SE457952B

SE457952B - Spraengaemne

Info

Publication number: SE457952B
Application number: SE8205289A
Authority: SE
Inventors: M Cechanski
Original assignee: Nitro Nobel Ab
Priority date: 1982-09-15
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1989-02-13
Also published as: ZA835853B; GB2129415A; DE3329064A1; SE8205289D0; GB2129415B; CH655298A5; NO833284L; NO160776C; NO160776B; GB8322025D0; SE8205289L

Description

..l0 stelningstemperatur, 4§7 952 “J stabilitet och detonationsvillighet. Även vid förhöjda temperaturer kan cmulsioner av ifråga- varande typ vara instabila, vilket kan ha olika orsaker, men en av orsakerna är att vakerna har tendens att medföra frigö- ring av oljan. Även vad beträffar tillverkningen av sprängäm- net medför dess innehåll av vaxer vissa inskränkningar i proce- duren. Sålunda måste exempelvis fyllningsoperationen vid spräng- ämnets förpackning ske snabbt innan vaxerna stelnar, och embal- leringen bör helst ske vid en temperatur understigande vaxernas Man skulle kunna tänka sig att fyllnings- operationen utföres med kyld sprängämnesmassa, dvs. vid en tem- peratur understigande vaxernas stelningstemperatur, men förutom att detta är praktiskt olämpligt kan även här medden bearbetning som massan underkastas vaxernas struktur och därmed produktens stabilitet negativt påverkas.

Som ytterligare olägenhet vid den kända tekniken kan nämnas, att sprängämneskompositioner baserade på vaxer karaktäriseras av vad man kan kalla “kort“ konsistens, vilket medför att vid yttre pâkänningar och speciellt efter längre lagringstider sprängämnet lätt smulas sönder.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Föreliggande uppfinning har till ändamål att åstadkomma en sprängämneskomposition, genom vilken de ovan berörda kända tek- nikens nackdelar undvikes eller i varje fall elimineras. Upp- finningen har speciellt till ändamål att åstadkomma en explosiv komposition, vars reologiska egenskaper är helt skilda från den kända teknikensoch medför väsentliga fördelar i samband med kom- positionens praktiska bruk.

Det har i samband med uppfinningens tillkomst överraskande visat sig, att man genom att tillföra kompositionens kontinuer- liga lipofíln fn: ett vnttnnnlösligt, lipofilt vinkositotsin- doxförbättrundu mndvl erhåller un vxpïuuiv knmpunïtiun mvd vgvn- skaper som är väsentligt förbättrade i förhållande till kända teknikens kompositioner. den Som bekant utgör oljvfnuen i kompositionen endast en mycket liten viktmässig andel av kompo- sítionen som helhet, av storleksordningen < ca 10 viktprocent och ofta ej mer än upp till ca 5 viktprocent. Det var mot denna bakgrund högst överraskande att man genom att tillföra den kon- tinuerliga fasen ett s.k. viskositetsindexförbättrande medel kan W 457 952 \_\J uppnå väsentlig förbättring av produktens egenskaper så att den praktiska användningen av densamma kan ske pâ ett mycket gynn- sammare sätt. D ' Det viskositetsindexförbäurande medlet kan vara av konven- tionellt slag och exempelvis utgöras av en polymer av lämpligt slag, såsom akrylat- och/eller metakrylatsampolymer eller ole- finsampolymer. Förutom oljefasens innehåll av viskositetsin- dexförbättrande medel kan sprängämneskompositionen enligt före- liggande uppfinning sägas utmärkas av att den är i huvudsak fri från den kontinuerliga fasens traditionella innehåll av vaxer.

Genom detta förhållande undvikes ett flertal av de med den kända tekniken förknippade nackdelarna, vilka i korthet inledningsvis berörts.

