PL20392B1 - Sposób wytwarzania nitrocelulozowych przepon do oddzielania plyt w akumulatorach elektrycznych. - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu wytwarzania nitrocelulozowych przepon do oddzielania poszczególnych plyt w akumu¬ latorach elektrycznych.

Stwierdzono, ze bibula lub inne podob¬ ne gatunki papieru zawieraja oprócz wló¬ kien bawelnianych inne jeszcze materjaly, jak np. krochmal, len, miazge drzewna, któ¬ re to materjaly po znitrowaniu staja sie mniej trwale w roztworze kwasu siarkowe¬ go, niz czyste wlókna bawelniane i podle¬ gajac rozkladowi zmniejszaja porowatosc przepon, tak ze elektrolit przenika przez nie z wieksza trudnoscia. Wskutek tego prze¬ pony wyrabia sie najlepiej przez nitrowa¬ nie papieru z czystych wlókien bawelnia¬ nych bez domieszki lnu, miazgi drzewnej lub innych materjalów, nietrwalych w roz¬ cienczonym kwasie siarkowym. Najlepiej gdy nitrowanie przeprowadza sie tak dlu¬ go, az ciezar celulozy zwiekszy sie o 50% lub wiecej. Zbyt mala zawartosc nitro- zwiazków powoduje stopniowe rozdrabnia¬ nie przepon przy zastosowaniu ich w aku¬ mulatorach z kwasem siarkowym. Stwier¬ dzono, ze kwas siarkowy przez dluzszy o- kres czasu nie dziala na dwunitroceluloze, która nie posiada niekorzystnych wlasnosci wybuchowych, jakie posiadaja zwykle ni¬ trocelulozy wyzej nitrowane. Grubosc uzy-tego papieru moze wynosic mniej niz 0,25 mm. i Wedlug wynalazku nitrowana celuloze otrzymuje sie przez umieszczenie w kapieli nitrujacej arkuszy celulozowych, poprze- kladanych odpornemi na dzialanie kwasu arkuszami posredniemi, zaopatrzonemi w zeberka i rowki, umozliwiajace dostep cie¬ czy nitrujacej do obydwóch stron arkuszy celulozowych.

Najlepiej jest uzywac arkuszy celulozo¬ wych z czystych wl6kien bawelnianych o grubosci, nie przekraczajacej 0,25 mm, a jako arkuszy posrednich najlepiej jest uzy¬ wac arkuszy z aluminjutfi, np. z karbowa¬ nej blachy aluminjowej. Arkusze zanurza sie w kapieli najlepiej w polozeniu piono- wem lub prawie pionowem.

Poprzekladane wzajemnie arkusze ce¬ lulozy i arkusze posrednie umieszcza sie w naczyniu, które mozna zanurzac i wyjmo¬ wac z kapieli nitrujacej, i którego scianki posiadaja otwory, przez które ciecz nitruja¬ ca moze swobodnie przeplywac miedzy ar¬ kusze, umieszczone w wymienionem naczy¬ niu.

Sposobem wedlug wynalazku mozna wy¬ twarzac nitrowany papier celulozowy o bar¬ dzo równomiernym skladzie. Stwierdzono, ze zwykle sposoby wprowadzania papieru do kapieli nitrujacych powoduja nierówno¬ mierne nitrowanie i porowatosc papieru, wskutek czego otrzymany produkt nie na¬ daje sie do uzytku w charakterze przepon akumulatorowych i jest zupelnie nierozpu¬ szczalny w zwyklych rozpuszczalnikach ni¬ trocelulozy.

