DE102007010320A1

DE102007010320A1 - Gaserzeugungszusammensetzung

Info

Publication number: DE102007010320A1
Application number: DE102007010320A
Authority: DE
Inventors: Kenji Tatsuno Kitayama; Shogo Tatsuno Tomiyama
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2007-09-06
Also published as: JP2007261930A; JP5031255B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Gaserzeugungszusammensetzung zur Verfügung, die einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel und darüber hinaus ein Kupferpulver enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gaserzeugungszusammensetzung, die für ein Airbag-Rückhaltesystem für Kraftfahrzeuge und dergleichen geeignet ist.

Gaserzeugungsmittel erzeugen normalerweise eine erhebliche Menge an Verbrennungsrückständen und Nebel (Schwebeteilchen, die durch Verbrennung des Gaserzeugungsmittels erzeugt werden, und die aus Feststoffbestandteilen, wie beispielsweise Metallbestandteilen, bestehen, die in dem Gaserzeugungsmittel vorhanden ist) nach der Verbrennung. Da die Verbrennungsrückstände und der Nebel, die soeben erzeugt werden, Wärme enthalten, besteht das Risiko, dass der Airbag beschädigt wird, und sich die Insassen verbrennen, wenn die Verbrennungsrückstände und der Nebel in einen Airbag abgegeben werden. Weiterhin werden, wenn der Airbag beschädigt wird, die Verbrennungsrückstände und der Nebel in den Fahrzeug-Insassenraum abgegeben. Zur Vermeidung eines derartigen Risikos ist ein feinmaschiges Metallfilter in der Aufblasvorrichtung vorgesehen.

Das Filter stellt jedoch das Teil mit der größten Masse unter den Bestandteilen der Aufblasvorrichtung dar. Durch das Filter kann eine Reinigung des Gases erzielt werden. Andererseits ist das Problem vorhanden, dass die Masse und die Abmessungen der Aufblasvorrichtung vergrößert werden.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Gaserzeugungszusammensetzung zur Verfügung, die einen Brennstoff, ein Oxidationsmittel, und darüber hinaus Kupferpulver enthält.

Als Verfahren zur Verringerung der Größe und Masse des Filters lässt sich überlegen, die Verbrennungstemperatur des Gaserzeugungsmittels zu verringern. Die US-A Nr. 2004-94150, JP-A Nr. 2005-126262, JP-A Nr. 2002-522330 und die WO-A Nr. 03/016244 beschreiben, dass ein Kupferzusammensetzungspulver als ein Oxidationsmittel oder Zusatzstoff zugemischt wird.

Die vorliegende Erfindung dient dazu, die Menge an Verbrennungsrückständen und Nebel zu verringern, und das Gas zu reinigen, unter Verwendung eines Kupferpulvers, das nicht in der US-A Nr. 2004-94250, JP-A Nr. 2005-126262, JP-A Nr. 2002-522330 und WO-A Nr. 03/016244 beschrieben ist, um die Verbrennungstemperatur der Gaserzeugungszusammensetzung zu verringern.

Das Kupferpulver gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Pulver, das nur Kupfer enthält, wobei kein Pulver aus Kupferzusammensetzungen vorhanden ist.

Da die Gaserzeugungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung eine niedrige Verbrennungstemperatur aufweist, ist die Menge an Verbrennungsrückständen und Nebel klein, die während der Verbrennung erzeugt wird, und ist auch die Menge an erzeugtem Kohlendioxid und NH₃ gering.

Die Gaserzeugungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Kupferpulver, und ihre anderen Bestandteile können ausgesucht werden unter Brennstoffen, Oxidationsmitteln, Bindemitteln und Zusatzstoffen, die in den be kannten Gaserzeugungszusammensetzungen verwendet wurden. Das Kupferpulver verringert die Verbrennungstemperatur der Gaserzeugungszusammensetzung und dient dazu, die Menge an NH₃ und Kohlendioxid und dergleichen zu verringern, die nach der Verbrennung erzeugt wird.

Das Kupferpulver weist vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 0,5 bis 500 μm auf, bevorzugter von 1 bis 300 μm, und noch bevorzugter von 5 bis 30 μm.

Die mittlere Teilchengröße wird durch ein Teilchengrößenverteilungsverfahren unter Verwendung von Laserstreulicht gemessen. Die Messprobe wird dadurch hergestellt, dass ein basisches Metallnitrat in Wasser dispergiert wird, und diese Mischung 3 Minuten lang mit Ultraschallstrahlung bestrahlt wird. Ein Anreicherungswert (D50) von 50 % der Anzahl an Teilchen wird ermittelt, und ein Mittelwert, der bei zwei Messzyklen erhalten wird, wird als mittlere Teilchengröße genommen.

