CN1177584A - 气体发生剂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非叠氮化物型气体发生剂,它具有高的燃烧速率和高的安全性。一种用作气体发生剂的组合物,它基本含作为燃料的三肼基三嗪,以及作为氧化剂的含氧酸盐、金属氧化物、金属二氧化物或其混合物。
Description
本发明涉及一种气体发生剂组合物，它属于气袋系统的工作物质。气袋系统安装于机动车辆、航空器等等上，可用于保护人体。
叠氮化钠是目前已知用于气袋系统的气体发生剂。使用叠氮化钠形成的气体发生剂组合物在燃烧特征方面不存在特别的问题，因此得到广泛应用。但是，叠氮化钠存在不理想的实质缺陷。例如在许多相关专利中提及到爆炸性分解的恐惧、与重金属反应形成爆炸性化合物、排放这些化合物时带来的环境污染问题等等。
已经研究了叠氮化钠的替代化合物以解决上述问题。日本专利57,629/1994描述了一种含有四唑或三唑的过渡金属络合物的气体发生剂。另外，日本特许公开(KoKai)254,977/1993描述了一种含三氨基胍硫酸盐的气体发生剂，日本特许公开(KoKai)239,683/1994涉及一种含卡巴肼的气体发生剂，以及日本特许公开(KoKai)61,855/1995涉及一种分别含由醋酸纤维素和硝基胍组成的含氮非金属化合物的气体发生剂。另外，USP5,125,684指出采用硝基胍作为能源物质，它与15～30％的纤维素粘合剂共存。
上述含氮有机化合物与叠氮化合物相比，一般具有较高热值和较高的燃烧温度，此时它们需使用一种氧化剂，该氧化剂的量足以生成燃烧这些化合物分子中的碳、氢和其它元素的氧量。气袋的充气系统必须不仅具有气体发生剂的特征，而且系统本身的体积不能影响机动车的正常操作。
但是，许多不含叠氮化钠的气体发生剂产生一些影响气体发生器最小化的问题，即高的燃烧温度，高的热值。形成的燃烧残留物难以经采用过滤器或制冷剂滤除等等。一般讲，当气体发生器设计使用的气体发生剂存在诸如高热值、高燃烧温度以及形成难以滤除的燃烧残留物等特点时，就需要有附加装置除去热量，这就使气体发生器本身的最小化成为不可能。
即为了使气体发生器最小化，气体发生剂必须在下列各项中存在合适的平衡：气体发生效率、热值、燃烧温度、燃烧残留物的可滤除性、燃烧速率、安全性、密度、燃烧气体组成等等。因此，上述气体发生剂应用于气袋系统应该说是仍然不令人满意的。
本发明人勤勉研究了上述问题，并因此发现了通过三肼基三嗪(trihydrazinotriazine)和一种氧化剂的组合提供了气袋系统气体发生剂的优良性质。这个发现导致了对本发明的完成。
也就是，本发明提供了一种用于气袋的气体发生剂组合物，该组合物主要由作为燃料的三肼基三嗪和作为氧化剂的含氧酸盐、金属氧化物、金属二氧化物及其混合物组成。三肼基三嗪也称作三氨基蜜胺，有时简写为THT。这种化合物可以由简单方法合成制备，合成的实例参阅日本工业化学杂志，I.Honda，T.Keumi和Y.Shimomura，72，593(1969)，和情报(Ber.)，R stolle和K.Krauch，46，2337(1913)。另外，根据D.S.Brown等人在晶体学报(Acta.Cryst.)中的一篇文章，B32，2101(1976)，这种化合物由Fisons Chemical工业化生产。
气体发生剂组合物中的燃料的含量随氧化剂类型和氧平衡而有所变化。优选10-60％(wt)，更优选20-40％(wt)。三肼基三嗪在燃料中的含量至少为25-100％(wt)，优选50-100％(wt)。作为燃料的一部分，三肼基三嗪是一种必需成份。但是，也可以有其它含氮化合物燃料共存，以调节气体生成效率、热值、燃烧温度、燃烧速率、安全性、密度、生成气体的组成等等。
例子包括四唑衍生物，例如5-氨基四唑，二(四唑)衍生物，三唑衍生物、双氰胺(dicyanediamide)、偶氮二酰胺、硝胍、胍的硝酸盐、草酰胺、草酸铵以及1，2-亚肼基碳化酰胺(hydrazocarbonazide)。
许多化合物可以用作氧化剂。其例子包括含氧酸盐，其由选自下列的阳离子：铵、碱金属和碱土金属以及不含氢的阴离子组成。例子包括铵、碱金属和碱土金属的硝酸盐，例如硝酸铵、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁和硝酸锶；铵、碱金属和碱土金属的亚硝酸盐，例如亚硝酸铵、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸镁和亚硝酸锶；铵、碱金属和碱土金属的氯酸盐，例如氯酸铵、氯酸钠、氯酸钾、氯酸镁和氯酸钡；以及铵、碱金属和碱土金属的高氯酸盐，例如高氯酸铵、高氯酸钠、高氯酸钾、高氯酸镁和高氯酸钡；以及金属氧化物例如CuO、Cu2O、Co2O3、CoO、Co3O4、Fe2O3、FeO、Fe3O4、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、NiO、ZnO、MoO3、CoMoO4、Bi2MoO6和Bi2O3。
