CN103482677B - 一种气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法。包括①配置三水硝酸铜、氢氧化钠的水溶液；②加入氢氧化钠和添加剂，将硝酸铜的水溶液在0.5h内均匀加入反应釜，控制反应液的pH值为7.5-9.0，温度60-90℃，反应0.5-3h；③将沉淀过滤，母液保留，沉淀加入水，将沉淀的悬浮液泵入喷雾干燥机中进行喷雾干燥后包装；④母液泵入减压蒸发器中，减压蒸发、冷却结晶，结晶经过过滤干燥包装。本发明得到可以阻止团聚或可以尽量延长团聚所需时间的粗产品，且省去了离心甩干多次洗涤、粗粉机磨细、气流粉碎机进一步粉碎的步骤，不仅节省时间、节约了设备投入而且降低了能耗和环境污染，降低了产品成本，且产品能达到传统工艺同样的粒度水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车安全气囊气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备和生产工艺。更具体的涉及到沉淀法制备超细碱式硝酸铜的反应条件（pH、温度、反应时间、浓度、添加剂种类等）、产物碱式硝酸铜所用的干燥方式，以及整个工艺流程。
背景技术
汽车安全气囊，由发生器和气袋两部分组成。气体发生器内装有气体发生剂，当汽车发生碰撞达到一点强度后，气体发生剂被点燃，产生气体充满气袋。目前气体发生剂中使用最多的是硝酸胍型的气体发生剂，这种气体发生剂是使用硝酸胍作为燃料，碱式硝酸铜作为主氧化剂的气体发生剂。碱式硝酸铜用量一般可以占到此气体发生剂的15%-40%，用量很大。研究表明，越是小粒径、大比表面积的原材料越可以增加发生剂的性能，所以得到小粒径的碱式硝酸铜对于提高发生剂的性能，减小发生剂的装入量，最终降低成本非常重要。一般使用于安全气囊气体发生剂的碱式硝酸铜粒径D50要求小于5μm，更加优异的原材料要求D50小于2μm，甚至小于1μm。
目前超细碱式硝酸铜的生产都是使用三水硝酸铜和氢氧化钠作为原材料的。差别体现在工艺上，大多数工艺都是先得到大颗粒的碱式硝酸铜，然后使用粗粉机磨细，而后使用气流粉碎机进一步粉碎，再烘干包装。缺点一是工艺复杂耗电量大。以一台20kw的粗粉机和一台50kw的气流粉碎机工作8小时，粉碎300公斤的碱式硝酸铜为例，那么要生产1000吨超细碱式硝酸铜需要耗电1866667度电，费用过100万元；缺点二是粉碎过程中物料损耗严重，两步过程完成后一般要损失10%以上的原材料；缺点三是不环保，由于粉尘太大，对人体和周围环境都有污染，而加装除尘设备有会增加企业的设备成本，一般小企业无力承担。另外，在粉碎前的洗涤和离心甩干过程会产生大量的含重金属元素水，环保方面的压力也很大。更重要的是，三水硝酸铜和氢氧化钠反应得到的碱式硝酸铜本来粒径是非常小的，但是由于碱式硝酸铜颗粒之间团聚严重，增大了粒径，而离心过滤会更加增加这种团聚作用，给后续的粉碎带来麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车安全气囊气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法，该方法可以得到粒径小的碱式硝酸铜颗粒，并避免团聚或者尽量延长团聚所需时间，省去传统工艺必须的离心甩干多次洗涤、粗粉机磨细、气流粉碎机进一步粉碎这些繁琐和耗能、污染的步骤，直接喷雾干燥得到所需粒度的产品。
本发明的技术方案在于：一种汽车安全气囊气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备和生产工艺，包括以下步骤：
本发明巧妙吸收了以往沉淀法制取碱式硝酸铜的经验，严格控制反应条件，特别是原材料溶液的浓度、两种原材料的投料比、反应温度、pH值、时间，确保反应完全，没有未反应的三水硝酸铜残留，同时可以使粒径控制在比较小的范围。另外本工艺在反应釜中添加有一定量的添加剂，其作用是使反应生成的超细碱式硝酸铜在此工艺下避免团聚或者尽量延长团聚所需时间，为后续的喷雾干燥留出充足的时间。最为核心的是由上述工艺反应生成的碱式硝酸铜没有过多的杂质残留，所以只需要简单的过滤，然后采用喷雾干燥器干燥，而不是传统的离心甩干再多次洗涤，因为离心甩干会加重其团聚，后续就必须使用粉碎机磨细了。而用喷雾干燥可以避免这一系列的繁琐步骤，并且喷雾干燥时间短，物料短时间内团聚不严重。
与现有技术相比，本发明控制反应条件和添加剂的加入，得到可以阻止团聚或者可以尽量延长团聚所需时间的粗产品，且省去了离心甩干多次洗涤、粗粉机磨细、气流粉碎机进一步粉碎的步骤，不仅节省时间、节约了设备投入而且降低了能耗和环境污染，最终降低了产品成本，且产品能达到传统工艺同样的粒度水平。
附图说明
图1为现有技术的碱式硝酸铜制备和生产工艺流程图。
图2为本发明碱式硝酸铜的制备和生产工艺流程图。
图3是实施例1所得产品的扫描电镜照片。
图4是实施例2所得产品的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不仅仅局限于实施例，该领域的专业人员对本发明方案所做的修改，均属于本发明的保护范围之内。
