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EP2332894A1 - Verfahren und Herstellung von Explosivstoffen - Google Patents

Verfahren und Herstellung von Explosivstoffen Download PDF

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Publication number
EP2332894A1
EP2332894A1 EP09179006A EP09179006A EP2332894A1 EP 2332894 A1 EP2332894 A1 EP 2332894A1 EP 09179006 A EP09179006 A EP 09179006A EP 09179006 A EP09179006 A EP 09179006A EP 2332894 A1 EP2332894 A1 EP 2332894A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
raw material
explosive raw
explosive
isostatic pressing
gelatinizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09179006A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Huber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bowas AG fuer Industrieplanung
Original Assignee
Bowas AG fuer Industrieplanung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bowas AG fuer Industrieplanung filed Critical Bowas AG fuer Industrieplanung
Priority to EP09179006A priority Critical patent/EP2332894A1/de
Publication of EP2332894A1 publication Critical patent/EP2332894A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
    • C06B21/0033—Shaping the mixture
    • C06B21/0041—Shaping the mixture by compression
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/18—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition
    • C06B25/24—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being nitrocellulose present as 10% or more by weight of the total composition with nitroglycerine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/34—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitrated acyclic, alicyclic or heterocyclic amine

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of explosives.
  • explosive is to be understood as explosive and / or explosive substances and mixtures of substances which are used for the purpose of explosives, fuels, igniters or pyrotechnic compositions or for the production thereof.
  • Explosives, and in particular propellants, are required for numerous applications, such as blasting or propulsion.
  • this requires that the explosive in a certain form, for example as a powder or granules, as a cube or in a compact form of different sizes, but from the explosiveness of the explosive raw material, such as nitrocellulose and / or Nitroglycerinbasis, a special Problem with regard to the processing of the same results.
  • the preparation of the propellant charge powder without solvent is based on a conventional process control of a water-wet nitrocellulose / blasting oil mixture. This is dehydrated and gelatinised on heated rolling mills. This is done manually or semi-automatically with very elaborate equipment, wherein at the end of the rolling process, a fur is produced, which is rolled into a roll and extruded in a hydraulic press to a desired geometry.
  • DE 36 35 296 A1 a process for producing propellant charge powder in a solvent-free process, wherein a water-wet powder raw material is processed at elevated temperature in a shear roller.
  • the powder raw material is fed continuously, taken off continuously as a gelatinized mass at the end of the shear roller and granulated continuously immediately thereafter.
  • the resulting granules are then fed continuously to an extruder, by means of which it is pressed into powder strands, which are processed by cutting or other finishing to the finished powder.
  • this process represents a significant improvement of the former POL process, whereby the processing of the granules in an extruder could not be ensured in a safe manner, since high mass pressures are produced in the press during the pressing of the granulate, which is considerable safety concerns and problems.
  • the granules were therefore mixed with original water-moist raw material and only then rolled out on a roller to a fur and processed. The rolling into a winding and the pressing to a desired geometry is carried out according to the conventional method already described above.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • An important point of the invention is that the explosive raw material is first subjected to an isostatic pressing before gelatinization.
  • thermo-induced gels of pressure-induced gels differ significantly in their physical and structural properties.
  • pressure-induced gels have a lower modulus of elasticity, which facilitates later extrusion.
  • the isostatic pressing of the explosive raw material thus leads to a certain gelatinization of the explosive raw material, which significantly improves the processability of the explosive raw material treated in this way.
  • the isostatic pressing is carried out at a pressure of 1 to 10,000 bar, in particular from 1000 to 7500 bar.
  • the isostatic pressing is carried out at a temperature elevated from room temperature.
  • a thermo-induced gel formation is initiated, which improves the pre-plasticization of the explosive raw material.
  • the isostatic pressing is carried out at a temperature of 30 to 100 ° C, in particular from 50 to 90 ° C.
