DE102020207700A1 - Zusammensetzung und gaserzeugende Mischung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, die insbesondere für den Einsatz in Gasgeneratoren von Kraftfahrzeugsicherheitssystemen geeignet ist, umfassend oder bestehend aus mindestens einer Guanidin-Verbindung, mindestens einem Oxidationsmittel, mindestens einer nicht-hygroskopischen Tetrazol-Verbindung und mindestens einer Borverbindung. Die Erfindung betrifft eine gaserzeugende Mischung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren bei dem die Zusammensetzung oder die gaserzeugende Mischung, insbesondere in einem Gasgenerator eines Kraftfahrzeugsicherheitssystems, gezündet wird. Auch betrifft die Erfindung die Verwendung der Zusammensetzung oder der gaserzeugenden Mischung als thermisches Frühzündmittel in einem Gasgenerator. Zudem betrifft die Erfindung einen Gasgenerator aufweisend die mindestens eine Zusammensetzung und/oder die mindestens eine gaserzeugende Mischung.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 und eine gaserzeugende Mischung nach Anspruch 11. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Zusammensetzung oder gaserzeugenden Mischung gezündet wird sowie die Verwendung dieser Zusammensetzung oder gaserzeugenden Mischung als thermisches Frühzündmittel in einem Gasgenerator nach Anspruch 14. Auch wird in Anspruch 15 ein Gasgenerator mit mindestens einer dieser Zusammensetzungen oder gaserzeugenden Mischungen beschrieben.
• Gaserzeugende Mischungen, welche bei Verbrennung schnell Gas erzeugen, werden zum Aufblasen von Kraftfahrzeug-Gassäcken (z.B. Airbags) verwendet. Thermische Frühzündmittel sind pyrotechnische Substanzen bzw. Mischungen, die die in der Regel thermisch sehr stabilen gaserzeugenden Mischungen eines Gasgenerators im Falle eines Fahrzeugbrandes kontrolliert anzünden.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung von (pyrotechnischen) Zusammensetzungen mit niedrigen Entzündungstemperaturen und ausreichender Langzeitstabilität, die insbesondere als thermische Frühzündmittel in Gasgeneratoren von Kraftfahrzeugsicherheitssystemen eingesetzt werden können.
• So wird eine (pyrotechnische) Zusammensetzung beschrieben, die (insbesondere) für den Einsatz in Gasgeneratoren von Kraftfahrzeugsicherheitssystemen geeignet ist, umfassend oder bestehend aus mindestens einer Guanidin-Verbindung, mindestens einem Oxidationsmittel, mindestens einer nicht-hygroskopischen Tetrazol-Verbindung und mindestens einer Borverbindung.
• Die mindestens eine Guanidin-Verbindung, das mindestens eine Oxidationsmittel und die mindestens eine nicht-hygroskopische Tetrazol-Verbindung sind beispielsweise Bestandteile einer gaserzeugenden Mischung. Die Borverbindung ist beispielsweise Bestandteil einer Boostermischung.
• Die Zusammensetzung kann beispielsweise aus 25 Gew.-% bis 60 Gew.-% der gaserzeugenden Mischung und 40 Gew.-% bis 75 Gew.-% der Boostermischung bestehen. So kann die Zusammensetzung beispielsweise aus 50 Gew.-% der gaserzeugenden Mischung und 50 Gew.-% der Boostermischung bestehen. Gew.-% bedeutet Gewichtsprozent, also der Massenanteil der jeweiligen Einzelkomponenten.
• Auch wird eine gaserzeugende Mischung beschrieben, die mindestens eine Guanidin-Verbindung, mindestens ein Oxidationsmittel und mindestens eine nicht hygroskopische Tetrazol-Verbindung enthält oder ausschließlich aus diesen besteht.
• Als Brennstoffe mit hohem Stickstoffgehalt werden hier Guanidin-Verbindungen und Tetrazol-Verbindungen verwendet. Guanidin-Verbindungen sind wasserlösliche Brennstoffe.
• Als Guanidin-Verbindungen können insbesondere Guanidin-Salze verwendet werden. So können beispielsweise Metallsalze von Nitroguanidin, Metallsalze von Nitroaminoguanidin, Guanidinnitrat, Aminoguanidinnitrat, Diaminoguanidinnitrat, Guanidinperchlorat und/oder Guanidinpicrat verwendet werden. So können Guanidinnitrat, Nitroguanidinnitrat, Aminoguanidinnitrat, und/oder Diaminoguanidinnitrat verwendet werden. Als Guanidin-Verbindung kann beispielsweise Guanidinnitrat verwendet werden.
• Als Tetrazol-Verbindungen werden nicht hygroskopische Tetrazol-Verbindungen verwendet. Nicht hygroskopische Tetrazol-Verbindungen bieten den Vorteil, dass sie keine Luftfeuchtigkeit binden und somit eine höhere Langzeitstabilität aufweisen als hygroskopische Tetrazol-Verbindungen. Eine hygroskopische Tetrazol-Verbindung ist beispielsweise 5-Aminotetrazol.
• Beispielsweise wird mindestens eine nicht hygroskopische Tetrazol-Verbindung mit der Formel

