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Verfahren zum Verdichten von Nitrocellulose Die Erfindung bezieht
sich auf die Herstellung einer Nitrocellulose, welche frei fließend ist, eine hohe
Massedichte hat und auch verbesserte Löslichkeitseigenschaften aufweist, und auf
ihre Verwendung bei der Herstellung von gegossenen doppelbasischen körnigen Treibsätzen.
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Handelsübliche Nitrocellulose wird heute in faseriger Form hergestellt
und verkauft. Die Massedichte des Produktes ist niedrig, was verhältnismäßig hohe
Transportkosten verursacht. Dieser Nachteil wird teilweise durch Zusammenpressen
der Nitrocellulose mit einer Ramme zur Vergrößerung der Faßfüllungen überwunden.
Infolge des Zusammendrückens beim Verpacken ist für den Nitrocelluloseverbraucher
das faserige Material sehr schwierig aus den Behältern zu entleeren. Ein zusätzlicher
Nachteil der üblichen Handelsnitrocellulose ist die Neigung, zusammenzubacken und
große, sich langsam lösende Klumpen zu bilden, wenn sie zu Lösungsmitteln in gewissen
Lösungsanlagen zugesetzt wird.
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Bisher haben Versuche zum Ändern der physikalischen Form der üblichen
Nitrocellulose mit Lösungsmitteln das Auflösen der Nitrocellulose in dem Lösungsmittel
und anschließendes Bilden einer Suspension oder einer Emulsion der erhaltenen Nitrocelluloselösung
in Wasser umfaßt, wonach das Lösungsmittel durch verschiedene Mittel, wie z. B.
Sprühtrocknen, Aufkochen der Emulsion usw., zum Fällen der Nitrocellulose in feiner
Teilchenform entfernt wurde. Jedoch sind diese früheren Verfahren kostspielig und
langwierig gewesen, und das erzeugte Produkt ist gewöhnlich von einer sehr feinen,
sogar staubigen Teilchengröße. Große Mengen an Lösungsmittel mußten angewendet werden,
um die Nitrocelluloselösungen herzustellen, und zwar in der Größenordnung von 2,5
bis 20 oder noch mehr Gewichtsteilen für jeden behandelten Nitrocelluloseteil. Dies
benötigt Anlagen zum Umgehen und Wiedergewinnen großer Lösungsmittelmengen. Überdies
enthalten diese bekannten Verfahren verschiedene langwierige unwirtschaftliche Behandlungsstufen,
und während für einige Zwecke eine sehr feine Teilchengröße erwünscht oder notwendig
ist, so ist doch für die meisten Zwecke die sehr feine und sogar staubige nach dem
früheren Verfahren erzeugte Teilchengröße weder erwünscht noch notwendig.
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Überdies ist bekannt, daß gegossene körnige Treibsätze nicht unmittelbar
aus faseriger Nitrocellulose hergestellt werden können. Der Grund ist, daß eine
ausreichend große Masse faseriger Nitrocellulose nicht in die Gießform gepreßt werden
kann und auch weil die Lösungsmitteleinwirkung der Gießflüssigkeit auf faserige
Nitrocellulose so schnell ist, daß Lösen und Verstopfen eintritt, bevor eine gleichförmige
Verteilung der Gießflüssigkeit durch die ganze Masse erzielt werden kann. Demgemäß
ist es bisher notwendig gewesen, faserige Nitroceilulose in kleine dichte, gleichförmige,
völlig kolloidisierte Körnchen von einzelbasischem Treibsatz-Gießpulver nach Verfahren
für rauchloses Pulver überzuführen, und bekannte Verfahren zur Herstellung solcher
Körner sind langwierig und kostspielig.
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Form von Nitrocellulose
zu erzeugen, welche wirtschaftlicher transportiert, leichter aus den Behältern entleert
werden kann und verbesserte Lösungseigenschaften besitzt.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren
zum Verändern der physikalischen Form von Nitrocellulose aus der faserigen in die
körnige Form zu schaffen, welches wirtschaftliche und verfahrensmäßige Vorteile
über bekannte Verfahren besitzt und im wesentlichen die Beschränkungen und Mängel
der bisherigen Verfahren überwindet.
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Diese und andere Ziele werden gemäß der Erfindung erreicht, welche,
allgemein gesprochen, darin besteht, daß faserige Nitrocellulose unter Rühren in
einem erwärmten wäßrigen Bad mit einem organischen flüssigen Lösungsmittel zusammengebracht
wird, welches aktives Lösungsvermögen für die Nitrocellulose besitzt und ein niedrigstsiedendes
azeotropisches Gemisch mit Wasser bildet, wobei dieses Lösungsmittel in einer Menge
anwesend ist, um die faserige Struktur der Nitrocellulose ohne deren Auflösung aufzuweichen
und zu zerstören, und wobei das Bad auf
mindestens dem Siedepunkt
des Wasser-Lösungsmittelazeotrops während der ganzen Berührungszeit zwischen Nitrocellulose
und diesem Lösungsmittel gehalten wird, worauf im wesentlichen das ganze Lösungsmittel
durch Destillation unter fortwährendem Rühren entfernt wird, um glatte, gehärtete,
verdichtete und unregelmäßige Teilchen aus teilkolloidisierter Nitrocellulose zu
bilden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird faserige
Nitrocellulose mit Wasser gemischt und verrührt, um einen wäßrigen Nitrocellulosebrei
zu bilden. Nitrocelluloselösungsmittel wird dann unter Rühren zu dem wäBrigen Nitrocellulosebrei,
welcher mindestens auf den Siedepunkt des Wasser-Lösungsmittel-Azeotrops unter Rückflußbedingungen
erwärmt wird, in einer ausreichenden Menge zugesetzt, um die faserige Struktur der
Nitrocellulose ohne ihre Auflösung zu zerstören, worauf dann im wesentlichen das
gesamte Lösungsmittel durch Destillation unter ständigem Rühren und unter Bildung
von glatten, gehärteten, verdichteten und unregelmäßigen Nitrocelluloseteilchen
entfernt wird. Bei diesem Verfahren wird das organische Lösungsmittel auf der Nitrocellulose
verteilt, wodurch sie erweicht und ihre faserige Struktur zerstört wird. Jedoch
wird die Nitrocellulose nicht aufgelöst, und die so veränderten Teilchen werden
durch im wesentlichen völliges Wegkochen des Lösungsmittels gehärtet. Rühren wird
fortgesetzt, bis das Härten vollendet ist, um Zusammenbacken zu verhindern. Das
angefallene Nitrocelluloseprodukt kann in der wasserfeuchten für Transport geeigneten
Form gewonnen werden, oder das Wasser in dem Endprodukt kann mit Alkohol verdrängt
werden, um eine alkoholfeuchte, für den Transport geeignete Nitrocellulose zu geben.
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Wenn gewünscht wird, das Nitrocelluloseprodukt der Erfindung für die
Herstellung von doppelbasischen Treibsatzkörnern zu verwenden, werden die glatten,
gehärteten, verdichteten, unregelmäßigen Nitrocelluloseteilchen getrocknet, und
eine bestimmte Menge der trockenen dichten Teilchen, vorzugsweise nach einem Sieben,
um jegliche größere Teilchen daraus zu beseitigen, wird in eine geeignete Gießform
gegeben und die beschickte Gießform unter Vakuum für eine geeignete Zeit gebracht.
