KR100276128B1 - 비화약 파쇄 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 경시안정성이 양호하며, 더욱이 제조시 및 취급시의 안정성이 뛰어난 비화약 성분으로서 이루어지는 저진동, 저소음의 파쇄 조성물을 제공하고자 하는 것이다.
그리고, 본 발명에서는, 입자지름 44㎛ 이하의 미립자를 입도분포로서 95% 이상 함유하고, 또한 분진 비산 방지제와 산화방지제를 함유한 알루미늄분 15~30중량%와, 입자지름 74㎛ 이하의 미립자를 입도분포로서 95% 이상 함유하는 산화제이구리 70~80 중량%로서 이루어지는 테르미트제 100중량부와, 분해가스 발생제 80~120 중량부로서 구성하였다. 여기에서 알루미늄분은, 분진 비산 방지제로서 폴리테트라플루오로에틸렌을 2중량% 이하와, 산화방지제로서 스테아린산 또는 스테아린산 알루미늄을 1~2 중량%를 함유한 디더스트 알루미늄인 것이 바람직하다. 또 분해가스 발생제는, 붕사를 제외한, 고온을 가할 때 수증기를 발생시키는 칼륨백반 등 결정수를 가지는 무기물인 것이 바람직하다.

Description

비화약 파쇄 조성물
제1도는 가열시험법을 나타내기 위한 설명도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 시료 2 : 평량병
3 : 덮개
본 발명은, 콘크리트 구조물· 암반 따위의 취약성체(脆弱性體)를 저진동·저소음으로 순시에 파괴하는 비화약 파쇄 조성물에 관한 것이다.
종래에는, 콘크리트 구조물·암반 따위 취약성체를 파괴하는 데에 화약류의 적용을 받는 콘크리트 파쇄기, 폭약 등이 주로 사용되어 왔다. 나아가서는, 석회 등을 주성분으로 하는 팽창성 파쇄제도 제안되어 시장에 나와 있다.
이들은 모두 일장일단이 있다. 예컨대, 화약류라면 암반 등의 취약성체 파괴효율은 높으나, 파괴시의 진동, 소음은 사용한 화약류에 따라서 매우 크며, 이들의 사용시에는 소비허가가 필요하며, 시행착오로 쉽게 실시하여 볼 수도 없는 것이다.
한편, 팽창성 파쇄제는, 파쇄시의 진동·소음이 적고, 또한 소비허가도 필요없이 용이하게 채용할 수 있으나, 반응 완결까지의 시간이 길기때문에, 파쇄효율이 불량하여, 상기 화약류를 사용한 시공법에 크게 미치지 못한다.
이들 양자의 결점을 보완하고, 시공효율이 우수한 시공방법을 제공하기 위한 비화약 파쇄제인 저진동·저소음 파쇄약제(일본공기(주)제 간사이저)가 있다(특개평 2-204384호 공보).
이것은 화약류를 사용한 시공방법과 전적으로 같은 방법으로 소비허가가 필요없고, 신속하게 취약제를 파괴하는 시공법을 제공하는 것으로서, 현장작업원에는 위화감을 주지 않는 우수한 파쇄약제이다.
상기 파쇄약제는 알루미늄, 산화제이구리 및 분해가스 발생제로서 이루어지는 조성물로 구성되어 있다.
여기에서, 알루미늄은 테르미트제의 환원제이며, 이것과 산화제인 산화제이구리가 반응해서 반응속도가 빠르고, 더욱이 고반응열을 발생시키는 테르미트 반응을 일으켜, 분해가스 발생제를 단시간에 분해하므로써 취약성체의 파괴강도 이상의 압력을 순시에 생성하여 파괴에 이르게 하는 것이다.
따라서, 상기 파쇄약제의 파괴성능은 테르미트 반응 여하에 크게 좌우되는 것은 물론이다.
그런데, 이 반응을 발생시키는 테르미트 반응 성분의 알루미늄은 반응속도를 올리기 위하여, 혹은 반응성을 양호하게 유지하기 위하여 매우 미세한, 더욱이 표면적이 알루미늄일 필요가 있다.
