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Verfahren zur Herstellung von Nitrocelluloseglobularpulver Die Erfindung
betrifft allgemein Sprengstoffe und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung kugelförmiger
Teilchen aus Nitrocellulose von kleiner Korngröße.
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Ein Verfahren zur Herstellung kugeliger Körner von rauchlosem Pulver
ist in der USA.-Patentschrift 2 027 114 vom 7. Januar 1936 beschrieben. Das in dieser
Patentschrift beschriebene Verfahren ist ausgezeichnet zur Herstellung kugeliger
Pulverkörner der Größe geeignet, wie sie normalerweise für Treibmittel in Kartuschen
leichter Waffen verwendet wird, d. h. einer Korngröße von etwa 0,254 bis 0,635 mm,
ist aber zur Herstellung von Produkten ungeeignet, die hauptsächlich Pulverkörner
von etwa 0,304 mm Durchmesser und weniger enthalten. Teilchen von so geringer Größe
sind insbesondere wertvoll zum Formen großer Treibmittelkörner und anderer Gegenstände
aus Nitrocellulose.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von
Teilchen aus Nitrocellulose mit verhältnismäßig geringer Teilchengröße. Ein weiterer
Gegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung kugeliger Teilchen aus Nitrocellulose
mit einer Korngröße von etwa 0,304 mm oder darunter. Ein weiterer Gegenstand der
Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung kugeliger Nitrocelluloseteilchen aus
faseriger Nitrocellulose, ohne dabei die Faserstruktur der Nitrocellulose völlig
zu zerstören, wobei die entstehenden Kügelchen etwa 0,304 mm oder geringeren Durchmesser
haben. Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung praktisch kugelförmiger
Teilchen aus Nitrocellulose, die besonders gut zum Gießen großer Treibmittelkörner
geeignet sind.
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Erfindungsgemäß werden die genannten Ziele allgemein erreicht, indem
ungelatinierte Nitrocellulosefasern in einem nicht lösenden Medium suspendiert werden,
ein Schutzkolloid in: der entstandenen Aufschlämmung dispergiert, derselben in vorher
bestimmter Geschwindigkeit ein Lösungsmittel für die Nitrocellulose, das mit dem
nicht lösenden Medium praktisch nicht mischbar ist, in ausreichender Menge zugesetzt
wird, um die Nitrocellulosefasern zu erweichen, aber nur- teilweise zu gelatinnsieren,
die Aufschlämmung gerührt wird, um die erweichten Nitrocellulosefasern zu zerbrechen
und in. kugelige Form zu bringen, und anschließend das-Lösungsmittel aus den kugeligen
Nitrocellüloseteilchen entfernt wird.
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Es ist wesentlich, däß die Nitrocellulosefasern mit einem Schutzkolloid
behandelt werden, ehe der Aufschlämmung ausreichend Lösungsmittel zum Erweichen
der Fasern zugesetzt worden ist, um ein Zusammenballen der erweichten Fasern zu
verhindern. Faserige Nitrocellulose muß an Stelle von gelatinierter verwendet werden,
um Nitrocelluloseteilchen mit den erfindungsgemäß angestrebten Eigenschaften zu
erhalten.
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Die Größenverteilung der Fasern üblicher Nitrocellulose schwankt zwischen
winzigen Teilchen von etwa 0,013 mm Durchmesser bis zu etwa 0,51 mm Länge und 0,051
mm Querdurchmesser. Der Hauptanteil der Fasern hat Abmessungen von ungefähr 0,025
- 0,25 mm. Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein geeignetes Schutzkolloid
einer Aufschlämmung solcher Faserp in Wasser oder einem. anderen geeigneten, nichtlösenden
Medium zugesetzt und die Aufschlämmung gerührt, bis sich auf jeder Faser ein Schutzüberzug
aus dem Kolloid befindet. Dann wird unter fortgesetztem Rühren langsam das Lösungsmittel
zu der Aufschlämmung gegeben. Das Lösungsmittel*kann Äthylacetat oder jedes andere
Lösungsmittel für Nitrocellulose sein, das praktisch nicht mit dem nicht lösenden
Medium mischbar ist. Bevorzugt hat das Lösungsmittel einen Siedepunkt unter dem
des Nichte lösenden Mittels. Beispiele für geeignete Lösungsmittel außer Äthylacetat
sind Methyläthylketon, Äthylformiat, Butylacetat u. dgl. m. Es kann auch ein geeignetes
Lösungsmittelgemisch, z. B. 80% Methyläthylketon und 20%Toluol, verwendet werden.
Der Zusaiz von Lösungsmittel bewirkt eine Erweichung der winzigen Teilchen, die
allmählich beim Rühren der Aufschlämmung Kugelform annehmen, ohne daß die Nitrocellulose
vollständig gelatiniert. Die großen Fasern werden infolge des Rührens zerteilt,
und die entstehenden kleineren Teilchen nehmen dann eine praktisch kugelige Form
an.
