PL178812B1

PL178812B1 - Środek wybuchowy typu hydrożelu, sposób wytwarzania środka wybuchowego i ładunek wybuchowy

Info

Publication number: PL178812B1
Application number: PL94303071A
Authority: PL
Inventors: Juan A. A. Zabala; De Segura Fernando B. Gomez; Agustin G. Ocejo; M.V.M. Hall; L.M. Zimmermann
Original assignee: Espanola Explosivos
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1994-04-20
Publication date: 2000-06-30
Also published as: ATE199012T1; AU6057594A; PE4295A1; MA23167A1; EP0622346A1; CN1062258C; HK1011345A1; ES2081744A1; CZ293463B6; NO941411D0; NO300538B1; CN1100082A; ZW4894A1; ES2081744B1; CA2121708A1; BR9400985A; EP0622346B1; CO4370767A1; CZ93194A3; DE69426634D1

Abstract

a) 30 - 90% wagowych, w stosunku do calkowitego ciezaru srodka, soli utleniajacej wybranej z grupy skladajacej sie z azotanu lub nadchloranu amonu, metalu alkalicznego lub ziem alkalicznych, albo ich mieszanin, b) 1 - 40% wagowych, w stosunku do calkowitego ciezaru srodka, skladnika sensybilizatora rozpuszczalnego w wodzie, zawierajacego ponad 50% wagowych jednego lub kilku rozpuszczalnych w wodzie zwiazków o bilan- sie tlenowym bardziej dodatnim niz -150% wybranego sposród soli kwasu azotowego, chlorowego i nadchlo- rowego z acyklicznymi zasadami azotowymi, zawierajacymi nie wiecej niz 2 atomy przylaczone do jednego lub kazdego zasadowego atomu azotu i do trzech atomów wegla na kazdy zasadowy atom azotu oraz soli kwasu a- zotowego, chlorowego i nadchlorowego z fenyloamina, c) 0,1 - 5% wagowych, w stosunku do calkowitego ciezaru srodka, srodka zageszczajacego, wybranego z grupy skladajacej sie z produktów pochodzacych z nasion, produktu biosyntetycznego lub polimeru syntetycznego, d) 0,1 - 5% wagowych, w stosunku do calkowitego ciezaru srodka, srodka sieciujacego, wybranego z grupy skladajacej sie ze zwiazku antymonu, zwiazku chromu, zwiazku tytanu i zwiazku glinu, e) srodek zmniejszajacy gestosc, wybrany z grupy skladajacej sie z: (i) stalego materialu porowatego, takiego jak perlit, mikrokulki szklane lub mikrokulki plastykowe albo spieniony polistyren, w ilosci 0,1 - 3%, w stosunku do calkowitego ciezaru srodka, (ii) dodatku chemicznego zdolnego do wytwarzania gazu w srodku wybucho- wym, i (iii) mechaniczne wyplywanie pecherzyków powietrza lub gazu, f) zawartosc wody w stosunku do calkowitego ciezaru srodka, stanowi mniej niz 5% g) ewentualnie, 1 - 25% w stosunku do calkowitej masy srodka, nierozpuszczalnego w wodzie sensybilizatora, wybranego z grupy skladajacej sie z pigmentu aluminiowego, materialów wybuchowych i ich mieszanin, h) ewentualnie, od 0 - 20%, w stosunku do calkowitej masy srodka, paliwa wybranego z grupy skladajacej sie z produktów pochodzenia roslinnego, produktu pochodzacego z ropy naftowej, paliwa organicznego lub produk- tu metalicznego i i) ewentualnie, od 5 - 35% w stosunku do calkowitej masy srodka, srodka opózniajacego plomien, wybranego z grupy skladajacej sie z halogenku albo weglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alkalicznych, talku lub pa- ry soli zawierajacej halogenek amonowy i azotan sodowy lub potasowy. PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest środek wybuchowy typu hydrożelu, sposób wytwarzania środka wybuchowego i ładunek wybuchowy.

Wytwarzany środek zawiera niewielką ilość wody, a sposób wykorzystywany do jego wytwarzania zapewnia uzyskanie produktu o właściwościach Teologicznych i higroskopowości umożliwiających jego ładowanie w papierowe osłony w istniejących urządzeniach.

Materiały wybuchowe typu hydrożeli, określane również jako zawiesinowe materiały wybuchowe, są powszechnie wykorzystywane w wielu zastosowaniach. Wykazują one zadowalające właściwości użytkowe i często przewyższają konwencjonalne materiały wybuchowe oparte na nitroglicerynie pod względem bezpieczeństwa przy wytwarzaniu, stosowaniu i przechowywaniu.

Podstawę materiału wybuchowego typu hydrożelu stanowi płynna mieszanina soli utleniających, paliw, środków zagęszczających, sensybilizatorów i środków sieciujących. Zazwyczaj materiały wybuchowe typu hydrożeli stanowią układy dwufazowe (które można wytwarzać jako pojedynczą fazę) zawierające 10 - 30% wody. Zazwyczaj część soli utleniających i ewentualnie sensybilizator są rozpuszczone w wodzie, a reszta składników jest zdyspergowana w roztworze. W celu zwiększenia zdolności roztworu do dyspergowania składników stałych dodaje się środki zagęszczające, zwiększające lepkość układu, zapewniając w ten sposób większą jednorodność produktu finalnego.

Z uwagi na dużą zawartość wody produkt wykazuje początkowo płynną konsystencję, tak, że można go łatwo wlewać bezpośrednio do otworów strzałowych. Jednakże tak długo, jak produkt pozostaje ciekły, nie można go pakować w standardowe osłony papierowe wykorzystywane np. do pakowania materiałów wybuchowych opartych na glicerynie, gdyż woda zwilża papier i powoduje jego rozpad. W związku z tym konsystencja hydrożelu wymaga pakowania produktu w hermetycznie szczelnych plastykowych pojemnikach, zazwyczaj z polietylenu wysokiej lub niskiej gęstości. Hydrożele pakowane w plastyk nie wypełniają w sposób zadowalający otworów wiertniczych, gdyż plastykowe opakowanie jest odporne na pękanie, co uniemożliwia prawidłowe wypełnienie otworu wiertniczego przez materiał wybuchowy. Ponadto opakowania plastykowe nie nadają się do stosowania w wielu kopalniach, np. w kopalniach azbestu i kopalniach diamentów.

