NO882131L - Sprengstoff i mikrokapselform. - Google Patents

Abstract

Et sprengstoff 1 form av mlkrokapsler av uorganiske oksydasjonssaltdråper er Innkapslet i et tynt belegg av et organisk brennstoff.Fremstilling avprengstoffml"krokapslene beskrives.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et vannsikkert, frittrislende sprengstoff samt en fremgangsmåte for fremstilling derav, og mer spesielt et sprengstoff i form av mlkrokapsler (små sfærisk-formede partikler inneholdende fluide eller herdede dråper omgitt av et herdet skallmateriale). Mikrokapslene er vanntette og frittrislende og har spesielt et størrelses-område fra ca. 10 til ca. 1000 pm eller derover i diameter.

Frittrislende sprengstoffer er vanlige. Sannsynligvis er det mest generelt benyttede frittrislende sprengstoff ANFO (porøse AN-priller inneholdende en oksygen-balanserende mengde av flytende brenselsolje absorbert på og i prillene). Selv om ANFO er frittrislende, er sprengstoffet ikke vannsikkert og kan ikke benyttes i vannholdige borehull hvis ikke det pakkes eller behandles på en eller annen måte for å gjøre det vannsikkert eller hvis ikke borehullet utfores eller tømmes for vann. Forskjellige forsøk på vannsikring av ANFO har vært gjennomført, for eksempel ved å belegge disse priller med et vannmotstandsdyktig middel. En vanlig tilnærmelse til "vannsikring" av ANFO for i det minste en viss grad, er å kombinere AN-priller og ANFO med tilstrekke-lige mengder vannmotstandsdyktige vanngel eller vann-i-olje-emulsjoner for å omgi de individuelle priller. Graden av vannmotstandsevne er avhengig av forholdet mellom de to bestanddeler og/eller typen innpakning som benyttes. Dette begrenser i vesentlig grad bestanddelsforholdet som kan benyttes, noe som i sin tur begrenser detonerings- og ydelsesegenskapene. Disse sprengstoff krever også tildannelse og behandling av to separate komponenter og fluidkomponenten er betydelig mer kostbar enn ANFO- eller prillekomponenten.

Det eneste vannsikre, frittrislende kommersielle sprengstoff er et produkt kjent som "Pelletol", som er TNT i form av oval-formede, glatte pellets. Selv om det er vannsikkert, er "Pelletol" relativt kostbart og er et molekylært høyeksplosiv med ledsagende røk- og behandlingsproblemer.

Det foreligger derfor et behov for et vannsikkert, frittrislende sprengstoff som er relativt rimelig, lett å behandle og som kan benyttes i pakket eller bulkform. Mikrokapslene ifølge oppfinnelsen oppfyller dette behov og overvinner de ovenfor angitte problemer med den tidligere kjente teknikks sprengstoffer. Mikrokapslene er enhetlige, vannsikre og frittrislende og kan tildannes fra relativt rimelige bestanddeler og ved relativt enkle, rimelige metoder.

Mikrokapslene tildannes ved først å lage en oppløsning (som kan være en smelte) av uorganisk oksyderende salt eller salter valgt blant ammonium-, alkali- og jordalkalimetallnitrater, -klorater og -perklorater samt blandinger derav. Oppløsningen tildannes ved forhøyet temperatur over salt-krystalliseringstemperaturen. Denne oppløsning omdannes så til smådråper som innkapsles av et fluidorganisk brennstoff som deretter herdes for å gi et størknet skall rundt oppløsningen eller smeltedråpene, som kan være faste ved omgivelsestemperatur eller brukstemperaturen. Alternativt kan det størknede skall tildannes ved kjente metoder for in situ-eller grenseflatepolymerisering eller presipitering.

Det organiske brennstoff velges blant gruppen polymerer, forpolymerer, voks eller vokslignende materialer og blandinger derav. Det organiske brennstoff må være fluid under tildannelsen av mikrokapslene for å omgi den flytende dråpe av oksyderende oppløsning. Når mikrokapselen først er dannet, må det organiske fluid være i stand til å kunne herdes eller til å størkne i form av et beskyttende skall rundt dråpen. Et eksempel på et slikt brennstoff er en voks som er fast ved omgivelsestemperatur, men fluid ved forhøyede mikroinnkaps-lingstemperaturer. Andre midler for herding inkluderer kjemisk reaksjon og oppløsningsmiddelekstraksjon eller fordamping. Polymerisering eller inkludering av fortyknings-eller tverrbindingsmidler i det organiske brennstoff kan også benyttes. Forskjellige organiske additiver til brennstoff-fasen slik som oljer og myknere kan også innarbeides for å variere de fysikalske karakteristika for skallmaterialet etter ønske.