På sedvanligt sätt innehåller komposítionen enligt uppfin- ningen som kontinuerlig fas någon lämpad olja, exempelvis mine- ralolja, vegetabilisk olja eller avvaxad pàraffinolja. Den kon- tinuerliga fasen kan innehålla en lipofil emulgator av konven- tionell typ, varjämte kompositionen, även detta på konventionellt sätt, kan innehålla ett material innehållande slutna cellhålrum, exempelvis mikrosfärer av glas.

Sammanfattningsvis kan sålunda kompositionen enligt före- liggande uppfinning förutom basbeståndsdelarna,en diskontinuerlig vattenfas innehållande syreavgivande salter och en kontinuerlig oljefas innehållande viskositetsindexförbättrande medel,även innefatta en lipofil emulgator och ett material som bibringar kompositionen slutna cellhålrum.

§EIÉêYëÉYêDÉÉ_@É§Él Denna komponent i kompositionen enligt uppfinningen är icke i och för sig karaktäriserande för uppfinningen utan kan väljas bland traditionella och inom tekniken använda konventionella Syreavgivnrc. Som sådana kan nämnas olika_oorgnninka och orga- niska vattenlösliga nitratcr, såsom ammuniumnitvut, nutriumni- trat, kalciumnitrat, natriumperklorat, ammoniumperklorat, mono- metylaminnitrat, etylendiaminnitrat med flera jämte blandningar därav. Halten av syreavgivare i vattenfasen är ej heller kri-y tisk vid uppfinningen utan kan varieras inom vida gränser, exem- pelvis ca H0-9O viktprocent räknat på vattenlösningen därav.

Vattenmängden i kompositionen som helhet kan även den väljas i enlighet med konventionell teknik och kan variera mellan ca U s4s7 952 ~ och 20 viktprocent räknat på kompositioncns vikt. / tgenna komponent i kompositionen enligt uppfinningen utgöres e av ,konventionellt kolvätebränsle i form av en lämplig typ av olja, exempelvis mineralolja, vegetabilisk olja eller avvaxad paraffinolja. Det är i första hand denna kontinuerliga oljefas som avgör emulsionssprängämnets egenskaper av både fysikalisk och kemisk karaktär. Bland de fysikaliska_egenskaperna kan näm- nas viskositet, konsistens, vattenresistens; elektrisk lednings- förmåga, temperaturstabilitet etc.' Till de kemiska egenskaperna hör exempelvis reaktivitet med andra material, löslighet i polära eller opolära lösningsmedel etc. Den kontinuerliga oljefasen påverkar även detonationsegenskaperna, exempelvis detonations- hastighet, detonationsvillighet vid lägre temperatur, känslig- het för friktion, stötar, brännbarhet m.m..

Såsom tidigare nämnts utgör det ett väsentligt kännetecken vid föreliggande uppfinning att den kontinuerliga oljefasen är i huvudsak fri från vaxer av den typ som ingår i hittills kända sprängämnenl Genom frihet från vaxer uppnås i många avseenden väsentligt förbättrade egenskaper, såsom berörts tidigare. Ma- terialet i den kontinuerliga oljefasen kan i övrigt utväljas i enlighet med konventionell teknik och kan vik tsmässigt utgöra konventionell andel därav.

I allmänhet innehåller kompositionen enligt uppfinningen ca l-10 viktprocent kontinuerlig oljefas, lämpligen högst ca 5 viktprocent.

Denna komponent i komposítionen enligt föreliggande uppfin- ning utgör vid sidan av att den kontinuerliga oljefasen är l huvudsak fri från vaxer det väsentliga kännetecknet i förelig- gande uppfinning. Som sådant medel kan användas traditionella inom umörjnljdtvkníkcn unvﬁndn tïllnntnvv av knrnktävvu viskn- sitotuíndcxförhüttrnndc mode] (vincnnity index ïmpvnvvr). Uvnnu komponent i kompositionen enligt uppfinningen kommer i det föl- jande att för enkelhetens skull kallas VI-medel.