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Der Lösungsmittelzusatz muß in der Weise reguliert werden, daß die
Nitrocelluloseteilchen nur erweichen
und ohne vollständige Auflösung
der Nitrocellulose oder, mit anderen Worten, ohne Bildung eines Lacks, wie er nach
dem in der USA-.-Patentschrift 2 027 114 beschriebenen Verfahren gebildet wird,
abgerundet werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Teilchen
mit Faserstruktur verleihen den daraus geformten Produkten größere -Festigkeit als
vollständig gelatinierte Nitrocelluloseteilchen, wie- -sie nach dem in der USA.-Patentschrift
2 027 114 beschriebenen Verfahren erhalten werden. Das Lösungsmittel kann der Aufschlämmung
in jeder Geschwindigkeit zugesetzt werden, bis die Aufschlämmung ausreichend Lösungsmittel
enthält, daß die N itrocellulosc zu erweichen beginnt. Bei dem Flüssigkeitspaar
Wasser-Äthylacetat tritt dies ein, wenn etwa 1,6 Teile Lösungsmittel je Teil Nitrocellulose
praktisch gleichmäßig in etwa 10 bis 17 Teilen Wasser je Teil Nitrocellulose verteilt
sind. Die Lösungsmittelkonzentration wird dann allmählich durch Zusatz von Lösungsmittel
zu der Aufschlämmung in einer Geschwindigkeit von nicht mehr als etwa 0,25 Teilen
Lösungsmittel je 100 Teile Nitrocellulose je Sekunde erhöht. Unter den meisten Bedingungen
ist in einem Wasser-Äthylacetat-Gemisch eine Endkonzentration von nicht mehr als
etwa 200 Teilen Lösungsmittel je 100 Teile Nitrocellulose erforderlich, um nur teilweise
gelatinierte kugelige Nitrocelluloseteilchen der erfindungsgemäß angestrebten Art
zu bilden, doch wurde gefunden, daß bis zu etwa 300 Teile Lösungsmittel je 100 Teile
Nitrocellulose verwendet werden können, ohne daß sich die Nitrocellulose vollständig
löst und zu einer zusammenhängenden Lackphase zusammenläuft, wie sie in der zuvor
erwähnten Patentschrift beschrieben wird. Dieses Verhältnis kann sich bei anderen
Systemen etwas ändern, doch ist es bei jedem System zweckmäßig, nur so viel Lösungsmittel
zu verwenden, wie zum Erweichen und nicht vollständigen Auflösen der Nitrocellulose
erforderlich ist, so daß ein Zusammenlaufen vermieden wird. Nachdem die Teilchen
Kugelform angenommen haben, wird das Lösungsmittel aus der Aufschlämmung auf irgendeine
geeignete Weise, z. B. durch Destillieren oder Hindurchblasen von Luft oder einem
anderen geeigneten Gas, entfernt.
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Jedes geeignete Schutzkolloid kann verwendet werden. Vorteilhaft kann
z. B. Gummiarabikum oder ein tierischer Leim verwendet werden.
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Um die Erfindung besser zu erläutern und ausführlicher darzulegen,
wird die folgende ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform gegeben:
Etwa 100 Gewichtsteile faserige, nitrierte Baumwollabfälle (Linters) mit einem Stickstoffgehalt
von etwa 12,6% und einer Viskosität von etwa 8 Sekunden, nach der Herculesschen
Kugelfallmethode ermittelt, werden in etwa 1500 Teilen Wasser aufgeschlämmt. Etwa
50 Gewichtsteile Gummiarabikum werden zu der Aufschlämmung gegeben, und diese wird
gerührt, bis die Nitrocellulosefasern vollständig mit Gummiarabikum überzogen sind.
Etwa 1 Gewichtsteil Dinitrodiphenylamin wird zugesetzt.
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Der Inhalt des Gefäßes wird dann auf etwa 18 bis 20° C erwärmt, und
der Aufschlämmung werden etwa 160 Gewichtsteile Äthylacetat zugesetzt. Es wird weitergerührt,
bis das Lösungsmittel praktisch gleichmäßig in der Aufschlämmung verteilt ist. Insgesamt
werden dann weitere 140 Teile Äthylacetat mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,25
Gewichtsteilen je Sekunde zugesetzt, wobei weitere 30 Minuten oder so lange gerührt
wird, bis die Teilchen praktisch Kugelform angenommen haben. Etwa 90 Teile Natriumsulfat,
in etwa 300 Teilen Wasser gelöst, werden zugesetzt, und es wird weitergerührt, bis
die Lösung praktisch gleichmäßig mit der Aufschlämmung vermischt ist. Die Temperatur
der Aufschlämmung wird auf den. Siedepunkt erhöht und bei dieser Temperatur gehalten,
bis praktisch alles Lösungsmittel daraus entfernt worden ist und die erweichten
Nitrocelulosekügelchen unter Erhaltung ihrer Kugelform erhärtert sind. Etwa 87%
der in dieser Weise erhaltenen kugeligen Nitrocelluloseteilchen haben einen Durchmesser
von etwa 0,304 mm oder darunter. Etwa 87% der Teilchen haben einen Durchmesser von
0,254 mm oder weniger. Etwa 46"/o, der Teilchen haben einen Durchmesser von 0,152
min oder darunter, etwa 37% haben einen Durchmesser von etwa 0,127 mm oder darunter,
und etwa 28% haben etwa 0,102 mm Durchmesser oder darunter,. Die kugelförmigen Teilchen
sind nur teilweise gelatiniert.
