet tilstand. Denne unike struktur og sammensetning vil best kunne forståes ut fra den følgende beskrivelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnel sen.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir en vandig blanding av ett eller flere salter av visse uorganiske, oxyderende syrer og en flytende, tverrbindbar (dvs. varmherdende) harpiksblanding, fortrinnsvis en blanding av en umettet, polymeriserbar polyesterharpiks og en monomerisk, polymeriserbar ethylenisk forbindelse, blandet sammen i nærvær av et emulgeringsmiddel for dannelse av en vann-i-olje-emulsjon i hvilken den vandige saltoppløsning er en diskontinuerlig emulsjonsfase og den flytende harpiksblanding er en kontinuerlig emulsjonsfase. Et sensitiviseringsmiddel innlemmes i emulsjonen, enten før, under eller etter dannelsen av denne, og tverrbindingen av komponentene av harpiks-blandingen i den sensitiverte emulsjon utføres så, hvoretter den kontinuerlige fase overføres til en masse av tverrbundet, dvs. varmherdet, harpiks. Den vandige saltoppløsning befinner seg nu innkapslet av den varmherdede harpiks, som danner en kontinuerlig grunnmasse rundt separate, findispergerte celler av oppløsningen. Som følge av den polymertverrbindingreaksjon som har funnet sted har grunnmassen en "fiksert" fasthet,

og sprengstoffet er således klart avgrenset fra sprengstoffer hvis fysiske konsistens er temperaturavhengig.

Sprengstoffproduktet ifølge oppfinnelsen kombinerer de velkjente fordelaktige trekk ved vannholdige sprengstoffer, såsom høy sikkerhet og lave fremstillingskostnader, og selvbærende sprengstoffer, såsom støpte eller plastbundne sprengstoffer, såsom motstandsdyktighet mot den form for deforma-sjoner som pastaer og geler er utsatt for, og fordelen ved ikke å behøve noen understøttende, formgivende innpakning. Den spesifikke sluttanvendelse av produktet vil avhenge av dets sprengkraft og følsomhet for initiering, og disse egenskaper avhenger i sin tur av slike faktorer som det eller de spesifikke salter som er tilstede i den vandige oppløsning og som eventuelt er dispergert som et fast stoff; mengden av saltet eller saltene som er tilstede, i forhold til mengden av vann og tverrbundet organisk harpiks som er tilstede; og mengden og typen(e) av tilstedeværende sensitiviseringsmiddel. For et produkt av en gitt størrelse under et gitt sett av omgivelsesbetingelser vil større sprengkraft og større føl-somhet for initiering gjøre seg gjeldende i blandinger som i det minste delvis er blitt sensitivert med et høyeksplosivt sprengstoff, fortrinnsvis et dispergert fast stoff, såsom PETN. Slike blandinger foretrekkes for mange produkter, f.eks. for tennladningssprengstoffer.

Den vandige oppløsning som utgjør den diskontinuerlige fase i det foreliggende sprengstoffprodukt, inneholder ett eller flere oppløste'salter avledet fra (a) salpetersyre eller perklorsyre og (b) ammoniakk, et amin eller et alkalimetall- eller jordalkalimetallhydroxyd. Ut fra kostnadshensyn foretrekkes salter av salpetersyre. I praksis vil ett eller flere av de uorganiske, oxyderende salter som vanligvis benyttes i vannholdige sprengstoffer, f.eks. ammoniumnitrat og -perklorat og alkalimetall- og jordalkalimetallnitrater og -perklorater, være tilstede. I tillegg til det oppløste uorganiske, oxyderende salt kan et slikt salt også være tilstede i fast tilstand, dispergert i oppløsningen og/eller i harpiksgrunnmassen.

I stedet for det eller de ovennevnte oxyderende salter, men vanligvis i tillegg til dette eller disse, kan oppløs-ningen inneholde et oppløst saltsyresalt eller perklorsyre-salt avledet fra et amin. Et hvilket som helst aminnitrat eller aminperklorat som er tilstrekkelig oppløselig til å

gi en ønsket konsentrasjon, kan anvendes, deri innbefattet nitrater og perklorater av alifatiske aminer, fortrinnsvis lavere-alkyl-aminer (dvs. med 1-3 carbonatomer), såsom methylamin, ethylamin og ethylendiamin; alkanolaminer, såsom ethanolamin og propanolamin; aromatiske aminer, såsom anilin;

og heterocykliske aminer, såsom hexamethylentetramin. Ut fra hensynet til lettanskaffelighet og kostnader foretrekkes salt-syresalter av lavere-alkylaminer og alkanolaminer.

Når produktet ifølge oppfinnelsen skal anvendes som

et tennladningssprengstoff, foretrekkes det at et fast, høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel, såsom PETN eller RDX, dispergeres i den tverrbundne harpiksgrunnmasse og/eller i den vandige oppløsning. I slike tilfeller kreves der ikke uorganiske oxyderende salter av maksimalstyrke, dvs. ammoniumsalter, hverken i oppløsning eller som dispergerte faststoffer. Heller ikke kreves der aminsalter i den vandige oppløsning i slike tilfeller. Eksempelvis er, i et foretrukket tennladningssprengstoff ifølge oppfinnelsen, det eller de eneste oppløste salter som er tilstede i den vandige oppløs-ning, alkalimetallnitrater eller -perklorater, fortrinnsvis natriumnitrat. Dersom oppløselighetsgrensene ikke tillater en tilstrekkelig mengde av slike salter i utelukkende oppløst form, kan det faste salt dispergeres i harpiksgrunnmassen og/eller oppløsningen for å supplere det oppløste salt. Eksempelvis inneholder et foretrukket tennladningsspreng-stof f, som inneholder oppløst natriumnitrat og praktisk talt intet ammoniumnitrat, fast natriumnitrat i tillegg. En for-

del med natriumnitrat-tennladningssprengstoffet er den, at det er mindre tilbøyelig til å undergå en lekkasje- og over-flateavsetningprosess ved lengere tids lagring enn tennladnings-sprengstof f er som inneholder andre salter. Denne prosess kan imidlertid om nødvendig dempes ved hensiktsmessig belegging eller innpakking (se eksempel 3).

Et alternativ til det eksplosiv-sensitiverte tenn-ladningssprengstof f inneholdende bare natriumnitrat er et tennladningssprengstoff inneholdende oppløst ammoniumnitrat og eventuelt natriumnitrat, hvor det ene av saltene eller begge s alter eventuelt kan foreligge i fast form. Et aminsalt er ikke påkrevet, men kan innlemmes.

Enkelte produkter ifølge oppfinnelsen krever ikke noe fast, høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel. Eksempelvis er selvbærende sprengstoffprodukter som inneholder ammoniumnitrat og/eller et aminnitrat i vandig oppløsning, og fortrinnsvis minimale mengder tverrbundet harpiks, i stand til å detoneres med høy hastighet når de sensitiveres med dispergerte gassbobler eller hulrom. Slike produkter kan være nyttige som sprengningseksplosiver, seismiske eksplosiver eller sogar som tennladningseksplosiver for visse typer sprengningsmidler.