VI-medlet utgöres sålunda av ett vattenolösligt, lipofilt material, Sådana typer av produkter tillhandahålles oftast i form av en oljelös- ning av polymeren ifråga, lämpligen en polymer, såsom en sampolymer. t.ex. i en avvaxad¿ högraffinerad och .5 457 952 neutral paraffinbasolja. Speciellt föredragna polymerer är akry- lat- och/eller metakrylatsampolymerer, exempelvis polyalkylmeta- krylatsampolymerer. Kommersiellt tillgängliga material är exem- pelvis sådana av typen Plexofß , vilka saluföres av Bohm and Haas Company, Philadelphia, PA, USA, och dessa utgöres av olje- lösningar av polyakrylmetakrylatsampolymerer. Vidare kan nämnas produkter av typen olefinsampolymerer.

Uppfinningen är emellertid på intet sätt inskränkt till någ- ra speciella typer av VI-medel, utan varje material med funktionen att inverka förbättrande på oljans viskositetsindex kan användas.

Mängden av tillsatt VI-medel är ej speciellt kritisk och kan variera inom vida gränser. Ett praktiskt lämpligt intervall räknat på kompositionens innehåll av VI-medel(dvs. dess innehåll av aktivkomponent)är ca 0,3 till 10 viktprocent företrädesvis ca 0,1 - 5%, speciellt ca 0,5 - 3%.

Emulgator Denna komponent i den explosiva kompositionen enligt före- liggande uppfinning, som i och för sig icke alltid är obligato- risk, ingår i den kontinuerliga oljefasen och utgöres av ett li- pofilt emulgeringsmedel, som kan vara av vilken som helst konven- tionell typ. Sålunda kan exempelvis användas en emulgator till- hörande sorbitangruppen eller den kan utväljas bland mono- och diglycerider av fettbildande fettsyror, estrar av polyoxietyle- ner, fosfatoleylsyror, substituerade oxazoliner och fosfatest- rar därav. Blandningar av olika emulgatorer kan naturligtvis även användas. En föredragen typ av emulgator är sorbitanmono- oleat. I Den använda mängden emulgator är ej särskilt kritisk och ett lämpligt intervall är ca 0,2 till 5 viktprocent av densamma räknat pâ kompositionen som helhet.

Cnllhñlrummntcrïnl Även denna icke obligatoriska beståndsdel i kompositloncu enligt uppfinningen är av konventionell karaktär, och komposi- tionen kan innehålla detta material i en mängd varierande inom . vida gränser, exempelvis ca 0,25 till ca 10 viktprocent av kom- positionen. Materialet utgöres lämpligen av glas- eller plast- mikrosfärer av traditionell typ med en partikelstorlek inom om- rädet ca 10 till ca 200 /um.

Kompositionen enligt föreliggande uppfinning kan eventuellt 457_952 Förblandning l. innehålla upp till ca 20 viktprocent av ett tillsatsbränsle av metalltyp, såsom aluminium, aluminiumlegering, magnesium eller liknande.

Kompositionen enligt föreliggande uppfinning framställes genom att man först bereder olika förblandningar, främst en vat- tenlösning av det syreavgivande saltet och en oljekomponent in- nehållande VI-medel och emulgator. Emulsionen framställes se- dan genom att vattenlösningen successivt tillföres oljekompo- nenten under omröring till dess att en vatten-i-olja-emulsion bildas. Saltlösningen kan därefter tillsättas i snabbare takt.

Därefter kan mikrosfärer inblandas och eventuellt till- satsbränsle, såsom aluminium till önskad halt.

EXEMPELI Uppfinningen kommer i det följande att ytterligare illustre- ras genom konkreta exempel, vilka emellertid icke är avsedda att inskränka utan endast att ytterligare belysa uppfinningen.

Framställning av komposition Kompositionen enligt uppfinningen bereddes i satser om lO0Og utgående från tre förblandningar enligt följande: Varje saltlösning bereddes genom uppvärmning till ca 10000 av ammoniumnitrat, natriumnitrat och vatten.