Galaretowate i proszkowe materiały wybuchowe sensybilizowane nitrogliceryną nitroglikolem lub azotanami innych alkoholi albo ich mieszaninami wykazują tę zaletę, że można je łatwo ładować w osłonę papierową. Jednakże stosowanie takich materiałów wybuchowych stwarza dla użytkownika problemy, z jednej strony spowodowane tym, że sensybilizatory są środkami rozszerzającymi naczynia krwionośne i mogą powodować bóle głowy i inne kłopoty krążeniowe, a z drugiej strony spowodowane tym, że dymy detonacyjne zawierają duże ilości toksycznych gazów, takich jak tlenki azotu i tlenek węgla.

W opisie patentowym europejskim nr 0187 709 usiłowano obejść problemy związane z pakowaniem kompozycji typu hydrożeli stosując osłony z papieru, którego co najmniej jedna powierzchnia powleczona jest żywicą odporną na materiały wybuchowe oparte na wodzie.

178 812

W opisie ujawniono wytwarzanie wodoodpornych nabojów papierowych wykonanych po prostu z papieru foliowanego plastykiem w specjalnie skonstruowanym do tego celu urządzeniu. Materiałem wybuchowym wypełniającym ładunek jest jednak zwykły materiał wybuchowy typu hydrożelu lub emulsji. Odporność opakowania na zwilżanie przez hydrożel jest w całości zależna od integralności plastykowej warstwy w kontakcie z hydrożelem w opakowaniu. W opisach patentowych, brytyjskim nr 2005367 i Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 420 440 i 4 756 776 ujawniono procedury lub sposoby oraz urządzenia lub aparaty do pakowania środków wybuchowych bez zastrzegania określanych produktów, wytwarzanych i pakowanych opisanych sposobami.

Aby nadać hydrożelowi lepszą konsystencję i odporność na wodę, a tym samym uniknąć wymywania soli przez wodę zewnętrzną i związanej z tym utraty właściwości użytkowych materiału wybuchowego, żel sieciuje się. W takiej formie produkt nabiera po pewnym czasie elastyczności, tak, że niemożliwe staje się jego formowanie i manipulowanie nim przy pakowaniu; z tego względu pakowanie przeprowadza się wtedy, gdy materiał jest jeszcze płynny. Jednakże usieciowany produkt w dalszym ciągu zwilża papier, który w związku z tym nie nadaje się do stosowania jako materiał opakowaniowy znanych hydrożeli.

Zazwyczaj w środkach wybuchowych sensybilizowanych azotanem monometyloaminy lub azotanami innych alkiloamin albo alkanoloamin zawartość sensybilizatora znacznie przekracza 15%, a często 20%. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 096 003 ujawniono sposób wytwarzania hydrożelu zawierającego zaledwie 8% azotanu monometyloaminy lub monoetanoloaminy, z zastosowaniem znanego sensybilizatora hydrożeli, w szczególności pigmentu aluminiowego, jako uzupełniającego sensybilizatora. (Pigment aluminiowy stanowi silnie rozdrobnione aluminium, często w postaci płaskich płatków, stosowane jako sensybilizator środków typu hydrożeli. Jego powierzchnia właściwa wynosi zazwyczaj ponad 5000 cm²/g). Jednakże wszystkie hydrożele ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 096 003 zawierają ponad 10% masowych wody.

Środek wybuchowy, typu hydrożelu, wrażliwy na detonator o małej średnicy i odpowiedni do zapakowania w papier do wyrobu naboi, według wynalazku zawiera:

a) 30 - 90% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, soli utleniającej, wybranej z grupy składającej się z azotanu lub nadchloranu amonu, metalu alkalicznego lub ziem alkalicznych; albo ich mieszanin,

b) 1 - 40% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, składnika sensybilizatora rozpuszczalnego w wodzie, zawierającego ponad 50% wagowych jednego lub kilku rozpuszczalnych w wodzie związków o bilansie tlenowym bardziej dodatnim niż -150%, wybranego spośród soli kwasu azotowego, chlorowego i nadchlorowego z acyklicznymi zasadami azotowymi, zawierającymi nie więcej niż 2 atomy przyłączone do jednego lub każdego zasadowego atomu azotu i do trzech atomów węgla na każdy zasadowy atom azotu oraz soli kwasu azotowego, chlorowego i nadchlorowego z fenyloaminą,

c) 0,1 - 5% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, środka zagęszczającego, wybranego z grupy składającej się z produktów pochodzących z nasion, produktu biosyntetycznego lub polimeru syntetycznego,

d) 0,1 - 5% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, środka sieciującego, wybranego z grupy składającej się ze związku antymonu, związku chromu, związku tytanu i związku glinu,

e) środek zmniejszający gęstość, wybrany z grupy składającej się z: (i) stałego materiału porowatego, takiego jak perlit, mikrokulki szklane lub mikrokulki plastykowe albo spieniony polistyren, w ilości 0,1 - 3%, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, (ii) dodatku chemicznego zdolnego do wytwarzania gazu w środku wybuchowym, i (iii) mechaniczne wyłapywanie pęcherzyków powietrza lub gazu,

f) zawartość wody w stosunku do całkowitego ciężaru środka, stanowi mniej niż 5%,

g) ewentualnie, 1 - 25%, w stosunku do całkowitej masy środka, nierozpuszczalnego w wodzie sensybilizatora, wybranego z grupy składającej się z pigmentu aluminiowego, materiałów wybuchowych i ich mieszanin,

178 812

h) ewentualnie, od O - 20%, w stosunku do całkowitej masy środka, paliwa wybranego z grupy składającej się z produktów pochodzenia roślinnego, produktu pochodzącego z ropy naftowej, paliwa organicznego lub produktu metalicznego i

i) ewentualnie, od 5 - 35%, w stosunku do całkowitej masy środka, środka opóźniającego płomień, wybranego z grupy składającej się z halogenku albo węglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alkalicznych, talku lub pary soli zawierającej halogenek amonowy i azotan sodowy lub potasowy.

