Walsroder® Nitrocellulose

für die Veredelung von Oberflächen

Nitrocellulose

Nitrocellulose

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3

Dow Wolff Cellulosics ......................................... Seite 4

Struktur und Darstellung ..................................... Seite 7

Charakterisierung und Eigenschaften ................... Seite 8

Typen ............................................................... Seite 11

Viskosität .......................................................... Seite 12

Walsroder® Nitrocellulose .................................. Seite 16

Walsroder® NC-Chips ......................................... Seite 19

Industrielle Produktion ........................................ Seite 20

Umweltschutz ................................................... Seite 23

Qualitätssicherung ............................................. Seite 23

Anwendungen ................................................... Seite 24

Nitrocellulose in Lösung ...................................... Seite 31

Technologische Eigenschaften ............................. Seite 36

Reaktivlacke. ..................................................... Seite 39

Gesetzliche Bestimmungen ................................. Seite 40

Mischungsdiagramme ........................................ Seite 42

Messmethoden ................................................. Seite 44

Glossar ............................................................ Seite 54

Lieferprogramm ................................................. Seite 58

Walsroder® Nitrocellulose

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Cellulosics Dow Wolff Cellulosics

Cellulose-Derivate in Markenqualität

Entwicklung, Herstellung und Vermarktung

von Cellulose-Derivaten sind Kernkompetenz

von Dow Wolff Cellulosics. Nitrocellulose (NC)

ist ein Rohstoff für Druckfarben und Lacke.

Walocel Methylcellulose ist ein hochwirksames

Additiv für Baustoffe. Es steuert die Konsistenz

und Aushärtung von mineralisch gebundenen

Bauwerkstoffen wie Putzen, Spachtelmassen

und Fliesenklebern sowie von Dispersions-

farben. Die hochreinen Cellulose-Derivate

Carboxymethylcellulose (CMC) oder Hydroxy-

propylmethylcellulose (HPMC) werden

eingesetzt in Lebensmitteln, Kosmetika und

Pharma-Erzeugnissen. In seinem Techni-

kum entwickelt Dow Wolff Cellulosics neue

Produkte und neue Technologien für die Her-

stellung und Verarbeitung von Derivaten des

nachwachsenden Rohstoffes Cellulose.

Die Produktion von Dow Wolff Cellulosics zählt

dank kontinuierlicher Investitionen in Anlagen,

Produkte und Verfahren zu den modernsten

der Welt. Sie sorgt so für eine zuverlässige

Versorgung mit Produkten in konstant hoher

Qualität.

Durch intensive Forschung und Entwicklung

bietet Dow Wolff Cellulosics seinen Kunden

moderne Produkte und fundierte technische

Beratung.

Im direkten Kontakt helfen das kaufmänni-

sche und technische Marketing Kunden, ihren

Geschäftserfolg auszubauen.

Mit einem globalen Logistik-Netz bietet Dow

Wolff Cellulosics seinen Kunden weltweit

zuverlässige und flexible Versorgung.

Qualitätsmanagement wird bei Dow Wolff

Cellulosics gelebt. Eigene Prüflabore über-

wachen die Herstellungsprozesse 24 Stunden

am Tag und sorgen in enger Zusammenarbeit

mit den Produktionsmitarbeitern für optimale

Produktqualität. Dow Wolff Cellulosics erfüllt

die Normen ISO 9000 und ISO 14000.

5

Cellulosics Dow Wolff Cellulosics

Cellulose-Derivate in Markenqualität

Struktur und Darstellung

6

StrukturWichtigster Rohstoff für Nitrocellulose ist Che-

miezellstoff, also Cellulose. Sie wird aus Holz

oder aus Baumwoll-Linters gewonnen. Diese

beiden nachwachsenden Rohstoffe stehen in

großer Menge auch langfristig zur Verfügung.

Die nachwachsende Menge an Cellulose über-

trifft die vom Menschen genutzte bei weitem.

Die hochreinen Chemiezellstoffe für Nitrocel-

lulose werden vorwiegend aus langfasrigen

Nadelhölzern hergestellt. Die Hölzer stammen

in der Regel aus der näheren Umgebung der

Papiermühlen.

Baumwoll-Linters sind kurze Härchen auf den

Samenkapseln der Baumwollpflanze und nicht

die langfasrigen weißen Büschel. Die zur Her-

stellung von Cellulose-Derivaten eingesetzten

Baumwoll-Linters sind üblicherweise eine

Mischung von verschiedenen Feldern, durch-

aus auch aus verschiedenen Ländern.

Durch Umsetzung von Cellulose mit Nitrier-

säure, einer Mischung aus Salpetersäure und

Schwefelsäure, entsteht Nitrocellulose. Dabei

handelt es sich im chemischen Sinne nicht um

eine Nitrierung, sondern um eine Veresterung.

Eine Veresterung ist eine Gleichgewichtsreak-

tion. Über die Wasserkonzentration im Reak-

tionsgemisch lässt sich der Veresterungsgrad

steuern. Je höher der Wasseranteil, desto

geringer der Veresterungsgrad.

Nitrocellulose mit einem sehr hohen Veres-

terungsgrad (Stickstoffgehalt größer als

12,6 %) wird als Schießbaumwolle eingesetzt.

Dow Wolff Cellulosics stellt ausschließlich

industrielle Nitrocellulose mit einem Stickstoff-

gehalt von 10,7 % bis 12,3 % her. Diese wird

als Bindemittel in Druckfarben und Lacken

verwendet.

Struktur und DarstellungIndustrielle Nitrocellulose

7

Charakterisierung

8

Charakterisierung und Eigenschaften

Stickstoffgehalt

Walsroder Nitrocellulose E 560 Isopropanol 30 %

E Substitutionsbereich (= Stickstoffgehalt)

560 Viskositätskennzahl

Isopropanol Anfeuchtungsmittel

30 % Anteil Anfeuchtungsmittel

Stickstoffgehalt [%]

Subs

titut

iosg

rad

2,5

2,4

2,3

2,2

2,1

2,0

1,9

1,8

10,6 10,8 11,0 11,2 11,4 11,6 11,8 12,0 12,2 12,4 12,6

A AM E

Aus dem Stickstoffgehalt lässt sich der Substitutionsgrad

(maximaler Wert: 3) nach folgender Formel berechnen:

3,6 · Stickstoffgehalt [%]

31,13 - Stickstoffgehalt [%]Substitutionsgrad =

Walsroder Nitrocellulose und Walsroder

NC-Chips werden charakterisiert durch:

den Stickstoffgehalt (Substitutionsgrad)

die Viskosität (Molmasse)

das Phlegmatisierungsmittel

(Anfeuchtungsmittel bzw. Weichmacher)

den Anteil des Phlegmatisierungsmittels

Die Produktbezeichnung enthält alle vier

Merkmale. Sie bedeuten:

Im Gegensatz zu anderen auf Cellulose basie-

renden Produkten wird der Substitutionsgrad

von Nitrocellulose indirekt über den Stickstoff-

gehalt (bezogen auf Trockensubstanz) ange-

geben. Theoretisch ist ein Stickstoffgehalt

von 14,14 % möglich, (alle drei Positionen

einer Anhydroglucose-Einheit sind umgesetzt

(substituiert)). Praktisch lässt sich nur ein

Stickstoffgehalt von ca. 13,6 % erreichen.

Der Stickstoffgehalt von Walsroder Nitro-

cellulose und Walsroder NC-Chips für Lacke

und Druckfarben liegt zwischen 10,7 % und

12,3 %. Nitrocellulose mit einem Stickstoff-

gehalt über 12,6 % ist als Explosivstoff

klassifiziert.

Charakterisierung

9

Charakterisierung und Eigenschaften

Stickstoffgehalt

10

11

TypenTypenA-TypenStickstoffgehalt: 10,7 % – 11,3 %

Substitutionsgrad: 1,89 – 2,05

Walsroder NC mit einem Stickstoffgehalt von

10,7 % bis 11,3 % hat die Typenbezeich-

nung A, da diese Nitrocellulose löslich ist

in Ethanol (= Alkohol).

A-Typen zeichnen sich besonders durch ihr

thermoplastisches Verhalten aus. Dieses ist

wichtig beim Heißsiegeln von Folien. A-Typen

werden vor allem für die Herstellung von

Druckfarben eingesetzt. Hier spielt die Lös-

lichkeit in Ethanol eine wesentliche Rolle.

Lackfilme aus A-Typen sind unbeständig gegen

Ethanol und werden daher selten für Holzlacke

verwendet.

