(57)【要約】【課題】装填機で容易に装填が可能で、経時安定性に優れ、荷重等により塊化し難い油中水滴型エマルション爆薬の成型爆薬を得ること。【解決手段】油中水滴型エマルション爆薬の表面に、平均粒度が５００μｍ以下の粉体を付着させたことを特徴とする爆薬。【特許請求の範囲】
【請求項１】
油中水滴型エマルション爆薬の表面に、平均粒度が５００μｍ以下の粉体を付着させたことを特徴とする爆薬。
【請求項２】
粉体の使用量が、爆薬中で０．０１〜１０重量％を占める割合である請求項１記載の爆薬。
【請求項３】
一粒あたりの平均重量が、０．０３〜５ｇである請求項１または２に記載の爆薬。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は爆薬に関する。更に詳しくは隧道掘進、採石、採鉱等の産業用爆破作業に利用される油中水滴型エマルション爆薬に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
爆破作業等に用いられる産業用爆薬としては、ダイナマイト、含水爆薬、硝安爆薬、硝安油剤爆薬（以下ＡＮＦＯ爆薬と呼ぶ）等が良く知られている。これらの爆薬のうち含水爆薬は、組成物中に危険度の高い火薬成分が含まれていないことから従来のダイナマイトよりも比較的安全であり、産業用爆薬として広く用いられるようになっている。この含水爆薬はスラリー爆薬とエマルション爆薬の２つに大きく分類されるが、エマルション爆薬の方が成型性や耐候性に優れているという特徴がある。このエマルション爆薬は油中水滴型エマルション爆薬として特許文献１として公開されて以来、さまざまな改良が行われてきており、現在では耐水性、安全性の点で、従来の爆薬よりすぐれた性能を有しているものが得られている。
【０００３】
他方発破現場においては、爆薬の装薬作業の簡便化や爆薬取扱時の安全性の確保という観点から、爆薬の装薬作業の機械化が要望されるようになってきている。爆薬の機械装填作業を行うためには、使用される爆薬がより安全である必要があり、ＡＮＦＯ爆薬をローダー等によって機械装填する方法が鉱山や採石場等で実用化されている。
【０００４】
ところがＡＮＦＯ爆薬は、油中水滴型エマルション爆薬と比較すると、発破後の後の残留ガス組成が悪いために充分な排気装置を設ける必要がある。また、発破孔中に水が存在する場合、ＡＮＦＯ爆薬が水に溶解して所定の爆発性能が得られなくなるために、使用することが困難になる。このためため水が存在する発破孔や湧水孔においては、あらかじめ発破孔中の水を排出してからポリチューブ等を挿入した後、そのポリチューブ内にＡＮＦＯ爆薬を装薬するといった煩雑な方法が行われる場合がある。また油中水滴型エマルション爆薬については、例えば諸外国において、非特許文献１にあるように、バルクエマルション爆薬と呼ばれる油中水滴型エマルション爆薬を、エア駆動のモノポンプ等を利用して、直接発破孔に自動装填するバルクエマルション爆薬システムと呼ばれる方法が既に実用化されている。しかしバルクエマルション爆薬システムについては、高粘度の油中水滴型エマルション爆薬を使用するために、装薬作業後の清掃作業や残留爆薬の管理が繁雑になるため高コスト化を招く恐れがある。また、バルクエマルション爆薬を装填するためには、安全性の確保のためにも高価な装填用機械が必要となる。
【０００５】
このため、空気装填機のように比較的簡単な機械で装填が可能で、比較的多くの水が存在する発破孔でも使用可能で、安全性の高い爆薬が要望されている。これらの問題を解決する爆薬としては、例えば特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５等に記載された、顆粒あるいは粒状の油中水滴型エマルション爆薬の開発が進められている。
【０００６】
ところが上記の特許文献２や特許文献３に記載されている油中水滴型エマルション爆薬の顆粒あるいは粒状化の方法は、エマルション内の無機酸化剤水溶液を結晶化させ、エマルション構造を破壊させてから粒状化するというものである。
一般的に油中水滴型エマルション爆薬の酸化剤水溶液を結晶化させると、その結晶化部分からエマルションが崩壊するために、爆薬としての感度や性能を維持することができなくなることが知られている。このような使用形態の爆薬であっても、現地混合方式あるいはこれに近い方式であるならば、爆薬製造から使用までの時間が一般的に数時間ないし、数日と極めて短時間になるので、それほど大きな問題にはならない。しかしながら爆薬は、製造されてから使用するまでに通常でも数ヶ月、長い場合は６ヶ月から１年近くも経過する場合がある。したがって、顆粒あるいは粒状の油中水滴型エマルション爆薬についても、酸化剤水溶液を結晶化させることなく、かつ数ヶ月以上経時的に安定なものが要求される。特に、爆薬を機械装填に対応させるためにも長期間油中水滴型エマルション爆薬の性状が変わらないように安定しているものが望ましい。
