Verfahren zur Herstellung von runden oder fast runden Körnern aus rauchlosem Pulver Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von runden oder fast runden Körnern aus rauchlosem Pulver, bei dem man einen Grund stoff für rauchloses Pulver in einem Lösungsmittel löst, die Lösung (im folgenden teilweise Lack ge nannt) in kleine Partikel zerteilt und letztere in einer Flüssigkeit suspendiert, die mit der genannten Lö sung praktisch nicht mischbar ist, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man der Suspen- sionsflüssigkeit, bevor sie mit den genannten Parti keln in Berührung kommt, ein Lösungsmittel für den verwendeten Grundstoff für rauchloses Pulver zufügt.
In der US-Patentschrift Nr. 2027114 (erteilt am 7. Januar 1936) ist ein Verfahren zur Herstellung von rauchlosem Pulver beschrieben, bei dem Tröpf chen eines Lackes, der aus dem Grundstoff für rauchloses Pulver und Lösungsmittel besteht, wäh rend er in einem nichtlösenden Medium suspendiert ist, verfestigt wird. Ein derartiges Verfahren zur Her stellung von Treibpulver ist dem Fachmann unter dem Namen Globularpulververfahren bekanntge worden.
Die Techniken zur Regelung des Globular- pulververfahrens, so dass dabei Körner mit verschie denen physikalischen und chemischen Eigenschaften erhalten werden, sind in den US-Patentschriften Nrn. 2160626 (erteilt am 30. Mai 1939), 2206916 (erteilt am 9. Juli 1940), 2213255 (erteilt am 3. Sep tember 1940) und 2375175 (erteilt am 1. Mai 1945) beschrieben.
Diese Patente beschreiben Veränderun gen in der Grundtechnik zur Herstellung von Globu- larpulver, durch die der Charakter, die Gleichförmig keit und die ballistischen Eigenschaften der erzeugten Pulver geregelt werden. Während sich das Globular- pulververfahren zur Herstellung von Pulverkörnern für die Munition kleiner Waffen als äusserst geeignet erwiesen hat, d. h. wenn der Durchmesser der ein zelnen, fast runden Pulverkörner etwa 0,25-0,64 mm nicht überschreitet, war es nicht möglich, Globular- pulverkörner mit grösserem Durchmesser, d. h.
mehr als etwa 0,64 mm, in grossem Umfang herzustellen.
Während bisher gefunden wurde, dass beim Glo- bularpulververfahren die durchschnittliche Korngrösse eines gegebenen Ansatzes in gewissem Umfange durch die Stärke des Rührens während der Zertei- lungsphase des Verfahrens geregelt wird - je stär ker gerührt wird, um so kleiner die Körner und um gekehrt -, besitzt eine derartige Regelung sehr be stimmte Grenzen, und vor der vorliegenden Erfin dung war es nicht möglich, Ansätze herzustellen, bei denen ein wesentlicher Prozentsatz des Produktes sowohl gut geformt (d. h. praktisch rund) war, als auch einen Durchmesser von mehr als 0,64 mm auf wies.
Um (bei einem gegebenen Ansatz) die Bildung wesentlicher Mengen an Globularpulverkörnern mit einem Durchmesser von 0,76 mm oder mehr zu er reichen, wurde erwogen, einen Lack mit so hoher Viskosität zu benutzen, dass die Teilchen nach den in den erwähnten Patenten beschriebenen Verfahren, wie sie früher durchgeführt wurden, sich nicht run den können.
Im Laufe vorgenommener Untersuchungen mit Lak- ken derart hoher Viskosität zur Herstellung von gro ssen Körnern wurde entdeckt, dass äussere Anteile vieler erhaltener Körner von den innern Anteilen derselben physikalisch verschieden waren. Die Kör ner schienen eine Art Schalenhärtung erfahren zu haben, bevor sie vollständig gerundet oder verfestigt waren, und es ist das Ziel der vorliegenden Erfin dung, diesen Nachteil zu vermeiden.
Die Untersuchung derartiger in der Schale bzw. Hülle gehärteter Körner führte zur Vermutung, dass das Suspensionsmedium den Lackkörpern sofort, wenn beide miteinander in Berührung kommen, Lö sungsmittel entzieht. Es wurde dann entdeckt, dass, wenn die Suspensionsflüssigkeit vorher mit einer ge ringen Menge des gleichen Lösungsmittels, das zur Herstellung des Lackes benutzt wird, beladen wird, die Neigung zur Schalenhärtung verringert wird, und dass dann, wenn der Punkt erreicht wird, bei dem der Lösungsmittelgehalt der Suspensionsflüssigkeit so ist, dass die Kräfte, die Lösungsmittel aus dem Lack in die Suspensionsflüssigkeit ziehen,
mit denen im Gleichgewicht stehen, die das Lösungsmittel aus der Suspensionsflüssigkeit in das Lackkügelchen zu ziehen bestrebt sind, die endgültig gehärteten kuge ligen Körner aus homogenem Stoff bestehen.
