一種氣體發生劑組合物及其製備方法與流程

2023-12-02 19:40:56 2

本發明涉及煙火型氣體發生劑領域，且特別涉及一種氣體發生劑組合物及其製備方法。

背景技術：

煙火型氣體發生劑是一種燃燒能產生大量氣體的煙火藥劑，應用於汽車安全氣囊、滅火裝置、太空氣囊系統、無人機和太空飛行器軟著陸、低密度炸藥、巡飛彈翼展等領域。此外，氣體發生劑已經拓展到包括果蔬保鮮、深水沉物捕撈、民航應急安全滑梯快速充氣、鐵路運輸的緊急制動系統、油氣輸送管道緊急關閘系統、飛機駕駛員座椅彈射、緊急救生器材等場合。

發明人研究發現，以前廣泛使用的氣體發生劑為nan3/氧化劑體系，其具有穩定性好、高燃速、低成本等優點。但由於nan3是劇毒品，生產和使用上存在一定隱患。國內外近年來開始研究富氮化合物類含能材料在產氣劑方面的應用，目前富氮類氣體發生劑研究和使用較多的是胍類氣體發生劑。此類氣體發生劑產氣量大、化學穩定性好，但是胍類氣體發生劑本身屬於吸熱分解，著火難、燃速慢、產氣速率慢，且其燃燒形成的氣體產物中水蒸氣含量較大，影響了產氣性能。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種氣體發生劑組合物，此氣體發生劑組合物燃燒產生的氣體乾淨、無汙染、產氣效率高、安全性高，具有廣闊的應用前景。

本發明的另一目的在於提供一種氣體發生劑組合物的製備方法，此製備方法簡單、易操作，適用於工業化大規模生產。

本發明解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。

本發明提出一種氣體發生劑組合物，按照重量百分比計，包括如下組分：可燃劑5～95％，氧化劑1.9～90％，催化劑1～35％，降溫劑2～40％以及粘結劑0.1～15％；

其中，可燃劑為四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪，四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪的分子結構式為：

本發明提出一種氣體發生劑組合物的製備方法，其包括以下步驟：

將氧化劑、可燃劑、催化劑以及降溫劑混合後得到粉體，將粘結劑溶解於有機溶劑中的到粘接液；然後將粘接液和粉體混合後得到混合物，混合物經乾燥、成型得到氣體發生劑。

本發明實施例的氣體發生劑組合物及其製備方法的有益效果是：

本發明的氣體發生劑組合物採用可燃劑四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪，其分子式為n6c3h2，含氮量為68.85％，含氫量為1.64％。由於四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪的含氮量較高，能夠使得有效減少氧化劑的添加量，產氣量極高，節約成本，降低產品吸溼性，增加貯存壽命。

此外，本發明的氣體發生劑組合物除了具備以下一般氣體發生劑的性能：含氮量大、產氣量高、熱穩定性好、高能鈍感、綠色環保等。還具有以下優良的特性：產生的氣體乾淨，多為氮氣，而氮氧化物、一氧化碳的含量極低，對環境無汙染，無毒。而且，由於其主產氣劑(四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪)中氫含量極低，組合物配方燃燒產生的水蒸氣含量極低，最大程度提高了產氣效率，改善了使用安全性，是很有應用前景的氣體發生劑組合物。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。

下面對本發明實施例的氣體發生劑組合物及其製備方法進行具體說明。

本發明實施例提供的一種氣體發生劑組合物，按照重量百分比及，包括如下組分：可燃劑5～95％，氧化劑1.9～90％，催化劑1～35％，降溫劑2～40％以及粘結劑0.1～15％。

其中，可燃劑為四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪，四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪的分子結構式為：

以四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪為可燃劑，分子式為n6c3h2，具有較高的含氮量。燃燒產氣以氮氣為主，產氣量高且環保，節約成本，降低產品吸溼性，增加貯存壽命。

進一步地，在本發明較佳實施例中，可燃劑為34～49％，氧化劑為33.6～54％，催化劑為3～5.1％，降溫劑為6～14％，粘結劑為1～2％。上述配比下，能夠得到產氣效果更佳，且對環境更為友好，安全性更佳的氣體發生劑。

進一步地，在本發明較佳實施例中，氧化劑選自為硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鎂、硝酸鍶、硝酸鈣、硝酸銅、硫酸鹽、次氯酸鹽、高氯酸鹽、高錳酸鉀、二氧化錳、硝酸、硫酸、過氧化物以及重鉻酸鹽中的一種或多種。更為優選地，氧化劑為上述提到的金屬硝酸鹽，性能更為穩定，燃溫低，可降低產氣溫度，能有效避免有害氣體產物氮氧化物的產生。