Som tidligere omtalt vil det eller de spesifikke

salter som velges for å være tilstede i den vandige oppløsning og som eventuelt er dispergert som et faststoff; mengden av nevnte salt(er) som anvendes i forhold til mengden av vann og tverrbundet harpiks; og mengden og typen(e) av sensitiviseringsmiddel som anvendes, avhenge av den påtenkte sluttanvendelse av produktet, nærmere bestemt av sprengningsstyrken og føl-somheten, overfor initiering som kreves.

Uansett sluttanvendelse må mengden av tverrbundet organisk harpiks være i det minste tilstrekkelig til å gi produktet en fasthet og fortrinnsvis en stivhet i en slik grad at produktet blir selvbærende, dvs. bibeholder sin form når det i form av en sylinder av diameter 6,4 cm og lengde 10,2 cm tillates å stå oppreist uten sidestøtte ved 38°C i 24 timer. Fortrinnsvis er der tilstede tilstrekkelig mye harpiks til å gi produktet stivhet, som målt ved sammensynk-ningstesten beskrevet i eksempel 1. Jo mer harpiks som er tilstede, desto større er produktets stivhet. Selvbårenhet,

som ovenfor definert, krever vanligvis at minst ca. 4% av produktet utgjøres av tverrbundet harpiks. Å holde et så lavt harpiksinnhold som mulig er et viktigere hensyn når det gjelder produkter som ikke inneholder et fast, høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel. Slike produkters evne til å forplante en høyhastighetsdetonasjon og deres evne til å initieres av en initieringsinnretning av rimelig størrelse avhenger av at harpiksinnholdet holdes på et minimum, samtidig som der til-føres en tilstrekkelig mengde ueksplosivt sensitiviseringsmiddel. Den maksimale mengde harpiks som kan tolereres i disse produkter, avhenger av det eller de spesifikke salter som er tilstede, såvel som av mengden av disse, samt av mengden av vann og sensitiviseringsmiddel som er tilstede. For å mulig-gjøre det størst mulige spillerom med hensyn til mengden av harpiks i produkter som er sensitivert med ikke-eksplosiver, vil slike produkter fortrinnsvis inneholde en vandig saltopp-løsning av høyest mulig konsentrasjon (dvs. med minst mulig

vann); et vannoppløselig, høyeksplosivt aminsalt, f.eks. monomethylaminnitrat, alene i oppløsning eller fortrinnsvis sammen med ammoniumnitrat; og, om nødvendig, fast ammoniumnitrat. Natriumnitrat kan også være tilstede og kan sogar være det faste salt som forekommer i overveiende mengde, men i disse produkter vil ammoniumnitrat være det i oppløst tilstand i overveiende mengde forekommende uorganiske oxyderende salt. I produkter ifølge oppfinnelsen som inneholder et uorganisk oxyderende salt som en oxyderende komponent i kom-binasjon med harpiksgrunnmassen som utgjør en brenselkomponent, vil aminsaltet i den vandige oppløsning virke som et sensitiviseringsmiddel sammen med gassbobler eller hulrom som er dispergert i produktet.

For å oppnå større stivhet av de med ikke-eksplosiver sensitiverte produkter kan harpiksinnholdet økes til ca. 10%

av produktets vekt, men det foretrekkes å ikke øke dette innhold med mer enn ca. 8%.

Produkter inneholdende et sensitiviseringsmiddel som er et fast, høyeksplosivt sprengstoff, kan tåle større mengder harpiks, samtidig som de fortsatt vil oppvise tilfredsstillende ydelse som sprengstoff. I den hensikt å oppnå en mer utpreget stivhet vil derfor minst ca. 8%, og fortrinnsvis minst ca. 12%, harpiks være tilstede i disse produkter. Ingen fordel med hensyn til mekaniske egenskaper oppnåes ved å overskride 25% harpiks, og med tanke på å oppnå bedre sprengstoffegenskaper vil der fortrinnsvis ikke være tilstede mer enn ca. 20% harpiks.

Den tverrbundne organiske harpiks i det foreliggende produkt kan være en som er dannet ved reaksjon mellom en flytende polymer og en med denne tverrbindbar monomer, f.eks. reaksjonsproduktet av en umettet, polymeriserbar polyesterharpiks, en monomerisk, polymeriserbar ethylenforbindelse og en tverrbindingskatalysator. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir den vandige saltoppløsning og polymer-monomer-blandingen blandet sammen i nærvær av et emulgeringsmiddel for å danne en emulsjon i hvilken polymer-monomer-blandingen er emulsjonens kontinuerlige fase, og tverrbindingsreaksjonen utføres mellom polymeren og monomeren i den kontinuerlige fase, f.eks. ved tilsetning av en katalysator eller aktivator til emulsjonen. Et harpiks-blandmateriale som er anvendelig for fremstilling av det foreliggende produkt, og som består av ovennevnte polyesterharpiks og monomere ethylenforbindelse, en aktivator for en peroxydkatalysator og en polymerisasjons-inhibitor eller -stabilisator-for å gjøre materialet lagrings-dyktig er beskrevet i US patentskrift nr. 3 324 663, hvilket patentskrift innlemmes heri ved henvisning. Den polymeriserbare polyesterharpiks kan være det hovedsakelig lineære produkt av reaksjonen mellom en a,Ø-ethylenisk umettet polycar-boxylsyre, f.eks. maleinsyre eller fumarsyre, og en alifatisk polyol, f.eks. propylenglycol. En ikke-polymeriserbar di-basisk syre eller anhydrid, såsom .fthalsyreanhydrid', kan også innblandes. Det monomere, polymeriserbare ethyleniske tverrbindingsmiddel er vanligvis styren, men det kan også være vinyltoluen eller en annen forbindelse som inneholder gruppen Cf^^cT. Katalysator-aktivatoren er vanligvis en anilin-aktivator, f.eks. dimethyl-, diethyl- eller di-n-propylanilin og stabilisatoren en fenolforbindelse, f.eks. hydrokinon.

Særlig egnede for fremstilling av sprengstoffproduktet ifølge oppfinnelsen er flytende polyestermaterialer som er kjent som vannfyllbare polyesterharpikser, f.eks. et materiale som markedsføres under varemerket Polylite ® 32-180, Polyester Resin by Reichhold Chemicals, Inc., White Plains, New York. Denne harpiks inneholder polyesteren, monomeren og katalysator-aktivatoren. En inhibitor kan tilsettes på tids-punktet for anvendelsen, og tverrbindingsreaksjonen kan ut-føres ved tilsetning av en peroxydkatalysator. Om ønskes,

kan det flytende polyestermateriale som anvendes ved fremstillingen av emulsjonen, inneholde en peroxydkatalysator og ingen aktivator, i hvilket tilfelle tverrbindingsreaksjoner vil utføres ved tilsetning av aktivatoren til emulsjonen.

