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Verfahren zur Herstellung von Nitrocellulose Vorliegende Erfindung
betrifft die Herstellung von Nitrocellulose aus Holzzellstoff für technische Zwecke,
wie z. B. zur Herstellung von Celluloid, Ledertuch, plastischen Nitrocellulosemassen,
Lacken, Sprengstoffen u. dgl., wobei die Nitrocellulose bei Auflösung in den gebräuchlichen
Lösungsmitteln eine möglichst klare, von Fasern freie und farblose Lösung liefern
soll. Zur Herstellung von Celluloid, Filmen und Lacken muß die Qualität besonders
gut sein. Zur Herstellung von Ledertuch, besonders solchem von dunkler Farbe, und
von plastischen Linoleummassen genügt eine geringere Qualität.
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Der Holzzellstoff besitzt meist die Form von flachen Pappen, Tafeln
oder Rollen, die nach dem gebräuchlichen Nitrierungsverfahren in Stücke zerrissen
werden, welche mit der gewöhnlichen Nitriersäure nach dem alten Verfahren im Topf
nitriert werden. Man erreicht zwar durch Verwendung einer Säure von niedrigem Salpetersäuregehalt
einen verhältnismäßig hohen Stickstoffgehalt, jedoch ist dieser Stickstoffgehalt
nur der Durchschnittswert eines ungleichmäßigen Produktes, da die Nitrierung unregelmäßig
verläuft. In der Mitte der Zellstoffstücke ist die Nitrierung sehr unvollständig,
was sich z. B. darin zeigt, daß ein derartig nit.riertes Produkt beträchtliche Mengen
von acetonunlöslichen Stoffen enthält.
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Nach einem anderen Nitrierungsverfahren läßt man den Zellstoff durch
einen Holländer gehen, wo er in dünnes Kreppapier umgewandelt wird, das in zufriedenstellender
Weise nitriert werden kann. Dieses Verfahren ist jedoch sehr kostspielig.
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Eine weitere Methode besteht darin, daß der Holzzellstoff mittels
einer Zerkleinerungsmaschine zerfasert wird. Man erhält so ein Produkt, das in gewissem
Grade kurzen Faserlinters ähnelt und sich ziemlich gut nitrieren läßt. Gewisse Nachteile
dieser Methode bestehen darin, daß die Kosten für die Zerfaserung ziemlich hoch
sind, und daß das zerfaserte Material sperrig ist und nach dem Zentrifugieren eine
beträchtlich größere Menge Säure zurückbehält als Baumwollinters. Außerdem bringt
auch die sperrige Natur in allen Fabrikationsstadien und im Zusammenhang damit bei
der Herstellung der verschiedenen Endprodukte Nachteile mit sich.
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Bekannt ist ferner, perforierte Papiertafeln aus starkem Papier (von
einem Gewicht von i5o bis 300 9 pro qm) mit einer Mischsäure zu nitrieren,
die etwa 30 Volumenteile Salpetersäure enthält. Dabei tritt jedoch keine
vollständige
Nitrierung ein, und man erhält daher keine klaren Lösungen.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird der Zellstoff ohne Zerfaserung
in praktisch gleichförinige Stücke oder Täfelchen unterteilt und diese mit einer
wenigstens 40',', Salpetersäure enthaltenden Nitriersäuremischung nitriert. Besonders
vorteilhaft ist eine Nitriersäure mit einem Gehalt von etwa 70',l, Salpetersäure.
Man erhält nach diesem Verfahren eine vollständig nitrierte Nitrocelltilose von
gleichmäßiger Qualität und hoh(nn Litergewicht, die in den gebräuchlichen Li5su'n£Zl#lmitteln
klare Lösungen gibt.
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Gemäß einer beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung werden die
Zellstofftafeln systematisch in kleine Stücke oder Körner i-iÜt#tteilt, unter Verwendung
einer Maschine, wie sie gewöhnlich zum Zerkleinern von plastischen Nitrocelltilosetafeln
züi Pulverkörnern gebraucht, w-ird. Zweckmäßig sind die Stücke bei Verwendung von
Holzcellulosetafeln ungefähr o,8 en12 groß; diese Stücke besitzen bei Verwendung
härterer Zellstofftafeln ein L.iterge-wicht von ungefähr 340 9 pro
1, und ungefä hr 24n g Pro 1 bei I -
Verwendung weicherer
Tafeln, die leichter zu zerkleinern-sind-. Im Gegensatz dazu besitzen stark gepreßte
Baumwollinters ein Litergewicht von der Größenordnung von ungefähr 8o
g pro 1.
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Die Nitrierung kann zweclzm:'Pi- nach dem alten -Topfvcrfahren ausgeführ;
werden, bei dem die Celltilose in die Säure eingetragen und> während einer gewissen
Zeit stehengela#Sen wird, bis die Nitrierung als beendigt angesehen -wird. Die Säure
wird dann abzentrifugiert und das Produkt in überschüssigem Wasier untergetaucht,
w-orauf es in üblicher Weise stabilisiert werden, und erforderl-ichenfalls zwecks
Herabsetzung der Viscosität*w.eiterbehandelt werflen kann. oder es kann auch vor
oder nach diesen Behandlungen in Brei umgewandelt werden.
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Die Celltilose kann auch nach dem Verdrängungsverfahren nitriert werden,
in welchem Fall die Zellstofftafeln in Stücke von solcher Größe geschnitten werden
müssen, da;ß eine Verdrängung der Säure ohne weiteres möglich ist. Sie kann auch
auf dem gewöhnlichen mechmlischen Wege nitriert werden; in diesem Fall müssen die
aus den Tafeln geschnittenen Stücke ein solche Größe besitzen, daß sie in einem
derartigen Apparat leicht zu handhaben sind.