Korzystnie środek według wynalazku jako rozpuszczalny w wodzie sensybilizator zawiera azotan alkiloaminy lub azotan alkanoloaminy. Do korzystnych przykładów sensybilizatorów należy azotan monometyloaminy, azotan etanoloaminy, azotan dietanoloaminy, azotan trietanoloaminy, azotan dimetyloaminy, azotan heksaminy, azotan etylenodiaminy, azotan lauryloaminy lub ich mieszaniny. Korzystnie środek według wynalazku jako sensybilizator zawiera azotan monometyloaminy.

Korzystnie środek według wynalazku zawiera poniżej 14%, w przeliczeniu na masę środka, azotanu monometyloaminy. Korzystnie jako paliwo środek według wynalazku zawiera produkt pochodzenia roślinnego stanowiący skrobię, mączkę drzewną, kauczuk, węgiel, cukier lub olej roślinny albo paliwo organiczne stanowiące węglowodór, glikol, wosk lub kauczuk lub też paliwo metaliczne stanowiące aluminium. Natomiast jako środek sieciujący środek wybuchowy według wynalazku zawiera środek, wybrany z grupy składającej się z piroantymonianu potasu, kwasu chromowego, dwuchromianu potasu, chromianu potasu, mleczanu tytanu i siarczanu glinu.

Korzystnie środek wybuchowy według wynalazku jako nierozpuszczalny w wodzie sensybilizator zawiera środek wybuchowy, wybrany z grupy składającej się z TNT i PETN. Sposób wytwarzania środka wybuchowego, typu hydrożelu, wrażliwego na detonator o małej średnicy i odpowiedniego do zapakowania w papier do wyrobu naboi, według wynalazku obejmuje etapy:

a) sporządzanie zagęszczonej fazy wodnej, obejmującej co najmniej rozpuszczalny w wodzie sensybilizator, co najmniej środek zagęszczający i ewentualnie część soli utleniających, podczas mieszania w temperaturze od 20 do 85°C, uzyskując żel o lepkości 5 do 150 Pa.s.,

b) sporządzanie, oddzielnie, w temperaturze otoczenia, suchej fazy, zawierającej całość lub resztę soli utleniających, resztę środka zagęszczającego, środek sieciujący, paliwo, nierozpuszczalny w wodzie sensybilizator, środek opóźniający płomień i całą resztę sensybilizatora rozpuszczalnego w wodzie,

c) mieszanie w temperaturze otoczenia obu faz wytworzonych w etapach a) i b) oraz

d) zmniejszanie gęstości mieszaniny na drodze (i) zmieszania wytworzonej kompozycji w etapie c) ze stałym porowatym materiałem lub ewentualnie (ii) dodania dodatku chemicznego zdolnego do wytwarzania gazu in situ w środku wybuchowym lub ewentualnie (iii) mechaniczne wprowadzenie pęcherzyków powietrza lub gazu do mieszaniny wytworzonej w etapie c) podczas etapu mieszania, uzyskując pastę o lepkości 0,9 do 1,3 g/cm³.

Ładunek wybuchowy, według wynalazku zawiera papier do wyrobu naboi i środek wybuchowy typu hydrożelu, wrażliwy na detonator o małej średnicy i odpowiedni do zapakowania w papier do wyrobu naboi, przy czym środek zawiera:

a) 30 - 90% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, soli utleniającej, wybranej z grupy składającej się z azotanu lub nadchloranu amonu, metalu alkalicznego lub ziem alkalicznych, albo ich mieszanin,

178 812

e) środek zmniejszający gęstość, wybrany z grupy składającej się z: (i) stałego materiału porowatego, takiego jak perlit, mikrokulki szklane lub mikrokulki plastykowe albo spieniony polistyren, w ilości 0,1 - 3% w stosunku do całkowitego ciężaru środka, (ii) dodatku chemicznego zdolnego do wytwarzania gazu w środku wybuchowym, i (iii) mechaniczne wyłapywanie pęcherzyków powietrza lub gazu,

h) ewentualnie, od 0 - 20%, w stosunku do całkowitej masy środka, paliwa wybranego z grupy składającej się z produktów pochodzenia roślinnego, produktu pochodzącego z ropy naftowej, paliwa organicznego lub produktu metalicznego i

i) ewentualnie, od 5 - 35%, w stosunku do całkowitej masy środka, środka opóźniającego płomień, wybranego z grupy składającej się z halogenku albo węglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alkalicznych, talku lub pary soli zawierającej halogenek amonowy i azotan sodowy lub potasowy. _;

Środek wybuchowy typu hydrożelu może również zawierać halogenek albo węglan metalu alkalicznego lub ziem alkalicznych, zazwyczaj sodowy, potasowy lub wapniowy, talk lub parę soli zawierającą halogenek amonowy i azotan sodowy lub potasowy. Zastosowanie takich składników powoduje, że środek wybuchowy typu hydrożelu jest szczególnie przydatny do stosowania w kopalniach węgla, gdyż można go tak wykonać, aby spełniał próby opisane w wymaganiach różnych państw.

Środkiem zagęszczającym może być produkt pochodzący z nasion, taki jak żywica guar lub glaktomannan. Może to być również produkt biosyntetyczny taki jak żywica ksantanowa, skrobia i jej pochodne, takie jak karboksymetyloceluloza. Można również stosować polimer syntetyczny taki jak poliakrylamid.