Eine bestimmte Menge an Gießflüssigkeit, welche Nitroglycerin und geeignete desensibilisierende
Weichmacher enthält, mit oder ohne Stabilisatoren und/oder anderen Zusätzen, um
die Brenngeschwindigkeit des anfallenden Treibsatzkorns beim Abfeuern zu regeln,
wird dann in die Form eingeführt, um alle Hohlräume zwischen den Nitrocelluloseteilchen
völlig auszufüllen und gerade die Nitrocelluloseteilchen zu bedecken. Die Mischung
aus verdichteten Nitrocelluloseteilchen und Gießflüssigkeit wird dann in der Form
gehärtet, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur während einer geeigneten Zeitdauer,
z. B. während 96 Stunden bei 60° C. Während des Härtens absorbieren die Nitrocelluloseteilchen
alle Gießflüssigkeit, und infolge der lösenden Einwirkung der Gießflüssigkeit auf
die Nitrocelluloseteilchen wird diese gequollen und völlig kolloidisiert, und die
ganze Masse in der Form verdichtet sich und schweißt zusammen zu einer festen einheitlichen
homogenen kolloiden Struktur entsprechend der Gestalt der Form. Nach dem Härten
ist das gegossene Treibsatzkorn fertig zur Verwendung in der Rakete, für welche
es bestimmt ist.
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Nachdem die allgemeine Art der Erfindung dargelegt wurde, werden die
folgenden Beispiele als besondere Erläuterung gegeben. Jedoch ist die Erfindung
nicht auf die Beispiele beschränkt, sondern ist verschiedener Abänderungen innerhalb
der Ansprüche fähig. Alle angegebenen Teile und Prozentsätze sind gewichtsmäßige.
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Beispiel 1 105 Teile (Trockenbasis) faserige wasserfeuchte Nitrocellulose
mit 1211/o Stickstoff, 1/2 Sekunde Viskosität, wurden mit 945 Teilen Wasser angeschlämmt.
Der Brei wurde in einem dampfdichten, mit einem Rückflußkondensator ausgestatteten
Gefäß erwärmt und gerührt. Nachdem die Temperatur 82° C erreicht hatte, wurden 111
Teile Methyläthylketon innerhalb 2 Minuten unter Rückfluß zugesetzt, um als organisches
flüssiges Lösungsmittel für die Nitrocellulose zu dienen. Ein Kondensator wurde
dann für die Entfernung des Lösungsmittels angebracht. Die Umfangsgeschwindigkeit
des Rührwerks wurde auf 300 m/Min. gehalten, während das Lösungsmittel und Wasser
aus dem Gemisch abdestilliert wurden, bis die Temperatur 100° C erreichte. 30 Minuten
waren zur Vollendung der Destillation erforderlich. Das wasserfeuchte Produkt bestand
aus kleinen, glatten, gehärteten, unregelmäßigen Teilchen. Die Massedichte war 520
g/1.
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Beispiel 2 105 Teile (Trockenbasis) faserige wasserfeuchte Nitrocellulose
mit 12% Stickstoff und 1/2 Sekunde Viskosität wurden mit 945 Teilen Wasser angeschlämmt.
Der Brei wurde in einem dampfdichten, mit einem Rückflußkondensator ausgestatteten
Gefäß erwärmt und gerührt. Sobald die Temperatur 82° C erreichte, wurden 133 Teile
Methyläthylketon unter Rückfluß in 3 Minuten zugesetzt. Ein Kondensator wurde dann
zur Entfernung des Lösungsmittels angebracht. Die Umfangsgeschwindigkeit des Rührwerks
wurde auf 300 m/Min. gehalten, während das Lösungsmittel und Wasser aus der Mischung
abdestilliert wurden, bis die Temperatur 100° C erreichte. 30 Minuten waren zur
Vollendung der Destillation erforderlich. Das wasserfeuchte Produkt bestand aus
glatten, harten, dichten, unregelmäßigen Teilchen von etwa 3 bis 6 mm in ihrer größten
Abmessung. Die Massedichte war 705 g/1.
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Beispiel 3 105 Teile (Trockenbasis) nichtjordanierte, faserige, wasserfeuchte
Nitrocellulose mit 12,611/o Stickstoff und 22 Sekunden Viskosität wurden mit 595
Teilen Wasser angeschlämmt. Der Brei wurde in einem wasserdichten, mit einem Rückflußkondensator
ausgestatteten Gefäß erwärmt und gerührt. Sobald die Temperatur 100° C erreicht
hatte, wurden 144 Teile n-Butylacetat unter Kühlen der Mischung auf den Siedepunkt
des Azeotrops, das ist 90,2° C, zugesetzt. Ein Kondensator wurde dann für die Lösungsmittelentfernung
angebracht. Das Rühren wurde fortgesetzt, während das Lösungsmittel und Wasser aus
dem Gemisch abdestilliert wurden, bis die Temperatur 100° C erreichte. 70 Minuten
waren zur Vollendung der Destillation erforderlich. Das wasserfeuchte Produkt bestand
aus glatten, harten, dichten, unregelmäßigen Teilchen. Die Massedichte war 672 g/1.
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Beispiel 4 105 Teile (Trockenbasis) nichtjordanierte, faserige, wasserfeuchte-Nitrocellulose
mit 12,6% Stickstoff und 22 Sekunden Viskosität wurden mit 945 Teilen Wasser
angeschlämmt.
Der Brei wurde in einem dampfdichten, mit Rückflußkondensator ausgestatteten- Gefäß
erwärmt und gerührt. Sobald die Temperatur 90° C erreicht hatte, wurden 201 Teile
Methylisobutylketon zugesetzt. Das Lösungsmittel, welches während seines Zusetzens
zu dem erwärmten Brei abdestillierte, wurde durch den Rückflußkühler zu dem siedenden
Gefäß zurückgeleitet. Der Siedepunkt der azeotropischen Mischung war 87,9° C. Der
Kondensator wurde dann zwecks Lösungsmittelentfernung angebracht. Das Rühren wurde.
fortgesetzt, während das Lösungsmittel und Wasser aus dem Gemisch abdestilliert
wurden, bis die Temperatur 100° C erreichte. Die Umfangsgeschwindigkeit des Rührwerks
während des Lösungsmittelzusatzes und seiner Entfernung war etwa 190 m/Min. Das
wasserfeuchte Produkt bestand aus kleinen, harten, dichten, unregelmäßigen Teilchen.
Die Massedichte war 655 g/1. Beispiel 5 105 Teile (Trockenbasis) jordanisierte,
faserige, wasserfeuchte Nitrocellulose mit 12,6% Stickstoff und 22 Sekunden Viskosität
wurden mit 945 Teilen Wasser angeschlämmt. Der Brei wurde in einem dampfdichten,
mit einem Rückflußkühler ausgestatteten Gefäß erwärmt und gerührt. Sobald die Temperatur
91° C erreicht hatte, wurden 186 Teile Methylisobutylketon, welches 1 Teil 2-Nitrodiphenylamin
enthielt, zugesetzt. Dieser Zusatz kühlte das Gemisch auf den Siedepunkt des Azeotrops,
d'as ist 87,9° C. Ein Kondensator wurde dann zwecks Lösungsmittelentfernung angebracht.