Katalysatoren kan være av den konvensjonelle peroxyd-type som også beskrives i US patentskrift nr. 3 324 663,

idet benzoylperoxyd og methylethylketonperoxyd er mest almin-nelig brukt. Ketonperoxydet anvendes hensiktsmessig i form av en kommersielt tilgjengelig i vann dispergerbar oppløsning. Også azo-katalysatorer kan anvendes.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blandes den vandige saltoppløsning og det flytende, tverrbindbare harpiks-materiale sammen i nærvær av et emulgeringsmiddel. Det kan anvendes forskjellige typer emulgeringsmidler, blant annet kationiske emulgeringsmidler, såsom fettsyreaminsalter eller ammoniumsalter med 14 - 22 carbonatomer i kjeden, ikke-ioniske emulgeringsmidler av typen sorbitanfettsyreestere, f.eks. sorbitanmonooleat og andre beskrevet i US patentskrift nr. 3 4 47 97 8; og anioniske emulgeringsmidler av typen salter av fettsyrer, f.eks. ammonium- eller alkalimetallsalter av mettede eller mono-, di- eller tri-umettede monocarboxylsyrer med 12 - 22 carbonatomer, såsom oljesyre, linoljesyre, linolen-syre, stearinsyre, isostearinsyre, palmitinsyre, myristin-syre, laurinsyre eller brassinsyre. Et foretrukket emulgeringsmiddel er et talloljeamid av tetraethylenpentamin. Mengden av emulgeringsmiddel som anvendes, må være tilstrekkelig stor til å gi den ønskede fine emulsjon, dvs. en emulsjon hvor den dispergerte fase har en midlere cellestørrelse på ca.

5 um, og hvor cellestørrelsen ikke er så stor at den fører til forringelse av produktets fasthet. Avhengig av typen av emulgeringsmiddel som benyttes og av den ønskede fasthet av sluttproduktet kan mengden av emulgeringsmiddel være så

liten som en fraksjon av 1%, og den er ikke større enn ca.

20%, av vekten av harpiksmaterialet (den flytende polymer-monomer-blanding).

De spesifikke mengder av det eller de saltsyre- eller perklorsyresalter og det eventuelt anvendte faste, høyeksplo-sive sensitiviseringsmiddel i produktet vil være de som er tilstrekkelige til å gjøre produktet tilstrekkelig følsomt for en valgt initieringsimpuls og til å detonere med tilstrekkelig styrke til å gi en tilfredsstillende ydelse ved den påtenkte anvendelse. Når et høyeksplosivtsensitivi-seringsmiddel er tilstede, såsom f.eks. i et tennladnings-sprengstof f, kan det tolereres mindre salt, f.eks. så lite som ca. 5%, og en mindre konsentrert saltoppløsning. Fra et kostnadssynspunkt er det imidlertid ønskelig å finne et balansepunkt mellom innholdet av sensitiviseringsmidlet og salt.

Anvendeligheten av et gitt produkt som et tennladningssprengstoff kan bedømmes på basis av dets ydelse ved blyblokk-sammenpressingstesten og ved forsøk hvor tennladningssprengstoffet prøves som sådant. Ved blyblokk-sammenpressings-testen måles graden av sammenpressing av en blyblokk ved detonering av en prøve av sprengstoffet anbragt på en stålplate plassert på toppen av blokken. Produkter av diameter 6,33 cm, som egner seg som tennladningssprengstoffer for sprengningsmidler i borehull, er vanligvis tilstrekkelig kraftige til å avstedkomme en sammentrykking av blyblokken på minst ca. 2,5 cm ved den ovennevnte test. Denne egenskap opp-vises av de sprengstoffer ifølge oppfinnelsen som inneholder minst ca. 10 vekt% av et dispergert, fast høyeksplosivt sprengstoff, og disse produkter kan derfor tjene som tenn-ladningssprengstof fer .

Den spesifikke mengde fast, høyeksplosivt sprengstoff som vil anvendes i et gitt tennladningssprengstoff for å initiere detoneringen av et gitt sprengningsmiddel, vil være den som er tilstrekkelig til å avstedkomme denne detonering ved den nødvendige hastighet. Ved bruk av små mengder fast høyekplosivt sprengstoff kan det være nødvendig med en intern mellomladning for å muliggjøre initiering av tennladnings-sprengstof f et ved hjelp av en konvensjonell detonerende lunte eller fenghette, eller det kan være nødvendig med en kraftigere lunte eller fenghette. I de fleste tilfeller vil der for oppnåelse av større følsomhet for direkte initiering med detonerende lunte eller fenghette eller større detonasjonshastighet i sprengningsmidlet som initieres av tennladningen, f.eks. anvendes minst ca. 25 vekt% fast sprengstoff i tennladningen. For å oppnå en valgt grad av ydelse kreves der en mindre mengde fast sprengstoff når konsentrasjonen av den vandige saltoppløsning er høy, når et vannoppløselig høyeksplosivt sprengstoff er tilstede i den vandige saltopp-løsning og/eller når vektforholdet mellom saltoppløsning og harpiks er høyt. Skjønt innholdet av fast, høyeksplosivt sprengstoff i tennladningssprengstoffet kan være så høyt som 85 vekt%, er der vanligvis ingen ydelsesgevinst å oppnå ved å øke innholdet av fast sprengstoff utover 70%, og større mengder er ikke å foretrekke, som følge av kostnadene og mulige vanskeligheter ved innlemming av større mengder faststoffer i emulsjonsmellomproduktet. Det foretrukne innhold av fast sprengstoff er således fra 25 til 70%, idet fra 30 til 60% foretrekkes spesielt.

I produkter som praktisk talt ikke inneholder noe fast, høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel er det viktig å innlemme en så stor mengde uorganisk oxyderende salt og fortrinnsvis vannoppløselig, eksplosivt aminsalt i oppløsning som mulig,

og fortrinnsvis å anvende tilleggsmengder av salt eller salter i fast form. En for stor mengde vann kan ha negativ innvirkning på sprengkraften, og av denne grunn bør vannmengden ikke overskride ca. 25% av produktets vekt. Minst ca. 5% vann benyttes for dannelse av emulsjonen, men vanligvis vil minst ca. 8% bli benyttet for å muliggjøre oppløsning av mer uorganisk oxyderende salt og eksplosivt aminsalt. I disse produkter er det ønskelig (a) å anvende en større prosentvis andel av mer oppløselige salter i vandig oppløsning, f.eks. mer ammoniumnitrat enn natriumnitrat, og (b) å anvende tilleggsmengder av fast salt eller faste salter for å muliggjøre bruk av en mindre mengde vann for et gitt saltinnhold. Mengden av uorganisk oxyderende salt vil vanligvis være i området fra 4 0 - 80%, beregnet på produktets totalvekt. Jo mer aminsalt som er tilstede, desto større styrke og følsomhet overfor initiering vil produktet ha. Vanligvis vil aminsaltet utgjøre minst ca. 5%, og fortrinnsvis fra 20 til 50% av produktets vekt.