이와 같은 표면적이 큰 알루미늄은 매우 산화되기 쉽고, 한번 사노하되면 테르미트 반응은 충분한 반응열을 발생하지 않을 뿐만 아니라 그 반응속도도 저하하며, 분해가스 발생제를 충분히 분해할 만큼의 열량이 부여되지 못하여, 취약성체의 파괴에 실패하는 일이 있다.
이와 같이, 원료 그 자체의 화학적·물리적 성상이 변화하는 것을 일반적으로 경시변화라고 하는데, 이 경시변화에 의하여 크게 성능이 열화되어 버리는 일이 있다.
또, 전술한 바와 같이, 미분말의 알루미늄을 사용하고 있으므로, 제조시에 분진이 날아서 최악의 경우에는 분진폭발의 위험성마저 존재한다.
본 발명은, 그와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 경시 안정성이 양호하며, 더욱이 제조시 및 취급시의 안정성이 뛰어난 비화약 성분으로 이루어지는 저진동, 저소음의 파쇄조성물을 제공하는 데 있다.
이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구 범위 제1항은, 입자지름 44㎛ 이하의 미립자를 입도분포로서 95% 이상 함유하고, 또한 분진 비산 방지제와 산화 방지제를 함유한 알루미늄분 15~30 중량%와, 입자지름 74㎛ 이하의 미립자를 입도분포로서 95% 이상을 함유하는 산화제이구리 70~80중량%로서 이루어지는 테르미트제 100 중량%와, 분해가스 발생제 80~120 중량부로서 구성한 것이다.
또, 본 발명의 청구범위 제2항은, 알루미늄분이 분진 방지제로서 폴리테트라플루오로에틸렌을 2 중량% 이하와, 산화 방지제로서 스테아린산 또는 스테아린산 알루미늄을 1~2 중량% 함유한 디더스트 알루미늄(Dedust Aluminium)임을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구범위 제3항은, 분해가스 발생제가 붕사를 제외한 고온 가열시 수증기 등을 발생시키는 칼륨백반 등 결정수를 가지는 무기물임을 특징으로 하는 것이다.
그리고, 청구범위 제1항의 발명에서는, 테르미트제를 입자지름 44㎛ 이하의 미립자를 입도분포로서 95% 이상을 함유하며, 또한 분진 비산 방지제와 산화 방지제를 함유한 알루미늄분 15∼30 중량%, 입자지름 74㎛이하의 미립자를 입도분포로서 95% 이상을 함유하는 산화제이구리 70~80 중량%로서 이루어지는 것으로 하였으므로, 종래의 비화약 파쇄약제와 동등 이상의 연소성 및 취약성체 파괴성능을 유지하며 또한 알루미늄에 분진 비산 방지제를 첨가함으로써 디더스트 알루미늄으로 하였으므로, 제조시 및 취급시의 안정성을 향상시킬 수가 있음과 동시에, 알루미늄에 첨가한 산화방지제의 효과에 의하여 제품의 경시 안정성을 크게 향상시킬 수가 있다.
여기에서, 알루미늄의 입도를 44㎛ 이하(메디안 17~23㎛)의 것으로 하는 테르미트 반응의 산화제인 산화제이구리는, 종래보다 입자지름을 크게 하여도 비화약 파쇄 조성물의 성능은 거의 변하지 않는 것도 확인하였다.
또, 청구범위 제2항의 발명에 있어서는, 알루미늄은, 분진 비산 방지제로서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 2 중량% 이하의 범위에서 사용하므로써 알루미늄의 입도가 44㎛ 이하인 매우 미세한 입자지름으로 하여도 분진의 비산을 확실하게 방지할 수 있음을 알게 된 것이며, 산화 방지제로서 스테아린산 또는 스테아린산 알루미늄을 1~2 중량% 사용하므로써 비화약 파쇄 조성물의 경시 안정성을 향상시킨 것이다.