Den oksyderende saltoppløsning består fortrinnsvis av fra ca. 10 til ca. 25 vekt-#, beregnet på den totale blanding, vann, og fra 75 til ca. 90$ uorganisk oksyderende salt, fortrinnsvis ammoniumnitrat alene eller i kombinasjon med kalsium-nitrat og/eller natriumnitrat. Vannkompatible væsker som etylenglykol eller formamid kan benyttes for å erstatte noe eller alt vann. En vannfri eller smeltet oppløsning av oksyderende salter kan også benyttes. Dette kan inkludere eutektiske blandinger av oksyderende salter og kompatible smeltepunktsreduserende midler som urea, natriumacetat og så videre. Den oksyderende saltoppløsning må være fluid ved innkapslingstemperaturene, men kan deretter størkne eller krystallisere i mikrokapselen. Viskositeten til den oksyderende saltoppløsning kan økes ved innarbeiding av for-tykningsmidler slik som polysakkaridpolymerer med eller uten tverrbindingsmidler.

Massedensiteten for mikrokapselsprengstoff bør ligge innen området ca. 0,6 til ca. 1,2 g/cm5 . Densitetskontrollmidler slik som hulglass- eller plastmikrosfærer kan tilsettes som følsomhetsøkende midler for å tilveiebringe "varmepunkter" under detoneringen, og kan tilsettes til mikrokapslene enten ved tilsetning til oksydasjonsdråpefasen eller brennstoff-fasen eller begge deler, eller de kan ganske enkelt tilsettes til og fysikalsk blandes med mikrokapslene.

Konseptet med mikroinnkapsling er kjent. Det benyttes innen et vidt område skallmaterialer og fyllstoffer og av flere grunner. For eksempel er mlkrokapsler med forskjellige sammensetninger benyttet for å beskytte reaktive stoffer fra omgivelsene inntil brukstidspunktet, for å tillate sikker og hensiktsmessig behandling av toksiske eller skadelige stoffer, for å tilveiebringe regulert frigivning av materialer (slik som i farmasøytiske produkter) og for å tillate at væske kan behandles som faststoffer. Visse av disse grunner gjennomføres ifølge oppfinnelsen mens andre, spesielle for sprengstoffmikrokapsler, også oppnås. Et sprengstoff krever en grundig blanding av oksydasjonsmiddel- og brennstoff-komponent for å forbedre reaktiviteten og derfor detonerings-sensitiviteten. Denne intime kontakt oppnås ifølge oppfinnelsen ved å omgi de små oksydasjonsoppløsningsdråper med et brennstoffskall. Ved i tillegg å benytte brennstoffet som beskyttende skall istedenfor som inert materiale oppnår man at hele kapselen reagerer totalt ved detonering og derved gir maksimal energi.

Som velkjent kommer et sprengstoff nærmere sin teoretiske maksimalenergiproduksjon hvis det i det minste delvis, men helst helt oksygenbalanseres. Fortrinnsvis bør oksygenbalansen for blandingene eller mikrokapslene ifølge oppfinnelsen ligge innen området ca. +5 til ca. -20°C. For å oppnå en oksygenbalanse innen dette området må det organiske brennstoffskall være relativt tynt eller det vil være for mye brennstoff tilstede i mikrokapslene og oksygenbalansen vil være for negativ, avhengig av type og renhet av det benyttede brennstoff. Hvis det benyttes en relativt ren form av et hydrokarbonbrennstoff, bør tykkelsen til skallet fortrinnsvis ligge innen området ca. 1 til 20 pm benyttet med en oksyderende saltoppløsning med en sammensetning som ligger innen de foretrukne områder som angitt ovenfor. Hvis skallmaterialet inneholder ikke-hydrokarbonstoffer, for eksempel polysakkarider eller proteiner, er et tykkere skall mulig fordi oksygenbalansen for brennstoffmaterialet er mindre negativt.

