<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne, de manière générale, la fabrication d'explosifs et est particuliè- rement relative à la fabrication de particules sphérique bu sensiblement sphériques constituant la base d'une poudre propulsive.
Un procédé de fabrication de grains de poudre sans fumée, dans lequel des gouttelettes de laque compo- sé d'une base de poudre sans fumée;et d'un solvant sont solidifiées tandis qu'elles sont en suspension dans un milieu non solvant, est décrit dans le brevet U.S.A. n 2,027,114 accordé le 7 janvier 1936.
Diverses techni- ques pour contrôler le produit obtenu par un'tel procédé sont encore décrites dans les brevets U.S.A. n,2.160.626 ,accordé le 30 mai'1939, 2.213.255 accordé le 3 septembre 1940 et 2.375.175 accordé le 1 mai 1945. Ces procédés pour la préparation de grains de poudre sans fumée, qui constituent des sphères ou gouttelettes sensiblement gélatinisées d'une base de poudre propulsive, se sont avérés extrêmement satisfaisants pour la production d'agents propulsifs pour mùnitions de petites armes.
/
Bien que ces procédés impliquant la solidification de gouttelettes, en suspension, d'une base de poudre sans fumée représentent un progrès important dans la produc- tion d'agents propulsifs et analogues, ces procédés pré- sentent certains inconvénients. Ces procédés exigent des appareils volumineux, compliqués et coûteux. Ce sont' en particulier, des procédés discontinus impropres à une production contenue. Bien que ces procédés demandent moins de temps que les procédés plus anciens de fabrica- tion de poudre, ils prennent encore beaucoup de temps et plusieurs 'heures sont nécessaires pour achever le façon-
<Desc/Clms Page number 2>
nage et 1'extraction du solvant des particules de laque.
La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication de graines sphériques ou sensiblement sph'ériques de base de poudre propulsive, qui ne présente pas les inconvénients de la technique antérieure. L'in- vention a encore pour objet un procédé rapide, simple et économique pour la production de particules gélatinisées de base de poudre sans fumée à partir de gouttelettes de laque contenant la base. L'invention a aussi pour objet un nouveau procédé pour la préparation de particules globulaires ou sensiblement globulaires de base de pou- dre propulsive.
Conformément à la présente invention, ces ob- jets ainsi que d'autres objets de l'invention sont réali- ses, de manière générale, en mettant des particules de laque d'une base de poudre propulsive en suspension dans un milieu non solvant et non miscible et en mélangeant la suspension à un excès du milieu non-solvant chauffé, de façon que le mélange résultant se trouve à une tempéra- ture supérieure au point d'ébullition du solvant dans la laque. Les meilleurs résultats sont obtenus, lorsque la suspension initiale des particules de laque est faite dans un milieu non solvant à une température légèrement inférieure au point d'ébullition du solvant.
Toutefois, les particules de laque peuvent être mises en suspension dans le non-solvant à température ambiante, puis ajou- tées à un excès de non-solvant à une température très supérieure au point d'ébullition du solvant de la laque.
Dans l'un et l'autre cas, l'invention vise à éliminer rapidement le solvant des particules de laque en suspen- sion, en élevant très rapidement, en fait presque instan tanément, la température du système au-dessus du point d'ébullition du solvant de la laque. Ceci peut se faire
<Desc/Clms Page number 3>
à pression admosphérique par addition d'une suspension de particules de laque dans un milieu non solvant à la température ambiante à un excès du milieu non-solvant chauffé à une température très supérieure au point d'ébul lition du solvant. Dans ces.cas, le solvant est chassé sous forme de vapeur en une période excessivement courte ce qui permet d'obtenir des particules solides sphérique$ ou sensiblement sphériques de la base de poudre propul- sive.
