CN1150794A - 具有内在催化剂的非叠氮化物气体发生组合物 - Google Patents

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Abstract

非叠氮化物气体发生组合物由非叠氮化物燃料、氧化剂、熔渣形成化合物和内在催化剂形成，内在催化剂含有四唑、联四唑和三唑的碱金属、碱土金属或过渡金属盐或过渡金属氧化物。内在催化剂促进氮氧化物(NOx)和一氧化碳分别向氮气(N2)和二氧化碳转化。因而气体发生剂是非毒性的，用于使车辆乘客安全束护系统膨胀。

Description

具有内在催化剂的非叠氮化物气体发生组合物
                      发明背景
本发明通常涉及用于车辆的使乘客安全束护器膨胀的气体发生组合物，更具体地涉及在暴露于车辆乘客的情况下产生具有可接受的毒性水平的燃烧产物的非叠氮化物气体发生剂。
在全世界范围内用于车辆的可膨胀的乘客束护装置已开发了许多年，包括开发用于使这种乘客束护器膨胀的气体发生组合物。由于通过气体发生剂产生的膨胀气体必须满足严格的毒性要求，即使不是全部，但大多数目前使用的气体发生剂是基于碱金属或碱土金属叠氮化物，尤其为叠氮化钠。当与氧化剂反应时，叠氮化钠生成主要由氨气组成相对非毒性的气体。此外，基于叠氮化物的气体发生剂的燃烧发生在相对低的温度下，从而使非毒性膨胀气体的产生不需要降低燃烧温度的添加剂。
然而，基于叠氮化物的气体发生剂本身是难以处理的，在生产和处置过程中引起较高的危险性。虽然由基于叠氮化物的气体发生剂产生的膨胀气体是相对非毒性的，但金属叠氮化物本身却是高毒性的，从而在气体发生剂的制造、贮存和处理过程中产生了额外的费用和危险。除了直接污染环境外，金属叠氮化物还易于与酸和重金属反应生成极其敏感的、会自发着火或爆炸的化合物。
与这相反，非叠氮化物气体发生剂提供了与基于叠氮化物的气体发生剂相比在与制备和处理过程中的危险性有关的毒性方面的优点。此外，与常规的基于叠氮化物的乘客束护器气体发生剂相比较，大多数非叠氮化物气体发生剂组合物通常提供较高的气体收率(每克气体发生剂的气体摩尔数)。
然而，到目前为止已知和使用的非叠氮化物气体发生剂在燃烧时产生不可接受的的高含量的毒性物质。最难以控制的毒性气体是各种氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)。
降低非叠氮化物气体发生剂燃烧后毒性NOx和CO的含量已被证实是一个困难的问题。例如，控制氧化剂/燃料比率仅降低或者NOx或者CO。更具体地说，增加氧化剂与燃料的比率，由于过量的氧氧化CO为二氧化碳降低了燃烧后CO的含量。然而，不幸的是，这种尝试导致了NOx量的增加。此外，如果氧化剂/燃料比率降低以避免过量氧，降低了产生的NOx的量，产生增加量的CO。
与基于叠氮化物的气体发生剂相反，非叠氮化物气体发生剂燃烧时产生的相对高含量的NOx和CO主要是由于非叠氮化物气体发生剂的相对高的燃烧温度。例如，叠氮化钠/氧化铁气体发生剂的燃烧温度是969℃(1776F)，而非叠氮化物气体发生剂显示相对较高的燃烧温度，例如1818℃(3304 F)。利用较低能量的非叠氮化物燃料以降低燃烧温度是无效的，因为较低能量非叠氮化物燃料不能提供用于车辆乘客安全束护系统的足够高的气体发生剂燃烧速率。气体发生剂的燃烧速率对于确保膨胀器将容易地和适当地操作是重要的。
由非叠氮化物气体发生剂显示的高燃烧温度带来的另一个缺点是难以形成易于聚结成熔渣的固体燃烧颗粒，熔渣的形成是合乎需要的，因为熔渣易于过滤，产生相对清洁的膨胀气体。在基于叠氮化物的气体发生剂中，较低的燃烧温度导致固体形成。然而，由非叠氮化物气体发生剂预期的许多常用固体燃烧产物在非叠氮化物气体发生剂显示的较高燃烧温度下是液体，因而难以从气体物流中过滤出来。
因而，人们需要一种非叠氮化物气体发生剂，其能够产生其中毒性气体，例如，NOx和CO被降至最低的膨胀气体，而不会牺牲气体发生剂的所需的燃烧速率。
                         发明概述
根据本发明，通过非叠氮化物气体发生组合物解决了上述问题，上述气体发生组合物本身是非毒性的，并且在燃烧时产生具有降低的NOx和CO含量的膨胀气体。通过本发明的气体发生剂消除了与未燃烧的叠氮化物膨胀器有关的制备、贮存和处理危险。降低的燃烧时产生的毒性气体的含量使得本发明的气体发生剂可用于车辆乘客安全束护系统，而避免使车辆乘客接触至今一直由非叠氮化物气体发生剂产生的毒性膨胀气体，例如NOx和CO。
具体地说，本发明包含四组分气体发生剂，其含有非叠氮化物燃料、氧化剂、熔渣形成剂和内在催化剂。非叠氮化物燃料选自四唑、联四唑和三唑。氧化剂优选选自碱金属或碱土金属的无机硝酸盐、氯酸盐或高氯酸盐。熔渣形成化合物选自碱金属氧化物、氢氧化物、高氯酸盐、硝酸盐、氯酸盐、硅酸盐、硼酸盐或碳酸盐，或选自碱土金属和过渡金属氢氧化物、高氯酸盐、硝酸盐或氯酸盐、或选自二氧化硅、碱土金属氧化物和天然和合成的硅酸镁和铝化合物，例如天然产生或人工配制的粘土和滑石。
根据本发明，内在催化剂活泼地促进了NOx和CO分别向氮气(N2)和CO2的转化，以降低通过气体发生剂产生的膨胀气体的毒性。内在催化剂选自四唑、联四唑和三唑的碱金属、碱土金属和过渡金属盐和过渡金属氧化物。
                  优选实施方案的详细描述
根据本发明，用于非叠氮化物气体发生剂的燃料优选选自使燃料的氮含量最大和调节其碳和氢含量至中等数值的化合物。这种燃料通常选自吡咯化合物，尤其是四唑化合物，例如氨基四唑、四唑、5-硝基四唑、5-硝基氨基四唑、联四唑和三唑化合物，例如1，2，4-三唑-5-酮或3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮。优选的实施方案从成本、有效性和安全考虑使用5-氨基四唑作为燃料。
氧化剂通常提供所有或大部分体系中存在的氧。氧化剂活泼地支持燃烧和进一步抑制CO的生成。选择所使用的氧化剂和燃料的相对量以在燃烧的产物中提供稍微过量的氧，从而通过将CO氧化为二氧化碳抑制CO的生成。在燃烧产物中的氧含量应为0.1％至约5％，优选约0.5％至2％。氧化剂选自碱金属硝酸盐、氯酸盐和高氯酸盐和碱土金属硝酸盐、氯酸盐和高氯酸盐。硝酸锶和钡易于以无水状态得到，是极好的氧化剂。硝酸锶和硝酸钡是最优选的，因为如下所述形成最容易过滤的固体产物。
熔渣形成剂包括在气体发生剂中以有利于形成固体颗粒，其随后可从气体物流中过滤出。在气体发生剂中加入熔渣形成剂的常规方法是采用具有双重作用的也用作熔渣形成剂的氧化剂或燃料。同时改善熔渣形成的最优选的氧化剂是硝酸锶，但硝酸钡也是有效的。通常熔渣形成剂可选自许多化合物，除了二氧化硅、碱土金属氧化物，和天然和合成的镁和铝硅酸盐化合物，例如粘土和滑石之外，还包括，碱金属、碱土金属和过渡金属氢氧化物、硝酸盐、氯酸盐和高氯酸盐，以及碱金属硅酸盐、硼酸盐、氧化物和碳酸盐。
根据本发明，内在催化剂包括四唑、联四唑和三唑的碱金属盐、碱土金属盐或过渡金属盐，或过渡金属氧化物。直接与气体发生组合物混合的催化剂促进CO和NOx向二氧化碳和氮气的转化。更具体地说，以四唑、联四唑或三唑的盐的形式或以过渡金属氧化物形式存在的金属催化两个反应。例如如下的典型主反应：
                 
