SE469629B - Explosiva vatten-i-olja-emulsions-kompositioner och anvaendning av vinylidenplastmikrosfaerer - Google Patents

Description

469 629 z och en likformigt fördelad gasformig komponent. Sådana sprängmedel av emulsionstyp har många fördelar i jämförelse med andra vattenhaltíga trögflytande sprängmedel, men de är ej detonerbara med sprängkapsel. Sådana material erfordrar därför ett tillsatsmedel för åstadkommande av detonation.

I den amerikanska Reissue patentskriften 28 060 beskrives tillsats av vissa aminnitratföreningar till emulsionskom- positioner av vatten-i-olja för att säkerställa att då kompo- sitionerna en gång detonerat, kommer explosionen att utbreda sig nedför ett 5,1 eller 7,6 cm borrhâl. Enbart tillsats av aminnitratet till konventionella sprängmedel av typen vatten- i-olja-emulsion gör emellertid ej sådana material känsliga för detonering med sprängkapsel. I den amerikanska patent- skriften 3 770 522 föreslås tillsats av material såsom tri- nitrotoluen, pentaerytritoltetranitrat och liknande till konventionella sprängmedel av vatten-i-olja för att göra dessa känsliga för detonering med sprängkapsel. Emellertid är det välkänt att sådana material är explosiva och dyrare än konventionella beståndsdelar, som finns i konventionella sprängmedel av emulsioner av vatten-i-olja, och de erhållna produkterna uppträder ej tillfredsställande i borrhål med liten diameter och är olämpliga från andra synpunkter.

I de amerikanska patentskrífterna 3 715 247 och 3 765 964 beskrives hur explosiva kompositioner av emulsioner av vatten-i-olja kan framställas under bibehållande av alla de ovan beskrivna fördelarna med emulsionssprängmedel, vilka kompositioner är känsliga för detonering med sprängkapsel utan användning av någon explosiv beståndsdel. I dessa två patentskrifter beskrives tillsats av en detonationssensibili- sator eller -katalysator, såsom en oorganisk förening av en metall med atomnummer 13 eller större och strontium- föreningar.

Således har hitintills sprängmedel av typen vatten-i-olja- -emulsion gjorts känsliga för detonering med sprängkapsel 469 629 3 genom tillsats av en explosiv beståndsdel eller en speciell detonationskatalysator.

Föreliggande uppfinning hänför sig till förbättrade explosiva kompositioner av vatten-i-olja, vilka kan detoneras med en sprängkapsel nr 6 vid en laddningsdiameter av 3,18 cm och mindre och vilka ej innehåller någon explosiv beståndsdel och ej heller någon detonationskatalysator. Föreliggande förbätt- rade sprängkapselkänsliga emulsioner av vatten-i-olja består huvudsakligen av ca 3 - ca 10 vikt-% av ett kolvätebränsle innehållande ett emulgermedel, ca 10 - ca 25 vikt-% Vatten, ca 0,25 - ca 10 vikt-% av ett material innehållande slutna cellhålrum, ca 35 - ca 85 vikt-% av ett oorganiskt oxiderande salt och eventuellt upp till ca 20 vikt-% av ett tillsats- bränsle, såsom aluminium. Kompositionerna kännetecknas av att materialet innehållande slutet cellhålrum består av ca 0,25 - ca 1 vikt-% vinylidenplastmikrosfärer med en dia- meter av ca 30 pm, att kompositionerna har en densitet av ca 1,1 - ca 1,3 g/cm3 och att det kolhaltiga bränslet innehåller vax med en smältpunkt av minst 27°C i en mängd av från ca 1 till ca 9 vikt-%.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till användning av vinylidenplastmikrosfärer i en mängd av ca 0,25 - ca 1 vikt-% i en explosiv komposition av typen vatten-i-olja-emulsion, vilken i övrigt består av a) ca 3 - ca 10 vikt-% av ett kolhaltigt bränsle omfattande ett emulgermedel och innehål- lande vax med en smältpunkt av minst 27°C i en mängd av från ca 1 till ca 9 vikt-%, beräknat på hela kompositionen, b) ca - ca 25 vikt-% vatten, d) ca 35 - ca 86 vikt-% av ett oorganiskt oxiderande salt och e) upp till ca 20 vikt-% av ett tillsatsbränsle, ej innehåller någon explosiv beståndsdel eller detonationskatalysator och har en densitet av ca 1,1 - ca 1,3 g/cm3, för åstadkommande av detonerbarhet med en sprängkapsel nr 6 vid en laddningsdiameter av 3,18 cm eller mindre. 469 629 4 Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen omfattar det oorganiska oxiderande saltet huvudsakligen ammoniumnitrat och kan innehålla annat oorganiskt nítrat och/eller ett oorganiskt perklorat.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till explosiva kompositioner av emulsioner av vatten-i-olja, vilka detoneras med en sprängkapsel nr 6 vid en laddningsdiameter av 3,18 cm och mindre och vilka framställes genom användning av kolväte- bränslen, vatten, oxiderande salter, material innehållande slutet cellhålrum och eventuellt aluminium eller liknande i ovan angivna procentuella halter och i frånvaro av explosiva kompositioner eller detonationskatalysatorer. Det är nödvän- digt att proportionerna för beståndsdelarna hålles inom de angivna gränserna och att material innehållande slutet cell- hålrum användes.