また、粒状に成型した爆薬を長期間の貯蔵したのち、機械による装填等荷重がかかる条件下で使用する場合、薬が凝集し、薬がほぐれず、使い難い場合がある。したがって、粒状の油中水滴型エマルション爆薬は、長期貯蔵、機械による装填等、荷重がかかる場合でも薬が凝集しない、または凝集してもほぐれやすいものが望ましい。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第３，１６１，５５１
【特許文献２】
特開平７−２２３８８８号公報（第２−３頁）
【特許文献３】
特開平１１−２７８９７５号公報（第２−３頁）
【特許文献４】
特開２００１−１７２０９６号公報（第２−３頁）
【特許文献５】
特開２００１−２０６７９７号公報（第２−３頁）
【非特許文献１】
「効果的なトンネル技術に関する検討報告書」（社）日本トンネル技術協会発行
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、▲１▼経時安定性に優れ、▲２▼１年程度の長期保存においても、爆薬性能の低下や塊化を起こしにくく、▲３▼塊化を起こす場合でも容易に解きほぐすことのできる程度であり、▲４▼長期保存後においても、装填機で容易に装填が可能であり、かつ▲５▼優れた耐水性を有し、水孔での発破にも好適に使用できる爆薬を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、このような課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、油中水滴型エマルション爆薬の表面に付着防止剤をまぶすことで、爆薬に荷重がかかる場合でも付着及び塊化し難い油中水滴型エマルション爆薬が得られる事を見出し、本発明を完成させたものである。
【００１０】
すなわち本発明は、
（１）油中水滴型エマルション爆薬の表面に、平均粒度が５００μｍ以下の粉体を付着させたことを特徴とする爆薬、
（２）粉体の使用量が、爆薬中で０．０１〜１０重量％を占める割合である上記（１）記載の爆薬、
（３）一粒あたりの重量が、０．０３〜５ｇである上記（１）または（２）に記載の爆薬
に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明において、油中水滴型エマルション爆薬粒子の表面に特定の粒度を有する粉体を付着させる。以下、この粉体を付着防止剤という。本発明に使用される付着防止剤は、滑剤として物質間のスリップ性、ブロッキング防止性を良くするためのもので、平均粒度は５００μｍ以下、好ましくは平均粒度が３００μｍ以下の粉体が使用される。使用しうる粉体の具体例を挙げると、炭酸カルシウム・炭酸マグネシウム等の金属塩類、酸化珪素・アルミナ等の金属酸化物類、タルク・カオリン等の鉱物類、ガラス粉体、脂肪酸アミド・樹脂中空体等の有機粉体などが挙げられ、化学的に安定でありエマルションを破壊しない場合が多いため無機粉体が好ましい。
【００１２】
本発明に使用される付着防止剤の量は、添加量が少なすぎると付着及び塊化の防止効果が十分でなく、多すぎると爆薬性能を低下させる恐れがある。用いる粉体の比重により変化するため一概には言えないが、本発明の爆薬中に通常０．０１〜１０重量％、好ましくは０．０３〜５重量％付着される。
【００１３】
本発明の爆薬は、油中水滴型エマルション爆薬の表面に前記付着防止剤を付着させて得ることができる。油中水滴型エマルション爆薬に特に制限はなく、例えば酸化剤、油類、乳化剤及び水を含有する油中水滴型エマルション爆薬が使用できる。
前記油中水滴型エマルション爆薬に含有される油類の具体例としては、軽油、灯油、ミネラルオイル、潤滑油、重油等の石油系油類、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油系ワックス類、その他疎水性の植物油、植物性ワックス、動物油、動物性ワックス類が挙げられ、これらは単独または２種以上混合して用いることができる。油類は油中水滴型エマルション爆薬中で通常０．１〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％を占めるの割合で含有される。