  • the explosive raw material mass should be subjected to isostatic pressing for a certain residence time. Residence times of from 1 to 20 minutes, in particular from 5 to 10 minutes, have proved to be particularly advantageous.
  • the isostatic pressing downstream gelatinization of the explosive is carried out in a gelatinizer comprising a shear roller at a temperature in the range of 30 ° C to 130 ° C, preferably at a temperature in the range of 50 ° C to 110 ° C , and more preferably carried out in a range of 70 ° C to 95 ° C.
  • the swelling of the explosive raw material caused by the isostatic pressing significantly improves the initial adhesion of the explosive to the shear roller during further processing on a shear roller, which significantly improves the gelatinization process at the shear roller.
  • the gelatinizer of a preferred embodiment comprises a rotating drum with lifting internals on the inside of the drum and backward-feeding internals at the drum exit. Due to the lifting internals on the inside of the drum not immediately adhering, fallen explosive raw material is automatically abandoned. The backward-promoting internals at the drum exit prevent the material from escaping.
  • the gelatinization of the explosive raw material by means of a gelatinizer comprising a roller at a temperature in the range of 30 ° C to 130 ° C, preferably at a temperature in the range of 50 ° C to 110 ° C, and particularly preferred a range of 70 ° C to 95 ° C performed.
  • the resulting during isostatic pressing warm explosives body has a rubber elasticity, which is very advantageous for further processing. It is therefore preferable to immediately subject the explosive body obtained by isostatic pressing without further cooling to further processing by gelatinization.
  • the further processing of the gelatinized explosive can, for example, as in the WO 03/035580 described described.
  • a typical procedure of a process to the final product is shown in the process scheme attached as Figure 1.
  • the explosive is immediately granulated after exiting the gelatinizer and the granules are formed into a block immediately after granulation by means of an isostatic press. It is preferred that the granules of the isostatic press is supplied in a warm, in particular plastic state.
  • the further processing of the block thus obtained can be carried out in a conventional manner, in particular by means of a hydraulic press.
  • the explosive raw material comprises at least one gelatinizable component and at least one gel-forming component.
  • the gelatinatable component of the explosive raw material preferably comprises nitrocellulose.
  • the explosive raw material may also include gelatinizable components which are not explosives themselves. Examples of such gelatinizable components are cellulose acetates.
  • the gel-forming component of the explosive raw material preferably comprises glycerol trinitrate and / or ethylene glycol dinitrate and / or nitramine.
  • the explosive raw material may also comprise gel-forming components which are not explosives themselves. Examples of such gelling components are typical plasticizers such as phthalates.
  • the explosive raw material may also include explosives that are neither gelatinizable nor gel-forming. Examples of such explosives are hexogen, octogen, nitropenta and nitroguanidine.
  • An explosive which can be used particularly advantageously for the process according to the invention comprises one or more of the following components: nitrocellulose, glycerol trinitrate, Ethylene glycol dinitrate, one or more nitramines, hexogen, nitroguanidine.
  • a water-moist solvent-free explosive raw material is used as the explosive raw material.
  • a solvent-moist explosive raw material is used as the explosive raw material.
  • the solvent-moist explosive raw material preferably comprises acetone, diethyl ether, ethanol or mixtures of the solvents mentioned.
  • the explosive raw material comprises carbon in the form of carbon black or graphite, in particular in an amount of 0.1 to 1% by weight.
  • the explosive raw material comprises carbon nanotubes, in particular in an amount of 0.05 to 1% by weight.
  • carbon nanotubes represent an allotopic modification of carbon.
  • graphite lattices are arranged in a tubular shape and terminated with a fullerene half-cap at the ends.
  • the method according to the invention has a number of advantages.
  • isostatic pressing as described above, a onset of gelation of the explosive raw material mass.
  • the subsequent further processing under gelatinization is significantly simplified.
  • it has been found that when using a shear roller for gelatinizing the initial adhesion of the explosive raw material to the roller as well as the heat transfer from the roller to the isostatically compacted explosive raw material mass are greatly improved. This allows the use of less expensive shearing devices and the shortening of the process times, resulting in lower investment costs and higher throughput.
  • the reduced thermal stresses on the material due to the shorter process times lead to increased long-term stability of the end product.
  • Another surprising advantage of the method according to the invention is the possibility of processing explosive raw materials which were difficult or impossible to process by the previous methods.
  • explosive raw materials based on nitrocellulose and glycerol trinitrate / ethylene glycol dinitrate can only be processed for certain compositions at certain nitrogen contents of the nitrocellulose (degree of nitration). Outside of this "window", the gelatinization of the explosive raw material does not succeed according to the conventional methods.
  • the inventive method allows by the upstream step of isostatic pressing the gelatinization of such explosive raw materials that are outside of this window. This significantly increases the flexibility of the process with respect to the use of nitrocellulose of various nitrogen contents.
  • Example 1 Examination of an explosive mass treated by isostatic pressing by SEM images
  • An explosive raw material based on nitrocellulose and nitroglycerin was subjected to isostatic pressing for 5 minutes at 80 ° C and 3500 bar.
  • FIG. 2 shows the raw explosive mass before the isostatic pressure treatment while FIG. 3 shows the explosive raw material mass after isostatic pressing.
  • FIG. 3 shows the explosive raw material mass after isostatic pressing.
  • An explosive raw material (37% nitrocellulose, 37% nitroglycerine, 1% centralite, 25% hexogen) was charged into a polyethylene tube. After evacuation of the tube, it was closed and inserted into the isostatic press. The temperature of the hydraulic fluid was 85 ° C, the applied pressure 5000 bar and the residence time 8 minutes. After removal and demolding, the formed body was placed on a shear roller with a heated crushing / dosing device so that no cooling took place.
  • the explosive raw material pretreated by isostatic pressing as described above has excellent properties for further processing on the shearing roll.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Explosivstoffen aus einem Explosivrohstoff durch Gelatinieren des Explosivrohstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass der Explosivrohstoff vor dem Schritt des Gelatinierens einem isostatischen Pressen unterzogen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Explosivstoffen.
  • Im Rahmen dieser Erfindung sind unter dem Begriff "Explosivstoffe" explosionsgefährliche und/oder explosionsfähige Stoffe und Stoffgemische zu verstehen, die zur Verwendung als Sprengstoffe, Treibstoffe, Zündstoffe oder als pyrotechnische Sätze dienen oder zu deren Herstellung verwendet werden.
  • Explosivstoffe, und insbesondere Treibladungspulver werden für zahlreiche Anwendungen, wie beispielsweise in der Sprengtechnik oder zum Antrieb von Geschossen benötigt. Üblicherweise wird hierbei gefordert, dass der Explosivstoff in einer bestimmten Form, beispielsweise als Pulver oder als Granulat, als Würfel oder in kompakter Form unterschiedlicher Größe vorliegt, wobei sich jedoch aus der Explosivität des Explosivrohstoffes, beispielsweise auf Nitrocellulose- und/oder Nitroglycerinbasis, eine besondere Problematik hinsichtlich der Verarbeitung desselben ergibt.
  • So werden bei der Herstellung von Treibladungspulvern grundsätzlich Prozesse mit und ohne Lösungsmittel unterschieden.
  • Bei der Herstellung der Treibladungspulver ohne Lösungsmittel (POL-Pulver) wird nach einer herkömmlichen Prozessführung von einer wasserfeuchten Nitrocellulose/Sprengöl-Mischung ausgegangen. Diese wird auf beheizten Walzwerken entwässert und gelatiniert. Dies erfolgt manuell oder teilautomatisiert mit sehr aufwendigen Einrichtungen, wobei am Ende des Walzvorgangs ein Fell erzeugt wird, das zu einem Wickel gerollt und in einer hydraulischen Presse zu einer gewünschten Geometrie extrudiert wird.
