JP4818583B2

JP4818583B2 - 鈍感な高威力非火薬破砕薬剤

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Publication number: JP4818583B2
Application number: JP2003378017A
Authority: JP
Inventors: 敏洋沖津; 武小林
Original assignee: 日本工機株式会社
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: JP2005139036A

Description

本発明は、火薬類取締法上の火薬成分以外から成り、主な成分としてテルミット剤およびガス発生剤を含有する非火薬破砕薬剤に係り、詳しくは、従来の非火薬破砕薬剤の威力を向上させると共に、火炎に対して鈍感な高威力非火薬破砕薬剤に関するものである。

従来、非火薬成分から成る破砕薬剤としては、生石灰を主成分とする静的破砕剤、例えば、ブライスター（商標）と呼ばれるものがある。
また、水蒸気圧を利用した破砕薬剤としては、例えばガンサイザー（商標）がある（例えば、特許文献１，２参照）。
水蒸気圧を利用した破砕薬剤による脆性体の破壊機構は、ガス発生剤であるカリウム明礬中の結晶水が破砕薬剤中のテルミット剤のテルミット反応による高熱で分解気化し、発生した水蒸気のガス圧力で引張破壊を引き起こさせるものである。従って、従来のこの水蒸気圧を利用した破砕薬剤では、低振動、低騒音をターゲットに黒色火薬並みの威力のものとして開発したため、脆性体を引張破壊できる程度の威力を有するが、圧縮破壊は引き起こせない。

ここで、脆性体とは、岩盤、コンクリート、石材のように圧縮強度は非常に大きいが、引張強度は小さい材料をいい、一般的にこれら脆性体の引張強度は、その圧縮強度の１／１０〜１／３０である。従って、脆性体は、圧縮破壊に対しては大きな耐力を有するが、引張破壊に対しては弱い。そこで、水蒸気圧を利用した破砕薬剤は、近接２孔間に作用するガスの作用と装薬孔周囲に発生する応力集中との相互作用で、その２孔間に発生した引張応力によりその近傍に「引張破壊」を生ぜしめ、その２孔間に沿った所定方向に亀裂を入れるものである。

一方、爆薬を用いた場合のように、数万気圧という爆轟圧は、岩盤の圧縮強度千数百Ｋｇｆ／ｃｍ²より遥かに大きいため、引張破壊はもとよりボアホール周辺にわたって「圧縮破壊」が発生するが、水蒸気圧を利用した破砕薬剤では、圧縮破壊は殆ど発生することがない。
当初、この破砕薬剤はもっと高威力化も可能であったが、当時の製品は平成２年の消防法の改正により危険物の見直しがなされ、消防法危険物第２類第１種可燃性固体に該当することとなった。このため、貯蔵時の指定数量を１００ｋｇ未満とする制約があった。
特開昭６３−３１９２８５号公報特開平１１−０２９３８９号公報

この制約を緩和するため、消防法危険物第２類可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火感度の低減を図り、現在ではこれをクリアした消防法危険物第２類第２種可燃性固体に属する薬剤となっている。しかしながら、この小ガス炎着火感度を鈍感に維持したまま、威力増大することは極めて困難である。
ここで、消防法危険物第２類の試験方法（目的：火炎による着火の危険性を判断する小ガス炎着火試験）とは、７０ｍｍ長の都市ガス（ブタンまたはプロパン）の火炎を最大１０秒の間試料に浴びせ、着火燃焼状況を把握するもので、火災に対する危険性を評価する試験方法である。試験開始後、３秒以内に着火しかつ試料がすべて燃焼焼失するものを、非常に燃焼し易く危険なものとし、『易着火性』と判断し、消防法危険物２類第１種可燃性固体と判断する。一方、試験開始後、３秒以上１０秒以内に着火しかつ試料がすべて燃焼焼失するものを、燃焼し易く危険なものとし、着火性と判断し、消防法危険物第２類第２種可燃性固体と判断する。

易着火性、着火性以外のもの、すなわち試験開始後、試料が着火し燃焼焼失するまでに１０秒以上かかるもの、あるいは、１０秒以内に着火しても、試料がすべて燃焼焼失せず残留したり、火炎に触れている間は燃焼しているが、火炎を離すと燃焼が中断するようなものは、『難着火性』と判断し、危険物には該当しない非危険物と判断する。
これまで種々様々な改良策を検討してきたが、火炎による着火感度を鈍くし、反応速度を維持ないし増大するあるいはガス発生量を増大して威力を向上するような二律背反の可燃性固体となる組成物、すなわち非火薬破砕薬剤は得られなかった。

