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La présente invention se rapporte à la production d'une nitrocellulose plastifiée utile pour la fabrication de compositions de revêtements, enduits, mastics, masses plastiques et produits analogues et dans laquelle peuvent être incorporés des ingrédients liquides et des ingrédients solides insolubles.
Il est habituellement nécessaire pour fabriquer des compositions de revêtement, par exemple des vernis et des émaux ainsi que des masses plastiques et mastics nitrocellulosiques, d'incorporer une proportion importante d'un plastifiant, c'est- à-dire un solvant pratiquement non volatil en plus des solvants et des diluants volatils. Le transport de la nitrocellulose à l'état sec n'est pas autorisé et elle doit, par conséquent,
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être mouillée d'eau ou d'un liquide organique qui ne la dissout pas, ce liquide étant habituellement de l'alcool dénaturé ou de l'isopropanol, et ceci constitue parfois un inconvénient pour l' acheteur.
Des compositions de revêtement et des masses plastiques peuvent être préparées à partir de la nitrocellulose mouillée d'eau par des procédés de mélange qui opèrent l'exsudation d'une grande quantité d'eau du mélange résultant, mais il peut être nécessaire d'achever l'élimination de l'eau en soumettant ce mélange à une haute température et cette opération implique d'habitude le transfert du mélange de la machine de mélange sur des rouleaux chauds. En outre, de la nitrocellulose mouillée d'alcool doit être emballée de manière appropriée pour le transport et ceci également n'est pas toujours avantageux pour l'acheteur qui désire préparer une composition de revêtement ou une masse plastique d'une formule prédéterminée.
Pour ces raisons, et en particulier lorsque l'utilisateur désire un produit nitrocellulosique pigmenté, la nitrocellulose est parfois fournie sous forme de copeaux non pigmentés ou pigmentés oui sont préparés en mettant en oeuvre la nitrocellulose avec suffisamment de plastifiant et de solvant volatil pour la transformer en une masse plastique continue en présence ou en l'absence de pigments, en évaporant le solvant de cette masse plastique, en laminant la masse en feuilles, en séchant les feuilles et en brisant ou en -subdivisant les feuilles séchées.
L'utilisation de ces copeaux simplifie ou facilite les opérations que doit effectuer l'acheteur pour obtenir des compositions de revêtement, des masses plastiques ou des produits analogues, mais cela implique pour le vendeur de la nitrocél- lulore les opérations indésirables et fastidieuses d'éliminer le sr-lvant volatil,de laminer,ce sécher, et de casser ou de
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subdiviser les feuilles. Des copeaux de nitrocellulose, entre autres, sont décrits par exemple, dans le brevet anglais n 558.296.
Le but de la présente invention est de procurer des granules de nitrocellulose en association avec un plastifiant, ces granules pouvant être produits plus facilement que les copeaux de nitrocellulose et pouvant être utilisés aussi avantageusement comme matière première pour fabriquer des compositions de revêtement, des mastics, des masses plastiques, et produits analogues par l'incorporation de solvants, d.e plastifiants et de pigments.
Suivant la présente invention pour produire des granules comprenant de la nitrocellulose et un plastifiant, on forme un mélange de particules essorées de nitrocellulose mouillée d'eau contenant au moins 25 % de leur poids d'eau et d'un plastifiant en quantités suffisante pour transformer les particules en une masse plastique et on soumet le mélange, dans des conditions propres à maintenir pratique ent constant son volume, à une action mécanique telle que @ particules de nitrocellulose soient forcées de manière répétée à entrer en contact les unes avec les autres et soient en même temps soumises à des forces de cisaillement en vue de déterminer l'absorption du plastifiant par les particules de nitrocellulose,
la perte de la structure initiale des particules de nitrocellulose et la mise de ces particules sous forme d'une masse compacte et on poursuit l'action mécanique pour transformer cette masse compacte en granules et on sèche les granules ainsi formés dans des conditions telles qu'il n'y ait pas coalescence en une masse plastique.