  

  verwendet, bei der R¹ und R² beispielsweise unpolare Reste darstellen.
• Beispielsweise wird mindestens eine (nicht hygroskopische) Tetrazol-Verbindung mit der Formel

  

  verwendet, wobei R¹ ein substituierter oder unsubstituierter Aryl-Rest und R² Wasserstoff oder ein Alkyl-Rest ist. R¹ kann ein substituierter oder unsubstituierter Phenyl-Rest und R2 Wasserstoff oder ein Alkyl-Rest sein. So kann R¹ beispielsweise ein mit mindestens einer Alkyl-Gruppe, z.B. mindestens einer verzweigten oder unverzweigten C1- bis C12-Alkyl-Gruppe oder mindestens einer verzweigten oder unverzweigten C1- bis C6-Alkyl-Gruppe, z.B. Methyl, Ethyl oder Propyl, substituierter Aryl-Rest, insbesondere Phenyl-Rest, sein. Auch kann R¹ beispielsweise ein mit (mindestens) einem Halogenatom, z.B. Chlor, Brom, lod und/oder Fluor, substituierter Aryl-Rest, insbesondere Phenyl-Rest, sein. So kann R¹ beispielsweise auch ein mit mindestens einer Alkyl-Gruppe, z.B. C1- bis C6-Alkyl-Rest, und (mindestens) einem Halogenatom (z.B. Cl, Br, I oder F) substituierter Aryl-Rest, insbesondere Phenylrest, sein. R² kann ein verzweigter oder unverzweigter C1- bis C12-Alkyl-Rest, z.B. Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Rest, sein. R² kann ein verzweigter oder unverzweigter C1- bis C12-Alkyl-Rest oder ein verzweigter oder unverzweigter C1- bis C6-Alkyl-Rest, z.B. ein Methyl-, Ethyl- oder Propyl-Rest, sein.
• Die Tetrazol-Verbindung kann insbesondere 5-Phenyl-1 H-tetrazol sein.
• Oxidationsmittel dienen zu Bereitstellung des erforderlichen Sauerstoffs für die Verbrennung. Das mindestens eine Oxidationsmittel kann beispielsweise ausgewählt sein aus einem Nitrat, Chlorat, Perchlorat und/oder einem Übergangsmetalloxid. Das mindestens eine Oxidationsmittel kann beispielsweise ausgewählt sein aus mindestens einem Metallnitrat und/oder mindestens einem Metallperchlorat und/oder mindestens einem Oxid von Cu, Fe, Ni, Zn, Co, Mn oder Cr. Das mindestens eine Oxidationsmittel kann ausgewählt sein aus mindestens einem Alkalimetallnitrat und/oder mindestens einem Alkalimetallperchlorat und/oder mindestens einem Oxid von Cu, Fe, Ni, Zn, Co, Mn oder Cr. Das Oxidationsmittel kann beispielsweise ausgewählt sein aus Kaliumnitrat, Kaliumperchlorat und/oder Kupfer(II)-oxid (CuO). Beispielsweise wird als Oxidationsmittel ausschließlich Kupfer(II)-oxid (CuO) verwendet.
• Die Borverbindung kann Borcarbid (B4C), Magnesiumborid (MgB2), Titanborid (TiB2), ein Wolframborid und/oder ein Nickelborid sein. Die Borverbindung kann Borcarbid (B4C) sein.
• Die Boostermischung kann mindestens eine Borverbindung enthalten oder aus dieser bestehen. Die Boostermischung kann beispielsweise aus Guanidinnitrat, Borcarbid (B4C) und Kaliumnitrat bestehen.
• Die Zusammensetzung kann beispielsweise
• - 7 Gew.-% bis 70 Gew.-% mindestens einer (vorgenannten) Guanidin-Verbindung,
• - 2 Gew.-% bis 75 Gew.-% mindestens eines (vorgenannten) Oxidationsmittels,
• - 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% mindestens einer (vorgenannten) Tetrazol-Verbindung der Formel
  