そこで、本発明の目的は、従来の非火薬破砕薬剤の威力を向上させると共に、火炎に対して鈍感な高威力非火薬破砕薬剤を提供することにある。

本発明者は、上述した課題を解決するために、火薬類取締法の分類で規定する火薬類に該当しない組成物であって、できるだけ破壊威力を高めることを主眼として開発を進めた。このような非火薬破砕薬剤の脆性体に対する作用効果は、薬剤が保有する爆発エネルギー、すなわち気体生成物の発生量と発生する速度に依存する。
例えば、脆性体中のボアホールのような密閉空間中に瞬時に、具体的には百数十ｍｓｅｃ以内に十分な反応ガス、例えば、６０ｃｃ／ｇ以上、好ましくは１５０ｃｃ／ｇ以上のガスを発生すれば、脆性体を引張破壊することができる。

そこで、基本に立ち返り、製造、取扱感度を維持したまま威力を上げるためには、反応速度(ガス発生速度)を上げるか、あるいはガス発生量を上げれば目的に適う組成物が得られることは明らかである。
しかしながら、反応速度を上げると、危険性が徐々に増大することは、火薬学の知識を有する者にとっては当然のことであり、さらに反応速度を上げすぎると、強力な衝撃波が発生することとなり、爆薬と同等になることさえあり得る。

従って、反応速度を増大するのではなく、反応速度を低下させずに主としてガス発生量を増大させた方が、破砕薬剤の威力向上には適った方法である。
そこで、従来の破砕薬剤のガス発生剤であるカリウム明礬の代わりになるものは、ある粒度範囲の固体であって、全てガス化する物質が好ましい。例えば、アンモニウム明礬も若干の固体生成物を発生し、ガス発生量が増えることから、その候補であるが、その他のアンモニウム塩を利用する方がガス発生量は大きくなる。

また、他に、硝酸塩、過塩素酸塩、塩素酸塩以外の酸化性塩類は、塩酸塩、硫酸塩、蓚酸塩、酢酸塩、リン酸塩、硼酸塩、珪酸塩等があるが、それぞれ一長一短がある。
例えば、塩酸塩は、反応生成物に塩素ガスを、硫酸塩は亜硫酸ガスを、またリン酸塩はホスフィン等極めて有害なガスを、酢酸塩、蓚酸塩はホスゲン等を発生し、一方、硼酸塩および珪酸塩は、酸化ホウ素および酸化珪素等の固形反応生成物を発生する。

そこで、テルミット組成物の反応熱を利用してガス発生剤を分解し、そのガス圧を利用して脆性体を引張破壊する主旨から判断すると、適当なガス発生剤は熱分解され易いものであることと、反応生成物はできるだけ人体に対して有害な物質を発生しないことが必要である。
以上の２点から総合的に判断すると、先ず、蓚酸塩、酢酸塩、硼酸塩、珪酸塩は、分解されにくく、有害ないし固体生成物を発生することから、望ましくはない。塩酸塩、リン酸塩は、人体に有害なガスを発生することから、ガス発生剤の有力候補とは言い難い。

硫酸塩も反応生成物として亜硫酸ガスを発生するが、前述の中では最も人体に対して優しいと判断できる。従って、火薬類取締法上の非火薬成分に維持したまま威力向上を図るためには、硫酸塩で全てガス化成分となることが理想である。
以上の条件からガス化する成分の候補に上がるものは、例えば、アンモニウム明礬、過硫酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、チオ硫酸アンモニウム、硫酸ヒドロキシルアンモニウム、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウム水和物、硫酸カルシウム、硫酸クロムカリウム、ヘキサメチレンジアミンあるいは水酸化アンモニウムなどがある。

