k OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS 19 k ES 2 049 975 kInt. Cl. : C06B 21/00 11 N.◦ de publicación: 5 51 ESPAÑA B30B 15/34 B30B 11/22 k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA 12 kNúmero de solicitud europea: 90906166.5 kFecha de presentación : 17.04.90 kNúmero de publicación de la solicitud: 0 422 173 kFecha de publicación de la solicitud: 17.04.91 T3 86 86 87 87 k 54 Tı́tulo: Procedimiento y dispositivo para la fabricación de pólvoras de carga propulsora monobásicas con alcohol y éter como disolventes. k 73 Titular/es: Wnc-Nitrochemie GmbH k 72 Inventor/es: Miehling, Wolfgang k 74 Agente: Carpintero López, Francisco 30 Prioridad: 25.04.89 DE 39 13 603 D-84544 Aschau, DE 45 Fecha de la publicación de la mención BOPI: 01.05.94 45 Fecha de la publicación del folleto de patente: 01.05.94 Aviso: k k k En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid 1 2 049 975 DESCRIPCION La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de pólvoras de carga propulsora monobásicas con alcohol y éter como disolventes, utilizando un dispositivo de extrusión en el que el material de pólvora de carga propulsora se amasa y se mezcla. Además, se refiere a un dispositivo para la fabricación de las pólvoras de carga propulsora monobásicas del tipo mencionado arriba, que presenta al menos un tornillo sin fin situado en una carcasa y una cabeza extrusora situada en el extremo de salida de la carcasa y que dispone de al menos un matriz y una instalación de refrigeración para la refrigeración del material de pólvora de carga propulsora que se encuentra en el mismo extremo de salida. Del actual estado de la técnica se conocen procedimientos para la fabricación de pólvoras de carga propulsora utilizando un dispositivo de extrusión. En la patente DE-A-32 42 301, por ejemplo, se describe un dispositivo en el que se llevan a cabo el amasamiento y la mezcla del material de pólvora de carga propulsora utilizando una extrusora de tornillo sin fin de doble eje. El dispositivo presenta una instalación de refrigeración para extraer el calor generado en la extrusión con el fin de garantizar un perfil de temperatura determinado en el material de pólvora en todo su recorrido por el dispositivo de extrusión. Para pólvoras monobásicas la temperatura más alta debe asegurarse en el extremo de salida. Otro dispositivo de extrusión con instalación de refrigeración para la fabricación de pólvora de carga propulsora se presenta en la patente DE-A-34 07 238. La fabricación de pólvora de carga propulsora monobásicas precisa de la utilización de disolventes. Algunos disolventes habituales son por ejemplo alcohol, acetona y éter. La nitrocelulosa utilizada está por lo general humedecida en alcohol. Para la fabricación de pólvora de carga propulsora monobásicas en la extrusora se han venido utilizando hasta la actualidad exclusivamente alcohol y/o acetona como disolventes. El éter presenta un punto de ebullición muy bajo. Puesto que en la extrusora se libera calor, puede producirse la evaporación del éter con la consecuencia de que la masa de pólvora que sale de la extrusora presenta burbujas de éter. Las burbujas de éter alteran la homogeneidad de la masa de pólvora, causan una superficie porosa de las cuerdas de pólvora y por lo tanto una calidad insuficiente del producto. Además, la mezcla de éter y aire generada supone un considerable riesgo potencial. Por este motivo hasta la actualidad habı́a que prescindir del uso de alcohol / éter como disolvente, a pesar de que estos disolventes presentan ventajas importantes en comparación con alcohol / acetona. Es, por ejemplo, mucho más difı́cil separar al final la acetona de la masa de pólvora de carga propulsora que extraer el éter de la misma. Resulta necesario prever tiempos más largos de secado al vacı́o, ası́ como realizar un lavado más prolongado. Las pólvoras de carga propulsora monobásicos fabricados con acetona además tienden a ser quebradizos al frı́o a temperaturas de menos 0◦ C. El objetivo de la presente invención, por