  und
• - 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% mindestens einer (vorgenannten) Borverbindung enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen; wobei R¹ ein substituierter oder unsubstituierter Aryl-Rest und R² Wasserstoff oder ein verzweigter oder unverzweigter Alkyl-Rest ist.
• Die Zusammensetzung kann beispielsweise
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% mindestens einer Guanidin-Verbindung;
• - 30 Gew.-% bis 60 Gew.-% mindestens eines Oxidationsmittels;
• - 25 Gew.-% bis 50 Gew.-% mindestens einer Tetrazol-Verbindung der Formel
  
  und
• - 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% mindestens einer Borverbindung enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen, wobei R¹ ein substituierter oder unsubstituierter Aryl-Rest und R² Wasserstoff oder ein verzweigter oder unverzweigter Alkyl-Rest ist.
• In einer Ausgestaltung kann die Zusammensetzung Guanidinnitrat, 5-Phenyl-1 H-tetrazol, Borcarbid (B4C) und mindestens ein Oxidationsmittel, insbesondere Kupfer(II)-oxid (CuO) und/oder Kaliumnitrat (KNO₃) und/oder Kaliumperchlorat (KClO₄), enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen.
• Zusammensetzungen die Guanidinnitrat, 5-Phenyl-1 H-tetrazol, Borcarbid (B4C), Kupfer(II)-oxid (CuO) und optional Kaliumnitrat (KNO₃) und/oder Kaliumperchlorat (KClO₄) enthalten weisen niedrige Entzündungstemperaturen (z.B. im Bereich von 160°C bis 220°C) auf. Die Einzelkomponenten der Zusammensetzungen sind zudem kommerziell erhältlich und nicht akut toxisch.
• Beispielsweise kann die Zusammensetzung
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat,
• - 10 Gew.-% bis 80 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol
• - 5 Gew.-% bis 75 Gew.-% mindestens eines Oxidationsmittels, und
• - 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Borcarbid enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen.
• In einer Ausgestaltung kann die Zusammensetzung
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat,
• - 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol,
• - 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% mindestens eines Oxidationsmittels, und
• - 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Borcarbid enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen.
• Beispielsweise kann die Zusammensetzung
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat,
• - 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol,
• - 2 Gew.-% bis 7 Gew.-% Kupfer(II)-oxid,
• - 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Borcarbid, und optional
• - 10 Gew.-% bis 68 Gew.-% mindestens ein weiteres Oxidationsmittel, insbesondere ausgewählt aus mindestens einem Metallnitrat und/oder mindestens einem Metallperchlorat, enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen.
• Insbesondere kann die Zusammensetzung
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat,
• - 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol,
• - 2 Gew.-% bis 7 Gew.-% Kupfer(II)-oxid,
• - 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Borcarbid, und optional
• - 10 Gew.-% bis 68 Gew.-% mindestens ein weiteres Oxidationsmittel ausgewählt aus mindestens einem Alkalimetallnitrat und/oder mindestens einem Alkalimetallperchlorat enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen.
• So kann die Zusammensetzung beispielsweise
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat,
• - 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol,
• - 30 Gew.-% bis 70 Gew.-% mindestens eines Oxidationsmittels, und
• - 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Borcarbid enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen, wobei das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus Kupfer(II)-oxid und Kaliumnitrat.
• Beispielsweise kann die Zusammensetzung
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat,
• - 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol,
• - 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Borcarbid,
• - 2 Gew.-% bis 7 Gew.-% Kupfer(II)-oxid, und
• - 28 Gew.-% bis 68 Gew.-% Kaliumnitrat enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen.
• Beispielsweise kann die Zusammensetzung
• - 10 Gew.-% bis 25 Gew.-% Guanidinnitrat,
• - 15 Gew.-% bis 35 Gew.-% 5-Phenyl-1H-tetrazol,
• - 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% Borcarbid,
• - 2 Gew.-% bis 7 Gew.-% Kupfer(II)-oxid, und
• - 30 Gew.-% bis 68 Gew.-% Kaliumnitrat enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen.
• Insbesondere kann die Zusammensetzung
• - 15 Gew.-% bis 22 Gew.-% Guanidinnitrat,
• - 25 Gew.-% bis 35 Gew.-% 5-Phenyl-1H-tetrazol,
• - 7 Gew.-% bis 12 Gew.-% Borcarbid,
• - 3 Gew.-% bis 7 Gew.-% Kupfer(II)-oxid, und
• - 30 Gew.-% bis 50 Gew.-% Kaliumnitrat enthalten oder ausschließlich aus diesen bestehen.
• Die vorgenannte Zusammensetzung weist eine Entzündungstemperatur im Bereich von 170 °C bis 180°C auf, bietet zudem thermische Langzeitstabilität (> 1000 h bei 110°), und hält einer hohen Schlagenergie (> 20 J) stand. Die Zusammensetzung ist zudem nicht reibeempfindlich. Die Einzelkomponenten der Zusammensetzungen sind kommerziell erhältlich und nicht akut toxisch.
• Es wird beispielsweise auch eine gaserzeugende Mischung beschrieben, die
• - mindestens eine Guanidin-Verbindung;
• - mindestens ein Oxidationsmittel; und
• - mindestens eine Tetrazol-Verbindung der Formel
  