Den oppløsning-holdige harpiksgrunnmasseifølge oppfinnelsen gjøres detonerbar eller lettere detonerbar ved til-stedeværelse av et sensitiviseringsmiddel i dispergert form. Før, under eller etter dannelsen av emulsjon av den vandige saltoppløsning som dispergeres i polymer-raonomer-blandingen tilsettes sensitiveringsmidlet, f.eks. gassbobler eller tomrom eller et fast høyeksplosivt sprengstoff, og det foretas, blanding, med det resultat at sensitiviseringsmidlet dispergeres i emulsjonen. Når deretter tverrbindingskatalysatoren eller aktivatoren tilsettes, og den tverrbindende polymerisasjon av polymeren finner sted, vil sensitiviseringsmidlet befinne seg dispergert i det resulterende selvbærende produkt, som vist på tegningen.

Hele mengden av sensitiviseringsmiddel eller en del av denne kan foreligge i form av dispergerte gassbobler eller hulrom. Når det er tilstede lite eller intet fast høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel, utgjør slike bobler eller hulrom minst ca. 5% av produktets volum. Gassbobler kan innlemmes i produktet ved direkte injeksjon av gass, såsom ved injeksjon av luft eller nitrogen, eller gassen kan innlemmes ved mekanisk omrøring og innslagning av luft. Innlemmelsen av gass kan også foretas ved tilsetning av partikkelformig materiale, såsom et luftbærende fast materiale, f.eks. fenol-formaldehyd- mikroballonger, glassmikroballonger, flyaske eller kiselglass eller ved generering av gass in situ ved spaltning av en kjemisk forbindelse. Evakuerte lukkede skall kan likeledes anvendes. Foretrukne innhold av gass- eller , hulvolumer er fra 5 til 35%. Mer enn ca. 50 volum% gassbobler eller hulrom er vanligvis uønsket, da dette kan føre til dårlig ydelse av sprengstoffet. Gassboblene eller hulrommene er fortrinnsvis ikke større enn ca. 300 pm. Glassmikroballonger kan utgjøre fra 0,5 til 2 0,0 vekt% av produktet, men, vanligvis benyttes opp til ca. 10,0%, fortrinnsvis opp til ca. 5,0%.

Foretrukne faste, høyeksplosive sensitiviseringsmidler for anvendelse i tennladningssprengstoffer ifølge oppfinnelsen er salpetersyreestere av alifatiske polyoler, såsom PETN

og mannitolhexanitrat, N-nitro-substituerte heterocykliske polyaminer såsom cyclotrimethylentrinitramin (RDX) og cyclo-tetramethylentetranitramin (HMX) og blandinger derav. Aromatiske nitroforbindelser er ikke å foretrekke, da disse virker som inhibitorer ved vinylpolymerisasjoner, og de bør ikke anvendes sammen med systemet bestående av umettet polyesterharpiks og vinylmonomer. Større følsomhet oppnåes med s uperfindelte sprengstoffer, f.eks. PETN eller RDX av typen fremstilt etter fremgangsmåten beskrevet i US patentskrift nr. 3 754 061, og som har en midlere partikkelstørrelse mindre enn 15 um, idet samtlige partikler er mindre enn 44 um, og det kan være ønskelig å anvende den superfindelte type, f.eks. for å oppnå følsomhet overfor initiering med detonerende lunte. Findelte metalliske brennstoffer, såsom aluminium og jern og legeringer av slike metaller, såscm aluminium-magnesium-legeringer, ferrosilicium og ferrofosfor, såvel som

blandinger av de ovennevnte metaller og legeringer, kan også anvendes. Faste bestanddeler, såsom faste uorganiske oxyderende salter, mikroballonger, faste eksplosive sensitiviseringsmidler og brensler innlemmes fortrinnsvis etter at emulsjonen er dannet. Gassbobler kan injiseres i eller ved slagvirkning innføres i de øvrige bestanddeler før, under eller etter dannelsen av emulsjonen.

For fremstilling av emulsjonen tilsettes den vandige saltoppløsning (væske) til polymer-monomer-blandingen under omrøring. Den spesifikke hastighet og varighet av omrøringen av væsken, polymer-monomer-blandingen og emulgeringsmidlet avhenger av den ønskede cellestørrelse i den vandige fase. Hurtigere og/eller lengre omrøring resulterer i mindre cellestørrelse, hvilket viser seg ved høyere viskositet. Den vandige fase vil vanligvis måtte oppvarmes for å opprettholde den flytende tilstand som kreves for emulsjonsdannelsen,

idet den spesifikke temperatur som anvendes, avhenger av det eller de anvendte salter og av deres konsentrasjon. Vanligvis vil en temperatur på minst ca. 43°C bli benyttet, og det foretrekkes en temperatur i området fra 71° til 80°C.

Etter at emulsjonen er blitt dannet og sensitiviseringsmidlet eller sensitiviseringsmidlene og andre bestanddeler er blitt tilsatt, tilsettes katalysatoren eller aktivatoren til den sensitiverte emulsjon for å avstedkomme tverrbindingen av den flytende polymer. På dette tidspunkt støpes emulsjonen i en ønsket form ved at den helles i en egnet be-holder, i hvilken emulsjonen blir selvbærende, og fortrinnsvis stiv, som et resultat av tverrbindingen eller herdningen av polymeren. Når produktene skal anvendes i hovedspreng-legemer eller i seismiske ladninger, kan emulsjonen helles i hylser, som beskrevet i eksempel 7. For tennladningspreng-stoffers vedkommende vil emulsjonen støpes i en form som resulterer i dannelse av minst én perforering i det størknede produkt for innføring av en fenghette eller en detonerende lunte. Et foretrukket produkt er det som er vist på tegningen, hvilket har en aksial tunnel, og, nær denne, et blindt hull, hvis anvendelse er omtalt i eksempel 1.

Tennladningssprengstoffer som er ufølsomme overfor initiering med "Primacord", kan tilpasses for initiering med "Primacord" ved at der benyttes en følsom, f.eks. en liten, rørformet mellomladning (4 på tegningen) som omgir lunte-tunnelen i det minste over en del av tennladningens lengde.

De følgende eksempler beskriver fremstillingen og bedømmelsen av de selvbærende, vannholdige sprengstoffprodukter ifølge oppfinnelsen.

I de sprengstoffsammensetninger som er gitt i eksemplene, kan fast salt (skjønt det ikke fremgår av sammensetningen) i praksis ha vært tilstede i sluttproduktet, til tross for at intet ble tilsatt under fremstillingen, som følge av ut-feining fra oppløsning ved avkjøling. Av samme grunn kan mengden av fast salt i sluttproduktet, i de tilfeller hvor fast salt ble tilsatt under fremstillingen, ha vært større (og mengden i oppløsning mindre) enn den viste mengde. I ethvert tilfelle var den totale mengde tilstedeværende salt lik den angitte totalmengde av oppløst salt og fast salt.