Ammoniumnitratet var av obehandlad kvalitet av prillform från Kemaﬂobel AB, Sverige. Natriumnitratet utgjordes av vanlig teknisk kvalitet från BASF, Västtyskland.

Förblandning 2. Bränslet-oljefasen innehöll varierande mängder VI-medel och varierande proportioner paraffinolja och mineral- olja. Därjämte innehöll oljefasen emulgator i form av sorbitan- monooleat av typen SPANQæ 80. Som referens användes även olje- fas innehållande mikrokristallint vax från WITCO Chemical Co., USA.

Förblandning 2 förbereddes genom snmmanblnndning av resp. ingredienser och uppvärmning till 80-850C.

Förblandning 3. Denna komponent bestod av glasmikrosfärer av typen B 15/250 från SM Co, USA.

Förblandning l tillsattes sedan långsamt till förblandning- 2 under kraftig omröring till bildning av en vatten-i-oljeemul- sion. Efter det att emulsion bildats kunde på sedvanligt sätt tillsats av förblandning l ske i snabbare takt till avslutad tillsats.

BO 'vid lägre belastning. ~4 457 952 Till den erhållna blandningen sattes därefter förbland- ning 3 bestående av glasmikrosfärer under omblandning till dess att alla glasmikrosfärer fördelats jämnt i emulsionen.

Mängden glasmikrosfärer, som var konstant och 20 g för samtliga kompositioner innefattande referenskompositionerna, gav det färdiga sprängämnet en densitet om 1100-llU0 kg/m5 uppmätt vid 2o°c. ' Av framställda sprängämneskompositioner framställdes fär- diga produkter genom att med en enkel handdriven kolvspruta vid 60-7000 fylla två stycken PVC-rör med dimensionen 25 x 600 mm.

Resterande mängd av varje l000 g sats användes för pressbarhets- tester.

PVC-rören fyllda med sprängämne enligt uppfinningen och med referenssprängämne användes för bestämning av detonations- hastigheten. Initieringen skedde med sprängkapsel nr 8 vid sprängämnestemperaturen 2000. Laddningarna var vid försöken frihängande.

I nedanstående tabeller redovisas i tabell l sammansätt- ningen hos kompositioner enligt uppfinningen jämte referenskom- positioner enligt konventionell teknik, i tabell 2 redovisas resultatet av viskositetsmätningar .för fyra av kompositionerna jämte referenskomposition.

Dessa mätningar utfördes vid +20°C med fallande kula i en viskosimeter, typ HAEPPLER och enligt tyska DIN-normer 55015. i tabell 3 redovisas pressbarhets- och detonationshastig- hetsdata för kompositioner enligt uppfinningen, referensspräng- ämnen samt kommersiellt tillgängliga sprängämnen.

Det kan tilläggas att för konsistensbestämningen av pro- dukterna användes en s.k. kolvreometer typ SK lll, konstruerad vid NitroNobe1 AB, Sverige. Denna apparat består av en våg 0cl11uoto1'iucd lan 0,0jYb.coh 0,101 cm/n. talt 20 kg, men en brytare kan inställas så att motorn slås av Vägens uvlüubnrn belastning ñr-to- Denna brytare inställes med en skruv.

Normalt är den inställd på att avbryta strömtillförseln vid kg belastning. Beräkning av pressbarheten "Tﬁ sker enligt följande formel: "TI" = 1,506 x pl x 10” dyn/cm? där pl är det avlästa utslaget i kg på vågen.