Stwierdzono, ze waznemi czynnikami w procesie nitrowania jest jednoczesny do¬ step kwasów nitrujacych do obydwóch stron papieru, szybkie i zupelne przenikanie kwa¬ su do wszystkich wlókien papieru, szybkie pochlanianie przez stezony kwas wody, wy¬ tworzonej wskutek reakcji chemicznej z ce¬ luloza, kontrolowanie ciepla, wytworzone¬ go przez reakcje chemiczna oraz szybkie u- suwanie kwasu z nitrowanego papieru po skonczonem nitrowaniu. Aluminjowe arku¬ sze posrednie sa nietylko odporne na dzia¬ lanie kwasu, lecz sprzyjaja równiez roz¬ prowadzaniu ciepla, wytworzonego przez reakcje.

Do przeprowadzenia nitrowania wedlug wynalazku stosuje sie aparat, przedstawio¬ ny na rysunku. Aluminjowe naczynie 30 ksztaltu prostokatnego posiada dziurkowa¬ ne dno 31, dziurkowane scianki 32 i uchwy¬ ty 35. Miedzy cienkiemi karbdwanemi ar¬ kuszami 34 blachy aluminjowej sa poukla¬ dane pojedyncze arkusze 33 papieru o tych samych prawie wymiarach co aluminjowe blachy 34, które wraz z arkuszami papieru sa umieszczone w naczyniu równolegle do jego scianek podluznych. W naczyniu mo¬ ze sie zmiescic wraz z wkladkami aluminjo- wemi np. 120 arkuszy, spoczywajacych kra¬ wedziami na dnie naczynia.

Naczynie, zawierajace arkusze papieru i blachy alumnijowe, wstawia sie do suszar¬ ki, utrzymywanej w temperaturze, prze¬ wyzszajacej nieco 100°C. Naczynie znajdu¬ je sie w suszarce az papier zupelnie wy¬ schnie, co trwa mniej wiecej godzine. Na¬ stepnie naczynie wraz z jego zawartoscia wyjmuje sie z suszarki i po ostudzeniu do temperatury okolo 15°C zanurza sie na przeciag okolo 30 minut w kapieli, sklada¬ jacej sie z mieszaniny kwasu siarkowego, azotowego i wody w nastepujacym mniej wiecej stosunku: kwasu siarkowego—44,3%, kwasu azotowego — 37,4% i wody—18,3% .

Jezeli ciezar wlasciwy uzytego kwasu siar¬ kowego wynosi 1,84, a kwasu azotowego — 1,42, to wówczas kapiel sklada sie z dwóch czesci kwasu siarkowego i trzech czesci kwasu azotowego. Reakcje chemiczna, za¬ chodzaca miedzy kwasami i celuloza, kon¬ troluje sie przez utrzymanie odpowiedniej koncentracji kwasów kapieli i odpowied¬ niej temperatury tejze kapieli. Stwierdzo¬ no, ze jezeli kapiel jest utrzymywana w temperaturze okolo 15°C, a do calkowitego — 2 -zanurzenia naczynia aluminj owego wraz z jego zawartoscia wzieto dostateczna ilosc kwasu, to papier po calkowitem oplókaniu w wodzie i wysuszeniu przybiera w wyzej wspomnianym czasie na wadze okolo 55 %.

Oprócz tego papier uzyskuje równiez cenne wlasnosci, a mianowicie duza wytrzyma¬ losc oraz gietkosc w stanie mokrym, które zachowuje przez praktycznie nieograniczo¬ ny czas w kwasie akumulatora; poza tern papier posiada bardzo mala opornosc elek¬ tryczna po zanurzeniu w elektrolicie aku¬ mulatora, dobra porowatosc, co calkowicie zapobiega odpadaniu najdrobniejszych na¬ wet czasteczek materjalu z oslon, jak rów¬ niez polaczeniu lub zwarciu pomiedzy róz- noimiennemi plytami- Zadowalniajace dzialanie i utrzymanie w odpowiednim stanie kapieli kwasowej w ce¬ lu uzyskania oszczednosci na kwasach oraz w celu otrzymania jednolitego produktu, co posiada wielkie znaczenie, wymaga szcze¬ gólowego wyjasnienia. Zwiazek estru celu¬ lozy, tworzacy sie w kwasach, osiaga rów¬ nowage chemiczna w miare koncentracji kwasów w kapieli, tak ze ilosci celulozy i kwasów w kapieli, po osiagnieciu równowagi, warunkuja dobry wynik nitrowania. Np. 1000 g celulozy w polaczeniu z 778 g kwasu azo¬ towego daje w podanych warunkach kon¬ centracji i temperatury okolo 1565 g okre¬ slonego estru celulozy i okolo 222 g wody.