このような知見に基づいて本発明は完成されたものである。
請求項１に係る発明は、酸化剤と還元剤とから成るテルミット剤（金属酸化還元剤）と、ガス発生剤と、鈍化剤と、結合剤とを有する非火薬破砕薬剤において、ガス発生剤を、２５重量部〜５０重量部の過硫酸アンモニウムと０重量部〜２５重量部のカリウムアルミニウム明礬との混合物で構成することにより、消防法危険物第２類可燃性固体の判定試験である小ガス炎着火試験で３秒以内に着火および焼失することがなく、かつ１２５％から１６０％の弾動臼砲比を有する鈍感な高威力非火薬破砕薬剤である。
例えば、過硫酸アンモニウムと明礬の混合物にしたとき、非火薬成分でありながら非常に静的威力の強い破砕薬剤が得られる。また、その混合比によって任意に威力をコントロールできるメリットがある。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤において、前記テルミット剤は、酸化剤に酸化第二銅、酸化第二鉄および過酸化金属塩の群から選ばれる１種または２種以上を含む鈍感な高威力非火薬破砕薬剤である。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤において、前記鈍感化剤は、平均粒子径５μｍ以下の長鎖脂肪酸金属塩および長鎖脂肪酸の群から選ばれる少なくとも１種を含む鈍感な高威力非火薬破砕薬剤である。

請求項４に係る発明は、請求項３記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤において、前記長鎖脂肪酸金属塩は、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛等のステアリン酸金属塩であり、長鎖脂肪酸は、ステアリン酸である鈍感な高威力非火薬破砕薬剤である。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤において、前記結合剤は、ニトロセルロース、アセチルセルロース、塩化ビニール、バイトンゴム、二トリルゴム、ポリイソブチレン、シリコンゴム、クレイトンゴム、グリシジルアジドポリマー（ＧＡＰ）、ビスアジドメチルオキサエンポリマー(ＢＡＭＯ)およびアジドメチルメチルオキサエンポリマー(ＡＭＭＯ)の群から選ばれる少なくとも１種を含む鈍感な高威力非火薬破砕薬剤である。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤において、前記テルミット剤（金属酸化還元剤）を２５〜６０重量部含む鈍感な高威力非火薬破砕薬剤である。

鈍化剤は、消防法の見直しにより、危険物の第２類第２種可燃性固体とするために、消防法危険物２類第２種可燃性固体の確認試験である小ガス炎着火感度試験で３秒以内に着火焼失しないように、燃焼性能を遅延させる機能をもたせるものである。従って、破砕薬剤が火炎に接触した時、その成分中の鈍化剤が状態変化を起こし、潜熱を奪って着火性を低下または遅延させるようなステアリン酸金属塩あるいはワックス等の融点が２百数十℃以下の低いものであれば、鈍化剤としての機能を有する。

さらに、これら鈍化剤は、粒度が小さければ、均一に分散することから、鈍化効果が大きい。具体的には、試薬クラスのステアリン酸金属塩よりも、微細な工業用ステアリン酸金属塩、例えば、日本油脂株式会社製ステアリン酸金属塩（ニッサンエレクトールＭＭ−２、ＭＣ−２、ＭＺ−２）の方が微量で遥かに鈍化効果が高い。
ここで、鈍化剤の平均粒子径を５μｍ以下とする理由について説明する。

鈍化剤は、その粒子径が細かければ細かいほど鈍化剤の比表面積が大きくなって、テルミット剤の主成分であるアルミニウムと酸化第二銅のいずれかまたは両者を鈍化剤のコーティングによって接触を断ち切ることが可能となり、テルミット剤そのものの反応性を低下させられるからである。
また、テルミット剤の主成分であるアルミニウムと酸化第二銅のいずれかまたは両者の鈍化剤によるコーティングは、単にアルミニウムと酸化第二銅とを予め混ぜることでアルミニウムと酸化第二銅のいずれかまたは両者の表面に付着する。

本発明において、結合剤は、テルミット成分と個々のガス発生剤成分とが互いに密着接近するように維持するものであれば良い。
例えば、エネルギー性結合剤（ＧＡＰ、ＢＡＭＯ、ＡＭＭＯ等）の場合、本来の結合機能のほか、それ自身も分解反応してエネルギーを発生するものであることから、当該破砕薬剤の威力向上になり得る。

また、反応速度の良好なテルミット組成物は、一般に酸化剤、還元剤とも粒子径は非常に微細にしなければならない。そのため、製造時には粉塵が舞い易いばかりか、それに起因する静電気災害の虞が生じる。そこで、バインダーとしての機能のほか、静電気に対しても安全性を向上する結合剤が良い。例えば、塩化ビニールをバインダーに用いた場合、製造安全性を向上することが可能となる。