lo tanto, ha sido poner a disposición un procedi2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2 miento y un dispositivo del tipo antes mencionado que, con una construcción sencilla y un manejo de seguro, permitieran la fabricación de pólvoras de carga propulsora monobásicos de alta calidad utilizando alcohol y éter como disolventes en un dispositivo de extrusión. El procedimiento propuesto por la presente invención para lograr este objetivo se caracteriza por el hecho de que el material de pólvora se enfrı́a detrás del área de amasamiento y mezcla y antes de la salida del dispositivo de extrusión, de tal manera que su temperatura después de la salida no es mucho más alta que el punto de ebullición del éter. El procedimiento propuesto por la presente invención se caracteriza por una serie de ventajas muy importantes. Gracias a la refrigeración del material de pólvora de carga propulsora antes de la salida del dispositivo de extrusión, la aparición de burbujas de éter puede evitarse con toda seguridad. En el procedimiento propuesto por la presente invención hay que tener en cuenta que durante el proceso de la gelatinización de la nitrocelulosa una parte de la energı́a de amasamiento se transforma en calor. De esta manera, la masa que se encuentra en la extrusora se calienta habitualmente a una temperatura superior al punto de ebullición del éter (35◦C). A fin de evitar la formación de burbujas de éter en la superficie de la pólvora, la temperatura del material de pólvora de carga propulsora no debe ser muy superior al punto de ebullición del éter después de pasar por la matriz. Según indica la presente invención se enfrı́a sólo el área en el que se corre el mayor peligro de que se formen burbujas de éter, es decir en el área de salida o en el extremo de salida del dispositivo de extrusión, de forma que en esta área la temperatura del material de pólvora se reduce al punto de ebullición o a una temperatura inferior al punto de ebullición del éter. La presente invención se basa en el conocimiento de que las masas de pólvora de carga propulsora monobásicas gelatinazadas con éter muestran grandes diferencias en la extrusora en comparación con otros materiales sintéticos, como por ejemplo termoplásticos o masas de pólvora de carga propulsora polibásicas. En el caso de termoplásticos y masas de pólvora de carga propulsora polibásicas de viscosidad depende en gran medida de la temperatura, es decir que la facilidad del flujo en la extrusora cambia como consecuencia de un cambio de temperatura. En tales materiales sintéticos la temperatura de los elementos de envoltura en el área de salida de la extrusora ha de ajustarse a la temperatura de la fusión del material sintético, para asegurar durante todo el recorrido una distribución constante de temperatura, de manera que se eviten inhomogeneidades y que se garantice un flujo unitario. Según la presente invención ha podido constatarse que, al contrario de estos ejemplos, la viscosidad y, por ello, el flujo del material son prácticamente independientes de la temperatura en el caso de masas de pólvora de carga propulsora gelatinizadas con éter. Por lo tanto, es posible extraer la energı́a térmica de estos materiales de pólvora de carga propulsora mediante refri- 3 2 049 975 geración durante el extrusión. De esta forma se crea un gradiente de temperatura que, tanto en dirección radial como en dirección axial, se presenta de tal forma que no se supera el punto de ebullición del éter. De este modo no se corre el peligro de que se produzcan inhomogeneidades o un flujo no igualado de los materiales de pólvora. La presente invención además ha podido demostrar que no es preciso equipar todo el conjunto de extrusión con un sistema de refrigeración que asegure en todo momento un enfriamiento de los materiales de pólvora de carga propulsora por debajo del punto de ebullición del éter. Antes bien, es suficiente enfriar el material de pólvora de carga propulsora antes de su salida del dispositivo de extrusión de forma que, después