Demgemäss wird gemäss der vorliegenden Erfin dung die Suspensionsflüssigkeit mit Lösungsmittel für den Grundstoff beladen, bevor die Partikel des Lackes mit der Suspensionsflüssigkeit in Berührung kommt. Das Lösungsmittel, mit dem die Suspensions- flüssigkeit beladen wird, ist vorzugsweise das gleiche, wie das zum Lösen des Grundstoffes für rauchloses Pulver bei der Hertellung des Lackes angewandte. Wenn z.
B. ein Lack, der aus 3 Teilen Äthylacetat und 1 Teil Nitrocellulose besteht, in Wasser suspen diert wird, wird etwas Äthylacetat durch die Grenz- fläche in das Wasser wandern, bis so viel Äthyl- acetat in dem Wasser gelöst ist, dass ein Gleich gewicht erreicht ist; so wird den Lackkörpern Lö sungsmittel entzogen, wenn nicht das Wasser, bevor es mit dem Lack in Berührung gebracht wird, mit Äthylacetat beladen wird.
Wenn der Lack eine relativ grosse Lösungsmittelmenge enthält, kann der Verlust an Lösungsmittel, das in die Suspensionsflüssigkeit wandert, um ein Gleichgewicht zu erreichen, un wesentlich sein. Wenn aber aus wirtschaftlichen oder andern Gründen (z. B. bei der Herstellung von Kör nern mit 0,76 mm Durchmesser) der Lack eine relativ hohe Viskosität (d. h. geringen Lösungsmittel gehalt) aufweist, kann der Verlust an Lösungsmittel, das in die Suspensionsflüssigkeit wandert, um Gleich gewicht zu erreichen, so gross sein, dass die äussern Anteile der Lackteilchen erhärten, so dass sie sich nicht runden.
Zweckmässig wird die Lösungsmittelmenge, die einer gegebenen Suspensionsflüssigkeit notwendiger weise zugesetzt werden muss, um ein Gleichgewicht mit einem gegebenen Lack zu erreichen, der in der Suspensionsflüssigkeit suspendiert werden soll, vor der Zugabe der Lackpartikel durch Versuche be stimmt.
Im Hinblick auf die vielen veränderlichen Grössen, die beim Globularpulververfahren auftreten, haben wir keine Formel aufgestellt, mit deren Hilfe der Gleichgewichtspunkt für alle Bedingungen, die bei der Durchführung auftreten können, berechnet werden kann; es genügt für unsere Zwecke völlig, den Gleichgewichtspunkt zu bestimmen, indem Pro ben des gegebenen Lackes und der Flüssigkeit unter sucht werden.
Demgemäss nimmt man bei gegebenen Bedingungen eine kleine Probe der zu benutzenden Suspensionsflüssigkeit und ,eine kleine Probe des zu verwendenden Lackes, setzt der Probe der Suspen- sionsflüssigkeit z. B. 2% Äthylacetat (oder irgendein anderes Lösungsmittel, das in dem Lack enthalten ist) zu, mischt den Lack mit der lösungsmittelbela- denen Flüssigkeitsprobe in den gleichen Verhältnis sen,
wie Flüssigkeit und Lack bei dem in Betracht kommenden Verfahren, trennt nach etwa einminüti- gem Mischen .eine für die Analyse ausreichende Flüs sigkeitsmenge ab und bestimmt den Äthylacetatgehalt derselben; ist dieser 2%, war die erste Abschätzung richtig;
ist dieser 3 0/0, wird die Untersuchung wieder holt und eine Probe Suspensionsflüssigkeit mit 311/o (anstatt 219/0) Lösungsmittel beladen und das Ver fahren wiederholt, notfalls so lange, bis der Prozent satz bestimmt ist, bei dem die Suspensionsflüssigkeit keinen Lösungsmittelzuwachs erfährt, wenn sie mit dem Lack gemischt wird. Es wurde festgestellt, dass - wenn einmal eine Bestimmung gemacht wurde die gleiche Beladung Ansatz für Ansatz angewandt werden kann, solange die Zusammensetzung der Sus- pensionsflüssigkeit, die des Lackes und ihre relativen Mengen gleichbleiben.
Es wurde ferner gefunden, dass 2% Äthylacetat in der Suspensionsflüssigkeit etwa die Mindestbeladung darstellen, die nötig ist, um an nähernd das Gleichgewicht zu erreichen. Beim Un tersuchen der Proben ist es am besten, sich dem Gleichgewichtspunkt von unten zu nähern und so, wie beschrieben, die Mindestbeladung zu bestimmen, bei der die Suspensionsflüssigkeit keinen Lösungs- mittelzuwachs beim Mischen mit dem Lack ergibt.
In diesem Zusammenhange sei bemerkt, dass der Lösungsmittelgehalt der Suspensionsflüssigkeit, um ein derartiges Gleichgewicht zu erreichen, erheblich geringer als die Lösungsmittelmenge sein kann und gewöhnlich auch ist, die die Flüssigkeit theoretisch zu lösen vermag. Beladung über den Gleichgewichts wert hinaus ist insofern von Nachteil - besonders wenn grosse Körner hergestellt werden sollen -, als die Suspension ihre Beständigkeit verliert und die Lackkügelchen zum Zerfall neigen.
