PLASTISCHE SPRENGSTOFF-ZUSAMMENSETZUNG

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine plastische Sprengstoff-Zusammensetzung, die Pentaerythrittetranitrat als hochbrisanten Explosivstoff, zumindest einen unempfindlichen Explosivstoff, Silikonöl als Plastifizierungsmittel, zumindest ein Phlegmatisierungsmittel und einen Markierungsstoff umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Kombination aus a) Nitroguanidin als unempfindlichen Explosivstoff und b) Pentaerythrittetrastearat als Phlegmatisierungsmittel umfasst.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft neue plastische Sprengstoff-Zusammensetzungen, die Pentaerythrittetranitrat als hochbrisanten Explosivstoff umfassen.

STAND DER TECHNIK

[0002] Derzeit erhältliche plastische Sprengstoffe sind mehrheitlich auf Basis von synthetischem Gummi, z.B. aus Styrol-Butadien-Kautschuk, aufgebaut, der mit der Zeit spröde oder hart wird, was sich die Leistung und die Initiierfähigkeit des Sprengstoffs beeinträchtigt. Sie enthalten zudem üblicherweise, z.B. als (weitere) Plastifizierungs- oder Phlegmatisierungsmittel, diverse chemische Verbindungen, die giftig und umweltbelastend sind, so dass selbst bei der Entsorgung durch Verbrennen neben Rußpartikeln und Teerschlacke mitunter hochgiftige (z.B. aromatische) Verbindungen frei werden.

[0003] Weiters stellt unter all den in solchen plastischen Sprengstoffen enthaltenen hochbrisanten Explosivstoffen Pentaerythrittetranitrat (Nitropenta, Pentaerythrityltetranitrat, Pentrit, PETN) der nachstehenden Formel den einzigen ungiftigen Vertreter dar:

[0004] Allerdings war es bislang nicht möglich, bei Verwendung von Nitropenta als einzigem hochbrisantem Explosivstoff die strengen Auflagen der Prüfungen gemäß der Richtlinie 2014/28/EU in Bezug auf Schlagempfindlichkeit und Reibempfindlichkeit zu erfüllen, weswegen es im Gemisch mit anderen, weniger empfindlichen Explosivstoffen eingesetzt wird, z.B. in Kombination mit Hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazin (Hexogen, RDX), Cyclotetramethylentetranitramin (Oktogen, HMX), 2,4,6-Trinitrotoluol (TNT), Glycerintrinitrat (Nitroglycerin) oder Glykoldinitrat (Nitroglykol):

[0005] Diese sind jedoch allesamt durch eine "akute Toxizität" gekennzeichnet, so dass es bislang als unmöglich galt, eine im Wesentlichen ungiftige - aber nichtsdestotrotz hochexplosive - Sprengstoff-Zusammensetzung mit Nitropenta als hochbrisantem Explosivstoff herzustellen, was daher das Ziel der vorliegenden Erfindung darstellt.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0006] Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch Bereitstellung einer plastischen Sprengstoff-Zusammensetzung, die Pentaerythrittetranitrat als hochbrisanten Explosivstoff, zumindest einen unempfindlichen Explosivstoff, Silikonöl als Plastifizierungsmittel, zumindest ein Phlegmatisierungsmittel und einen Markierungsstoff umfasst, wobei die erfindungsgemäße Zusammensetzung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Kombination aus a) Nitroguanidin als unempfindlichem Explosivstoff und b) Pentaerythrittetrastearat als Phlegmatisierungsmittel umfasst.

[0007] Zwar ist Nitroguanidin seit langer Zeit als Explosivstoff bekannt - und zwar als sehr unempfindlicher, der nur nach Initiierung mit Zündverstärkern detoniert - und wird daher als Komponente von Treibladungspulvern und Sicherheits-Sprengstoffen eingesetzt. Allerdings sind Kombinationen davon mit Nitropenta, also Pentaerythrittetranitrat, ebenso unbekannt wie solche mit Pentaerythrittetrastearat als Phlegmatisierungsmittel dafür. Beide chemische Verbindungen sind freilich - genau wie Nitropenta - als ungiftig einzustufen, so dass eine erfindungsgemäße Kombination aus diesen drei Verbindungen und einem beliebigen ungiftigen Silikonöl als Plastifizierungsmittel erstmals eine gänzlich ungiftige plastische Sprengstoff-Zusammensetzung auf Basis von Nitropenta darstellt.