進一步地，在本發明較佳實施例中，催化劑選自三氧化二鐵和/或氧化銅。更為優選地，催化劑包括質量比為1～2:1的三氧化二鐵和氧化銅。使用該催化劑助燃效果好，能夠改善低溫的著火性能，增大產氣量，降低燃燒熱，維持適當燃速。

進一步地，在本發明較佳實施例中，降溫劑選自偶氮四唑二胍、碳酸鹽、碳酸氫鹽、氫氧化物和二羥基乙二肟中的一種或多種。進一步地，在本發明較佳實施例中，粘結劑選自氟橡膠、松香以及酚醛樹脂中的一種或多種。

本發明還提供了上述氣體發生劑的製備方法，包括以下步驟：

將氧化劑、可燃劑、催化劑以及降溫劑混合後得到粉體，將粘結劑溶解於有機溶劑中的到粘接液；然後將粘接液和粉體混合後得到混合物，混合物經乾燥、成型得到氣體發生劑。

進一步地，在本發明較佳實施例中，在對氧化劑、可燃劑、催化劑以及降溫劑進行混合之前，對氧化劑和可燃劑進行預處理，使氧化物和可燃劑的粒徑小於或等於0.15mm。具體地，將氧化劑在球磨機中球磨30～40min，球磨速度為150～300r/min。將可燃劑，即四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪在石英研缽中研磨時，一次研磨的質量不多於5g。分別將氧化劑和可燃劑放在乾燥器中進行乾燥，然後過100目篩，重複過篩2～5次，得到粒徑小於或等於0.15mm的粉末狀氧化劑和可燃劑。

對氧化劑和可燃劑的粒徑進行調整，使其粒徑小於或等於0.15mm，粒徑越小，比表面積越大，能夠使得可燃劑和氧化劑的混合程度更佳，且能夠迅速反應生成大量的氣體，產氣效率高，增強著火性，提高燃速，降低燃溫。

進一步地，在本發明較佳實施例中，得到粉體後，進行過篩操作。優選地，將粉體過30～70篩。

進一步地，在本發明較佳實施例中，將粘結劑按料液比1～2:50g/ml溶解於有機溶劑中。優選地，有機溶劑選用乙醇、丙酮以及乙醚中的一種或多種。

進一步地，在本發明較佳實施例中，將粘接液和粉體混合後，過10-50目篩得到顆粒狀產物，即為混合物。

進一步地，在本發明較佳實施例中，混合物的乾燥、成型過程為：將混合物風乾後，過篩，然後壓片。更為優選地，壓片的條件為：在壓力為2-10mpa的條件下壓片，保壓時間為10-80s。更為優選地，將混合物過過30-70目篩得到固體顆粒，然後再進行壓片。

需要說明的是，在本發明的其他實施方式中，氣體發生劑組合物也可以以粉狀形式的組分混合在一起製得。且除了模壓成片狀外，也可以模壓成粒狀、餅狀等合適的形式。

以下結合實施例對本發明的特徵和性能作進一步的詳細描述。

實施例1

本實施例提供的一種氣體發生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪47.5％，lino333.6％，fe2o33％，cuo2％，偶氮四唑二胍(gzt)12.9％以及酚醛樹脂1％。

上述氣體發生劑組合物按以下步驟製備得到：

步驟1：將lino3在200r/min的球磨機中球磨30min；將四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將磨後的lino3以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在乾燥器中進行乾燥；將乾燥後的lino3以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重複過篩3次，得到粒徑≤0.15mm的lino3以及粒徑≤0.15mm的四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪。

步驟2：將粒徑≤0.15mm的20.4glino3、粒徑≤0.15mm的28.8g四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.8gfe2o3、1.2gcuo及7.8ggzt充分混合後，過50目篩，重複過篩4次，得到混合均勻的粉體；將0.6g的酚醛樹脂溶解在30ml的丙酮中得到飽和溶液，將飽和溶液加到混合均勻的粉體中，混合均勻後，過20目得到顆粒狀產物，即為混合物。將混合物放置通風櫥中風乾，將風乾後的顆粒過50目篩，得到固體顆粒；將固體顆粒放入油壓機中壓片，壓力為3.4mpa，保壓時間為30s，得到氣體發生劑組合物。

實施例2

本實施例提供的一種氣體發生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪48％，nano341％，fe2o32％，cuo1％，al(oh)37％以及酚醛樹脂1％。