Das Kupferpulver weist vorzugsweise eine Oberflächenkennzahl auf, bestimmt durch ein BET-Verfahren, von 100 bis 20000 cm²/g, bevorzugter von 500 bis 10000 cm²/g, und noch bevorzugter von 1000 bis 5000 cm²/g.

Durch Verknüpfung der mittleren Teilchengröße mit der Oberflächenkennzahl und deren Einstellung auf innerhalb vorbestimmter Bereiche wird die Handhabung des Kupferpulvers bei dem Herstellungsverfahren verbessert, wird die Menge an Nebel verringert, und wird in der Auswirkung das Abgas gereinigt.

Das Kupferpulver ist vorzugsweise ein Elektrolytkupferpulver. Das Elektrolytkupferpulver wird durch Elektrolyse in einer Kupfernitratlösung erhalten, und dessen Teilchen weisen eine dendritische Form auf. Verschiedene Erzeugnisse, die von Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. (Mitsui Kinzoku) und Nippon Mining & Metals Co., Ltd. (früher Nikko Materials Co., Ltd.) vertrieben werden, können als das Elektrolytkupferpulver verwendet werden.

Der Zusammensetzungsanteil des Kupferpulvers in der Gaserzeugungszusammensetzung beträgt vorzugsweise 0,1 bis 50 Massen-%, bevorzugter 0,2 bis 40 Massen-%, noch bevorzugter 0,5 bis 30 Massen-%, und am bevorzugtesten 2,0 bis 25 Massen-%.

Zumindest eine der Substanzen, die unter Tetrazol-Zusammensetzungen, Guanidin-Zusammensetzungen, Triazin-Zusammensetzungen und Nitroamin-Zusammensetzungen ausgesucht ist, kann als der Brennstoff verwendet werden.

Bevorzugte Tetrazol-Zusammensetzungen sind 5-Aminotetrazol und Bitetrazolammoniumsalz. Bevorzugte Guanidin-Zusammensetzungen sind ein Guanidinsalz der Schwefelsäure (Guanidinnitrat), ein Aminoguanidinsalz der Salpetersäure, Nitroguanidin und ein Triaminoguanidinsalz der Salpetersäure. Bevorzugte Triazin-Zusammensetzungen sind Melamin, Cyanursäure, Ammelin, Ammelid und Ammeland. Eine bevorzugte Nitroamin-Zusammensetzung ist Cyclo-1,3,5-trimethylen-2,4,6-trinitramin.

Zumindest eine der Substanzen, die ausgesucht sind aus basischen Metallnitraten, Nitraten, Ammoniumnitrat, Perchloraten und Chloraten kann als das Oxidationsmittel verwendet werden.

Zumindest eine der Substanzen, die ausgesucht ist aus basischem Kupfernitrat, basischem Kobaltnitrat, basischem Zink nitrat, basischem Mangannitrat, basischem Eisennitrat, basischem Molybdännitrat, basischem Wismutnitrat und basischem Cernitrat, kann als das basische Metallnitrat verwendet werden.

Um die Verbrennungsrate zu erhöhen, weist das basische Metallnitrat vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von 30 μm oder weniger auf, bevorzugter von 10 μm oder weniger. Die mittlere Teilchengröße wird durch ein Teilchengrößenverteilungsverfahren unter Verwendung von Laserstreulicht gemessen. Die Messprobe wird dadurch hergestellt, dass ein basisches Metallnitrat in Wasser dispergiert wird, und diese Zusammensetzung 3 Minuten lang mit Ultraschallwellenstrahlung bestrahlt wird. Ein Anreicherungswert (D50) von 50 % der Anzahl an Teilchen wird ermittelt, und ein Mittelwert, der bei zwei Messzyklen erhalten wird, wird als mittlere Teilchengröße genommen.

Beispiele für Nitrate umfassen Alkalimetallnitrate wie Kaliumnitrat und Natriumnitrat, und Erdalkalimetallnitrate wie beispielsweise Strontiumnitrat.

Das Perchlorat und das Chlorat sind die Bestandteile, die eine Oxidationswirkung und eine Verbrennungsunterstützungswirkung erzeugen. Mit Oxidationswirkung ist eine Wirkung gemeint, welche die Verbrennung wirksam fördert, durch Erzeugung von Sauerstoff während der Verbrennung, und auch die Menge erzeugter schädlicher Gase wie Ammoniak und Kohlenmonoxid verringert. Andererseits ist mit der Verbrennungsförderungswirkung eine Wirkung gemeint, welche die Brennbarkeit der Gaserzeugungszusammensetzung erhöht, oder eine Wirkung, welche die Verbrennungsrate erhöht.

Zumindest eine Substanz, die ausgesucht ist unter Ammoniumperchlorat, Kaliumperchlorat, Natriumperchlorat, Kaliumchlorat und Natriumchlorat, kann als das Perchlorat bzw. Chlorat verwendet werden.