Materialet som innehåller slutet cellhâlrum och som användes enligt föreliggande uppfinning är vinylidenplastmikrosfärer.

Varje partikel i materialet kan innehålla en eller flera slutna celler och cellerna kan innehålla en gas, såsom luft, eller kan vara evakuerade eller delvis evakuerade. Tillräck- lig mängd material med slutna celler skall användas för att ge en densitet i den bildade emulsionen av ca 1,1 - ca 1,3.

Ett exempel på materialet innehållande slutet cellhålrum som kan användas för föreliggande uppfinning utgöres av de vinylidenplastmikrosfärer, (“Saran®"), som säljes av Dow Chemical Company. Dessa har en diameter av ca 30 um och en densitet av ca 0,032 gram per cm3. På grund av den låga skrymdensiteten för vinylidenplastmikrosfärerna behöver endast ca 0,25 - ca 1 vikt-% därav användas i föreliggande emulsioner av vatten-i-olja.

I allmänhet har det visat sig att enbart åstadkommande av samma densitet för kompositioner, som annars skulle falla inom ramen för föreliggande uppfinning, genom införlivande av 469 629 luftbubblor eller av porösa glasagglomerat och liknande, i stället för materialet innehållande slutet cellhålrum, ej ger sprängämnen, som kan detoneras med sprängkapsel nr 6 i patro- ner med en diameter av 3,18 cm och mindre vid densiteter större än ca 1,1. Således var det mycket överraskande att användningen av ovan beskrivna vinylidenplastmikrosfärer i föreliggande emulsionsberedningar av vatten-i-olja skulle bidraga till att bilda ett sprängkapselkänsligt sprängämne, speciellt med hänsyn till att glasmikrobubblor och annat material innehållande slutet cellhålrum har använts inom konventionella vattengelsprängämnen och ej åstadkommer samma effekt i sådana vattengeler som mikrosfärerna gör i före- liggande emulsionsberedningar.

Den kolhaltiga bränslekomponenten, som kan användas i före- liggande uppfinning, kan omfatta de flesta kolväten, t ex paraffiniska, olefiniska, nafteniska, aromatiska, mättade eller omättade kolväten. I allmänhet är kolvätebränslet ett med vatten oblandbart emulgerbart bränsle, som antingen är vätskeformigt eller kan göras vätskeformigt vid en temperatur upp till ca 93°C och företrädesvis mellan 43 och ca 71°C. Det kolhaltiga bränslet innehåller ett vax, lämpligen en kom- bination av ett vax och en olja. Vaxer med smältpunkter av åtminstone 27°C och företrädesvis inom området ca 43 - ca 93°C användes. Exempel på lämpliga vaxer omfattar vaxer avledda från petroleum, såsom petrolatum, mikrokristallint vax och paraffinvax, mineralvaxer, såsom ozokerit och montan- vax, animaliska vaxer, såsom spermacetvax, och insektsvaxer, såsom bivax och kinesiskt vax. Föredragna vaxer omfattar monokristallina Vaxer med varubeteckningarna INDRA 1153, INDRA 5055-G, INDRA 4350-E, INDRA 2126-E och INDRA 2119, vilka säljes av Industrial Raw Materials Corporation, och ett liknande vax sålt av Mobil Oil Corporation under varubeteck- ningen MOBIL® 150. Exempel på lämpliga oljor omfattar de olika petroleumoljorna, olika vegetabiliska oljor och olika kvaliteter DNT; en högraffinerad mineralolja såld av Atlantic Refining Company under varubeteckningen ATREOL; en teknisk 469 629 s vit mineralolja såld under varubeteckning KAYDOL av Witco Chemical Co., Inc., och liknande.