  • Demgegenüber offenbart die US 4,963,296 bzw. die damit korrespondierende EP 0 288 505 B1 bzw. DE 36 35 296 A1 ein Verfahren zum Herstellen von Treibladungspulver in einem lösungsmittelfreien Prozess, bei dem eine wasserfeuchte Pulverrohmasse bei erhöhter Temperatur in einer Scherwalze bearbeitet wird. Die Pulverrohmasse wird hierzu kontinuierlich zugeführt, als gelatinierte Masse am Ende der Scherwalze kontinuierlich abgenommen und unmittelbar im Anschluss daran kontinuierlich granuliert. Das entstehende Granulat wird dann fortlaufend einem Extruder zugeführt, mittels dem es zu Pulversträngen gepresst wird, die durch Schneiden oder eine andere Endbehandlung zum fertigen Pulver verarbeitet werden.
  • Hinsichtlich des Entwässerns und Gelatinierens stellt dieses Verfahren eine erhebliche Verbesserung des erstgenannten POL-Prozesses dar, wobei die Verarbeitung des Granulats in einem Extruder bisher nicht auf sichere Weise gewährleistet werden konnte, da beim Verpressen des Granulats hohe Massedrücke in der Presse erzeugt werden, was erhebliche sicherheitstechnische Bedenken und Probleme mit sich bringt. Um diesen zu begegnen, wurde das Granulat deshalb mit originärem wasserfeuchten Rohmaterial vermischt und erst anschließend auf einer Walze zu einem Fell ausgewalzt und weiterverarbeitet. Das Rollen zu einem Wickel und das Verpressen zu einer gewünschten Geometrie erfolgt nach dem oben bereits beschriebenen herkömmlichen Verfahren.
  • Außer einer umständlichen Arbeitsweise wirft das letztgenannte Verfahren jedoch auch erhebliche Probleme auf. So weist der hergestellte Wickel Inhomogenitäten auf, die auf einer unterschiedlich guten bzw. einer weniger guten Gelatinierung der miteinander vermischten und bereits entwässerten sowie gelatinierten bzw. wasserfeuchten Rohmaterialien beruhen. Diese machen sich qualitativ negativ bemerkbar, so dass ein Großteil des Treibladungspulvers immer noch nach dem erstgenannten herkömmlichen Walzverfahren hergestellt wird.
  • Eine weitere Verbesserung wurde durch ein in der WO 03/035580 beschriebenes Verfahren erreicht. Nach diesem Verfahren wird die Explosivstoffmasse nach dem Gelatinieren in einer Schervorrichtung und der anschließenden Verarbeitung zu einem Granulat unmittelbar nach dem Granulieren mittels einer isostatischen Presse zu einem Block geformt. Dadurch, dass das Granulat der isostatischen Presse in noch warmem und plastischem Zustand zugeführt wird, wird vermieden, dass abgekühltes oder verhärtetes Granulat in der Presse aufeinander stößt und beim Verpressen an den Berührungsflächen bzw. an den Wandungen der Presse sicherheitsrelevant hohe Druckbereiche aufbaut.
  • Mit den genannten Verfahren bestehen jedoch bei vielen Explosivrohstoffmassen nach wie vor Schwierigkeiten bei der Verarbeitung. Diese Schwierigkeiten sind unter anderem darauf zurückzuführen, dass bei der Verarbeitung der Explosivstoffrohmasse in einer Schervorrichtung die Anfangshaftung der Rohmasse an der Scherwalze zu gering ist, um eine zügige und vollständige Plastifizierung des Explosivstoffs zu erreichen. Durch diese mangelnde Anfangshaftung lassen sich viele Zusammensetzungen auf einer kontinuierlichen Scherwalze nicht verarbeiten. Auch auf den herkömmlichen Walzen im Batch-Verfahren bereitet die Verarbeitung oftmals große Schwierigkeiten. Um eine hinreichende Gelatinierung zu erreichen, sind oftmals lange Verarbeitungszeiten und/oder aufwendige Schervorrichtungen notwendig, was sowohl hinsichtlich der Prozesskosten als auch in Bezug auf die Sicherheit der Verfahrensdurchführung von großem Nachteil ist.