일반적으로, 이와 같은 미립자의 디더스트화한 알루미늄은 내수성이며, 따라서, 수중에 투입하여도 표면이 젖지 않고 수면으로 확산하는 성질이 있다. 그 때문에, 시간이 걸리는 입도 분포 분석보다도 1g의 디더스트 알루미늄이 수면상에 어느 정도의 면적으로 퍼지는가를 보는 시험방법에 의해서 그 입도의 크기를 대략 조사할 수가 있다. 이 방법으로 조사한 입경의 작은 정도를 워터 커버링 에리어(W.C.A)라는 지표로 표시한다. 따라서, 이 값이 클수록 입자 지름이 작은 것을 의미한다.
또한, 청구범위 제3항의 발명에서는, 분해가스 발생제는 고온을 부여하면 수증기 등을 발생시키는 물질, 즉 칼륨백반, 황산니켈 등의 분자내에 결정수를 가지는 무기화합물이라면, 테르미트 반응의 고온에 의해서 결정수가 해방되어 순시간에 수증기로서 방출되게 한다. 바람직하게는 이 분해가스가 인체에 무해한 수증기라면, 가장 바람직한 것임은 물론이다.
이 관점에서, 비교적 인체에 무해한 가스를 발생시킬 것이라고 상정하여 실시한 사탕수수, 메타알데히드 등도 취약성체의 파쇄효과가 있기는 하나, 앞서 기재한 대로, 부근의 가연물에 연소가 미치거나 충분한 파쇄효과를 가지지 못한다는 결점이 있다.
[실시예]
이하에, 본 발명을 실시예에 의하여 상술한다.
[실시예 1]
아세톤 100 중량부에 대하여, 염화비닐분말 12.5 중량부를 가하여 잘 섞어서 염화비닐을 용해시킨 바인더액(이하, 바인더액이라 칭한다)을 준비한다.
분진 방지제로서, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)를 1.7 중량부, 산화제로서 스테아린산을 1.5 중량부를 함유하는 입자지름 44㎛ 이하의 알루미늄분(도오요오 알루미늄(주)제)의 PF0100S) 23 중량부에, 입자지름 74㎛ 이하의 산화제이구리(닛싱케므코(주)제) 77중량부를 가하여 잘 혼합하였다.
여기에, 상기 바인더액 12 중량부와, 칼륨백반 (KAL(SO4)2·12H2O)(다이메이화학(주)제) 100 중량부를 가하여 더욱 잘 혼합하였다.
이들 혼합물은, 다음에 JIS 표준8 메시 채를 통하게 한 후, 12시간 이상 바람에 건조시켰다. 건조시킨 시료 약 250g 을 내경 27mm, 길이 400mm 의 플라스틱 통체에 충전시켜 전용의 착화기구를 장착한 후, 모래속에서 발화시켜 그 연소 속도를 계측한 바, 218m/sec 였다.
또한, 1 년간 저장 후, 이 조성물의 연소속도를 계측한바, 215m/sec, 다시 2년간 저장 후에는 215m/sec 로서 거의 변화가 없었다.
이 연소속도는 콘티나이트로사제의 광파이버 폭발속도 측정기(EXPLOMET-FO)를 사용하여 계측하였다.
[실시예 2]
실시예1 과 같은 배합이나, 칼륨백반의 양을 20 중량부 증가시킨 것이다.
[실시예 3]
실시예1과 같은 배합이나, 산화제이구리의 입자지름을 44㎛ 이하로 함과 동시에, 칼륨백반의 양을 20 중량부 감한 것이다.
[실시예 4]
실시예1과 같은 배합이나 테르미트제(알루미늄과 산화제이구리)의 양을 변경시킴과 동시에, 산화제이구리의 입자지름을 44㎛이하로 한 것이다.
[실시예 5]
실시예1과 같은 배합이나, 테르미트제(알루미늄과 산화제이구리)의 양을 변경시킴과 동시에, 산화제이구리의 입자지름을 44㎛ 이하로 한 것이다.