請求項６に係る発明において、テルミット組成物が２５重量部以下では、鈍化剤、結合剤およびガス発生剤を分解するに必要な熱源が不足し、ガス発生剤の分解反応が不完全となってしまう。

また、テルミット組成物が６０％以上では、コストアップの要因になるばかりか、ガス発生剤の添加量が相対的に減少するため、ガスボリュームの小さな破砕薬剤となってしまう。
一方、ガス発生剤が２５％以下では、上述と同様に、ガス発生剤添加量が相対的に少なく、ガスボリュームの小さな破砕薬剤となって、威力向上という目的からは外れてしまう。

これに対し、ガス発生剤量が７５％以上では、上記同様、添加すべきテルミット剤量が少なくなって熱分解エネルギーが不足して、結果的に威力向上は達成されない。
同様に、鈍化剤０．２〜５％の条件について説明する。鈍化剤が０．２％以下では、鈍化剤としての機能が弱く、消防法危険物第２種可燃性固体の確認試験である小ガス炎着火感度試験により、試験検体が３秒以内に全量着火焼失して、消防法危険物第１種可燃性固体の範疇に入ってしまい、目的から外れる。また、鈍化剤は、その粒子径が細かければ細かいほど鈍化剤の比表面積が大きくなるので、同じ程度に、例えばアルミニウム（または酸化第２銅またはその両者）の表面をコーティングする能力が大きくなるから、平均粒子径が小さいほど（即ち、比表面積が大きいほど）少ない量で同等の効果を期待できるためである。

また、鈍化剤が５％以上では、鈍化効果が大きすぎ、テルミット剤によるガス発生剤の分解反応が促進されず、反応中断となってしまう。
次に、結合剤が０．５〜１５％という条件の説明をする。
結合剤０．５％以下では、結合剤としての機能が弱くなって輸送振動によりテルミット剤成分、ガス発生剤成分からなる本来の主要破砕薬剤成分の均一性が維持できなくなり、反応中断等のトラブルが発生してしまう可能性が高くなり、一方、結合剤が１５％以上ではＧＡＰ、ＢＡＭＯ、ＡＭＭＯのようなエネルギー性結合剤であれば性能上問題はないが、これが、塩化ビニール、バイトンゴム、酢酸セルロース、ポリエステル樹脂等のそれ自身反応性を持たないものが結合剤である時は、１５％より少ない量でなければ、反応中断の要因となってしまう。

耐水性を付与するための耐水性用物質としては、吸水剤と呼ばれるガム類、例えば、カラーギナンガム、ローカストビーンガム、グアガム、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）等があり、また、高分子吸水樹脂、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ソーダ誘導体、アクリル酸・ビニルアルコール共重合体等がある。また、耐水性物質は、得られた鈍感な非火薬破砕薬剤の後から外割で添加し、単純に混ぜることで耐水性を付与することができる。

ガム類は、外部から進入してきた水（水分）に対して積極的に吸水し、膨潤することで、バリアーを形成し、膨潤したガム同士が互いに接続し合い、その後の水(水分)の浸入を防ぐものである。
また、一方、高分子吸水樹脂は、粒子径の大小によってやや異なった形相を見せるが、基本的には、水分を吸水することによって膨張し、容積変化により膨張粒子間が狭まり、一見バリアー状の状態となって、その後の水の浸入が抑制される。テルミット剤あるいはガス発生剤個々の成分あるいはそれら全体を、この高分子吸水樹脂で被覆あるいはまぶすことによって、僅かな水分の浸入に対して排除する機能を有する。

高分子吸水樹脂としては、住友化学工業（株）製スミカゲル、製鉄化学工業（株）製アクアキープ、三菱油化（株）製ダイヤウェットおよび三洋化成工業（株）製サンフレッシュ等がある。
また、微細粒子な高分子吸水樹脂の場合は、吸水し易く互いに馴染みやすいことから、吸水性ガム類の特性を兼ね備えた吸水樹脂として、前述の高分子吸水樹脂の機能をさらに向上させる効果が期待できる。