Eigenschaften von A-Typen

Ausbildung von Filmen mit thermoplasti-

schen Eigenschaften (heißsiegelbar, z. B.

für Lackierung von Aluminium-Folien)

Schnelle Lösemittelabgabe

Gute Verschneidbarkeit mit aromatischen

Kohlenwasserstoffen

Erzielung guter mechanischer Eigenschaften

Lösung lacktechnischer Spezialprobleme,

wie z. B.:

•beliebig mit Ethanol verdünnbare

Lacke (Holzpolitur)

•geruchsschwache Lacke (Druckfarben)

•Geltauchlacke

•Heißsiegellacke (Zellglas- und

Alu-Folien-Lacke)

AM-TypenStickstoffgehalt: 11,3 % – 11,8 %

Substitutionsgrad: 2,05 – 2,20

Walsroder NC mit einem Stickstoffgehalt

von 11,3 % bis 11,8 % hat die Typenbezeich-

nung AM, da diese Nitrocellulose teilweise

löslich ist in Ethanol (= Alkohol Mittellöslich).

Eigenschaften von AM-Typen

AM-Typen liegen in ihrem Verhalten zwischen

den A- und den E-Typen. Sie werden nur bei

einigen speziellen Anwendungen eingesetzt

wie z. B. der Lackierung von Zellglasfolien

oder für Heftklammerlacke (eigentlich sind

dies Kleber, um die Heftklammern zusammen-

zuhalten).

E-TypenStickstoffgehalt: 11,8 % – 12,3 %

Substitutionsgrad: 2,20 – 2,35

Walsroder NC mit einem Stickstoffgehalt

von 11,8 % bis 12,3 % hat die Typenbezeich-

nung E, da diese Nitrocellulose löslich ist in

Estern (natürlich sind auch die A- und AM-

Typen in Estern löslich).

E-Typen sind die Standardtypen für Holz- und

Lederlacke. Sie sind im Vergleich zu Filmen

aus A- und AM-Typen besser beständig gegen

Alkohole.

Eigenschaften von E-Typen

Ausbildung von harten Filmen

Sehr schnelle Lösemittelabgabe

Gute Verschneidbarkeit mit Alkoholen,

aliphatischen und aromatischen

Kohlenwasserstoffen

Erzielung sehr guter mechanischer

Eigenschaften (Coldcheck, Dehnung,

Härte, Reißfestigkeit)

12

ViskositätViskositätTyp Dehnung Reißfestigkeit in % in N/mm2

E 330 < 3 29 – 49

E 375 < 5 39 – 49

E 400 5 – 10 59 – 69

E 510 8 – 12 69 – 78

E 560 10 – 15 74 – 84

E 620 12 – 18 78 – 88

E 840 20 – 25 88 – 98

E 950 23 – 28 88 – 98

E 1160 23 – 28 98 – 103

Die Viskosität einer Lösung von Walsroder Ni-

trocellulose und Walsroder NC-Chips wird von

der Molmasse der Nitrocellulose beeinflusst.

Die Molmassen-Bestimmung ist wesentlich

aufwendiger als die Viskositätsbestimmung. In

der Praxis ist zudem die Viskosität der Lösung

von Bedeutung. Aus diesem Grund wird die

Viskosität der Nitrocellulose (gemessen in

einem definierten Lösemittelgemisch) als

Viskositätskennzahl angegeben.

Zur Beschreibung von Walsroder Nitrocellulose

und Walsroder NC-Chips wird als Viskosi-

tätskennzahl der K-Wert nach Fikentscher

verwendet (S. 51). Dieser ist hinter dem

Substitutionsgrad (A, AM oder E) angegeben.

Ein niedriger K-Wert bedeutet eine niedrige

Viskosität (= geringe Molmasse), ein hoher

K-Wert eine hohe Viskosität (= hohe Mol-

masse).

Die Viskosität der einzelnen Nitrocellulosen von

Dow Wolff Cellulosics ist nach der Cochius-

Methode spezifiziert (S. 44). Die Viskosität von

Nitrocellulosen verschiedener Hersteller kann

über die Norm-Viskosität nach DIN ISO 14446

(ehemals DIN 53179) verglichen werden

(S. 47).

Festkörper und Viskosität der Lösung sowie

mechanische Eigenschaften des getrockneten

Lackfilms werden von der Nitrocellulose-Vis-

kosität beeinflusst. Eine Mischung aus hoch-

und niedrigviskosen Nitrocellulose-Typen zur

Herstellung einer mittelviskosen Nitrocellulose

ist nicht zu empfehlen. Lackfilme aus einer

solchen Mischung besitzen in der Regel

schlechtere mechanische Eigenschaften als

Lackfilme aus einem einheitlichen Nitrocellu-

lose-Typ.

13

Viskosität

Viskosität

14

ViskositätViskosität

15

Niedrigviskose Nitrocellulose

Zu den niedrigviskosen Nitrocellulosen werden

die Viskositätsstufen bis A 400, AM 330 und

E 375/E 380 gerechnet (entspricht nach

ISO 14446: ≥ 30 A, 30 M, 30 E).

Mit niedrigviskosen Nitrocellulosen lassen

sich festkörperreiche Lacke und Druckfarben

formulieren. Auch ist die Herstellung von hoch-

pigmentierten Lacken und Druckfarben mit

den niedrigviskosen Nitrocellulosen möglich.

Niedrigviskose Nitrocellulosen werden bevor-

zugt in Druckfarben oder als Überdrucklack

für Kunststofffolien oder Aluminiumfolien für

Lebensmittelverpackungen eingesetzt. Eine

weitere bevorzugte Anwendung ist die in

Grundierungen für Holzbeschichtungen.

Mittelviskose Nitrocellulose

Zu den mittelviskosen Nitrocellulosen zählen

die Viskositätsstufen A 500, AM 500, E 400

bis E 620 (entspricht nach ISO 14446:

18 E – 29 E, 18 M – 29 M, 18 A – 29 A).

Mittelviskose Nitrocellulosen werden am

Häufigsten eingesetzt. Anwendung finden sie

in Druckfarben für den Verpackungsdruck

(vorrangig A 500), in Holzlacken für die

Decklackierung, in Autoreparaturlacken und in

Nagellacken.

Hochviskose Nitrocellulose

Die Viskositätsstufen A 700, E 840 und höher

werden zu den hochviskosen Nitrocellulosen

gerechnet (entspricht nach ISO 14446:

17 E, 17 M, 17 A und kleiner).

Hochviskose Nitrocellulosen ergeben sehr

flexible und dünne Filme. Anwendungen sind

z. B. Lederlacke, Metalllacke (Zaponlack) oder

auch für sehr spezielle Anwendungen wie die

Herstellung von Membranfiltern. Vielfach wer-

den hochviskose Nitrocellulosen zur Einstellung

der Viskosität des Lackansatzes verwendet.

16

NitrocellulosePhlegmatisierungsmittelAnfeuchtungsmittel und Weichmacher

Walsroder Nitrocellulose

Industrielle Nitrocellulose muss aufgrund

gesetzlicher Vorgaben mit mindestens

25 % Anfeuchtungsmitteln (z.B. Alkohol,

Wasser) oder 18 % Plastifizierungsmitteln

(Weichmacher) versehen sein. Anfeuchtungs-

mittel und Weichmacher dienen zur Phleg-

matisierung, um die sehr leichte Brennbarkeit

und hohe Abbrandgeschwindigkeit trockener

Nitrocellulose zu verringern. Nitrocellulose

mit einem Anfeuchtungsmittelgehalt unter

25 % bzw. einem Weichmachergehalt von

unter 18 % ist unabhängig vom Stickstoffge-

halt als Explosivstoff klassifiziert.

Nitrocellulosen von Dow Wolff Cellulosics sind

mit mindestens 30 % Alkohol oder Wasser

angefeuchtet oder mit 20 % Weichmacher

plastifiziert. Walsroder Nitrocellulose und

Walsroder NC-Chips unterscheiden sich durch

das eingesetzte Phlegmatisierungsmittel

(Alkohol oder Weichmacher). Die Unterschiede

liegen nur in der äußeren Form und in der

Handhabung. Innerhalb einer Viskositätsstufe

ist sowohl bei Walsroder Nitrocellulose als

auch bei Walsroder NC-Chips die eingesetzte

Nitrocellulose die gleiche.

Isopropanol ist das häufigste Anfeuchtungs-

mittel für Nitrocellulose. Sie ist Basis für fast

alle wichtigen Lacksysteme, wie zum Beispiel

Holzlacke, Industrielacke, Nagellacke, Auto-

reparaturlacke. In einigen Regionen werden

auch Druckfarben mit isopropanolfeuchter

Nitrocellulose hergestellt.

Ethanolfeuchte Nitrocellulose dient hauptsäch-

lich zur Herstellung von Druckfarben.

Diese sind meist Ethanol-basiert (mit etwas

Ethylacetat), ein weiteres Lösemittel ist nicht

erwünscht. In einigen Regionen werden auch

Holzlacke aus Ethanol-feuchter Nitrocellulose

gefertigt.

Wasser-feuchte Nitrocellulose wird zur Her-

stellung von Farbpräparationen („Farb-Chips“)

und bei der Herstellung von Lederlacken für

die so genannten NC-Emulsionen verwendet.

