La seconda più importante invenzione di Nobel fu la dinamite, nel 1867. Coniò il nome dal greco dynamis, “potenza”. La base per l’invenzione fu la sua scoperta che la farina fossile, una terra silicea porosa, avrebbe assorbito grandi quantità di nitroglicerina, dando un prodotto che era molto più sicuro da maneggiare e più facile da usare rispetto alla nitroglicerina da sola.
La dinamite n. 1, come la chiamò Nobel, era composta per il 75% di nitroglicerina e per il 25% di guhr. Poco dopo la sua invenzione, Nobel si rese conto che il guhr, una sostanza inerte, non solo non contribuiva alla potenza dell’esplosivo, ma in realtà la riduceva perché assorbiva il calore che altrimenti avrebbe migliorato l’azione esplosiva. Si rivolse, quindi, a ingredienti attivi come la pasta di legno per un assorbente e il nitrato di sodio per un agente ossidante. Variando il rapporto tra la nitroglicerina e queste “droghe”, come vennero chiamate, Nobel non solo migliorò l’efficienza della dinamite, ma fu anche in grado di prepararla in diversi gradi di resistenza, chiamati dinamite pura. Così il 40% di dinamite dritta conteneva il 40% di nitroglicerina e il 60% di droga.
Nobel brevettò l’uso dei principi attivi nella dinamite nel 1869. Diversi altri ottennero brevetti simili più o meno nello stesso periodo, tuttavia, e il risultato fu che nessuno poté stabilire una chiara rivendicazione dell’invenzione.
Il successivo contributo eccezionale di Nobel fu la sua invenzione della dinamite gelatinosa nel 1875. C’è una leggenda secondo cui si ferì a un dito e usò il collodio, una soluzione di nitrocellulosa a basso contenuto di azoto in una miscela di etere e alcol, per coprire la ferita. Più tardi, incapace di dormire a causa del dolore, Nobel andò in laboratorio per scoprire quale effetto avrebbe avuto il collodio sulla nitroglicerina. Con sua grande soddisfazione, scoprì che dopo l’evaporazione dei solventi, rimaneva un materiale duro e plastico. Scoprì che poteva duplicare questo risultato con l’aggiunta diretta del 7-8% di nitrocotone tipo collodio alla nitroglicerina e che quantità minori di nitrocotone diminuivano la viscosità e gli permettevano di aggiungere altri ingredienti attivi. Chiamò il materiale originale gelatina da esplosione e le miscele di droga dinamite alla gelatina. I principali vantaggi di questi prodotti erano la loro alta resistenza all’acqua e una maggiore potenza di azione esplosiva rispetto alle dinamiti comparabili. Questo potere aggiunto derivava da una combinazione di maggiore densità e un grado di plasticità che permetteva il completo riempimento del foro (il foro che veniva scavato nel filone di carbone o altrove per l’impianto dell’esplosivo).
La prima produzione su larga scala di nitroglicerina negli Stati Uniti è attribuita a George Mowbray, un chimico di notevole abilità che aveva seguito con grande interesse il lavoro di Sobrero e altri in Europa. Mowbray pubblicò un annuncio che offriva la fornitura di nitroglicerina. Questo portò ad un invito a produrla per il completamento del tunnel Hoosac a North Adams, Massachusetts. L’impianto di Mowbray fu costruito vicino a North Adams nella seconda parte del 1867. La maggior parte del suo prodotto andò al tunnel, ma una quantità sostanziale fu spedita, congelata, in tutti gli Stati Uniti orientali e in Canada. La nitroglicerina pura, relativamente insensibile in forma congelata, congela a circa 11° C (52° F) ed è, quindi, facile da mantenere congelata imballandola nel ghiaccio. Prima di chiudere il suo stabilimento a causa delle difficoltà del brevetto, Mowbray ha prodotto circa 450.000 chilogrammi di nitroglicerina senza incidenti né nella produzione né nella spedizione.
