KR100576180B1 - 비폭발성 에멀젼 조성물 - Google Patents

Abstract

산화제와 연료가 혼합된 물질로서 수분이 18 - 24 중량%를 포함하고 입도를 5 - 15 마이크로 범위로 만든 에멀젼은 폭발성이 없는 위험물이다. 이러한 폭발성이 없는 에멀젼 위험물은 폭발성이 있는 에멀젼의 유통상 고비용, 저효율 문제를 해결하였다. 이러한 물질은 다시 사용하기 전에 첨가제 등이 혼합되어 폭발성을 가지게 된다. 이러한 특성은 에멀젼에 포함된 수분의 함량과 에멀젼의 입도에 기인한다.

Description

비폭발성 에멀젼 조성물{NON-EXPLOSIVE EMULSION COMPOSITION}

본 발명은 비폭발성 에멀젼 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조성물이 수분함량 18 - 24 중량 %, 평균입도 5 - 15 mm 특성을 가짐으로서 운송중의 안정성이 높아진 비폭발성 에멀젼 조성물에 관한 것이다.

화약은 근본적으로 산소공급제와 가연물의 혼합물로 이루어지며, 대부분 추진 또는 파괴적인 성능을 갖는다. 따라서 제조, 운송등에 있어서 고도의 주의가 요구된다. 가장 둔감한 폭약 중의 하나인 초유폭약(94 % 의 프릴초안, 6 % 경유)조차도 뇌관대신 부스터를 이용할 경우에는 기폭이 되어 폭약으로서의 파괴적인 특성을 나타낼 수 있기 때문이다. 이러한 화약류의 운송은 법상으로도 규제가 이루어진다. 국제 해상 위험물 규칙(IMDG 코드) 부분 11 에는 어떤 물질이 화약인지 여부를 평가하는 시험방법으로서 UN gap test, Koenen test, Internal ignition test 를 기술하고 있다.

1) UN gap test

강관안에 밀폐된 상태의 물질이 부스타의 폭굉에 노출될 때, 폭굉을 전파할 수 있는 물질의 능력을 측정하는 시험이다.

외경 48 mm, 두께 4 mm, 길이 400 mm 의 냉간압연 심레스 탄소강관에 시험하고자 하는 물질을 채우고 뇌관이 결합된 직경 50 mm, 비중 1.6 g/cc, 길이 약 50 mm 가 되도록 성형한 RDX/WAX(95/5) 또는 PETN/TNT(50/50) 160 g 의 부스타 위에 올려놓은 다음 시험물질이 기폭되었는지 확인할 수 있는 관측판(Witness plate)을 강관 상부에 올려놓는다. 뇌관을 기폭시킨 후 강관이 완전히 파괴되거나, 관측판에 구멍이 생겼을 경우 이 시험 물질은 폭굉성을 전파하는 것으로 간주하며, 이외에는 폭굉을 전파하지 않는 것으로 간주한다.

2) Koenen Test

고도로 밀폐된 상태에서 강열효과에 대한 물질의 감도를 결정하는데 이용하는 시험으로 철관의 바닥에서 60 mm 까지 시험물질을 채우고 적절한 오리피스판을 삽입한 후 너트를 조인다음 버너로 가열하여 폭발여부를 확인한다.

폭발이 나타나는 오리피스의 직경이 1.0 mm 이상인 경우에는 폭발성 물질로 간주하며, 1.0 mm 이하일 경우에는 비폭발성으로 간주한다.

3) Internal Ignition Test (DDT)

물질의 폭연으로부터 폭굉으로 전이하는 경향이 있는지를 결정하는 시험으로 길이 457 mm, 내경 74 mm, 두께 7.6 mm 의 3 인치 스케쥴 80의 탄소강관내에 시험물질을 채우고 점화장치로 점화시켰을 때 흑색화약 20 g 을 시험물질의 중간에 위치시킨다. 흑색화약의 폭연에 의해 시험물질이 폭굉되는지를 확인한다. 강관 또는 1 개 이상의 캡이 분명하게 2 조각 이상으로 파편화되면 폭굉이 일어났다고 간주하며 파이프가 단순히 쪼개지거나 벌어지거나 캡이 벗겨질 정도로 파이프나 캡이 변형된 결과는 폭굉이 일어나지 않은 것으로 간주한다.

