[发明专利]一类新型产气化合物

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一类新型产气化合物的制备及性能，该产气化合物可用于气体发生剂，尤其适用于汽车安全气囊。

(二)背景技术

气体发生剂又称产气剂，是指燃烧后能够产生大量冷气体的各种物质。气体发生剂一般由产气化合物(产气燃料)、氧化剂、燃烧调节剂、抗爆剂等组成。其主要成分是产气化合物和氧化剂，前者确保燃爆时能够提供所需的最大供气量，后者确保燃爆时燃烧充分，因此它们是气体发生剂的主要成分(ChineseJournalofExplosive.1980,5(7)：43-46)。气体发生剂在军事和民用领域都有广泛的应用(ChineseJournalofEnergeticMaterials.2004,12(6):376-380)，如在航空领域气体发生剂常用于发动机的起动器、各种涡喷发动机，特别是各种军用作战飞机(如B-52轰炸机)的紧急脱险滑门、紧急充气滑梯等应急系统。在导弹上，气体发生剂可用作起动器、增压器、陀螺、舵机、燃气涡轮、作动筒，伺服装置等部件的动力源。弹体滚控用的燃气活门、发射车的竖立装置、MK50鱼雷的点火器等也都采用气体发生剂作为动力源。在民用上，气体发生剂主要用于汽艇、救生船、救生衣和消防系统，特别是汽车安全气囊。

安全气囊是汽车安全的重要组成部分，而气体发生剂又是安全气囊的核心组成。传统的汽车安全气囊用气体发生剂主要以NaN₃为产气化合物。NaN₃具有诸多优点：如稳定性好，且感度比其他碱金属叠氮化物都低；点火容易、燃温低、燃速高、成本低；燃烧后产生的气体主要是氮气，对人体无害。因此从安全和经济等方面综合考虑，几乎所有叠氮类气体发生剂均选择NaN₃作为产气化合物。不过NaN₃也有足之处(ChemicalPropellants&PolymericMaterials.2006,4(6):20-24)，表现在：1)NaN₃是一种剧毒物质，0.05g进入人的肠胃即能引起剧烈心跳，随之昏迷；0.05g以上则会引起死亡，因此生产过程必须要有严格的防毒措施；2)存在因分解或燃烧而引起火灾的危险；3)其与氧化剂反应会产生有毒成分，对人体十分有害；4)燃烧后残渣较多；5)存在回收、泄露等环保难题。因此，自上世纪90年代以来，人们就开始积极研发无毒、环保、性能优异的新型产气化合物来代替传统的叠氮类产气化合物，且其性能要具备产气量高、燃速快、燃烧温度低、热稳定性好以及绿色环保等优点。目前非叠氮类产气化合物已应用于气体发生剂，如5-氨基四唑、硝酸胍和一些嗪类化合物。虽然这些产气化合物具有不错的应用前景，但其自身有一定的局限性，其中5-氨基四唑的容易吸潮，燃烧速度受空气湿度影响变化较大；硝酸胍燃速较低缺点，且产气率较低；嗪类化合物的合成存在高消耗、低效率、危险性较大等问题。

N-脒基脲二硝酰胺盐(GUDN，亦称FOX-12)是瑞典国防研究院继合成1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)之后，于20世纪90年代首先合成出来(InsensiveMunition&EnergeticMaterialsTexhnologySymposium.1998)。GUDN制备简便，价格低廉，能量高于TATB，爆速可达8210m·s^-1,感度和热稳定性优于RDX，不溶于冷水，含氮量46.9％，含氧量38.3％。FOX-12是一种不吸湿、低感度、化学稳定性好、含氮量高的新型含能材料，可在推进剂、钝感炸药等方面获得应用，也可用于气体发生剂(PropellantsExplosives&pyrotechnics.2004,29(3):178-187)。FOX-12用于气体发生剂具有化学稳定性好、产气量大、燃烧稳定、燃速对压强依赖小、燃烧产物环保无毒以及能够重复使用等优点，可替代毒性高、稳定性差的NaN₃类气体发生剂(USP:6117255,1999)。

FOX-12是由脒基脲与二硝酰胺铵(AND)反应制得(SWEDEN.PCT/SE98/00949)，而AND的制备过程中会伴随有毒气体的产生，且操作过程十分危险。考虑到FOX-12具有的高氮、自供氧优点及需克服ADN制备高危险的缺点，本发明采用更为安全的3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)为阴离子，以含氮量更高的联氮化合物为阳离子构建合成一类新型产气化合物。