【００１４】
また前記油中水滴型エマルション爆薬において油類の一部又は全部を油溶性または油類と相溶性を示す樹脂に置換して使用することが出来る。用いる樹脂の特性としては、熱により硬化または粘度が低くなるような性質をもち、油中水滴型エマルション爆薬を射出成型できるような樹脂であれば良く、一般的には熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、合成ゴム等が挙げられる。具体的には、加硫ゴム、石油樹脂、フェノール樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＥＴ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂等が挙げられるが、油中水滴型エマルションの安定性を保つために他の成分と反応しない方が好ましい。
【００１５】
また、常温で液体または低融点の熱硬化性樹脂や常温では固体で加熱すると流動性を示す熱可塑性樹脂が好ましい。具体的な例としてはフェノール樹脂、水添石油樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブチレン、エチレン酢酸ビニルコポリマー、ポリブタジエン、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。また製造においては溶融させた樹脂を用いるため、ＪＩＳ  Ｋ７２１０に記された「熱可塑性プラスチックの流れ試験法」に基づき測定されたメルトフローレートが１０ｇ／１０ｍｉｎ．以上、好ましくは１５ｇ／１０ｍｉｎ．以上であるものを使用することが好ましい。本発明の成形された爆薬においては、油溶性の樹脂は爆薬中に０．１〜１０重量％、好ましくは０．１〜７重量％の範囲で含有される。また、これらの樹脂は、酸化剤、油類、乳化剤からなるエマルション基材中に含まれる油類の一部として混合して用いることもできるし、油中水滴型エマルション爆薬に添加物として混合することもできる。
【００１６】
本発明の爆薬に使用される乳化剤としては、通常油中水滴型エマルション爆薬に使用される乳化剤、例えば、ステアリン酸アルカリ金属塩、ステアリン酸アンモニウム塩、ステアリン酸カルシウム塩、ポリオキシエチレンエーテル類、ソルビタン脂肪酸エステル、ソルビトール脂肪酸エステル類等が挙げられ、これらは１種又は２種以上の混合物として使用される。本発明における油中水滴型エマルション爆薬においては、乳化剤は爆薬中に０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜５重量％の範囲で含有される。
【００１７】
本発明の爆薬に使用される酸化剤はその水溶液として用いるのが好ましい。使用しうる酸化剤の具体例としては硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウムのようなアルカリ金属硝酸塩類、硝酸カルシウムのようなアルカリ土類金属硝酸塩類、塩素酸ナトリウムのようなアルカリ金属塩素酸塩類、塩素酸カルシウムのようなアルカリ土類金属塩素酸塩類、過塩素酸カリウムのようなアルカリ金属過塩素酸塩類、過塩素酸カルシウムのようなアルカリ土類金属過塩素酸塩類、過塩素酸アンモニウム等が挙げられ、これらは単独または混合して使用することができる。これらの酸化剤のうち特に好ましいものは硝酸アンモニウム及び硝酸ナトリウムである。
【００１８】
また本発明において使用される酸化剤水溶液には、所望により硝酸モノメチルアミン、硝酸モノエチルアミン、硝酸ヒドラジン、二硝酸ジメチルアミン等の水溶性アミン硝酸塩類、硝酸メタノールアミン、硝酸エタノールアミン等の水溶性アルカノールアミン硝酸塩類及び水溶性の一硝酸エチレングリコール等を補助鋭感剤として添加する事が可能である。
【００１９】
本発明に使用される酸化剤水溶液中における水の含有量は、酸化剤水溶液の結晶析出温度が３０〜９０℃になるような量だけ使用される事が好ましく、酸化剤水溶液中で、通常５〜４０重量％、好ましくは７〜３０重量％の範囲で使用される。酸化剤水溶液中には結晶析出温度を下げる為にメチルアルコール、エチルアルコール、ホルムアマイド、エチレングリコール、グリセリン等の水溶性有機溶剤が補助溶媒として使用可能である。本発明における油中水滴型エマルション爆薬においては、酸化剤水溶液は爆薬中に５０〜９５重量％の範囲で含有される。
【００２０】