Środek wybuchowy typu hydrożelu może również zawierać środek zmniejszający gęstość, którym może być stały materiał zawierający pory, taki jak perlit, mikrokulki szklane lub mikrokulki plastykowe albo spieniony poliestyren, bądź też dodatek chemiczny zdolny do wytwarzania gazu in situ.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania środka wybuchowego typu hydrożelu polegający na tym, że wytwarza się zagęszczoną fazę wodną stanowiącą zagęszczony wodny roztwór co najmniej pewnych środków, wybranych spośród rozpuszczalnego w wodzie sensybilizatora, środka zagęszczającego i części soli utleniającej; osobno wytwarza się suchą fazę zawierającą całość lub resztę soli utleniającej, środka zagęszczającego, środek sieciujący, paliwo, ewentualny sensybilizator nierozpuszczalny w wodzie i ewentualnie resztę sensybilizatora rozpuszczalnego w wodzie; miesza się obydwie fazy i zmniejsza się gęstość mieszanki mieszając środek w taki sposób, aby wprowadzić do niego gaz lub dodaje się środek zmniejszający gęstość.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób wytwarzania środka wybuchowego typu hydrożelu według wynalazku, polegający na tym, że miesza się sól utleniającą, ewentualnie stosowany sensybilizator nierozpuszczalny w wodzie, środek zagęszczający, środek sieciujący i paliwo, po czym dodaje się sensybilizator rozpuszczalny w wodzie w postaci roztworu wodnego i całość miesza się, aż do uzyskania pasty.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto ładunek wybuchowy zawierający osłonę papierową i materiał wybuchowy typu hydrożelu według wynalazku, zawarty w osłonie papierowej.

Ładunki środka wybuchowego typu hydrożelu wytwarza się napełniając papier do wyrobu naboi środkiem wybuchowym typu hydrożelu według wynalazku w urządzeniu stosowanym do wytwarzania ładunków środków wybuchowych sensybilizowanych nitrogliceryną.

178 812

W opisie papier oznacza dowolny materiał celulozowy zasadniczo nie zawierający materiału plastykowego. ....

Wynalazek dotyczy środków wybuchowych typu hydrożeli zdolnych do inicjowania przez detonator o sile nr 6 w ładunkach o małej średnicy (w tym tych o średnicy poniżej 26 mm), które można pakować w papierowe osłony. Wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania takich środków.

Środki wybuchowe typu hydrożeli zawierają niewielką ilość wody, co zapewnia uzyskanie produktu z jednej strony o ulepszonych właściwościach wybuchowych, a z drugiej strony o bardzo małej zdolności do lepienia się, o plastycznych właściwościach Teologicznych i o bardzo niskiej skłonności do uwalniania wody, co umożliwia uformowanie z uzyskanej pasty cylindrycznych kształtów, a także jej pakowanie z wykorzystaniem urządzeń powszechnie stosowanych przy pakowaniu ładunków w papier. W związku z tym środki typu hydrożeli według wynalazku wykazując lepsze właściwości użytkowe z uwagi na zmniejszoną zawartość wody nadają się do pakowania w papier w standardowych urządzeniach do wytwarzania ładunków, takich jak urządzenia stosowane do pakowania reaktywnych środków wybuchowych sensybilizowanych nitrogliceryną, np. urządzenia ROLLEX®, skonstruowane z uwzględnieniem zasad bezpieczeństwa.

Zawartość wody w środku wybuchowym musi wynosić poniżej 10%. Pasty o doskonałych właściwościach teologicznych, umożliwiających wytwarzanie ładunków w osłonie papierowej uzyskać można przy zawartości wody wynoszącej zaledwie 3%. Wiadomo, że woda w środkach wybuchowych typu hydrożeli działa jako środek pochłaniający energię, tak, że ilość jej powinna być jak najmniejsza. Zasadniczo nie stwierdzono jednak, aby znane hydrożele o zawartości wody poniżej 8%, zawierające niewiele lub nie zawierające wcale nierozpuszczalnego sensybilizatora materiału wybuchowego, były wrażliwe na zapłon spłonkowy w przypadku ładunków o małej średnicy. W związku z tym zupełnie nieoczekiwane jest to, że środki wybuchowe według wynalazku o zdecydowanie zmniejszonej zawartości wody, poniżej 5% masowych w stosunku do środka, mogą być skuteczne. Taka bardzo mała zawartość wody zapewnia uzyskanie hydrożelu o odpowiedniej konsystencji umożliwiającej jego pakowanie w osłony papierowe bez powodowania ich zwilżania, nie wykazującego ponadto przylepności, właściwości, która mogłaby spowodować zaklejanie się urządzenia do wytwarzania ładunków, tak, że nie ma konieczności w jakikolwiek sposób modyfikować standardowe urządzenie. Zastosowanie wody w ilości znacznie przekraczającej 5%, np. w ilości 6%, powoduje, że uzyskany hydrożel za bardzo lepi się aby można go było pakować w zwykły woskowany papier przy wykorzystaniu standardowego urządzenia pakującego ładunki w papier.

Pakowanie środków wybuchowych typu hydrożeli przy wykorzystaniu takich urządzeń jest bardzo bezpieczne, w przeciwieństwie do pakowania z wykorzystaniem zwykłych urządzeń do wytwarzania ładunków z hydrożelu, w których następuje formowanie/napełnianie/obciskanie, takich jak urządzenie KARTRIDGPACK®, w którym jest wiele miejsc kontaktu między częściami metalowymi, tak, że urządzenie to z natury jest mniej bezpieczne. Środek według wynalazku zapewnia zwiększenie bezpieczeństwa instalacji dzięki kombinacji stosowania bezpiecznego środka wybuchowego, a konkretnie hydrożelu, oraz bezpiecznego sposobu pakowania lub wytwarzania ładunków, a konkretnie pakowania w papier.