[실시예 6]
실시예 4와 같은 배합이나, 칼륨백반 대신에 암모늄백반(다이메이 화학(주)제)를 사용하였다.
[실시예 7]
실시예5와 같은 배합이나, 칼륨백반 대신에 황산니켈(7수염)(시약)을 사용하였다.
[실시예 8]
실시예1과 같은 배합이나, 칼륨백반 대신에 암모늄백반을 사용하였다.
실시예 1~8 은 본 발명의 주 취지에 맞으며, 우수한 성능, 취급성을 가지고 있으나, 그 중에서도 실시예 8은 성능면에서 뛰어남을 알 수 있었다.
[비교예 1]
분진 방지제, 산화 방지제가 함유되어 있지 않은 입자 지름 44㎛ 이하의 알루미늄분 23 중량부에 아세톤 10 중량부를 가하고, 다시 입자지름 44㎛ 이하의 산화제이구리 77 중량부를 가하여 잘 혼합하였다.
다음에, 바인더액에 12 중량부를 앞서의 알루미늄분과 산화제이구리의 혼합물에 가하고, 다시 잘 혼합하였다. 다음에, 칼륨백반 100 중량부를 가하고, 다시 잘 혼합하였다.
이 혼합물은, 다음에 JIS 표준 8메시 채를 통과시켜, 12시간 바람에 건조시켰다. 이 중, 시료 약 250g 빼서, 내경 27mm, 길이 400mm 의 플라스틱 통체에 충전하고, 전용의 착화기구를 장착한 후, 그 연소속도를 계측한 바, 215m/sec였다.
또한, 1년간 저장 후, 이 조성물의 연소속도를 계측한 바, 208m/sec 이며, 다시 2년간 저장 후에는 166m/sec라는 현저한 성능의 열화가 보였다.
[비교예 2]
실시예 1과 같은 배합이나, 칼륨백반 대신에 붕사(Na2B4O7·10H2O)를 사용하였다.
마찬가지로 하여, 플라스틱 통체에 충전하고, 연소속도를 잰 바, 130m/sec였다.
이 조성물은 1년 후에는 부분적으로 고화되었으므로, 경시안정성이 불량한 것을 알았다.
[비교예 3]
분진방지제로서 PTFE가 2중량부, 산화 방지제로서 스테아린산 2, 3 중량부를함유하는 입자지름 44㎛ 이하의 알루미늄분 23 중량부에 입자지름 44㎛ 이하의 산화제이구리 77 중량%를 가하고, 다시 바인더액 12 중량부와 사탕수수 100 중량부를 가하여 잘 혼합하였다. 그후, JIS 규격 8 메시 채를 통과시켜, 12 시간 바람에 건조시켰다.
이것을 실시예 1과 같은 방법으로 하여 연소 속도를 계측한 바, 185m/sec였다. 이 조성물은, 연소잔사가 언제까지나 그을려지는 경향이 있으며, 부근에 가연물이 있으면, 연소가 번지는 위험성이 있음을 알았다.
[비교예 4]
비교예 3과 같은 배합이나 사탕수수 대신에 메타알데히드(시약)를 사용하였다. 마찬가지로 하여, 플라스틱 통체에 충전하고 연소속도를 측정한 바, 100m/sec라는 낮은 값이며, 다소 미반응물이 보였다.
그래서, 본 시료를 석면 상에 펼치고 다른 착화구로 연소시킨 결과, 흰 섬유상의 부유물이 발생하고, 반응가스도 특이한 냄새를 풍긴다는 것을 알았다.
다음에, 상술한 실시예 및 비교예의 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에서, 스테아린산/동알루미란, 스테아린산 또는 스테아린산 알루미늄 중 어느 하나라는 의미이다.
경시 안정성에 관해서는, 그 정도를 5개 랭크로 나누어서 수치로 표시하였으나, 제조/취급 안전성에 관해서는, / 기호로 나누어서 랭크를 붙여 표시하였다.
마찰·낙추(落追) 감도는, 각각 7급·8급까지 있으며, 수치가 클수록 둔감하다는 것을 나타낸다.