L'expression "masse compacte" désire une masse qui se fissure par l'application d'une pression, tandis que l'expression "masse plastique" désigne une masse qui par l'application d'une
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pression se déforme sans se fissurer.
Les particules essorées de nitrocellulose mouillée d'eau sont de préférence produites en soumettant la nitrocellulose mouillée d'eau à une action centrifugea Il est nécessaire que la nitrocellulose essorée contienne une quantité minimum de 25% d'eau pour qu'elle ne soit pas explosive, et pour la facilité de la production de ces particules essorées de nitrocellulcse par action centrifuge, il est habituellement préférable que la limite supérieure de leur teneur en eau soit de' 4-0%.
Des plastifiants particulièrement appropriés sont le dibutylphtalate et le tricrésylphosphate.
Si le dibutylphtalate est le plastifiant choisi, il faut en utiliser 20 à 32% en poids, rapporté au poids du produit séché final, suivant la viscosité et la teneur en azote de la nitrocellulose.
Il est spécialement avantageux que la nitrocellulose soit sous forme de copeaux de pâte de bois blanchie et nitrée, qui ont été soumis à un traitement de stabilisation et de réduction de la viscosité et qui conservent encore la forme lamellaire de la cellulose de pâte de bois au sulfite enduite.
Cette nitrocellulose est habituellement appelée "nitrocellulose dense" à cause de sa grande densité apparente, mais l'invention s'applique également aux autres formes de la nitrocellulose mouillée d'eau, par exemple les linters .
Il faut veiller à ce que la température au cours de l'action mécanique exercée sur le mélange de particules de nitrocellulose et de plastifiant n'atteigne pas un point où le mélange devient une masse plastique au lieu de se transformer en une masse compacte et il peut être, par conséquent, nécessaire de faire circuler de l'eau froide dans une chemise entourant la machine.de mélange dans laquelle le processus est effectué ou de refroidir d'une autre façon les surfaces actives de la
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machine de mélange. Latempérature de travail ne doit habituellement pas dépasser environ 40 C
Le séchage des granules formes peut être effectué à une température comprise entre 40 et 30 C, suivant le type de nitrocellulose utilisé et le pourcentage du plastifiant particulier présent.
L'invention est illustrée par les exemples suivants dans lesquels les parties sont exprimées en poids.
EXEMPLE l.-
Un mélangeur robuste à échelle réduite à savoir un "Expérimental"Shaw Intermix, est utilisé et ce mélangeur est constitué essentiellement par une chambre de mélange complètement close dans laquelle opèrent deurs rotors lourds parallèles, Ces rotors ont une forme cylindrique et comportent des protubérances qui s'engrènent lorsque les rotors tournent en sens opposés.Un poids se trouvant dans le col documentation audessus des rotors ferme la chambre de mélange et emprisonne la matière soumise au mélange.
La chambre de mélange a une profondeur maximum de 8 pouces (203 mm.) et une hauteur de 41/2 pouces (114 mm). la longueur des rotors est de 51/2 pouces (140 mm) et la vitesse de rotation des deux rotors est de 67 tours par minute. Les rotors et les parois de la chambre de mélange sont refroidis en faisant circuler de 19 eau à 10 C dans leurs parois au moyen de canaux appropriés.
Le mélangeur est mis en marche et 400 g de nitrocellulose mouillée d'eau sont introduits dans la chambre de mélange et 109 g de dibutylphtalate sont ajoutés ensuite.,La nitrocellulose mouillée d'eau est de la pâte de bois blanchie au sulfite et nit@@e d'une teneur en azote de 12% et dune viscosité d'une dem@-seconde, découpée en carrés de 1/8 pouce sur 1/8 pouce (3,2mm x 3,2 mm) et dune épaisseur de 1/30 pouce
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(0,8 mm) et contenant 30% d'eau sur la base du poids de la matière mouillée d'eau. La nitrocellulose d'une telle teneur en azote, d'une telle forme et d'une telle viscosité se prête à la fabrication de vernis et d'émaux.