本発明における油中水滴型エマルション爆薬は、適切な量の微小中空体を含有させることによって該爆薬の感度性能を雷管起爆性からブースター起爆に至る広範囲に調整することができる。微小中空体としては、例えば、ガラスマイクロバルーン、シラスバルーン等の無機質中空球体、発泡スチレン、樹脂マイクロバルーン等の有機質中空球体の１種又は２種以上の混合物が使用され、ガラスマイクロバルーン、樹脂マイクロバルーンが好ましく、ガラスマイクロバルーンが特に好ましい。微小中空球体の量は、当該爆薬の用途に応じ広い範囲で変化し、また微小中空球体の比重にもよるので一概には言えないが、通常、当該爆薬の比重を１．４ｇ／ｃｃ以下、好ましくは１．３ｇ／ｃｃ以下になるような量が使用される。
【００２１】
本発明における油中水滴エマルション爆薬にはアルミニウム粉、マグネシウム粉等の金属粉末、木粉、澱粉等の有機粉末の添加も可能である。添加する物質の種類及び添加の目的にもよるが、通常爆薬中に０．５〜１０重量％の範囲で含有される。
【００２２】
本発明において油中水滴型エマルション爆薬を製造する方法としては、一般によく使われる押し出し成型機によって柱状化する方法や、造粒機等で球状化する方法等が挙げられる。
【００２３】
本発明の爆薬は例えば次のようにして製造される。
即ち、前記の酸化剤及び、必要により、前記の補助鋭感剤を約８５〜９５℃で水に溶解させ酸化剤水溶液を得る。次いで約８５〜９５℃に加熱された油溶性または油類との相溶性を示す樹脂及び他の油類と乳化剤の混合物に、十分撹拌しながら前述の酸化剤水溶液を徐々に添加する。できあがった油中水滴型エマルションに微小中空体、必要に応じて他の添加剤、油溶性または油類との相溶性を示す樹脂を加えて、捏和機で混合し、油中水滴型エマルション爆薬を得る。次いでこの油中水滴型エマルション爆薬を押し出し成型機等の成型機で成型した後、付着防止剤としての粉体を混合し、油中水滴型エマルション爆薬の表面に該粉体を付着させて本発明の爆薬を得ることができる。
【００２４】
なお、上記の成型工程において、油中水滴エマルション爆薬の形状については取扱易い粒状であれば特に限定されるものではなく、球形、円柱、円盤状、角柱状等いずれでもよく、成型に使用する成型機によって任意な形に成型される。
また、本発明の爆薬においては、あまり成型物を大きくすると爆薬を発破孔に装填した際に、空隙率が大きくなり、爆薬としての伝爆性が低下するため、爆薬の一粒あたりの平均重量が０．０３〜５ｇとなる大きさに成型することが好ましい。
【００２５】
本発明の爆薬は、油中水滴型エマルション爆薬で構成されているが、粒状を呈しているので、空気装填等の装填機を用いて、容易に発破孔に装填することができる。また本発明の爆薬は耐水性が高く、かつ比重が１よりも大きいので、縦穴の水孔に装填された場合でも、乾燥孔と同様に支障なく使用することができる。従って、本発明の爆薬によれば、従来の油中水滴型エマルション爆薬と同等の爆発性能及び長期経時安定性能を維持し、かつ比較的簡略な機械で製造できることから、製造時において安全であり、また、優れた耐水性を有しているため水孔においても使用することができ、発破後の残留ガスもＡＮＦＯ爆薬と比較して低毒性である。さらに形状が粒状を呈していることから機械による装填が容易で、装薬時の作業および発破作業を簡略にしかつ短縮することができる。
【００２６】
【実施例】
次に実施例をあげて本発明を更に詳しく説明するが、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
硝酸アンモニウム７４．３重量部、硝酸ナトリウム４．８重量部、水１０．５重量部からなる９０℃の酸化剤水溶液を、マイクロクリスタリンワックス２．８重量部、ソルビタンモノオレエート２．８重量部の混合物に加え、十分撹拌混合して油中水滴型エマルションを得た。これに微小中空粒子としてガラスマイクロバルーン３．８重量部を加えて撹拌混合し、油中水滴型エマルション爆薬を得た。このエマルション爆薬の比重は１．１９０ｇ／ｃｃであった。この油中水滴型エマルション爆薬をダイスが８ｍｍ径の押出し成型機で成型し、１０ｍｍの長さになるようにナイフで切断した後、タルク（富士タルク工業社製  商品名：ＤＳ−３４）１．０重量部を加えて混合し、本発明の爆薬を得た。得られた爆薬の比重は１．１９６ｇ／ｃｃ、一粒あたりの平均重量は１．０ｇであった。
【００２８】
実施例２
硝酸アンモニウム７４．８重量部、硝酸ナトリウム４．８重量部、水１０．５重量部からなる９０℃の酸化剤水溶液を、マイクロクリスタリンワックス２．９重量部、ソルビタンモノオレエート２．９重量部の混合物に加え、十分撹拌混合して油中水滴型エマルションを得た。これに微小中空粒子としてガラスマイクロバルーン３．８重量部を加えて撹拌混合し、油中水滴型エマルション爆薬を得た。このエマルション爆薬の比重は１．１９２ｇ／ｃｃであった。この油中水滴型エマルション爆薬をダイスが８ｍｍ径の押出し成型機で成型し、１０ｍｍの長さになるようにナイフで切断した後、脂肪酸アミド（花王社製  商品名：脂肪酸アマイドＳ）０．３重量部を加えて混合し、本発明の爆薬を得た。得られた爆薬の比重は１．１９３ｇ／ｃｃ、一粒あたりの平均重量は０．８ｇであった。
【００２９】
実施例３
硝酸アンモニウム７４．８重量部、硝酸ナトリウム４．８重量部、水１０．５重量部からなる９０℃の酸化剤水溶液を、マイクロクリスタリンワックス１．９重量部、エチレン酢酸ビニルコポリマー（東ソー（株）社製、商品名：ウルトラセン７２７）０．８重量部、ソルビタンモノオレエート２．９重量部の混合物に加え、十分撹拌混合して油中水滴型エマルションを得た。これに微小中空粒子としてガラスマイクロバルーン３．８重量部を加えて撹拌混合し、油中水滴型エマルション爆薬を得た。このエマルション爆薬の比重は１．１８８ｇ／ｃｃであった。この油中水滴型エマルション爆薬をダイスが８ｍｍ径の押出し成型機で成型し、１０ｍｍの長さになるようにナイフで切断した後、炭酸カルシウム（和光純薬工業社製  試薬）１．０重量部を加えて混合し、本発明の爆薬を得た。得られた爆薬の比重は１．１９４ｇ／ｃｃ、一粒あたりの平均重量は０．９ｇであった。
【００３０】
比較例１
硝酸アンモニウム７５．０重量部、硝酸ナトリウム４．８重量部、水１０．６重量部からなる９０℃の酸化剤水溶液を、マイクロクリスタリンワックス２．９重量部、ソルビタンモノオレエート２．９重量部の混合物に加え、十分撹拌混合して油中水滴型エマルションを得た。これに微小中空粒子としてガラスマイクロバルーン３．８重量部を加えて撹拌混合し、油中水滴型エマルション爆薬を得た。この油中水滴型エマルション爆薬をダイスが８ｍｍ径の押出し成型機で成型し、１０ｍｍの長さになるようにナイフで切断して比較例用の油中水滴型エマルション爆薬を得た。
【００３１】
表１に実施例１、実施例２、実施例３及び比較例１で得られた爆薬の組成比を示す。
【００３２】
試験例１
成型体の荷重による付着性、塊化性を調べるために簡易的な荷重試験を実施した。試験方法は、内径８０ｍｍの一方に栓をした円筒管に試験用の爆薬３００ｇをいれ、開放端からピストンにより２．３４ｋｇｆの一定荷重を掛け続けたまま３５℃に設定した恒温槽内に放置し、１週間後に取り出して爆薬の状態を評価した。また、２０ｋｇの爆薬を実包装して（袋に入れてダンボールに収函）、室温で６ヶ月及び１年貯蔵した。６ヶ月及び１年貯蔵後の爆薬の状態を観察し評価した。実施例１、実施例２、実施例３及び比較例１の試験結果を表２に示す。
【００３３】
試験例２
実施例１、実施例２、実施例３及び比較例１で得られた爆薬を、内径４８ｍｍ、長さ１ｍ、肉厚５ｍｍの鋼管中に空気装填機を用いて装薬し、ブースターとして日本化薬（株）製の含水爆薬（商品名：アルテックス）５０ｇを用いて起爆し、ドートリッシュ法により爆轟速度を測定した。また、同じ鋼管中に予め水を満たした後、上記と同様に空気装填機を用いて各爆薬を装填し、水孔中での爆轟速度も測定した。さらに、経時試験として、室温で６ヶ月及び１年貯蔵しておいたものを上記と同様の方法で爆轟速度を乾燥孔及び水孔において測定した。その結果を表３に示す。
【００３４】
【表１】
2004238235.tif 000002
【００３５】
【表２】
2004238235.tif 000003
【００３６】
なお、表２の「解れ易さ」は、容易は袋を軽くゆする程度の振動で解れる程度を、比較的容易は手で軽く力を加えると簡単に解れる程度をそれぞれ示す。
【００３７】
【表３】
2004238235.tif 000004
【００３８】
表２及び表３の結果から明白なように、本発明の爆薬は荷重により塊化し難く、かつ装填機で装填が可能で、１年程度貯蔵したものでも、爆薬としての性能を十分維持していることが明白である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の爆薬は、油中水滴型エマルション爆薬の爆薬性能を低下させることなく、容易に機械装填できる粒状の爆薬であり、更には荷重により塊化し難く、塊化しても容易に解す事ができ、長期経時安定性があり、水孔でも使用可能であるため極めて有用である。