Das Rühren wurde fortgesetzt, während Lösungsmittel und Wasser aus der Mischung
abdestilliert wurden, bis die Temperatur 100° C erreichte. 97 Minuten waren zur
Vollendung der Destillation erforderlich. Das wasserfeuchte Produkt bestand aus
glatten, harten, dichten, unregelmäßigen Teilchen. Die Massedichte war 665 g/1.
Beispiel 6 Ein 9,5% Nitrocellulose-Wasser-Brei, welcher etwa 900 kg (Trockenbasis)
faserige RS 1/2 Sekunde Nitrocellulose enthielt, wurde in ein etwa 15 0001 fassendes
senkrechtes ummanteltes Gefäß aus nichtrostendem Stahl gepumpt. Das Gefäß war mit
einem wassergekühlten Rückflußkondensator und einem sechsschaufeligen Turborührwerk,
angetrieben mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 380 m/Min., versehen. Der
gerührte Brei wurde auf 80°C in dem Gefäß mit Mantel- und Sprühdampf erwärmt. 1000
kg Methyläthylketon wurden in das Gefäß mit einer Geschwindigkeit von 70 kg/Min.
gepumpt. Während des Lösungsmittelzusatzes wurde der Sprühdampf abgestellt, und
der Manteldampf wurde nach Bedarf verwendet, um die Mischung auf dem Siedepunkt
des Azeotrops, das ist 73,5° C, zu halten. -Das gesamte Kondensat wurde in das Gefäß
zurückgeleitet. Das Lösungsmittel wurde dann durch Destillation während 30 Minuten
unter Verwendung von Sprüh- und Manteldampf entfernt, bis die Temperatur 100° C
erreichte. Das Rühren wurde während der Lösungsmittelzugabe und -entfernung fortgesetzt.
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Die so verdichtete Nitrocellulose wurde aus dem Gefäß in Ablaufbehälter
fallen gelassen, und nach Abtropfen des Wassers wurde denaturierter Äthylalkohol
(2 B Formel) von 65° C durch die Nitrocellulose während 35 Minuten geleitet, wobei
frischer Alkohol in die Gefäße in ausreichender Menge, um die Nitrocellulose bedeckt
zu halten, gepumpt- wurde. Hierauf folgte eine gleiche Behandlung mit nichterwärmtem
Alkohol während 35 Minuten. Das Produkt wurde 15 Minuten abtropfen gelassen und
dann in Fässer verpackt. Das alkoholfeuchte Produkt bestand aus kleinen, glatten,
dichten, unregelmäßigen Teilchen mit einer Massedichte von 496 g/1. Der Alkoholgehalt
war 30%.
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" Beispiel 7 150 Teile (Trockenbasis) wasserfeuchte, faserige Nitrocellulose
mit 12,60% Stickstoffgehalt wurden nach üblicher vorhergehender Stabilisierungsbehandlung,
aber vor dem jordanieren, mit 1350 Teilen Wasser in einem mit Rührwerk und Rückflußkondensator
ausgerüsteten Gefäß angeschlämmt. Der Brei wurde auf 100° C unter Rühren erwärmt,
worauf 308 Teile Butylacetat zu dem erwärmten gerührten wäßrigen Nitrocellulosebrei
in etwa 2 Minuten zugesetzt wurden, wobei die Temperatur -der Mischung auf etwa
91° C sank, während der Siedepunkt des Butylacetat-Wasser-Azeotrops 90,2° C ist.
Im wesentlichen das ganze Lösungsmittel wurde dann durch Destillation entfernt,
während Erwärmen und Rühren fortgesetzt wurden, bis die Temperatur des Breis 100°
C erreichte. Die Nitrocellulose wurde, ohne gelöst zu werden, aus ihrem Anfangszustand
in glatte, gehärtete, verdichtete, unregelmäßige Teilchen übergeführt mit einer
Massedichte von 704 g/1.
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Beispiel 8 5000 g (Trockenbasis) wasserfeuchte, faserige Nitrocellulose
mit 12,6% Stickstoff wurden nach der üblichen vorhergehenden Stabilisierungsbehandlung,
aber vor dem jordanieren, mit 45 000 g Wasser in einem-75-1-Gefäß mit Mantel, ausgerüstet
mit einem Kondensator und einem 30 cm Durchmesser Turborührwerk, angetrieben mit
200 Umdr./Min., gebracht. Die Mischung wurde auf 91° C durch Manteldampf erwärmt.
9510 g Methylisobutylketon wurden dann zu dem erwärmten wäßrigen Nitrocellulosebrei
unter Rückflußbedingungen und Rühren zugesetzt, was etwa 15 Minuten erforderte.
Die Destillation wurde dann unter stetigem Rühren während 90 Minuten ausgeführt,
währenddessen die Destillationstemperatur allmählich auf den Siedepunkt von Wasser
anstieg. Die Destillation unter Rühren wurde während noch weiterer 140 Minuten fortgesetzt..
Im wesentlichen das ganze Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt, und die
Nitrocellulose wurde, ohne gelöst zu werden, aus ihrem anfänglichen faserigen Zustand
in glatte, gehärtete, verdichtete, unregelmäßige Teilchen mit einer Massedichte
(Trockenbasis) von 656 g/1 übergeführt. Nitrocellulose in ihrem anfänglichen faserigen
Zustand, hergestellt aus entweder Baumwolllinters oder Holzzellstoff, hat eine Massedichte
von etwa 128 bis 240 g/1.
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Das so erhaltene verdichtete Produkt wurde abgesiebt, um größere Teilchen
als von 20 Maschen zu entfernen, und -der Teil des Produkts, welcher durch ein 20-Maschen-Sieb
hindurchging, wurde in einem Trog in warmer Luft bei etwa 60° C getrocknet, um das
ganze Wasser zu entfernen. Das getrocknete Produkt enthielt im wesentlichen weniger
als 1 Gewichtsprozent Gesamtflüchtiges. Etwa 150 g der angefallenen trockenen, verdichteten
Nitrocelluloseteilchen wurden dann in einem rohrförmigen Celluloseacetatbecher von
etwa 30 cm Länge und 4 cm innerem Durchmesser gebracht, welcher in geeigneter Weise
in einer leicht entfernbaren
Form aus starrem Material abgestützt
war, welche mit einer mit Ventil versehenen Vakuumleitung an dem Boden und mit einer
mit Ventil versehenen Gießflüssigkeitsleitung an der Spitze ausgerüstet war. Die
gefüllte Form wurde unter einem Druck von weniger als 10 mm Quecksilber absolut
während 16 Stunden gebracht. Während das Vakuum auf der beschickten Form aufrechterhalten
wurde, wurde Gießflüssigkeit unter einem hydrostatischen Druck von etwa 0,7 bis
2 kg/cm2 in die beschickte evakuierte Form eingeführt, bis alle Zwischenräume zwischen
den Nitrocelluloseteilchen mit der Gießflüssigkeit ausgefüllt waren und etwas Gießflüssigkeit
in eine Vakuumfalle übergeflossen war, worauf die Zufuhr an Gießflüssigkeit abgestellt
wurde. Das Vakuum wurde auf der Form während des ganzen Gießprozesses aufrechtgehalten,
und als das Gießen vollendet war, wurden die Gießflüssigkeiten und Vakuumleitung
von der Form abgenommen. Der Guß wurde dann in der Form bei 60" C während 96 Stunden
gehärtet.