Opakowane w papier wybuchowe hydrożele według wynalazku znacznie łatwiej niż hydrożele opakowane w plastyk dają się ładować w poziome lub nie nachylone otwory, które często spotyka się w podziemnych kopalniach. Ta łatwość ładowania wynika z plastycznego charakteru środka wybuchowego. Powoduje to, że po ubiciu produkt przyjmuje kształt otworu wiertniczego. Taka właściwość powoduje wzrost stopnia zakleszczenia w otworze wiertniczym, dzięki czemu zmniejsza się prawdopodobieństwo przypadkowego wypadnięcia środka wybuchowego z otworu.

Pierwszy sposób według wynalazku polega na tym, że odrębnie wytwarza się (a) zagęszczony wodny roztwór o dużej lepkości - tak zwaną fazę zagęszczoną; oraz (b) proszkową mieszankę soli utleniających z ciekłymi lub stałymi paliwami - tak zwaną fazę suchą; po czym miesza się obydwie fazy uzyskując pastę o małej zawartości wody i o plastycznej teksturze, co umożliwia pakowanie mieszanki w papier.

178 812

Fazę zagęszczoną wytwarza się w zbiorniku wyposażonym w mieszadło i element grzewczy, stosując stężony wodny roztwór co najmniej części sensybilizatora rozpuszczalnego w wodzie, samego lub z dodatkiem pewnych ilości soli utleniających, który zagęszcza się co najmniej częścią środka zagęszczającego. Roztwór można utrzymywać w temperaturze od 20 do 85°C, w zależności od temperatury krystalizacji roztworu. Wynosi ona zazwyczaj od 30 do 60°C. Dzięki mieszaniu uzyskuje się roztwór doskonały soli, przy czym równocześnie następuje hydratacja i rozpuszczenie środków zagęszczających, tak, że otrzymuje się żel o lepkości 5-120 Pas.

Fazę suchą wytwarza się w mieszarce, zazwyczaj w temperaturze otoczenia, przy czym faza ta stanowi mieszaninę całości lub reszty soli utleniających, samych lub z zaadsorbowanym na nich roztworem jednego lub więcej sensybilizatorów rozpuszczalnych w wodzie, reszty środka zagęszczającego, środka sieciującego, paliw, które mogą być stałe lub ciekłe, oraz ewentualnie sensybilizatora nierozpuszczalnego w wodzie. Jakikolwiek ciekły składnik dodany do fazy suchej zostaje zaadsorbowany na solach utleniających, tak, że faza ta pozostaje sucha. Zagęszczoną fazę wodną i fazę suchą miesza się następnie w mieszarce, zazwyczaj w temperaturze otoczenia.

Do mieszaniny dodać można materiał zmniejszający gęstość w postaci stałego materiału zawierającego pory. Można również dodać do mieszaniny związek chemiczny wytwarzający in situ gaz, np. azotyn sodowy, albo też po prostu gaz można wprowadzić mechanicznie do mieszanki w procesie mieszania, uzyskując pastę o gęstości od 900 do 1300 kg/m³, którąjest wrażliwa na zapłon spłonko wy i którą można formować i pakować w papier.

Drugi sposób według wynalazku, w którym również uzyskuje się pastę o podanych właściwościach, polega na tym, że mieszankę wytwarza się w jednym zbiorniku typu ugniatarki mieszając najpierw składniki stałe, a następnie dodając rozpuszczalne w wodzie sensybilizatory i wodę, po czym całość miesza się, aż do uzyskania pasty o wymaganym wyglądzie.

Sole utleniające stanowią sole zazwyczaj stosowane przy wytwarzaniu środków wybuchowych typu hydrożeli. Należą do nich azotany lub nadchlorany amonu, metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych. W szczególności do soli takich należy azotan lub nadchloran amonowy, azotan lub nadchloran sodowy, azotan lub nadchloran potasowy, azotan lub nadchloran litowy, azotan lub nadchloran magnezowy, azotan lub nadchloran wapniowy oraz ich mieszaniny. Całkowite stężenie soli utleniających wynosi od 30 do 90% całkowitej masy hydrożelu, korzystnie 40 - 75%.

Rozpuszczalny w wodzie sensybilizator stanowi dowolny rozpuszczalny w wodzie azotan alkiloaminy lub alkanoloaminy, taki jak azotan monometyloaminy, azotan etanoloaminy, azotan dietanoloaminy, azotan trietanoloaminy, azotan dimetyloaminy, a także azotany innych amin rozpuszczalnych w wodzie takich jak heksamina, dietylenotriamina, etylenodiamina, lauryloamina i ich mieszaniny. Całkowite stężenie sensybilizatorów rozpuszczalnych w wodzie może wynosić 1 - 40% wagowych środka, a korzystnie 2 - 30%.

Jakkolwiek środki wybuchowe według wynalazku wykazują wrażliwość bez konieczności stosowania jakiegokolwiek uzupełniającego sensybilizatora, jak to przedstawiono w przykładach, to niewielką ilość, zazwyczaj poniżej 6% drugiego, uzupełniającego sensybilizatora dodać można w celu uzyskania środka o zwiększonej energii i większej czułości, zwłaszcza w niskich temperaturach. Kontrastuje to z innymi środkami zawierającymi wodę takimi jak środki ujawnione w opisie patentowym nr 882 555, w których należy dodawać znaczne ilości uzupełniającego środka wybuchowego, w celu uzyskania jakiejkolwiek czułości. Takie dodatkowe sensybilizatory muszą być nierozpuszczalne w wodzie; należy do nich pigment aluminiowy i/lub uzupełniające materiały wybuchowe takie jak TNT (trinitrotoluen), PETN (tetraazotan pentaerytrytu) itp.