上述化合物可作为氧化剂任意组合。气体发生剂中氧化剂的含量优选40～90％(wt)，更优选50～80％(wt)。
气体发生剂可含一种粘合剂。粘合剂的例子包括有机粘合剂，例如羧甲基纤维素，淀粉、聚乙烯醇、微晶纤维素和硬脂酸钙；无机粘合剂例如二硫化钼、酸性粘土、滑石粉、膨润土、硅藻土、高岭土、硬脂酸钙、二氧化硅和氧化铝。气体发生剂中粘合剂的含量为0～15％(wt)。
本发明气体发生剂组合物的特征在于所含三肼基三嗪是必需的燃料成份。各种特征可获自燃料的组合，与氧化剂的组合和与粘合剂的组合。
例如，当主要想获得高的气体发生效率、燃烧残留物易于滤除和高的燃烧速率时，三肼基三嗪和硝酸锶的组合就非常好。另外，当主要想获得高气体发生效率、低热值、低燃烧温度和高燃烧速率时，三肼基三嗪和硝酸钾的组合就非常好。更进一步，当主要想获得低热值，低燃烧温度，燃烧残留物易于滤除和高密度时，三肼基三嗪与氧化铜的组合就非常好。
对气体发生剂特征的这些要求的变化取决于气体发生器的结构，并且气体发生器必须在各种特征之间有合适的平衡。若气体发生器有效利用气体发生剂这些特性，就可能最小化。
本发明的气体发生剂可以优选通过将以粉状形式的组份混合在一起制得，混合可根据需要在水或其它物质存在下采用湿法进行。气体发生剂可以模压成粒状、小片状、饼状等的合适的形式。有一种组合物，它的燃烧速率低，但是气体生成效率、热值、燃烧温度和燃烧残留物可滤除性等特征却非常好。在此情况下，该问题可以通过挤压成型法予以解决。
挤压成型法对气体发生剂的批量生产非常合适。因此，具有高燃烧速率的组合物也是有效的。对于挤压成型法，根据燃烧速率可以选择其单孔形式或无孔形式。
进一步，本发明目的在于提供一种充气系统，它使用上述组合物作为气袋的气体发生剂来制造。
本发明的气体发生剂特别有用于作为气袋系统的气体发生剂。气袋系统安装于机动车辆、航空器等上，可用于保护人体。本发明气体发生剂中所含的三肼基三嗪表现出气袋系统所需的长期稳定性，高安全性和良好的燃烧特征。
实施例
参考以下实施例和对比例，对本发明予以更详细的说明，但它们并不限制本发明。实施例1～7和对比例1～7
表1中实施例1～7表示含三肼基三嗪的气体发生剂的理论燃烧温度。另外，对比例1和2表示日本专利公开57,629/1994中的含5-氨基四唑(5-AT)的过渡金属络合物的气体发生剂的理论燃烧温度。对比例3表示日本特许公开(KoKai)254,977/1993中的含三氨基胍硝酸盐的气体发生剂的理论燃烧温度。对比例4表示日本特许公开(KoKai)239,683/1994中的含卡巴肼的气体发生剂的理论燃烧温度。对比例5，6和7分别表示日本特许公开61,885/1995中的含醋酸纤维素和含氮非金属化合物的气体发生剂的理论燃烧温度。对比例中的气体发生剂的理论燃烧温度整体看都较高，这是不利的。对比例1和2的燃烧温度大约等于实施例2、5、7的。但是，在对比例1和2中，低熔点的燃烧残留物例如ZnO和CuO却熔化了，这是不利的。另一方面，在实施例2、5和7中只形成了高熔点燃烧残留物SrO，并且易于通过过滤器或冷却剂滤除。因此，这是理想的。
表1
实施例8～11
| 组合物(wt.％) | 燃烧温度(k) | |
| 实施例1 | 三肼基三嗪/KNO3(28.7/71.3) | 2131 |
| 实施例2 | 三肼基三嗪/Sr(NO3)2(27.8/72.2) | 2506 |
| 实施例3 | 三肼基三嗪/CuO(17/83) | 1358 |
| 实施例4 | 三肼基三嗪/硝基胍/CuO(11.3/13.2/75.5) | 1603 |
| 实施例5 | 三肼基三嗪/Sr(NO3)2/羧甲基纤维素(16.3/73.7/10) | 2459 |
| 实施例6 | 三肼基三嗪/KNO3/高岭土(27.8/69.2/3) | 2110 |
| 实施例7 | 三肼基三嗪/硝酸胍/Sr(NO3)2(23/10/67) | 2433 |
| 对比例1 | Zn(5-AT)2/Sr(NO3)2(44.0/56.0) | 2411 |
| 对比例2 | [Cu(5-AT)2.1/2H2O]/Sr(NO3)2(40/5 8) | 2390 |
| 对比例3 | 三氨基胍硝酸盐/KClO4(57.9/42.1) | 2911 |
| 对比例4 | 卡巴肼/KClO4/CaO(39/61/10) | 2825 |