Mikroinnkapsling på fysikalsk måte er kjent. En metode er å ekstrudere en fluidstav eller et fyllstoff (oksydasjonssalt-oppløsning) inn i en fluidhylse av skallmateriale (organisk brennstoff) for derved å gi en fluidsylinder og deretter å tvinge fluidsylinderen gjennom en dyse for å tillate oppbrytning og tildannelse av innkapslede dråper. En annen metode er å gjennomføre innkapsling av fyllmaterlale ved hjelp av sentrifugalekstrudering som for eksempel beskrevet av John T. Goodwin og George R. Somerville, "Microencapsula-tion by Physical Methods", Chemtech, Vol. 4, oktober 1974, s. 623-626. En annen metode er å omgi dysene med et bærerfluid som mottar de ekstruderte, innkapslede dråper. Bærerfluidet har en temperatur noe over størkningstemperaturen til fluidhylstermaterialet for derved å tillate dannelse av dråpene, den senkes så for å tilveiebringe størkning av skallmaterialet og det separeres så fra de ferdige kapsler. Mikroinnkapsling kan også gjennomføres på kjemisk måte som kjent for fagmannen, skal for eksempel henvises til US-PS 3 429 827; 3 577 515; 3 575 882 og 4 251 387.

Et eksempel på mlkrokapsler ifølge oppfinnelsen er som følger idet alle prosentandeler er på vektbasis:

Oppfinnelsen er beskrevet under henvisning til visse illustrerende eksempler, men det skal være klart at modifi-seringer vil være åpenbare for fagmannen uten at disse går utenfor oppfinnelsens ånd og ramme.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et sprengstoff omfattende en oppløsning av uorganisk oksyderende salt og et organisk brennstoff, karakterisert ved innkapsling av dråper av oppløsningen i et tynt belegg av brennstoffet for å danne diskrete partikler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved innkapsling av oppløsningsdråpene, karakterisert ved at den omfatter ekstrudering av en fluidstav av oppløsning til en fluidhylse av organisk brennstoff for derved å gi en fluid sylinder, og å tvinge den fluide sylinder gjennom en dyse for å tillate at den brytes opp og danner de innkapslede dråper.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at innkapslingen av oppløsningsdråpene gjennomføres ved hjelp av sentrifugeringsekstrudering.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at en kanal av bærerfluid omgir dysen og mottar de innkapslede dråper.

5 . Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at temperaturen i bærerfluidet i kanalen til å begynne med er noe over størkningstemperaturen for det fluide, organiske brennstoff for derved å tillate dannelse av dråpene, hvoretter temperaturen reduseres for å forårsake størkning av organisk brennstoffbelegg og at bærerfluidet deretter separeres fra de innkapslede dråper.

6. Fremgangsmåte ifølge kravene 1 til 4, karakterisert ved at oppløsningen bearbeides over krystalli-seringstemperaturen og det organiske brennstoff over størkningstemperaturen ved kombinering for derved å gi innkapslede dråper som deretter tillates avkjøling til romtemperatur for at belegget skal størkne.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at innkapslingen av dråpene gjennomføres ved hjelp av in situ- eller grenseflatepolymerisering eller utfelling.

8. Sprengstoff omfattende en oppløsning av uorganisk oksyderende salt og et organisk brennstoff, karakterisert ved at oppløsningen er innkapslet i et belegg av det organiske brennstoff.

9. Sprengstoff ifølge krav 8, karakterisert ved at det organiske brennstoff er fast ved romtemperatur og er valgt blant gruppen polymerer, forpolymerer, vokser eller vokslignende materialer eller blandinger derav.

10. Sprengstoff ifølge krav 8, karakterisert ved at det uorganiske oksyderende salt er valgt blant ammonium-, alkali- og jordalkalimetallnitrater, -klorater og -perklorater og blandinger derav.

11. Sprengstoff ifølge krav 8, karakterisert ved at det har en oksygenbalanse på mellom +5 og -20.

12. Sprengstoff Ifølge krav 8 i form av diskrete mlkrokapsler, karakterisert ved at mikrokapslene har et størrelsesområde fra ca. 10 til ca. 1000 pm.

13. Sprengstoff ifølge krav 12, karakterisert ved at det organiske brennstoffbelegg har en tykkelse på ca. 1 til ca. 20 pm.