また、高分子吸水樹脂と吸水性ガム類を混合したものを用いることでも耐水性を向上させる効果が期待できる。

（１）本発明によれば、反応速度を増大するのではなく反応速度を低下させずに、主としてガス発生量を増大させることで、威力向上を図ることができ、さらに特定の鈍化剤を用いることで、製造、取扱の感度を低減させることができた。その結果、消防法危険物第２類可燃性固体の判定試験である小ガス炎着火試験で３秒以内に着火および焼失することがなく、かつ１２０％から１６０％の弾動臼砲比を有することが可能となった。
（２）平均粒子径５μｍ以下の微細な鈍化剤を用いることで、少量の添加量で感度性能の低減を図ることができた。
（３）これまで、例えば、１ｍ³の岩盤を破砕するのに１Ｋｇｗの非火薬破砕薬剤が必要であった（これを破砕原単位１．０Ｋｇｗ／ｍ³という）とき、鈍感な高威力破砕薬剤を用いることで破砕原単位が約０．７５Ｋｇｗ／ｍ³になり、２５％の薬量低減が可能となった。

以下に、本発明を具体的な実施例について説明する。
以下に示す基準例、実施例および比較例の、組成と性能を表１に示す。表１の基準例、実施例１，２，３，４の５種について、過硫酸アンモニウム量（またはカリウムアルミニウム明礬量)と燃速または臼砲比の関係を抽出し、グラフ化したものを表２に示す。
先ず、性能である弾動臼砲比について説明する。

爆薬の威力は、通常ＴＮＴに換算して表示されることが多い。これはＴＮＴが古くから存在し、化学的にも安定で入手しやすいことによるものと推測される。
爆薬（爆発物）の静的威力を測定する方法に、弾動臼砲試験があるが、これもＴＮＴが基準となって相対的な威力の比較がなされる。ＴＮＴの威力を１００％としたとき、試験爆薬がどの程度の静的威力を有するかを百分率で表示するものである。

すなわち、ある爆薬の弾動臼砲比が、ＴＮＴ比で１４０%であったということは、ＴＮＴに比べて４０%も静的威力が強いことを意味する尺度である。
そこで、本発明の弾動臼砲比との比較を分かりやすくするため、基準例を定めることとした。
（基準例）
アルミニウム１１．５重量部に平均粒子径９μｍの試薬ステアリン酸カルシウム１．６重量部を加え、次に塩化ビニール１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに、酸化第二銅３８．５重量部、カリウムアルミニウム明礬５０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。この十分に混ざった混合物が、バインダーの機能で柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、１２時間以上風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて４時間以上乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに３秒以上１０秒以内であり、消防法危険物第２類第２種可燃性固体であった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．０８ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、３６０ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、２０％（ＴＮＴ比）であった。

そこで、この基準例のＴＮＴ比を、弾動臼砲比１００％と定めた。
（実施例１）
アルミニウム１１．５重量部に平均粒子径２．３１μｍの工業用ステアリン酸亜鉛０．８重量部を加え、次にアセチルセルロース１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二銅３８．５重量部、カリウムアルミニウム明礬２５．０重量部と過硫酸アンモニウム２５．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに１０秒以上と危険物に該当しない試験結果となった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．０３ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、４６０ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が２５％アップの１２５％（基準例比）であった。

（実施例２）
アルミニウム１１．５重量部に平均粒子径２．６９μｍの工業用ステアリン酸マグネシウム０．６重量部を加え、次にニトロセルロース１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二銅３８．５重量部、カリウムアルミニウム明礬１０．０重量部と過硫酸アンモニウム４０．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに１０秒以上と危険物に該当しない試験結果となった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．０２ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、３３０ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が３５％アップの１３５％（基準例比）であった。

（実施例３）
アルミニウム１１．５重量部に平均粒子径２．４１μｍの工業用ステアリン酸カルシウム０．６重量部を加え、次にポリイソブチレン１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二銅３８．５重量部、過硫酸アンモニウム５０．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに３秒以上１０秒以内であり、消防法危険物第２類第２種可燃性固体であった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．０５ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、６１５ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が６０％アップの１６０％（基準例比）であった。

（実施例４）
アルミニウム８．０重量部に平均粒子径２．６９μｍの工業用ステアリン酸マグネシウム０．６重量部を加え、次にバイトンゴム１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二銅２７．０重量部、過硫酸アンモニウム６５．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに３秒以上１０秒以内であり、消防法危険物第２類第２種可燃性固体であった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．１０ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、３８０ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が３０％アップの１３０％（基準例比）であった。