上述氣體發生劑組合物按以下步驟製備得到：

步驟1：將nano3在200r/min的球磨機中球磨40min，將四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將磨後的nano3以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在乾燥器中進行乾燥。將乾燥後的nano3以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重複過篩4次，得到粒徑≤0.15mm的nano3以及粒徑≤0.15mm的四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪。

步驟2：將粒徑≤0.15mm的24.6gnano3、粒徑≤0.15mm的28.8g四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.2gfe2o3、0.6gcuo及4.2gal(oh)3充分混合後，過50目篩，重複過篩3次，得到混合均勻的粉體。將0.6g的酚醛樹脂溶解在30ml的乙醇中得到飽和溶液，將飽和溶液加到混合均勻的粉體中，混合均勻後，過20目篩得到顆粒狀產物。將得到顆粒狀產物放置通風櫥中風乾，將風乾後的顆粒過50目篩，得到固體顆粒。將得到的固體顆粒放入油壓機中壓片，壓力為3.4mpa，保壓時間為20s，得到氣體發生劑組合物。

實施例3

本實施例提供的一種氣體發生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪39％，kno341％，fe2o32％，cuo2％，nahco314％以及松香2％。

上述氣體發生劑組合物按以下步驟製備得到：

步驟1：將kno3在200r/min的球磨機中球磨35min，將四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將磨後的kno3以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在乾燥器中進行乾燥。將乾燥後的kno3以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重複過篩3次，得到粒徑≤0.15mm的kno3以及粒徑≤0.15mm的四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪。

步驟2：將粒徑≤0.15mm的24.6gkno3、粒徑≤0.15mm的23.4g四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.2gfe2o3、1.2gcuo及8.4gnahco3充分混合後，過50目篩，重複過篩3次，得到混合均勻的粉體。將1.2g的松香溶解在60ml的丙酮中得到飽和溶液，將飽和溶液加到混合均勻的粉體中，混合均勻後，過20目篩得到顆粒狀產物，將得到顆粒狀產物放置通風櫥中風乾，將風乾後的顆粒過50目篩，得到固體顆粒；將得到的固體顆粒放入油壓機中壓片，壓力為3.4mpa，保壓時間為30s，得到氣體發生劑組合物。

實施例4

本實施例提供的一種氣體發生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪49％，mg(no3)234.7％，fe2o33.1％，cuo2.0％，二羥基乙二肟(dgh)9.2％以及松香2％。

上述氣體發生劑組合物按以下步驟製備得到：

步驟1：將mg(no3)2在200r/min的球磨機中球磨40min，將四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將磨後的mg(no3)2以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在乾燥器中進行乾燥。將乾燥後的mg(no3)2以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重複過篩2次，得到粒徑≤0.15mm的mg(no3)2以及粒徑≤0.15mm的四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪。

步驟2：將粒徑≤0.15mm的20.4gmg(no3)2、粒徑≤0.15mm的28.8g四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.8gfe2o3、1.2gcuo及5.4gdgh充分混合後，過50目篩，重複過篩2次，得到混合均勻的粉體。將1.2g的松香溶解在60ml的丙酮中得到飽和溶液，將飽和溶液加到混合均勻的粉體中，混合均勻後，過20目篩得到顆粒狀產物。將得到顆粒狀產物放置通風櫥中風乾，將風乾後的顆粒過50目篩，得到固體顆粒；將得到的固體顆粒放入油壓機中壓片，壓力為3.4mpa，保壓時間為20s，得到氣體發生劑組合物。

實施例5

本實施例提供的一種氣體發生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪39％，sr(no3)243％，fe2o32.5％，cuo2％，nahco312％以及氟橡膠1.5％。

上述氣體發生劑組合物按以下步驟製備得到：

步驟1：將sr(no3)2在200r/min的球磨機中球磨30min，將四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將粉碎後的sr(no3)2以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在乾燥器中進行乾燥。將乾燥後的sr(no3)2以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重複過篩4次，得到粒徑≤0.15mm的sr(no3)2以及粒徑≤0.15mm的四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪。

步驟2：將粒徑≤0.15mm的25.8gsr(no3)2、粒徑≤0.15mm的23.4g四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.5gfe2o3、1.2gcuo及7.2gnahco3充分混合後，過50目篩，重複過篩3次，得到混合均勻的粉體；將0.9g的氟橡膠溶解在45ml的丙酮中得到飽和溶液，將飽和溶液加到混合均勻的粉體中，混合均勻後，過20目篩得到顆粒狀產物，將得到顆粒狀產物放置通風櫥中風乾，將風乾後的顆粒過50目篩，得到固體顆粒；將得到的固體顆粒放入油壓機中壓片，壓力為3.4mpa，保壓時間為30s，得到氣體發生劑組合物。