Uno dei primi grandi usi della nitroglicerina negli Stati Uniti fu quello di far saltare i pozzi di petrolio per aumentare il flusso del petrolio. E.A.L. Roberts in quel paese ottenne un brevetto che copriva questa procedura e successivamente acquisì il diritto di produrre e usare la nitroglicerina sotto i brevetti Nobel. Teoricamente, questo gli diede il monopolio di sparare ai pozzi di petrolio, e la sua compagnia dominò il campo, ma molti dei suoi concorrenti ignorarono i suoi diritti di brevetto.
Dopo il 1883 l’uso della nitroglicerina fu, con poche eccezioni poco importanti, limitato al tiro ai pozzi di petrolio. Negli ultimi anni sono stati sviluppati mezzi più efficienti per aumentare il flusso di petrolio. La nitroglicerina è ancora usata occasionalmente perché è più economica nei piccoli pozzi.
Tre tunnel spiccano come punti di riferimento nella storia dell’uso degli esplosivi: il primo è il Moncenisio, un tunnel ferroviario di 13 chilometri (8 miglia) scavato attraverso le Alpi tra Francia e Italia nel 1857-71, molto il più grande lavoro di costruzione con la polvere nera fino a quel momento; il secondo fu il tunnel di 6,4 chilometri (4 miglia).Hoosac, anch’esso un progetto ferroviario, durante la cui costruzione (1855-66) la nitroglicerina sostituì per la prima volta la polvere nera nelle costruzioni su larga scala; il terzo fu il tunnel di sviluppo della miniera di Sutro in Nevada (1864-74) dove iniziò il passaggio dalla nitroglicerina alla dinamite per questo tipo di lavoro.
Nitrato d’ammonio
Dopo le dinamiti dritte e le gelatine, il prossimo importante progresso nella dinamite fu la sostituzione del nitrato d’ammonio con parte della nitroglicerina per ottenere un prodotto più sicuro e meno costoso. L’uso del nitrato di ammonio negli esplosivi era stato brevettato da altri in Svezia nel 1867, ma fu Nobel che fece sì che la nuova “dinamite extra” avesse successo ideando gelatine che contenevano dal 20 al 60% di nitrato di ammonio.
Durante il periodo 1867-84, molte persone lavorarono per sviluppare miscele di nitrato di ammonio non gelatinose, ma non ne risultò nulla di valido, soprattutto perché il nitrato di ammonio è troppo igroscopico; cioè, prende l’umidità troppo facilmente. Nel 1885 R.S. Penniman, un americano, trovò una soluzione al problema rivestendo il nitrato di ammonio con una piccola percentuale di paraffina, o qualche sostanza simile, prima dell’uso. Con questo sviluppo una serie di dinamiti all’ammoniaca divenne presto popolare. Il rivestimento fu interrotto quando furono sviluppati altri mezzi più sicuri per gestire il problema dell’umidità.
Tutti i principali paesi in cui si estrae carbone nel sottosuolo hanno esplosivi e regolamenti simili. Negli Stati Uniti gli esplosivi che sono stati approvati dall’U.S. Bureau of Mines per l’uso nelle miniere di carbone sotterranee sono chiamati permissibili. Oltre a superare i test di sicurezza del Bureau, questi esplosivi devono essere usati in un modo specificato dal Bureau. In Inghilterra gli esplosivi sono conosciuti come permessi; in Francia, explosifs antigrisouteux; in Belgio, explosifs S. G. P. (sécurité, grisou, poussière); e in Germania, schlagwettersichere Sprengstoffe. Quasi senza eccezione l’ingrediente principale di questi esplosivi è il nitrato di ammonio, scelto per la sua bassa temperatura di esplosione, e quasi tutti contengono un agente di raffreddamento come il cloruro di sodio (sale comune) o il cloruro di ammonio per evitare che il calore della loro esplosione in una miniera incendi i gas sotterranei come il metano, o una combinazione di essi e la polvere di carbone, e provochi un incendio o una disastrosa esplosione secondaria. Il sensibilizzatore è di solito una piccola quantità di nitroglicerina, ma in alcuni casi è TNT, trinitrotoluene (discusso più avanti); per esempio, si dice che un tipico russo ammissibile sarebbe 68 per cento nitrato di ammonio, 10 TNT, 20 cloruro di sodio, e 2 corteccia in polvere.