[0008] Soll der erfindungsgemäße plastische Sprengstoff beispielsweise durch Verbrennen entsorgt werden, so werden dabei nur Kohlendioxid, Stickstoffoxide und Wasserdampf freigesetzt, und als Rückstand bleibt lediglich ein feiner Sand zurück, was eine gänzlich nichttoxische Entsorgungskette ermöglicht.

[0009] Darüber hinaus hat der Erfinder jedoch überraschenderweise festgestellt, dass durch die Zugabe von Nitroguanidin als weiterem Explosivstoff zu einer plastischen Sprengstoff-Zusammensetzung, die bereits Nitropenta als hochbrisanten Explosivstoff, Silikonöl als Plastifizierungsmittel und Pentaerythrittetrastearat als Phlegmatisierungsmittel umfasst, die Reibempfindlichkeit der Zusammensetzung sogar verringert werden kann, obwohl durch die Nitroguanidin-Zugabe die Gesamtmenge an Explosivstoffen erhöht wird. Aus der Tatsache, dass dieser Effekt bereits bei Zugabe von wenigen Gewichtsprozenten Nitroguanidin zu beobachten ist, folgt eindeutig, dass Nitroguanidin und Pentaerythrittetrastearat eine synergistische Wirkung zeigen, wie dies durch die späteren Ausführungsbeispiele belegt wird.

[0010] Vorzugsweise umfasst die Sprengstoff-Zusammensetzung als Silikonöl ein völlig ungiftiges Polydimethylsiloxan (PDMS), noch bevorzugter Polydimethylsiloxan mit einer kinematischen Viskosität von 1.000 bis 30.000 mm²/s, um - in Abhängigkeit von den jeweiligen Korngrößen der sonstigen Komponenten - die erforderliche Plastifizierungswirkung erzielen zu können. Darüber hinaus macht dieses Silikonöl die Zusammensetzung nicht nur völlig wasserbeständig, sondern darüber hinaus sowohl bei tiefen als auch bei erhöhten Temperaturen, z.B. von -30 °C bis 65 °C, plastisch verformbar und daher problemlos handhab- und verarbeitbar - und das weltweit.

[0011] In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist das Nitropenta eine Korngröße von 30 bis 300 µm und/oder weist das Nitroguanidin eine Korngröße < 10 µm auf, um die gewünschten Schlag- und Reibempfindlichkeitswerte der Zusammensetzung zu erzielen.

[0012] Weitere Komponenten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung sind nicht speziell eingeschränkt, solange es sich um im Wesentlichen ungiftige chemische Verbindungen handelt. Beispielsweise umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung vorzugsweise noch ein weiteres Phlegmatisierungsmittel, noch bevorzugter eine Fettsäure, wie z.B. Stearinsäure oder 12-Hydroxystearinsäure, oder ein Salz davon, wie z.B. ein Zink-, Calcium-, Magnesium- oder Aluminiumsalz, besonders bevorzugt Calcium-und/oder Magnesiumstearat, die allesamt gleichzeitig als Vernetzer für das Silikonöl fungieren können. Weiters ist in der Regel ein Markierungsstoff gemäß dem Montrealer Übereinkommen enthalten, was in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung 2,3-Dimethyldinitrobutan (DMNB) ist, das mittels Sprengstoffspürhunden gut detektierbar ist und das ebenfalls eine ungiftige chemische Verbindung darstellt.