实施例1
将合成用原材料三水硝酸铜和氢氧化钠分别用去离子水溶解，并分别配置成1mol/L溶液3000L和2.5mol/L的溶液1600L。然后将1600L氢氧化钠溶液和粒径小于0.5μm的3kg超细聚苯乙烯微球加入到反应釜中，然后将上述硝酸铜的水溶液在0.5h内逐渐均匀的加入到反应釜中，控制反应液的pH值为8.0，保持温度在70℃左右，反应0.5h。反应结束后，将沉淀过滤，母液保留，沉淀加入大于沉淀体积的水，然后将沉淀的悬浮液泵入喷雾干燥机中进行喷雾干燥后包装。母液泵入减压蒸发器中，经过减压蒸发后，溶液冷却有结晶析出，将结晶过滤干燥包装。图3是本实施例所得产品的扫描电镜照片。
实施例2
将合成用原材料三水硝酸铜和氢氧化钠分别用去离子水溶解，并分别配置成1mol/L溶液2220L和2mol/L的溶液1500L。然后将1500L氢氧化钠溶液和粒径小于0.5μm的8kg气相二氧化硅加入到反应釜中，然后将上述硝酸铜的水溶液在0.5h内逐渐均匀的加入到反应釜中，控制反应液的pH值为8.5，保持温度在75℃左右，反应1h。反应结束后，将沉淀过滤，母液保留，沉淀加入大于沉淀体积的水，然后将沉淀的悬浮液泵入喷雾干燥机中进行喷雾干燥后包装。母液泵入减压蒸发器中，经过减压蒸发后，溶液冷却有结晶析出，将结晶过滤干燥包装。图4是本实施例所得产品的扫描电镜照片。
实施例3
将合成用原材料三水硝酸铜和氢氧化钠分别用去离子水溶解，并分别配置成2mol/L溶液1125L和3mol/L的溶液1000L。然后将1000L氢氧化钠溶液和粒径小于0.5μm的31kg沉降法二氧化硅加入到反应釜中，然后将上述硝酸铜的水溶液在0.5h内逐渐均匀的加入到反应釜中，控制反应液的pH值为9.0，保持温度在90℃左右，反应0.5h。反应结束后，将沉淀过滤，母液保留，沉淀加入大于沉淀体积的水，然后将沉淀的悬浮液泵入喷雾干燥机中进行喷雾干燥后包装。母液泵入减压蒸发器中，经过减压蒸发后，溶液冷却有结晶析出，将结晶过滤干燥包装。
实施例4
将合成用原材料三水硝酸铜和氢氧化钠分别用去离子水溶解，并分别配置成0.5mol/L溶液2220L和0.5mol/L的溶液3000L。然后将3000L氢氧化钠溶液和粒径小于0.5μm的2kg气相二氧化硅加入到反应釜中，然后将上述硝酸铜的水溶液在0.5h内逐渐均匀的加入到反应釜中，控制反应液的pH值为7.5，保持温度在60℃左右，反应3h。反应结束后，将沉淀过滤，母液保留，沉淀加入大于沉淀体积的水，然后将沉淀的悬浮液泵入喷雾干燥机中进行喷雾干燥后包装。母液泵入减压蒸发器中，经过减压蒸发后，溶液冷却有结晶析出，将结晶过滤干燥包装。
Claims (6)
1.一种气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法，包括以下步骤：
将三水硝酸铜和氢氧化钠分别用去离子水溶解，配置成硝酸铜的水溶液、氢氧化钠溶液；
先将氢氧化钠溶液和添加剂加入到反应釜中，然后将硝酸铜的水溶液在0.5h内均匀的加入到反应釜中，控制反应液的pH值为7.5-9.0，保持温度在60-90℃之间，反应0.5-3h；
③反应结束后，将沉淀过滤，母液保留，沉淀加入水，然后将沉淀的悬浮液泵入喷雾干燥机中进行喷雾干燥后包装；
母液泵入减压蒸发器中，经过减压蒸发后，溶液冷却有结晶析出，结晶经过过滤干燥包装；
所述步骤中添加剂为超细聚苯乙烯微球、气相或者沉降法二氧化硅中的一种，或者两种以上的混合物；添加剂的粒径小于0.5μm；其用量占所加三水硝酸铜和氢氧化钠两种原料总质量的0.5-4%。
2.根据权利要求1所述的一种气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于：所述步骤中三水硝酸铜用去离子水配置的溶液摩尔浓度为0.5-2mol/L；氢氧化钠用去离子水配置的溶液摩尔浓度为0.5-3mol/L。
3.根据权利要求2所述的气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于：三水硝酸铜用去离子水配置的溶液最佳摩尔浓度为1mol/L；氢氧化钠用去离子水配置的溶液最佳摩尔浓度为2.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于：所述步骤中其加入到反应釜中三水硝酸铜的摩尔量是氢氧化钠的摩尔量的74%-75%。
5.根据权利要求1所述的气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于：所述步骤中反应釜中的反应液的最佳pH为8.0-8.5；最佳反应温度为70-75℃；最佳反应时间为0.5-1.0h。
6.根据权利要求1所述的气体发生器用超细碱式硝酸铜的制备方法，其特征在于：所述步骤③中过滤后沉淀中加入水的量要求大于沉淀物的体积。
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