  enthält oder ausschließlich aus diesen besteht, wobei R¹ ein substituierter oder unsubstituierter Aryl-Rest und R² Wasserstoff oder ein verzweigter oder unverzweigter Alkyl-Rest ist.
• So wird beispielsweise eine gaserzeugende Mischung beschrieben umfassend oder ausschließlich bestehend aus
• - 8 Gew.-% bis 70 Gew.-% Guanidinnitrat;
• - 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol;
• - 2 Gew.-% bis 89 Gew.-% mindestens eines Oxidationsmittels.
• Beispielsweise kann die gaserzeugende Mischung
• - 8 Gew.-% bis 70 Gew.-% Guanidinnitrat;
• - 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol
• - 2 Gew.-% bis 70 Gew.-% Kupfer(II)-oxid; und optional
• - 5 Gew.-% bis 60 Gew.-% mindestens eines weiteren Oxidationsmittels enthalten oder aus diesen bestehen.
• Beispielsweise kann die gaserzeugende Mischung
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat;
• - 10 Gew.-% bis 80 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol;
• - 5 Gew.-% bis 25 Gew.-% Kupfer(II)-oxid; und
• - 5 Gew.-% bis 50 Gew.-% mindestens eines weiteren Oxidationsmittels enthalten oder aus diesen bestehen.
• Beispielsweise kann die gaserzeugenden Mischung
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat;
• - 25 Gew.-% bis 80 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol;
• - 5 Gew.-% bis 25 Gew.-% Kupfer(II)-oxid; und
• - 5 Gew.-% bis 50 Gew.-% mindestens eines weiteren Oxidationsmittels enthalten oder aus diesen bestehen.
• Bei Zusammensetzungen oder gaserzeugenden Mischungen die ausschließlich aus den genannten Einzelkomponenten bestehen, müssen die Anteile der Einzelkomponenten zusammen 100 Gew.-% ergeben.
• Eine beispielhafte gaserzeugende Mischung kann ausschließlich aus
• - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat;
• - 25 Gew.-% bis 80 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol; und
• - 10 Gew.-% bis 25 Gew.-% Kupfer(II)-oxid bestehen.
• Solche gaserzeugenden Mischungen zeigen niedrige Entzündungstemperaturen (im Bereich von 160°C bis 220°C) und eine hohe thermische Langzeitstabilität (> 700 h bei 110°).
• Gaserzeugende Mischung, die zumindest 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat; 10 Gew.% bis 25 Gew.-% Kupfer(II)-oxid; und 30 Gew.-% bis 70 Gew.-% 5-Phenyl-1H-tetrazol; und optional Kaliumnitrat und/oder Kaliumperchlorat enthalten, zeigen Entzündungstemperaturen im Bereich von 170°C bis 180°C und eine hohe thermische Langzeitstabilität von > 700 h bei 110 °C.