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Der fertige Guß war nach der Entfernung aus der Form hart und gut
verdichtet und enthielt etwa 150 g Gießflüssigkeit, so daß das Verhältnis von Nitrocellulose
zu Gießflüssigkeit im wesentlichen 1 : 1 auf Gewichtsbasis war. Die Zusammenstellung
der verwendeten Gießflüssigkeit war folgende:
| Gewichtsteile |
| Nitroglycerin ...................... 72 |
| Triacetin (Glyceryltriacetat) ........ 27 |
| 2-l#Titrodiphenylamin ................ 1 |
Das gehärtete Treibsatzkorn wurde nach der Augenscheinnahme in Stücke von etwa 4
cm Länge geschnitten, welche erfolgreich in einem üblichen belüfteten Gefäß mit
einem Düsendurchmesser von 0,25 mm abgefeuert wurden, um die folgenden normalen
ballistischen Werte zu ergeben:
| Brenn- |
| Druck in kg/ cm= geschwindig- |
| Brennzeit keit |
| in Sekunden 1/z Bahn |
| Brennzeit |
| P1 [ P2 I P3 I Max. in Sekunden |
| r |
| 21,2 l 13,8 13,2 ` 21,2 I 9,63 I 0,104 |
| P1 bezeichnet den Druck, aufgenommen 1 Sekunde |
| nach der Zündung, |
| P., bei der Halbzeit des Verbrennens; |
| P3 bezeichnet den Druck, aufgenommen 1 Sekunde |
| vor dem Ende des Verbennens. |
Das belüftete, bei diesen und späteren Prüfungen benutzte Gefäß war ein üblicher
feststehender Raketenmotor, ausgerüstet mit automatischen Einrichtungen für ein
stetiges Aufschreiben in Form einer während des Verbrennens als eine Funktion der
Zeit entwickelter Kurve. Solch belüftete Gefäße gehören zur Standardausrüstung in
allen ballistischen Labors, welche sich mit der Auswertung von festen Treibsatzkörnern
für Raketen oder Gasgeneratoren befassen.
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Es ist zu beachten, daß die in diesem Beispiel verwendete Nitrocellulose
nach einer vorhergehenden Stabilisierungsbehandlung, aber vor dem Jordanieren, genommen
wurde. Demgemäß bedeutet dies, daß die \'Titrocellulose nicht dem üblichen jordanieren
unterworfen wurde, gefolgt von der üblichen 4stündigen Sodakochung, einer Wasserwäsche,
einer 2stündigen Neutralkochung, einer Wasserwäsche, einer 1stündigen Neutralkochung,
einer Wasserwäsche, einer 1stündigen Neutralkochung und einer schließlichen Wasserwäsche.
Die vollständige übliche Stabilisierungsbehandlung von Nitrocellulose,welche für
feste Treibsatzkörner oder rauchloses Pulver verwendet werden soll, kann in Kürze
wie folgt angegeben werden: Die Nitrocellulose wird nach dem Zentrifugieren und
Eintauchen in Wasser einem 24 stündigen Säurekochen in einem wäßrigen Bad unterworfen,
welches etwa 0,35 % Azidität, berechnet auf Schwefelsäure, enthält. Hierauf folgt
eine Wasserwäsche, ein 8stündiges Neutralkochen in Wasser, eine Wasserwäsche, ein
anderes 8stündiges Neutralkochen, eine Wasserwäsche, gefolgt vom Jordanieren, eine
4stündige Sodakochung, eine Wasserwäsche, ein 2stündiges Neutralkochen, eine Wasserwäsche
und ein 1stündiges Neutralkochen, eine Wasserwäsche, ein 1stündiges Neutralkochen
und schließliches Waschen mit Wasser. Dies entspricht der Vorschrift JANT-N-244
vom 31. Juli 1945, Joint Army-Navy Specification, Nitrocellulose, S. 3. Der Umstand,
daß jordanierung und schließliches Stabilisieren nach dem jordanieren gemäß der
Erfindung unterlassen werden kann, ist ein wichtiger Vorteil von ihr, wie sich aus
dem folgenden Beispiel 9 ergibt. Beispiel 9 Ein Muster faseriger Nitrocellulose
mit 12,6% Stickstoffgehalt nach dem Nitrieren, Zentrifugieren und Tauchen in Wasser
wurde 12 Stunden in Säure (0,3 bis 0,4% Azidität als Schwefelsäure) gekocht, mit
Wasser gewaschen, in Wasser 8 Stunden gekocht und mit Wasser gewaschen. Die 134,5°
C-Wärmestabilitätsprüfung war 10 Minuten. Die Viskosität war 25,2 Sekunden. Völlig
stabilisierte Nitrocellulose, welche für rauchloses Pulver oder als Treibsatzkorn
verwendet werden soll, hat normalerweise eine Stabilität von 30 Minuten bei 134,5°
C Wärmestabilitätsprüfung. 5000 g der obigen teilstabilisierten Nitrocellulose wurden
mit 45 000 g Wasser in einem 75-1-Mantelgefäß, ausgerüstet mit einem Kondensator
und einem Turbinenrührer von 36 cm Durchmesser, angetrieben mit 200, Umdr./Min.,
angeschlämmt. Der Brei wurde auf 91° C unter Verwendung von Manteldampf erwärmt.
9500 g Methy lisobutylketon, welche 50 g 2-1\Titrodiphenylamin enthielten, wurden
dann zu dem erwärmten wäßrigen Nitrocellulosebrei unter Rückflußbedingungen und
Rühren zugesetzt, was etwa 4 Minuten erforderte. Die Destillation wurde dann unter
ständigem Rühren während 45 Minuten durchgeführt, während welcher Zeit die Destillationstemperatur
allmählich auf 100° C anstieg. Die Destillation wurde noch weitere 10 Minuten fortgesetzt.