[0013] In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung die folgenden Komponenten in den nachstehenden Mengen:

Pentaerythrittetranitrat (Nitropenta)	70-85
Polydimethylsiloxan (PDMS)	8-15
Nitroguanidin	1-10
Pentaerythrittetrastearat	0,1-5
Calcium- oder Magnesiumstearat	0,1-3
2,3-Dimethyldinitrobutan (DMNB)	0,1-1,5

und noch bevorzugter in den folgenden Mengen:

Pentaerythrittetranitrat (Nitropenta)	75-80
Polydimethylsiloxan (PDMS)	12-15
Nitroguanidin	3-7
Pentaerythrittetrastearat	1-2
Calcium- oder Magnesiumstearat	0,5-1,5
2,3-Dimethyldinitrobutan (DMNB)	0,5-1

jeweils in Gew.-%, die zusammen 100 Gew.-% ergeben.

[0014] In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Sprengstoff-Zusammensetzung gemäß dem ersten Aspekt bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die einzelnen Komponenten in einem Mastikator bei einer erhöhten Temperatur miteinander vermischt und während des Abkühlens und/oder nach dem Abkühlen in einer bestimmte Form gebracht werden, wobei das Vermischen der Komponenten vorzugsweise bei einer Temperatur von 65-78 °C, noch bevorzugter bei etwa 70 °C erfolgt.

BEISPIELE

[0015] Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von konkreten Beispielen näher beschrieben, die jedoch lediglich zur Illustration und als Beleg für die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen dienen und nicht als Einschränkung zu verstehen sind.

Beispiele 1 bis 3, Vergleichsbeispiele 1 bis 2

Mischverfahren

[0016] Die nachstehenden Komponenten wurden zunächst bei 60 °C in einem Trockenschrank getrocknet und danach einem auf 70 °C vorgeheizten Mastikator der Fa. Werner und Pfleiderer, Modell UK 80-K-2, zugesetzt und jeweils 20 min lang zu einer homogenen Masse verknetet. In allen Beispielen und Vergleichsbeispielen kamen 82,5 Gewichtsteile Nitropenta (verschiedene Korngrößen von 10 bis 200 µm), 13 Gewichtsteile PDMS mit einer kinematischen Viskosität von durchschnittlich 15.000 mm²/s, 1,5 Gewichtsteile Zinkstearat und 1,5 Gewichtsteile DMNB sowie 1,5 Gewichtsteile Phlegmatisierungsmittel, ausgewählt aus Pentaerythrittetrastearat (Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1) und Montanwachs (Vergleichsbeispiel 2) (insgesamt 100 Gewichtsteile), zum Einsatz. Die Zugabe erfolgte dabei in der folgenden Reihenfolge: PDMS - Zinkstearat - Phlegmatisierungsmittel - DMNB - Nitropenta.

[0017] Schließlich wurden in den erfindungsgemäßen Beispielen zu den obigen 100 Gewichtsteilen der Zusammensetzungen noch zusätzliche 2 Gewichtsteile in Beispiel 1, 6 Gewichtsteile in Beispiel 2 bzw. 10 Gewichtsteile in Beispiel 3 an Nitroguanidin (Korngröße < 10 µm) als unempfindlicher Explosivstoff zugesetzt.

[0018] Die so erhaltenen Massen wurden auf 40 °C abkühlen gelassen und in eine vordefinierte Quaderform gebracht. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden sie allesamt einem Reibempfindlichkeitstest gemäß der Richtlinie 2014/28/EU unterzogen. Dazu wurden die Zusammensetzungen zwischen zwei Porzellankörpern mit einer definierten Reibkraft belastet, die sich aus dem Produkt von Reibweg und Gewichtseinstellung am Prüfgerät ergibt und in der Einheit Newton (N) angegeben wird. In der nachstehenden Tabelle 1 sind die dabei erzielten Reibempfindlichkeitswerte aufgelistet.