de pasar por las matrices, presente una temperatura igual o inferior al punto de ebullición del éter. Las diferentes presiones que actúan en el área restante del dispositivo de extrusión impiden de manera fiable la formación de burbujas de éter. Según el procedimiento propuesto por la presente invención no se precisa, por lo tanto, mantener un perfil de temperatura determinado en todo el conjunto del recorrido de la extrusora, tal como se describe por ejemplo en la patente DE-A-32 42 301. En particular, resulta innecesario mantener la temperatura de la masa de pólvora de carga propulsora en el área de amasamiento y mezcla por debajo del punto de ebullición del éter. En una variante ventajosa del procedimiento propuesto por la presente invención está previsto realizar la refrigeración hasta una temperatura de 35 a 40◦ C. Esta temperatura corresponde a la temperatura de ebullición del éter. Una ligera superación de esta temperatura carece de importancia, puesto que no se producen sino cantidades insignificantes de burbujas de éter. Además, resulta especialmente ventajoso en el procedimiento propuesto por la presente invención manejar el área de tornillo sin fin de la extrusora a pleno rendimiento y volumen de relleno. Esta medida puede ser esencial para asegurar una presión suficiente de la masa de pólvora de carga propulsora dentro del dispositivo de extrusión y garantizar ası́ que en las áreas no refrigeradas de la extrusora no se produzcan burbujas de éter. Si la extrusora se refrigera también en el área de amasamiento y mezcla, el volumen de relleno completo fomenta una buena transmisión de calor de la masa de pólvora a la extrusora. Con el fin de limitar el calentamiento de la masa de pólvora ya desde el proceso de gelatinización, resulta ventajoso realizar el tratamiento del material de pólvora de carga propulsora o de la masas de pólvora a un número de revoluciones bajo del área de tornillo sin fin de la extrusora. Un aumento del número de revoluciones en condiciones constantes provocarı́a un aumento de la temperatural del producto. Además, ha demostrado ser especialmente ventajoso elegir el contenido en alcohol de manera que éste se encuentre entre 25 y 30%. En el caso de materiales de pólvora de carga propulsora que presentan un alto contenido de DNT se ha demostrado por la presente invención que el contenido en alcohol también puede reducirse a menos del 25%. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 4 En otra variante especialmente ventajosa del procedimiento propuesto por la presente invención está previsto ajustar el contenido en éter de tal forma que la presión en el área de salida de la extrusora sea de 30 a 35 bar. Siguiendo el procedimiento propuesto por la presente invención es igualmente posible llevar a cabo la gelatinización de las pólvoras de carga propulsora monobásicos con éter con seguridad utilizando una cabeza extrusora relativamente corta. Un dispositivo adecuado para llevar a cabo el procedimiento propuesto por la presente invención se caracteriza por el hecho de que entre el área final del tornillo sin fin y la matriz se prevé un canal en el que se dispone una espiga de refrigeración. La espiga de refrigeración puede equiparse, por ejemplo, con agua o con otros lı́quidos adecuados y preferentemente se sitúa en el centro del canal. Además se considera favorable para el dispositivo propuesto por la presente invención equipar el extremo de salida de la carcasa con un primer revestimiento de refrigeración que envuelve la zona final del tornillo sin fin y equipar el canal con un segundo revestimiento de refrigeración. De esta manera la última zona del tornillo sin fin, visto en la dirección del recorrido, ya se encuentra refrigerada. En el dispositivo propuesto por la presente invención el material de pólvora de carga propulsora puede fluir sin obstáculos a través del canal de manera que pueden ajustarse gradientes de temperatura estables y calculables. Gracias a la espiga de refrigeración se consigue una refrigeración especialmente