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Die beiden Verfahren können auch kombiniert werden. Die Nitrierung
kann in irgendeiner mechanischen Apparatur stattfinden, -und man kann das nitrierte
Produkt in Verdrängungspfannen laufen lassen, um die Säure durch Verdrängung wiederzugewinnen.
Der I hohe Gehalt an Salpetersäure vermehrt die Kosten der Mischsättre, und es ist
daher wünschenswert, eine möglichst große -L\-lenge wiederzugewinnen. Nach dem Verdrängungsverfahren
kann eine größere Menge der .\,lisclis,;iure wiedergewonnen werden, und bei dem
vorliegenden Verfahren können die beiden Prozesse vereinigt werden, um eine Zgrößere
Säuremenge wiederzuge,#vinnen. Bei all diesen Nitrierungsverfahren kann das Volumen
der Säureinenge im Verhältnis zum Gewicht der Cellulose ganz beträchtlich verrin,aert
werden. Anstatt Mengen züi vem#enden, die 3-o- bis 6olnal so grofi sind als die
Cellulose, kommt man nach der vorliegenden Erfindung mit der 8fachen 'L#len,ce,
oder bei Anwendung des Verdringungsverfahren sogar mit der 5iachen Metige;'. berechnet
auf Cellulose, aus. Auf diese Art kann die Leistungsfähigkeit der Anlage vergrößert
und die Menge der umlaufenden Säure beträchtlich vermindert werden. Außerdem kann
das Produkt, wenn es in dieser Dichte hergestellt wird, bedeutend- ökonornischer
verpackt und ti-an#porti#rt -werden als das faserige Material. Das ist auch für
den Verbratizcher von Vorteil, da es leichter züi handhaben ist und außerdem ein
weit h#Iieres Gewicht unter den gleichen Lagerungsbedingungeii aufgespeichert werden
kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die Herstellung des Materials in diesem
dichten Zustande beschränkt. Wie bereits . erwähnt-, kann es in jedem Stadium nach
der -,\litrierting in Brei -umgewandelt -und auf die übliche. Art i#erarb eitet
werden. Da infolge der Verwendung einer geringen Säuremenge die Nitrieru.ngswärme
sich über weit geringere Materialb 13 mengen, als es üblicherweise der Fall ist,
verbreitet, so können nach vorliegendem Verfahren -ekühlte Säuren verwendet werden,
oder es kann während des Nitrieren§ eine Kühlung stattfinden.
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Aus wirtschaftlichen Gründen ist es wünschenswert, den Anteil der
Salpetersäure so niedrig zu halten, wie es mit dem zu erreichenden Zweck vereinbar
ist, wobei man einerseits berücksichtigen muß, daß eine Säure mit niedrigem Salpetersäuregehalt
die unteren Oberfl-ächeilschichten in Pergament umzuwandeln versucht, was eine
g eringere Löslichkeit des Produktes zur Folge hat, und daß andererseits
ein Verlust an der teureren Säure vermieden werden muß.
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Die Menge der Salpetersäure muß sich nach der Sorte Holz richten,
aus der der Zellstoff hergestellt ist. Für gewisseIarte, steife Holzzellstofftafeln
ist eine Menge von.Sollo Salpetersäure in der Mischsäure notwendig, während bei
weicherem Holzzellstoff die Menge der Salpetersäure selbst bis auf 400/9
verringert
werden kann; jedoch muß der Gehalt der-Mischsäure an Salpetersäure so hoch sein,
daß ein vollständiges Eindringen der geeigneten Säuremischung bis zu den inneren
Schichten der geschnittenen Tafeln und eine vollständige Nitrierung gewährleistet
wird.
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Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Größe der aus den Zellstofftafeln
geschnittenen Stücke beschränkt. Die Stücke können aus ganz kleinen Körnern bestehen,
wie sie z. B. von solchen Maschinen geschnitten werden, die zum Zerkleinern von
plastischen Nitrocellulosetafeln zu Pulverkörner dienen. Derartige Körner können
ferner mit Leichtigkeit hergestellt werden, indem man Cellulosetafeln durch eine
Papierschabmaschine hindurchgehen läßt, die schniale Streifen bilden, welche durch
darauffolgende Behandlung mit der Guillotine in Körner zerschnitten werden können,
oder man kann die kleinen Körner auch herstellen mittels Messern, die an den Schabmaschinen
angebracht sind. Die Breite der Streifen kann in weiten Grenzen schwanken.
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Derartige kleine Körner haben außerdem für den Verbraucher den bestimmten
Vorteil, daß sie sich in Lösungsmitteln oder Ge-
mischen von Lösungsmitteln
leichter und schneller auflösen, da sie während des Gelatinierens voneinander getrennt
bleiben und keine sich nur sehr langsam auflösende Klumpen von gelatinierten-i Material
bilden. Zur Herstellung größerer Stücke können die Tafeln mit Hilfe gewöhnlicher
Guillotinen ge-
schnitten werden. Andere Stücke können in der Form von kleinen
Kreisen, ähnlich wie Konfetti, ausgestanzt werden. Auf diese Art kann Nitrocellulose
in all den Formen hergestellt werden, die für die einzelnen Verwendungszwecke des
Verbrauchers von Vorteil sind und die alle bei weitem leichter zu handhaben sind
als das gewöhnliche fasrige Material.
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Das nitrierte Produkt von hoher scheinbarer Dichte hat auch im Gebrauch
viele Vo,rteile, von denen einige oben angedeutet sind; beispielsweise liefert das
Produkt bei der Herstellung von Lacken Lösungen, die frei von Fasern und im wesentlichen
farblos sind.
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Die Nitrocellulose kann auch zur Herstellung von Treibpulvern und
Sprengstoffen verwendet werden.