（実施例５）
マグネシウム１４．５重量部に平均粒子径２．４１μｍのステアリン酸カルシウム０．６重量部を加え、次に塩化ビニール１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二銅３５．５重量部、硫酸アルミニウム５０．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに１０秒以上と危険物に該当しない試験結果となった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．１２ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、３００ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が２０％アップの１２０％（基準例比）であった。

（実施例６）
アルミニウム１０．０重量部に平均粒子径２．３１μｍの工業用ステアリン酸亜鉛０．６重量部を加え、次にニトロセルロース１０％濃度のアセトン溶液１０％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二鉄３５．０重量部、アンモニウム明礬５０．０重量部、過酸化マンガン５．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに１０秒以上と危険物に該当しない試験結果となった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．０２ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、２９０ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が２５％アップの１２５％（基準例比）であった。

（実施例７）
アルミニウム１２．０重量部に平均粒子径２．４１μｍの工業用ステアリン酸カルシウム０．６重量部を加え、次にニトロセルロース１０％濃度のアセトン溶液１０％を加えて良く混ぜる。これに過硫酸アンモニウム５０．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに１０秒以上と危険物に該当しない結果となった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．０５ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、４２０ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が４０％アップの１４０％（基準例比）であった。

（比較例１）
ここでは、鈍化剤のない破砕薬剤の例を示す。
アルミニウム１１．５重量部に塩化ビニール１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二銅３８．５重量部とカリウムアルミニウム明礬５０．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに３秒以下と消防法危険物第２類第１種可燃性固体に該当した。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．２１ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、３４０ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が１５％アップの１１５％（基準例比）であった。

（比較例２）
比較例１のアルミニウムに鈍化剤として平均粒子径９．０μｍの試薬ステアリン酸カルシウムを２．５０重量部と多めに添加し、次に、ニトロセルロース１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二銅３５．５重量部とカリウムアルミニウム明礬５０．０重量部を加え、さらに良く混ぜた。

得られた混合物を、消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに１０秒以上と危険物に該当しない結果となった。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．０６ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、燃焼中断し、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、残薬が多少残り、基準例を１００％としたときより、威力が２０％ダウンの８０％（基準例比）であった。

（比較例３）
比較例２のアルミニウム１１．５重量部をマグネシウム１４．５重量部に変え、平均粒子径２．５μｍの工業用ステアリン酸カルシウム１．６０重量部添加し、アセチルセルロース１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。これに酸化第二銅３５．５重量部とカリウムアルミニウム明礬５０．０重量部を加え、さらに良く混ぜた。得られた混合物を、消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに３秒以上１０秒以内であり、消防法危険物第２類第２種可燃性固体に該当した。

また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．１７ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、２９５ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、残薬が多少残り、基準例を１００％としたときより、威力が１５％ダウンの８５％（基準例比）であった。
（比較例４）
アルミニウム１７．７重量部に鈍化剤として平均粒子径２．６５μｍの工業用ステアリン酸マグネシウム２．０重量部を加え、これに１０％濃度のバイトンＡのアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。次に、酸化第二銅５９．２重量部と過硫酸アンモニウム２３．１重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに３秒以上１０秒以内であり、消防法危険物第２類第２種可燃性固体に該当した。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．３５ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、３２０ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、残薬が多少残り、基準を１００％としたときより、威力が１０％ダウンの９０％（基準例比）であった。

（比較例５）
もっと威力向上のためガス発生剤として火薬成分に入る硝酸アンモニウムを使用した例を示す。
先ず、アルミニウム９．０重量部にバイトンゴム１０％濃度のアセトン溶液１５％を加えて良く混ぜる。次に、酸化第二銅３１．０重量部と硝酸アンモニウム５０．０重量部を加え、さらに良く混ぜる。このとき必要に応じて、さらにアセトンを加えても良い。混合物がバインダーの機能により柔らかい餅状になったら、８メッシュの篩を通した後、少なくとも１２時間風乾し、アセトン臭を除去する。

次に、６０℃の乾燥房にて少なくとも４時間乾燥する。これを消防法危険物第２類の可燃性固体の試験方法である小ガス炎着火試験に供すると、試料が燃焼焼失するまでに３秒以下と消防法危険物第２類第1種可燃性固体に該当した。
また、これをガス管（ＳＧＰＷ２０Ａ）に装填したところ、装填密度は１．３５ｇ／ｃｃで、これに専用点火具を装着して光ファイバー法でその燃焼速度を計ったところ、８００ｍ／ｓであり、同様に専用点火具による弾動臼砲試験を実施すると、基準例を１００％としたときより、威力が１００％アップの２００％（基準例比）であった。