La préparation des particules de laque de base de poudre propulsive et leur mise en suspension dans le milieu non-solvant peuvent se faire d'un certain nombre de manières qui ne font pas partie de la présente inven- tion. Ainsi, la laque peut être extrudée à travers une plaque perforée submergée dans le milieu non solvant et équipée de moyens pour sectionner les cordons de laque extrudée en courts tronçons. De même, lorsque de très petits corps de base de poudre propulsive sont désirés, la laque mise en suspension peut être soumise à un ci- saillement liquidé avant traitement de la, suspension paré le procédé suivant la présente invention. Si on le dési-. re, la laque peut être préparée en dissolvant des. parti- cules de la base de poudre propulsive pendant quelles sont en suspension dans le milieu non solvant.
Les avantages de la présente invention sont pleinement réalisés, lorsque le mélange de la suspension de laque avec l'excès de milieu non-solvant est effectué à une pression super-atmosphérique et lorsque le solvant est brusquement évaporé du mélange résultant par réduc- tion de la pression appliquée au système sensiblement jusuq'à la pression atmosphérique. Lorsqu'on utilise
EMI3.1
une pression supeir-atmosphérique 'c est-à.di1:'e une pres- sio supérierue à la pression, atmosphérique, le procédé
<Desc/Clms Page number 4>
suivant la présente invention se prête admirablement a une marche continue.
La suspension de particules de laque dans le milieu non-solvant à une température voisi- ,ne du point d'ébullition du solvant de la laque est ame- née à passer à travers un récipient allongé, tel qu'un tuyau et, près d'une extrémité de celui-ci, elle est mélangée à un excès du milieu non-solvant à une tempéra- ture considérablement supérieure au point d'ébullition du solvant de la laque. Le récipient est muni d'un petit orifice par lequel le mélange passe dans une chambre d'éclair sensiblement à pression atmosphérique.
Ce pro- cédé consiste particulièrement à mélanger un courant des particules de laque en suspension à un excès de milieu non-solvant chauffé et à faire passer les courants mélan- gés, de manière continue, à travers un orifice dans une chambre d'éclair, dans laquelle le solvant est très rapi dement chassé par l'influence combinée de la température élevée et de la réduction soudaine de pression.
Quelle que soit la manière particulière dont le procédé suivant la présente invention est exécuté, il est nécessaire que le solvant soit chassé ou éliminé des particules de laque en suspension aussi promptement que possible. C'est pourquoi, il faut faire en sorte d'assu rer une élimination rapide du solvant. Il est essentiel que chaque particule de laque en suspension ne soit pas à plus d'environ 6 pouces de l'interface du milieu non solvant avec l'atmosphère environnante pendant la période d'élimination du solvant. Lorsque le solvant doit par- , courir un trajet plus long à travers le milieu de suspen' sion, il a été constaté que l'efficience du procédé est sérieusement altérée et que, dans certaines circonstan- ces, le procédé est pratiquement inopérant.
Pour illustrer davantage l'invention, .on en dé-
<Desc/Clms Page number 5>
crira ci-après une forme d'exécution typique. Cette forme d'exécution sera décrite en se référant au dessin ci-an- nexé, qui illustre schématiquement les stades du procédé.
Sauf indication contraire, toutes les parties des matières utilisées sont données en parties en poids et les pour- centages sont basés sur le poids de nitrocellulose sèche.
Une laque nitrocellulosique a été préparée en ajoutant 1,5 partie de nitrocellulose mouillée contenant 0,5 partie d'eau pour chaque partie de nitrocellulose à 4 parties d'acétate d'éthyle contenant environ 1,0 % de 2-nitrodi- phénylamine et 0,25 % de craie. Ces matières ont alors été mélangées à une température d'environ 65 C pendant environs 1/2 heure ou bien jusqu'à ce que la nitrocellulo- se se soit complètement dissoute dans l'acétate d'éthyle, de manière à former une laque quasiment homogène. Entre- temps, un milieu de suspension a été préparé en ajoutant 3,4 % de sulfate de sodium, 1,7 % de colle animale et 0,5 % d'acétate d'éthyle à de l'eau, chacun de ces pour- centages étant basé sur le poids total de l'eau.