  • Demgemäß lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Explosivstoffen bereitzustellen, das gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren schneller und kostengünstiger durchgeführt werden kann, sowie eine breitere Anwendbarkeit im Hinblick auf die eingesetzten Explosivstoffzusammensetzungen zeigt.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Ein wichtiger Punkt der Erfindung liegt darin, dass der Explosivrohstoff vor der Gelatinierung zunächst einem isostatischen Pressen unterworfen wird.
  • Es hat sich gezeigt, dass durch das isostatische Pressen die Gelbildungseigenschaften insbesondere von Cellulosenitraten beeinflusst werden. Dabei fällt auf, dass sich thermo-induzierte Gele von druck-induzierten Gelen in ihren physikalischen und strukturellen Eigenschaften deutlich unterscheiden. Insbesondere weisen druck-induzierte Gele einen niedrigeren Elastizitätsmodul auf, was eine spätere Extrusion erleichtert. Durch das isostatische Pressen des Explosivrohstoffes kommt es also zu einer gewissen Gelatinierung des Explosivrohstoffs, was die Verarbeitbarkeit des so behandelten Explosivrohstoffs deutlich verbessert.
  • REM-Aufnahmen von nitrocellulosehaltigen Explosivrohstoffmassen bestätigen, dass das Volumen der Nitrocellulosefasern nach dem isostatischen Pressschritt stark vergrößert ist. Diese Quellung lässt darauf schließen, dass der Gelbildner bereits zwischen den Polymerketten sitzt. Durch den Gelbildner wird die Kettenassoziation teilweise aufgehoben. Die scheinbare Vernetzung wird gelockert. Eine weitere Lockerung tritt dann bei der Weiterverarbeitung ein, die typischerweise unter Schereinwirkung erfolgt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das isostatische Pressen bei einem Druck von 1 bis 10000 bar, insbesondere von 1000 bis 7500 bar.
  • Es ist auch bevorzugt, das isostatische Pressen bei einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur durchzuführen. Durch diese Maßnahme wird neben der Druck-induzierten Gelbildung auch eine Thermo-induzierte Gelbildung eingeleitet, was die Vorplastifizierung des Explosivrohstoffs verbessert. Vorzugsweise erfolgt das isostatische Pressen bei einer Temperatur von 30 bis 100 °C, insbesondere von 50 bis 90 °C.
  • Um besonders gute Ergebnisse zu erzielen, sollte die Explosivrohstoffmasse dem isostatischen Pressen für eine bestimmte Verweilzeit ausgesetzt werden. Als besonders vorteilhaft haben sich Verweilzeiten von 1 bis 20 Minuten, insbesondere von 5 bis 10 Minuten erwiesen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das dem isostatischem Pressen nachgeschaltete Gelatinieren des Explosivstoffes in einer Gelatiniervorrichtung, die eine Scherwalze umfasst, bei einer Temperatur im Bereich von 30°C bis 130°C, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 50°C bis 110°C, und besonders bevorzugt einem Bereich von 70°C bis 95°C durchgeführt.
  • Unter einer Scherwalze ist im Sinne der Erfindung eine Walze zu verstehen, wie sie in der DE 3536295 A1 detailliert beschrieben wird.
  • Die durch das isostatische Pressen verursachte Quellung des Explosivrohstoffs verbessert bei Weiterverarbeitung auf einer Scherwalze die Anfangshaftung des Explosivstoffes an die Scherwalze deutlich, was den Ablauf der Gelatinierung an der Scherwalze deutlich verbessert.