Le poids de la chambre de mélange est alors abaissé, fermant ainsi la chambre de mélange. Après 11/2 minute de mélèze les particules de nitrocellulose commencent à adhérer les unes aux autres et la masse devient graduellement plus cohérente jusqu'à prendre la forme d'une masse compacte très rigide, 2 3/4 minutes après l'introduction du dibu tylphtalate. A ce stade, la puissance nécessaire pour entraîner le mélangeur croît fortement et les particules initiales de la nitrocellulose se désagrègent. Après la formation de la masse compacte, des fissures commencent à apparaître dans la masse qui devient cassante et 4 minutes après l'addition du dibutylphtalate, elle commence à se briser en petits grumeaux.
Après encore 1/2 minute de mélange, le contenu de la chambre de mélange est entièrement constitué par une poudre granulaire et la puissance nécessaire pour entraîner le mélangeur diminue progressivement. La continuation du mélange conduit à une réduction graduelle des dimensions particulair es des granules.
Les granules sont séchés en les étalant sur des plateaux en une couche d'une épaisseur de \ pouce (12,7 mm) en. faisant passer sur les plateaux un courant d'air chauffé à 60 C à 1000 pieds/minute (305m/min.). Dans ces conditions, la teneur en humidité de la nitrocellulose plastifiée granulaire, qui est exempte de caractère adhérent, est réduite à moins de 5% en une heure et à moins de 1% en deux heures.
Les granules résultants ne sont pas explosifs et peuvent, être transformés en vernis ou émaux d'une manière analogue aux copeaux nitrocellulosiques plastifiés.
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Des résultats semblables sont obtenus avec la moitié des Quantités précitées de nitrocellulose mouillée d'eau et de dibutylphtalate si le mélange est effectué d'une manière sensi- blement analogue dans un mélangeur "Midget" Brid?e-Banbury.
D'autre part, des granules d'une nature analogue sont obtenus dans ces deux mélangeurs si la manière de mélanger reste pratiquement la même en remplaçant les 109 g de dibutyl-
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,1htalate par 129 g de tricrésy1iJl1osphate dans le mélangeur ',Jour opérations à petite échelle "Expérimental" Sha1;[ Intern1Íx et les 5ia de dibutylphtalate -car 64,5 g de tricrésyl hosdans le mélangeur Ügett1 lrlr¯7e-Banburym ';.! ';
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De la nitrocellulose mouillée d'eau du même type eue celle utilisée dans l'exemple 1 est mélangée avec du dibutylphta- la.te dans un récipient ouvert par simple agitation dans la proportion de 71 parties de nitrocellulose, calculée sur une base
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à sec, pour 29 parties de dibutylphtalate,, et après 2 minutes de cette simple agitation,
le mélange collant ainsi obtenu est introduit dans un mélangeur continu du type dans lequel un mélange est enfermée par exemple un mélangeur dans leouel une vis interrompue -oortée par un axe à va-et-vient longitudinal tourne dans un récipient cylindrique comportant des protubérances intérieures grâce auxquelles les particules de la matière intro- duite à une extrémitéde la machine sont soumises à des forces opposées tendant à les mélanger et également à des forces de cisaillement tendant à réduire leurs dimensions, tandis eu' elles progressent vers l'autre extrémité de la machine..
Une machine de ce type est décrite dans le brevet anglais n 626.067. Les données suivantes valent une pétrisseuse
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PR 46 Buss Ko-Kneader qui est une machine particulière de ce tyoe. Ce mélange collant est introduit dans cette mp chine à un débit équivalent à 2 livres (0,9 kg) de nitrocellulose sèche
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par heure. La machine a une longueur de 390 mm et un diamètre de 46 mm. La vitesse de rotation est de 40 tours par minute et la fréquence de l'action de va-et-vient est de 40 par minute, la.longueur du déplacement alternatif étant de 3/8 de pouce (9,5 mm). La puissance d'entraînement du moteur est de 2 CV.