Uzupełniające sensybilizatory i/lub materiały wybuchowe wprowadza się do suchej fazy środka. Stężenie aluminium może wynosić 0,1 - 10%, korzystnie 1 - 5%. Zazwyczaj całkowite stężenie nierozpuszczalnych sensybilizatorów wynosi 1 - 25%, korzystnie 1 - 20%. Należy zwrócić uwagę, że dodawanie takich uzupełniających sensybilizatorów i materiałów wybuchowych zmniejsza bezpieczeństwo w czasie wytwarzania środka według wynalazku, oraz że według wynalazku wytwarzać można skuteczny hydrożel wrażliwy na zapłon spłonkowy

178 812 w ładunkach o średnicy 26 mm przy zastosowaniu azotanu monometyloaminy jako sensybilizatora w stężeniu wynoszącym zaledwie 14% lub nawet poniżej, bez potrzeby stosowania dodatkowych sensybilizatorów.

Środki zagęszczające stanowią produkty pochodzące z nasion, takie jak żywica guar, galaktomannany, produkty biosyntetyczne takie jak żywica ksantanowa, skrobia i jej pochodne, takie jak karboksymetyloceluloza, albo polimery syntetyczne takie jak poliakiylamid. Stężenie środka zagęszczającego może wynosić 0,1 - 5%, korzystnie 0,5 - 2%. Dodatkowo, oraz w celu uzyskania produktu o lepszej konsystencji i odporności na wodę, środek można usieciować stosując środki sieciujące odpowiednie dla danego typu środka zagęszczającego. Należą do nich związki antymonu takie jak piroantymonian potasu; chromu takie jak kwas chromowy, dichromian potasu lub chromian potasu w przypadku żywicy guar; związki tytanu takie jak mleczan tytanu; oraz związki glinu takie jak siarczan glinu w przypadku poliakrylamidu. Stężenie środków sieciujących może wynosić 0,01 - 5%, korzystnie 0,01 - 2%.

Jeden rodzaj środków zmniejszających gęstość stanowi stały materiał zawierający pory. Do tego typu przykładowych środków zmniejszających gęstość należy perlit, mikrokulki szklane lub plastykowe oraz spieniony polistyren. Innego typu środkiem zmniejszającym gęstość jest środek, który powoduje powstawanie małych pęcherzyków gazu w wyniku reakcji chemicznej, taki jak azotyn sodowy. Jeśli stosuje się stały środek zmniejszający gęstość, to całkowite jego stężenie może wynosić 0,1 - 3%, korzystnie 0,5 - 2%. Jak to wspomniano powyżej, na skutek działania mechanicznego w czasie mieszania zagęszczonej fazy wodnej z fazą suchą, pęcherzyki powietrza lub innego gazu wprowadzić można do pasty bez potrzeby dodawania środka zmniejszającego gęstość. Można to osiągnąć w wyniku mechanicznego ugniatania, przy czym jako środek zagęszczający, ułatwiający wprowadzanie gazu, zastosować można podstawioną żywicę guar taką jak hydroksypropylo-guar.

Do paliw pochodzenia roślinnego należą skrobie, mąki, mączka drzewna, kauczuk, węgiel, cukry i oleje. Do paliw pochodzących z ropy naftowej należą paliwa organiczne takie jak węglowodory, glikol, woski i kauczuk; korzystnym paliwem nieorganicznym jest aluminium. Zazwyczaj całkowite stężenie paliwa wynosi 3 - 20%, korzystnie 3 - 7%.

Środek wybuchowy może również zawierać środek opóźniający palenie taki jak halogenek metali alkalicznych lub ziem alkalicznych, np. chlorek sodowy lub potasowy, węglany wyżej wspomnianych pierwiastków, talk lub para soli zawierająca halogenek amonowy i azotan sodowy lub potasowy, jeśli ma być stosowany jako dopuszczalny (lub dozwolony) materiał wybuchowy. Stężenie środka opóźniającego palenie się może wynosić 5 - 35%. Korzystnie 10 - 30%.

Poniżej podano przykłady ilustrujące środki wytworzone dwoma różnymi sposobami według wynalazku. Nie ograniczają one w żaden sposób zakresu wynalazku. Wytworzyć można wiele innych środków spełniających wymagania odnośnie czułości i możliwości pakowania w papier.

Przykład I. Do mieszarki utrzymywanej w temperaturze 60°C wprowadzono 14 części 80% roztworu azotanu monometyloaminy, po czym dodano 9 części azotanu amonowego i całość mieszano do uzyskania klarownego roztworu. Następnie powoli dodano mieszaninę 5 części nadchloranu sodowego i 0,6 części żywicy guar. Uzyskaną mieszankę wymieszano przez 2 minuty, uzyskując zagęszczony roztwór o lepkości 57 Pa-s.

W tym samym czasie do poziomej mieszarki wprowadzono 59,5 części azotanu amonowego, po czym dodano 6 części 80% roztworu azotanu monometyloaminy ogrzanego do 80°C, kontynuując mieszanie, aż do uzyskania suchej mieszanki. Z kolei dodano 2,8 części mączki drzewnej, 1 część żywicy guar, 0,1 części kwasu adypinowego i 0,016 części piroantymonianu potasowego, kontynuując mieszanie, aż do uzyskania mieszanki o jednorodnym wyglądzie. Na koniec dodano 2 części mikrokulek szklanych, a następnie drugą fazę przygotowaną uprzednio. Po mieszaniu przez 2 minuty uzyskano pastę o konsystencji umożliwiającej pakowanie w papier w urządzeniu do wytwarzania ładunków stosowanym do wytwarzania ładunków materiałów wybuchowych sensybilizowanych nitrogliceryną.

178 812

Z uzyskanej pasty o całkowitej zawartości wody 4% wykonano ładunki w osłonie papierowej o średnicy 26 mm i 32 mm, uzyskując produkty o gęstości 1140 - 1180 kg/m³. Zbadano szereg ładunków przeprowadzając wybuchy na otwartej przestrzeni z zastosowaniem detonatora o sile nr 6, w celu oznaczenia krytycznej temperatury dla każdej średnicy. Stwierdzono, że wynosi ona -5°C i 0°C odpowiednio dla ładunku o średnicy 32 mm i 26 mm. Określono także szybkość detonacji dla ładunków o obydwu średnicach w 5°C. Wynosiła ona 2855 m/s dla ładunku o średnicy 26 mm i 3241 m/s dla ładunku o średnicy 32 mm.