Zuzycie kwasu i tworzenie sie wody jako wynik reakcji wymaga odnowienia kapieli, zanim mozna ja bedzie ponownie zuzytko¬ wac do nitrac ji. Przyjawszy, ze 1000 g pa¬ pieru z czystej celulozy traktuje sie jedno¬ czesnie w kapieli, to zadane odnowienie ka¬ pieli uskutecznia sie w nastepujacy sposób.

Przedewszystkiem do kapieli dodaje sie 778 g kwasu azotowego w celu zastapienia tej ilosci kwasu, jaka zostala zuzyta pod¬ czas poprzedniego nitrowania. Gdy stosuje sie kwas azotowy o ciezarze wlasciwym 1,5, zawierajacy 94% czystego kwasu, to zadana ilosc kwasu powinna wynosic 778 . 100 0^„ .- ¦ , . A . — = 827 g. Dodanie tego kwasu 94 daje 6% od 827 g, t j. okolo 49 g wody, za¬ wartej w kwasie. Wskutek tego kapiel zo¬ staje rozcienczona przez dodanie 222 g wo¬ dy, otrzymanej z reakcji, oraz 49 g wody, wprowadzonej przez dodanie kwasu azoto¬ wego. W celu przywrócenia zawartosci wo¬ dy do jej pierwotnej wartosci 18,2% nalezy dodac dostateczna ilosc mieszaniny skon¬ centrowanego kwasu siarkowego i azotowe¬ go w pierwotnym stosunku 44,3 : 37,4, w ce¬ lu wyrównania nadmiaru 271 g wody. Ten stosunek kwasów otrzymuje sie przez uzy¬ cie kwasu siarkowego o ciezarze wlasciwym 1,84 (moc 95,6%) i kwasu azotowego o cie¬ zarze wlasciwym 1,500 (ipoc 94%) w naste- , ., , . , 443.100 A^ A . pujacych ilosciach: = 463,4 g kwa- y 95,6 * su siarkowego o ciezarze wlasciwym 1,84 374.100 ^0 . = 398 g kwasu azotowego o oraz 94 ciezarze wlasciwym 1,5. Ilosc wody, odpo¬ wiadajaca tym ilosciom wedlug stosunku pierwotnego, wynosi 182 g, lecz ilosci te za- . . . „ 463,4.4,4 ,398.6 wieraiatylko + = 44,26 g. 7 100 100 Wskutek tego ilosc wody, wymagana przez te ilosci kwasu do otrzymania pierwotnego stosunku, wynosi 182 — 44,26 = 137,74 g, czyli w celu zrównowazenia takiego wzro¬ stu 137,74 g wody, wprowadzanej do kapie¬ li przez reakcje, niezbedne sa powyzsze ilo¬ sci kwasów, a do zrównowazenia rzeczywi¬ stego wzrostu 271 g wody poprzednie ilosci kwasów powinny byc zwiekszone w stosun¬ ku 271 : 137,74.

W praktyce stwierdzono, ze przy nie- zupelnem wyschnieciu papieru i przy ab- sorbeji wody z powietrza dodanie pewnej ilosci wody jest nieuniknione, jak równiez, ze pewna ilosc dodatkowego kwasu azoto¬ wego powoduje parowanie kapieli. W celu wyrównania tych zmian stwierdzono, ze po¬ przednio obliczone ilosci nalezy zwiekszyc o blisko 20%, a po calodziennem dzialaniu - 3 —kapiel nalezy w znany sposób zanalizowac w celu okreslenia ilosci kwasów, pozo¬ stalych w kapieli, tak ze kapiel moze byc od czasu do czasu dokladnie uzupel¬ niona na powyzej opisanych zasadach.