  • Um die Verarbeitbarkeit des vorbehandelten Explosivrohstoffs in der Gelatiniervorrichtung weiter zu verbessern, umfasst die Gelatiniervorrichtung einer bevorzugten Ausführungsform eine rotierende Trommel mit hebenden Einbauten an der Innenseite der Trommel und rückwärts fördernden Einbauten am Trommelausgang. Durch die hebenden Einbauten an der Innenseite der Trommel wird nicht sofort haftende, abgefallene Explosivstoffrohmasse automatisch wieder aufgegeben. Die rückwärts fördernden Einbauten am Trommelausgang verhindern ein Austreten des Materials.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird das Gelatinieren des Explosivrohstoffs mittels einer Gelatiniervorrichtung, die eine Walze umfasst, bei einer Temperatur im Bereich von 30°C bis 130°C, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 50°C bis 110°C, und besonders bevorzugt einem Bereich von 70°C bis 95°C durchgeführt.
  • Der beim isostatischen Pressen entstandene warme Explosivstoffkörper weist eine Gummielastizität auf, die für die weitere Verarbeitung sehr vorteilhaft ist. Es ist daher bevorzugt, den durch das isostatische Pressen erhaltenen Explosivstoffkörper ohne zwischenzeitliches Abkühlen sofort der Weiterverarbeitung durch Gelatinieren zu unterziehen.
  • Die Weiterverarbeitung des gelatinierten Explosivstoffs kann beispielsweise wie in der WO 03/035580 beschrieben erfolgen. Ein typischer Ablauf eines Verfahrens bis zum Endprodukt ist in dem als Figur 1 beigefügten Verfahrensschema dargestellt.
  • Insbesondere wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Explosivstoff nach Austritt aus der Gelatiniervorrichtung sofort granuliert und das Granulat unmittelbar nach dem Granulieren mittels einer isostatischen Presse zu einem Block geformt. Dabei ist es bevorzugt, dass das Granulat der isostatischen Presse in warmem, insbesondere plastischem Zustand zugeführt wird. Die Weiterverarbeitung des so erhaltenen Blocks kann auf herkömmliche Weise erfolgen, insbesondere mittels einer hydraulischen Presse.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Explosivrohstoff mindestens eine gelatinierbare Komponente und mindestens eine gelbildende Komponente.
  • Die gelatinierbare Komponente des Explosivrohstoffs umfasst vorzugsweise Nitrocellulose. Der Explosivrohstoff kann aber auch gelatinierbare Komponenten umfassen, die selbst keine Explosivstoffe sind. Beispiele für solche gelatinierbare Komponenten sind Celluloseacetate.
  • Die gelbildende Komponente des Explosivrohstoffs umfasst vorzugsweise Glycerintrinitrat und/oder Ethylenglykoldinitrat und/oder Nitramine. Der Explosivrohstoff kann aber auch gelbildende Komponenten umfassen, die selbst keine Explosivstoffe sind. Beispiele für solche gelbildenden Komponenten sind typische Weichmacher wie beispielsweise Phthalate.
  • Der Explosivrohstoff kann auch Explosivstoffe umfassen, die weder gelatinierbar noch gelbildend sind. Beispiele für solche Explosivstoffe sind Hexogen, Oktogen, Nitropenta und Nitroguanidin.
  • Ein für das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft einsetzbarer Explosivstoff umfasst eine oder mehrere der folgenden Komponenten: Nitrocellulose, Glycerintrinitrat, Ethylenglykoldinitrat, ein oder mehrere Nitramine, Hexogen, Nitroguanidin.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Explosivrohstoff ein wasserfeuchter lösungsmittelfreier Explosivrohstoff eingesetzt.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird als Explosivrohstoff ein lösungsmittelfeuchter Explosivrohstoff eingesetzt. Der lösungsmittelfeuchte Explosivrohstoff umfasst vorzugsweise Aceton, Diethylether, Ethanol oder Gemische aus den genannten Lösungsmitteln.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Explosivrohstoff Kohlenstoff in Form von Ruß oder Graphit, insbesondere in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.%.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Explosivrohstoff Kohlenstoff-Nanoröhren, insbesondere in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.%
  • Kohlenstoff-Nanoröhren stellen neben Graphit, Diamant und Fullerenen eine allotope Modifikation des Kohlenstoffs dar. In Kohlenstoff-Nanoröhren sind Graphitgitter röhrenförmig angeordnet und mit einer Fullerenhalbkappe an den Enden abgeschlossen.