intensa del material de pólvora antes de llegar a la matriz. El material de pólvora de carga propulsora se enfrı́a tanto desde el interior como desde el exterior (en dirección radial), de forma que el material de pólvora de carga propulsora presenta una temperatura uniforme a su entrada en la matriz en dirección radial. De esta manera se evita con fiabilidad la formación de determinadas áreas sobrecalentadas. A continuación se describe la invención mediante un ejemplo explicativo en combinación con la figura. Se representa lo siguiente: Figura 1: un corte esquemático del extremo de salida de un dispositivo construido según la presente invención; Figura 2: un corte de la espiga de refrigeración mostrada 55 60 65 Figura 3: un corte de otra posible versión de la espiga de refrigeración; y Figura 4: una representación esquemática de la construcción de un tornillo sin fin de extrusión. El dispositivo propuesto por la presente invención que se muestra en la figura 1 incluye una carcasa 2, en la que se encuentra instalado en posición giratoria un tornillo sin fin doble 1. En la representación según la figura 1 se ha prescindido de mostrar en detalle el área de entrada de la extrusora. En el extremo que no se representa 3 5 2 049 975 en la figura 1 la extrusora presenta una abertura de relleno que preferentemente ha de equiparse con un dispositivo de dosificación mediante el cual pueden introducirse los materiales de partida de la pólvora de carga propulsora. Además está previsto un dispositivo de dosificación para la adición del disolvente (éter y alcohol). La construcción esquemática de la extrusora se describe por ejemplo en la patente DE-A-30 42 697 a la que nos referimos en este párrafo con el fin de evitar repeticiones. La salida de la carcasa 2 está envuelta en un primer revestimiento de refrigeración 5 que se representa sólo parcialmente en la figura 1. El revestimiento de refrigeración envuelve la carcasa 2 de forma concéntrica y está equipado con conexiones 9a y 9b a través de las que pueden introducirse o extraerse un medio refrigerante, como por ejemplo agua. A continuación de la carcasa 2 se dispone una placa intermedia 13 que sirve por un lado para sostener el tornillo sin fin doble y por otro lado para cerrar la carcasa 2 o el primer revestimiento de refrigeración 5. A continuación de la placa 13 se encuentra un elemento de transición 14 cuya función es la de transformar el corte transversal del flujo dentro de la carcasa 2, que en la mayor parte del recorrido se presenta en forma de ocho, en una forma circular o lineal en la zona del tornillo sin fin doble 1. También el elemento de transición 14 puede estar equipado con conexiones 10a y 10b, a través de las que puede rellenarse con lı́quido refrigerante un revestimiento de refrigeración que aquı́ no se muestra. A continuación del elemento de transición 14 está prevista una placa de soporte 15 que junto con una placa posterior 16 sostiene un cilindro 17, que a su vez forma un canal 7 para el paso del material de pólvora de carga propulsora. El canal 7 está envuelto por un segundo revestimiento de refrigeración 6 que está equipado con conexiones 11a y 11b a través de las que puede introducirse o extraerse un medio refrigerante. A continuación de la placa de soporte 16 está previsto instalar una matriz 3 o una placa matricial en la que también se prevén conexiones 12a y 12b para dar paso a un medio de refrigeración a través de un revestimiento de refrigeración no mostrado en la figura 1. La matriz 3 puede presentar la construcción habitual y disponer de una placa de soporte de la matriz, una dispositivo de criba u otras parecidas, tal como se describe por ejemplo en la patente DE-A-30 42 662, a la que nos referimos en este párrafo con el fin de evitar repeticiones. En el canal 7 que forma la parte principal de una cabeza extrusora 4 se encuentra situada, en posición central, una espiga de refrigeración 8. El canal 7 puede presentar un corte transversal en forma de cı́rculo. En este caso también la espiga de