FI98302C

FI98302C - Menetelmä ja laite yksikomponenttiruutien valmistamiseksi käyttämällä liuottimena alkoholia ja eetteriä

Info

Publication number: FI98302C
Application number: FI906353A
Authority: FI
Inventors: Wolfgang Miehling
Original assignee: Nitrochemie Gmbh
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1997-05-26
Also published as: ES2049975T3; PT93866B; IL94192A0; FI906353A0; WO1990012772A3; CA2028805C; CN1045948C; IL94192A; NO905578D0; DE3913603C1; JPH03505198A; GR1002291B; ZA903075B; US5186871A; KR920700175A; NO905578L; JPH0688862B2; EG20749A; AU5426190A; BR9006725A

Description

98302

Menetelmä ja laite yksikomponenttiruutien valmistamiseksi käyttämällä liuottimena alkoholia ja eetteriä

Keksinnön kohteena on menetelmä yksikomponenttiruutien valmistamiseksi suulakepuristuslaitteessa käyttämällä liuottimena alkoholia ja eetteriä, sekä laite tämän tyyppisten yksikomponenttiruutien valmistamiseksi, jossa laitteessa on vähintään yksi kammioon laakeroitu kierukka ja kammion poistopäähän järjestetty, vähintään yhden matriisin sisältävä suulakepuristuspää, joka on varustettu j äähdytyslaitteella poistopäässä olevan ruu-timateriaalin jäähdyttämiseksi.

Tekniikan tasosta on tunnettua valmistaa ruuteja käyttämällä suulakepuristuslaitetta. Julkaisusta DE-OS 32 42 301 tunnetaan esimerkiksi laite, jossa ruutimateriaalin sekoittaminen ja vaivaaminen tapahtuu käyttämällä kak-soisakselista kierukkasuulakepuristinta. Laitteessa on jäähdytyslaite suulakepuristuksen yhteydessä muodostuneen lämmön poistamiseksi ja määrätyn lämpötilaprofii-lin säätämiseksi ruutimateriaalissa suulakepuristuslait-teen läpikulkupituudella. Yksikomponenttiruutien yhteydessä lämpötilan tulee olla tällöin korkeimmillaan poistopäässä. Julkaisusta DE-OS 34 07 238 tunnetaan myös jäähdytyslaitteella varustettu suulakepuristuslaite käyttölatausj auheen valmistamiseksi.

Yksikomponenttiruutien valmistus vaatii liuottimien käyttöä. Tällöin käytetään tavallisesti mm. alkoholia, asetonia ja eetteriä. Käytetty nitroselluloosa on tavallisesti alkoholikostea. Yksikomponenttiruutien valmistamiseksi suulakepuristimessa liuottimena on tähän asti käytetty ainoastaan alkoholi/asetonia. Eetterillä on hyvin alhainen kiehumispiste. Koska suulakepuristimessa vapautuu lämpöä, eetteri voi haihtua, mikä saa aikaan sen, että suulakepuristimesta poistuvassa ruuti-materiaalissa on kauttaaltaan eetterikuplia. Eetteri-kuplat häiritsevät ruutimateriaalin homogeenisuutta.

2 98302 jolloin ruutitankojen pinnasta tulee huokoinen ja siten tuotteen laatu on epätyydyttävä. Tämän lisäksi poistuva eetteri-ilma-seos muodostaa huomattavan vaaratekijän. Tästä syystä tähän asti ei ole voitu käyttää liuottimena alkoholi/eetteriä, vaikkakin tällä liuottimena on huomattavia etuja alko-holi/asetoniin verrattuna. Siten asetoni on huomattavasti vaikeammin poistettavissa jälleen ruutimateriaalista kuin eetteri. Siten tarvitaan pitempiä tyhjökuivatusaikoja sekä pidempää kostutusta. Tämän lisäksi asetonin kanssa valmistetuilla yksikomponenttiruudeilla on taipumusta kylmähaurastu-miseen nollan alapuolella olevissa lämpötiloissa.