L'eau a alors été chauffée à environ 65 C en'agitant jusqu'à ce que ces matières se soient complètement dissoutes.
La laque et le milieu non solvant ont ensuite été séparément pompées dans le granulateur 1, la solution aqueuse étant introduite dens ce dernier en une quantité double de celle de la laque. La laque a été subdivisée en fines globules ayant un diamètre moyen inférieur à environ 0,010 pouce et a été mise uniformément en suspen- sion dans tout le milieu aqueux. Ce mélange de laque et - de milieu de suspension a quitté le granulateur par un
EMI5.1
c .e. passage tubulaire 2 e awene à travers un orifice 3 dans une chambre d'éclair 4 sensiblement à pression atmosphé- rique.
Juste avant le passage du mélange à travers cet orifice, un courant de liqueur chaude ayant la même com-
<Desc/Clms Page number 6>
position que le milieu de suspension et chauffée à envi. ron 128 C sous une pression de 40 livres a été mélangée à la suspension à raison de 5 parties de liqueur pour 1 'partie de suspension originelle. Ce courant chaud de solution aqueuse procure la chaleur nécessaire pour chas ser le solvant des globules. Ce second courant a été maintenu sous une pression suffisante pour empêcher lté- @ bullition de l'acétate d'éthyle ou de l'eau dans la li- queur.
Lorsque le mélange résultant a passé par l'orifi- ce dans la chambre d'éclair 4 sensiblement à pression at- mosphérique, la chute de pression a permis l'élimination immédiate du solvant des globules de laque ; l'évaporation du solvant a réduit la température du mélange jusqu'à environ 96 C. Les vapeurs d'acétate d'éthyle et d'eau ont été extraites de la chambre d'éclair sous un vide très léger et récupérées. La suspension résultante de particules de nitrocellulose gélatinisées a été centri- fugée, de façon à séparer les particules de nitrocellu- lose, qui ont ensuite été lavées et séchées.
Les parti- cules de nitrocellulose ainsi préparées avaient un dianè tre moyen d'environ 0,002 pouce à 0,004 pouce, tandis qu'elles avaient une forme sphérique uniforme et un poids spécifique d'environ 1,5
Bien que la forme d'exécution décrite ci-dessus concerne un procédé pour préparer de la poudre fine, le procédé est également adaptable à la production de pou- dres de particules de diamètres compris entre environ
0,020 pouce et 0,035 pouce. Dans le mode opératoire dé- crit plus haut, on a utilisé de l'acétate d'éthyle comme solvant pour la nitrocellulose. Lorsqu'on utilise de l'eau comme milieu non solvant, on peut utiliser tout aus si facilement n'importe quel autre solvant de la nitro- cellulose non miscibel à l'eau.
Ainsi,l'acétate d'éthyle
<Desc/Clms Page number 7>
peut être remplacé par de l'acétate d'isopropyle, de ''l'acétate de butyle, du formiate d'éthyle, de la méthyl- éthylcétone, de la méthylisopropylcétone et analogues.
L'eau est généralement préférée¯comme milieu non solvant à cause des économies qu'implique son emploi. Dans cer- tains cas, il peut être souhaitable d'utiliser d'autres milieux non-solvants, tels que le solvant naphte et les hydrocarbures chlorés, comme le tétrachlorure de carbone) et analogues. Lorsque de tels non-solvants sont ut'ili- sés, il est seulement nécessaire que le solvant de la laque ne soit pas miscible à ces non.-solvants. Lors- qu'on utilise d'autres milieux non-solvants que l'eau,
EMI7.1
on peut utiliser en combinaison avec ceux,/des solvants solubles dans l'eau, tels que l'éthanol et l'acétone.