,L..¶ .w.0:uuo0c|cw .n :ou:_:mn~uﬁ.o 000 m=0:< x U 457 952 0.. 0.. 0.. 00.. 0.. 0.. 0.. 00~\m.0 .0.00mø.0.0m0.0 H0.. c.m _ _ |o0u.a =m\:.mwm.ma omv xn> . mm0».0w0.0 o.m .usxﬁocou wv:m;uo~.0P 0.00.0z0.0 c.m 0.~ x.. o.c Lozxﬁømøu ov:0xuo~0.m= 0.. 0.. 0.. 0.. 0... 0.. . 0.. 00@z<0m _.000E000..00.000 0.0 0.. m_0 0.. 0.. 0.00... _0..0.0.00.z 0.. 0.. 0.. N.. 0.0 «0..00..00.00 _ w=.0000.00..o 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0,0. 0,0. «o~=0 000.0> 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. 0.0. .zm0 .0...0s=...=z 0.0. 0.0. 0... 0... 0... 0... 0.0. .z<0 00...000.0000< w0_000...=w 0 < 0 0 0 N . 0:uuo0Lm01.> 0:uuo.mm01.> co...wo;Eo1m=o.o.0m :o.0.mon§o1 .ow:0.Üu.mc.

.CQWCMCxÛmLUÜCJ »Du 0:=:>c0 .o:o...momcoz H ~.o¿0h 457 952 Ingredienser komposition Yíktsdclur (gram) 7 z.

.I à 4 Referens Pnrnffinolín (40-proccntíg lösning) Míncrulolju, Kuydolæ Emulucrinusmcdci sPAN@su Förtiocknndc copolvmcr P1exø1@ø1s P1@x013uss Olefinsamnolymer l Olefinsamnolymer 2 40 40 ' '40 lü -40 VISKOSITET, 20°C (1 cp = 1 MPas) JJO 402 109 umWLo>m .=< _u;oz okuwz L; =@zos=:»: .o==Wm:m;mm«;z .__o~w;oasoJ | = ccmummsašoz. ««« =:~@x=§;uzo= ==;o«@«vos 1 = :c@-mczaoz «« uaao1 1 u coﬁpﬂmonsoz .« _ . _ .»:~4:=~m znﬁaëwpuczmm .mg cp »o>w ~»=;mmu>n nu __ .. . eos n,w . _ . uoon .;ëu~wu=Emw:m;:m .>H~«u Luuhu : nﬁ uøgzwxm ; w Jam woa w:«;o~uH=_ . owzamnmzwk; .;m>|u>; ¶ _ å... 232.1. ._ 2:; . = 2.2. 33 3.:. ä; 3.3 :än m? _Så:.f¿2_o3.:_32_ . uocm .zaupmo:amwcm;;m . _ :um=m:«@u>-ﬁU Lowho x AF m.w vw. o;æ=m_ Lo._o :ma c vu. _ ...oem ..~_=_u«w.oc=_mwcr.._nm . cuwcm:xpu>__-_Low~u .> m l 73:” _ . Luﬂuo . . 1 _ .> -H uoaw .mEo~mo:ëmmcn;zm m; . . .WC I ma mä m: T.. f.. ..=af;=.í~._:__.3 .Säg __ 2.

UH» ~Eu\cz1 bh o:;m>m~o:;=nmmo;; iaß. _52 mlï . _. .I|.,_|!|ll... ñiaﬂí |.l_...|- 11.. E.ﬁl.a.¶mm..._.~ww4|3> 32 :EI EI .EC i... E... E... uoš iöu=ï_.,_.š>_ï. ZZ... §\mx .uopmwcuz b r > > > > r ï > .Q ä m _ 52.; i; Z ._ < m h _. _ ,.. N _ s wwæmwwhwhmm . šudme==oz ïwm å å Sv ä. »W 3 Û . LW a. r.

Aﬁ . .co:smucn;am nmW_w:=w-m~ ~__uwm;o§eo1 nzwﬁo ﬁmg uk” uënm _ __u::h . cmhu Locoﬁwmmomuox »w>m =~==m~m:w~Nwnzmcowuzcopuv Lao |muu;L=smmuLa Lu>@ mc«=_~m~m:=aenm n __u;=» . \ _ . . _ . . , / f. ,.