还认为内在催化剂促进了如下的次分解反应：
                 
在本发明的气体发生混合物中包括的催化剂的量优选为按重量计气体发生剂混合物的约5％至约15％。通常，在本发明的气体发生剂中燃料以按重量计约22％至约50％的浓度存在，氧化剂以按重量计约30％至约66％的浓度存在，熔渣形成化合物以按重量计约2％至约10％的浓度存在。
本领域的技术人员将容易地理解将上述组分结合形成本发明的气体发生组合物的方法。例如，可将物料干混，在球磨机中磨碎，随后通过压模法造粒。本发明可通过如下代表性的实施例举例说明，其中组分是以重量百分数定量的。
                         实施例1
制备按重量百分数计具有如下组成的5-氨基四唑(5-AT)、硝酸锶[Sr(NO3)2]、5-AT的铜盐和粘土的混合物：28.62％5-AT、57.38％Sr(NO3)2、8.00％粘土和6.00％5-AT的铜盐。
将上述材料干混，在球磨机中磨碎，随后通过压模法造粒。
                         实施例2
如实施例1中所述制备按重量百分数计具有如下组成的5-AT、Sr(NO3)2、滑石和5-AT的锌盐的混合物：28.62％5-AT、57.38％Sr(NO3)2、6.00％滑石和8.00％5-AT的锌盐。
                         实施例3
如实施例1中所述制备按重量百分数计具有如下组成的5-AT、Sr(NO3)2、氧化铜和5-AT的铜盐的混合物：28.62％5-AT、57.38％Sr(NO3)2、6.00％氧化铜和8.00％滑石。
                         实施例4
如实施例1中所述制备按重量百分数计具有如下组成的5-AT、Sr(NO3)2、氧化锌和5-AT的铜盐的混合物：28.62％5-AT、57.38％Sr(NO3)2、8.00％氧化锌和6.00％粘土。
                         实施例5
如实施例1中所述制备按重量百分数计具有如下组成的5-AT、Sr(NO3)2、氧化锌和5-AT的锌盐的混合物：28.62％5-AT、57.38％Sr(NO3)2、6.00％氧化锌和8.00％滑石。
尽管公开了本发明的优选实施方案，但应理解，本发明是可以改进的，而不会脱离本发明的范围。