La nitrocellulose est la base de poudre pro- pulsive la plus communément utilisée. La nitrocellulose peut être utilisée seule ou en combinaison avec des agents inhibiteurs,tels que le dinitrotoluène, les phta-, lates de dialcoyle et de diaryle, etc... Des agents ac- tivants, tels que la nitroglycérine, le trinitrotoluène, 1Ó cyclotriméthylènetrinitramine et des composés analo- gues, peuvent également être incorporés à la nitrocellu- lose. Lorsque ceci est souhaitable,, la nitrocellulose peut être remplacée en tout ou en partie par d'autres matières polynitrées gélatinisables, telles que l'amidon nitré, le nitrate de polyvinyle et des matières similai- res.
Il est évident que l'exemple donné,plus haut illustre simplement l'invention, celle-ci n'y étant pas limitée. Les spécialistes comprendront que des modific- tions peuvent être apportées'au procédé décrit, sans sorr tir du cadre de l'invention tel qu'il est défini dans les revendicatins suivantes
<Desc/Clms Page number 8>
REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de particules globulai- res d'une base de poudre propulsive, dans lequel on forme une suspension d'une laque de base de poudre propulsive dans un milieu non-solvant, on chauffe la suspension à une température voisine du point d'ébullition du solvant de la laque, et on mélange la suspension à un excès du non-solvant à une température telle que le mélange résul- tant soit à une température très supérieure au point d'ébullition du solvant de la laque.
2. ' Procédé de préparation de particules globulai- res d'une base de poudre propulsive, dans lequel on forme une laque de la base de poudre propulsive dans un sol- vant pour celle-ci', on forme une suspension de la laque dans un milieu non solvant et non miscible à celle-ci, on divise la laque en particules distinctes, on chauffe la suspension à une température voisine du point d'ébulli- tion du solvant, et on mélange la suspension avec un excès du milieu non-solvant à une température telle que le mélange résultant soit à une température très supé- rieure au point d'ébullition du solvant.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates generally to the manufacture of explosives and is particularly related to the manufacture of spherical or substantially spherical particles constituting the basis of a propellant powder.
A method of making smokeless powder grains, in which lacquer droplets composed of a smokeless powder base; and a solvent are solidified while suspended in a non-solvent medium, is disclosed in U.S. Patent No. 2,027,114 granted Jan. 7, 1936.
Various techniques for controlling the product obtained by such a process are further described in US Patents Nos. 2,160,626, granted May 30, 1939, 2,213,255 granted September 3, 1940, and 2,375,175 granted May 1. 1945. These processes for the preparation of smokeless powder grains, which constitute substantially gelatinized spheres or droplets of a propellant powder base, have proved to be extremely satisfactory for the production of propellants for ammunition of small arms.
/
Although these processes involving the solidification of droplets, in suspension, of a smokeless powder base represent a significant advance in the production of propellants and the like, these processes suffer from certain disadvantages. These methods require bulky, complicated and expensive apparatus. They are 'in particular, batch processes unsuitable for a contained production. Although these methods are less time consuming than the older powder manufacturing methods, they still take a long time and several hours are required to complete the process.
<Desc / Clms Page number 2>
nage and solvent extraction from the lacquer particles.
The present invention relates to a process for the manufacture of spherical or substantially spherical seeds of propellant powder base, which does not have the drawbacks of the prior art. A further subject of the invention is a rapid, simple and economical process for the production of gelatinized base particles of smokeless powder from droplets of lacquer containing the base. A subject of the invention is also a new process for the preparation of globular or substantially globular basic particles of propellant powder.
In accordance with the present invention, these objects as well as other objects of the invention are achieved, in general, by placing lacquer particles of a propellant powder base in suspension in a non-solvent medium and immiscible and mixing the suspension with an excess of the heated non-solvent medium, so that the resulting mixture is at a temperature above the boiling point of the solvent in the lacquer. The best results are obtained when the initial suspension of the lacquer particles is made in a non-solvent medium at a temperature slightly below the boiling point of the solvent.
However, the lacquer particles can be suspended in the non-solvent at room temperature, and then added to an excess of the non-solvent at a temperature much above the boiling point of the lacquer solvent.