Przykład Π. W mieszarce umieszczono 65,7 części azotanu amonowego, 10 części azotanu sodowego, 3,4 części mąki i 1,6 części żywicy guar, po czym całość wymieszano do ujednorodnienia. W innym naczyniu przygotowano mieszankę 19 części 80% roztworu azotanu monometyloaminy o 0,1 części tiomocznika. Mieszankę tę ogrzano do 80°C i dodano do mieszanki przygotowanej uprzednio. Mieszanie kontynuowano, aż do uzyskania dobrze wymieszanej pasty. Wówczas dodano 0,2 części 15% roztworu azotanu sodowego, a następnie 0,16 części piroantymonianu potasowego. Uzyskano pastę o podobnych właściwościach Teologicznych jak w poprzednim przykładzie, umożliwiającą pakowanie ładunku w papier.

W próbnych odpaleniach ładunków o średnicy 26 i 32 mm w 20°C, inicjowanych detonatorem o sile nr 6 zarejestrowano szybkości detonacji wynoszące odpowiednio 1984 i 2841 m/s.

Przykład ΙΠ. W przykładzie tym wytworzono zagęszczony roztwór zawierający jedynie roztwór azotanu monometyloaminy, a do fazy suchej nie dodawano rozpuszczalnego sensybilizatora.

Do ogrzanej mieszarki dodano 22 części 80% roztworu azotanu monometyloaminy i 0,12 części tiomocznika. Mieszankę ogrzano do 65°C. 0,4 części żywicy guar zawieszono w 1 części glikolu i zawiesinę tę dodano do intensywnie mieszanego roztworu azotanu monometyloaminy, po czym całość mieszano przez 1 minutę do uzyskania mieszanki o odpowiedniej lepkości.

W innej mieszarce wymieszano 67,3 części azotanu amonowego, 6 części nadchloranu potasowego, 2,3 części mielonej gumy, 1 części żywicy guar, 0,1 części kwasu adypinowego i 0,014 części piroantymonianu potasowego, aż do uzyskania jednorodnej mieszanld. Po uzyskaniu jednorodnej suchej mieszanki dodano do niej wyżej wspomniany lepki roztwór azotanu monometyloaminy i mieszanie kontynuowano. Po uzyskaniu spójnej mieszanki dodano do niej 0,2 części 15% roztworu azotanu sodowego i mieszanie kontynuowano, aż do wprowadzenia azotanu sodowego do pasty.

Uzyskano pastę o gęstości 1220 kg/m³, dającą się łatwo pakować w osłony papierowe.

Ładunki o średnicy 26 mm były wrażliwe w 5°C na zapłon detonatorem o sile nr 6.

Przykład IV. Wykonano środek jak w przykładzie ΙΠ stosując 69,6 części azotanu amonowego i 4 części pigmentu aluminiowego, zamiast 6 części nadchloranu potasowego. Uzyskano odpowiednią pastę.

178 812

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Środek wybuchowy, typu hydrożelu, wrażliwy na detonator o małej średnicy i odpowiedni do zapakowania w papier do wyrobu naboi, znamienny tym, że zawiera:

a) 30 - 90% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, soli utleniającej wybranej z grupy składającej się z azotanu lub nadchloranu amonu, metalu alkalicznego lub ziem alkalicznych, albo ich mieszanin,

b) 1 - 40% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, składnika sensybilizatora rozpuszczalnego w wodzie, zawierającego ponad 50% wagowych jednego lub kilku rozpuszczalnych w wodzie związków o bilansie tlenowym bardziej dodatnim niż -150%, wybranego spośród soli kwasu azotowego, chlorowego i nadchlorowego z acyklicznymi zasadami azotowymi, zawierającymi nie więcej niż 2 atomy przyłączone do jednego lub każdego zasadowego atomu azotu i do trzech atomów węgla na każdy zasadowy atom azotu oraz soli kwasu azotowego, chlorowego i nadchlorowego z fenyloaminą

c) 0,1 - 5% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, środka zagęszczającego, wybranego z grupy składającej się z produktów pochodzących z nasion, produktu biosyntetycznego lub polimeru syntetycznego,

d) 0,1 - 5% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, środka sieciującego, wybranego z grupy składającej się ze związku antymonu, związku chromu, związku tytanu i związku glinu,

e) środek zmniejszający gęstość, wybrany z grupy składającej się z: (i) stałego materiału porowatego, takiego jak perlit, mikrokulki szklane lub mikrokulki plastykowe albo spieniony polistyren, w ilości 0,1 - 3%, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, (ii) dodatku chemicznego zdolnego do wytwarzania gazu w środku wybuchowym, i (iii) mechaniczne wypływanie pęcherzyków powietrza lub gazu,

f) zawartość wody w stosunku do całkowitego ciężaru środka, stanowi mniej niż 5%,

g) ewentualnie, 1 - 25%, w stosunku do całkowitej masy środka, nierozpuszczalnego w wodzie sensybilizatora, wybranego z grupy składającej się z pigmentu aluminiowego, materiałów wybuchowych i ich mieszanin,

h) ewentualnie, od 0 - 20%, w stosunku do całkowitej masy środka, paliwa wybranego z grupy składającej się z produktów pochodzenia roślinnego, produktu pochodzącego z ropy naftowej, paliwa organicznego lub produktu metalicznego i

i) ewentualnie, od 5 - 35%, w stosunku do całkowitej masy środka, środka opóźniającego płomień, wybranego z grupy składającej się z halogenku albo węglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alkalicznych, talku lub pary soli zawierającej halogenek amonowy i azotan sodowy lub potasowy.
2. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalny w wodzie sensybilizator zawiera azotan alkiloaminy lub azotan alkanoloaminy.
3. Środek według zastrz. 2, znamienny tym, że jako sensybilizator zawiera azotan monometyloaminy, azotan etanoloaminy, azotan dietanoloaminy, azotan trietanoloaminy, azotan dimetyloaminy, azotan heksaminy, azotan etylenodiaminy, azotan lauryloaminy lub ich mieszaniny.
4. Środek według zastrz. 3, znamienny tym, że jako sensybilizator zawiera azotan monometyloaminy.
5. Środek według zastrz. 4, znamienny tym, że zawiera poniżej 14%, w przeliczeniu na masę środka, azotanu monometyloaminy.
6. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako paliwo zawiera produkt pochodzenia roślinnego stanowiący skrobię, mączkę drzewną kauczuk, węgiel, cukier lub olej roślinny.