refrigeración 8 presenta un corte transversal en forma de cı́rculo. La espiga de refrigeración 8 se extiende principalmente a lo largo de todo el canal 7 y está provista en su interior de un espacio hueco 19 en el que desemboca un tubo 18 por el que puede introducirse lı́quido de refrigeración en la espiga de refrigeración 8. A fin de simplificar la representación se ha prescindido de mostrar en 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6 la figura 1 las conexiones para la salida del medio refrigerante de la espiga de refrigeración 8. Las figuras 2 y 3 muestran diferentes versiones de la espiga de refrigeración 8 que corresponden a la presente invención. En la versión mostrada en la figura 2 está previsto instalar un tubo 18 concéntrico, tal como se indica de forma esquemática en la figura 1. A través de este tubo 18 se realiza la introducción del medio refrigerante en el espacio hueco 19. La salida del lı́quido de refrigeración se lleva a cabo a través de los canales 21 que se extienden en dirección radial en la matriz 3 o en la placa matricial y que están dispuestos de tal forma que facilitan un paso del medio refrigerante entre las aberturas de paso 20 en la matriz. En la versión mostrada en la figura 3 el tubo 18 no dispone de una abertura de entrada, sino que está posicionado en el espacio hueco 19 como elemento de conducción del flujo. La introducción y extracción del medio refrigerante se lleva a cabo a través de los canales 21. En la figura 4 se muestra de forma esquemática la construcción de un tornillo sin fin correspondiente a la presente invención. Este tornillo sin fin incluye varios elementos de tornillo con giro hacia la derecha, ası́ como bloques de amasamiento a la derecha y a la izquierda y elementos de entrada. Tal como se muestra en la figura 4, están previstos en la dirección del recorrido cinco elementos de entrada seguidos por cuatro elementos de tornillo con giro hacia la derecha. A continuación se prevé un bloque de amasamiento a la derecha seguido por un elemento de tornillo con giro hacia la derecha. A continuación están previstos un bloque de amasamiento a la izquierda en alternancia con un elemento de tornillo con giro hacia la derecha. El extremo de salida del tornillo sin fin está formado por cinco elementos de tornillo con giro hacia la derecha. A continuación se detallan dos ejemplos en los que se muestran los parámetros del procedimiento y los parámetros del dispositivo correspondientes al procedimiento y al dispositivo propuestos por la presente invención. Ejemplo 1: Extrusión de D 698 con alcohol / éter como disolventes Construcción de la extrusora: Longitud de la parte del procedimiento: 21 D Configuración del tornillo sin fin: n◦ 1 (figura 1) Cabeza matricial: Pieza de ocho sobre ranura (dibujo n◦ 3) con placa matricial adyacente y dos matrices (D = 5.2, TK1 = 3.0, d = 0.6) Temperatura de la extrusora: Carcasa 1 (dosificación de materia sólida) Carcasa 2 (dosificación de los disolventes) Carcasa 3 Carcasa 4 30◦ C 30◦ C 20◦ C 20◦ C 2 049 975 7 Carcasa 5 Pieza de ocho sobre ranura Placa matricial 14◦ C 14◦ C 14◦ C 5 Parámetros del experimento: Humedad de la nitrocelulosa por alcohol Dosificación de materia sólida Dosificación de éter Número de revoluciones de la extrusora Temperatura 1 (comienzo de la pieza de 8-ranura) Temperatura 2 (fin de la pieza de 8-ranuras) Presión en cabeza Presión hidráulica 23,4% 10 12 kg/h 5,2 l/h 32 r/min El resultado es un producto homogéneo sin muestras aparentes de nitrocelulosa no gelatinizada. Ejemplo 2: Extrusión de B 6320 con alcohol / éter como disolventes Construcción de la extrusora: Longitud de la parte del procedimiento: Configuración del tornillo sin fin: Cabeza matricial: Pieza de ocho sobre cı́rculo (Werner & Pfleiderer) con tubo de refrigeración (dibujo n◦ 1) y placa matricial con dedo de refrigeración (dibujo n◦ 2), 12 matrices (D = 2,7; d = 0,45) Temperaturas de la extrusora: 35◦ C ◦ 35◦ C 25◦ C 25◦ C 10◦ C 10◦ C 10◦ C 10◦ C Parámetros del experimento: 20 25 30 21 D n◦ 1 (fig. 