図１は、表２の横軸に過硫酸アンモニウム量（重量部）、縦軸に燃速(ｍ／ｓ)をとり、過硫アンモニウム量と燃速の関係を調査したものである。
図１より、過硫酸アンモニウムが増える（逆に、カリウムアンモニウム明礬は減る）につれ、燃速が大きくなるが、その量が５０重量部を超えると、燃速は低下する。これは、発熱源であるテルミット剤が相対的に減少するため、熱量不足となって反応が進み難くなるためである。

図２は、図１と同様に、横軸に過硫酸アンモニウム量（重量部）、縦軸に臼砲比(％)をとり、過硫酸アンモニウム量と臼砲比の関係を調査したものである。
これも図１と同様に、過硫酸アンモニウムが増える（逆に、カリウムアンモニウム明礬は減る）につれ、臼砲比が大きくなるが、その量が５０重量部を超えると、その臼砲比も低下する。これは、発熱源であるテルミット剤が相対的に減少するため、熱量不足となって反応が進み難くなるため、ガス量が減ることによる。

図３は、図１と図２の現象が同時に生じて威力増大現象が、認識される。そこで、積の原理を用いて（燃速の値）×（臼砲比の値）を取って、グラフ化したものである。
一般に爆薬の場合の威力は、反応速度の２乗に比例するが、ここでは単純に反応速度と燃速の積で威力向上を数値化したものである。
この結果から、威力増大はガス発生剤として全て過硫酸アンモニウムに変更すると、（燃速）×（臼砲比）の値が、最大３２８％までに達する可能性があることを示している。

以上のように、図１，図２とも、カリウムアルミニウム明礬が過硫酸アンモニウムにすべて置き換わると、燃速も、臼砲比も最大値を示す。
従って、これらが同時に現れる実際の反応では、カリウムアルミニウム明礬が過硫酸アンモニウムに全量変わると、その威力は（燃速）×（臼砲比）の値に比例し、最大の３２８％までに達することを示している。

これまで岩盤が硬すぎて非火薬破砕薬剤でも破砕することができず、やむなく消費許可を取得して火薬類（産業用爆薬）を使用せざるを得なかった現場、あるは深礎芯抜部及び深礎そのものの掘削、地震探査、セメントサイロ中の固化セメントの解体など鈍感な高威力非火薬破砕薬剤の用途が広がる。

過硫酸アンモニウムと爆速の関係図である。過硫酸アンモニウムと弾動臼砲比との関係図である。過硫酸アンモニウムと総合威力の関係図である。

Claims

酸化剤と還元剤とから成るテルミット剤（金属酸化還元剤）と、ガス発生剤と、鈍化剤と、結合剤とを有する非火薬破砕薬剤において、
前記ガス発生剤を、２５重量部〜５０重量部の過硫酸アンモニウムと０重量部〜２５重量部のカリウムアルミニウム明礬との混合物で構成することにより、
消防法危険物第２類可燃性固体の判定試験である小ガス炎着火試験で３秒以内に着火および焼失することがなく、かつ１２５％から１６０％の弾動臼砲比を有する
ことを特徴とする鈍感な高威力非火薬破砕薬剤。
前記テルミット剤は、酸化剤に酸化第二銅、酸化第二鉄および過酸化金属塩の群から選ばれる１種または２種以上を含むことを特徴とする請求項１記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤。
前記鈍感化剤は、平均粒子径５μｍ以下の長鎖脂肪酸金属塩および長鎖脂肪酸の群から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤。
前記長鎖脂肪酸金属塩は、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛等のステアリン酸金属塩であり、長鎖脂肪酸は、ステアリン酸であることを特徴とする請求項３記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤。
前記結合剤は、ニトロセルロース、アセチルセルロース、塩化ビニール、バイトンゴム、二トリルゴム、ポリイソブチレン、シリコンゴム、クレイトンゴム、グリシジルアジドポリマー（ＧＡＰ）、ビスアジドメチルオキサエンポリマー(ＢＡＭＯ)およびアジドメチルメチルオキサエンポリマー(ＡＭＭＯ)の群から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤。
前記テルミット剤（金属酸化還元剤）を２５〜６０重量部含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の鈍感な高威力非火薬破砕薬剤。