17

NitrocellulosePhlegmatisierungsmittelAnfeuchtungsmittel und Weichmacher

18

NC-Chips

19

NC-ChipsWalsroder® NC-Chips Das früher oft eingesetzte DBP wird nicht

mehr angeboten. Grund ist die am

30. Juli 2002 innerhalb der Europäischen

Union in Kraft getretene 28. Anpassung

der RL 67/548/EWG. Sie schreibt eine

Kennzeichnung als toxisch (Totenkopf) vor,

wenn Zubereitungen mehr als 0,5 % DBP

enthalten. Diese Richtlinie über die Einstu-

fung, Verpackung und Kennzeichnung

gefährlicher Stoffe wurde in Deutschland

durch die Gefahrstoffverordnung umgesetzt.

Walsroder NC-Chips sind eine besondere

Form von Nitrocellulose. Sie enthalten als

Phlegmatisierungsmittel einen Weichmacher.

NC-Chips werden eingesetzt, wenn bestimmte

technische Anforderungen, die in der Natur

des Phlegmatisierungsmittels liegen, erfüllt

werden sollen. Zum Beispiel:

Herstellung von Druckfarben, die nur

Ethylacetat als Lösemittel enthalten

sollen.

Herstellung von Lacken, die elektrostatisch

gespritzt werden sollen. NC-Chips bieten

die Möglichkeit, Lösemittel mit einem

hohen Flammpunkt zu wählen (Ethanol und

Isopropanol haben einen Flammpunkt

von ca. 12 °C).

Herstellung von Lacken, die einen Flamm-

punkt von größer als 55 °C haben und so

nicht als entzündlich eingestuft sind und

nicht gekennzeichnet werden müssen.

Dies ist möglich durch geeignete Wahl

von Lösemitteln mit einem hohen Flamm-

punkt.

Einsatz in 2 K-Polyurethan-Lacken.

Die teure Isocyanat-Komponente würde

mit Alkohol und Wasser reagieren. Beim

Einsatz von NC-Chips kann die Isocyanat-

Menge, die zum Erreichen einer bestimm-

ten Vernetzung notwendig ist, reduziert

werden.

Sollte die Verpackung geöffnet und

anschließend nicht wieder sachgemäß

verschlossen werden, kann das Phleg-

matisierungsmittel nicht verdunsten.

Walsroder NC-Chips eignen sich her-

vorragend zur Herstellung von Lacken

oder Farbsystemen, bei denen nur ein

Lösemittel verwendet werden soll.

Walsroder NC-Chips mit ESO (epoxi-

diertem Sojabohnenöl) als Weichmacher

werden hauptsächlich für Holz- und

Industrielacke eingesetzt. Ein Schwer-

punkt sind 2 K-Polyurethan-Lacke.

Walsroder NC-Chips mit ATBC (Acetyl-

tributylcitrat) werden hauptsächlich zur

Herstellung von Druckfarben eingesetzt,

die als Lösemittel Ethylacetat enthalten.

20

ProduktionIndustrielle Produktion

Rohstoffe

Als Rohstoff zur Herstellung von Walsroder

Nitrocellulose und Walsroder NC-Chips dienen

sorgfältig ausgesuchte und gut charakteri-

sierte hochreine Cellulosen. Zudem werden

Salpetersäure, Schwefelsäure, Alkohole und

Weichmacher als Rohstoffe benötigt. Dow Wolff

Cellulosics hat mit den Rohstofflieferanten

genaue Spezifikationen für die Rohstoffe festge-

legt. Deren Einhaltung wird regelmäßig durch

Eingangskontrollen überprüft.

Nitrierung

(Einstellung Stickstoffgehalt)

Die Cellulose wird zerfasert, um eine große

Oberfläche für die chemische Reaktion

(Veresterung) zu erhalten. Anschließend wird

sie mit einer Mischung aus Salpetersäure und

Schwefelsäure (der Nitriersäure) versetzt und

zur Reaktion gebracht. Durch Variation des

Wassergehaltes in der Nitriersäure wird der

Stickstoffgehalt der Nitrocellulose eingestellt

(Veresterung ist eine Gleichgewichtsreakti-

on). Die Anlage zur Nitrierung wurde 1996

in Betrieb genommen. In diese Anlage sind

Erfahrungen aus über 100 Jahren Herstellung

von Nitrocellulose, kombiniert mit moderner

Apparatetechnik und dem Know-how der eige-

nen Ingenieurstechnik, eingeflossen.

Stofftrennung

Nach der Nitrierung wird die Nitrocellulose von

der Nitriersäure in Zentrifugen abgetrennt,

in Wasser suspendiert und in den nächsten

Anlagenteil gefördert.

Druckkochung

(Einstellung der Viskosität)

In der Druckkochung wird die Viskosität der

Nitrocellulose durch Erhitzen der Nitrocellu-

lose-Wasser-Suspension unter Druck auf

Temperaturen von über 100 °C eingestellt. In

diesem Schritt wird das Nitrocellulosemolekül

thermisch abgebaut. Zur Erzielung von Nitro-

cellulose-Typen mit hoher Molmasse (hohe

Viskosität) wird nur kurz erhitzt, zur Erzielung

niedriger Molmassen (niedrige Viskosität) wird

länger erhitzt.

Nachstabilisation

Der Druckkochung schließt sich die Nachsta-

bilisation an. Hier wird die Nitrocellulose-Was-

ser-Suspension durch Waschen mit Wasser und

durch Erwärmen auf 70 bis 90 °C stabilisiert.

Schwefelsäurehalbester, die instabiler sind als

die Salpetersäureester, werden so abgespalten.

Anschließend wird die Nitrocellulose neutral

gewaschen.

Entwässerung und Alkoholisierung

(Einstellung von Anfeuchtungsgehalt

und Wassergehalt)

Die Nitrocellulose-Suspension wird in

Zentrifugen bis auf einen Wassergehalt von

35 % entwässert. Diese wasserfeuchte

Nitrocellulose kann direkt abgepackt oder zur

Herstellung von NC-Chips verwendet werden.

Zur Herstellung von alkoholfeuchter Walsro-

der Nitrocellulose wird das Wasser in einer

weiteren Zentrifuge durch den entsprechenden

Anfeuchtungsalkohol ausgewaschen und die

nun alkoholfeuchte Nitrocellulose in Trommeln

bzw. Kartons abgefüllt. Der anfallende wässrige

Alkohol wird der Alkoholdestillation zugeführt.

Chips-Herstellung

(Einstellung von Weichmachergehalt

und Wassergehalt)

Zur Herstellung von Walsroder NC-Chips wird

die wasserfeuchte Nitrocellulose mit dem

entsprechenden Weichmacher gemischt,

getrocknet und in Trommeln abgefüllt.

Säureaufbereitung

Die abgetrennte Nitriersäure wird zum Teil

mit frischer Säure regeneriert und direkt

wieder eingesetzt. Der andere Teil wird in der

Säureaufbereitungsanlage aufdestilliert. Die

gewonnene Salpetersäure und Schwefelsäure

werden im Säuretanklager zwischengelagert.

Alkoholdestillation

Der wässrige Alkohol wird in der Alkoholdestil-

lation vom Wasser getrennt und in den Prozess

zurückgeführt.

21

ProduktionIndustrielle Produktion

Nitrocellulose entsteht durch Umsetzung von Cellulose mit einer

Mischung aus Salpetersäure und Schwefelsäure, der Nitrier-

säure. Nach aufwendigen Reinigungsschritten und der Stabilisie-

rung wird Nitrocellulose mit Anfeuchtungsmitteln (wie Alkoholen

oder Wasser) oder Weichmachern versetzt. Als Walsroder Nitro-

cellulose und Walsroder NC-Chips wird sie weltweit vermarktet.

Das Blockfließbild zeigt die einzelnen Verfahrensstufen.

Cellulose

Säurelager

Säuren Alkohol

Alkohollager

Alkohol-destillation

Säure-Destillation

NachstabilisationStofftrennung

NC-Chips

Trocknen

MischenDruckkochung

Angefeuchtete NC

Nitrierung

Weichmacher

Entwässerung

Alkoholisierung

22

Qualität

22

23

QualitätQualitätssicherung

Eingesetzte Rohstoffe werden soweit wie

möglich aufgearbeitet und in den Prozess

zurückgeführt. Deutlich zeigt sich dies in

der Säureaufbereitungsanlage und in den

Alkoholdestillationen, in denen die verdünnten

Säuren bzw. Alkohole aus dem Herstellprozess

aufkonzentriert werden.

Ein weiterer Aspekt des Umweltschutzes ist die

Abluftreinigung. Die mit nitrosen Gasen aus der

Nitrierung belastete Abluft wird in einer mehr-

stufigen Kolonne gewaschen. Die hierdurch

gewonnene verdünnte Säure wird in der

Säureaufbereitung aufkonzentriert und in den

Prozess zurückgeführt. Die Konzentration an

nitrosen Gasen in der Abluft liegt weit unter

den gesetzlichen Grenzwerten.