Quando l’ammoniaca sintetica divenne meno costosa a causa di miglioramenti nella fabbricazione e un cambiamento di materia prima dal carbone al gas naturale, l’industria degli esplosivi concentrò i suoi sforzi sulla sostituzione del nitrato di ammonio per la nitroglicerina. Due prodotti importanti furono (1) le dinamiti a bassa densità di ammoniaca e (2) le semigelatine. Prima del loro sviluppo, la densità della maggior parte delle dinamiti era circa la stessa ed era abbastanza alta. La forza veniva modificata nei diversi gradi variando la quantità di esplosivo utilizzato. Il nuovo concetto era di impiegare la formula più forte possibile, con un minimo di nitroglicerina e un massimo di nitrato d’ammonio, e di diluirla sistematicamente con ingredienti adatti a bassa densità come la bagassa (la polpa che rimane dopo l’estrazione dello zucchero dalla canna) in modo che un candelotto del nuovo prodotto desse la stessa azione esplosiva di uno del vecchio. L’unica differenza tra le dinamiti a bassa densità di ammoniaca e le semigelatine è che queste ultime sono parzialmente gelatinizzate grazie all’uso di nitrocellulosa e ad un maggiore contenuto di nitroglicerina. Questa gelatinizzazione fornisce una buona resistenza all’acqua e un grado di plasticità che è auspicabile nel caricamento dei fori prima del brillamento.
Sono disponibili mezzi per ottenere una moderata quantità di resistenza all’acqua nelle dinamiti all’ammoniaca senza ricorrere alla gelatinizzazione della nitroglicerina. I più comuni prevedono l’uso di idrorepellenti, come lo stearato di calcio, e ingredienti che formano un gel d’acqua sulla superficie della dinamite che rallenta l’ulteriore penetrazione dell’acqua. Esempi di questi ultimi sono i prodotti di amido pregelatinizzato e la farina di segale.
Dinamite a bassa congelazione
I tentativi di ridurre il punto di congelamento della nitroglicerina iniziarono poco dopo l’introduzione commerciale da parte dei Nobel. La dinamite congelata è molto insensibile, a volte così tanto da non dare prestazioni affidabili, ed è difficile da usare, poiché non può essere perforata per l’inserimento di un tappo esplosivo o fessurata e rincalzata in un foro. Di conseguenza, quasi tutto doveva essere scongelato per l’uso, e metodi di scongelamento incauti hanno causato molti incidenti. Solo nel 1907 fu sviluppata una procedura di ragionevole successo per produrre dinamite a bassa temperatura. Questo comportava l’aggiunta alla nitroglicerina del 20-25% di isomeri liquidi (molecole con formule identiche ma di struttura diversa) del TNT. Questa fu sostituita per un breve periodo da una soluzione nitrata di zucchero in glicerina. Nel 1911 fu scoperto un modo pratico per fabbricare la diglicerina (un polimero della glicerina). Il suo prodotto di nitrazione, la tetranitrodiglicerina, se mescolato con la nitroglicerina, riduceva materialmente il suo punto di congelamento.
La soluzione definitiva al problema del congelamento fu trovata nel 1925, quando divenne disponibile il glicole etilenico sintetico. Le proprietà esplosive del dinitrato di glicole etilenico sono praticamente identiche a quelle della nitroglicerina, e le sue qualità di basso congelamento sono estremamente buone. La dinamite contenente una miscela di esso e nitroglicerina è stata conservata all’aperto a Point Barrow, Alaska, per quattro anni senza congelare.