Keksinnön tarkoituksena on siten saada aikaan alussa mainitun tyyppinen menetelmä ja laite, jotka mahdollistavat yksinkertaisella rakenteella ja käyttövarmalla käsiteltävyydellä laadullisesti korkealuokkaisten yksikomponenttiruutien valmistuksen suulakepuristuslaitteella käyttämällä liuottimena alkoholia ja eetteriä.

Keksinnön mukainen menetelmä tämän tehtävän ratkaisemiseksi on tunnettu siitä, että ruutimateriaali jäähdytetään ennen sen poistamista suulakepuristuslaitteesta eetterin kiehumispisteen alapuolelle.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle ovat tunnusomaisia useat huomattavat edut. Jäähdyttämällä ruutimateriaali ennen sen poistamista suulakepuristuslaitteesta voidaan välttää varmasti eetterikuplien esiintyminen.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä on otettava huomioon, että nitroselluloosan gelatinoituessa osa vaivausenergiasta muuttuu lämmöksi. Suulakepuristimessa oleva massa lämmitetään siten tavanomaisesti lämpötilaan, joka on korkeampi kuin eetterin kiehumispiste (35'C). Eetterikuplien muodostumisen välttämiseksi ruudin pinnassa käyttölatausjauhemateriaalin lämpötila ei saa olla olennaisesti eetterin kiehumispisteen yläpuolella matriisin läpikulkemisen jälkeen. Keksinnön mukaisesti jäähdytetään ainoastaan se alue, jolla eetteri-kuplien esiintymi- 3 98302 nen on erittäin kriittistä, nimittäin suulakepuristus-laitteen poistoalue tai poistopää, niin että tällä alueella ruutimateriaalin lämpötila alennetaan eetterin kiehumispisteeseen tai sen alapuolelle.

Keksinnön perustana on se havainto, että eetterillä ge-latinoiduilla, yksikomponenttiruudeilla on suulakepuristimessa selviä eroja muihin muoveihin, kuten esim. kestomuoveihin tai monikomponenttiruuteihin verrattuna. Kestomuovien tai monikomponenttiruutien viskositeetti on suuresti riippuvainen lämpötilasta, s.o. juoksevuus suulakepuristimessa muuttuu lämpötilan muuttuessa. Tällaisten muovien kohdalla suulakepuristimen poistoalueella vaippaelementtien lämpötila on sovitettava muovisulan lämpötilaan koko poikkileikkauksella vakion lämpötilajakautuman varmistamiseksi siten, että vältetään epähomo-geenisuudet ja että esiintyy yhtenäinen juoksevuus.

Keksinnön mukaisesti on sitä vastoin osoittautunut, että eetterillä gelatinoitujen ruutien viskositeetti ja siten juoksevuus ovat käytännöllisesti katsoen lämpötilasta riippumattomia. Siten on mahdollista poistaa näistä ruutimateriaaleista suulakepuristamisen aikana terminen energia jäähdytyksen avulla ja saada aikaan lämpötila-gradientti, joka on muodostettu sekä säteittäisessä että aksiaalisessa suunnassa siten, ettei ylitetä eetterin kiehumispistettä. Tällöin ei ole vaaraa epähomo-geenisuuksista eikä jauhemateriaalien erilaisesta juoksevuudesta.

Keksinnön mukaisesti on edelleen osoittautunut, että ei ole tarpeen muodostaa koko suulakepuristuslaitetta siten, että ruutimateriaalit voidaan jäähdyttää eetterin kiehumispisteen alapuolelle. Pikemminkin riittää, kun ruutimateriaali jäähdytetään ennen sen poistamista suu-lakepuristuslaitteesta, niin että sen lämpötila on matriisin läpikulun jälkeen sellainen, että se on yhtä suuri kuin eetterin kiehumispiste tai se on alhaisempi kuin tämä. Suulakepuristuslaitteen muulla alueella esiintyvät 4 98302 paineet estävät luotettavasti eetterikuplien muodostumisen.