• Zusätzlich zu den genannten Komponenten können die vorgenannten Zusammensetzungen oder gaserzeugenden Mischungen weitere Bestandteile wie z.B. Katalysatoren, insbesondere Gasumwandlungskatalysatoren, Verbrennungsgeschwindigkeitsbeschleuniger, ballistische Modifizierungsmittel, Schlackenbildner und/oder Zündungshilfsstoffe enthalten.
• Da die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und gaserzeugenden Mischungen Frühzündeigenschaften aufweisen, können sie als thermische Frühzündmittel beispielsweise in Gasgeneratoren, insbesondere in Gasgeneratoren von Kraftfahrzeug-Gassackanordnungen (z.B. Airbags), eingesetzt werden.
• Ferner wird eine Kraftfahrzeug-Gassackanordnung, aufweisend mindestens eine der vorgenannten Zusammensetzung oder mindestens eine der vorgenannten gaserzeugenden Mischung, beschrieben.
• So wird ein Gasgenerator, beispielsweise ein Kraftfahrzeug-Gasgenerator, mit mindestens einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung und/oder mindestens einer erfindungsgemäßen gaserzeugenden Mischung beschrieben. Ein Gasgenerator kann beispielsweise ein Seitengenerator und/oder ein Hybridgasgenerator sein. Ein Hybridgasgenerator enthält die pyrotechnische Zusammensetzung und einen Gasspeicher mit unter Druck stehendem Gas. Das beim Abbrand entstehende Gas vermischt sich mit dem unter Druck stehendem Gas aus dem Gasspeicher, wodurch die Austrittstemperatur herabgesetzt wird. Ein Seitengenerator enthält die pyrotechnische Zusammensetzung (ohne einen zusätzlichen Gasspeicher).
• Zudem wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mindestens eine der zuvor genannten Zusammensetzungen oder gaserzeugenden Mischung, insbesondere in einem Gasgenerator (einer Kraftfahrzeug-Gassackanordnung), gezündet wird. Die Zündung kann beispielsweise thermisch und/oder elektrisch erfolgen. Durch eine elektrische Zündung kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung oder die gaserzeugende Mischung einer Temperatur beispielsweise von 160°C bis 220°C, insbesondere 170 °C bis 180°C, ausgesetzt werden. Dabei kommt es zu einer Gasentwicklung, wobei das entstehende Gas(gemisch) gegebenenfalls einen Gassack (z.B. Airbag) eines Kraftfahrzeugsicherheitssystems aufblasen kann.
• Auch durch eine reine thermische Behandlung kann ein Gas bzw. Gasgemisch freigesetzt werden, was beispielsweise einen Gassack der Kraftfahrzeug-Gassackanordnung, insbesondere einen Airbag der Kraftfahrtzeug-Airbaganordnung, aufblasen kann.
• Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele ausführlicher beschrieben, wobei aber die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt ist.
• In Tabelle 1 sind verschiedene gaserzeugende Mischungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen dargestellt. Tabelle 1

