Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Nitrozellulosepartikeln
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von kugelförmigen Nitrozellulosepartikeln mit einem Durchmesser von nicht mehr als 0,305 mm.
Im USA-Patent Nr. 2027114 ist ein Verfahren zur Herstellung von zur Erzeugung von rauchlosem Pulver bestimmten kugelförmigen Treibmittelpartikeln beschrieben. Dieses Verfahren eignet sich in hervorragender Weise zur Herstellung von kugelförmigen Pulverkörnern mit Korngrössen, wie sie bei Treibmitteln in den Patronen für Kleinfeuerwaffen üblich sind, d. h. Korngrössen von 0,254 bis 0,635 mm; hingegen ist das genannte Verfahren für die Herstellung von vorwiegend aus Pulverkörnern mit einem Durchmesser von 0,305 mm oder weniger bestehenden Produkten ungeeignet. Partikeln mit derart kleinen Korngrössen eignen sich besonders gut zum Formen von grossen Treibmittelkörnern und anderen Gegenständen aus Nitrozellulose.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man Nitrozellulosefasern in einem Mittel, das auf die Nitrozellulose nicht als Lösungsmittel wirkt, suspendiert, in der erhaltenen schlammartigen Suspension ein Schutzkolloid zur Bildung eines Uberzugs auf den Fasern dispergiert, die schlammartige Suspension mit einem Lösungsmittel, das mit dem Nichtlösungsmittel praktisch nicht mischbar ist, so lange versetzt, bis die Konzentration jenen Punkt erreicht hat, bei welchem die Nitrozellulosefasern zu erweichen beginnen, hierauf der Suspension so lange weitere Lösungsmittelmengen in einem Ausmasse, welches nicht mehr als 0,25 Teile Lösungsmittel pro 100 Teile Nitrozellulose pro Sekunde ausmacht, zugibt, bis genügend Lösungsmittel zugesetzt worden ist, um die Nitrozellulosefasern ohne Zusammenballen oder -schmelzen aufzuweichen,
dass man hierauf die Suspension rührt oder schüttelt, bis die Fasern eine kugelige Form angenommen haben, und hierauf das Lösungsmittel aus den Nitrozellulosepartikeln entfernt.
Es ist wichtig, die Nitrozellulosefasern mit einem Schutzkolloid zu behandeln, bevor der Suspension genügend Lösungsmittel zur Aufweichung der Fasern zugesetzt wird, um eine Zusammenballung der aufgeweichten Fasern zu verhindern. Um Nitrozellulosepartikeln mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten, muss man für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens faserige Nitrozellulose statt gelatinierte Nitrozellulose verwenden.
Die Dimensionen gewöhnlicher Nitrozellulose schwanken innerhalb kleinster Partikeln von ca.
0,0127 mm Durchmesser bis ca. 0,508 mm Länge und einem Querschnitt von 0,051 mm. Die Mehrzahl der Fasern besitzt Dimensionen von ca. 0,0254 mm auf 0,254 mm. Als Lösungsmittel kann man Athyl- azetat oder ein beliebiges anderes Lösungsmittel für Nitrozellulose, welches mit dem Nichtlösungsmittelmedium praktisch nicht mischbar ist, verwenden.
Das Lösungsmittel soll vorzugsweise einen niedrigeren Siedepunkt aufweisen als das Nichtlösungsmittel.
Beispiele geeigneter Lösungsmittel - ausser Äthyl- azetat - sind Methyläthylketon, Athylformiat, Butylazetat und dergleichen. Man kann aber auch ein geeignetes Gemisch von Lösungsmitteln, z. B. 80 % Methyläthylketon und 20 % Toluol, verwenden.
Durch die Zugabe von Lösungsmittel wird eine Erweichung der einzelnen Partikeln, die allmählich eine kugelförmige Form annehmen, ohne vollständige Gelatinisierungsbildung der Nitrozellulose beim Schütteln oder Rühren der Suspension erzielt. Die grösseren Fasern zerfallen unter der Rühr- bzw. Schüttelwirkung, wobei die anfallenden kleineren Partikeln eine im wesentlichen sphärische Form annehmen.