Das Bindemittel kann zumindest eine Substanz sein, die ausgewählt ist unter Carboxymethylcellulose, einem Strontiumsalz von Carboxymethylcellulose, einem Kaliumsalz von Carboxymethylcellulose, einem Ammoniumsalz von Carboxymethylcellulose, Celluloseacetat, Celluloseacetatbutyrat, Methylcellulose, Ethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Ethylhydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Carboxymethylethylcellulose, mikrokristalliner Cellulose, Polyacrylamid, einer Polyacrylamidamino-Zusammensetzung, Polyacrylhydrazid, Copolymeren aus Acrylamid und einem Metallsalz der Acrylsäure, einem Copolymer einer Polyacrylamid- und Ester-Zusammensetzung von Polyacrylsäure, Polyvinylalkohol, Acrylgummi, Guargummi, Stärke und Silikon.

Der Zusatzstoff kann zumindest eine Substanz sein, die ausgewählt ist unter Metalloxiden wie Kupferoxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Kobaltoxid, Manganoxid, Molybdänoxid, Nickeloxid, Wismutoxid, Siliziumdioxid und Aluminiumoxid; Metallcarbonaten oder basischen Metallcarbonaten wie Kobaltcarbonat, Calciumcarbonat, basischem Zinkcarbonat und basischem Kupfercarbonat; Komplexverbindungen von Metalloxiden oder -hydroxiden wie japanischer saurer Ton, Kaolin, Talkum, Bentonit, Diatomeenerde und Hydroxytalkum; Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid; Metallsäuresalzen wie Natriumsilikat, Glimmermolybdat, Kobaltmolybdat und Ammoniummolybdat, Molybdändisulfid, Calciumstearat, Siliziumnitrid und Siliziumcarbid.

Es gibt keine spezielle Begrenzung für das Anteilverhältnis von Bestandteilen mit Ausnahme von Kupferpulver. So kann beispielsweise das Anteilsverhältnis auf innerhalb desselben Bereichs eingestellt werden, wie das Anteilsverhältnis organischer Zusammensetzungen wie Brennstoff, Sauerstoff enthaltender Oxidationsmittel, Bindemittel und Zusatzstoff, ausgewählt aus Metalloxiden und Metallcarbonaten, wie in der JP-A Nr. 2005-126262 beschrieben. Die Anteilsverhältnisse, die in der JP-A Nr. 2005-126262 beschrieben sind, werden durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen.

Ein Beispiel für die Gaserzeugungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Gaserzeugungszusammensetzung des Formulierungsbeispiels 1 sein, welche die nachstehend angegebene Zusammensetzung aufweist. Die Gaserzeugungszusammensetzung des Formulierungsbeispiels 1 erzeugt eine kleinere Menge an Kohlenmonoxid oder NH₃ und weist eine kleinere Menge erzeugter Verbrennungsrückstände auf.
Formulierungsbeispiel 1

Brennstoff (beispielsweise Guanidinnitrat): 5 bis 60 Massen-%, bevorzugt 10 bis 55 Massen-%.
Oxidationsmittel (beispielsweise basisches Kupfernitrat): 10 bis 85 Massen-%, bevorzugt 20 bis 75 Massen-%.
Zusatzstoff (beispielsweise Aluminiumhydroxid): 0,2 bis 20 Massen-%, bevorzugt 1 bis 50 Massen-%.
Kupferpulver: 0,1 bis 50 Massen-%, bevorzugt 0,2 bis 40 Massen-%.