Eksempel 1

405 g natriumnitrat ble tilsatt til 405 g vann under omrøring, og blandingen ble oppvarmet til 73°C. Den vandige oppløsning ble tilsatt langsomt og under kraftig omrøring til 480 g av et flytende polyesterharpiksmateriale som føres i handelen som Polylite <®> 32-178, Polyester Resin av Reichhold Chemicals, Inc., White Plains, New York, hvilket det var

blitt tilsatt 48 g av et emulgeringsmiddel kjent som "Ez-Mul" og 2 g av en 10%-ig oppløsning av hydrokinon (en inhibitor)

i

i diethylenglycol. Polylite 32-178, som er kjent som en vannfyllbar polyesterharpiks og angis å være spesielt sammen-satt for fremstilling av vann-i-harpiks-emulsjoner, inneholder mer enn 50% umettet, polymeriserbar polyester, mindre enn 50% styrenmonomer og mindre enn 0,10% dimethylanilin (en aktivator for en tverrbindingskatalysator). "Ez-Mul" er et tallolje-

amid av tetraethylenpentamin og føres i handelen av Baroid Division av National Lead Company. Tilsetningen av nitratopp-løsningen til harpiksen tok 2 minutter, og i løpet av dette tidsrom ble der dannet en vann-i-olje-emulsjon. Emulsjonen ble omrørt i ytterligere 2 minutter. 4 00 g natriumnitrat som var blitt malt i en kulemølle og siktet gjennom en 35 mesh (Tyler) sikt ble innlemmet i emulsjonen ved 23°C under for-

siktig omrøring. 1200 g pentaerythritoltetranitrat (PETN),

som var fuktet med 63 g vann ved 2 3°C, ble innlemmet på samme måte, idet omrøringen ble utført med en spatel av tre. Det anvendte PETN var av en ikke-raffinert kvalitet erholdt ved nitrering av pentaerythritol, vaskning for å nøytralisere overflaten og tørring. Emulsjonens temperatur var da 30°C.

9 g av en oppløsning av et organisk peroxyd

("Superox 738") av 23°C ble så innlemmet i emulsjonen under omrøring med en spatel av tre. Denne katalysator for anvendelse ved herding av vannfyllbare polyesterharpikser ved romtempera-tur, er et produkt fra Reichhold Chemicals, Inc., Specialty Chemicals Division, White Plains,New York. Det er en klar, farveløs væske som inneholder methylethylketonperoxyd og hydrogenperoxyd i en i vann dispergerbar oppløsning. Etter tilsetningen av peroxydkatalysatoren ble den sensitiverte emulsjon støpt ved at den ble hellet i papprør på støpeformer beregnet for dannelse av tennladningssprengstoffet vist på

den vedføyede tegning.

På tegningen vises der ved henvisningstall 1 et sylindrisk, selvbærende tennladningssprengstoff med to perforeringer parallelle med lengdeaksen, idet perforering 2

er en tunnel som strekker seg i hele sylinderens lengde i sylinderens akse, og den andre perforering 3 er et hull som ender blindt. Rundt tunnel 2 er det anordnet en rørformet

m asse 4 av en gummilignende, ekstrudert blanding av PETN og

et elastomert bindemiddel. Den rørformede masse 4 er en liten mellomladning som anvendes sammen med enkelte av de harpiks-bundne, vannholdige sprengstoffer ifølge oppfinnelsen, når disse skal initieres av en detonerende lunte anordnet i tunnel 2. Den sylindriske masse 1 er dannet ved gelering og herdning av harpiksfasen i den ovenfor beskrevne sensitiverte emulsjon ved innvirkning av katalysatoren. På tegningen er 5 den tverrbundne organiske harpiks, som sees å danne en kontinuerlig grunnmasse rundt dråper 6 av en vandig oppløs-ning av et salt av en uorganisk, oxyderende syre. Også partikler av fast sensitiveringsmiddel er vist. Små gassbobler eller hulrom og/eller et fast salt av en uorganisk, oxyderende syre kan også være tilstede. Henvisningstall 7 angir papprøret i hvilket den sensitiverte emulsjon er støpt.

Denne tennladning ble fremstilt ved å anbringe et papprør av den ønskede diameter og lengde for størrelsen av det støpestykke som skulle fremstilles, på en knast langs kanten av en rund bunnplate av plast. Til bunnplaten var det festet to metallstifter av størrelse og plassering avpasset for dannelse av den aksiale tunnel 2 og det blinde hull 3.

Den rørformede mellomladning 4 ble anbragt på den aksiale stift. Den katalysatorholdige sensitiverte emulsjon ble støpt over denne montasje av rør, bunnplate og stifter.

I dette eksempel var det sylindriske støpestykke som ble fremstilt, av diameter 6,99 cm og lengde 8,89 cm, idet den aksiale tunnel 2 og det blinde hull 3 hadde diameter 7,9 4 mm og det blinde hull 3 hadde en lengde av 7,62 cm. Mellomladningen 4 var 3,81 cm lang, hadde en veggtykkelse på 0,2 5

cm og veiet 4,7 g. Den ble anbragt 2,54 cm fra hver ende av sylinder 1, og dens omkrets var tilstøtende til hull 3.

Støpestykkene fremstilt som ovenfor beskrevet gelerte

i løpet av 8 minutter, og de ble tatt ut av støpeformene uten deformasjon før det var gått ltime. Støpestykkene veiet 454 g og hadde en tetthet pa 1,42 g/cm 3. Beregnet på mengden av de tilsatte komponenter og totalmengden av disse var sammensetningen som følger:

Blysammentrykkingstesten

Anvendeligheten av de ovenfor beskrevne støpestykker som tennladninger ble vist ved deres evne til å sammentrykke en blyblokk når støpestykket, hvilendepå en 0,91 cm tykk stålplate på toppen av en 10,16 cm tykk sylindrisk blyblokk av diameter 6,35 cm, ble detonert med en elektrisk fenghette nr. 9 eller med "Primacord" (et produkt fra Ensign-Bickford Company, Simsbury, Connecticut) med en eksplosiv kjerneladning

siktig omrøring. 1200 g pentaerythritoltetranitrat (PETN),

9 g av en oppløsning av et organisk peroxyd

den vedføyede tegning.

er en tunnel som strekker seg i hele sylinderens lengde i sylinderens akse, og den andre perforering 3 er et hull som ender blindt. Rundt tunnel 2 er det anordnet en rørformet m asse 4 av en gummilignende, ekstrudert blanding av PETN og

Denne tennladning ble fremstilt ved å anbringe et papprør av den ønskede diameter og lengde for størrelsen av det støpestykke som skulle fremstilles, på en knast langs . kanten av en rund bunnplate av plast. Til bunnplaten var det festet to metallstifter av størrelse og plassering avpasset for dannelse av den aksiale tunnel 2 og det blinde hull 3.