1) Carcasa 1 (dosificación de materia sólida) Carcasa 2 (dosificación de disolventes) Carcasa 3 Carcasa 4 Carcasa 5 Pieza de ocho sobre cı́rculo Tubo de refrigeración Placa matricial con dedo de refrigeración 15 44 - 46◦C 33 - 35◦C 29 - 31 bar 60 - 64 bar 8 35 40 Humedad de la nitrocelulosa por alcohol Dosificación de materia sólida Dosificación del éter Dosificación del alcohol Número de revoluciones de la extrusora Temperatura 1 (pieza de ocho sobre cı́rculo) Temperatura 2 (justo antes de la placa matricial) Presión en cabeza Presión hidráulica 21,5% 24 kg/h 13,1 l/h 1 l/h 45 r/min 48 - 50◦C 36 - 38◦C 33 - 35 bar 75 - 80 bar El resultado es un producto completamente gelatinizado. La presente invención, sin embargo, no se limita a los ejemplos de procedimiento mencionados, sino que en el marco de la invención se abren al experto numerosas variedades de versiones diferentes y posibles modificaciones. 45 50 55 60 65 5 9 2 049 975 REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para la fabricación de pólvoras de carga propulsora monobásicas con alcohol y éter como disolventes, utilizando un dispositivo de extrusión en el que el material de pólvora de carga propulsora se amasa y se mezcla. Dicho procedimiento se caracteriza por el hecho de que después de la zona de amasamiento y de mezcla y antes de la salida del dispositivo de extrusión el material de pólvora de carga propulsora se enfrı́a de tal manera que su temperatura después de la salida no sea sino muy poco superior al punto de ebullición del éter. 2. Procedimiento según la reivindicación 1 que se caracteriza por el hecho de que la refrigeración se lleva a cabo a una temperatura de 35 a 40◦ C. 3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2 que se caracteriza por el hecho de que el área del tornillo sin fin (1) del dispositivo de extrusión se pone en funcionamiento lo más lleno posible. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3 que se caracteriza por el hecho de que el tratamiento del material de pólvora de carga propulsora se lleva a cabo a un número de revoluciones bajo de los tornillos sin fin (1) de la extrusora. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4 que se caracteriza por el hecho de que el contenido en alcohol es entre 25% y 30%. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4 que se caracteriza por el hecho de que el contenido en alcohol del material de pólvora de carga propulsora con alto contenido 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6 10 de dinitrotolueno (DNT) se reduce a menos del 25%. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6 que se caracteriza por el hecho de que el contenido en éter se ajusta de tal manera que la presión en el área de salida de la extrusora es de 25 a 35 bar. 8. Dispositivo para la fabricación de pólvoras de carga propulsora monobásicas con alcohol y éter como disolventes, en particular según el procedimiento correspondiente a una de las reivindicaciones 1 a 7. Dicho dispositivo debe presentar al menos un tornillo sin fin (1) dispuesto en una carcasa (2) y una cabeza extrusora (4) situada en el extremo de salida de la carcasa (2) y que contiene al menos una matriz (3) y una instalación de refrigeración para la refrigeración del material de pólvora de carga propulsora que se encuentra en el extremo de salida. El dispositivo se caracteriza por el hecho de que entre el área final del tornillo sin fin (1) y la matriz (3) está dispuesto un canal (7) en el que se dispone una espiga de refrigeración (8). 9. Dispositivo según la reivindicación 8 que se caracteriza por el hecho de que el extremo de salida de la carcasa (2) está provisto de una primera camisa de refrigeración (5) que envuelve el área final del tornillo sin fin (1) y de que el canal (7) está provisto de una segunda camisa de refrigeración (6). 10. Dispositivo según las reivindicaciones 8 ó 9 que se caracteriza por el hecho de que la espiga de refrigeración (8) está dispuesta en situación central en el canal (7). 2 049 975 7 2 049 975 8 2 049 975 9