Im wesentlichen das ganze Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt, und die
Nitrocellulose wurde, ohne gelöst zu werden, aus ihrem anfänglichen faserigen Zustand
in glatte, gehärtete, verdichtete, unregelmäßige Teilchen übergeführt, welche eine
Wärmestabilität bei 134,5° C von 73 Minuten und eine Viskosität von 11 Sekunden
haben. Gewöhnlicher einbasischer Treibsatz, hergestellt aus nach üblichen Verfahren
völlig stabilisierter Nitrocellulose, hatte bei 134,5° C eine Wärmestabilität von
45 bis 50 Minuten. Beispiel 10 5000 g (Trockenbasis) wasserfeuchte, faserige Nitrocellulose
von 1,2,6% Stickstoffgehalt nach dem Jordanieren und schließlichen Stabilisierten,
wie im letzten Absatz im Beispiel 8 angegeben, wurden mit 45 000 g Wasser in einem
75-1-Mantelgefäß, ausgerüstet
mit einem Kondensator und einem Turbinenrührer
von 30 cm Durchmesser, angetrieben mit 200 Umdr./Min., angeschlämmt. Die Mischung
wurde auf
91' C unter Verwendung von Manteldampf erwärmt. 10 240 g Methylisobutylketon,
welche 50 g 2-Nitrodiphenylamin enthielten, wurden dann zu dem erwärmten wäßrigen
Nitrocellulosebrei unter Rückflußbedingungen und Rühren zugesetzt, was etwa 15 Minuten
erforderte. Die Destillation wurde dann unter ständigem Rühren während 90 Minuten
durchgeführt, während welcher Zeit die Destillationstemperatur allmählich auf
100' C anstieg. Die Destillation unter Rühren wurde noch für weitere 30,
Minuten fortgesetzt. Im wesentlichen das ganze Lösungsmittel wurde durch Destillation
entfernt, und die Nitrocellulose wurde, ohne aufgelöst zu werden, aus ihrem anfänglichen
faserigen Zustand in glatte, gehärtete, verdichtete, unregelmäßige Teilchen übergeführt.
Das wasserfeuchte verdichtete Produkt wurde mit den folgenden Ergebnissen gesiebt:
| Gewichts- |
| Klassiertes Siebmaschengröße prozent des Massedidite |
| Muster Gesamt- g/1 |
| durch 1 auf musters |
| 1 10 14 29 623 |
| 2 14 20 19 656 |
| 3 20 35 17 704 |
| 4 35 65 3 767 |
Die verschiedenen abgesiebten Fraktionen wurden dann jede in einem Strom trockener,
warmer Luft von etwa
60' C bis zu einem Gesamtflüchtigkeitsgehalt von wesentlich
weniger als 1 Gewichtsprozent getrocknet, und Güsse wurden unter Befolgung des Verfahrens
von Beispiel 8 daraus hergestellt, wobei die verschiedenen klassierten Muster einzeln
und auch in Mischung verwendet wurden. Wesentliche Werte der hergestellten Güsse,
einschließlich der Zündwerte im belüfteten Gefäß, folgen in Tabelle I:
| Tabelle I |
| Zündwerte im belüfteten Gefäß Länge des |
| Brenn- geschnittenen |
| geschwindig- Bemerkungen Gießkorns, |
| Verdichtete Massedidite verwendet |
| Nitrocelluloseteilchen Brenn- ' kehr über die |
| (9/1) Druck (kg/cm2) zeit 1/_ Bahn Güsse zum Zünden |
| (Sek.) (Zoll) lm Gefäß ten |
| P1 P2 P3 Max. I Brennzeit |
| i (Sek.) (cm) |
| 10 bis 14 Maschen 624 nicht geprüft fest, etwas - |
| porös |
| 14 bis 20 Maschen 656 24,5 21,2 20,0 42,8 # 4,10 0,122
fest und 2,5 |
| wohlver- |
| dichtet |
| 20 bis 35 Maschen 704 24,1 21,3 23,5 44,4 8,14 0,123 fest und
5 |
| wohlver- |
| dichtet |
| 35 bis 63 Maschen 768 zu kleine Muster - |
| Gleichförmige |
| Gewichtsteile von |
| 10 bis 14 Maschen @ fest und |
| 14 bis 20 Maschen 720 15,7 11,0 11,0 15,7 11,33 0,088 wohlver-
5 |
| dichtet |
| Gleichförmige |
| Gewichtsteile von |
| 14 bis 20 Maschen fest und |
| 20 bis 35 Maschen } 688 16,4 12,5 14,1 16,4 10,93 0,091 wohlver-
5 |
| dichtet |
| Gleichförmige |
| Gewichtsteile von |
| 10 bis 14 Maschen fest und |
| 20 bis 35 Maschen } 704 20,1 14,8 16,4 20,1 ( 9,25 0,108 wohlver-
5 |
| dichtet |
| Die Zusammensetzung der Gießflüssigkeit in allen Fällen war
die gleiche wie die von Beispiel 8, und in allen Fällen war das |
| Verhältnis von verdichteten Nitrocelluloseteildien zur Gießflüssigkeit
in den gegossenen Treibsatzkörnern etwa 1:1 gewichts- |
| mäßig. Das bei den Zündprüfungen in dem belüfteten Gefäß verwendete
Mundstück war 2,5 mm im Durchmesser bei allen |
| Versuchen. |
Beispiel 11 5000 g (Trockenbasis) wasserfeuchte faserige Nitrocellulose mit 12,5%
Stickstoffgehalt nach dem Jordanieren und schließlichen Stabilisieren gemäß dem
letzten Absatz von Beispiel 8 wurden mit 45 000 g Wasser in einem 75-1-Mantelgefäß,
ausgerüstet mit einem Kondensator und einem 30-cm-Turbinenrührwerk, angetrieben
mit 20f1 Umdr./Min., angeschlämmt. Die Mischung wurde auf
91' C unter Verwendung
von Manteldampf erwärmt. 8870 g Methylisobutylketon mit 50 g 2-Nitrodiphenylamin
wurden dann zu dem erwärmten wäßrigen Nitrocellulosebrei unter Rückflußbedingungen
und Rühren zugesetzt, was etwa 6 Minuten erforderte. Die Destillation wurde dann
unter weiterem Rühren während 85 Minuten durchgeführt, während welcher Zeit die
Destiilationstemperatur
allmählich auf
100' C stieg. Die
Destillation wurde noch weitere 30 Minuten fortgesetzt. Im wesentlichen das ganze
Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt, und die Nitrocellulose wurde, ohne
gelöst zu werden, aus dem anfänglichen faserigen Zustand in glatte, gehärtete, wasserdichte,
unregelmäßige Teilchen übergeführt. Das wasserfeuchte Produkt wurde in 3 Teile geteilt.
Der erste Teil wurde durch ein 10-Maschen-Sieb gesiebt, und alles hindurchgehende
Gut wurde als Muster 1 bezeichnet. Der zweite Teil wurde durch ein 1.4-Maschen-Sieb
gesiebt, und alles hindurchgehende Gut wurde als Muster 2 bezeichnet. Der dritte
Teil würde durch ein 20-Maschen-Sieb gesiebt, und alles hindurchgehende Gut wurde
als Muster 3 bezeichnet.