  Komponenten in Gew.-%	Mischung 1	Mischung 2	Mischung 3	Mischung 4	Mischung 5	Mischung 6	Mischung 7	Mischung 8
  Guanidinnitrat	-	20	10	25	30	25	10	25
  Kupfer(ll)-oxid	50	-	20	25	10	12,5	10	10
  5-Phenyl-1H-tetrazol	50	30	70	50	60	50	30	50
  Kaliumperchlorat	-	-	-	-	-	-	50	15
  Kaliumnitrat	-	50	-	-	-	12,5	-	-
  Eigenschaften
  Deflagration in °C vor Ofen	207	188	177	177	178	178	176	177
  Deflagration in °C nach 744 h Ofen	-	-	-	177	-	177	-	178
  Masseverlust in % nach 744 h Ofen	-	-	-	-0,16	-	-0,12	-	-0,15
  Masseverlust in % nach 1034 h Ofen	-	-	-	-	-	-0,13	-	-

• Die in Tabelle 1 gezeigten gaserzeugenden Mischungen 1 bis 8 zeigen alle Frühzündeigenschaften, d.h. niedrige Entzündungstemperaturen. So weisen alle Mischungen Entzündungstemperaturen im Bereich von 160 °C bis 220 °C auf. Die gaserzeugenden Mischungen (3 bis 8), die zumindest 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat; 10 Gew.-% bis 25 Gew.-% Kupfer(II)-oxid; und 30 Gew.-% bis 70 Gew.-% 5-Phenyl-1 H-tetrazol aufweisen; zeigen Entzündungstemperaturen im Bereich von 170°C bis 180°C.
• Die thermische Langzeitstabilität wurde in einem (Holland) Ofen getestet. Dafür wurden die gaserzeugenden Mischungen in Glasröhrchen bei konstant 110 °C jeweils 744 h oder 1034 h in dem (Holland) Ofen thermisch behandelt. Die Deflagration (Verbrennung) wurde jeweils vor und nach der thermischen Langzeitbehandlung im (Holland) Ofen getestet. Zudem wurde jeweils der Masseverlust nach der thermischen Langzeitbehandlung von 744 h und 1034 h im Verhältnis zu der entsprechenden nicht thermisch behandelten gaserzeugenden Mischung ermittelt. Nach einer thermischen Behandlung von 744 h bei 110 °C zeigen die gaserzeugenden Mischungen nahezu die gleichen Entzündungstemperaturen im Bereich von 176 °C bis 178°C wie vor der thermischen Langzeitbehandlung. Ebenso ist nach einer thermischen Behandlung von 744 h oder 1034 h nur ein minimaler Masseverlust (< 0,2 Gew.%) zu verzeichnen.
• Die in Tabelle 1 gezeigten gaserzeugenden Mischungen weisen somit niedrige Entzündungstemperaturen und eine hohe thermische Langzeitstabilität auf. Tabelle 2

  Komponenten in Gew.%	Boostermischung X	gaserzeugende Mischung 5	Zusammensetzung A	Zusammensetzung B
  Guanidinnitrat	8,75	30	19,5	14,8
  Kupfer(ll)-oxid	-	10	5	2,9
  5-Phenyl-1 H-tetrazol	-	60	30	17,1
  Kaliumnitrat	72,5	-	36	51,8
  Borcarbid	18,75	-	9,5	13,4
  Eigenschaften
  Deflagration vor Ofen in °C	keine	177	177	177
  Deflagration in °C nach 744 h Ofen	-	-	179	-
  Masseverlust in % nach 240h Ofen	-	-	0,2	-
  Masseverlust in % nach 744 h Ofen	-	-	-0,04	-
  Masseverlust in % nach 1034 h Ofen	-	-	-0,06	-
  Reibeempfindlichkeit in N	> 350	> 350	> 350	> 350
  Schlagempfindlichkeit in J	≥14,7	> 29,4	> 29,4	≥7,4
  Explosionswärme in J/g	6810	1685	3000-4500	5349
  Gasvolumen ohne Wasser bei 25°C in cm3/g	198	823	511	376