Umweltschutz

23

Für alle Rohstoffe, Halbwaren und Endpro-

dukte liegen Prüfpläne vor. Das integrierte

Qualitätssicherungssytem generiert automatisch

Prüflose und druckt Prüfanweisungen an den

verantwortlichen Stellen im Werk aus. Eine

Weiterverarbeitung des Materials ist erst dann

möglich, wenn alle zu prüfenden Merkmale

innerhalb der Spezifikationen liegen. Dies gilt

für alle Rohstoffe, Halbwaren und Fertigpro-

dukte. Durch diese umfassende Kontrolle aller

qualitätsrelevanten Merkmale vor, während

und nach dem Herstellprozess erreichen wir

ein hohes und konstantes Qualitätsniveau

für Walsroder Nitrocellulose und Walsroder

NC-Chips.

24

Walsroder® Nitrocellulose und Walsroder® NC-Chips werden

vorwiegend als Bindemittel in Druckfarben und Lacken eingesetzt.

Nitrocellulose besitzt einzigartige Eigenschaften, die der Grund für

die weite Verbreitung und die vielen Anwendungsgebiete sind.

AnwendungDruckfarbenEin großer Anwendungsbereich für Walsroder

Nitrocellulose sind flüssige Druckfarben für

den Flexo- und Tiefdruck z. B. von Kunststoff-

folien und Aluminiumfolien, hauptsächlich für

Lebensmittelverpackungen.

Druckfarben basierend auf Nitrocellulose er-

zielen Druckbilder von hoher Farbbrillanz und

Auflösung.

Breite Verträglichkeit mit anderen

Bindemitteln und Weichmachern

Löslichkeit in bzw. Verträglichkeit

mit vielen organischen Lösemitteln

Transparenter und klarer Film

Geruchlosigkeit

Nicht toxisch

Druckfarben mit Nitrocellulose geben Lösemit-

tel schnell und vollständig ab und ermögli-

chen so die hohen Druckgeschwindigkeiten

moderner Druckmaschinen. Für Lebensmittel-

verpackungen ist die toxikologische Unbedenk-

lichkeit der Nitrocellulose Voraussetzung. Da

Nitrocellulose auf dem natürlichen Makromole-

kül Cellulose basiert, ist sie frei von toxischen

Monomeren.

Robuste, einfach zu verarbeitende

Systeme

Schnelle Lösemittelabgabe

(schnelle Trocknung)

Sehr geringe Lösemittelretention

25

Typen A AM E

Flexodruck

Tiefdruck

Empfohlene NC-Typen für Druckfarben

A 40

0

A 50

0

A 70

0

AM 3

30

AM 5

00

E 33

0

E 37

5

E400

E 51

0

E 56

0

E 62

0

E 84

0

E 95

0

E 11

60

Druc

kfar

ben

AnwendungDruckfarben

26

Anwendung

27

Typen A AM E

Grundierung

Schnellschleifgrund

Mattine

Schwabbellacke

Tauchlacke

Lacke für Durchstoßverfahren

Fußbodenlacke

Spachtelmassen

Empfohlene NC-Typen für verschiedene Lacksysteme

A 40

0

A 50

0

A 70

0

AM 3

30

AM 5

00

E 33

0

E 37

5

E 40

0

E 51

0

E 56

0

E 62

0

E 84

0

E 95

0

E 11

60

Holzl

acke

Zweites großes Anwendungsgebiet für Walsro-

der Nitrocellulose sind Holzlacke. Nitrocellulose

wird bei der Beschichtung von Holz in Grundie-

rungen, Zwischen- und Decklacken eingesetzt.

Nitrocellulose hat eine einzigartige Eigenschaft,

die in der ganzen Breite über alle Holzarten von

keinem anderen Lackbindemittel in dieser

Qualität erreicht wird: Die so genannte Anfeue-

rung des Holzes. Sie hebt die Maserung

besonders hervor und betont sie einzigartig.

In erster Linie wird Nitrocellulose in Kombination

mit Alkydharzen (sogenannten Nitro-Kombi-

AnwendungHolzlackelacken) verwendet. Auch säurehärtende Lacke

und 2 K-Polyurethan-Lacke enthalten Nitrocellu-

lose, um die Lösemittelabgabe zu beschleunigen

und um eine größere Härte des Lackfilms zu

erreichen.

Besonders geschätzt wird die Robustheit von

NC-Lacksystemen. Es ist wesentlich einfacher,

mit einem Nitrolack eine gute Oberfläche und

ein dekoratives Aussehen des Holzes zu errei-

chen, als etwa mit wässrigen Lacksystemen.

Die sehr schnelle Trocknung ohne großen appa-

rativen Aufwand ist ein weiteres Plus der

NC-Lacke.

28

Anwendung

Weitere Anwendungen

Anwendung

Typen A AM E

Metalllack

Zaponlack

Heftklammerlack

Grundiermittel

Spachtelmassen

Auto(reparatur)lacke

Papierlack

Lacke für Papier

Kalanderlacke

Lederlack

Schutzlacke

Deckfarbenlacke

Spaltlederlacke

Grundiermittel

Wässrige Lederemulsionen

Effektlack

Multicolorlack

Hammerschlaglack

Reißlack

Sonstige

Nagellack

Klebstoffe

Glühlampenlacke

Glaslacke

Empfohlene NC-Typen für verschiedene Lacksysteme

A 40

0

A 50

0

A 70

0

AM 3

30

AM 5

00

E 33

0

E 37

5

E 40

0

E 51

0

E 56

0

E 62

0

E 84

0

E 95

0

E 11

60

Neben den beiden großen Anwendungsge-

bieten Druckfarben und Holzlacke gibt es eine

Vielzahl von weiteren Lackanwendungen, in

denen Walsroder Nitrocellulose eingesetzt

wird.

Metalllacke

Papierlacke

Lederlacke

Effektlacke

Nagellacke

29

Anwendung

30

Lösung

31

LösungNitrocellulose in LösungDer Substitutionsgrad bestimmt die Löslichkeit von Nitrocellulose

in organischen Lösemitteln. Walsroder Nitrocellulose und Walsroder NC-Chips

werden nach ihrer Löslichkeit unterteilt:

A-Typen

Stickstoffgehalt: 10,7 % – 11,3 %

Löslich in Alkoholen, Estern, Ketonen

und Glycolethern.

AM-Typen

Stickstoffgehalt: 11,3 % – 11,8 %

Löslich in Estern, Ketonen und Glycolethern

bei sehr guter Alkoholverschnittfähigkeit

bzw. -verträglichkeit.

E-Typen

Stickstoffgehalt: 11,8 % – 12,3 %

Löslich in Estern, Ketonen und Glycolethern.

Verschnittfähig mit Alkoholen.

Lösemittel zum Lösen von Nitrocellulose

werden nach ihrer Lösefähigkeit in drei

Gruppen eingeteilt:

Aktive oder echte Löser

Diese Lösemittel können Nitrocellulose

allein bei Zimmertemperatur vollständig lösen.

Ketone, z.B. Aceton, Methylethylketon

(MEK), Methylisobutylketon (MIBK)

Ester, z.B. Ethylacetat, Butylacetat,

Methoxypropylacetat

Glycolether, z.B. Methylglycolether,

Ethylglycolether, Isopropylglycolether

Alkohole nur Methanol, Ethanol bei

A-Typen

Latente Löser

Diese Lösemittel können Nitrocellulose bei

Zimmertemperatur allein nicht lösen. Durch

Zusatz von echten Lösern oder gewissen

Nichtlösern werden diese „aktiviert“ und damit

praktisch zu einem Löser.

Alkohole, z. B. Ethanol, Isopropanol,

Butanol

Ether, z. B. Diethylether

Nichtlöser

Diese Lösemittel haben weder ein unmittel-

bares noch ein mittelbares Lösevermögen für

Nitrocellulose. Können jedoch als Verschnitt-

oder Streckmittel und Verdünnungsmittel

in Verbindung mit echten Lösern eingesetzt

werden.

Aliphatische und aromatische

Kohlenwasserstoffe, z. B. Benzine,

Toluol, Xylole

32

LösungNitrocellulose in Lösung

Das Lösevermögen für Nitrocellulose nimmt

innerhalb einer Substanzklasse mit zuneh-

mender Molmasse ab. Ursache ist der zuneh-

mende Anteil des Kohlenwasserstoffrestes.

Besonders deutlich ist dieses Verhalten bei

den Alkoholen:

Methanol ist ein echter Löser, Ethanol ist ein

echter Löser für die A-Typen und ein latenter

Löser für die E-Typen, n-Decylalkohol ist ein

Nichtlöser. Analoges Verhalten ist auch bei den

Ketonen und Estern zu beobachten.

Die Mischung eines echten und eines latenten

Lösers kann die gleiche oder teilweise eine

bessere Lösefähigkeit besitzen als der echte

Löser. Dieses Verhalten tritt häufig bei Mi-

schungen einiger echter Löser mit z.B. Ethanol,

Isopropanol oder Butanol auf. Teilweise kann

eine Mischung zweier latenter Löser die Löse-

fähigkeit eines echten Lösers aufweisen. Ein

Beispiel hierfür ist die Mischung von Ethanol

und Diethylether.

Nichtlöser werden dem Lack im Allgemeinen

zugesetzt, um die Stoffkosten des Lackes zu

senken. Eine weitere Aufgabe der Nichtlöser

ist die Beeinflussung des Trocknungsverhal-

tens (Verdunstungsverhaltens) des Lackes.

Neben dem Molekulargewicht (Nitrocellulose-

Typ) beeinflusst auch das verwendete Löse-

mittel bzw. Lösemittelgemisch die Viskosität ei-

ner Nitrocellulose-Lösung. Für dieses Verhalten

ist die unterschiedliche Struktur der einzelnen

Lösemittel verantwortlich, die sich u.a. mit

dem Löslichkeitsparameter, Dipolmoment und

der Fähigkeit zur Ausbildung von Wasserstoff-

brückenbindungen beschreiben lässt.

Allgemein gelten folgende Gesetzmäßigkeiten:

Innerhalb einer Lösemittelklasse steigt

die Viskosität einer Nitrocellulose-

Lösung mit zunehmender Molmasse des

Lösemittels (die Lösefähigkeit des Löse-

mittels nimmt gleichzeitig mit zunehmen-

der Molmasse ab). So steigt z.B. die

Viskosität einer Nitrocellulose-Lösung

bei Verwendung von Essigsäureestern

in der Reihenfolge Ethylacetat, Butyl-

acetat, Amylacetat.

Latente Löser können die Lösefähigkeit

erhöhen und zu einer Erniedrigung

der Viskosität der Nitrocellulose-Lösung

führen.

Die Verwendung von Nichtlösern

(Verschnittmitteln), die keine Lösefähigkeit

besitzen, führt zu einer Erhöhung der

Viskosität der Nitrocellulose-Lösung.

Zu hoher Zusatz von Nichtlösern kann zu

Gelbildung und Ausflockung der Nitro-

cellulose führen.

33

Lösung

34

35

Viskositätsverlauf einer 10 %igen Lösung

von E 510 (atro) in Butylacetat/Ethanol-

Mischungen. Durch die Zugabe des für die

E 510 latenten Lösers Ethanol zu Butylacetat

nimmt die Viskosität der Nitrocellulose-

Lösung ab (ausgehend vom linken Rand des

Diagramms). Die Viskosität durchschreitet

ein Minimum bei 70 % Butylacetat und 30 %

Ethanol und steigt anschließend wieder an.

Viskositätsverlauf einer 10 %igen Lösung von

E 510 (atro) in Butylacetat/Toluol-Mischungen.

Durch Erhöhung des Nichtlöser-Anteils Toluol

(ausgehend vom linken Rand des Diagramms)

steigt die Viskosität der Nitrocellulose-Lösung,

erreicht bei einem Anteil von 10 bis 30

Gewichtsprozent Toluol eine Art Plateau. Hier

bleibt die Viskosität annähernd konstant. Bei

weiterer Erhöhung der Toluol-Menge steigt

die Viskosität der Lösung bis zum Ausflocken

stark an.

Die Viskosität einer Nitrocellulose-Lösung ist

abhängig von der Nitrocellulose-Konzentration

und der verwendeten Nitrocellulose-Type.

Mit zunehmender Konzentration steigt die

Viskosität der Lösung an, ebenso mit Verwen-

dung einer höherviskosen Nitrocellulose. Das

Bild zeigt die Viskosität in Abhängigkeit der

Nitrocellulose-Type und der Konzentration in

Ethylacetat gemessen im Höppler-Viskosimeter

bei 20 °C.

Anteil Butylacetat an der Lösemittelmischung [%]

Visk

ositä

t [m

Pa s

]80

75

70

65

60

55

50

45

40

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Butylacetat Ethanol

Anteil Butylacetat an der Lösemittelmischung [%]

Visk

ositä

t [m

Pa s

]

140

130

120

110

100

90

80

70

60

100 90 80 70 60 50 40

Butylacetat Toluol

Beginn Ausflockung

Konzentration NC [%, atro ]

Höpp

ler v

isco

sity

[mPa

·s]

5000

4500

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

AM 330

A 500

A 400

36

EigenschaftenTechnologische EigenschaftenNitrocellulose-Lacke

Die hervorragende Filmbildungseigenschaft

der physikalisch trocknenden Nitrocellulose

kennzeichnet NC-Lacke. Außerdem ist Nitro-

cellulose mit vielen anderen Lackrohstoffen

verträglich und wird vorteilhaft eingesetzt in

Kombination mit Harzen, Weichmachern,

Pigmenten und Lackadditiven. Neben den

nichtflüchtigen Lackkomponenten ist die Zu-

sammensetzung des Lösemittelgemischs (aus

aktiven und latenten Lösern sowie Nichtlösern)

für die Filmbildung entscheidend.

Harze

Die Mitverwendung synthetischer Harze

wie Alkydharze, Maleinatharze, Ketonharze,

Harnstoffharze, Polyurethanharze, Polyacryla-

te, hydroxylgruppenhaltige Polyester- und Poly-

acrylatharze tragen in Nitrocellulose-Lacken

bei zur:

Erhöhung des Festkörpergehaltes

Verbesserung der Haftfestigkeit und

des Glanzes

Steigerung der Widerstandsfähigkeit

gegen Wärme, Licht, Alkohol und Wasser

Naturharze (z. B. Dammar, Schellack oder

Kolophonium) sind in Nitrocellulose-Lacken

weitgehend durch die oben genannten syn-

thetischen Harze ersetzt. Auswahlkriterien für

die geeigneten Harze sind: Farbe, Einfluss auf

die Lösemittelabgabe, Glanz, Härte, Schleif-

barkeit, Lichtbeständigkeit und Haltbarkeit der

Lackierung.

Weichmacher

Mit Nitrocellulose verträgliche Weichmacher

haben einen positiven Einfluss auf den

Lackfilm:

Verbesserung der Haftfestigkeit und

des Glanzes

Erhöhung der mechanischen Eigenschaften

wie Dehnung, Geschmeidigkeit, Knick-und

Knitterfestigkeit, Tiefziehbarkeit.

Steigerung der Widerstandsfähigkeit

gegen Licht, Wärme, Kälte und Temperatur-

wechsel (Cold-Check-Test).

Unterschieden werden die Weichmacher in

Löser (gelatinierend) und Nichtlöser für

Nitrocellulose. Lösende Weichmacher für

Nitrocellulose sind z. B.:

Diisobutylphthalat (DIBP),

Dicyclohexylphthalat (DCHP),

epoxidiertes Sojaöl (ESO),

Acetyltributylcitrat (ATBC),

Octyldiphenylphosphat (ODPP),

Triphenylphosphat

Weichmacher, in denen Nitrocellulose

nicht löslich ist, sind:

rohe und geblasene pflanzliche

Öle, Stearate, Oleate, und Stoffe

mit langen aliphatischen Resten

(z. B. Phthalate, Adipate) wie:

Diisononylphthalat (DINP),

Dioctyladipat (DOA)

Der Einsatz von lösenden und nicht lösenden

Weichmachern oder eine Kombination beider

Typen ist abhängig von der jeweiligen Anwen-

dung. Kennzeichen nicht lösender Weichma-

cher ist ein Austreten bei Erwärmung des

NC-Lackfilms über eine bestimmte Tempera-

tur. Dieses so genannte Ausschwitzen ist nicht

erwünscht. Durch die Kombination von nicht

lösenden Weichmachern mit einem lösenden

Weichmacher lässt sich diese Temperatur

wesentlich erhöhen.

Wichtig ist das bei Lederlacken, da man

ihnen sehr hohe Weichmacheranteile zusetzt.

Lederlacke enthalten meist rohes oder

geblasenes Rizinusöl (nicht lösender Weich-

macher) in Kombination mit einem lösenden

Weichmacher wie z. B. Diisobutylphthalat.

Nicht lösende Weichmacher wie z. B. Stearate

geben Lösungsmittel schnell ab. Aus diesem

Grund setzt man diese Weichmacher z. B.

in Schnellschleifgründen für die Holzlackie-

rung ein, bei denen man eine sehr schnelle

Trocknung erreichen will. Zur Steigerung der

Haftfestigkeit werden meist lösende Weich-

macher verwendet. Es gibt nur sehr wenige

nicht lösende Weichmacher, die eine sehr gute

Steigerung der Haftfestigkeit bewirken. In der

Praxis werden oft Kombinationen von Weich-

machern eingesetzt, um das jeweils benötigte

Anforderungsprofil in möglichst allen Punkten

optimal zu erreichen.

37

Eigenschaften

38

Reaktivlacke

39

Einfluss von Licht, Säuren und Laugen

ReaktivlackeReaktiv-Lacke

Sonnenbestrahlung und UV-Licht wirken sich

eigenschaftsmindernd auf Nitrocellulose-Filme

aus. Vergilbungen und Versprödungen können

auftreten. Lösemittel, Weichmacher und Harze

können die Vergilbungstendenz bremsen oder

beschleunigen. Lackadditive und Lösemittel

sollten möglichst neutral reagieren. Säuren

bewirken in Nitrocellulose-Lacken Viskositäts-

abbau.

Gleiches gilt für alkalisch reagierende Substan-

zen. Schwache Basen verringern die Viskosität

eines Nitrocellulose-Lacks analog zu den

Säuren. Starke Basen (wie einige Amine)

führen zu Verfärbungen der Nitrocellulose-

Lack-Lösungen und -filme. Ausnahmen bilden

hier Harnstoffabkömmlinge und Urethane.

Eine vorherige Prüfung im Lacksystem sollte

erfolgen.

Kombinationslacke aus Nitrocellulose, Alkyd-

harzen und Isocyanaten lassen sich aufgrund

ihrer mechanischen Eigenschaften zwischen

reinen Polyurethanlacken und Nitrocellulose-

Alkydharzlacken einordnen. Eine günstige

Kombination stellt z. B. das Verhältnis

1 Teil Nitrocellulose : 1 Teil Alkydharz : 0,5

Teile Polyisocyanat (100 %ig) dar. Diese

Nitrocellulose-Kombinationslacke zeichnen

sich aus durch:

Hervorragenden Verlauf und rasche

Trocknung

Gute Abrieb- und Lösemittelfestigkeit

Sehr gute Mattierbarkeit

Durch die eingesetzten Nitrocellulose-Typen

und verschiedene Polyisocyanate (z. B. der

Desmodur®-Reihe) können folgende Lack-

eigenschaften beeinflusst werden:

Viskosität, Standzeit, Schleifbarkeit,

Elastizität, Aushärtung.

Die Mitverwendung von z. B. Zinkoktoat

(0,2 – 0,3 % auf Nitrocellulose) beschleu-

nigt die Durchhärtung der Lackfilme,

reduziert jedoch die Standzeit eines Lackes.

OH-gruppenhaltige Polyacrylate (z. B. der

Desmophen®-Reihe) werden bevorzugt mit

aliphatischen Isocyanaten umgesetzt, denen

vorteilhaft Nitrocellulose bis zu 50 % (bezogen

auf Polyacrylat) zugesetzt wird. Die Nitrocel-

lulose beschleunigt die Lösemittelabgabe und

begünstigt die physikalische Vortrocknung.

Vorteilhaft ist auch der Zusatz von Nitrocellulo-

se in Lacken auf Basis ungesättigter Polyester,

in säurehärtenden und UV-Lacken.

Geeignet für Isocyanat-Kombinationslacke

sind besonders die esterlöslichen mittel- und

niedrigviskosen Walsroder NC-Chips. Sie

beeinflussen besonders günstig Härte und

Schleifbarkeit der Lacke.

40

GesetzeGesetzliche Bestimmungen

Nitrocellulose unterliegt in den verschiedenen Gesetzgebungsbereichen

zahlreichen Gesetzen und Regelungen. Im Folgenden werden die wichtigsten

ohne Anspruch auf Vollständigkeit kurz aufgeführt. Jeder Anwender von

Nitrocellulose muss sich vor Verwendung davon überzeugen, dass die lokalen

gesetzlichen Regelungen eingehalten werden.

Sprengstoffgesetz

Industrielle Nitrocellulose fällt wegen der

chemisch sehr engen Verwandtschaft zu

Schießbaumwolle unter die EU-Richtlinie

„Richtlinie des Rates vom 5. April 1993 zur

Harmonisierung der Bestimmungen über das

Inverkehrbringen und die Kontrolle von Explo-

sivstoffen für zivile Zwecke“ (93/15/EWG).

Diese wurde in Deutschland in nationales

Recht durch das Gesetz zur Änderung des

Sprengstoffgesetzes und anderer Vorschriften

(SprengÄndG., 1997, veröffentlicht am

23.06.98 im Bundesgesetzblatt 1998, Teil 1,

Nr. 39, ausgegeben am 29.06.98) umgesetzt.

Industrielle Nitrocellulose ist als „sonstiger ex-

plosionsgefährlicher Stoff“ gemäß § 1 Absatz

3 a eingruppiert als ein Stoff der Liste II,

Stoffgruppe C, Dritter Teil, Rahmenzusammen-

setzung 1 oder 2.

Gefahrstoffverordnung

Walsroder Nitrocellulose als Gefahrstoff

(leicht brennbar) unterliegt der EU-Richtlinie

„Richtlinie des Rates vom 27. Juni 1967 zur

Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvor-

schriften für die Einstufung, Verpackung und

Kennzeichnung gefährlicher Stoffe“ (67/548/

EWG) und den entsprechenden Änderungs-

und Anpassungsrichtlinien. Diese Richtlinie ist

in Deutschland durch das Chemikaliengesetz

und die Gefahrstoffverordnung umgesetzt

worden.

Fragen der Handhabung und Lagerung

beantwortet die Broschüre: „Walsroder

Nitrocellulose: Lagerung und Handhabung”.

Download und Bestellung:

www.dowwolffcellulosics.de

41

Gesetze

Gefahrgutverordnung

Walsroder Nitrocellulose ist nach den inter-

nationalen Gefahrguttransportvorschriften ein

Stoff der Klasse 4.1 (brennbarer Feststoff ):

UN 2555 Nitrocellulose mit Wasser

UN 2556 Nitrocellulose mit Alkohol

UN 2557 Nitrocellulose, Mischung,

mit Plastifizierungsmitteln

Für die unterschiedlichen Verkehrsträger

gelten unterschiedliche Regelwerke:

Schienenverkehr (RID), Straßenverkehr (ADR),

Seeverkehr (IMDG-Code), Luftverkehr (ICAO,

IATA, DGR-Vorschriften).

Verpackung

Walsroder Nitrocellulose ist verpackt

in Fibertrommeln verschiedener

Größe (110 l; 200 l) und in Kartons.

Walsroder NC-Chips sind in

110-l-Fibertrommeln verpackt.

Die Verpackung von Walsroder Nitrocellulo-

se und Walsroder NC-Chips entspricht den

gesetzlichen Bestimmungen für Land-und

Seetransporte gemäß den Empfehlungen der

UN und den hieraus abgeleiteten nationalen

und internationalen Regelungen.

Lebensmittelkontakt

Nitrocellulose darf zum Bedrucken und

Lackieren von Lebensmittelverpackungen

verwendet werden. Ein direkter Kontakt der

Lebensmittels mit der lackierten Oberfläche

ist erlaubt gemäß:

Richtlinien Europäische Union:

2002/72/EG, 93/10/EWG

FDA-Regulierungen:

21 CFR 175.105, 21 CFR 175.300

21 CFR 176.170, 21 CFR 177.1200

42

Durch Mischen von zwei Nitrocellulosen un-

terschiedlicher Viskosität können dazwischen

liegende Viskositäten eingestellt werden. Zur

Ermittlung des Mischungsverhältnisses der

beiden Nitrocellulosen dient das Mischungs-

diagramm. In der Praxis können beim tat-

sächlich einzustellenden Mischungsverhältnis

Abweichungen auftreten. Gründe sind, dass

die tatsächliche Viskosität der einzelnen Typen

innerhalb der Spezifikationsbandbreite variiert

und dass als Folge der Spezifikationsbandbrei-

te des Anfeuchtungsgehaltes die Viskosität in

der Lösung leicht abweicht.

NitrocelluloseMischungs-diagramme Nitrocellulose

35

32

30

28

26

24

22

20

18

150

120

10090804060

50

4035 30

25

20

15

12

10

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 %

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 %

1

2

3

A-Typen

A 700

A 500

A 4006

%ig

e Lö

sung

6 %

ige

Lösu

ng

Visk

ositä

t nac

h Co

chiu

s (s

ec)

Viskosität in Sekunden gemessen nach Cochius in Butanol / Ethylglycol / Toluol / Ethanol (1:2:3:4)

43

Beispiel zur Verwendung

des Diagramms:

Aus einer A 400 und einer A 700 soll durch

Mischen die Viskosität einer A 500 eingestellt

werden. Welches Verhältnis an A 400 zu A

700 ist einzusetzen?

Vorgehen:

(1) Trage den Wert für die Viskosität der

A 400 auf der linken Seite des Diagramms und

den Wert der A 700 auf der rechten Seite des

Diagramms ein (senkrechte Skala). Verbinde

beide Punkte mit einer Linie.

(2) Markiere den Schnittpunkt dieser Linie mit

der gewünschten Viskosität und zeichne durch

diesen Schnittpunkt eine senkrechte Linie

nach unten.