Die Zugabe des Lösungsmittels ist dermassen zu regeln, dass die Nitrozellulosepartikeln lediglich erweichen und abgerundet werden, ohne die Nitrozellulose vollständig aufzulösen, d. h. ohne einen Lack zu bilden, wie dies gemäss US-Patentschrift Nr. 2027114 der Fall ist. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen Partikeln von fasriger Struktur verleihen den daraus erzeugten und geformten Produkten ein grösseres Widerstandsvermögen, als dies mit nach der US-Patentschrift Nr. 2027114 hergestellten, vollständig gelatinisierten Nitrozellulosepartikeln der Fall ist. Das Lösungsmittel kann der Suspension mit beliebiger Geschwindigkeit zugegeben werden, bis die Suspension genügend Lösungsmittel enthält, um den Beginn des Erweichens der Nitrozellulose zu verursachen.
Bei einem Wasser-Athyl- azetat-System tritt dieses Stadium dann ein, wenn ca. 1,6 Teile Lösungsmittel pro Teil Nitrozellulose im wesentlichen gleichmässig in ca. 10-17 Teilen Wasser pro Teil Nitrozellulose verteilt sind. Die Lösungsmittelkonzentration wird dann durch Zugabe von Lösungsmittel zur Suspension in einem Ausmass von nicht mehr als 0,25 Teilen Lösungsmittel pro 100 Teile Nitrozellulose in der Sekunde allmählich erhöht. Unter den meisten Bedingungen wird man eine Endkonzentration von nicht mehr als 200 Teilen Lösungsmittel pro 100 Teile Nitrozellulose in einem Wasser-Äthylazetat-System benötigen, um lediglich teilweise gelatinisierte, kugelförmige Nitrozellulosepartikeln der im vorliegenden Fall ins Auge gefassten Art zu erzeugen.
Wie festgestellt wurde, können bis 300 Teile Lösungsmittel auf je 100 Teile Nitrozellulose Verwendung finden, ohne ein vollständiges Auflösen und Zusammenschmelzen der Nitrozellulose unter Bildung einer kontinuierlichen Lackphase der in der obgenannten amerikanischen Patentschrift beschriebenen Art zu bewirken. Dieses Mengenverhältnis kann bei Anwendung anderer Systeme etwas schwanken. Es wird jedoch bei jedwelchem System vorteilhaft sein, lediglich jene Lösungsmittelmenge zu verwenden, die zum Erweichen und zum nicht vollständigen Auflösen der Nitrozellulose erforderlich ist, wobei man vorzugsweise auch eine geringere Lösungsmittelmenge anwenden wird, als zum Zusammenballen erforderlich ist. Nachdem die Partikeln eine kugelförmige Form angenommen haben, entfernt man das Lösungsmittel in geeigneter Weise aus der Suspension, z.
B. durch Destillation oder Durchspülen der Suspension mittels Luft oder einem anderen geeigneten Gas.
Man kann ein beliebiges Schutzkolloid verwenden, wie z. B. Gummi arabicum oder Tierleim, wie Swift's Colloid No. 1 .
Die Erfindung sei nun anhand des nachstehenden Ausführungsbeispiels erläutert:
Ungefähr 100 Gew.Teile fasrige, nitrierte Baumwollsamenabfälle mit einem Stickstoffgehalt von ca.
12,6 % und einer Viskosität von ca. 8 Sekunden (bestimmt nach der Kugelfallmethode von Hercules) werden in ungefähr 1500 Teilen Wasser angeschlämmt. Dann versetzt man die schlammige Suspension mit ca. 50 Gew.Teilen Gummi arabicum und rührt so lange, bis die Nitrozellulosefasern mit Gummi arabicum vollständig überzogen sind. Hierauf versetzt man mit ca. 1 Gew. Teil Dinitrodiphenylamin.
Hernach wird der Kolbeninhalt auf ungefähr 18,3 bis 20u C erwärmt und mit ca. 160 Gew.Teilen Athyl- azetat versetzt. Man rührt, bis das Lösungsmittel in der Suspension praktisch gleichmässig dispergiert ist.
Dann versetzt man mit insgesamt ungefähr 140 Teilen Äthylazetat mit einer Geschwindigkeit von 0,25 Gew. Teilen pro Sekunde, wobei man während ca. 30 Minuten oder aber so lange weiter rührt, bis die Partikeln praktisch kugelige Form angenommen haben. Hierauf versetzt man mit ca. 90 Teilen Natriumsulfat, das in ungefähr 300 Teilen Wasser gelöst ist, und rührt, bis die Lösung mit der Suspension im wesentlichen gleichmässig vermischt ist. Die Temperatur der Suspension wird nun auf Siedetemperatur erhöht und diese letztere so lange gehalten, bis das Lösungsmittel sozusagen vollständig daraus entfernt und die erweichten Nitrozellulosekügelchen hart geworden sind und dabei ihre kugelige Form beibehalten. Ungefähr 87 % der so erhaltenen kugelförmigen Nitrozellulosepartikeln besitzen einen Durchmesser von ca.