Tabelle 1 - Reibempfindlichkeiten der Beispiele und Vergleichsbeispiele

Beispiel	Phlegmatisierungsmittel	Menge an Nitroguanidin*	Reibempfindlichkeit [N]
Beispiel 1	Pentaerythrittetrastearat	2	96
Beispiel 2	- " -	6	132
Beispiel 3	"	10	160
Vergleichsbeispiel 1	- " -	-	80
Vergleichsbeispiel 2	Montanwachs	-	64

* Menge an Nitroguanidin in Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der übrigen Komponenten

[0019] Aus diesen Werten geht klar hervor, dass die plastischen Sprengstoff-Zusammensetzungen der erfindungsgemäßen Beispiele, die eine Kombination aus Pentaerythrittetrastearat als Phlegmatisierungsmittel und Nitroguanidin als unempfindlichem Explosivstoff umfassten, den Vergleichsbeispielen in Bezug auf die Reibempfindlichkeit deutlich überlegen waren. Obwohl schon durch den Wechsel von Montanwachs als Phlegmatisierungsmittel zu Pentaerythrittetrastearat in den Vergleichsbeispielen eine Erhöhung des Reibempfindlichkeitswerts um 25 % erzielt wurde, konnte dieser durch Zusatz von nur 2 Gew.-% Nitroguanidin in Beispiel 1 noch einmal um 20 % verbessert werden. Durch Zusatz von 6 Gew.-% Nitroguanidin in Beispiel 2 bzw. 10 Gew.-% in Beispiel 3 wurden gegenüber Vergleichsbeispiel 1 sogar Verbesserungen des Werts um 65 % in Beispiel 2 und sogar um 100 % in Beispiel 3 erzielt. Dies deutet klar auf eine synergistische Wirkung von Nitroguanidin und Pentaerythrittetrastearat in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hin.

[0020] Somit kann unter Verwendung einer Kombination aus Nitroguanidin als unempfindlichem Explosivstoff und Pentaerythrittetrastearat als Phlegmatisierungsmittel nicht nur ein völlig ungiftiger plastischer Sprengstoff auf Basis von Nitropenta hergestellt, sondern gleichzeitig auch dessen Reibempfindlichkeit deutlich erhöht werden, was gegenüber dem Stand der Technik enorme Vorteile bietet.

Ansprüche

1. Plastische Sprengstoff-Zusammensetzung, die Pentaerythrittetranitrat als hochbrisanten Explosivstoff, zumindest einen unempfindlichen Explosivstoff, Silikonöl als Plastifizierungsmittel, zumindest ein Phlegmatisierungsmittel und einen Markierungsstoff umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zusammensetzung eine Kombination aus

a) Nitroguanidin als unempfindlichen Explosivstoff und

b) Pentaerythrittetrastearat als Phlegmatisierungsmittel

umfasst.

2. Sprengstoff-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pentaerythrittetranitrat eine Korngröße von 10 bis 300 µm, vorzugsweise 30 bis 200 µm, aufweist.

3. Sprengstoff-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitroguanidin eine Korngröße < 10 µm aufweist.

4. Sprengstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Silikonöl Polydimethylsiloxan mit einer kinematischen Viskosität von 1.000 bis 30.000 mm²/s, vorzugsweise von 10.000 bis 20.000 mm²/s, umfasst.

5. Sprengstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie als weiteres Phlegmatisierungsmittel ein Zink- oder Calciumstearat oder -12-hydroxystearat umfasst.

6. Sprengstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Markierungsstoff 2,3-Dimethyldinitrobutan umfasst.

7. Sprengstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie die einzelnen Komponenten in den folgenden Mengen umfasst (in Gew.-%, die zusammen 100 Gew.-% ergeben):

Pentaerythrittetranitrat	70-85
Polydimethylsiloxan	8-15
Nitroguanidin	1-10
Pentaerythrittetrastearat	0,1-5
Zink- oder Calcium(-12-hydroxy)stearat	0,1-3
2,3-Dimethyldinitrobutan	0,1-1,5

8. Verfahren zur Herstellung einer Sprengstoff-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Komponenten in einem Mastikator bei einer erhöhten Temperatur miteinander vermischt und während des Abkühlens und/oder nach dem Abkühlen in einer bestimmte Form gebracht werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten bei einer Temperatur von 65-78 °C miteinander vermischt werden.