(3) Der Schnittpunkt dieser Linie mit der waa-

gerechten Skala ist das gesuchte Mischungs-

verhältnis. Die obere Skala gibt den Anteil der

links eingetragenen Type (hier: A 400) an, die

untere den Anteil der rechts eingetragenen

Type (hier: A 700).

Das Mischungsverhältnis ist:

87 Teile A 400 und 13 Teile A 700.

Nitrocellulose

Viskosität in Sekunden gemessen nach Cochius in Butanol / Butylacetat / Toluol (3:4:5)

90

80

70

60

50

40

35

30

150

120

100 90 80

70

60

50

40 35

30

25

20

150

120

10090807060

50

40

353025

20

15

18161412

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 %

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 %

E-Typen

E 840

E 620

E 400

10 %

ige

Lösu

ng5

%ig

e Lö

sung

Visk

ositä

t nac

h Co

chiu

s (s

ec)

12 %

ige

Lösu

ng3

%ig

e Lö

sungE 1160

E 950

E 560

E 510

E 375/E 380E 330/E 360

44

Typ

A 400

A 500

A 700

AM 330

AM 500

E 330/E 360

E 375/E 380

E 400

E 510

E 560

E 620

E 840

E 950

E 1160

Viskosität nach Cochius

20s – 23s

30s – 34s

24s – 28s

24s – 26s

34s – 37s

12,5s – 14,5s

16s – 18s

15s – 18s

24s – 27s

34s – 37s

40s – 44s

33s – 38s

100s – 120s

50s – 75s

Konzentration (ato)

12 %

6 %

15 %

12 %

12 %

10 %

5 %

3 %

Lösemittelgemisch

1:2:3:4

3:4:5

Stickstoffgehalt

10,7 % - 11,3 %

11,3 % - 11,8 %

11,8 % - 12,3 %

Cochius Messmethoden

Viskosität nach Cochius Die Viskosität von Walsroder Nitrocellulose und

Walsroder NC-Chips wird ausschließlich nach

der Cochius-Methode spezifiziert. Zur Be-

stimmung der Viskosität löst man getrocknete

Nitrocellulose abhängig von der Viskositätsstu-

fe in einer festgelegten Konzentration in einem

Lösemittelgemisch. In einem Cochiusrohr

(temperierbares vertikal stehendes Glasrohr,

Durchmesser = 7 mm) wird bei 18 °C die Zeit

in Sekunden gemessen, die eine aufsteigende

Luftblase braucht, um den Abstand von

500 mm zwischen zwei am Viskosimeter

angebrachten Marken zurückzulegen.

Die Cochius-Viskosität der einzelnen Typen

wird in den folgenden Lösemittelgemischen

gemessen:

A-Typen:

Butanol : Ethylglycol : Toluol : Ethanol

= 1 : 2 : 3 : 4

AM-Typen:

Butanol : Ethylglycol : Toluol : Ethanol

= 1 : 2 : 3 : 4

E-Typen:

Butanol : Butylacetat (98/100) : Toluol

= 3 : 4 : 5

Der Vorteil der Messmethode ist, dass sie sehr

schnell ein exaktes und sehr gut reproduzier-

bares Ergebnis liefert. Dies ist im Rahmen der

Prozesskontrolle von entscheidender Bedeu-

tung. Die im Folgenden diskutierten anderen

Methoden zur Bestimmung der Viskosität

benötigen mehr Zeit und erlauben keine engen

Regelkreise im Herstellprozess.

45

Cochius

46

ViskositätVergleich zwischen Bezeichnung von Dow Wolff Cellulosics, ISO 14446 und ASTM D 1343

Bezeichnung

A 400

A 500

A 700

AM 330

AM 500

E 330/E 360

E 375/E 380

E 400

E 510

E 560

E 620

E 840

E 950

E 1160

ISO 14446

30A

27A

15A

34M

27M

34E

31E

28E

24E

23E

22E

12E

9E

7E

ASTMD 1343

30 – 35 cps

1/4 sec

3 – 4 sec

18 – 25 cps

1/4 sec

18 – 25 cps

30 – 35 cps

1/4 sec

3/8 sec

1/2 sec

-

5 – 6 sec

15 – 20 sec

60 – 80 sec

47

ViskositätViskosität

Die Methode zur Bestimmung der Viskosi-

tät nach ISO 14446 (ehemals DIN 53 179)

ist eine Alternative zur Bestimmung nach

Cochius. Angegeben wird die Konzentration

an Nitrocellulose (atro), die notwendig ist, um

eine Viskosität der Lösung von 375 bis

425 mPas zu erhalten. Lösemittel ist Aceton

mit einem Wassergehalt von 5 %. Gemessen

wird die Viskosität im Höppler-Kugelfall-

Viskosimeter bei 20 °C.

Die Viskosität nach ISO 14446 (teilweise

auch als Normviskosität bezeichnet) wird als

Zahlenwert angegeben, der identisch mit der

Konzentration der Nitrocellulose ist. Ist dieser

Zahlenwert eine ganze Zahl, so spricht man

von einer so genannten Normtype. Je nach

Löslichkeit in Ethanol wird hinter den Zahlen-

wert ein A (A-Type), M (AM-Type) oder

E (E-Type) gesetzt.

Über die Normviskosität können Nitrocellu-

losen verschiedener Hersteller miteinander

verglichen werden.

Viskosität nach ISO 14446

Die Viskosität einer Nitrocellulose (Lösung)

wird nach ASTM D 1343 für mittel- und hoch-

viskose Typen in einem speziellen Kugelfall-

Viskosimeter bestimmt, niedrigviskose Typen

werden im Kapillar-Viskosimeter (Ubbelohde)

gemessen.

Als Lösemittel wird eine Mischung von

25 % Ethanol, 20 % Ethylacetat und

55 % Toluol eingesetzt, Temperatur ist

25 °C. Das Kugelfall-Viskosimeter hat einen

Innendurchmesser von 63,5 mm (2,5 inch),

die Distanz zwischen den Marken beträgt

50,8 mm (2 inch), die Stahlkugel hat einen

Durchmesser von 2,38 mm (3/32 inch). Bei

hochviskosen Typen (höher als E 620) beträgt

die Konzentration 12,2 % (trockene NC),

bei 1/2 sec (E 560) 20 % und bei 1/4 sec

(E 400) 25 %. Für die Messungen im Kapillar-

Viskosimeter (Viskosität kleiner als E 400)

wird wieder eine Konzentration von 12,2 %

verwendet. Die ASTM-Methode ist in Amerika

sehr verbreitet.

In Asien findet man abweichende Methoden,

die aber in der Nomenklatur der ASTM-Me-

thode entsprechen und deren Messergebnisse

weitgehend übereinstimmen, obwohl die Be-

dingungen und die Geometrie der asiatischen

Methoden von der ASTM-Methode abweichen.

Exemplarisch sind hier zu nennen:

KSM 3814 (Korea), identisch mit

JIS K 6703 (Japan)

Viskosität nach ASTM D 1343

48

VerpuffungVerpuffungs- temperaturDie Verpuffungstemperatur (Entzündungstem-

peratur) wird gemäß der Transportvorschriften

für gefährliche Güter (ADR) bestimmt.

Hierzu werden 0,2 g getrocknete Walsroder

Nitrocellulose oder Walsroder NC-Chips in

einem Reagenzglas von 125 mm Länge, einem

Innendurchmesser von 15 mm und einer

Wandstärke von 0,5 mm in ein auf

100 °C erwärmtes Wood’sches Metallbad

gebracht. Das Reagenzglas muss genau

20 mm in das Metallbad eintauchen.

Die Mitte des geeichten Thermometers muss

sich in gleicher Höhe mit dem Boden des

Reagenzglases befinden. Die Temperatur des

Metallbades wird um 5 °C pro Minute erhöht.

Sobald die Nitrocellulose sich selbst entzündet

(zu hören an der Verpuffung), wird die Tempe-

ratur (= Verpuffungs- oder Entzündungstem-

peratur) abgelesen. Die Verpuffungstemperatur

für Walsroder Nitrocellulose liegt gemäß den

Vorschriften über 180 °C, die für Walsroder

NC-Chips über 170 °C.

49

Verpuffung

50

Junk-Test

51

Junk-TestIn einem konstant auf 132 °C erwärmten so

genannten Abspaltungsapparat erhitzt man

die mit trockener Walsroder Nitrocellulose oder

Walsroder NC-Chips beschickten Röhrchen

zwei Stunden lang und ermittelt die Menge der

entwickelten nitrosen Gase nach Reduktion

zu Stickstoffmonoxid.

Stabil im Sinne dieses Tests ist Nitrocellulose,

von welcher nicht mehr als 2,5 ml Stickstoff-

monoxid pro Gramm Nitrocellulose abge-

spalten wird.