Støpestykkene fremstilt som ovenfor beskrevet gelerte

i løpet av 8 minutter, og de ble tatt ut av støpeformene uten deformasjon før det var gått 1 time. Støpestykkene veiet 454 g og hadde en tetthet pa 1,4 2 g/cm 3. Beregnet på mengden av de tilsatte komponenter og totalmengden av disse var sammensetningen som følger:

Blysammentrykkingstesten

Anvendeligheten av de ovenfor beskrevne støpestykker som tennladninger ble vist ved deres evne til å sammentrykke en blyblokk når støpestykket, hvilende på en 0,91 cm tykk stålplate på toppen av en 10,16 cm tykk sylindrisk blyblokk av diameter 6,35 cm, ble detonert med en elektrisk fenghette nr. 9 eller med "Primacord" (et produkt fra Ensign-Bickford Company, Simsbury, Connecticut) med en eksplosiv kjerneladning på 10,6 3 g pr. meter. For initiering med fenghette ble fenghetten ført hele veien gjennom tunnelen 2 fra den øvre ende (den ende i hvilken bare tunnel 2 er åpen) av tennladningen (den ende i hvilken både tunnel 2 og hullet 3 er åpnet) og deretter innført i hull 3 (fenghetteåpningen) inntil den buttet mot bunnen av hull 3, hvorved fenghetten hindres i å dyttes tvers gjennom tennladningen. For initiering med lunte ble lunten innført i hele lengden av tunnel 3. Lunten ble initiert ved hjelp av en fenghette som var festet med limbånd til en lunteende som raget ut ca. 15 cm over tennladningens øvre ende.

For å simulere mulige betingelser ute på feltet ble

12 støpestykker, som var fremstilt som ovenfor beskrevet, holdt neddykket i vann i 16 timer ved 448 kPa og deretter underkastet blysamiuentrykkingstesten ved omgivelsenes trykk i vann. Resultatene var som følger:

Tester hvor ladningen benyttes som tennladning

De ovenfor beskrevne støpestykker ga god ydelse i våte hull av diameter 12,7 cm når de ble benyttet som tennladninger for diverse sprengningsmidler som ikke var følsomme for fenghetter, deri innbefattet ANFO (ammoniumnitrat-brenselolje)

av tetthet 0,95 - 1,05 g/cm 3, vanngeler og vann-i-olje-emulsjoner.

Sammensynkningstest

For å måle stivheten av sprengstoffproduktet ifølge oppfinnelsen ble det ovenfor beskrevne sprengstoffmateriale støpt til en 10,16 cm sylinder med diameter 6,35 cm. Støpestykket ble etter avrivning av dets spiralviklede papphylster anbragt i en løst omsluttende polyethylenpose, og det hele ble anbragt i en ovn av temperatur 82°C. Et 1600 g stållodd ble anbragt på toppen av støpestykket. Støpestykket viste ingen tegn til sammensynkning, hvilket ga seg til kjenne ved at dets lengde ikke var blitt redusert etter at støpestykket var blitt holdt under disse betingelser i 3 dager.

Eksempel 2

Det ble fremstilt støpestykker som beskrevet i eksempel 1, bortsett fra at størrelsen var mindre. I en serie hadde støpestykkene en diameter på 5,7 2 cm og en lengde på 9,5 3 cm, mens vekten var 354 g. Disse støpestykker ble undersøkt med hensyn til effektivitet ved anvendelse som tennladning for et emulsjonssprengstoff kjent under handelsnavnet Tovex ^E (et produkt fra E.I. du Pont de Nemours and Company, Wilming-ton, Delaware), som var pakket i 6,8 kg poser av diameter 10,16 cm og var anbragt i våt sand under en sandhaug ved 4°C. Støpestykkene, som var anbragt mot enden av posen, ble initiert med fenghetter av typen "SSS"Seismograph Electric Blasting Caps av styrke nr. 8. De relative lengder og plasse-ringer av fenghetter og mellomladning i støpestykkene var slik at fenghetten ikke kom i kontakt med mellomladningen.

Støpestykket initierte detonasjonen av sprengstoffet

i 10 av 10 tilfeller (midlere detonasjonshastighet 5747 m pr. sekund). Tilsvarende støpestykker fremstilt med 14% polyesterharpiks og 1,4% emulgeringsmiddel ga tilsvarende resul-

tater.

I en andre serie ble det samme sprengstoffmateriale støpt til 143 g tennladninger av diameter 3,81 cm og lengde 8,89 cm. Disse tennladninger inneholdt også 4,7 g mellom-ladninger (vist ved 4 på tegningen), og de ble initiert med en elektrisk fenghette nr. 8. De ble anbragt mot enden av en 40, 64 cm lang patron av Tovex ^ 600 av diameter 6,35 cm, et vanngel-sprengstoff fremstilt av E.I. du Pont de Nemours and Company. 4 initieringer av 4 resulterte i detonasjon ved -7°C. Dette resultat var sammenlignbart med de resul-tater som ble oppnådd med en Du Pont HDP-3 tennladning (en kommersiell "High Detonation Pressure" tennladning fremstilt av støpt pentolitt, av vekt 151 g).

Eksempel 3

Den samme emulsjon som den ifølge eksempel 1 ble fremstilt, bortsett fra at den 50%-ige vandige oppløsning av natriumnitrat ble erstattet med en 75%-ig vandig oppløs-ning av ammoniumnitrat (AN) og natriumnitrat (NN), hvor det prosentvise forhold AN/NN var 80:20. Tilsetningen av PETN og deretter av peroxydkatalysatoren til emulsjonen ble ut-ført som beskrevet i eksempel 1. I dette tilfelle ble tilsetningen av fast natriumnitrat utelatt.

Det ble fremstilt støpestykker som beskrevet i eksempel 1. Sammensetningen av disse var som følger:

Fotomikrografier av emulsjonen før tilsetningen av PETN og av katalysatoren bekreftet emulsjonsstrukturen og muliggjorde beregning av cellestørrelsen. Den vektmidlere median-cellediameter (d ) var 10,4 um, og den antalls-midlere median-cellediameter (d ) var 4,4 um. Forholdet

n

D /D var 2,3, hvilket viser polydispersiteten av celle-

w n

størrelsen.

En undersøkelse av støpestykkets innvendige morfologi ved hjelp av et avsøkende elektronmikroskop viste at grunnmassen var fylt med hva som syntes å være tallrike små kuleformede hulrom (av diameter mindre enn 10 pm), som viste at den opprinnelige emulsjonsstruktur av en vandig saltopp-løsning dispergert i et polymermateriale hadde overlevet støpingen og herdningen.

Da dette støpestykke ble underkastet temperatursyk-luser mellom 49°C (natten over) og ca. 16°C (på dagtid) i en uke, inntraff en svak fremvekst av krystaller på den øvre overflate. Dette antas å skyldes hygroskopisiteten av ammo-niumnitratet i støpestykket, og dette kunne avbøtes ved hjelp av egnet overtrekking eller innpakking. Derimot ga den samme cykliske temperaturbehandling ingen endringer i støpestykket ifølge eksempel 1.

Resultatene av blysammentrykningstestene, utført som beskrevet i det foregående eksempel etter oppholdet i vann som ovenfor beskrevet, var som følger: D w /D n var 2,3, hvilket viser polydis cpersiteten av celle-størrelsen.

