-
Verfahren zur Herstellung von Globularpulver Die Erfindung betrifft
ein Verfahren, zur Herstellung von Globu larpulver, bei dem ein Grundstoff für rauchloses
Pulver unter Bildung eines Lackes in einem Lösungsmittel gelöst und der Lack zerteilt
und in einem Suspensionsmedium suspendiert wird, das mit dem Lack praktisch nicht
mischbar ist.
-
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Suspensionsmedium
mit dem Lösungsmittel in einer Menge, d.ie ausreichend ist, um die Abwanderung des
Lösungsmittels von dem Lack zu dem Suspensionsmedium zu verhindern, beladen und
danach die zerlegte (unterteilte) Lackmasse dem beladenen Suspensionsmedium zugesetzt
wird.
-
In der USA.-Patentschrift 2 027 114 ist ein Verfahren zur- Herstellung
von rauchlosem Pulver beschrieben, bei dem Tröpfchen eines Lackes, der aus dem Grundstoff
für rauchloses Pulver und Lösungsmittel besteht, während er in einem nicht lösenden
Medium suspendiert ist, verfestigt werden. Ein derartiges Verfahren zur Herstellung
von Treibpulver ist dem Fachmann unter dem Namen »Globularpulververfahren« bekanntgeworden.
Die Techniken zur Regelung des Globularpulververfahrens, so daß dabei Körner mit
verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften erhalten werden, sind
in den USA.-Patentschriften 2 160 626 (erteilt am 30. Mai 1939), 2 206 916 (erteilt
am 9. Juli 1940), 2 213 255 (erteilt am 3. September 1940) und 2 375 175 (erteilt
am 1. Mai 1945) beschrieben. Diese Patente beschreiben Veränderungen in der Grundtechnik
zur Herstellung von Globularpulver, durch die der Charakter, die Gleichförmigkeit
und die ballistischen Eigenschaften der erzeugten Pulver geregelt werden. Während
sich das Globularpulververfahren zur Herstellung von Pulverkörnern für die Munition
kleiner Waffen als äußerst geeignet erwiesen hat, d. h. wenn der Durchmesser der
einzelnen, fast runden Pulverkörner etwa 0,25 bis 0,64 mm nicht überschreitet, war
es nicht möglich, Globularpulverkörner mit größerem Durchmesser, d. h. mehr als
0,64 mm, in großem Umfang herzustellen.
-
Wälirend bisher gefunden wurde, daß beim Glö#bularpulververfahren
die durchschnittliche Korngröße eines gegebenen Ansatzes in gewissem Umfange durch
die Stärke des Rührens während der Zerteilungsphase des Verfahrens geregelt wird
- je stärker gerührt wird, um so kleiner die Körner, und umgekehrt -, besitzt eine
derartige Regelung sehr bestimmte Grenzen, und vor unserer Erfindung war es nicht
möglich, Ansätze herzustellen, bei denen ein wesentlicher Prozentsatz dies Produktes
sowohl gut geformt (d. h. praktisch rund) war als auch einen Durchmesser von mehr
als 0,64 mm aufwies. Um (bei einem gegebenen Ansatz) die Bildung wesentlicher Mengen
an Globularpulverkörnern mit einem Durchmesser von 0,76 mm oder mehr zu erreichen,
wurde erwogen, einen Lack mit so hoher Viskosität zu benutzen, da,B die Teilchen
nach den in den erwähnten Patenten beschriebenen Verfahren, wie sie früher durchgeführt
wurden, sich nicht runden können.
-
Im Laufe unserer Untersuchungen mit Lacken derart hoher Viskosität
zur Herstellung von großen Körnern entdeckten wir, daß äußere Anteile vieler erhaltener
Körner von dien inneren Anteilen derselben physikalisch verschieden waren. Die Körner
schienen eine Art Schalenhärtung erfahren zu haben, bevor sie vollständig gerundet
oder verfestigt waren, und es ist das Ziel unserer Erfindung, dieses zu vermeiden
bzw. zu überwinden.
-
Die Untersuchung derartiger in der Schale bzw. Hülle gehärteter Körner
führte uns letztlich zu der Ansicht, da,ß das Suspensionsmedium den Lackkörpern
sofort, wenn sie miteinander in Berührung kommen, Lösungsmittel entzieht. Bei Verfolgung
dieser Ansicht entdeckten wir, daß, wenn die Suspensionsflüssigkeit vorher mit einer
geringen Menge des gleichen Lösungsmittels, das zur Herstellung des Lackes benutzt
wird, beladen wird, die Neigung zur Schalenhärtung verringert wird und da.ß dann,
wenn der Punkt eirreicht wird, bei dem der Lösungsmittelgehalt der Suspensionsflüssigkeit
so ist, daß die Kräfte, die Lösungsmittel aus dem Lack in die Suspems.ionsflüssigkeit
ziehen, mit denen im Gleichgewicht stehen, die das Lösungsmittel aus der Suspension.sflüssigkeit
in das Lackkügelchen zu ziehen bestrebt sind, die
endgültig gehärteten
kugeligen Körner aus homogenem Stoff bestehen.