  • Das Einbeziehen von Kohlenstoff-Nanoröhren führt zu folgenden Vorteilen bei den Explosivstoffen:
    • Erreichen einer elektrischen Leitfähigkeit oder elektrostatischer Dissipation (Antistatik) in den ansonsten isolierenden Explosivstoffen
    • Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf die Festigkeit
    • Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit und der thermischen Stabilität der Explosivstoffe
  • Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Reihe von Vorteilen verbunden ist. Durch das isostatische Pressen erfolgt wie oben beschrieben eine einsetzende Gelbildung der Explosivrohstoffmasse. Dies führt dazu, dass die anschließende Weiterverarbeitung unter Gelatinierung deutlich vereinfacht wird. Insbesondere hat sich gezeigt, dass bei Einsatz einer Scherwalze zum Gelatinieren die Anfangshaftung des Explosivrohstoffes an der Walze sowie der Wärmeübergang von der Walze zur isostatisch verdichteten Explosivrohstoffmasse stark verbessert werden. Dies ermöglicht den Einsatz von weniger aufwendigen Schervorrichtungen sowie die Verkürzung der Prozesszeiten, was zu geringeren Anlagenkosten und höherem Durchsatz führt. Als zusätzlicher Vorteil hat sich gezeigt, dass die durch die geringeren Prozesszeiten bedingten verminderten thermischen Belastungen des Materials zu einer erhöhten Langzeitstabilität des Endproduktes führen.
  • Im Bezug auf die Vereinfachung der Schervorrichtung hat sich gezeigt, dass die besseren Verarbeitungseigenschaften der durch isostatisches Pressen vorbehandelten Explosivstoffrohmasse ein Verkürzen der Scherwalzen ermöglicht, was neben der Veringerung der Anlagekosten den zusätzlichen Vorteil einer verringerten Durchbiegung der Walzen ermöglicht, was sich in einem geringeren Verschleiß der Schervorrichtung und einer erhöhten Prozesssicherheit bei der Verarbeitung der Explosivstoffmassen äußert.
  • Ein weiterer überraschender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Möglichkeit, Explosivrohstoffe zu verarbeiten, die nach den bisherigen Verfahren nicht oder nur schwer verarbeitbar waren. So sind nach den bisherigen Verfahren Explosivrohstoffe auf Basis von Nitrocellulose und Glycerintrinitrat / Ethylenglykoldinitrat für bestimmte Zusammensetzungen nur bei bestimmten Stickstoffgehalten der Nitrocellulose (Grad der Nitrierung) verarbeitbar. Außerhalb dieses "Fensters" gelingt die Gelatinierung des Explosivrohstoffes nach den herkömmlichen Verfahren nicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch den vorgelagerten Schritt des isostatischen Pressens die Gelatinierung auch von solchen Explosivrohstoffen, die außerhalb dieses Fensters liegen. Dies erhöht die Flexibilität des Verfahrens in Bezug auf den Einsatz von Nitrocellulose verschiedener Stickstoffgehalte erheblich.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden.
    • Beispiel 1: Untersuchung einer durch isostatisches Pressen behandelten Explosivstoffmasse durch REM-Aufnahmen
  • Eine Explosivrohstoffmasse auf Basis von Nitrocellulose und Nitroglycerin wurde einem isostatischen Pressen für 5 Minuten bei 80°C und 3500 bar ausgesetzt.
  • Vor und nach dem isostatischen Pressen wurden Proben der Explosivrohstoffmasse genommen und anschließend durch ein Rasterelektronenmikroskop untersucht.