178 812
7. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako paliwo zawiera paliwo organiczne stanowiące węglowodór, glikol, wosk lub kauczuk.
8. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako paliwo zawiera paliwo metaliczne stanowiące aluminium.
9. Środek według zastrz. 1; znamienny tym, że jako środek sieciujący zawiera środek wybrany z grupy składającej się ż piroantymonianu potasu, kwasu chromowego, dwuchromianiu potasu, chromianu potasu, mleczanu tytanu i siarczanu glinu.
10. Środek według zastrz. 1, znamienny tym, że jako nierozpuszczalny w wodzie sensybilizator zawiera środek wybuchowy, wybrany z grupy składającej się z TNT i PETN.
11. Sposób wytwarzania środka wybuchowego, typu hydrożelu, wrażliwego na detonator o małej średnicy i odpowiedniego do zapakowania w papier do wyrobu naboi, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:

a) sporządzanie zagęszczonej fazy wodnej, obejmującej co najmniej rozpuszczalny w wodzie sensybilizator, co najmniej środek zagęszczający i ewentualnie część soli utleniających, podczas mieszania w temperaturze od 20 do 85°C, uzyskując żel o lepkości 5 do 150 Pa-s.,

b) sporządzanie, oddzielnie, w temperaturze otoczenia, suchej fazy, zawierającej całość lub resztę soli utleniających, resztę środka zagęszczającego, środek sieciujący, paliwo, nierozpuszczalny w wodzie sensybilizator, środek opóźniający płomień i całą resztę sensybilizatora rozpuszczalnego w wodzie,

c) mieszanie w temperaturze otoczenia obu faz wytworzonych w etapach a) i b) oraz

d) zmniejszanie gęstości mieszaniny na drodze (i) zmieszania wytworzonej kompozycji w etapie c) ze stałym porowatym materiałem lub ewentualnie (ii) dodania dodatku chemicznego zdolnego do wytwarzania gazu in situ w środku wybuchowym lub ewentualnie (iii) mechaniczne wprowadzenie pęcherzyków powietrza lub gazu do mieszaniny wytworzonej w etapie c) podczas etapu mieszanią uzyskując pastę o lepkości 0,9 do 1,3 g/cm³.
12. Ładunek wybuchowy, znamienny tym, że zawiera papier do wyrobu naboi i środek wybuchowy typu hydrożelu, wrażliwy na detonator o małej średnicy i odpowiedni do zapakowania w papier do wyrobu naboi, przy czym środek zawiera:

a) 30 - 90% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środką soli utleniającej, wybranej z grupy składającej się z azotanu lub nadchloranu amonu, metalu alkalicznego lub ziem alkalicznych, albo ich mieszanin,

b) 1 - 40% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, składnika sensybilizatora rozpuszczalnego w wodzie, zawierającego ponad 50% wagowych jednego lub kilku rozpuszczalnych w wodzie związków o bilansie tlenowym bardziej dodatnim niż -150%, wybranego spośród soli kwasu azotowego, chlorowego i nadchlorowego z acyklicznymi zasadami azotowymi, zawierającymi nie więcej niż 2 atomy przyłączone do jednego lub każdego zasadowego atomu azotu i do trzech atomów węgla na każdy zasadowy atom azotu oraz soli kwasu azotowego, chlorowego i nadchlorowego z fenyloaminą

c) 0,1 - 5% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, środka zagęszczającego, wybranego z grupy składającej się z produktów pochodzących z nasion, produktu biosyntetycznego lub polimeru syntetycznego,

d) 0,1 - 5% wagowych, w stosunku do całkowitego ciężaru środka, środka sieciującego, wybranego z grupy składającej się ze związku antymonu, związku chromą związku tytanu i związku glinu,

e) środek zmniejszający gęstość, wybrany z grupy składającej się z: (i) stałego materiału porowatego, takiego jak perlit, mikrokulki szklane lub mikrokulki plastykowe albo spieniony polistyren, w ilości 0,1 - 3%, w stosunku do całkowitego ciężaru środką (ii) dodatku chemicznego zdolnego do wytwarzania gazu w środku wybuchowym, i (iii) mechaniczne wyłapywanie pęcherzyków powietrza lub gazą

178 812

f) zawartość wody w stosunku do całkowitego ciężaru środka, stanowi mniej niż 5%,

g) ewentualnie, 1 - 25%, w stosunku do całkowitej masy środka, nierozpuszczalnego w wodzie sensybilizatorą wybranego z grupy składającej się z pigmentu aluminiowego, materiałów wybuchowych i ich mieszanin,

h) ewentualnie, od 0 - 20%, w stosunku do całkowitej masy środka, paliwa wybranego z grupy składającej się z produktów pochodzenia roślinnego, produktu pochodzącego z ropy naftowej, paliwa organicznego lub produktu metalicznego i

i) ewentualnie, od 5 - 35%, w stosunku do całkowitej masy środka, środka opóźniającego płomień, wybranego z grupy składającej się z halogenku albo węglanu metalu alkalicznego lub metalu ziem alkalicznych, talku lub pary soli zawierającej halogenek amonowy i azotan sodowy lub potasowy.

* * *