Resultatene av blysammentrykningstestene, utført som beskrevet i det foregående eksempel etter oppholdet i vann som ovenfor beskrevet, var som følger:

Støpestykkene ble også testet med hensyn til envnen

til å initiere et vanngel-sprengstoff markedsført under varemerket Tovex ® Extra (fremstilt av E.I. du Pont de Nemours and Company) pakket i poser til pakninger av diameter 12,7 cm og vekt 13,6 kg. Den midlere detonasjonshastighet for fem sprengstoffpakninger initiert med det butt i butt anbragte støpestykke ved 4°C i luft var 4806 m/sekund. Det samme sprengstoff detonerte med en hastighet av 4704 m pr. sekund når det ble initiert med en butt i butt anordnet Du Pont HDP-1 tennladning av vekt 0,4 5 kg.

For å måle støtfølsomheten av støpestykkene ble hvert av åtte støpestykker, som var anbragt mot en bakplate av stål utsatt for treff av en 0,30 kaliber kule som beveget seg med en hastighet av 84 0 m pr. sekund (fire mot fremsiden og fire mot baksiden). Ingen av støpestykkene detonerte, skjønt de alle gikk i stykker. Noen av fragmentene fra ett av støpe-stykkene var svidd, hvilket indikerer selvslukkende brenning. Av fire testede støpestykker ble samtlige fragmentert, men ingen detonerte når et 9 kg stållodd ble tillatt å falle ned på støpestykket (plassert på en stålplate) fra en høyde av 4 m. Av fire støpestykker som ble testet, var samtlige praktisk talt uskadet etter å ha falt mot en stålplate fra en høyde av 4 m.

Eksempel 4

Støpestykker ble fremstilt og testet som beskrevet i eksempel 1, idet det ble foretatt variasjoner i innholdet av de forskjellige bestanddeler. Resultatene er gitt i den følgende tabell. Samtlige støpestykker var 10,6 cm lange og hadde en diameter på 6,35 cm. Mellomladningen i Støpe-

stykke 4-A var 3,81 cm lang og veiet 4,7 g. Mellomladningen i støpestykkene 4-B til 4-H var 7,62 cm lange og veiet 9,4 g. Samtlige av de øvrige støpestykker manglet mellomladning.

Ved initiering med fenghette ble fenghetten anbragt innerst

i fenghettehullet. Ved blysammentrykningstesten og ved testen hvor støptestykkene ble anvendt som tennnladninger, ble den nedre ende av tennladningen anbragt på blyblokkmontasjen eller mot sprengstoffpatronen som skulle forsynes med tennladning. Ved testen hvor støpestykkene ble testet som tenn-

ladninger, ble der som sprengstoff anvendt Tovex <®>E em<ul->sjonssprengstoffet, pakket i poser til pakninger av diameter 10,16 cm og vekt 6,8 kg, og sprengstoffet ble anbragt i våt sand under en sandhaug ved 0 - 3°C.

Støpestykker 4-1 til 4-N viser, sammenlignet med støpe-stykkene ifølge eksempel 1, at den indre mellomladning som ble benyttet i eksempel 1, gjorde støpestykket inneholdende 40% PETN følsomt for initiering med "Primacord", mens støpe-stykker 4-1 til 4-N som ikke inneholdt noen indre mellomladning, ikke var følsomme for "Primacord", selv når innholdet av PETN var så høyt som 60%. Imidlertid ga støpestykker 4-1 til 4-N gode verdier ved blysammentrykkingstesten når* de ble initiert med en fenghette.

Kon tro Uforsøk

For å bestemme bidraget fra nitratsaltet i det ovenfor beskrevne PETN-holdige, vannholdige produkt ble tre støpe-stykker av lengde 10,16 cm og diameter 6,35 cm fremstilt med et innhold av henholdsvis 40%, 55% og 70% PETN, men ingen oppløste eller faste nitratsalter. Resultatene var som følger:

En sammenligning mellom resultatene erholdt med Støpe-stykke 4-0 i kontrollforsøket og resultatene oppnådd med Støpe-stykke 4-A (samme størrelse) eller med støpestykket ifølge eksempel 3 (diameter 6,99 cm og lengde 8,89 cm), som begge også inneholder 40% PETN, viser at nitratsaltet sterkt for-bedrer styrken av det vannbærende sprengstoff, hvilket gir seg tilkjenne ved blysanunentrykkingstesten. Dessuten var de blysammentrykkingsverdier som ble oppnådd med støpe-stykker 4-P og 4-Q, som inneholdt henholdsvis 55% og 70%

PETN, lavere enn de som ble oppnådd med støpestykker inneholdende 40% PETN og likeledes inneholdende nitratsalter.

Eksempel 5

Det ble fremstilt et støpestykke som beskrevet i eksempel 1, bortsett fra at der som fast, eksplosivt sensitiviseringsmiddel ble benyttet 30% superfindelt RDX i stedet for 40% av det beskrevne PETN. Det superfindelte RDX var av typen fremstilt etter fremgangsmåten beskrevet i US patentskrift nr. 3 754 061 og hadde en midlere partikkelstørrelse mindre enn 15 um, idet samtlige partikler var mindre enn 44 um. Mengden av natriumnitrat som var tilsatt i oppløsning, var 14,5%, mens mengden av natriumnitrat som var tilsatt som faststoff var 2 3,4% og vanninnholdet 14,5%. Det sylindriske støpestykke hadde en diameter på 6,35 cm og en lengde på

10,16 cm. Mellomladningen 4 var 7,62 cm lang og veiet 9,4 g. Da støpestykket ble initiert med en fenghette nr. 8, med den nedre ende av tennladningssprengstoffet hvilende på platen på blyblokken, ga støpestykket en sammentrykkingsverdi på

3,6 5 cm.

Eksempel 6

Støpestykker (diameter 6,99 cm og lengde 8,89 cm) ble fremstilt og testet som beskrevet i eksempel 3, bortsett fra at innholdet PETN ble redusert til 25%, og den vandige nitrat-oppløsning i ett tilfelle ytterligere inneholdt monomethylaminnitrat (MMAN). Sprengstoffsammensetningene og resultatene av blysammentrykkingstesten var som følger:

Sprengstoffproduktene fremstilt i henhold til de føl-gende eksempler inneholdt intet fast, høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel .

Eksempel 7

Det ble fremstilt en emulsjon, og harpiksen i denne ble tverrbundet ved hjelp av fremgangsmåten beskrevet i eksempel 1. Harpiksen, emulgeringsmidlet og katalysatoren var de samme som i eksempel 1. Den vandige oppløsning bestod av 50% av en 73%-ig vandig oppløsning av monomethylaminnitrat (MMAN), 45% ammoniumnitrat og 5% natriumnitrat. Til emulsjonen ble det i tillegg til det faste natriumnitrat tilsatt ferrofosfor (et metallisk brensel) med en partikkelstørrelse som passerte gjennom en 80-mesh (Tyler) sikt, og glassmikroballonger med en partikkel tetthet pa 0,23 g/cm 3. Tettheten av det tverrbundne produkt var 1,4 g/cm 3. Sammensetningen var som følger:

Produktet ble støpt i 56 cm lange, gjengede plasthylser med diameter 6,35 cm, av den type som festes sammen for dannelse av flerpatronsmontasjer for anvendelse ved seismo-grafiske undersøkelser. Patronene veiet 234 3 - 3360 g. Produktet herdet til en fast, gummilignende konsistens.