Die Gaserzeugungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann zu einer gewünschten Form geformt werden, und kann als Formkörper in Form einer einmal perforierten Säule, einer mehrfach perforierten Säule, oder eines Pellets hergestellt werden.
Ein derartiger Formkörper kann durch ein Verfahren hergestellt werden, bei welchem Wasser oder ein organisches Lösungsmittel einer Gaserzeugungszusammensetzung hinzugefügt und mit dieser gemischt wird, und die Mischung extrudiert wird (im Falle eines Formkörpers in Form einer einmal perforierten Säule oder einer mehrfach perforierten Säule), oder durch ein Verformen, bei welchem Druckformen unter Verwendung einer Granulierungsmaschine durchgeführt wird (im Falle eines Formkörpers in Form eines Pellets). Der Formkörper mit einer Form einer einfach perforierten Säule oder einer mehrfach perforierten Säule kann ein Loch aufweisen, das in Längsrichtung hindurchgeht, oder einen Hohlraum, der nicht hindurchgeht.
Die Gaserzeugungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung oder ein hieraus hergestellter Formkörper kann beispielsweise bei einer Airbag-Aufblasvorrichtung für die Fahrerseite eingesetzt werden, bei einer Airbag-Aufblasvorrichtung für die Beifahrerseite neben dem Fahrer, einer Aufblasvorrichtung für einen Seiten-Airbag, eine Aufblasvorrichtung für einen aufblasbaren Vorhang, einer Aufblasvorrichtung für ein Kniepolster, einer Aufblasvorrichtung für einen aufblasbaren Anschnallgurt, bei einer Aufblasvorrichtung für ein rohrförmiges System, und bei einem Gasgenerator für eine Vorspannvorrichtung, für verschiedene Fahrzeuge.
Die Aufblasvorrichtung, welche die Gaserzeugungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzt, oder einen hieraus hergestellten Formkörper, kann vom pyrotechnischen Typ sein, bei welchem Gas nur von dem Gaserzeugungsmittel geliefert wird, oder vom Hybridtyp, bei welchem sowohl ein Gas unter Druck als auch das Gaserzeugungsmittel eingesetzt werden.
Weiterhin kann die Gaserzeugungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung oder ein hieraus hergestellter Formkörper auch als ein Zündmittel verwendet werden, ein so genanntes Verstärkungsmittel (oder Verstärker) zur Übertragung der Energie einer Sprengkapsel oder Zündkapsel an das Gaserzeugungsmittel.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend genauer auf Grundlage von Beispielen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiele und Vergleichsbeispiele
Die Gaserzeugungszusammensetzungen (Pulver), die in Tabelle 1 angegeben sind, wurden in einer Menge von 2 g verwendet, und zu Strängen ausgeformt.
(1) Zusammensetzung des erzeugten Gases
Die in Tabelle 1 angegebene Gaserzeugungszusammensetzung (Pulver) wurde in einer Menge von 2 g verwendet, und zu einem Strang ausgeformt. Der Strang wurde an einem abgedichteten Zylinder angebracht, der ein Innenvolumen von einem Liter aufwies, die Atmosphäre im Innern des Zylinders wurde durch Stickstoff ersetzt, der Stickstoff wurde auf 6860 kPa komprimiert, und der Strang wurde durch Anlegen elektrischen Stroms an einen Nickelchromdraht gezündet und vollständig verbrannt. Etwa 20 Sekunden nach Beginn der Stromversorgung wurde das Verbrennungsgas in einem Gasprobenbeutel gesammelt, und es wurde sofort die Konzentration an NO, CO und NH₃ (ppm, bezogen auf die Masse) untersucht.
(2) Bewertung des Schlackenzustands
Die in Tabelle 1 angegebene Gaserzeugungszusammensetzung (Pulver) wurde in einer Menge von 2 g verwendet, und zu einem Strang ausgeformt. Der Strang wurde an einem abgedichteten Zylinder mit einem Innenvolumen von einem Liter angebracht, die Atmosphäre im Innern des Zylinders wurde durch Stickstoff ersetzt, der Stickstoff wurde auf 6860 kPa komprimiert, und der Strang wurde gezündet durch Anlegen von Strom an einen Nickelchromdraht, und vollständig verbrannt. Nach der Verbrennung wurde der Verbrennungsrückstand (Schlacke) aus dem Zylinder entnommen, und der Schlackenzustand wurde auf Grundlage folgender Kriterien untersucht.

O:: Die Schlacke kollabiert nicht, selbst wenn auf sie mit dem Finger gedrückt wird, und die Form des Formkörpers der Gaserzeugungszusammensetzung vor der Verbrennung wird auf etwa dem gleichen Niveau gehalten;
Δ:: Die Schlacke kollabiert beim Drücken mit einem Finger teilweise; und
X:: Bruch zu feinen Körnchen.

GN: Guanidinnitrat.
BCN: basisches Kupfernitrat
Cu-1: Kupferpulver, mittlere Teilchengröße 20 μm, Oberflächenkennzahl 3300 cm²/g, #6, hergestellt von Nippon Mining & Metals Co., Ltd. (frühr Nikko Materials Co., Ltd.)
Cu-2: Kupferpulver, mittlere Teilchengröße 50 nm (hergestelltes Erzeugnis), Oberflächenkennzahl 120000 cm²/g.

Aus der voranstehenden Beschreibung der Erfindung wird deutlich, dass diese auf verschiedene Arten und Weisen abgeändert werden kann. Derartige Abänderungen sind nicht als Abweichung vom Wesen und Umfang der Erfindung zu verstehen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben, und von den folgenden Patentansprüchen umfasst sein sollen.

Claims

Gaserzeugungszusammensetzung, die einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel und darüber hinaus ein Kupferpulver aufweist.
Gaserzeugungszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Teilchengröße des Kupferpulvers 0,5 bis 500 μm beträgt.
Gaserzeugungszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkennzahl des Kupferpulvers, bestimmt durch ein BET-Verfahren, 100 bis 20000 cm²/g beträgt.
Gaserzeugungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupferpulver ein Elektrolytkupferpulver ist.