통상적으로 산화제 수용액, 유류, 유화제, 예감제로 이루어진 에멀젼 폭약도 또한 운송에 있어서, 고도의 주의가 요구된다. 따라서 에멀젼 폭약의 운송상 위험성을 낮추기 위해서, 자동혼화 탱크로리에 예감제를 분리하여 상차하고, 이를 운송한 후 현장에서 사용시에 예감제를 첨가하는 방안이 사용되고 있다. 그러나 상기와 같이 예감제를 분리하여 운송하더라도, 이는 단순히 수송상의 위험성을 감소시킨 것일 뿐 여전히 폭약으로서의 위험성은 남아 있게 된다.

본 발명의 기술적 과제는, 폭약으로서의 폭굉성이 없는 산화제 수용액과 유류, 유화제로 이루어지며, 사용시에 예감제를 첨가하면 다시 폭약으로서의 폭굉성을 갖도록 하기 위한 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 산화제 수용액과 유류 및 유화제로 이루어진 에멀젼 조성물로서, 에멀젼에서 수분의 함량이 18 - 24 중량 % 이며, 평균입도가 5 - 15 마이크론인 것을 특징으로 하는 비폭발성 에멀젼 조성물을 제공한다.

상기 산화제 수용액은 질산암모늄, 질산나트륨, 질산칼슘, 염소산나트륨, 물 등으로 이루어지며, 상기 유류는 탄화수소물질로 이루어지며, 왁스, 경유, 미네랄 오일 등에서 하나이상 선택되는 것이 바람직하다.

상기 유화제로는 SMO(Sorbitan monoleate), PIBSA아민염 (Amine salt of Polyisobutylene succinicanhydride) 등이 통상적으로 사용되는 것이 바람직하다.

산화제 수용액과 유류 및 유화제로 이루어진 에멀젼 조성물은 수분을 포함한다. 통상적으로 수분은 에멀젼 폭약에 있어서, 둔감하게 하는 작용을 하며, 상기 에멀젼 조성물에 있어서도 동일한 역할을 한다. 상기 조성물에 있어서, 물의 양이 많아지면, 조성물은 둔감해지며, 반면 물의 양이 많아지면 조성물은 예감해진다. 그러나 물의 양이 너무 과다하면, 사용시에 예감제를 혼합하더라도 폭발성이 낮아지거나, 비폭발화 될 수 있으며, 반면 물의 양이 적으면 화약으로서의 특성을 갖게 되어 본원 발명의 목적에서 벗어나게 된다.

또한 에멀젼의 평균 입도는 상기 조성물의 감도에 영향을 미친다. 동일한 물의 함량을 가진 조성물에 있어서도 입도의 크기가 작으면 화약류 특성을 나타내지만, 입도가 커지면 화약류의 특성을 나타내지 않을 수 있다.

발명의 바람직한 실시에 있어서, 평균입도가 5.0 - 15.0 마이크론이며, 물의 함량은 18 - 24 중량 % 이다.

물의 양이 상기 설정된 범위미만이면, 상기 조성물이 화약으로서의 특성을 지니게 되며, 상기의 범위내일지라도 평균입도가 작으면 폭발성이 된다. 물의 양이 상기의 범위를 벗어날 경우에는 예감제를 혼합하더라도 에멀젼 폭약이 비폭발성이 된다. 통상적으로 에멀젼의 점도는 입자의 크기와 반비례하며, 상기의 에멀젼 조성물의 평균입도는 에멀젼의 점도로 표현될 수 있다. 이러한 에멀젼 조성물의 점도는 10,000 - 100,000 cp 인 것이 바람직하다.

본 발명의 보다 용이한 실시를 위해서 다음의 실시예가 기재되나 본 발명은 실시예에 한정되지 않는다.

[실시예]

[실시예 1]

80 ℃ 에서 수분 18 중량 %, 질산 암모늄 78.5 중량 % 로 산화제수용액을 제조하고, 여기에 왁스로 이루어진 연료용액 2.0 중량 % 및 SMO 유화제를 1.5 중량 % 혼합하여 에멀젼을 제조하였다.

에멀젼의 평균입도는 5.15 마이크로미터, 점도는 40000 - 80000cp 이었다. 시험결과를 표 1 에 나타내었다.

[실시예 2]

80 ℃에서 수분 24 중량 %, 질산 나트륨 72.5 중량 % 로 산화제수용액을 제조하고, 여기에 광유로 이루어진 연료용액 2.0 중량 % 및 PIBSA 유화제를 1.5 중량 % 혼합하여 에멀젼을 제조하였다.