-
Demgemäß schlägt diese Erfindung vor, die Suspensionsflüssigkeit,
die beim Globularpulververfahren benutzt wird, mit Lösungsmittel zu beladen, bevor
vorgeformter Lack mit der Suspensionsflüssigkeit in Berührung kommt. Das Lösungsmittel,
mit dem die Suspensionsflüssigkeit beladen wird, ist vorzugsweise das gleiche wie
das zum Lösen des Grundstoffes für rauchloses Pulver bei der Herstellung des Lackes
angewandte. Wenn z. B. ein Lack, der aus 3 Teilen Äthy 1-acetat und 1 Teil Nitrocellulose
besteht, in Wasser suspendiert wird, wird etwas Äthylacetat durch die Grenzfläche
in das Wasser wandern, bis so viel Äthylacetat in dem Wasser gelöst ist, das ein
Gleichgewicht erreicht ist; so wird den Lackkörpern Lösungsmittel 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, unwesentlich sein. Wenn aber aus wirtschaftlichen oder
anderen Gründen (z. B. bei der Herstellung von Körnern mit +0,76 mm Durchmesser)
der Lack eine relativ hohe Viskosität (d. h. geringen Lösungsmittelgehalt) aufweist,
kann der Verlust an Lösungsmittel, das in die Suspensionsflüssigkeit wandert, um
Gleichgewicht zu erreichen, so groß sein, daß die äußeren Anteile der Lackteilchen
erhärten, so daß sie sich nicht runden.
-
Folglich schlägt die Erfindung vor, die Lösungsmittelmenge vorher
festzulegen, die einer gegebenen Suspensionsflüssigkeit notwendigerweise zugesetzt
werden muß, um ein Gleichgewicht mit einem gegebenen Lack zu erreichen, der in der
Suspensionsflüssigkeit suspendiert werden soll. 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 Proben des gegebenen Lackes und der Flüssigkeit
untersucht 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 Suspensionsflüssigkeit z. B. 2% Äthviacetat (oder irgendein
anderes Lösungsmittel, das in dem Lack enthalten ist), zu, mischt den Lack mit der
1ösungsmittelbeladenen Flüssigkeitsprobe in den gleichen Verhältnissen wie Flüssigkeit
und Lack bei dem betrachteten Verfahren, trennt nach etwa 1minütigem Mischen eine
für die Analvse ausreichende Flüssigkeitsmenge ab und bestimmt den Äthylacetatgehalt
derselben; ist dieser 2%, war die erste Abschätzung richtig; ist dieser 3%, wird
die Untersuchung wiederholt und eine Probe Suspensionsflüssigkeit mit 3% (anstatt
2%) Lösungsmittel beladen und das Verfahren wiederholt, notfalls so lange, bis der
Prozentsatz bestimmt ist, bei dem die Suspensionsflüssigkeit keinen Lösungsmittelzuwachs
erfährt, wenn sie mit dem Lack gemischt wird. Wir haben festgestellt, daß - wenn
einmal eine Bestimmung gemacht wurde -die gleiche Beladung Ansatz für Ansatz angewandt
werden kann, solange die Zusammensetzung der Suspensionsflüssigkeit, die des Lackes
und ihre relativen Mengen gleichbleiben. Wir haben ferner gefunden, daß 2% Äthylacetat
in der Suspensionsflüssigkeit etwa die Mindestbeladung: darstellen, die nötig ist;
um annähernd das Gleichgewicht zu erreichen. Beim Untersuchen 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 Lösungsmittelzucvachs
beim Mischen mit dem Lack ergibt. In diesem Zusammenhang 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 Gleichgewichtswert 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 Berührung 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 außer bei solchen Globularpulververfahren, bei denen
der Lack direkt in Gegenwart der Suspensionsflüssigkeit hergestellt wird, da bei
dieser Art die Suspensionsflüssigkeit beim Verfahren zur Herstellung des Lackes
aus suspendiertem Lösungsmittel und festem Grundpulver unumgänglich mit Lösungsmittel
gesättigt ist. Da der Hauptnutzen der Erfindung auf ihrer Anwendung bei der Herstellung
von großen. kugeligen Körnern beruht, erläutert das folgende besondere Beispiel
die Verhältnisse und Verfahren. nach denen ein Ansatz Globularpulverkörner hergestellt
wird, bei dem mehr als 70% der Körner einen Durchmesser von 0.86 bis 1,04 mm aufweisen
und gut gerundet sind.