Claims (5)

1.一种四组分非叠氮化物气体发生组合物，其在燃烧时产生气体，以用于使车辆乘客安全束护装置膨胀，其包括至少一种如下功能的物料的一种：
a.燃料；
b.氧化剂化合物；
c.熔渣形成化合物；和
d.催化剂，其促进毒性的氮氧化物和一氧化碳分别转化为氮气(N2)和二氧化碳，其中燃料含有5-氨基四唑，其以按重量计约26％至约32％的浓度存在，所述氧化剂化合物含有硝酸锶，其以按重量计约52％至约58％的浓度存在，所述熔渣形成化合物含有粘土，其以按重量计约2％至约10％的浓度存在，和所述催化剂含有5-氨基四唑的锌盐，其以按重量计约5％至约15％的浓度存在。
2.一种四组分非叠氮化物气体发生组合物，其在燃烧时产生气体，以用于使车辆乘客安全束护装置膨胀，其包括至少一种如下功能的物料的一种：
a.燃料；
b.氧化剂化合物；
c.熔渣形成化合物；和
d.催化剂，其促进毒性的氮氧化物和一氧化碳分别转化为氮气(N2)和二氧化碳，其中燃料含有5-氨基四唑，其以按重量计约26％至约32％的浓度存在，所述氧化剂化合物含有硝酸锶，其以按重量计约52％至约58％的浓度存在，所述熔渣形成化合物含有滑石，其以按重量计约2％至约10％的浓度存在，和所述催化剂含有5-氨基四唑的铜盐，其以按重量计约5％至约15％的浓度存在。
3.一种四组分非叠氮化物气体发生组合物，其在燃烧时产生气体，以用于使车辆乘客安全束护装置膨胀，其包括至少一种如下功能的物料的一种：
a.燃料；
b.氧化剂化合物；
c.熔渣形成化合物；和
d.催化剂，其促进毒性的氮氧化物和一氧化碳分别转化为氮气(N2)和二氧化碳，其中燃料含有5-氨基四唑，其以按重量计约26％至约32％的浓度存在，所述氧化剂化合物含有硝酸锶，其以按重量计约52％至约58％的浓度存在，所述熔渣形成化合物含有粘土，其以按重量计约2％至约10％的浓度存在，和所述催化剂含有5-氨基四唑的铜盐，其以按重量计约5％至约15％的浓度存在。
4.一种四组分非叠氮化物气体发生组合物，其在燃烧时产生气体，以用于使车辆乘客安全束护装置膨胀，其包括至少一种如下功能的物料的一种：
a.燃料；
b.氧化剂化合物；
c.熔渣形成化合物；和
d.催化剂，其促进毒性的氮氧化物和一氧化碳分别转化为氮气(N2)和二氧化碳，其中燃料含有5-氨基四唑，其以按重量计约26％至约32％的浓度存在，所述氧化剂化合物含有硝酸锶，其以按重量计约52％至约58％的浓度存在，所述熔渣形成化合物含有粘土，其以按重量计约2％至约10％的浓度存在，和所述催化剂含有氧化铜，其以按重量计约5％至约15％的浓度存在。
5.一种四组分非叠氮化物气体发生组合物，其在燃烧时产生气体，以用于使车辆乘客安全束护装置膨胀，其包括至少一种如下功能的物料的一种：
a.燃料；
b.氧化剂化合物；
c.熔渣形成化合物；和
d.催化剂，其促进毒性的氮氧化物和一氧化碳分别转化为氮气(N2)和二氧化碳，其中燃料含有5-氨基四唑，其以按重量计约26％至约32％的浓度存在，所述氧化剂化合物含有硝酸锶，其以按重量计约52％至约58％的浓度存在，所述熔渣形成化合物含有滑石，其以按重量计约2％至约10％的浓度存在，和所述催化剂含有氧化锌，其以按重量计约5％至约15％的浓度存在。
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