气体发生组合物的制备方法技术

一种生产气体发生组合物的方法，该组合物含有由水溶性叠氮化物组分和氧化组分组成的氧化还原对，其中所述氧化剂组分能与所述叠氮化物组分反应产生气体，该方法包括以下步骤：形成一种上述氧化还原对的水基分散体，其中叠氮化物完全溶解，而氧化剂组分均匀分散并在叠氮化物溶液中稳定化，将所述水基分散体通过一个喷嘴形成液滴流；和将所述液滴与热空气接触，以除去水并制成气体发生组合物的固体颗粒。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，尤其是含有由叠氮化物和氧化剂组成的氧化还原对的组合物，它在燃烧后能释放氮气。这类组合物被广泛用作推进剂组合物，以提供气体用来膨胀车辆乘员缓冲安全系统的“气囊”(air-bags)，其中组合物在车辆发生碰撞时被点燃，同时由于组合物快速燃烧产生的气体充入气囊。气囊气体发生组合物的燃烧性能对发生碰撞事故时气囊系统的成功、快速的运行是很关键的。气囊必须在约30-40毫秒时间内由较低温的稳定气流膨胀，以避免损坏气囊或对乘员产生伤害。因此气体发生组合物必须容易引燃，快速燃烧并且燃烧速率稳定、可控和能再现。进一步的要求是膨胀气体不能含有显著量的有毒物质，因此应避免产生任何有毒物质，或即使产生了，也应滤出气流。现在受欢迎的气体发生组合物包括含叠氮化物的氧化还原系统，它基于叠氮化物如碱金属和碱土金属叠氮化物，并混有能和叠氮化物反应产生热量并释放氮气的金属氧化物，如铁、铝、铜或硅的氧化物。优选的组合物是基于叠氮化钠，优选的氧化剂组分包括氧化铁。这类组合物还可有利地含有最高约15％的二氧化硅，以便与由叠氮化钠产生的氧化钠混合，从而形成易于除去的渣残。为了满足气囊膨胀系统的严格要求，各组分必须很细地分散，并紧密而均匀地混合在一起。混合不好和/或叠氮化物组分的颗粒过大将导致反应不完全，以及在燃烧产物中存在可燃和有毒物质如金属钠。为达到反应完全的一个必要条件是混合的程度应使得各组分在一个反应区宽度的线性尺寸(对叠氮化物气体发生组合物而言约为20微米)确定的空间内按配方比例存在。反应的完全程度也取决于各组分在反应区扩散到一起所需的时间，只有当扩散时间明显少于反应穿过反应区宽度所需的时间，反应才能完全进行。扩散时间取决于各组分颗粒的尺寸和颗粒间的距离。因此，通过降低粒度和增加各组分的混合程度可以使反应更加完全。迄今为止，已经使用了各种方法来制备气体发生组合物，以得到所需形式的充分混合的细颗粒的组合物。许多现有技术的方法是基于分别或一起研磨各组分，将各组分混合并压成片状或粒状，以装入气体发生系统中。研磨可以通过干法进行(如USP 3895098，4203787，4243443和4376002中所列举的)，也可以用湿法进行(如USP 5074940，4999063和4547235中所描述的)。在一种改进的湿法中(例如在USP 5143567和5223184中所述的)，各组分被研磨成湿的淤浆并喷雾干燥，组分的粒度，尤其是叠氮化物组分的粒度是由研磨工艺决定的，而不是干燥工艺决定。这种研磨过程对粒径分布的控制很小，因此不可避免地导致了较高比例的较大颗粒的叠氮化物组分，它们不能与更细的氧化剂组分充分混合。因而这种组合物不能反应完全并有不稳定的反应速率。此外，在干法研磨过程中，还存在着火或粉尘爆炸的危险。在另一种方法中，叠氮化物基气体发生氧化还原对组合物是这样制备的将叠氮化物组分溶于水中，在叠氮化物溶液中分散或溶解氧化剂组分，通过将溶液或分散体与叠氮化物的非溶剂(如乙醇)混合来析出叠氮化物。这类方法在USP 4021275和英国专利Nos GB2270686和GB 2278840中有叙述。这类方法的缺点是涉及回收溶剂的费用，回收叠氮化物的效率低，以及使用可燃溶剂还存在着火的危险。在德国专利4133595中叙述的一种方法中，气体发生组合物是这样制备的，通过将不溶氧化物分散在叠氮化物的热溶液中，冷却后析出叠氮化物，再将固体颗粒从上层清液中分离出来。这种方法操作费用昂贵，因为回收叠氮化物的效率不高。而且析出的叠氮化物的粒度不能控制，因此产物中含有高比例的过大颗粒，同时导致反应不完全和不稳定的燃烧速率。本专利技术的一个目的是提供一种安全有效的制备叠氮化物基气体发生组合物的方法，它能获得所需的小粒径和各组分的充分混合，使之适合在气囊膨胀时产生气体。