BO 1- 457 952 Avsikten med viskositctsmütningen, varav resultaten redo- visas i tabell 2 ovan, var att få en praktisk och användbar insikt om lösningarnas relativa viskositet i jämförelse med en referensprodukt. Ur angivna viskositetsdata kan man lätt utläsa, att en tillsats av exempelvis 10 viktprocent av en olje- lösning av sampolymer kan höja referensblandningens viskositet vid 2o°c upp till 5-u 1/2 gånger.

Tekniken enligt föreliggande uppfinning innebär väsentliga fördelar i flera avseenden, bland vilka kan nämnas följande.

Eftersom den kontinuerliga oljefasen ej längre innehåller vaxer förenklas framställningsproceduren i det att en i förväg framställd oljelösning av VI-medel kan användas. Härigenom minskar kapitalbehovet för tillverkningsprocessen och även» energíbesparingen kan bli betydande. Tekniken enligt uppfin- ningen möjliggör sänkning av processtemperaturen.

De enligt uppfinningen framställda kompositionerna uppvi- sar helt avvikande reologiska egenskaper jämfört med vaxbasera- de emulsioner. Den långa, sammanhängande och viskösa struktu- ren hos produkterna enligt föreliggande uppfinning möjliggör variationsmöjligheter beträffande geometrisk utformning och anpassning av emulsionsprängämnet beroende på tillämpningsom- rådet._ Sprängkapselkänslig, tjockviskös sprängämnesmassa kan sålunda pressas, formas eller extruderas till önskade laddnings- kroppar.

De fysikaliska egenskaperna hos produkten enligt förelig- gande uppfinning, nämligen resistens mot viskositetsbrytning vid varierande temperatur, låg fryspunkt, hög flampunkt och en viskös neutral och polymerliknande struktur, möjliggör framtag- ning av optimal receptur och därmed optimala egenskaper hos den färdiga produkten.

Föreliggande uppfinning är på intet sätt inskränkt till ovan redovisade utföringsformer utan kan modifieras i många avseenden.inom uppfinningens ram. Sålunda är arten av syreav- givande ämnen icke kritisk och varje typ av konventionella sub- stanser kan användas vid uppfinningens tillämpning. Oljan i den kontinuerliga oljefasen kan vara av vilket som helst slag som är förenligt med ifrågavarande typ av sprängämnesprodukter, och övriga konventionella beståndsdelar i produkten, nämligen emulgator, mikrosfärer och eventuella tillsatsbränslen kan ut- -457 952 |_| BJ väljas bland kända och konventionella material. VI-medlet slut- ligen kan även det väljas bland kommersiella produkter som har till syfte att modifiera viskosítetsindex, och de ovan exempli- fierade utgör endast exempel på användbara material.

Claims

457 952 PATENTKRAV

1. l. Explosiv komposition av vatten-i-olja, innehållande som kontinuerlig fas ett kolhaltigt bränsle och som diskontinu- erlig fas en syreavgivande vattensaltlosning, k ä n n e t e c k - n a d av, att den kontinuerliga fasen är i huvudsak fri från vaxer och i konsistensreglerande syfte innehåller ett lípofilt, dvs vattenolösligt viskositetsindexförbättrande medel, lämpligen en polymer, och en lipofil emulgator.

2. komposition enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda medel år en sampolymer.

3. Komposítion enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att polymeren är utvald bland akrylat- och/eller metakrylatsampolymerer' och olefinsampolymerer.

4. Kompositíon enligt något av föregående krav, k a n - n e t e c k n a d därav, att den kontinuerliga fasen är base- rad på en mineralolja, vegetabilisk olja eller avvaxad paraffin- olja.

5. Komposition enligt något av föregående krav, k a n - n e t e c k n a d därav, att den innehåller ca 1-10 viktprocent kontinuerlig fas.

6. Komposition enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a d därav, att den innehåller ca 4-25 víktprocent vatten.