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Das beschriebene Verfahren wurde wiederholt, nur wurde nach Zusatz
von etwa 160 Teilchen Lösungsmittel zu der Aufschlämmung von etwa 100 Teilen Nitrocellulose
und etwa 1500 Teilen Wasser weiteres Lösungsmittel mit einer Geschwindigkeit von
etwa 5 Teilen je Sekunde zugesetzt, bis insgesamt etwa 300 Teile Lösungsmittel zugesetzt
worden waren. Nur etwa 52% der entstandenen Teilchen hatten Durchmesser von 0,304
mm oder darunter, etwa 370/0 weniger als 0,254 mm, etwa 16% weniger als 0,152 mm
Durchmesser, etwa 130/a weniger als 0,127 mm und etwa 11°/o weniger als 0,102 mm
Durchmesser.
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Wenn das beschriebene Verfahren mit der Ausnahme wiederholt wird,
daß nach Zusatz der ersten 160 Teile Lösungsmittel die Geschwindigkeit des Lösungsmittelzusatzes
etwa 15 Teile je Sekunde beträgt, bis insgesamt etwa 300 Teile eingetragen sind,
enthält das Produkt etwa 50% kugelige Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 0,304
mm oder weniger, etwa 43% mit einem Durchmesser von 0,254 mm oder weniger, etwa
32% mit einem Durchmesser von etwa 0,152 mm oder weniger, etwa 280/a Teilchen mit
einem Durchmesser von etwa 0,127 mm oder darunter und etwa 26a/@ Teilchen mit einem
Durchmesser von 0,102 mm oder weniger.
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Etwa 90% der Teilchen, die bei einem typischen Ansatz gemäß dem Verfahren
der USA.-Patentschrift 2 027 114, bei dem das rauchlose Pulver vollständig zu einem
Lack gelöst und dieser Lack dann zu Kügelchen zerkleinert wird, erhalten wurden,
haben Durchmesser von etwa 0,63 bis 0,234 mm.
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Es gibt bisher keine exakte Erklärung dafür, weshalb das erfindungsgemäße
Produkt vorwiegend aus Teilchen von 0,304 mm Durchmesser oder darunter besteht.
Es wird jedoch angenommen, daß wegen der Struktur der Nitrocellulose jede Faser
in Teilchen der gewünschten Größe zerbricht, wenn die Faser durch das Lösungsmittel
erweicht wird, und daß wegen des Vorhandenseins eines Films aus einem Schutzkolloid
auf der Oberfläche der Fasern die entstandenen kleinen Teilchen nicht ineinander-
bzw. zusammenlaufen. Den Ergebnissen einiger Versuche nach hat es den Anschein,
daß nach dem Erweichen der Faser durch das Lösungsmittel diese an jedem Knoten bricht.
In jedem Falle besteht das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Produkt
vorwiegend aus nur teilweise gelatinierten Nitrocelluloseteilchen mit größten Abmessungen
von nicht mehr als etwa 0,304 mm. Obgleich die Beispiele mit Wasser als nicht lösendem
Medium beschrieben wurden, kann selbstverständlich
jedes andere
geeignete Nichtlösungsmittel für Nitrocellulose verwendet werden, vorausgesetzt,
daß es mit dem Lösungsmittel für die Nitrocellulose praktisch nicht mischbar ist.
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Die Teilchen können gegebenenfalls mit einem nicht explosiven Weichmacher,
wie Dibutylphthalat, Dinitrotoluol, Diphenylphthalat, Diamylphthalat, Athylcentralit,
oder irgendeinem anderen Phlegmatisierungsmittel behandelt werden. Ebenso können
die Teilchen auch gegebenenfalls mit einem die Sprengkraft steigernden Weichmacher,
wie einem flüssigen Salpetersäureester eines mehrwertigen Alkohols einschließlich
Nitroglycerin, Nitroglykol od. dgl. überzogen werden. Ferner können verschiedene
Modifizierungsmittel, wie Mennige, Pb304, Bleiglätte, Bleistannat oder eine andere
Substanz, die die Brenngeschwindigkeit der Pulverkörner modifiziert, nach irgendeinem
geeigneten Verfahren auf die Oberfläche der Nitrocelluloseteilchen aufgebracht werden.
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Obgleich die Erfindung oben in beträchtlichen Einzelheiten beschrieben
worden ist, ist selbstverständlich der Zweck dieser Einzelheiten nur die Verdeutlichung
der Erfindung, denn es können viele Abänderungen erfolgen, ohne daß der in den folgenden
Patentansprüchen umrissene Erfindungsbereich verlassen wird.