Dans ces conditions le séjour à l'intérieur de la machine est de 21/4 minutes. De. l'eau de refroidissement à 20 C est mise en circulation à l'intérieur des parois de l'axe à va-et-vient et du récipient cylindrique. Le mélange collant initial qui entre dans la machine sort dpns ces conditions à l'extrémité de sortie sous forme d'une poudre granulaire exempte de toute trace des formes carrées initiales.
Des vitesses du mélangeur dépassant 40 tours/minute ce qui nécessiterait des séjours pli courts dans la machine ne parviennent par à désagréger les particules carrées de la nitrocellulose initiale tandis que des vitesses moins élevées ont pour résultat l'extrusion de la nitrocellulose plastifiée sous forme d'une masse compacte. Des débits d'alimentation plus élevés ont également pour résultat l'extrusion d'une masse compacte, tandis que des débits d'alimentation beaucoup moins élevés conduisent à une désagrégation incomplète des carrés initiaux de nitrocellulose. La gamme exacte des débits d'alimentation auxquels une granulation satisfaisante est opérée varie entre autres, avec la température de l'eau de refroidissement et avec la viscosité de la nitrocellulose.
La poudre granulaire obtenue dans le mélangeur est séchée de la même manière que la matière préparée dans l'exemple 1.
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The present invention relates to the production of a plasticized nitrocellulose useful for the manufacture of compositions of coatings, fillers, sealants, plastic masses and the like and in which liquid ingredients and insoluble solid ingredients can be incorporated.
In order to manufacture coating compositions, for example varnishes and enamels as well as nitrocellulose plastics and sealants, it is usually necessary to incorporate a large proportion of a plasticizer, that is to say a practically non-volatile solvent. in addition to volatile solvents and thinners. The transport of nitrocellulose in the dry state is not permitted and it must therefore
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be wetted with water or an organic liquid which does not dissolve it, this liquid usually being denatured alcohol or isopropanol, and this sometimes constitutes a disadvantage for the purchaser.
Coating compositions and plastic masses can be prepared from the water-wetted nitrocellulose by mixing processes which result in the exudation of a large amount of water from the resulting mixture, but it may be necessary to complete. removing water by subjecting this mixture to a high temperature and this usually involves transferring the mixture from the mixing machine to hot rollers. Further, wetted alcohol nitrocellulose must be suitably packaged for transportation and this also is not always advantageous to the purchaser who wishes to prepare a coating composition or plastic mass of a predetermined formula.
For these reasons, and particularly when the user desires a pigmented nitrocellulose product, the nitrocellulose is sometimes supplied in the form of unpigmented or pigmented chips so are prepared by using the nitrocellulose with sufficient plasticizer and volatile solvent to transform it. into a continuous plastic mass in the presence or absence of pigments, by evaporating the solvent from this plastic mass, by rolling the mass into sheets, by drying the sheets and by breaking or subdividing the dried sheets.
The use of these chips simplifies or facilitates the operations to be carried out by the purchaser in order to obtain coating compositions, plastic masses or the like, but this implies for the seller of the nitrocellulose the undesirable and tedious operations of remove the volatile sr-riser, laminate, this dry, and break or
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subdivide the leaves. Chips of nitrocellulose, among others, are described, for example, in UK Patent No. 558,296.
The aim of the present invention is to provide nitrocellulose granules in combination with a plasticizer, these granules being able to be produced more easily than the chips of nitrocellulose and being able also to be used advantageously as a raw material for manufacturing coating compositions, sealants, etc. plastic masses, and similar products by the incorporation of solvents, plasticizers and pigments.