Lit.: Zeitschrift für angewandte Chemie 1904,

S. 982, 1018 und 1074, Berl-Lunge, Chemisch-techn.

Untersuchungsmethoden, 8. Aufl., Bd III, S 1294

Bergmann Junk-Test

K-Wert nach Fikentscher

cellulose und Walsroder NC-Chips mit 1000

multipliziert und als K-Wert angegeben

(= Viskositätskennzahl).

Zur Bestimmung des k-Wertes werden

2 g getrocknete Nitrocellulose in 100 ml Ace-

ton gelöst (bei hochviskosen Typen entspre-

chend weniger) und die Viskosität der Lösung

bei 25 °C z.B. im Kugelfall-Viskosimeter nach

Höppler bestimmt. Anschließend wird im

selben Viskosimeter die Viskosität des reinen

Lösemittels bestimmt. Die gemessenen Visko-

sitäten und die Konzentration der Nitrocellulose

werden in die obige Gleichung eingesetzt und

der k-Wert ausgerechnet. Der K-Wert ergibt

sich aus der Multiplikation des k-Wertes mit

1000.

Lit.: Fikentscher, Cellulosechemie 13, (1932) 58

Als Maß für das mittlere Molekulargewicht

einer polymeren Substanz hat Fikentscher

aus Messungen der relativen Viskosität von

Lösungen eines Polymers den k-Wert abgelei-

tet. Der k-Wert berechnet sich nach folgender

Gleichung:

Es bedeuten:

c Konzentration in g/100 ml, ηC Viskosität der

Lösung, η0 Viskosität des Lösemittels,

k: Wert nach Fikentscher (K = 1000* k)

Der aus der Gleichung nach Fikentscher

berechnete k-Wert wird für Walsroder Nitro-

ηC 75 . k2

η0

1 + 1,5 k c .log = + k c

.

Stickstoff

52

Zur Bestimmung des Stickstoffgehalts nach

Schlösing-Schulze-Tiemann wird eine genau

abgewogene Menge an Nitrocellulose in

Gegenwart von Eisen-II-Chlorid und Salzsäure

erhitzt. Unter diesen Bedingungen wird Nitrat

zu NO reduziert. Das abgespaltene NO lässt

sich volumetrisch messen und ist proportional

dem Stickstoffgehalt der Nitrocellulose.

Vergleichsmessungen mit automatisierten

Methoden zur Stickstoffbestimmung haben

immer wieder gezeigt, dass die Methode nach

Schlösing-Schulze-Tiemann am Besten zu

reproduzieren war und die geringsten Abwei-

chungen der Einzelergebnisse vom Mittelwert

zeigte.

Stickstoff mittels NIRWeiterentwicklungen der instrumentellen

Analytik konnten die Dauer der Bestimmung

des Stickstoffgehaltes drastisch reduzieren.

Eine noch relativ junge analytische Methode

konnte hier erfolgreich eingeführt werden, die

Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIR).

Diese Methode wird heute zur produktions-

begleitenden Kontrolle eingesetzt. Da die

NIR-Methode keine Absolutmethode ist und

einer Kalibrierung bedarf, wird die Methode

nach Schlösing-Schulze-Tiemann parallel zur

Kalibrierung der NIR-Methode verwendet.

Stickstoff nach Schlösing-Schulze-Tiemann

Stickstoff

Stickstoff

53

54

Glossar

55

GlossarGlossarBitte beachten sie nachfolgende Hinweise:

Dow Wolff Cellulosics GmbH („DWC“) hat die Informationen dieser

Broschüre nach bestem Wissen zusammengestellt. Die Informa-

tionen dienen allein der näheren Erläuterung unserer Produkte und

Leistungen und haben nicht die Bedeutung von Beschaffenheitsan-

gaben oder Eigenschaftszusicherungen. Wir übernehmen deshalb

keine Garantie – weder ausdrücklich noch stillschweigend – für die

Vollständigkeit oder Richtigkeit der Informationen in dieser Broschüre.

Bitte berücksichtigen Sie ferner, dass Informationen nicht mehr aktu-

ell sein können. Insbesondere anwendungstechnische Informationen

befreien Sie nicht von einer eigenen Prüfung auf ihre Eignung für die

von Ihnen ggf. beabsichtigten Verfahren und Zwecke. Weder DWC

noch Dritte, die in die Erstellung, Produktion oder Übermittlung dieser

Broschüre involviert sind, sind haftbar für Schäden oder Verletzungen,

die sich aus der Nutzung dieser Broschüre oder aus dem Umstand

ergeben, dass Sie sich auf eine Information, die in dieser Broschü-

re enthalten ist, verlassen. Der Verkauf unserer Produkte erfolgt auf

Basis der jeweils aktuellen „Allgemeinen Verkaufsbedingungen“, die

wir Ihnen gern zur Verfügung stellen. Diese Broschüre kann schließ-

lich auch bestimmte in die Zukunft gerichtete Aussagen enthalten.

Diese Angaben werden durch Wörter wie „glaubt“, „geht davon aus“

oder „erwartet“ bzw. durch ähnliche Formulierungen gekennzeich-

net. Verschiedene bekannte wie auch unbekannte Risiken, Ungewiss-

heiten und andere Faktoren könnten dazu führen, dass die tatsächlichen

Ergebnisse, Entwicklungen – auch unserer Produkte – usw. wesentlich

von denjenigen abweichen, die in diesen in die Zukunft gerichteten

Aussagen ausdrücklich oder implizit angenommen werden. Zu diesen

Faktoren gehören unter anderem:

• KonjunkturrückgängeindenBranchen,indenenwirunsere

Geschäftstätigkeiten betreiben;

• neuebzw.geänderteVorschriften,dieunsereBetriebskosten

erhöhen oder anderweitig unsere Profitabilität verringern;

• SteigerungunsererRohstoffkosten,insbesonderewennwir

dieseKostennichtanunsereKundenweiterreichenkönnen;

• AblaufoderReduzierungdesPatentschutzesfürunsereProdukte;

•Haftung,vorallemimZusammenhangmitUmweltgesetzen

und aus Produkthaftungsansprüchen;

• WechselkursschwankungensowieÄnderungenderallgemeinen

Wirtschaftslage;

• undsonstigeindieserBroschüregegebenenfallsgenannten

Faktoren.

Diese Faktoren schließen diejenigen ein, die wir oder mit uns verbun-

deneKonzerngesellschafteninBerichtenandieFrankfurterWertpa-

pierbörse sowie an die amerikanische Wertpapieraufsichtsbehörde

(einschließlich Form 20-F) beschrieben haben. Vor dem Hintergrund

dieser Ungewissheiten raten wir dem Leser davon ab, sich zu sehr auf

derartige in die Zukunft gerichtete Aussagen zu verlassen. Wir über-

nehmen keinerlei Verpflichtung, solche zukunftsgerichteten Aussagen

fortzuschreiben oder an zukünftige Ereignisse oder Entwicklungen

anzupassen.

Walsroder NC

Alle mit Alkoholen und Wasser angefeuchteten

Nitrocellulose-Typen (Walsroder Nitrocellulose)

und mit Weichmachern plastifizierte Nitrocellu-

lose-Typen (Walsroder NC Chips).

Walsroder Nitrocellulose

Alle mit Alkoholen und Wasser angefeuchteten

Nitrocellulose-Typen.

Walsroder NC-Chips

Alle mit Weichmachern plastifizierten

Nitrocellulose-Typen.

Industrielle Nitrocellulose

Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt

unter 12,6 %, die hauptsächlich als

Lackrohstoff eingesetzt wird.

Schießbaumwolle

Nitrocellulose, die als Treibladung in Munition

und in Sprengstoffen verwendet wird.

Phlegmatisierungsmittel

Um die sehr leichte Brennbarkeit und

hohe Abbrandgeschwindigkeit trockener

Nitrocellulose zu verringern, wird industrielle

Nitrocellulose gemäß den gesetzlichen

Bestimmungen mit einem Phlegmatisierungs-

mittel (Alkohol, Wasser oder Weichmacher)

versetzt.

atro

Analysentrocken

56

NitroGeschäftsbereich

NitrocelluloseWenn es um Lacke und Druckfarben geht,

ist Walsroder Nitrocellulose erste Wahl.

Geschätzt und bewährt, bieten die Produkte

solide Markenqualität mit besten Eigen-

schaften. Zuverlässig. Sicher. Wirtschaftlich.

Walsroder Nitrocellulose, das ist Qualität von

der Produktentwicklung bis zur Produkther-

stellung. Eigene Prüflabore überwachen den

Herstellungsprozess 24 Stunden, rund die Uhr.

Dieses umfassendes Qualitätsmanagement

bedeutet zusätzliche Sicherheit für unse-

re Kunden. Mehr als andere investieren wir in

partnerschaftliche Zusammenarbeit und un-

terstützen unsere Kunden durch Schulungen,

anwendungstechnische Beratung und in allen

Fragen rund um den Einsatz von Nitrocellulose.

Dabei haben wir immer den Kundennutzen im

Fokus.

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58

Programm

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Tel: +49 5161 44-3535

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