0,305 mm oder weniger, ungefähr 77 % davon einen solchen von 0,254 mm oder weniger, ungefähr 46 % davon einen solchen von 0,1524 mm oder weniger, ungefähr 37 % davon einen solchen von 0,127 mm oder weniger und ungefähr 28 % einen solchen von ca. 0,102 mm oder weniger. Die kugelförmigen Partikeln sind lediglich teilweise gelatinisiert.
Der obige Arbeitsgang lässt sich wiederholen, wobei man allerdings nach der Zugabe von ca. 160 Teilen Lösungsmittel zur aus ca. 100 Teilen Nitrozellulose und ca. 1500 Teilen Wasser bestehenden Suspension weiteres Lösungsmittel in einem Ausmass von ca. 35 Teilen Lösungsmittel pro Sekunde so lange zusetzt, bis insgesamt ungefähr 300 Teile Lösungsmittel zugesetzt sind. Nur ca. 52 % der erzielten Partikeln besitzen einen Durchmesser von 0,305 mm oder weniger, ca. 37 % der erzielten Partikeln besitzen einen Durchmesser von 0,254 mm, ca. 16 % der erzielten Partikeln besitzen einen Durchmesser von weniger als 0,1524 mm, ca. 13 % der erzielten Partikeln besitzen einen Durchmesser von weniger als 0,127 mm und ca. 11 % der erzielten Partikeln besitzen einen Durchmesser von weniger als 0,102 mm.
Arbeitet man nach den obigen Angaben mit dem Unterschied jedoch, dass man nach der Zugabe der ursprünglichen 160 Teile Lösungsmittel die Lösungsmittelzugabe derart regelt, dass bis zur Erreichung einer Gesamtmenge von ca. 300 Teilen ungefähr 15 Teile davon pro Sekunde zugegeben werden, so wird das Produkt ca. 50 %J kugelige Partikeln von einem Durchmesser von ca. 0,305 mm oder weniger, ca.
43 % kugelige Partikeln von einem Durchmesser von ca. 0,254 mm oder weniger, ca. 32 % kugelige Partikeln von einem Durchmesser von ca. 0,152 mm oder weniger, ca. 28 % kugelige Partikeln von einem Durchmesser von ca. 0,127 mm oder weniger und ca. 26 ro kugelige Partikeln von einem Durchmesser von ca. 0,102 mm oder weniger enthalten.
Demgegenüber besitzen Kügelchen, welche nach der amerikanischen Patentschrift Nr.2027114 erhalten werden, indem das rauchlose Pulver unter Bildung eines Lackes vollständig gelöst worden ist, der dann zu Kügelchen verarbeitet worden ist, einen Durchmesser von ca. 0,63-0,232 mm.
Der Grund, weshalb das erfindungsgemässe Produkt in der Hauptsache eine Dimension von 0,305 Millimeter oder weniger aufweist, konnte bis jetzt noch nicht ermittelt werden. Es wird aber angenommen, dass zufolge der Struktur der Nitrozellulose jede Faser in verschiedene Partikeln der gewünschten Grösse zerbirst, sobald die Faser durch das Lösungsmittel aufgeweicht ist, wobei die Anwesenheit eines Schutzkolloidfilmes auf den Faserflächen ein Zusam menschmelzen der kleinen Partikeln verhindern dürfte.
Auf Grund der Beobachtungen tritt beim Aufweichen der Faser durch das Lösungsmittel ein Bruch an jedem Knoten auf.
Die Partikeln können gewünschtenfalls mit nicht explosiven Plastifizierungsmitteln, wie Dibutylphthalat, Dinitrotoluol, Diphenylphthalat, Diamylphthalat, Äthylcentralit und andern Modifizierungsmitteln behandelt werden. Sie können auch mit energiespeichernden Plastifizierungsmitteln, wie z. B. flüssigem Salpetersäureester eines mehrwertigen Alkohols, einschliesslich Nitroglyzerin, Nitroglykol oder dergleichen, überzogen werden. Ferner können auch verschiedene Modifizierungsmittel, wie z. B. rotes Bleioxyd, Pb Og, Bleiglätte, Bleistannat oder andere den Verbrennungsablauf der Pulverkörner modifizierende Mittel, auf den Oberflächen der Nitrozellulosepartikeln appliziert werden.