Patronene ble testet, to ad gangen og festet sammen

i tandem, i vann i et stålrør ved 4°C/1724 kPa. En første patron inneholdt en 16 g rørformet Du Pont "Detaprime" mellomladning rundt fenghettehullet, med en "Detaprime" seismografisk, elektrisk fenghette plassert i fenghettehullet. En 1 g plugg av "Detaprime" ble plassert i bunnen av fenghettehullet. En andre (øvre) patron ble skrudd inn i toppen av den første patron. Fire slike to-patronmontasjer ble testet. I hvert tilfelle initierte fenghetten i midten av montasjen

i den nedre patron den nedre patron, hvilken i sin tur initierte den øvre patron. Den øvre patron detonerte med hastigheter på 4996, 5030, 5097 og 5183 m pr. sekund. Disse forsøk viste anvendeligheten av produktet som en seismo-graf isk sprengstoff.

E ksempel 8

En rekke emulsjoner ble fremstilt, idet harpiksen i emulsjonen ble tverrbundet etter fremgangsmåten beskrevet i eksempel 7. I noen av produktene ble monomethylaminnitratet utelatt. Produktene ble testet med hensyn til blysammen-trykking (støpestykker med diameter 6,35 cm og lengde 10,16

cm) og med hensyn til deres evne til å forplante en høy-

hastighetsdetonasjon (2,3 kg støpestykker med diameter 8,26 cm og lengde 35,6 cm). Resultatene er oppgitt i den følgende tabell:

E ksempel 9

Emulsjoner ble fremstilt som beskrevet i eksempel 1, bortsett fra at diverse emulgeringsmidler ble benyttet i stedet for "EZ-Mul". En emulsjon ble fremstilt med 1,6 vekt% sorbitanmonooleat, og en annen ble fremstilt med 0,1% oljesyre og 0,1% vandig natriumhydroxydoppløsning (50% styrke)

(for dannelse av natriumoleat in situ). I begge tilfeller herdet de katalyserte emulsjoner til stive produkter.

I sprengstoffproduktet ifølge oppfinnelsen kan noen eller samtlige av sprengstoffbestanddelene være tilstede i den vandige oppløsning som befinner seg dispergert i og innkapslet av en varmherdende harpiks. De ovenstående eksemp-.ler viser at produkter med en slik unik struktur er nyttige som sprengstoffer, til tross for at brenselkomponenten som trenges for den velkjente reaksjon med uorganiske oxyderende salter, såsom ammoniumnitrat, i disse produkter er en stiv harpiks i varmherdet tilstand.

Claims

1. Selvbærende, vannholdig sprengstoff, karakterisert ved at det omfatter: (a) en masse av tverrbundet organisk harpiks som danner en kontinuerlig grunnmasse, (b) en vandig oppløsning av minst ett salt av en uorganisk, oxyderende syre som danner en diskontinuerlig fase dispergert i og innkapslet av nevnte kontinuerlige grunnmasse, hvilket salt er avledet fra salpetersyre eller perklorsyre og en base valgt blant ammoniakk, aminer og alkalimetall- og jordalkalimetallhydroxyder, og (c) dispergert i grunnmassen og/eller den vandige oppløsning, et sensitiviseringsmiddel avpasset for å avstedkomme detonerbarhet eller for å forbedre detonerbarheten av den oppløsning-inneholdende harpiksgrunnmasse.

2. Sprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder (a) fra 4 til 25 vekt% tverrbundet organisk harpiks, (b) fra 5 til 80 vekt% ammoniumnitrat og/eller natriumnitrat, (c) fra 5 til 25 vekt% vann og (d) fra 10 til 85 vekt% fast, høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel valgt blant organiske nitratestere og nitraminer.

3. Sprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder (a) fra 4 til 10 vekt% tverrbundet organisk harpiks, (b) fra 40 til 80 vekt% ammoniumnitrat og/eller natriumnitrat, (c) fra 5 til 50 vekt% aminnitrat og (d) fra 5 til 25 vekt% vann og minst 5 volum% dispergerte gassbobler eller hulrom.

4. Sprengstoff ifølge krav 2, karakterisert ved at minst ett av nitratsaltene er tilstede også i dispergert, fast form.

5. Sprengstoff ifølge krav 1, for anvendelse som tennladning, karakterisert ved at det som sensitiviseringsmiddel inneholder et fast, høyeksplosivt sprengstoff valgt blant organiske nitratestere og nitraminer, og at det inneholder minst én perforering for opptak av en initieringsinnretning.

6. Sprengstoff ifølge krav 5, karakterisert ved at saltet består hovedsakelig av natriumnitrat, at sensitiviseringsmidlet er pentaerythritol-tetra-nitrat, og at massen er sylindrisk og har to perforeringer som er parallelle med lengdeaksen, idet en første perforering strekker seg fra den ene ende av den sylindriske masse til den andre ende,^mens en andre perforering strekker seg helt gjennom eller bare delvis gjennom massen.

7. Sprengstoff ifølge krav 6, karakterisert ved at en rørformet masse av et mellomladnings-sprengstoff omgir den første perforering langs i det minste en del av perforeringens lengde.

8. Fremgangsmåte Ved fremstilling av et harpiksbundet, vannbærende sprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at man: (a) blander (1) en vandig oppløsning av minst ett salt av en uorganisk, oxyderende syre, hvilket salt er avledet av salpetersyre eller perklorsyre og en base valgt blant ammoniakk, aminer og alkalimetall- og jordalkalimetallhydroxyder, (2) en blanding av en flytende polymer og en med denne tverrbindbar monomer, f.eks. en umettet polymeriserbar polyesterharpiks og en monomerisk, polymeriserbar ethylenisk forbindelse, og (3) et emulgeringsmiddel, hvorved der dannes en emulsjon i hvilken den vandige saltoppløsning er en diskontinuerlig emulsjonsfase dispergert i en kontinuerlig emulsjonsfase som utgjøres av polymer-monomer-blandingen, (b) før, under og/eller etter dannelsen av emulsjonen innlemmer i denne et sensitiviseringsmiddel, f.eks. en dispergert gass og/eller et dispergert fast, høyeksplosivt sprengstoff, for å frembringe detonerbarhet eller forbedre detonerbarheten av emulsjonen, og (c) avstedkommer en tverrbindingsreaksjon i den kontinuerlige fase av den sensitiverte emulsjon, hvorved den vandige oppløsning og sensitiviseringsmidlet blir innkapslet av en masse av tverrbundet organisk harpiks.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at tverrbindingsreaksjonen utføres ved at der til den sensitiverte emulsjon tilsettes en katalysator eller en aksellerator som initierer tverrbindingspolymeri-seringen av polymeren.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at man etter dannelsen av emulsjon dis-pergerer inn i emulsjonen et fast, høyeksplosivt sensitiviseringsmiddel og minst ett av nevnte salter i partikkelformig, fast form.