[표 1]
단, 경시 안정성과 제조/취급 안전성의 항목은, 5개 랭크(1;불량, 2; 다소 불량, 3; 보통, 4; 다소양호, 5; 양호)로 나누었다.
또, PTFE 와 스테아린산/동알루미는 알루미늄 100 중량%에 대한 추가 중량부이다.
다음에, 분진 비산 방지제의 효과와 산화방지제의 효과에 관하여 설명한다.
분진 비산방지제의 첨가효과에 의해서, 원료의 평량(枰量)공정 및 혼화공정에서 분진이 거의 날리지 않으므로, 금속분에 의한 정전기 발화사고의 위험성이 적어질 뿐만 아니라, 그 분진이 인체에 흡수되는 확률이 감소되므로, 대규모의 배기 장치도 필요없게 되어 작업환경이 크게 개선된다.
한편, 산화 방지제의 첨가효과에 의해서, 산화 방지제를 첨가한 실시예 1의 조성물을 반응속도 검토하면, 제2도와 같이 1년간의 보존기간에 산화 방지제를 첨가하지 않는 비교예 1의 조성물과 거의 변화는 없으나, 1.5 년 이상의 보존기간에서는 비교예 1의 조성물 쪽이 30~50m/sec의 반응속도 저하가 보이고, 분명히 산화 방지제의 효과가 보였다.
[표 2]
또, 화약류 취체법에 명시되어 있는 안정도 시험 중, 고온 환경 시험인 가열시험에서는 제 3표와 같이 35% 정도의 안정성이 개선되었다.
[표 3]
여기에서, 제1도에 의거 가열시험방법을 설명한다.
우선, 시료를 도시하지 않은 상온의 진공건조기 내에서 충분히 제습(際濕)건조시킨다. 다음에, 10g의 시료(1)를 저면 지름 35㎜, 높이 50㎜의 덮개가 달린 유리제 원통형 평량(枰量)병(2)으로 정밀하게 달아서 75℃로 유지한 건조기 내에 48시간 정치한 후, 다시 정밀하게 감량을 측정한다.
이 감량이 100분의 1 이하이면, 이 시료(1)는 우량이라고 인정하는 방법으로 실시하였다.
이상과 같이, 청구범위 제1항∼제3항의 발명에 의하면, 미분입자로 이루어지는 알루미늄에 산화제로서 스테아린산/스테아린산 알루미늄을 1∼2중량%를 가하여 알루미늄 그 자체의 산화를 방지하고, 또한 2중량%의 이하의 폴리테트라플루오로에틸렌을 가하므로써 미분입자를 취급시에 생기는 분진을 억제하는 것이 가능하게 된다.
이 결과, 알루미늄의 입자지름을 44㎛ 이하로 하여도 분진이 별로 날리지 않으며, 이 미세한 알루미늄을 사용함으로 인하여, 산화제이구리의 입자지름이 다소 거친 입자로 되어도 반응 속도에 영향이 없다.

Claims (2)

  1. (정정) 입자지름 44㎛ 이하의 미립자를 입도분포로서 95% 이상 함유하며, 또한 분진 비산 방지제로서 폴리테트라플루오로에틸렌 및 산화방지제로서 스테아린산 또는 스테아린산 알루미늄을 함유한 알루미늄분 15∼30중량%와, 입자 지름 74㎛ 이하의 미립자를 입도분포로서 95% 이상 함유하는 산화제이구리 70∼80 중량%로서 이루어지는 테르미트제 100중량부와, 분해가스 발생제로서 칼륨백반, 암모늄백반 또는 황산니켈 중 어느 하나를 80∼120 중량부로 구성한 것을 특징으로 하는 비화약 파쇄 조성물.
  2. (정정) 제1항에 있어서, 알루미늄분은 폴리테트라플루오로에틸렌 1.5∼1.9중량%와, 스테아린산 또는 스테아린산 알루미늄 1∼2중량%를 함유한 디더스트 알루미늄인 것을 특징으로 하는 비화약 파쇄 조성물.
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