W tych warunkach kapiel moze byc zawsze utrzymana w praktycznie równo¬ miernym stanie pod wzgledem aktywnosci i sprawnosci chemicznej. W opisanych wa¬ runkach ilosc kwasów, dodanych do kapieli w celu jej odnowienia, równowazy równiez ilosc roztworu, wyciagnietego mechanicznie przez papier z kapieli tak, ze opisany pro¬ ces zapewnia bardzo oszczedna i prosta prace. Po uplywie zadanego okresu czasu, przez który naczynie, zawierajace papier, pozostaje w kapieli kwasowej, wydobywa sie je ponad poziom kwasu i poddaje na prze¬ ciag 'kilku minut dzialaniu wentylatora w celu wysuszenia. Nastepnie szybko przenosi sie je do duzego naczynia z woda, w którem szybko sie je zanurza na przeciag kilku mi¬ nut. Naczynie przenosi sie kolejno do sze¬ regu podobnych kapieli wodnych w celu wyciagniecia z papieru kwasu, poczem ewentualnie umieszcza sie je w wodzie bie¬ zacej w celu ostatecznego uwolnienia od kwasów. Pierwsza kapiel wodna wyciaga najwieksza ilosc kwasu, a gdy stezenie kwa¬ su wynosi okolo 40% roztwór mozna prze¬ lac do zbiornika zapasowego, a szereg ka¬ pieli wodnych przelac do kapieli poprzed¬ nich w celu zastapienia pierwszej wyczer¬ panej kapieli. Przez przyjecie zasady prze¬ lewania kapieli wodnych w kierunku, prze¬ ciwnym do ruchu papieru, uwolnionego od kwasu oszczedza sie zasadniczo wode i kwasy. Natychmiast po uwolnieniu od kwa¬ su papier mozna przechowywac w wodzie przez praktycznie nieograniczenie dlu^i czas, albo tez moze on byc bez dalszego traktowania zaraz uzyty na przepony do akumulatorów. Jezeli natomiast traktowa¬ ny papier ma byc uzyty w stanie suchym, to wówczas nalezy go poddac dalszemu pro¬ cesowi oczyszczania przez dlugotrwale go¬ towanie w wodzie w celu uwolnienia od wszelkich siarczanów organicznych, jakie mogly sie utworzyc wskutek traktowania stezonym kwasem.

Stwierdzono, ze wystawienie posrednich blach aluminj owych na powietrzu, po wy¬ dobyciu z kapieli nitrujacej i podczas ko¬ lejnego procesu obmywania w wodzie, po¬ woduje nieznaczne utlenianie sie alumi¬ nj um. Azeby zapobiec reakcji chemicznej miedzy utworzonym tlenkiem i kwasami ni¬ truj acemi okazalo sie korzystne polerowa¬ nie blach aluminjowych po osuszeniu i przed kolejnem zanurzeniem w cieczy ni¬ trujacej.

Opisane przepony nadaja sie do plyt a- kumulatorowych, wykonanych z blachy olo¬ wianej o wadze okolo 500 g na 1000 cm2 lub mniej. Dla grubszych jednak plyt, na których znajduje sie wieksza ilosc miaterja- lu czynnego, korzystne jest zapewnienie dla elektrolitu wiekszej przestrzeni miedzy ply¬ tami. W tym przypadku stosuje sie najle¬ piej nieco grubszy papier, np. o grubosci 10 mm, który karbuje sie przez przeprowadze¬ nie miedzy karbowanemi walcami metalo- wemi, ogrzanemi mniej wiecej do 140°C przed poddaniem papieru dzialaniu kwasów w powyzej opisany sposób. Karby, wyko¬ nane w ten sposób w papierze przed podda¬ niem go nitrowaniu, stafa sie sztywne i trwa¬ le po nitrowaniu i zapewniaja wiekszy od¬ step miedzy plytami akumulatorowemi, a wskutek tego wiecej wolnej przestrzeni dla elektrolitu.