實施例6

本實施例提供的一種氣體發生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪34％，kmno454％，fe2o32.5％，cuo2％，偶氮四唑二胍(gzt)6％以及氟橡膠1.5％。

上述氣體發生劑組合物按以下步驟製備得到：

步驟1：將kmno4在200r/min的球磨機中球磨20min；將四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將粉碎後的kmno4以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪放在乾燥器中進行乾燥；將乾燥後的kmno4以及四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重複過篩3次，得到粒徑≤0.15mm的kmno4以及粒徑≤0.15mm的四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪；

步驟2：將粒徑≤0.15mm的32.4gkmno4、粒徑≤0.15mm的20.4g四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.5gfe2o3、1.2gcuo及3.6ggzt充分混合後，過50目篩，重複過篩3次，得到混合均勻的粉體；將0.9g的氟橡膠溶解在45ml的丙酮中得到飽和溶液，將飽和溶液加到混合均勻的粉體中，混合均勻後，過20目篩得到顆粒狀產物，將得到顆粒狀產物放置通風櫥中風乾，將風乾後的顆粒過50目篩，得到固體顆粒；將得到的固體顆粒放入油壓機中壓片，壓力為3.4mpa，保壓時間為30s，得到氣體發生劑組合物。

實施例7

本實施例提供的一種氣體發生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪5％，ca(no3)240％，mno250％，fe2o31％，偶氮四唑二胍(gzt)2％以及氟橡膠2％。

實施例8

本實施例提供的一種氣體發生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：

四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪95％，znso41.9％，fe2o31％，偶氮四唑二胍(gzt)1％，naco31％，以及氟橡膠0.1％。

試驗例

將實施例1～6中製備得到的氣體發生劑組合物分別放在密閉爆發器中進行燃燒，並收集燃氣，通過氣相色譜法對燃燒成分及其含量進行分析，結果如表1所示。

燃燒成分的測試條件如下：

所用儀器：福立9790-ⅱ氣相色譜儀，2m×2mm的tdx-01色譜柱，浙大智達n2000色譜數據工作站，gp1-2氣體淨化器，5l的鋁箔採氣袋。

燃氣成分測試步驟：

(1)鋁箔採氣袋用高純氮氣衝洗5遍後，裝滿純氮氣放置12h，然後用氣相色譜檢測，結果顯示無幹擾物質後封閉起來，用真空泵抽成空袋放置待取樣；

(2)在2l的不鏽鋼密閉爆發器內，用電點火頭點燃實施例中所製備的氣體發生劑組合物，燃燒結束後，打開密閉爆發器排氣孔上的氣瓶閥，調節氣體減壓器至分壓為0.1mpa，通過與排氣孔連接的橡膠管將燃氣收集到步驟(1)處理後的鋁箔採氣袋內；

(3)將收集的燃氣通過氣相色譜儀，測試分析燃氣中的組分及其含量。

氣相色譜儀的測試條件為，進樣口溫度80℃，熱導溫度120℃，檢測器溫度50℃，柱箱溫度100℃，柱前壓0.2mpa，載氣時純度為99.999％的氬氣，載氣流量：25ml·min-1。

表1.燃氣成分及其體積分數

由表1中數據可以看出，本發明實施例所製備的氣體發生劑組合物燃燒後的氣體產物大部分為氮氣，而氮氧化物、一氧化碳的含量極低，對環境無汙染、無毒，是優良的氣體發生劑。

綜上所述，本發明的氣體發生劑組合物採用可燃劑四唑並[1,5-b][1,2,4]三嗪，能夠有效減少氧化劑的添加量，產氣量極高，節約成本，降低產品吸溼性，增加貯存壽命。其產生的氣體乾淨，多為氮氣，而氮氧化物、一氧化碳的含量極低，對環境無汙染，無毒。而且，由於其主產氣劑中並不存在氫元素，僅僅在添加劑中含有氫元素，組合物配方燃燒產生的水蒸氣含量極低，最大程度提高了產氣效率，改善了使用安全性。該氣體發生劑組合物含氮量大、產氣量高、熱穩定性好、高能鈍感、綠色環保，具有廣闊的應用前景。此外，本發明實施例的氣體發生劑組合的製備方法簡單，操作參數容易控制，適用於工業規模化生產。

以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。