• Die Tabelle 2 zeigt eine Boostermischung X, die gaserzeugende Mischung 5 sowie eine Zusammensetzung A und eine Zusammensetzung B. Die in Tabelle 2 angegebene Boostermischung X ist eine beispielhafte Zusammensetzung einer Boostermischung.
• Die Zusammensetzung kann beispielsweise aus 50 Gew.-% der Boostermischung X und 50 Gew.-% der gaserzeugenden Mischung 5 bestehen. Die Zusammensetzung kann alternativ aus 71,5 Gew.-% der Boostermischung X und 28,5 Gew.-% der gaserzeugenden Mischung 5 bestehen.
• Die in Tabelle 2 gezeigten Zusammensetzungen A und B zeigen Frühzündeigenschaften, (mit einer Entzündungstemperatur bei 177°C) und thermische Langzeitstabilität. Die thermische Langzeitstabilität wurde in einem (Holland) Ofen getestet. Dafür wurde die Zusammensetzung A 744 h oder 1034 h in einem (Holland) Ofen bei konstant 110 °C thermisch behandelt. Vor und nach der thermischen Langzeitbehandlung im (Holland) Ofen wurden Deflagrationstests (Verbrennungstest) an pulverförmigen Proben durchgeführt. Nach einer thermischen Behandlung von 744 h zeigt die Zusammensetzung A in dem Deflagrationstest eine Entzündungstemperatur von 179°C. Die Entzündungstemperatur nach der thermischen Behandlung ist somit annähernd gleich der Entzündungstemperatur vor der thermischen Langzeitbehandlung.
• Zudem wurde der Masseverlust der Zusammensetzung A nach der thermischen Langzeitbehandlung bei 744 h und 1034 h im Verhältnis zu der nicht thermisch behandelten Zusammensetzung A ermittelt. Nach einer thermischen Behandlung von 744 h oder 1034 h ist nur ein minimaler Masseverlust (< 0,1 Gew.-%) zu verzeichnen. Somit konnte gezeigt werden, dass die Zusammensetzung A (enthaltend die gaserzeugende Mischung und die Boostermischung) eine hohe Langzeitstabilität aufweist.
• Im Deflagrationstest vor der thermischen Behandlung im (Holland) Ofen zeigte die Zusammensetzung B eine Entzündungstemperatur von 177°C.
• Die alleinige Verwendung der Boostermischung X führte in einem Generatortest zu einer energetischen Zerlegung bei 284 °C, weshalb die Boostermischung X nicht für die alleinige Verwendung in einem Gasgenerator geeignet ist. Hingegen zeigen die gaserzeugende Mischungen als auch die Zusammensetzungen A und B Frühzündeigenschaften, was sie für den Einsatz in einem Gasgenerator, insbesondere einen Gasgenerator für einen Kraftfahrzeug-Airbag, qualifiziert.
• In Tabelle 2 ist zudem ersichtlich, dass die Boostermischung X im Gegensatz zu der gaserzeugenden Mischung 5 eine größere Explosionswärme mit geringerer Gasentwicklung zeigt. Die Zusammensetzungen A und B zeigen gegenüber der Boostermischung X eine geringere Explosionswärme und eine größere Gasentwicklung. Die Explosionswärme in J/g kann nach dem ICT-Code bestimmt werden.
• Die Boostermischung X als auch die gaserzeugende Mischung 5 und die Zusammensetzung sind nicht reibeempfindlich (Reibeempfindlichkeit > 350 N).
• Die Zusammensetzung A zeigt erst bei einer Schlagempfindlichkeitsprüfung mittels BAM-Fallhammer eine Reaktion bei > 29,4 J (sprich bei Einwirkung einer Schlagenergie von > 29,4 J zersetzt sich die Zusammensetzung A). Die Boostermischung X hingegen zeigt bereits eine Reaktion bei ≥ 14,7 J. Die Zusammensetzung A weist somit eine verbesserte Schlagempfindlichkeit auf.
• Die Zusammensetzung B ist nicht reibeempfindlich und zeigt bei einer Schlagempfindlichkeitsprüfung mittels BAM-Fallhammer eine Reaktion bei > 7,4 J.
• Die Einzelkomponenten der Zusammensetzung A bzw. B sind kommerziell erhältlich und nicht akut toxisch.
• Somit werden Zusammensetzungen bereitgestellt, deren Einzelkomponenten nicht akut toxisch sind, die eine Entzündungstemperatur im Bereich von 170 °C bis 180 °C aufweisen, die zudem thermische Langzeitstabilität bieten, nicht reibeempfindlich sind (und einer hohen Schlagenergie standhalten).

