本發(fā)明涉及煙火型氣體發(fā)生劑領域，且特別涉及一種氣體發(fā)生劑組合物及其制備方法。

背景技術：

煙火型氣體發(fā)生劑是一種燃燒能產(chǎn)生大量氣體的煙火藥劑，應用于汽車安全氣囊、滅火裝置、太空氣囊系統(tǒng)、無人機和航天器軟著陸、低密度炸藥、巡飛彈翼展等領域。此外，氣體發(fā)生劑已經(jīng)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?shù)木o急制動系統(tǒng)、油氣輸送管道緊急關閘系統(tǒng)、飛機駕駛員座椅彈射、緊急救生器材等場合。

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

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種氣體發(fā)生劑組合物，此氣體發(fā)生劑組合物燃燒產(chǎn)生的氣體干凈、無污染、產(chǎn)氣效率高、安全性高，具有廣闊的應用前景。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種氣體發(fā)生劑組合物的制備方法，此制備方法簡單、易操作，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。

本發(fā)明提出一種氣體發(fā)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，可燃劑為四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪，四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪的分子結構式為：

本發(fā)明提出一種氣體發(fā)生劑組合物的制備方法，其包括以下步驟：

將氧化劑、可燃劑、催化劑以及降溫劑混合后得到粉體，將粘結劑溶解于有機溶劑中的到粘接液；然后將粘接液和粉體混合后得到混合物，混合物經(jīng)干燥、成型得到氣體發(fā)生劑。

本發(fā)明實施例的氣體發(fā)生劑組合物及其制備方法的有益效果是：

本發(fā)明的氣體發(fā)生劑組合物采用可燃劑四唑并[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％。由于四唑并[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(chǎn)氣量極高，節(jié)約成本，降低產(chǎn)品吸濕性，增加貯存壽命。

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

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

下面對本發(fā)明實施例的氣體發(fā)生劑組合物及其制備方法進行具體說明。

本發(fā)明實施例提供的一種氣體發(fā)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，可燃劑為四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪，四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪的分子結構式為：

以四唑并[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(chǎn)氣以氮氣為主，產(chǎn)氣量高且環(huán)保，節(jié)約成本，降低產(chǎn)品吸濕性，增加貯存壽命。

進一步地，在本發(fā)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(chǎn)氣效果更佳，且對環(huán)境更為友好，安全性更佳的氣體發(fā)生劑。

進一步地，在本發(fā)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(yōu)選地，氧化劑為上述提到的金屬硝酸鹽，性能更為穩(wěn)定，燃溫低，可降低產(chǎn)氣溫度，能有效避免有害氣體產(chǎn)物氮氧化物的產(chǎn)生。

進一步地，在本發(fā)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(yōu)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(chǎn)氣量，降低燃燒熱，維持適當燃速。

進一步地，在本發(fā)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(fā)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(fā)明還提供了上述氣體發(fā)生劑的制備方法，包括以下步驟：

將氧化劑、可燃劑、催化劑以及降溫劑混合后得到粉體，將粘結劑溶解于有機溶劑中的到粘接液；然后將粘接液和粉體混合后得到混合物，混合物經(jīng)干燥、成型得到氣體發(fā)生劑。

進一步地，在本發(fā)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于或等于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，即四唑并[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于5g。分別將氧化劑和可燃劑放在干燥器中進行干燥，然后過100目篩，重復過篩2～5次，得到粒徑小于或等于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(diào)整，使其粒徑小于或等于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(chǎn)氣效率高，增強著火性，提高燃速，降低燃溫。

進一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，得到粉體后，進行過篩操作。優(yōu)選地，將粉體過30～70篩。

進一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，將粘結劑按料液比1～2:50g/ml溶解于有機溶劑中。優(yōu)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(fā)明較佳實施例中，將粘接液和粉體混合后，過10-50目篩得到顆粒狀產(chǎn)物，即為混合物。

進一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，混合物的干燥、成型過程為：將混合物風干后，過篩，然后壓片。更為優(yōu)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(yōu)選地，將混合物過過30-70目篩得到固體顆粒，然后再進行壓片。

需要說明的是，在本發(fā)明的其他實施方式中，氣體發(fā)生劑組合物也可以以粉狀形式的組分混合在一起制得。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(fā)明的特征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(fā)生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑并[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(fā)生劑組合物按以下步驟制備得到：

步驟1：將lino3在200r/min的球磨機中球磨30min；將四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將磨后的lino3以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在干燥器中進行干燥；將干燥后的lino3以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重復過篩3次，得到粒徑≤0.15mm的lino3以及粒徑≤0.15mm的四唑并[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四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.8gfe2o3、1.2gcuo及7.8ggzt充分混合后，過50目篩，重復過篩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，混合均勻后，過20目得到顆粒狀產(chǎn)物，即為混合物。將混合物放置通風櫥中風干，將風干后的顆粒過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(fā)生劑組合物。

實施例2

本實施例提供的一種氣體發(fā)生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑并[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(fā)生劑組合物按以下步驟制備得到：

步驟1：將nano3在200r/min的球磨機中球磨40min，將四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將磨后的nano3以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在干燥器中進行干燥。將干燥后的nano3以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重復過篩4次，得到粒徑≤0.15mm的nano3以及粒徑≤0.15mm的四唑并[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四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.2gfe2o3、0.6gcuo及4.2gal(oh)3充分混合后，過50目篩，重復過篩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，混合均勻后，過20目篩得到顆粒狀產(chǎn)物。將得到顆粒狀產(chǎn)物放置通風櫥中風干，將風干后的顆粒過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(fā)生劑組合物。