Keksinnön menetelmän mukaisesti ei siten ole tarpeen säilyttää määrättyä lämpötilaprofiilia suulakepuristus-laitteen koko läpikulkupituudella, kuten tämä on tunnettua esimerkiksi julkaisusta DE-OS 32 42 301. Etenkään ruutimassan lämpötilaa ei tarvitse pitää suulakepuristimen vaivaus- ja sekoitusalueella eetterin kiehumispisteen alapuolella.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä edullisessa edel-leenkehitysmuodossa jäähdytys tapahtuu 35 - 40°C:n lämpötilaan. Tämä lämpötila vastaa eetterin kiehumisläm-pötilaa, jolloin kiehumislämpötilan vähäinen ylittäminen ei ole merkityksellistä, koska ei esiinny eetterikuplia tai niitä esiintyy ainoastaan epäolennaisesti.

Edelleen keksinnön mukaisessa menetelmässä on erittäin edullista, kun suulakepuristuslaitteen kierukka-aluetta käytetään niin täyteen täytettynä kuin mahdollista. Tämä toimenpide voi olla tärkeää ruutimassan riittävän paineen takaamiseksi suulakepuristuslaitteessa ja sen varmistamiseksi, että suulakepuristuslaitteen jäähdyttämät-tömillä alueilla ei esiinny mitään eetterikuplia. Jos suulakepuristin jäähdytetään myös sekoitus- ja vaivaus-alueella, täydellinen täyttöaste tukee hyvää lämmönsiirtoa ruutimassasta suulakepuristimeen.

Ruutimassan lämmityksen rajoittamiseksi jo gelatinointi-prosessin aikana on edullista, kun ruutimateriaalin tai vast, ruutimassan käsittely tapahtuu suulakepuristimen kierukka-alueella alhaisella kierrosluvulla. Kierrosluvun korottaminen johtaisi muutoin vakioissa olosuhteissa tuotantolämpötilan kohoamiseen.

Edelleen keksinnön mukaisesti on erittäin edullista valita alkoholipitoisuus siten, että tämä on 25 - 30 %. Korkean DNT-pitoisuuden omaavien ruutimateriaalien alko- li 5 98302 holipitoisuus on keksinnön mukaisesti myös mahdollista vähentää alkoholipitoisuus alle 25 %:iin.

Eräässä toisessa, erittäin edullisessa keksinnön mukaisen menetelmän muunnelmassa on edelleen järjestetty siten, että eetteripitoisuus säädetään siten, että paine on suulakepuristimen poistoalueella 30 - 35 baaria.

Käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää on mahdollista suorittaa varmasti yksikomponenttiruutien gelatinointi eettereillä jopa käyttämällä suhteellisen lyhyttä suula-kepuristuspäätä.

Sopiva laite keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseksi on tunnettu siitä, että kierukan päätyalueen ja matriisin väliin on järjestetty kanava, johon on järjestetty jäähdytyssylinteri. Jäähdytyssylinteriä voidaan syöttää esimerkiksi vedellä tai muilla sopivilla nesteillä. Edullisesti jäähdytyssylinteri on laakeroitu keskeisesti kanavaan.

Keksinnön mukaisessa laitteessa osoittautuu lisäksi edulliseksi, kun kammion poistopää on varustettu kierukan päätyalueen ympäröivällä ensimmäisellä jäähdytysvai-palla ja kanava on varustettu toisella jäähdytysvaipal-la, niin että myös läpikulkusuunnassa katsottuna viimeinen kierukka-alue jäähdytetään.

Keksinnön mukaisessa laitteessa ruutimateriaali voi virrata häiriöttä kanavan läpi, niin että voidaan säätää stabiilit, laskettavissa olevat lämpötilagradientit. Jäähdytyssylinterin avulla saadaan aikaan jauhemateri-aalin erittäin tehokas jäähdytys ennen matriisia. Ruuti-materiaali jäähdytetään sekä sisältä että ulkoa (säteit-täisessä suunnassa), niin että ruutimateriaalissa on tasainen lämpötila säteittäisessä suunnassa sen saapuessa matriisiin. Yksittäisten ylikuumentuneiden alueiden muodostuminen on siten eliminoitu luotettavasti.