Claims (15)

1. Zusammensetzung, die insbesondere für den Einsatz in Gasgeneratoren von Kraftfahrzeugsicherheitssystemen geeignet ist, umfassend oder bestehend aus mindestens einer Guanidin-Verbindung, mindestens einem Oxidationsmittel, mindestens einer nicht-hygroskopischen Tetrazol-Verbindung und mindestens einer Borverbindung.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung - 7 Gew.-% bis 70 Gew.-% der mindestens einen Guanidin-Verbindung, - 2 Gew.-% bis 75 Gew.-% des mindestens einen Oxidationsmittels, - 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% der mindestens einen nicht-hygroskopischen Tetrazol-Verbindung der Formel

   

   und - 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% der mindestens einen Borverbindung enthält oder ausschließlich aus diesen besteht; wobei R¹ ein substituierter oder unsubstituierter Aryl-Rest und R² Wasserstoff oder ein verzweigter oder unverzweigter Alkyl-Rest ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tetrazol-Verbindung 5-Phenyl-1 H-tetrazol ist.
4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Guanidin-Verbindung Guanidinnitrat ist.
5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Borverbindung Borcarbid ist.
6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel ausgewählt ist aus Kaliumnitrat, Kaliumperchlorat und/oder Kupfer(II)-oxid.
7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Guanidinnitrat, 5-Phenyl-1H-tetrazol, Borcarbid und mindestens ein Oxidationsmittel enthält oder ausschließlich aus diesen besteht.
8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung - 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% Guanidinnitrat, - 15 Gew.-% bis 50 Gew.-% 5-Phenyl-1H-tetrazol, - 2 Gew.-% bis 7 Gew.-% Kupfer(II)-oxid, - 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Borcarbid, und optional - 10 Gew.-% bis 68 Gew.-% mindestens ein weiteres Oxidationsmittel ausgewählt aus mindestens einem Alkalimetallnitrat und/oder mindestens einem Alkalimetallperchlorat enthält oder ausschließlich aus diesen besteht.
9. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Guanidin-Verbindung, das mindestens eine Oxidationsmittel und die mindestens eine nicht-hygroskopische Tetrazol-Verbindung Bestandteile einer gaserzeugenden Mischung sind und die Borverbindung Bestandteil einer Boostermischung ist.
10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung aus 25 Gew.-% bis 60 Gew.-% der gaserzeugenden Mischung und 40 Gew.-% bis 75 Gew.-% der Boostermischung besteht.
11. Gaserzeugende Mischung umfassend oder bestehend aus - mindestens einer Guanidin-Verbindung; - mindestens einem Oxidationsmittel; und - mindestens einer nicht-hygroskopischen Tetrazol-Verbindung.
12. Gaserzeugende Mischung umfassend oder ausschließlich bestehend aus - 8 Gew.-% bis 70 Gew.-% Guanidinnitrat; - 10 Gew.-% bis 90 Gew.-% 5-Phenyl-1H-tetrazol; - 2 Gew.-% bis 70 Gew.-% Kupfer(II)-oxid; und optional - 5 Gew.-% bis 60 Gew.-% mindestens eines weiteren Oxidationsmittels.
13. Verfahren bei dem die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder die gaserzeugende Mischung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, insbesondere in einem Gasgenerator, gezündet wird.
14. Verwendung mindestens einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder mindestens einer gaserzeugenden Mischung nach einem der Ansprüche 11 oder 12 als thermisches Frühzündmittel in einem Gasgenerator.
15. Gasgenerator mit mindestens einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder mindestens einer gaserzeugenden Mischung nach einem der Ansprüche 11 oder 12 .