In accordance with the present invention to produce granules comprising nitrocellulose and a plasticizer, a mixture of filtered particles of water-wetted nitrocellulose is formed containing at least 25% by weight of water and a plasticizer in amounts sufficient to convert particles into a plastic mass and the mixture is subjected, under conditions such as to keep its volume practically constant, to a mechanical action such that the nitrocellulose particles are repeatedly forced into contact with each other and are at the same time subjected to shear forces in order to determine the absorption of the plasticizer by the nitrocellulose particles,
the loss of the initial structure of the nitrocellulose particles and the formation of these particles in the form of a compact mass and the mechanical action is continued to transform this compact mass into granules and the granules thus formed are dried under conditions such as there is no coalescence into a plastic mass.
The expression "compact mass" denotes a mass which cracks by the application of pressure, while the expression "plastic mass" denotes a mass which by the application of a pressure.
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pressure deforms without cracking.
The water-wetted nitrocellulose squeezed particles are preferably produced by subjecting the water-wetted nitrocellulose to centrifugal actiona The squeezed nitrocellulose must contain a minimum amount of 25% water so that it is not explosive. , and for ease of production of these filtered nitrocellulose particles by centrifugal action, it is usually preferable that the upper limit of their water content is 4-0%.
Particularly suitable plasticizers are dibutylphthalate and tricresylphosphate.
If dibutylphthalate is the plasticizer chosen, 20 to 32% by weight must be used, based on the weight of the final dried product, depending on the viscosity and the nitrogen content of the nitrocellulose.
It is especially advantageous that the nitrocellulose is in the form of bleached and nitrated wood pulp chips, which have been subjected to a stabilization and viscosity reduction treatment and which still retain the lamellar form of the pulp cellulose in the wood. coated sulfite.
This nitrocellulose is usually called "dense nitrocellulose" because of its high bulk density, but the invention also applies to other forms of water-wetted nitrocellulose, for example linters.
Care must be taken that the temperature during the mechanical action exerted on the mixture of nitrocellulose particles and plasticizer does not reach a point where the mixture becomes a plastic mass instead of turning into a compact mass and it It may therefore be necessary to circulate cold water through a jacket surrounding the mixing machine in which the process is carried out or otherwise to cool the active surfaces of the mixing machine.
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mixing machine. Working temperature usually should not exceed about 40 C
The drying of the formed granules can be carried out at a temperature between 40 and 30 C, depending on the type of nitrocellulose used and the percentage of the particular plasticizer present.
The invention is illustrated by the following examples in which the parts are expressed by weight.
EXAMPLE l.-
A robust mixer on a reduced scale, namely an "Experimental" Shaw Intermix, is used and this mixer consists essentially of a completely closed mixing chamber in which two parallel heavy rotors operate. These rotors have a cylindrical shape and have protrusions which s 'mesh when the rotors rotate in opposite directions. A weight in the documentation neck above the rotors closes the mixing chamber and traps the material being mixed.
The mixing chamber has a maximum depth of 8 inches (203 mm.) And a height of 41/2 inches (114 mm). the length of the rotors is 51/2 inches (140 mm) and the rotational speed of both rotors is 67 rpm. The rotors and walls of the mixing chamber are cooled by circulating water at 10 ° C through their walls through suitable channels.
The mixer is started and 400 g of water-wetted nitrocellulose is introduced into the mixing chamber and 109 g of dibutylphthalate is then added., The water-wetted nitrocellulose is pulp bleached with sulfite and nit @ @e having a nitrogen content of 12% and a viscosity of one half a -second, cut into squares of 1/8 inch by 1/8 inch (3.2mm x 3.2mm) and a thickness of 1 / 30 inch
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(0.8mm) and containing 30% water based on the weight of the water wetted material. Nitrocellulose of such nitrogen content, shape and viscosity lends itself to the manufacture of varnishes and enamels.