6 98302

Keksintöä selitetään seuraavassa suoritusesimerkin avulla viitaten piirustukseen, jossa kuvio 1 on kaaviomainen leikkauskuva keksinnön mukaisen laitteen poistopäästä, kuvio 2 on leikkauskuva kuviossa 1 esitetystä jäähdy-tyssylinteristä, kuvio 3 leikkauskuva jäähdytyssylinterin eräästä toisesta suoritusesimerkistä, ja kuvio 4 esittää kaaviomaisesti suulakepuristinkierukan rakennetta.

Kuviossa l esitetty keksinnön mukainen laite käsittää kammion 2, johon on laakeroitu kiertyvästi kaksois-kierukka l. Kuvion 1 mukaisessa esityksessä ei ole esitetty suulakepuristimen syöttöaluetta yksityiskohtaisesti. Suulakepuristin käsittää kuviossa l esittämättömässä päässään täyttöaukon, joka on varustettu edullisesti annostelulaitteella, jonka avulla voidaan annostella ruudin lähtöaineet. Edelleen on järjestetty annostelulaite liuottimen (eetterin ja alkoholin) lisäämiseksi. Suulakepuristimen kaaviomainen rakenne on esitetty esimerkiksi julkaisussa DE-OS 30 42 697, johon tässä viitataan toistojen välttämiseksi.

Kammion 2 poistopää on ympäröity ensimmäisellä jäähdy-tysvaipalla 5, joka on esitetty kuviossa 1 ainoastaan osittain. Jäähdytysvaippa ympäröi kammion 2 samankeski-sesti ja se on varustettu liitännöillä 9a ja 9b, joiden kautta voidaan syöttää tai vast, poistaa jäähdytysväli-aine, esimerkiksi vesi.

Kammion 2 jälkeen on järjestetty välilevy 13, joka toimii toisaalta kaksoiskierukan laakeroimiseksi ja toisaalta kammion 2 tai vast, ensimmäisen jäähdytysvaipan 5 liittämiseksi. Levyn 13 jälkeen on järjestetty siirtymä- 7 98302 elementti 14, joka on siirtymäkohtana kammion 2 olennaisesti kahdeksankulmaisesta poikkileikkauksesta kaksois-kierukan 1 alueella pyöreään tai rakomaiseen poikkileikkaukseen. Myös siirtymäelementti 14 voi olla varustettu liitännöillä 10a, 10b, joiden kautta ei esitetty jäähdy-tysvaippaan voidaan syöttää jäähdytysnestettä.

Siirtymäelementin 14 jälkeen on järjestetty laakerilevy 15, joka laakeroi yhdessä toisen laakerilevyn 16 kanssa sylinterin 17, joka muodostaa kanavan 7 ruutimateriaalin läpi johtamiseksi. Kanava 7 on ympäröity toisella jääh-dytysvaipalla 6, joka on varustettu liitännöillä 11a ja 11b, joiden kautta voidaan syöttää tai vast, poistaa j äähdytysväliainetta.

Laakerilevyn 16 jälkeen on järjestetty matriisi 3 tai matriisilevy, joka on varustettu samoin liitännöillä 12a, 12b jäähdytysväliaineen johtamiseksi kuviossa 1 ei-esitetyn jäähdytysvaipan läpi. Matriisi 3 voi olla muodostettu tavanomaisella tavalla ja se voi käsittää matriisinpidätyslevyn, seulalaitteen ja vastaavan, kuten on esitetty esimerkiksi julkaisussa DE-OS 30 42 662, johon tässä viitataan toistojen välttämiseksi.