-
Der anzuwendende Lack besteht aus einem geeigneten Grundpulver, wie
Nitrocellulose, das in einem Lösungsmittel gelöst ist, das mit der gewählten Suspensionsflüssigkeit
praktisch nicht mischbar ist: soll die Suspensionsflüssigkeit Wasser sein. so ist
Äthvlacetat ein geeignetes Lösungsmittel für das Grundpulvern So kann der Lack z.
B. aus 135 Gewichtsteilen Äthvlacetat und 56 Teilen trockener Nitrocellulose (oder
80 Teilen wasserfeuchter :.\Titrocellulose) hergestellt werden. Zusätze, 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° C erhitzt, bevor die Nitrocellulose zugegeben wird.
Es ist zweckmäßig, die Nitrocellulose allmählich zum Lösungsmittel zu geben und
während des Zusatzes weiterzurühren, bis ein homogener Lack entstanden ist.
-
Die mit dem oben beschriebenen Lack zu benutzende Suspensionsflüssigkei.t
wird wie folgt hergestellt: 14 Teile Gummiarabikum werden zu 50 Teilen Wasser gegeben
und so lange vermischt, bis das Gummiarabikum gelöst ist. Die Gummiarabikumlösung
wird dann in 700 Teile Wasser filtriert, auf 50° C erhitzt und innig gemischt. Wenn
Körner hergestellt werden sollen, die praktisch keine inneren Poren aufweisen, können
27 Teile Natriumsulfat in der Mischung gelöst werden, aber es muß darauf geachtet
werden, daß das Natriumsulfat nicht am Mischgefäß festbackt.
-
Aus früheren Untersuchungen mit dem oben beschriebenen, Lack, und
der Suspensionsflüssigkeit
haben wir festgestellt, daß 15 Teile
Äthylacetat der oben beschriebenen Suspensionsflüssigkeit zugesetzt werden müssen,
damit das Lösungsmittelgleichgewicht erreicht wird, wenn der oben beschriebene Lack
darin verteilt wird. Demgemäß werden also 15 Teile Äthylacetat der oben beschriebenen
Suspensionsflüssigkeit zugesetzt.
-
Bevor sie miteinander in Berührung gebracht werden, werden der Lack
und die Suspensionsflüssigkeit auf eine Temperatur von etwa 60° C erhitzt.
-
Der Lack wird z. B. durch Auspressen und Zerschneiden zu Körpern der
gewünschten Größe zerteilt, so daß die Lackkörper in der Suspensionsflüssigkeit
während des Verfahrens suspendiert bleiben.
-
-Nachdem der Lack zerteilt und die Körper suspendiert 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 aufrechterhalten, während sie 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
zu dem Punkt, an dem das Lösungsmittel, z. B Äthylacetat, aus dem System verdampft,
während die Lackkörper in Suspension gehalten werden.
-
Obgleich die eben beschriebene Ausführungsform besonders geeignet
ist, einen hohen Prozentsatz großer Körner zu ergeben, kann natürlich das beschriebene
Verfahren, wenn die Lackteilchen vorher zu einer kleineren Größe zerteilt werden,
auch zur Herstellung von Globularpulverkörnern mit einem Durchmesser von weniger
als 0,64 mm angewandt werden. Wenn der Lack mit hoher Viskosität angewandt wird
und das vorherige Zerteilen durch Auspressen und Zerschneiden erreicht wird, kann
die Größe der endgültigen Körner innerhalb engerer Grenzen geregelt werden, als
wenn die Zerteilung durch Rühren erfolgt, aber die Anwendung von Lacken mit hoher
Viskosität erfordert Schutzmaßnahmen gegen den Entzug von Lösungsmittel aus dem
Lack durch die Suspensionsflüssigkeit, und letzteres wird durch die vorliegende
Erfindung erreicht.
-
Aus der vorstehenden Beschreibung kann der Fachmann die Art des Verfahrens
der Erfindung und die Verwirklichung ihrer Ziele ersehen. Da das Globularpulververfahren
in der Praxis viele Veränderungen erfahren kann, dient die oben beschriebene Ausführungsform
nur zur Erläuterung; es sind viele Veränderungen der Bestandteile, der Mengen oder
der einzelnen Techniken möglich, ohne daß der Erfindungsbereich verlassen würde.