Den kolhaltiga bränslekomponenten skall även innehålla emul- germedlet, som användes i föreliggande uppfinning. Emulger- medlet utgöres av ett emulgermedel för vatten-i-olja, såsom de som kan deriveras från sorbitol genom förestring med avlägsnande av en molekyl vatten, såsom sorbitan, fettsyra- estrar, t ex sorbitanmonolaurat, sorbitanmonooleat, sorbitan- monopalmitat, sorbitanmonostearat och sorbitantristearat.

Andra användbara material omfattar mono- och diglycerider av fettbildande fettsyror samt polyoxietylensorbitolestrar, såsom material som kan härledas från polyetylensorbitolbivax och polyoxietylen(4)lauryleter, polyoxietylen(2)eter, poly- oxietylen(2)stearyleter, polyoxialkalen, oleyl/laurat, olje- syrafosfat, substituerade oxazoliner och fosfatestrar och blandningar därav och liknande.

I allmänhet bör emulgermedlet vara närvarande i en mängd från ca 0,5 till ca 2 vikt-% av den totala kompositionen. Vidare skall kolvätebränslekomponenten, som innehåller emulgermed- let, vara närvarande i en mängd inom området ca 3 - ca 10 vikt-% av den totala kompositionen. Åtminstone 1 vikt-% av den totala kompositionen skall vara ovan beskrivna vax, eventuellt i blandning med en olja. Upp till ca 9 vikt-% av den totala kompositionen kan utgöras av ovanstående vax och upp till ca 9 vikt-% av den totala kompositionen kan vara ovan beskrivna olja.

Föreliggande vatten-i-olja-kompositioner kan även innehålla upp till ca 20 vikt-% av ett tillsatsbränsle, såsom alu- minium, aluminiumlegeringar, magnesium och liknande. Parti- kelformigt aluminium föredrages såsom tillsatsbränsle. Emul- sioner av vatten-i-olja enligt föreliggande uppfinning inne- håller ca 10 - ca 25 vikt-% vatten. En mindre proportion av vattnet kan ersättas med ett vattenlösligt bränsle, såsom etylenglykol. Emellertid föredrages vatten med hänsyn till 469 629 7 ekonomin och eftersom det är ett bättre lösningsmedel för de oorganiska oxiderande salterna.

De oorganiska oxiderande salterna utgör ca 35 - ca 86 vikt-% av föreliggande emulsion. Det är lämpligt att de oorganiska oxidernade salterna huvudsakligen består av ammoniumnitrat, även om upp till ca 20 vikt-% av den totala kompositionen kan utgöras av annat oorganiskt nitrat, såsom ett alkali- eller jordalkalimetallnitrat och upp till 20 vikt-% av den totala kompositionen kan utgöras av ett oorganiskt perklorat, såsom ammoniumperklorat eller ett alkali- eller jordalkalimetall- perklorat. Det är lämpligt att åtminstone 25 vikt-% av den totala kompositionen utgöres av ammoniumnitrat och att ammoniumnitratet utgör ca 25 - ca 65 vikt-% av den totala kompositionen. Vidare kan relativt små mängder av andra oxiderande salter även vara närvarande i föreliggande emul- sioner. Då ett annat oorganiskt nitrat är närvarande i oxida- tionsmedlet föredrages att nitratet utgöres av natriumnitrat, även om exempelvis kaliumnitrat och kalciumnitrat även kan användas. Då vidare ett perklorat är närvarande är det lämp- ligt att ammonium- eller natriumperklorat användes, även om exempelvis kalium- och kalciumperklorat kan användas.