| 对比例5 | 醋酸纤维素/三醋精/KClO4/硝基胍(8/2/55/35) | 2834 |
| 对比例6 | 醋酸纤维素/三醋精/KClO4/三氨基胍硝酸盐(8/4/57/31) | 2893 |
| 对比例7 | 醋酸纤维素/三醋精/KClO4/5-氨基四唑(10/5/65/20) | 2928 |
表2列出了一种含三肼基三嗪的气体发生剂的燃烧速率，一种气体发生剂的片状物的密度和生成气体的量。燃烧速率测量的压力为70Kgf/m2。
表2
实施例12～13
| 组合物(wt.％) | 燃烧速率(mm/秒) | 密度(g/cm3) | 生成气体量(mol/100克气体发生剂) | |
| 实施例8 | 三肼基三嗪/CuO(17/83) | 3.2 | 2.88 | 1.19 |
| 实施例9 | 三肼基三嗪/Sr(NO3)2(27.8/72.2) | 14.0 | 2.07 | 2.29 |
| 实施例10 | 三肼基三嗪/KNO3(28.7/71.3) | 18.8 | 1.79 | 2.11 |
| 实施例11 | 三肼基三嗪/硝基胍/CuO(11.3/13.2/75.5) | 6.8 | 2.86 | 1.43 |
表3表示含三肼基三嗪的气体发生剂的抗热性测量结果。当该气体发生剂在恒温105℃热浴中放置411小时，重量损失极小，并且观察不到其外观的变化。
表3
实施例14～18
| 组合物(wt.％) | 重量损失(％) | |
| 实施例12 | 三肼基三嗪/CuO(17/83) | -0.43 |
| 实施例13 | 三肼基三嗪/Sr(NO3)2(27.8/72.2) | -0.56 |
表4表示含三肼基三嗪的气体发生剂的摩擦敏感性和落锤敏感性(drophammer sensitivity)的测试结果。发现这些气体发生剂的敏感性较低，因此安全性较好。
表4
| 组合物(wt.％) | 摩擦敏感性(kgf) | 落锤敏感性(cm) | |
| 实施例14 | 三肼基三嗪(100) | ＞36 | ＞100 |
| 实施例15 | 三肼基三嗪/CuO(17/83) | ＞36 | ＞100 |
| 实施例16 | 三肼基三嗪/Sr(NO3)2(27.8/72.2) | ＞36 | ＞100 |
| 实施例17 | 三肼基三嗪/KNO3(28.7/71.3) | ＞36 | ＞100 |
| 实施例18 | 三肼基三嗪/CuO(8.5/19.8/71.8) | ＞36 | ＞100 |
由上述结果明显可见，与常规气体发生剂相比，本发明的气体发生剂具有许多优选的特征，它可以使气体发生剂最小化并应用于气袋系统。
Claims (8)
1.一种用于气袋系统的气体发生剂组合物，其基本含作为燃料的三肼基三嗪，以及作为氧化剂的含氧酸盐、金属氧化物、金属二氧化物或其混合物。
2.权利要求1的气体发生剂组合物，其中的氧化剂是含氧酸盐、金属氧化物、金属二氧化物或其混合物，所述含氧酸盐的构成是选自铵、碱金属和碱土金属的阳离子和不含氢的阴离子，并且所述金属氧化物和金属二氧化物为铜、钴、镍、锌、钼和铋的氧化物和二氧化物。
3.权利要求2的气体发生剂组合物，其中的不含氢的阴离子选自硝酸、亚硝酸、氯酸和高氯酸。
4.权利要求1至3的气体发生剂组合物，其中的氧化剂为硝酸钾或硝酸锶。
5.权利要求1和2的气体发生剂组合物，其中的氧化剂为氧化铜。
6.权利要求1至5的气体发生剂组合物，其中的三肼基三嗪的含量为10～40％(wt)，且氧化剂的含量为60～90％(wt)。
7.权利要求1至6的气体发生剂组合物，其中任选含一种粘合剂，该粘合剂选自羧甲基纤维素、淀粉、聚乙烯醇、微晶纤维素、二硫化钼、酸性粘土、滑石粉、膨润土、硅藻土、高岭土、硬脂酸钙、二氧化硅、氧化铝和其混合物。
8.一种使用权利要求1至7的气体发生剂组合物制造的充气系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 97111473 CN1177584A (zh) | 1996-06-03 | 1997-06-02 | 气体发生剂组合物 |
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Publications (1)
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1997
- 1997-06-02 CN CN 97111473 patent/CN1177584A/zh active Pending
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