我们已经发现，在制备叠氮化物基气体发生组合物时，有利的是将叠氮化物完全溶于水中，在水中溶有或分散有氧化剂，然后再将溶液或分散体喷雾干燥。因此本专利技术涉及一种，该组合物含有一种由水溶性叠氮化物组分和可与所述叠氮化物组分反应产生气体的氧化剂组分组成的氧化还原对，该方法包括以下步骤形成一种所述氧化还原对的水基分散体，其中叠氮化物组分完全溶解并且氧化剂组分以溶液或稳定的固态颗粒分散体的形式在叠氮化物溶液中均匀分散并且稳定化；将所述水基分散体通过一个喷嘴形成液滴流；和使所述液滴与热空气接触，以除去水并制成气体发生组合物的固体颗粒。叠氮化物组分优选地包括一种碱金属或碱土金属，例如钠，钾，锂，钙或钡的叠氮化物，最优选叠氮化钠。氧化剂如果需要，可是一种可水溶的氧化性化合物，例如硝酸盐或高氯酸盐，如钠或钾的硝酸盐或高氯酸盐。在这种情况下，由喷雾干燥液滴而形成的颗粒包括很细的氧化还原对混合晶体的团聚体，这种氧化还原对的初凝晶的最小尺寸处约0.5-5μm，优选0.5-1μm。但是，优选可水溶的氧化剂，因为这样可以获得很细的粒度并混入叠氮化物溶液中形成淤浆，从而降低在雾化分散体时所需的水。优选的氧化剂组分是一种在电动序中比叠氮化物的金属更低级的金属的氧化物。优选的金属氧化物包括铁，镍，钒，铜，钛，锰，锌，钽，硅或铝的氧化物。它们中以氧化铁，Fe2O3为佳。这些氧化物易于获得粒度为0.1-1.0μm，优选0.1-0.3μm的细颗粒形式。有利的是在叠氮化物和金属氧化物的淤浆中加入一定量的二氧化硅，SiO2，它不仅起到氧化剂组分的作用，并且能使淤浆更粘稠，从而减轻或避免金属氧化物在大批淤浆或淤浆滴中的迁移，而且还可与在氧化还原反应中形成的金属氧化物如氧化钠反应形成玻璃状残渣，这种残渣可容易地从产生的氮气中滤出。二氧化硅应优选很细的形式。很容易得到粒径为0.007-0.02μm级别的二氧化硅。优选地，氧化还原对包括50-70重量份，更优选60-70重量份的叠氮化钠，20-30重量份的氧化铁，Fe2O3，和5-14重量份的二氧化硅，SiO2。在形成水基分散体时，该组合物混入足量的水中，以在雾化温度下溶解所有的叠氮化物，但是应该限定水的用量至最少，以便减少喷雾干燥时所需蒸发的水量。一般地，分散体中每30-45重量份的叠氮化物组分可含100重量份的水。可以通过剧烈搅拌分散体使氧化剂组分均匀分散在叠氮化物溶液中，这种搅拌应使所有氧化剂颗粒分离至足够的程度，对于水溶性氧化剂而言，可通过分散体的粘度达到最小来指示，粘度的最小值指示氧化剂的分散达到了最大程度。为了获得最有效的分散，优选高剪切混合器。分散体的粘度应足够高，以避免固体颗粒(如氧化铁)从大量液滴的分散体中明显迁移。在形成液滴的步骤中，可在压力下使分散体通过具有一个或多个直径0.5-2.5mm的小孔的喷嘴，从而方便地使氧化还原对的水基分散体在喷雾喷嘴中雾化成40-200μm直径的小液滴。通过使液滴掉进温度范围为80-250℃，优选80-180℃的热空气流中可使液滴方便地喷雾干燥。空气流的入口温度和出口温度应有不同，以获得干燥液滴所需的热传递。本文中所引用的温度范围是分别指出口和入口温度。本专利技术制备的颗粒基本上包括叠氮化物晶体的球形微孔团聚体，其中团聚体处于为与氧化剂完全反应所需的很窄粒径范围内，例如20-100μm直径范围，在最小尺寸处，叠氮化物初凝晶为0.5-5μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产气体发生组合物的方法，该组合物含有由水溶性叠氮化物组分和氧化剂组分组成的氧化还原对，其中的叠氮化物组分例如是钠、钾、锂、钙或钡的叠氮化物，氧化剂组分例如是硝酸钠、高氯酸钠、硝酸钾、高氯酸钾或铁、镍、钒、铜、钛、锰、锌、钽、硅或铝的氧化物，所述氧化剂组分能与所述叠氮化物组分反应产生气体，该方法包括以下步骤：形成一种上述氧化还原对的水基分散体，其中叠氮化物组分完全溶解，而氧化剂组分均匀分散并在叠氮化物溶液中稳定化；将所述水基分散体通过一个喷嘴形成液滴流；和将所 述液滴与热空气接触，以除去水并制成气体发生组合物的固体颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：SK钱，NYW苏，R奥利弗，
申请(专利权)人：帝国化学工业公司，ICI加拿大公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]