Kanavaan 7, joka muodostaa suulakepuristuspään 4 pääosan, on järjestetty keskeisesti jäähdytyssylinteri 8. Kanavassa 7 voi olla pyöreä poikkileikkaus, jolloin jäähdytyssylinteri 8 on varustettu tällöin samoin pyöreällä poikkileikkauksella. Jäähdytyssylinteri 8 ulottuu olennaisesti kanavan 7 koko pituudelle ja se on varustettu sisäosassaan ontelolla 19, johon päätyy putki 18, jonka kautta voidaan johtaa jäähdytysnestettä jäähdytyssylin-teriin 8. Esityksen yksinkertaistamiseksi kuviossa 1 ei ole esitetty liitäntöjä jäähdytysväliaineen poistamiseksi jäähdytyssylinteristä 8.

Kuviot 2 ja 3 esittävät kumpikin keksinnön mukaisen jäähdytyssylinterin 8 suoritusesimerkkiä. Kuviossa 2 esitetyssä suoritusesimerkissä on järjestetty, kuten ku- 8 98302 viossa 1 on kaaviomaisesti esitetty, keskeinen putki 18, jonka kautta voidaan johtaa jäähdytysväliainetta onteloon 19. Jäähdytysnesteen poisto tapahtuu kanavien 21 kautta, jotka ulottuvat säteittäisessä suunnassa matriisissa 3 tai matriisinpidätyslevyssä ja on järjestetty siten, että ne mahdollistavat jäähdytysväliaineen läpi-johtamisen matriisin läpikulkuaukkojen 20 välistä.

Kuviossa 3 esitetyssä suoritusesimerkissä putkessa 18 ei ole mitään tuloaukkoa, vaan pikemminkin se on järjestetty virtauksen ohjauselementiksi onteloon 19. Jäähdytys-väliaineen syöttö ja poisto tapahtuu kanavien 21 kautta.

Kuviossa 4 on esitetty kaaviomaisesti keksinnön mukaisen kierukan rakenne. Tämä käsittää useita oikealle kiertäviä ruuvielementtejä sekä oikealla ja vasemmalla olevia vaivauslohkoja ja syöttöelementtejä. Kuten kuviossa 4 on esitetty, läpikulkusuunnassa katsottuna on järjestetty ensin viisi syöttöelementtiä, joiden jälkeen on järjestetty neljä oikealle kiertävää ruuvielementtiä. Sitten on järjestetty oikea vaivauslohko, jonka jälkeen on järjestetty yksi oikealle kiertävä ruuvielementti. Tämän jälkeen on järjestetty vuorotellen kulloinkin yksi vasen vaivauslohko ja yksi oikealle kiertävä ruuvielementti ja kierukan poistopää muodostetaan viidestä oikealle kiertävästä ruuvielementistä.

Seuraavassa esitetään kaksi esimerkkiä, jotka osoittavat keksinnön mukaisen menetelmän menetelmäparametrit tai vast, menetelmään käytetyn laitteen laiteparametrit.

9 98302

Esimerkki 1 D 698:n suulakepuristus käyttämällä liuottimena alkoholia ja eetteriä

Suulakepuristimen rakenne: menetelmäosan pituus: 21 D kierukkarakenne: Nr. 1 (kuva 1)

Matriisipää: kahdeksanuurteinen kappale (piirustus n:o 3) ja siihen liittyvä matriisilevy ja 2 matriisia (D = 5,2, TK1 = 3,0, d = 0,6)

Suulakepuristimen lämpötilansäätö:

kammio l (kiintoaineannostelu) 30eC

kammio 2 (liuotinannostelu) 30eC

kammio 3 20eC

kammio 4 20eC

kammio 5 14eC

kahdeksanuurteinen kappale 14eC

matriisilevy 14eC

Koeparametrit: nitroselluloosan alkoholikosteus 23,4 % kiintoaineannostelu 12 kg/h eetteriannostelu 5,2 1/h suulakepuristimen kierrosluku 32 kierr./min.

lämpötila 1 (8-uurteisen kappaleen

alku) 44 - 46eC

lämpötila 2 (8-uurteisen kappaleen

loppu) 33 - 35eC

pääpaine 29 - 31 baaria hydraulinen paine 60 - 64 baaria

Homogeeninen tuote ilman havaittavia merkkejä gelatinoi-tumattomasta nitroselluloosasta.