  • Figur 2 zeigt die Explosivrohstoffmasse vor der isostatischen Druckbehandlung, während Figur 3 die Explosivrohstoffmasse nach dem isostatischen Pressen zeigt. Es zeigen sich auffällige Unterschiede in der Struktur der Explosivstoffrohmasse vor und nach dem isostatischen Pressen. Insbesondere zeigt sich, dass das Volumen der Nitrocellulosefasern nach dem isostatischen Pressschritt nahezu verdoppelt ist. Diese Quellung lässt darauf schließen, dass die Kettenassoziation der Nitrocellulose durch den Gelbilder bereits teilweise aufgehoben wird.
    • Beispiel 2: Herstellung eines Explosivstoffs
  • Eine Explosivstoffrohmasse (37% Nitrocellulose, 37% Nitroglycerin, 1% Centralit, 25% Hexogen) wurde in einen Polyethylenschlauch eingefüllt. Nach dem Evakuieren des Schlauches wurde dieser verschlossen und in die isostatische Presse eingesetzt. Die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit betrug 85°C, der angewandte Druck 5000 bar und die Verweilzeit 8 Minuten. Nach der Entnahme und dem Entformen wurde der gebildete Körper mit einer beheizten Zerkleinerungs-/Dosierungsvorrichtung so auf eine Scherwalze aufgegeben, dass keine Abkühlung stattfand.
  • Es hat sich gezeigt, dass die wie oben beschrieben durch isostatisches Pressen vorbehandelte Explosivstoffrohmasse hervorragende Eigenschaften zur Weiterverarbeitung auf der Scherwalze aufweist.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung von Explosivstoffen aus einem Explosivrohstoff durch Gelatinieren des Explosivrohstoffs,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Explosivrohstoff vor dem Schritt des Gelatinierens einem isostatischen Pressen unterzogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das isostatische Pressen bei einem Druck von 1 bis 10000 bar, insbesondere von 1000 bis 7500 bar durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das isostatische Pressen bei einer Temperatur von 30 bis 100 °C, insbesondere von 50 bis 90 °C durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das isostatische Pressen für eine Zeitdauer von 1 bis 20 Minuten, insbesondere von 5 bis 10 Minuten durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gelatinieren des Explosivrohstoffs mittels einer Gelatiniervorrichtung, die eine Scherwalze umfasst, bei einer Temperatur im Bereich von 30°C bis 130°C, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 50°C bis 110°C, und besonders bevorzugt einem Bereich von 70°C bis 95°C, durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gelatiniervorrichtung neben einer Scherwalze eine rotierende Trommel mit hebenden Einbauten und am Trommelausgang gelegene rückwärtsfördernde Einbauten umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Gelatinieren des Explosivrohstoffs mittels einer Gelatiniervorrichtung, die eine Walze umfasst, bei einer Temperatur im Bereich von 30 °C bis 130 °C, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 50 °C bis 110 °C, und besonders bevorzugt einem Bereich von 70 °C bis 95 °C, durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Explosivrohstoff nach Durchführung des isostatischen Pressens mit einer beheizten Zerkleinerungs-/Dosiervorrichtung im Wesentlichen ohne zwischenzeitliches Abkühlen des Explosivrohstoffes in die Gelatiniervorrichtung eingebracht wird.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Explosivrohstoff mindestens eine gelatinierbare Komponente und mindestens eine gelbildende Komponente umfasst.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Explosivrohstoff ein wasserfeuchter, lösungsmittelfreier Explosivrohstoff eingesetzt wird.
  11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Explosivrohstoff ein lösungsmittelfeuchter Explosivrohstoff eingesetzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der lösungsmittelfeuchte Explosivrohstoff Aceton, Diethylether, Ethanol oder Gemische aus den genannten Lösungsmitteln umfasst.
  13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Explosivrohstoff Kohlenstoff in Form von Ruß oder Graphit, insbesondere in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.% umfasst.
  14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Explosivrohstoff Kohlenstoff-Nanoröhren, insbesondere in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.% umfasst.
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