In der Tat haben wir bei Versuchen, grosse Körner herzustellen, einen derartigen Zerfall fast unmittelbar beobachtet, wenn die vorgeformten Lackkörper mit Wasser in Berüh- rung kommen, das 6% Äthylacetat enthält.
Obwohl die Erfindung für die Herstellung von grossen Körnern nach dem Globularpulververfahren besonders wertvoll ist, ist sie auch vorteilhaft für die Herstellung kleinerer Körner. Da der Hauptnutzen der Erfindung auf ihrer Anwendung bei der Herstel lung von grossen, kugeligen Körnern beruht, erläutert das folgende besondere Beispiel eine Ausführungs form des erfindungsgemässen Verfahrens, nach der ein Ansatz Globularpulverkörner hergestellt wird, bei dem mehr als 7011/o der Körner einen Durchmesser von 0,86-1,04 mm aufweisen und gut gerundet sind.
Der anzuwendende Lack besteht aus einem geeig neten Grundstoff für rauchloses Pulver, wie z. B. Nitrocellulose, der in einem Lösungsmittel gelöst ist, das mit der gewählten Suspensionsflüssigkeit prak tisch nicht mischbar ist; soll die Suspensionsflüssig- keit Wasser sein, so ist Äthylacetat ein geeignetes Lösungsmittel für den Grundstoff. So kann der Lack z. B. aus 135 Gewichtsteilen Äthylacetat und 56 Teilen trockener Nitrocellulose (oder 80 Teilen was serfeuchter Nitrocellulose) hergestellt werden.
Zu sätze, lösliche oder unlösliche, werden vorzugsweise zum Äthylacetat gegeben, bevor letzteres mit der Nitrocellulose gemischt wird. So können z. B. die 135 Teile Äthylacetat 0,125 Teile Kreide und 0,5 Teile Diphenylamin enthalten. Das Lösungsmittel wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 50 er hitzt, bevor die Nitrocellulose zugegeben wird. Es ist zweckmässig, die Nitrocellulose allmählich zum Lösungsmittel zu geben und während des Zusatzes weiter zu rühren, bis ein homogener Lack entstanden ist.
Die mit dem oben beschriebenen Lack zu benut zende Suspensionsflüssigkeit wird wie folgt herge stellt: 14 Teile Gummi arabicum werden zu 50 Teilen Wasser gegeben und so lange vermischt, bis das Gummi arabicum gelöst ist. Die Gummi-arabicum- Lösung wird dann in 700 Teilen Wasser filtriert, auf 50 erhitzt und innig gemischt. Wenn Körner herge stellt werden sollen, die praktisch keine innern Poren aufweisen, können 27 Teile Natriumsulfat in der Mi schung gelöst werden, aber es muss darauf geachtet werden, dass das Natriumsulfat nicht am Mischgefäss festbackt.
Aus früheren Untersuchungen mit dem oben be schriebenen Lack und der Suspensionsflüssigkeit ha ben wir festgestellt, dass 15 Teile Äthylacetat der oben beschriebenen Suspensionsflüssigkeit zugesetzt wer den müssen, damit das Lösungsmittelgleichgewicht er reicht wird, wenn der oben beschriebene Lack darin verteilt wird. Demgemäss werden also 15 Teile Äthyl- acetat der oben beschriebenen Suspensionsflüssigkeit zugesetzt.
Bevor sie miteinander in Berührung gebracht wer den, werden der Lack und die Suspensionsflüssigkeit auf eine Temperatur von etwa 60 erhitzt.
Der Lack wird z. B. durch Auspressen und Zer schneiden zu Körpern der gewünschten Grösse zer teilt, so dass die Lackkörper in der Suspensionsflüs- sigkeit während des Verfahrens suspendiert bleiben.
Nachdem der Lack zerteilt und die Körper sus pendiert sind, wird die Mischung so gerührt, dass die Suspension erhalten bleibt, bis die suspendierten Lackkörper unter Einwirkung der Grenzflächenkräfte gerundet sind; und während dieses Formens kann die Viskosität des Lackes in den suspendierten Körpern, z. B. durch Erhöhung der Temperatur oder durch Zusatz von Lösungsmittel, herabgesetzt werden, um die suspendierten Körper den Grenzflächenkräften, die sie runden, zugänglicher zu machen. Nachdem die suspendierten Körper die gewünschte, nahezu runde Form erreicht haben, wird die Suspension auf rechterhalten, während die Körper durch Abtreiben des Lösungsmittels gehärtet werden.
Beim Härten wird das Lösungsmittel verdampft entweder durch Erhöhung der Temperatur innerhalb der Vorrichtung oder durch Verringerung des Druckes bis zum Punkt, an dem das Lösungsmittel, z. B. Äthylacetat, aus dem System verdampft, während die Lackkörper in Sus pension gehalten werden.