In either case, the invention aims to rapidly remove the solvent from the suspended lacquer particles, raising very rapidly, indeed almost instantaneously, the temperature of the system above the point of. boiling the lacquer solvent. This can be done
<Desc / Clms Page number 3>
at admospheric pressure by adding a suspension of lacquer particles in a non-solvent medium at room temperature to an excess of the non-solvent medium heated to a temperature much above the boiling point of the solvent. In these cases the solvent is stripped off as a vapor in an excessively short period of time resulting in spherical or substantially spherical solid particles of the propellant powder base.
The preparation of the propellant powder base lacquer particles and their suspension in the non-solvent medium can be accomplished in a number of ways which are not part of the present invention. Thus, the lacquer can be extruded through a perforated plate submerged in the non-solvent medium and equipped with means for severing the strands of extruded lacquer into short sections. Likewise, when very small propellant powder base bodies are desired, the suspended lacquer may be subjected to liquid shear prior to processing the suspension by the process of the present invention. If desired-. re, the lacquer can be prepared by dissolving. Particles of the propellant powder base while in suspension in the non-solvent medium.
The advantages of the present invention are fully realized when the mixing of the lacquer slurry with the excess non-solvent medium is carried out at super-atmospheric pressure and when the solvent is abruptly evaporated from the resulting mixture by reduction of the pressure applied to the system substantially up to atmospheric pressure. When using
EMI3.1
a pressure above atmospheric 'that is, a pressure greater than atmospheric pressure, the process
<Desc / Clms Page number 4>
according to the present invention lends itself admirably to continuous operation.
The suspension of the lacquer particles in the non-solvent medium at a temperature near the boiling point of the lacquer solvent is passed through an elongated vessel, such as a pipe, and near the boiling point of the lacquer solvent. At one end of it, it is mixed with an excess of the non-solvent medium at a temperature considerably above the boiling point of the lacquer solvent. The container is provided with a small orifice through which the mixture passes into a flash chamber substantially at atmospheric pressure.
This process particularly consists of mixing a stream of the suspended lacquer particles with an excess of heated non-solvent medium and passing the mixed streams, continuously, through an orifice into a flash chamber. in which the solvent is very rapidly removed by the combined influence of the high temperature and the sudden reduction in pressure.
Regardless of the particular manner in which the process according to the present invention is carried out, it is necessary that the solvent be driven off or removed from the suspended lacquer particles as quickly as possible. Therefore, care must be taken to ensure rapid removal of the solvent. It is essential that each suspended lacquer particle is no more than about 6 inches from the interface of the non-solvent medium with the surrounding atmosphere during the solvent removal period. When the solvent has to travel a longer path through the suspending medium, it has been found that the efficiency of the process is seriously impaired and that in some circumstances the process is virtually inoperative.
To further illustrate the invention,.
<Desc / Clms Page number 5>
will describe below a typical embodiment. This embodiment will be described with reference to the accompanying drawing, which schematically illustrates the stages of the process.
Unless otherwise indicated, all parts of the materials used are given in parts by weight and the percentages are based on the weight of dry nitrocellulose.
A nitrocellulose lacquer was prepared by adding 1.5 part of wet nitrocellulose containing 0.5 part of water for each part of nitrocellulose to 4 parts of ethyl acetate containing about 1.0% 2-nitrodipenylamine and 0.25% chalk. These materials were then mixed at a temperature of about 65 ° C for about 1/2 hour or until the nitrocellulose had completely dissolved in ethyl acetate to form a nearly lacquer. homogeneous. Meanwhile, a suspending medium was prepared by adding 3.4% sodium sulfate, 1.7% animal glue and 0.5% ethyl acetate to water, each of these for - percentages being based on the total weight of the water.
The water was then heated to about 65 ° C with stirring until these materials completely dissolved.
The lacquer and the non-solvent medium were then separately pumped into the granulator 1, the aqueous solution being introduced into the latter in an amount double that of the lacquer. The lacquer was subdivided into fine globules having an average diameter of less than about 0.010 inch and was uniformly suspended throughout the aqueous medium. This mixture of lacquer and suspension medium left the granulator through a
EMI5.1
c .e. tubular passage 2 e awene through an orifice 3 in a flash chamber 4 substantially at atmospheric pressure.
Just before the mixture passes through this orifice, a stream of hot liquor having the same com-
<Desc / Clms Page number 6>
position as the hanging medium and heated to approx. ron 128 C under 40 pounds pressure was mixed with the suspension at a rate of 5 parts of liquor to 1 part of original suspension. This hot stream of aqueous solution provides the heat necessary to remove the solvent from the blood cells. This second stream was maintained under sufficient pressure to prevent the boiling of ethyl acetate or water in the liquor.
When the resulting mixture passed through the orifice into flash chamber 4 at substantially atmospheric pressure, the pressure drop permitted immediate removal of the solvent from the lacquer globules; evaporation of the solvent reduced the temperature of the mixture to about 96 ° C. The ethyl acetate and water vapors were removed from the flash chamber under a very slight vacuum and collected. The resulting suspension of gelatinized nitrocellulose particles was centrifuged, so as to separate the nitrocellulose particles, which were then washed and dried.
The nitrocellulose particles thus prepared had an average diameter of about 0.002 inch to 0.004 inch, while they had a uniform spherical shape and a specific gravity of about 1.5.
Although the embodiment described above relates to a process for preparing fine powder, the process is also adaptable to the production of powders of particles of diameters between about
0.020 inch and 0.035 inch. In the procedure described above, ethyl acetate was used as the solvent for the nitrocellulose. When using water as the non-solvent medium, any other water-immiscible nitrocellulose solvent can also be easily used.
Thus, ethyl acetate
<Desc / Clms Page number 7>
can be replaced by isopropyl acetate, butyl acetate, ethyl formate, methyl ethyl ketone, methyl isopropyl ketone and the like.
Water is generally preferred as a non-solvent medium because of the savings involved in its use. In some cases, it may be desirable to use other non-solvent media, such as solvent naphtha and chlorinated hydrocarbons, such as carbon tetrachloride and the like. When such non-solvents are used, it is only necessary that the lacquer solvent not be miscible with these non-solvents. When using non-solvent media other than water,
EMI7.1
water soluble solvents such as ethanol and acetone can be used in combination with those.
Nitrocellulose is the most commonly used propellant powder base. Nitrocellulose can be used alone or in combination with inhibiting agents, such as dinitrotoluene, dialkyl and diaryl phthalates, etc. Activating agents, such as nitroglycerin, trinitrotoluene, cyclotrimethylenetrinitramine and the like, can also be incorporated into the nitrocellulose. Where desirable, the nitrocellulose may be replaced in whole or in part by other gelatinizable polynitral materials, such as nitrated starch, polyvinyl nitrate and the like.
It is obvious that the example given above simply illustrates the invention, the latter being not limited thereto. Those skilled in the art will understand that modifications can be made to the method described, without departing from the scope of the invention as defined in the following claims.
<Desc / Clms Page number 8>
CLAIMS 1. A process for preparing globular particles of a propellant powder base, in which a suspension of a propellant powder base lacquer is formed in a non-solvent medium, the suspension is heated to a temperature in the region of. the boiling point of the lacquer solvent, and the suspension is mixed with an excess of the non-solvent at a temperature such that the resulting mixture is at a temperature much higher than the boiling point of the lacquer solvent.
2. 'Process for the preparation of globular particles of a propellant powder base, in which a lacquer is formed of the propellant powder base in a solvent therefor', a suspension of the lacquer is formed in. a non-solvent medium and immiscible therewith, the lacquer is divided into separate particles, the suspension is heated to a temperature near the boiling point of the solvent, and the suspension is mixed with an excess of the non- medium. solvent at a temperature such that the resulting mixture is at a temperature much above the boiling point of the solvent.