Mozna równiez umiescic przed nitro¬ waniem miedzy kazda para karbowanych ankuszy aluminjowych dwa lub kilka arku¬ szy papieru w taki sposób, ze przy wloze¬ niu do kapieli kwasowej arkusze papieru zostaja silnie scisniete, w celu trwalego zle¬ pienia ich ze soba. Postepowanie to ma na celu zapewnienie grubszych i mocniejszych przepon, które moga byc skutecznie uzyte do wkladania miedzy plyty olowiane aku¬ mulatora. — 4 -Z a s t rzez eri i a paten t o w e. 1. Sposób wytwarzania nitrocelulozo¬ wych przepon do oddzielania plyt w aku¬ mulatorach elektrycznych, znamienny tern, ze arkusze celulozowe, poprzekladane od- pornemi na dzialanie kwasów arkuszami posredniemi, zaopatrzonemi w karby i rowki, zanurza sie na pewien czas w kapieli nitrujacej, przyczem karby i rowki w ar¬ kuszach posrednich ulatwiaja dostep ka¬ pieli nitrujacej do obu stron arkuszy ce¬ lulozowych, poczem arkusze celulozowe plócze sie woda i ewentualnie suszy. 2. Sposób wedlug zastrz. 1 zna¬ mienny tern, ze jako materjal celulozowy stosuje sie papier z czystych wlókien ba¬ welnianych. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienny tern, ze stosuje sie atfkusze celulo¬ zowe o mniej niz 0,25 mm. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienny tern, ze jako arkusze posrednie stosuje sie arkusze aluminiowe, np. z kar¬ bowanej blachy aluminjowej. 5. Sposób wedlug zastrz. 1 — 4, zna¬ mienny tern, ze atrkusze zanurza sie w ka¬ pieli w polozeniu pionowem lub prawie pionowem. 6. Sposób wedlug zastrz. 1 — 5, zna¬ mienny tern, ze poukladane naprzemian arkusze celulozowe i arkusze posrednie umieszcza sie w naczyniu, które zanurza sie na. pewien czas w kapieli nitrujacej i którego scianki posiadaja otwory, dzieki czemu ciecz nitrujaca moze swobodnie przeplywac w naczyniu miedzy arku¬ szami. 7. Sposób wedlug zastrz. 1 — 6, zna¬ mienny tern, ze nitrowanie przeprowadza sie tak dlugo, az ciezar arkuszy celulozo¬ wych zwiekszy sie o 50% lub wiecej. 8. Sposób wedlug zastrz. 1 — 7, zna¬ mienny tern, ze arkusze celulozowe przed nitrowaniem zaopatruje sie w zeberka lub rowki. 9. Spospb wedlug zastrz. 1 i 6, zna¬ mienny tern, ze arkusze celulozowe przed nitrowaniem suszy sie, wstawiajac skrzyn¬ ke lub naczynie z ulozonemi w niem ar¬ kuszami na pewien czas do suszarki. 10. Sposób wedlug zastrz. 1 — 9, zna¬ mienny tern, ze plókanie nitrowanych ar¬ kuszy celulozowych przeprowadza sie przez pograzanie naczynia z zawartemi w niem arkuszami kolejno w kilku naczy¬ niach z woda. 11. Sposób wedlug zastrz. 10, zna¬ mienny tern, ze pierwsza z wodnych ka¬ pieli plóczacych usuwa sie po osiagnieciu pewnego stezenia kwasu i zastepuje ostatnia kapiela plóczaca.

Samuel A Ux ander P o 11 o c, k.

Zastepca: Inz. S. Pawlikowski, rzecznik patentowy. / i ^Do opisu patentowego Nr 20392.

JUgJ.

Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa.