NO812481L - Sprengemulsjon. - Google Patents

Abstract

Emulsjons-sprengmidler som omfatter en diskontinuerlig oksyderende komponent og en vandig dispers fase, inneholder hydrazin-mononitrat som oksyderende middel. Slike blandinger krever liten eller ingen gass-sensibilisering.

Description

Oppfinnelsen vedrører sprcngmidler av emulsjonstype som har en diskontinuerlig fase og en karbonholdig brenselkomponent som danner en kontinuerlig fase.

Sprengmidler av emulsjonstype (EBA) er velkjente kommer-sielle eksplosivblandinger, men de er generelt bare detonerbare med vanskelighet, og det er derfor vanlig å innblande i dem et sensibiliseringsmiddel i form av en gass, f.eks. luft, enten i form av bobler eller i mikrosfærer av glass eller plast. Således omfatter konvensjonelle EBA vanligvis en diskontinuerlig vandig fase som omfatter en løsning av oksyderende salter, ofte og-så inneholdende oksyderende salt suspendert.som mikroskopisk fine partikler, i en kontinuerlig oljefase og også inneholdende en tredje, gassformig, fase dispergert i emulsjonen som fine gassceller. Emulsjonen er stabilisert mot væskeseparasjon ved hjelp av et li<p>ofilt emulgeringsmiddel. Slike emulsjoner kan også tjene som detonerbare grunnmasser for å bære faste brennstoffer, f.eks. aluminium eller uorganiske oksydasjonsmidler med lav løselighet: EBA kan typisk lages i et utvalg av for-mer fra stive plastiske kremer til nesten fluide, pumpbare produkter. En stiv kremkonsistens foretrekkes vanligvis.

EBA har vanligvis en intrinsic densitet i området rundt 1,4 5 g/cm , idet den okkluderte gass reduserer denne til 1,2 g/ cm 3 eller mindre, og sensibiliteten til den gass-sensibiliser-te EBA står i omvendt forhold til dens densitet for en gitt kjemisk sammensetning. Hvis imidlertid gassbobler er inkludert i emulsjonene, så har de tendens til å koalescere, hvorved deto-nerbarheten til produktet reduseres, og dette overvinnes av og til ved å innarbeide gassen i form av mikrosfærer av gass eller annet materiale. Anvendelse av slike ytterligere komponenter øker dog prisen på produktet betydelig.

Vi har nå funnet at det er mulig å fremstille et forbedret sprengmiddel av emulsjonstype som ikke for sin detonering er avhengig av nærvær av en gassformig komponent, eller hvis en gassformig komponent, eller hvis en gassformig komponent er inkludert som detonerende sensibilisator i produktet, i hvilket koalescens av gassen ikke i alvorlig grad forringer produktets detonerbarhet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor et sprengmiddel av emulsjonstype som omfatter en diskontinuerlig fase og en karbonholdig brenselkomponent som danner en kontinuerlig fase, hvor den diskontinuerlige fase omfatter hydrazin-mononitrat.

Den diskontinuerlige fase er vanligvis en vandig fase,

til stede som en løsning av hydrazin-mononitrat (og eventuelt fast hydrazin-mononitrat) i vann og kan eventuelt også omfatte andre forlikelige vannløselige materialer, spesiélt uorganiske oksyderende materialer, f.eks. ammoniumsalter, alkalimetall- og jordalkalimetallsalter, spesielt nitrat, klorat og perklorat, f.eks. slike som er omtalt i US-patentskrift nr. 3 447 978.

Den' diskontinuerlige fase utgjør vanligvis fra 20 til 97%, fortrinnsvis 40-97 %, helst 60-97 % og spesielt 70-97%, av vekt av blandingen, selv om den nøyaktige sammensetning naturligvis vil være influert av andelen av andre komponenter som er til stede slik at det i alt blir 100 %.

Den vandige komponent i emulsjonen dannes vanligvis ved oppvarmning av vannet og oppløsning i dette av de ønskede vann-løselige komponenter, idet blandingen vanligvis oppvarmes til ca. 80°C til alt er løst. Oppvarmningen kan utføres før eller under dannelsen av emulsjonen. Det foretrekkes at mengden av løsningsmiddel og løst stoff velges slik at i den endelige emulsjon, etter at den er avkjølt til omgivelsestemperatur, er den vandige komponent overmettet,- selv om en viss krystallisasjon, som resulterer i nærvær av krystaller i den vandige komponent, kanskje ikke vil påvirke egenskapene til EBA særlig i ugunstig retning.

I tillegg til hydrazin-nitratet og, i tilfelle sådanne er til stede, andre oksyderende midler, kan vannfasen omfatte også vannløselige brennstoffkomponenter som kan tjene som supplerende brensel. Som eksempler på sådanne kan nevnes løselige karbo-hydratmaterialer, f.eks. glukose, sukrose, fruktose, maltose, melasse etc. Andre mulige komponenter inkluderer f.eks. lavere glykoler, formamid, urea, metyl/amin-nitrat, heksametylentetramin, heksametylentetramin-nitrat, andre organiske nitrater etc.

Hydrazin-nitratet er gjerne til stede i den diskontinuerlige fase i EBA i henhold til oppfinnelsen i en mengde som utgjør minst 10 %, fortrinnsvis minst 30 % og helst minst 50 %, selv om den vanligvis vil overskride 70 % og enda vanligere overskride 80% eller til og med 90 %, i vekt. Grovt sagt vil den derfor utgjøre 10-100 % av den. diskontinuerlige fase. Hvis hydrazin-mononitratet danner en meget høy andel av fasen, vil det vanligvis være i nærvær av lite eller intet vann, f.eks. som det kan inntreffe når smeltet hydrazin-mononitrat emulgeres inn i den kontinuerlige fase. Den diskontinuerlige fase kan alternativt omfatte en blanding av oksyderende materialer, inklusive hydrazin-mononitrat, emulgert i den kontinuerlige fase, f.eks. som

en eutektisk blanding. Hvis hydrazin-mononitrat er det eneste oksyderende materiale i den diskontinuerlige fase, vil det fortrinnsvis utgjøre minst 60 % og mer fortrinnsvis minst 70 %, av fasen.i vekt.

Den annen komponent i EBA i henhold til oppfinnelsen er en karbonholdig brenselkomponent som danner en kontinuerlig fase.

En slik komponent må være ikke-vannløselig og må være i stand

til å danne en vann-i-olje-emulsjon med den diskontinuerlige komponent når et passende emulgeringsmiddel er til stede i passende mengde. Brenselkomponenten må være i stand til å bli gjort fluid for å tillate dannelse av emulsjonen. Selv om det for noen formål kan være ønskelig at emulsjonen som til slutt fremstilles, har en fast eller nær.fast kontinuerlig fase, vil det vanligvis være nødvendig at den kan gjøres tilstrekkelig flytende ved hevning av temperaturen til et aktuelt nivå for at emulge-ringen skal inntreffe.

Den karbonholdige brenselkomponent inkluderer fortrinnsvis en voks og en oljekomponent, f.eks. i form av en intim voks/ ■ oljeblanding, eller en voks-polymer modifisert oljekomponent. Brenselkomponenten kan således inkludere hydrokarboner, enten paraffiniske eller olefiniske, nafteniske, aromatiske, mettede eller umettede.

Vokser som kan utgjøre del av den karbonholdige brenselkomponent inkluderer vokser som stammer fra petroleum, mineralvok-ser, animalske vokser og insektvokser. De foretrukne vokser er slike som har smeltepunkter på minst 30°C og som er lett forlikelige med den dannede emulsjon. Voksene har fortrinnsvis et smeltepunkt i området 40-75°C.

En petroleum med egnet viskositet kan anvendes som komponent i det karbonholdige brensel, og typiske oljer for dette formål kan ha Brookfield-viskositeter ved 30°C i området 2-5000, fortrinnsvis 10-1000 centipoise.

Ikke-flyktige, vann-uløse]ige polymere eller elastomere materialer, f.eks. naturgummi, syntetisk gummi og polyisobuty-len, kan inkluderes i brenselkomponenten, i likhet med kopoly-merer, f.eks. av butadien/styren, av isopren/isobutylen, eller

av isobutylen/etylen.

Den karbonholdige brenselkomponent er generelt til stede i en mengde av 2-8 vekt% regnet på EBA, selv om større andeler, f.eks. opp til 10, 15 eller til og med 20 % kan være akseptable.

Området og typer av brensel er godt eksemplifisert i litte- ■

råturen.

Supplerende brennstoffer som kan inkluderes i den karbonholdige brenselkomponent inkluderer fettsyrer, høyere alkoholer, vegetabilske oljer; nitroorganiske komponenter, både alifatiske og aromatiske, f.ek's\dinitrotoluen, nitratestere; og faste, partikkelformige materialer, f.eks. kull, grafitt, karbon, svo-, vel, aluminium, magnesium etc.

Selv om EBA i henhold til oppfinnelsen som inneholder minst 40, og spesielt som inneholder 50 vekt% hydrazin-mononitrat i den diskontinuerlige fase vanligvis er detonerbare uten innlem-melse av en okkLudert gasskomponent, utelukker vi ikke den mulighet at det kan være å foretrekke, spesielt hvis andelen av hydrazin-mononitrat er mindre enn hva som er angitt ovenfor, å

inkludere gass i en eller annen form, enten en gass-mikroboble

eller i form av gass i mikrosfærer, i hvilke tilfelle det vil være bekvemt å inkludere gassen, vanligvis luft, ved hvilke som helst passende kjente hjelpemidler.

Fortrinnsvis vil minst 50 % av en slik gass være i form av mikrobobler eller sfærer med diameter mellom 20 og 90 Mm, fortrinnsvis 40-70 Mm.

Gasskomponenten tilsettes vanligvis under avkjøling, slik at den fremstilte emulsjon omfatter fra ca. 0,05 til 50 volum% gass ved omgivelsestemperatur og -trykk. Imidlertid foretrekkes, på grunn av forbedret detonerbarhet hos EBA i henhold til oppfinnelsen, lave gassmengder, siden dette fører til produkter med høyere densitet. Typisk vil luften utgjøre mindre enn 10 %, fortrinnsvis mindre enn 7 %, helst mindre enn 5% og spesielt mindre enn 3%i volum.

Ved gassvolumer på 0-5 % og spesielt"0-3 % i volum av blandingen , er detonasjonshastighetene for EBA i henhold til oppfinnelsen overlegne i forhold til dem med mer konvensjonelle gassrom, som typisk er av størrelsesorden 30% og sjeldent mindre enn 15 %, av gass.

Hvis gass inkluderes i produktet i fri tilstand, til for-skjell fra å være innesluttet i mikrosfærer, vil den vanligvis bli innført ganske enkelt ved å blande emulsjonen i et åpent kar, selv om den også kan inkluderes ved å boble gassen gjennom emulsjonen eller ved kjemisk generering av gassen in situ.

EBA i henhold til oppfinnelsen omfatter også hjelpemidler

for å bevirke stabil emulgering av komponentene. Bekvemt anvendes et overflateaktivt middel av vann-i-olje-type eller et emulgeringsmiddel i en mengde som er passende for kravet om å produ-sere en tilfredsstillende permanent emulsjon. Typisk anvendes det overflateaktive middel i en mengde på 0,5-5 vektdeler pr. 100 vektdeler av EBA selv om mengden for enhver spesiell sammensetning lett kan bestemmes ved forsøk. Mange egnede overflateaktive midler er beskrevet i litteraturen og inkluderer f.eks.

dem som stammer fra sorbitol ved forestring, glyceridene av fett-dannende fettsyrer-, polyoksyetylen-sorbitolesterne, isopropyles-terne av lanolinfettsyrer, blandinger av fettalkoholer med høye-re molekylvekt og voksestere, polyoksyetylen(4)-lauryleter, polyoksyetylen(2)-oleyleter, polyoksyetylen(2)-stearyleter, polyoksyalkylen-oleyl-laurat, oleylsyrefosfat, substituerte oksazoliner og fosfatestere etc. Blandinger av slike overflateaktive midler kan også anvendes.

Andre konvensjonelle komponenter, f.eks. forlikelige for-tykningsmidler i små mengder på opp til f.eks. 10 vekt% kan også være til stede.

Emulsjonens pH-verdi er vanligvis mellom 2 og 8.

Fremstillingen av EBA-emulsjoner er beskrevet i den litte-ratur som er omtalt ovenfor, og det kan henvises til denne for ytterligere diskusjon av de forskjellige prosedyrer. Således kan EBA i henhold til oppfinnelsen fremstilles typisk ved å blande vann med hydrazin-nitratet og, hvis til stede, andre oksyderende midler for dannelse av en løsning. Oppløsning og fremstilling av en mettet løsning kan forenkles ved oppvarmning av vannet, selv om vi ikke utelukker den mulighet at alle eller de fleste av ingrediensene i emulsjonene kan blandes sammen og oppvarmes sammen. Emulgatoren og brennstoffet tilsettes så ved passende temperatur, og den resulterende blanding agiteres for produksjon av den ønskede emulsjon. Andre ingredienser, spesielt faste stoffer, tilsettes gjerne, selv om det ikke er essensielt, og det agiteres videre.

EBA i henhold til oppfinnelsen kan anvendes som sådanne, eller de kan forpakkes i .ladninger av passende dimensjoner.

Oppfinnelsen skal i det følgende illustreres ved hjelp av eksempler, hvor emulsjonene ble fremstilt ved konvensjonelle teknikker. Eksemplene 3 og 25-30 viser kontrollprøver for å demonstrere fordelen ved nærvær av hydrazin-mononitrat.

Bemerkninger til tabellene

Størrelse (i) - representerer 32 x 200 mm ladning

(ii) - representerer 20 x 200 mm ladning Initiering - (a) -nr. 6 + 4 gm Pentolite primer

(50 % PETN 50 % TNT)

(b) - nr. 6 detonator

Kaydololje er en hvit mineralolje av høy renhet levert

av Witco Chemical Company.

"Microballoons" er registrert varemerke

En No. 6 Detonator er en Instant Electric No.6 detonator med en basisladning på 0,24 gm PETN og initieringsladning på 0,15 mm ASA.

Claims (8)

1. Emulsjons-sprengmiddel, karakterisert ved at det omfatter en diskontinuerlig fase og en karbonholdig brenselkomponent som utgjør en kontinuerlig fase, hvor den diskontinuerlige fase omfatter hydrazin-mononitrat.

2. Sprengmiddel som angitt i krav 1, karakterisert ved at den diskontinuerlige fase utgjør 20-97 vekt% av blandingen og at hydrazin-mononitratet utgjør 10-100 vekt% av den diskontinuerlige fase.

3. Middel som angitt i krav 2, karakterisert ved at den diskontinuerlige fase utgjør 40-97 vekt% av blandingen.

4. Middel som angitt i krav 2, karakterisert ved at den diskontinuerlige fase utgjør 60-97 vekt% av blandingen. .

5. Middel som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den diskontinuerlige fase omfatter vannløselige uorganiske oksyderende materialer i tillegg til hydrazin-mononitratet.

6. Middel som angitt i hvilket som helst av de foregå-ende krav, karakterisert ved at det omfatter en detonasjonssensibilisator i form av bobler av gass, spesielt luft.

7. Middel som angitt i krav 6, karakterisert ved at minst 50 volum% av sensibilisatoren er i form av mikrobobler med diameter mellom 20 og 90 pm.

8. Eksplosiv ladning, karakterisert ved at den omfatter et middel som beskrevet i hvilket som helst av kravene 1 til 7.