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Diese drei Muster wurden dann getrocknet und zu Treibsatzkörnern im
wesentlichen nach Beispiel 8 gegossen. Die Werte bezüglich der Teilchengrößeverteilung
innerhalb jedes Musters, Massedichte und der Zündwerte hin belüfteten Gefäß folgen
in Tabelle II.
| Tabelle II |
| Zündwerte im belüfteten Gefäß Länge des |
| Teilchengrößeverteilung Brenn- geschnittenen |
| geschwindig- Bemerkungen Gießkorns, |
| durch verwendet |
| N Brenn- keit über die |
| #° 10 bis 14 i 14 bis 20 20 bis 35 i 35 Masse- Druck (kg/cm2)
zeit i zum Zünden |
| dichte (Sek.) (Zoll) n Güsse im belüfteten |
| Machken (g/1) Pi p2 p3 Max. Brennzeit Gefäß |
| hindurchgehend (Sek.) (cm) |
| 1 25% 38% ` 34% 3% , 704 22,8 30,9 j 37,3 40,0 I 6,82
0,147 fest und 5 |
| wohlver- |
| dichtet |
| 2 kein 51"/o 45% 4% 1 720 23,9 31,6 39,4 44,0 6,96 0,144 fest
und 5 |
| j wohlver- |
| dichtet |
| 3 kein kein ! 920/0 8"/o 736 24,6 1 28,1 34,3 35,9 7,71
0,130 fest und 5 |
| wohlver- |
| dichtet |
| Die Zusammensetzung der Gießflüssigkeit in allen Fällen war
die gleiche wie die von Beispiel 8, und in allen Fällen war das |
| Verhältnis von verdichteten Nitrocelluloseteilchen zur Gießflüssigkeit
in den gegossenen Treibsatzkörnern etwa 1:1 gewichts- |
| mäßig. Das bei den Zündprüfungen in dem belüfteten Gefäß verwendete
Mundstück war 2,0 mm im Durchmesser bei allen |
| Versuchen. |
Alle handelsüblichen Arten von Nitrocellulose ohne Begrenzung in bezug auf den Stickstoffgehalt
oder die Viskosität werden durch die erfindungsgemäße Lösungsmittelgranulierung
verdichtet. Während 12,6%ige stickstoffhaltige Nitrocellulose üblicherweise bei
der Herstellung von gegossenen doppelbasischen Treibsatzkörnern verwendet wird,
ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Tatsächlich ist die Auswahl von Nitrocellulose
in bezug auf den Stickstoffgehalt ein Mittel zum Regeln und Steuern der Verbrennungseigenschaften
gegossener Treibsatzkörner, weil sowohl Verbrennungsgeschwindigkeit wie die Verbrennungstemperatur
mit dem Stickstoffgehalt der Nitrocellulose in Wechselbeziehung stehen- (beim Konstantbleiben
anderer Faktoren), Wobei sowohl Verbrennungsgeschwindigkeit wie Verbrennungstemperatur
mit der Zunahme im Stickstoffgehalt der Nitrocellulose zunehmen.
-
Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus ist erwünscht, die Erfindung mit
wäßrigen Breien durchzuführen, welche soviel faserige Nitrocellulose wie möglich
enthalten, und die obere praktische Grenze von Nitrocellulose in dem Brei wird durch
die Möglichkeit beherrscht, den Brei noch wirksam zu rühren. Im allgemeinen werden
Nitrocellulose-Wasser-Breie, welche etwa 3 bis 15 Gewichtsprozent faserige Nitrocellulöse
enthalten, verwendet und vorzugsweise mit etwa 7 bis etwa 12 Gewichtsprozent an
Nitrocellulose. Obwohl eine Breikonsistenz von weniger als 3 Gewichtsprozent von-
Nitrocellulose angewendet werden kann, wird dies zur Zeit nicht als wirtschaftlich
erachtet. Ferner ist die Erfindung nicht auf ein Minimum von 15 Gewichtsprozent
an Nitrocellulose in dem Brei beschränkt, weil die obere praktische Grenze durch
die Möglichkeit, den Brei noch wirksam zu rühren, beherrscht wird. Die faserige
zu verdichtende Nitrocellulose kann jordaniert oder in anderer Weise gewünschtenfalls
zerkleinert sein, und solche Zerkleinerung macht es im allgemeinen möglich, die
Menge an Nitrocellulose zu erhöhen, welche in dem Brei noch wirksam gerührt werden
kann. Im allgemeinen werden etwas kleinere verdichtete Teilchen erzeugt, wenn jordanierte
Nitrocellulose benutzt wird. Selbstverständlich ist jedoch Jordanieren oder eine
entsprechende andere Zerkleinerung nicht notwendig für die Ausführung der Erfindung.
-
Lösungsmittelgranulierung und Verdichtung von Nitrocellulose gemäß
der Erfindung hängen von der Wirkung eines aktiven Lösungsmittels auf faserige,
in Wasser suspendierte Nitrocellulose ab. Die gewünschte Wirkung ist ein Weichmachen
der Nitrocellulosefasern durch das Lösungsmittel, um ihren faserigen Charakter zu
beseitigen, ohne tatsächlich eine meßbare Menge von Nitrocellulose aufzulösen. Organische
flüssige zur Ausführung der Erfindung geeignete Lösungsmittel sind solche mit einem
aktiven Lösungsvermögen für Nitrocellulose und vorzugsweise solche mit einem merklichen
Dampfdruck bei oder unterhalb des Siedepunktes von Wasser. Die brauchbarsten Lösungsmittel
sind solche, welche eine beschränkte Lösungsfähigkeit in Wässer besitzen und aus
dem Brei mit Wasserdampf destilliert werden können. Vorzugsweise sollten solche
Lösungsmittel ein niedrigstsiedendes azeotropisches Gemisch mit Wasser bilden. Geeignete
Lösungsmittel schließen beispielsweise (aber nicht als beschränkende Angabe) die
verschiedenen Ketone
wie Methyläthylketon, Methylpropylketon, Methylisobutylketon
u. dgl. und verschiedene Ester wie Äthylacetat, Propylacetat, Butylacetat, Äthylbutyrat,
Isopropylbutyrat, Äthylpropionat, ß-Äthoxyäthylacetat u. dgl. ein. Butylacetat und
Methylisobutylketon werden zur Zeit zum Verdichten von Nitrocellulose gemäß der
Erfindung bevorzugt. Die Lösungsmittelbehandlung zum Verdichten von Nitrocellulose
kann durch Zusatz des Lösungsmittels zu dem gerührten Brei von Nitrocellulose in
Wasser, durch Zusatz von Nitrocellulose zu einer gerührten Mischung von Wasser und
Lösungsmittel oder durch gleichzeitigen Zusatz von allen Bestandteilen unter Rühren
in einem kontinuierlichen Verfahren bewerkstelligt werden.
-
Bei der Lösungsmittelkörnung und -verdichtung von Nitrocellulose gemäß
der Erfindung wird das Verhältnis von aktivem organischem flüssigem Lösungsmittel
zu Wasser in einem Bereich geregelt, worin genug Lösungsmittel auf der Nitrocellulose
verteilt wird, um die dünnen faserigen Vorsprünge zu erweichen und zu gelieren,
welche charakteristisch für 7 itrocellulosefasern sind, ohne tatsächlich
einen meßbaren Anteil an Nitrocel.lulose aufzulösen. Zuwenig Lösungsmittel läßt
die physikalische Form der Nitrocellulose unverändert oder nicht ausreichend geändert,
was zu einem Produkt mit niedriger Massedichte führt. Zuviel Lösungsmittel verursacht
Zusammenbacken des Produktes in große harte Klumpen. Noch mehr Lösungsmittel führt
naturgemäß zu unerwünschtem Auflösen der Nitrocellulose. Der gewünschte Grad der
Veränderung der physikalischen Struktur der Nitrocellulose soll ein Produkt ergeben,
welches nach der Lösungsmittelentfernung aus glatten, gehärteten, verdichteten,
unregelmäßig gestalteten Teilchen mit einer Massedichte von mindestens 400 g/1 besteht.