10 98302

Esimerkki 2 B 6320:n suulakepuristus käyttämällä liuottimena alkoholia ja eetteriä

Matriisipää: kahdeksanreikäinen kappale (Werner & Pfleiderer), jossa on jäähdytysputki (piirustus n:o 1), ja jäähdytyssormel-la varustettu matriisilevy (piirustus n:o 2), 12 matriisia (D = 2,7, d = 0,45)

Suulakepuristimen lämpötilansäätö:

kammio 1 (kiintoaineannostelu) 35°C

kammio 2 (liuotinannostelu) 35°C

kammio 3 25°C

kammio 4 25°C

kammio 5 10eC

kahdeksanreikäinen kappale 10eC

jäähdytysputki 10eC

jäähdytyssormella varustettu matriisilevy 10 °C

Koeparametrit: nitroselluloosan alkoholikosteus 21,5 % kiintoaineannostelu 24 kg/h eetteriannostelu 13,1 1/h alkoholiannostelu 1 1/h suulakepuristimen kierrosluku 45 kierr./min.

lämpötila 1 (8-reikäisen kappaleen

alku) 48 - 50eC

lämpötila 2 (vähän ennen matriisi-

levyä) 36 - 38eC

pääpaine 33 - 35 baaria hydraulinen paine 75-80 baaria Täysin gelatinoitu tuote.

11 98302

Keksintöä ei ole rajoitettu esitettyihin suori-tusesimerkkeihin, vaan pikemminkin alan ammattihenkilölle selvinnee useita erilaisia muunto- tai muunnelmamahdol-lisuuksia.

Claims

98302

1. Menetelmä yksikomponenttiruutien valmistamiseksi käyttämällä liuottimena alkoholia ja eetteriä suulakepuristus-laitteessa, jossa ruutimateriaalia vaivataan ja sekoitetaan, tunnettu siitä, että ruutimateriaali jäähdytetään vaivaamis- ja sekoitusalueen jälkeen ennen sen poistamista suulakepuristuslaitteesta siten, että sen lämpötila ei oleellisesti nouse eetterin kiehumispisteen yläpuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että jäähdytys tapahtuu 35 - 40°C:n lämpötilaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suulakepuristuslaitteen kierukka-aluetta (1) käytetään niin täyteen täytettynä kuin mahdollista .

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ruutimateriaalin käsittely tapahtuu suulakepuristimen kierukkojen (1) alhaisella kierrosluvulla.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkoholipitoisuus on 25 - 30 %.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että korkean dinitrotolueeni(DNT)-pitoisuuden omaavan ruutimateriaalin alkoholipitoisuutta vähennetään alle 25 %:iin.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eetteripitoisuus säädetään siten, että suulakepuristimen poistoalueen paine on 25 - 35 baaria. 98302

8. Laite yksikomponenttiruutien valmistamiseksi käyttämällä liuottimena alkoholia ja eetteriä etenkin jonkin patenttivaatimuksen 1-7 menetelmän mukaisesti, jossa laitteessa on ainakin yksi kammioon (2) laakeroitu kierukka (1) ja kammion (2) poistopäähän järjestetty, vähintään yhden matriisin (3) käsittävä suulakepuristuspää (4), jossa on jäähdytyslaite poistopäässä olevan ruutimateriaa-lin jäähdyttämiseksi, tunnettu siitä, että kierukan (1) päätyalueen ja matriisin (3) väliin on järjestetty kanava (7), johon on järjestetty jäähdytyssylinteri (8).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että kammion (2) poistopää on varustettu kierukan (1) päätyalueen ympäröivällä ensimmäisellä jäähdytysvai-palla (5) ja kanava (7) on varustettu toisella jäähdytys-vaipalla (6) .

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen laite, tunne t -t u siitä, että jäähdytyssylinteri (8) on laakeroitu keskeisesti kanavaan (7). 98302