The weight of the mixing chamber is then lowered, thus closing the mixing chamber. After 11/2 minutes of larch the nitrocellulose particles start to adhere to each other and the mass gradually becomes more coherent until it takes the form of a very rigid compact mass, 2 3/4 minutes after the introduction of the dibu tylphthalate. At this stage, the power required to drive the mixer increases sharply and the initial particles of the nitrocellulose disintegrate. After the formation of the compact mass, cracks begin to appear in the mass, which becomes brittle, and 4 minutes after the addition of the dibutylphthalate, it begins to break into small lumps.
After another 1/2 minute of mixing, the contents of the mixing chamber consist entirely of granular powder and the power required to drive the mixer gradually decreases. Continuation of mixing results in a gradual reduction in the particle size of the granules.
The granules are dried by spreading them out on trays in a 1 inch (12.7 mm) thick layer. passing a current of air heated to 60 C at 1000 feet / minute (305m / min.) over the trays. Under these conditions, the moisture content of the granular plasticized nitrocellulose, which is free of tackiness, is reduced to less than 5% in one hour and to less than 1% in two hours.
The resulting granules are not explosive and can be varnished or enamelled in a manner analogous to plasticized nitrocellulose chips.
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Similar results are obtained with half of the above amounts of water-wetted nitrocellulose and dibutylphthalate if mixing is carried out in a substantially analogous manner in a Brid? E-Banbury "Midget" mixer.
On the other hand, granules of a similar nature are obtained in these two mixers if the way of mixing remains practically the same by replacing the 109 g of dibutyl-
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, 1 hthalate per 129 g of tricresyl phosphate in the mixer ', Day small-scale operations "Experimental" Sha1; [Intern1Íx and the 5ia of dibutylphthalate -car 64.5 g of tricresyl hosin the Ügett1 lrlr¯7e-Banburym' mixer;.! ';
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Water-wetted nitrocellulose of the same type as used in Example 1 is mixed with dibutylphtha- alte in an open vessel by simple stirring in the proportion of 71 parts of nitrocellulose, calculated on a basis
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dry, for 29 parts of dibutylphthalate, and after 2 minutes of this simple agitation,
the sticky mixture thus obtained is introduced into a continuous mixer of the type in which a mixture is enclosed for example a mixer in the or an interrupted screw-carried by a reciprocating longitudinal axis rotates in a cylindrical container having internal protuberances thanks to in which the particles of the material introduced at one end of the machine are subjected to opposite forces tending to mix them and also to shear forces tending to reduce their size, as they progress towards the other end of the machine ..
A machine of this type is described in UK Patent No. 626,067. The following data is worth a kneader
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PR 46 Buss Ko-Kneader which is a particular machine of this tyoe. This sticky mixture is introduced into this mp china at a rate equivalent to 2 pounds (0.9 kg) of dry nitrocellulose
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per hour. The machine has a length of 390 mm and a diameter of 46 mm. The speed of rotation is 40 revolutions per minute and the frequency of the reciprocating action is 40 per minute, the length of the reciprocating displacement being 3/8 inch (9.5 mm). The driving power of the motor is 2 HP.
Under these conditions, the stay inside the machine is 21/4 minutes. Cooling water at 20 ° C is circulated inside the walls of the reciprocating shaft and the cylindrical vessel. The initial sticky mixture entering the machine exits these conditions at the exit end as a granular powder free from any trace of the initial square shapes.
Mixer speeds in excess of 40 rpm which would require short fold stays in the machine fail to break up the square particles of the initial nitrocellulose while slower speeds result in the extrusion of the plasticized nitrocellulose in the form of 'a compact mass. Higher feed rates also result in the extrusion of a compact mass, while much lower feed rates lead to incomplete disintegration of the initial nitrocellulose squares. The exact range of feed rates at which satisfactory granulation takes place varies, among other things, with the temperature of the cooling water and with the viscosity of the nitrocellulose.
The granular powder obtained in the mixer is dried in the same manner as the material prepared in Example 1.
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