I föreliggande kompositioner, vari det oxiderande saltet omfattar ammoniumnitrat och annat oorganiskt nitrat utan något perklorat är det lämpligt att åtminstone 3 och upp till ca 20 vikt-% av den totala emulsionen utgöres av det andra oorganiska nitratet. I detta fall är det lämpligast att ca 5 - ca 10 vikt-% av den totala emulsionen utgöres av det andra oorganiska nitratet. I detta fall är det likaledes lämpligt att förhållandet mellan ammoniumnitrat och det andra oorganiska nitratet ligger inom området ca 5-ca 7:1. Då vidare det oxiderande saltet består av ammoniumnitrat och ett perkloratsalt utan något annat oorganiskt nitrat närvarande, är det lämpligt att perkloratet är närvarande i en mängd inom området ca 3 - ca 20 vikt-% av den totala emulsionen och företrädesvis ca 5 - ca 10 vikt-% av den totala emulsionen. 469 629 8 Även i detta fall är det lämpligt att förhållandet mellan ammoniumnitrat och perklorat ligger inom området 5-7:1. I de mest föredragna emnlsionerna enligt föreliggande uppfinning är det lämpligt att ammoniumnitrat, ett annat nitrat, före- trädesvis natriumnitrat, och ett perklorat är närvarande i relativa mängder av ca 5-6:1:1 till ca 6-7:1:0,5.

I allmänhet är föreliggande explosiva emulsionskompositioner av vatten-i-olja sprängkapselkänsliga vid -7°C och lägre och har utmärkt förvaringsstabilitet. Det är lämpligt att vatten- -i-olja-emulsionerna, som är avsedda att användas under kalla betingelser och/eller förvaras mer än 6 månader, innehåller oorganiskt perklorat såsom en komponent i den oorganiska oxiderande saltdelen i emulsionen.

Föreliggande förbättrade emulsioner kan företrädesvis fram- ställas genom förblandning av vattnet och de oorganiska oxiderande salterna i en första förblandning och det kol- haltiga bränslet och emulgermedlet i en andra förblandning.

De två förblandningarna upphettas, om så är nödvändigt. Den första förblandningen upphettas i allmänhet tills salterna är helt upplösta (ca 49-96°C) och den andra förblandningen upphettas, om så är nödvändigt, tills det kolhaltiga bränslet har blivit vätska (i allmänhet ca 49°C eller mer). Förbland- ningarna sammanblandas därefter och emulgeras och därefter införlivas vinylidenplastmikrosfärerna därmed till önskad grad (tills densiteten sjunker till det erforderliga om- rådet). Vid den kontinuerliga framställningen av emulsions- kompositioner föredrages att en vattenhaltig lösning fram- ställes, vilken innehåller oxidationsmedlen, i en tank, och att en blandning av den organiska bränslekomponenten, men utan emulgermedel, framställes i en annan tank och att där- efter de två vätskeformiga blandningarna och emulgermedlet separat pumpas till en blandaranordning, vari de emulgeras.

Därefter pumpas emulsionen till en blandare, vari vinyliden- plastmikrosfärerna och tillsatsbränslet (om så önskas) till- sättes och likformigt blandas däri för färdigställande av 1D 469 629 9 emulsioner av vatten-i-olja. Den erhållna emulsionen för- packas därefter genom en Bursa-påfyllare eller annan konven- tionell anordning med önskad diameter.

Vatten-i-oljaemulsionerna enligt uppfinningen är känsliga för detonation med konventionella sprängkapslar nr 6 och är lämpliga för detonation vid små laddningsdiametrar (3,18 cm och mindre). Vidare är sprängämnena lämpliga såsom tändsats för andra mindre känsliga sprängämnen.

Föreliggande vatten-i-oljaemulsioner känsliggöres utan an- vändning av konventionella högexplosiva material och utan användning av speciella initierings- eller detonationskata- lysatorer, men uppvisar ändå fördelarna med de konventionella emulsionerna av typ vatten-i-olja, vilka omfattar: de ger ej huvudvärk; de är sprängämnen som uppvisar vattenbeständighet såsom en inneboende egenskap på grund av deras fysikaliska form; de är sprängämnen som är säkra för initiering genom brand, gevärskulor, stöt, friktion eller statisk elektrici- tet; de är sprängämnen som passar för kontinuerlig bearbet- ning och kan strängpressas under framställning; och de är icke-korrosiva, d.v s de är ej kraftigt sura eller basiska.

Medan föreliggande uppfinning har beskrivits med avseende på föredragna utföringsformer, underförstås att olika modifika- tioner därav kan utföras efter läsande av föreliggande be- skrivning och uppfinningen är avsedd att täcka alla sådana modifikationer som faller inom ramen för följande krav.