Augenscheinlich wird das Erfordernis an Lösungsmittel, um dieses Ergebnis zu erhalten,
etwas mit der Breikonsistenz, anfänglichen physikalischen Form der Nitrocellulose,
Temperatur, dem Rührgrad und dem für das Verdichten ausgewählten Lösungsmittel schwanken.
Im allgemeinen jedoch wurde gefunden, daß geeignete Produkte für die Zwecke der
Erfindung durch Verwendung von etwa 15 bis 22% von entweder Butylacetat oder Methylisobutylketon,
bezogen auf das vereinigte Gewicht von Wasser und Lösungsmittel in dem wäßrigen
Brei, vorzugsweise von zwischen etwa 16 und 19 Gewichtsprozent erhalten werden.
Die geeignete Mindestmenge an Methyläthylketon liegt in der Größenordnung von etwa
1 Gewichtsteil Methyläthylketon auf je 7,2 Teile Wasser in dem wäßrigen Nitrocellulosebrei.
In gleicher Weise liegt die geeignete Mindestmenge an Äthylacetat in der Größenordnung
von etwa 1 Gewichtsprozent Äthylacetat für je 9,5 Teile Wasser im wäßrigen Nitrocellulosebrei.
Jedoch, gleichgültig welches Lösungsmittel für das Verdichten verwendet wird, ist
es ein einfaches Hilfsmittel, einen vorläufigen Verdichtungsversuch unter Verwendung
der hier angegebenen Mengen als Leitfaden auszuführen und den Grad der erhaltenen
Verdichtung, bezogen auf die Erfordernisse hinsichtlich der Massedichte, zu bestimmen.
Offenbar wird selbstverständlich Verdichtung, wenn durch erhöhte Massedichte des
verdichteten Produktes gemessen, mit zunehmender Menge an angewendetem aktivem Nitrocelluloselösungsmittel
sich verbessern, bis der Punkt erreicht ist, wo die- erweichten Teilchen zu großen
Klumpen zusammenzubacken beginnen. Somit schafft die Erfindung eine Grundlage für
die Dichtekontrolle in den erhaltenen Produkten. Das Auftreten des Zusammenbackens
der weichgemachten Teilchen zu großen Klumpen bestimmt die obere brauchbare Grenze
an aktivem Lösungsmittel, welches benutzt werden kann, um die physikalische Struktur
der Nitrocellulose gemäß der Erfindung zu verändern.
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Bei der Ausführung der Erfindung wurde gefunden, daß das Erweichen
der Nitrocellulosefasern durch das aktive Nitrocelluloselösungsmittel sehr rasch
auftritt, wenn Nitrocellulose und Lösungsmittel in Berührung miteinander in dem
wäßrigen Brei gebracht werden. Demgemäß ist es wichtig, starkes Rühren in dem wäßrigen
Brei von dem Augenblick an aufrechtzuerhalten, wenn die Nitrocellulose durch das
aktive Lösungsmittel in dem wäßrigen Brei berührt wird, bis die weichgemachten Nitrocelluloseteilchen
durch die Entfernung von im wesentlichen der Gesamtheit des Lösungsmittels erhärtet
und verdichtet worden sind. Rühren verhindert ein merkliches Zusammenbacken der
weichgemachten Nitrocelluloseteilchen zu Klumpen.
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Alle gewünschten Zusätze wie Nitrocellulosestabilisatoren, Weichmacher
oder andere erwünschte Stoffe, welche in dem für das Verdichten verwendeten Lösungsmittel
löslich und in Wasser unlöslich sind, können mit dem Lösungsmittel eingeführt werden
und werden sehr gleichförmig in dem Nitrocelluloseprodukt während des Verdichtens
nach der Erfindung verteilt. Mehrere der Beispiele- erläutern diese Ausführungsweise.
-
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Lösungsmittel
zu dem wäßrigen Nitrocellulosebrei, welcher auf mindestens dem Siedepunkt des Wasser-Lösungsmittel-Azeotrops
erwärmt wird, vorzugsweise unter Rückflußbedingungen zugesetzt, weil die Verteilung
des Lösungsmittels auf der Nitrocellulose durch verringerte Löslichkeit des Lösungsmittels
in Wasser unterstützt wird. Überdies besteht keine Neigung für die weichgemachten
Teilchen der Nitrocellulose, sich wie Puffmais während der nachfolgenden Lösungsmittelentfernung
aufzublähen, was in erheblicher Weise das Erreichen einer hohen Massedichte in dem
verdichteten Nitrocelluloseprodukt unterstützt.
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Härten der erweichten Nitrocellulose wird durch Abdampfen des Lösungsmittels
durchgeführt, bis im wesentlichen das gesamte Lösungsmittel aus der Nitrocellulose
entfernt ist. Dies kann etwa 20 Minuten bis 4 Stunden in Abhängigkeit von der verwendeten
Anlage und dem benutzten Lösungsmittel erfordern. Wirksame Wiedergewinnung des Lösungsmittels
zwecks Wiederverwendung in dem Verfahren ist für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
notwendig und wird leicht durch Destillation erreicht.
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Nach der Lösungsmittelentfernung muß das im Produkt vorhandene Wasser
normalerweise durch einen Alkohol, wie Äthyl-, Isopropyl- oder Butylalkohol, ersetzt
werden. Dies kann durch ein Verdrängungsverfahren in einer- Säule oder einem Gefäß
erreicht werden. Die hohe Dichte der mittels Lösungsmittel gekörnten Nitrocellulose
und das leichte Ablaufen von Flüssigkeiten von ihr ermöglichen vorteilhafterweise
die hydraulischen Pressen oder Zentrifugen zu ersparen, welche normalerweise erforderlich
sind, um den Flüchtigkeitsgehalt nach dem Dehydrieren mit Alkohol zu verringern.
Ausreichende Flüchtigkeitsgehalte werden nach 5 bis 15 Minuten Abtropfzeit erhalten,
wenn gekörnte Nitrocellulose entwässert wird.
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Jedoch kann zur Verwendung für die Herstellung von gekörnten Treibsätzen
auf die Entwässerung mit Alkohol normalerweise verzichtet werden. Nach der
Lösungsmittelentfernung
wird das in der verdichteten körnigen Nitrocellulose vorhandene Wasser durch einfaches
Abtropfen, gefolgt von einem üblichen Trogtrocknen des feuchten Produktes in warmer
Luft bei etwa 60° C, bis im wesentlichen alles Wasser entfernt ist, beseitigt.