에멀젼의 평균입도는 10.77 마이크로미터, 점도는 10000 - 30000cp 이었다. 시험결과를 표 1 에 나타내었다.

[비교예 1]

80 ℃에서 수분 17 중량 %, 질산 암모늄 79.5 중량 % 로 산화제수용액을 제조하고, 여기에 왁스로 이루어진 연료용액 2.0 중량 % 및 SMO 유화제를 1.5 중량 % 혼합하여 에멀젼을 제조하였다.

에멀젼의 평균입도는 6.38 마이크로미터, 점도는 30000 - 50000cp 이었다. 시험결과를 표 1 에 나타내었다.

[비교예 2]

80 ℃에서 수분 26 중량 %, 질산 나트륨 70.5 중량 % 로 산화제수용액을 제조하고, 여기에 광유로 이루어진 연료용액 2.0 중량 % 및 PIBSA 유화제를 1.5 중량 % 혼합하여 에멀젼을 제조하였다.

에멀젼의 평균입도는 8.23 마이크로미터, 점도는 20000 - 40000cp 이었다. 시험결과를 표 1 에 나타내었다.

[비교예 3]

80 ℃에서 수분 18 중량 %, 질산 암모늄 78.5 중량 % 로 산화제수용액을 제조하고, 여기에 왁스로 이루어진 연료용액 2.0 중량 % 및 SMO 유화제를 1.5 중량 % 혼합하여 에멀젼을 제조하였다.

유화기의 속도를 변화시켜 에멀젼의 평균입도는 2.41 마이크로미터, 점도는 300,000 -1,000,000cp 이었다. 시험결과를 표 1 에 나타내었다.

구분		실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3
산화제 수용액	산화제 (중량%)	78.5	72.5	79.5	70.5	78.5
	수분 (중량%)	18	24	17	26	18
연료 용액	왁스/오일 (중량%)	2	2	2	2	2
	유화제 (중량%)	1.5	1.5	1.5	1.5	1.5
계		100	100	100	100	100
에멀젼의 평균입도 (㎛)		5.15	10.77	6.38	8.23	2.41
에멀젼의 점도 (cp)		4 만 - 8 만	1만 - 3 만	3만 - 5 만	2만 - 4 만	30만- 100 만
에멀젼의 폭발성여부		비폭발성	비폭발성	폭발성	비폭발성	폭발성
첨가제사용시 폭발성여부 (미소중공구체)		폭발성	폭발성	폭발성	비폭발성	폭발성

(주1) 에멀젼의 평균 입도는 에멀젼을 유기 용제로 분산시킨 후, MALVERN Instruments사의 MASTERSIZER 를 이용하여 측정한 결과로 D[4,3]의 수치를 말한다.

(주2) 에멀젼 점조는 BROOK FIELD 사의 점도계를 이용하여 측정한 결과이다.

(주3) 물질의 폭발성 여부는 UN gap test, Koenen test, Internal ignition test 의 세가지 시험중에서 하나라도 폭발성이 발견되면 폭발성으로 간주하여, 3 가지 시험모두에서 폭발성이 나타나지 않으면 비폭성으로 간주한다.

(주4) 비폭발성 및 폭발성 여부는 대한화약발파공학회에 의뢰하여 검사.

상기와 같이 수분함량을 18 - 24 % 로 하고 평균입도를 5 - 15 마이크로미터, 점도를 10,000 - 100,000 의 범위로 제조한 에멀젼은 비폭발성으로 나타났고, 미소중공구체, 알미늄 등의 첨가제를 다시 첨가하였을 경우 다시 폭발성을 나타내 었다.

즉 상기와 같이 제조한 에멀젼은 제조, 운반시 위험물로 취급되어 운송에 뛰어난 안전성을 확보할 수 있으며, 운반에 따른 허가가 필요없다. 따라서 본 발명은 기존 폭약의 운반시 물류 유통상에서의 고비용, 저효율 문제를 개선하였다.

Claims (8)

1. 산화제 수용액과 연료 용액을 유화제로 유화시킨 비폭발성 에멀젼 조성물에 있어서,

   에멀젼 중 수분이 18∼24 중량%이고, 에멀젼의 평균입도가 5∼15 ㎛이며, 에멀젼의 점도가 10,000∼100,000 cp인 것을 특징으로 하는 비폭발성 에멀젼 조성물.
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