Claims (13)

10 15 20 25 30 469 629 10 Patentkrav

1. Sprängkapselkänslig explosiv komposition av typen vatten- i-olja-emulsion, som kan detoneras med en sprängkapsel nr 6 vid en laddningsdiameter av 3,18 cm eller mindre och som huvudsakligen består av a) ca 3 - ca 10 vikt-% av ett kolhaltigt bränsle omfattande ett emulgermedel, b) ca 10 - ca 25 vikt-% vatten, c) ca 0,25 - ca 10 vikt-% av ett material innehållande slutet cellhålrum, d) ca 35 - ca 86 vikt-% av ett oorganiskt oxiderande salt och e) upp till ca 20 vikt-% av ett tillsatsbränsle, k ä n n e t e c k n a d av att materialet innehållande slutet cellhålrum består av ca 0,25 - ca 1 vikt-% vinyliden- plastmikrosfärer med en diameter av ca 30 pm, att kompositio- nen ej innehåller någon explosiv beståndsdel och ej heller någon detonationskatalysator och har en densitet av ca 1,1 - ca 1,3 g/cm3 och att det kolhaltiga bränslet innehåller vax med en smältpunkt av minst 27°C i en mängd av från ca 1 till ca 9 vikt-%, beräknat på hela kompositonen.

2. Explosiv komposition enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att åtminstone 25 vikt-% därav utgöres av ammonium- nitrat.

3. Explosiv komposition enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a d av att upp till 20 vikt-% av kompositionen utgöres av ett oorganiskt nitrat annat än ammoniumnitrat. 10 15 20 25 30 35 469 629 ll

4. Explosiv komposition enligt krav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att det oorganiska nitratet utgöres av alkali- och/eller jordalkalimetallnitrat.

5. Explosiv komposition enligt krav 4, k ä n n e t e c k - n a d av att det oorganiska nitratet utgöres av natrium- nitrat.

6. Explosiv komposition enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a d av att den innehåller upp till ca 20 vikt-% av ett oorganiskt perklorat.

7. Explosiv komposition enligt krav 6, k ä n n e t e c k - n a d av att det oorganiska perkloratet utgöres av ammonium-, alkalimetall- och/eller jordalkalimetallperklorat.

8. Explosiv komposition enligt någotåav kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d av att den innehåller ca 0,5 - ca 2 vikt-% av emulgermedlet.

9. Explosiv komposition enligt något av kraven 1-8, k ä n n e t e c k n a d av att det kolhaltiga bränslet omfattar med vatten oblandbart emulgerbart material bestående av petrolatum, mikrokristallint, paraffin-, mineral-, anima- liskt eller insektsvax, samt eventuellt petroleumolja eller vegetabilisk olja.

10. Explosiv komposition enligt krav 9, k ä n n e t e c k - n a d av att upp till ca 9 vikt-% därav utgöres av en olja.

11. Explosiv komposition enligt något av kraven 1 -10, k ä n n e t e c k n a d av att tillsatsbränslet utgöres av partikelformigt aluminium.

12. Explosiv komposition enligt något av kraven 1-ll, k ä n n e t e c.k n a d av att vinylidenplastmikrosfärerna har en densitet av ca 0,032 g/cm3. 10 15 20 629 12

13. Användning av vinylidenplastmikrosfärer i en mängd av ca 0,25 - ca 1 vikt-% i en explosiv komposition av typen vatten- i-olja-emulsion, vilken i övrigt består av a) ca 3 -ca 10 vikt-% av ett kolhaltigt bränsle omfattande ett emulgermedel och innehållande vax med en smältpunkt av minst 27°C i en mängd av från ca 1 till ca 9 vikt-%, beräknat på hela kompositonen, b) ca 10 - ca 25 vikt-% vatten, d) ca 35 - ca 86 vikt-% av ett oorganiskt oxiderande salt och e) upp till ca 20 vikt-% av ett tillsatsbränsle, ej innehåller någon explosiv beståndsdel eller detonationska- talysator och har en densitet av ca 1,1 - ca 1,3 g/cm3, för åstadkommande av detonerbarhet med en sprängkapsel nr 6 vid en laddningsdiameter av 3,18 cm eller mindre.