實施例3

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

上述氣體發(fā)生劑組合物按以下步驟制備得到：

步驟1：將kno3在200r/min的球磨機中球磨35min，將四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將磨后的kno3以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在干燥器中進行干燥。將干燥后的kno3以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重復過篩3次，得到粒徑≤0.15mm的kno3以及粒徑≤0.15mm的四唑并[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四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.2gfe2o3、1.2gcuo及8.4gnahco3充分混合后，過50目篩，重復過篩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，混合均勻后，過20目篩得到顆粒狀產(chǎn)物，將得到顆粒狀產(chǎn)物放置通風櫥中風干，將風干后的顆粒過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(fā)生劑組合物。

實施例4

本實施例提供的一種氣體發(fā)生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑并[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(fā)生劑組合物按以下步驟制備得到：

步驟1：將mg(no3)2在200r/min的球磨機中球磨40min，將四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將磨后的mg(no3)2以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在干燥器中進行干燥。將干燥后的mg(no3)2以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重復過篩2次，得到粒徑≤0.15mm的mg(no3)2以及粒徑≤0.15mm的四唑并[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四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.8gfe2o3、1.2gcuo及5.4gdgh充分混合后，過50目篩，重復過篩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，混合均勻后，過20目篩得到顆粒狀產(chǎn)物。將得到顆粒狀產(chǎn)物放置通風櫥中風干，將風干后的顆粒過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(fā)生劑組合物。

實施例5

本實施例提供的一種氣體發(fā)生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑并[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(fā)生劑組合物按以下步驟制備得到：

步驟1：將sr(no3)2在200r/min的球磨機中球磨30min，將四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將粉碎后的sr(no3)2以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在干燥器中進行干燥。將干燥后的sr(no3)2以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重復過篩4次，得到粒徑≤0.15mm的sr(no3)2以及粒徑≤0.15mm的四唑并[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四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.5gfe2o3、1.2gcuo及7.2gnahco3充分混合后，過50目篩，重復過篩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，混合均勻后，過20目篩得到顆粒狀產(chǎn)物，將得到顆粒狀產(chǎn)物放置通風櫥中風干，將風干后的顆粒過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(fā)生劑組合物。

實施例6

本實施例提供的一種氣體發(fā)生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑并[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(fā)生劑組合物按以下步驟制備得到：

步驟1：將kmno4在200r/min的球磨機中球磨20min；將四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在石英研缽中研磨20min，將粉碎后的kmno4以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪放在干燥器中進行干燥；將干燥后的kmno4以及四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪分別過100目篩，重復過篩3次，得到粒徑≤0.15mm的kmno4以及粒徑≤0.15mm的四唑并[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四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪、1.5gfe2o3、1.2gcuo及3.6ggzt充分混合后，過50目篩，重復過篩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，混合均勻后，過20目篩得到顆粒狀產(chǎn)物，將得到顆粒狀產(chǎn)物放置通風櫥中風干，將風干后的顆粒過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(fā)生劑組合物。

實施例7

本實施例提供的一種氣體發(fā)生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：四唑并[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(fā)生劑，按照重量百分比劑，其包括如下組分：

四唑并[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中制備得到的氣體發(fā)生劑組合物分別放在密閉爆發(fā)器中進行燃燒，并收集燃氣，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(shù)據(jù)工作站，gp1-2氣體凈化器，5l的鋁箔采氣袋。

燃氣成分測試步驟：

(1)鋁箔采氣袋用高純氮氣沖洗5遍后，裝滿純氮氣放置12h，然后用氣相色譜檢測，結果顯示無干擾物質后封閉起來，用真空泵抽成空袋放置待取樣；

(2)在2l的不銹鋼密閉爆發(fā)器內(nèi)，用電點火頭點燃實施例中所制備的氣體發(fā)生劑組合物，燃燒結束后，打開密閉爆發(fā)器排氣孔上的氣瓶閥，調(diào)節(jié)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)處理后的鋁箔采氣袋內(nèi)；

(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(shù)

由表1中數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明實施例所制備的氣體發(fā)生劑組合物燃燒后的氣體產(chǎn)物大部分為氮氣，而氮氧化物、一氧化碳的含量極低，對環(huán)境無污染、無毒，是優(yōu)良的氣體發(fā)生劑。

綜上所述，本發(fā)明的氣體發(fā)生劑組合物采用可燃劑四唑并[1,5-b][1,2,4]三嗪，能夠有效減少氧化劑的添加量，產(chǎn)氣量極高，節(jié)約成本，降低產(chǎn)品吸濕性，增加貯存壽命。其產(chǎn)生的氣體干凈，多為氮氣，而氮氧化物、一氧化碳的含量極低，對環(huán)境無污染，無毒。而且，由于其主產(chǎn)氣劑中并不存在氫元素，僅僅在添加劑中含有氫元素，組合物配方燃燒產(chǎn)生的水蒸氣含量極低，最大程度提高了產(chǎn)氣效率，改善了使用安全性。該氣體發(fā)生劑組合物含氮量大、產(chǎn)氣量高、熱穩(wěn)定性好、高能鈍感、綠色環(huán)保，具有廣闊的應用前景。此外，本發(fā)明實施例的氣體發(fā)生劑組合的制備方法簡單，操作參數(shù)容易控制，適用于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)。

以上所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。