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Die trockenen, verdichteten Nitrocelluloseteilchen werden dann in
eine Form von geeigneter Gestalt gebracht, welche der Gestalt des gewünschten körnigen
Treibsatzes entspricht, und Gießflüssigkeit in die Form nach üblichen Gießverfahren
einlaufen gelassen unter Einfüllen entweder von oben oder von unten, bis alle Zwischenräume
zwischen den Teilchen mit der Gießflüssigkeit ausgefüllt sind, worauf das Gußstück
gewöhnlich während mehrerer Tage bei etwa 60° C gehärtet wird, damit die Mischung
erhärtet, sich verdichtet und zu einer festen einheitlichen homogenen Masse entsprechend
der Gestalt der Form zusammenschweißt. Dies wird durch Lösungsmitteleinwirkung der
Gießflüssigkeit auf die Nitrocelluloseteilchen zustande gebracht, welche die gesamte
Gießflüssigkeit absorbieren mit sich daraus ergebendem Quellen und Kolloidisieren
der Nitrocellulose zu einer homogenen Masse. Nach dem Härten ist der körnige Treibsatz
fertig zur Verwendung in dem Raketenmotor, für welchen er bestimmt ist.
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Der Gewichtsanteil von Nitrocellulose und Gießflüssigkeit in dem gegossenen
körnigen Treibsatz wird im großen durch die Massedichte der verwendeten gekörnten
Nitrocelluloseteilchen, der verwendeten Gießflüssigkeit aus Nitroglycerin und Stabilisator,
mit oder ohne verschiedene desensibilisierende Weichmacher, gemäß der üblichen Technik
beim Gießen doppelbasischer Treibsätze bestimmt.
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Das körnige Nitrocelluloseprodukt der Erfindung besteht aus kleinen
dichten unregelmäßigen Teilchen, welche, unter Vergrößerung betrachtet, glatte glasierte
Oberflächen haben, welchen aber die faserigen Vorsprünge fehlen, welche der üblichen
faserigen Nitrocellulose eine niedrige Massedichte und hohe Zusammendrückbarkeit
geben. Im allgemeinen wird das verdichtete körnige Nitrocelluloseprodukt aus Teilchen
mit einer verhältnismäßig weiten Unterschiedlichkeit der Größen bestehen, wie durch
Siebanalyse bestimmt. Zur Zeit wird dies als ein erwünschtes Merkmal der verdichteten
Nitrocellulose angesehen, weil die kleineren Teilchen helfen, die Zwischenräume
zwischen größeren Teilchen auszufüllen und somit zu einem Produkt höherer Massedichte
führen. Gewünschtenfalls können selbstverständlich die nach der Erfindung verdichteten
Nitrocelluloseteilchen durch Sieben in verhältnismäßig enge Fraktionen mit Bezug
auf die Teilchengröße klassiert werden, aber die Beispiele zeigen deutlich, daß
eine solche Klassierung für die Erzeugung von gegossenen doppelbasischen körnigen
Treibsätzen mit ausreichenden ballistischen Eigenschaften nicht notwendig ist. Es
ist jedoch ratsam, jegliche Teilchen größer als 10 Maschen auszusieben, weil solche
Teilchen gewöhnlich zur Ungleichförmigkeit in den gegossenen doppelbasischen körnigen
Treibsätzen führen.
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Es wurde jedoch gefunden, daß das verdichtete Nitrocelluloseprodukt
derErfindung auf jede gewünschte Teilchengröße durch Naßverrnahlen, beispielsweise
in einer Jordanmühle, zerkleinert werden kann, ohne die gewünschten Eigenschaften
höher Massedichte, freien Fließens und verbesserter Löslichkeit zu verlieren. Solch
Naßvermahlen zerkleinerten Materials hat besonderen Wert für solche Verwendungszwecke,
welche Brei- oder Suspensionsbildung erfordern, beispielsweise Hydrosol-, Organosol-
und Plastisölansätze, vielfarbige Lacksuspendierungsansätze und andere Verwendungszwecke
einschließlich Verwendung als Explosivstoffe, bei welchen ein in Brei- oder Suspensionsform
befindliches Produkt als vorteilhaft gefunden wurde.
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Das verdichtete Material, entweder in wasserfeuchter oder alkoholfeuchter
Form, fließt frei, ist verhältnismäßig nicht zusammendrückbar und hat eine Massedichte
von etwa 400' bis 720 g/1 (Trockenbasis). Die chemischen Eigenschaften des gekörnten
Nitrocelluloseprodukts sind die gleichen wie die üblicher faseriger Nitrocellulose.
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Die höhere Massedichte der gekörnten Nitrocelluloseprodukte nach der
Erfindung führt zu Ersparnissen beim Transport. Handelsübliche RS 1/z Sekunden Nitrocellulose
aus Holzzellstoff hat beispielsweise eine lose Massedichte von etwa 192 g/1 und
wird in Fässer auf eine Dichte von etwa 368 g/1 eingestampft. Körnige Nitrocellulose
mit einer Massedichte der Größenordnung von etwa 480- bis 640 g/1 beispielsweise
erlaubt eine wesentlich schwerere Faßbeschickung, als zuvor mit üblicher faseriger
Nitrocellulose möglich war. Ferner kann körnige Nitrocellulose aus den Fässern sehr
bequem ausgegossen werden. Die bisherige faserige Nitrocellulase muß aus dem Faß
herausgegraben werden. Versuche zeigen, daß die körnige Nitrocellulose nach der
Erfindung sich unter Bildung von Lack 1,5- bis 12mal so schnell wie übliche faserige
Nitrocellulose in Abhängigkeit von der Art des angewendeten Rührens auflöst. Je
schwächer das Rühren, um so größer ist der Vorteil der körnigen Nitrocellulose.
Die Beseitigung des kostspieligen und mühsam gewöhnlich auf die Nitrocelluloseentwässerung
folgenden Pressens oder Zentrifugierens und Blockbrechens ist ein wichtiger Vorteil
der gekörnten N itrocellulose. Weil überdies das Verfahren der Erfindung bloß die
Cellulosefaser erweicht, ohne einen meßbarenTeil der Nitrocellulose zu lösen, ist
es augenscheinlich, daß viel weniger Lösungsmittel verwendet wird als bei Verfahren,
welche ein Auflösen der Nitrocellulose erfordern. Ferner ist es augenscheinlich,
daß das Verfahren der Erfindung einfacher und weniger langwierig als die Verfahren
ist, welche das Auflösen der Nitrocellulose, Herstellen einer Emulsion oder Suspension
der angefallenen Nitrocelluloselösung in Wasser und anschließendes Ausfällen der
Nitrocellulose aus den emulgierten oder suspendierten Lösungstropfen erfordern.
Der Hauptvorteil der Verwendung von gemäß der Erfindung verdichteter Nitrocellulose
bei der Herstellung von gegossenen Treibsatzkörnern besteht in der Beseitigung des
langwierigen, kostspieligen bisherigen Verfahrens des Umwandelns faseriger Nitrocellulose
in gleichförmig gestaltete und geformte Körner aus völlig kolloidisiertem Material.
Lösungsmittelverdichtung nach der Erfindung ist viel wirtschaftlicher als die üblichen
Herstellungsverfahren von Treibsatzpulvern, welche durch sie ersetzt werden.
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Die frei fließenden, sich schnell lösenden Nitrocelluioseprodukte
hoher Dichte nach der Erfindung können für beliebige Zwecke verwendet werden, wofür
handelsübliche Nitrocellulose benützt wird, z. B. für Lacke, Kunststoffe, Farben,
Klebstoffe, Überzüge, Imprägnierungen, Treibsätze u. dgl.