DE112011101071T5

DE112011101071T5 - Verfahren zur Herstellung von Gaserzeugungsmitteln

Info

Publication number: DE112011101071T5
Application number: DE112011101071T
Authority: DE
Inventors: Slaven Domazet; Graylon K. Williams; Deborah L. Hordos; Sudhakar R. Ganta
Original assignee: TK Holdings Inc
Current assignee: TK Holdings Inc
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2013-03-14
Also published as: JP5738396B2; JP2013523571A; WO2011119241A1; US20130068354A1

Abstract

Ein Verfahren zur Bildung einer Gaserzeugungszusammensetzung enthaltend ein Salz von Dinitrosalicylsäure und Ammoniumnitrat oder phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat. Das Verfahren schließt die Mitfällung eines Salzes von 3,5-Dinitrosalicylsäure mit phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat ein. Eine Gaserzeugungszusammensetzung 12 ist ebenfalls beschrieben, zusammen mit einem Gaserzeuger 10, der die Gaserzeugungszusammensetzung 12 enthält. Der Gaserzeuger 10 kann enthalten sein in einem Gaserzeugungssystem 200 wie einem Airbaggasgenerator 10 oder einer Sitzgurtanordnung 150, oder weiter gefasst, in einem Fahrzeuginsassenschutzsystem 180.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Rechte der US Provisional Anmeldung mit dem Aktenzeichen 61/318,161, eingereicht am 26. März 2010.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gaserzeugungssysteme und Gaserzeugungszusammensetzungen, die zum Beispiel in Gaserzeugungsvorrichtungen für Fahrzeugrückhaltesysteme eingesetzt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Gaserzeugungszusammensetzungen, die bei Verbrennung einen kleineren Anteil an Feststoffen und eine relativ reichliche Menge Gas erzeugen. Es ist eine andauernde Herausforderung, die Menge an Feststoffen zu reduzieren und die Mange an Gasen zu erhöhen und dadurch die Anforderungen des Filtern in Gasgeneratoren zu vermindern. Im Ergebnis kann der Filter in der Größe reduziert oder gänzlich weggelassen werden, wodurch das Gewicht und/oder die Größe des Gasgenerators verkleinert werden kann. Zusätzlich bewirkt die Verringerung der Verbrennungsfeststoffe relativ größere Mengen an gasförmigen Produkten pro Gramm oder Einheit an Gaserzeugungszusammensetzungen. Entsprechend wird weniger Gaserzeugungsmittel benötigt, wenn mehr Mole Gas pro Gramm Gaserzeugungsmittel gebildet werden. Das Ergebnis ist wegen der verringerten Komplexität der Herstellung typischerweise ein kleinerer und weniger kostspieliger Gasgenerator.
In einer damit zusammenhängenden Herausforderung, müssen die Abgase, wenn die Menge an Gas erhöht wird, derart abgestimmt sein, dass sichergestellt ist, dass Kohlenmonoxid oder andere weniger wünschenswerte Gase vermindert sind. Wird die relative Menge an Kohlenstoff in dem Gaserzeugungsmittel erhöht, so besteht beispielsweise eine Befürchtung, dass das Gaserzeugungsmittel mehr Kohlenmonoxid als Verbrennungsprodukt bilden könnte. Daher müssen die Anstrengungen die Feststoffmenge zu reduzieren und die Gasbildung bei der Verbrennung zu erhöhen mit Verbrennungsprodukten in Einklang gebracht werden, welche den gegenwärtigen Abgasstandards entsprechen.
Eine weitere Herausforderung ist die Bereitstellung von Gaserzeugungszusammensetzungen, welche den geltenden Anforderungen der USCAR an die chemische und thermische Stabilität entsprechen. Chemische Stabilität weist darauf hin, dass ein Treibsatz seine strukturelle Integrität während des Zeitablaufs bewahrt. Die Formstabilität, also beispielsweise der Erhalt der Dichte während des Zeitablaufs, weist auf chemische Stabilität hin. Die Bestandteile der Zusammensetzung müssen miteinander kompatibel sein, mit einem Minimum an Wechselwirkungen. Daher schließt die chemische Stabilität die Verringerung der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Bestandteile ein, die in einer Gaserzeugungszusammensetzung enthalten sind.
Die thermische Stabilität ist die Fähigkeit, die Standsicherheit zu bewahren, wenn beispielsweise zwischen –40 C und 107 C zyklisiert wird. Beispielsweise wird die Zusammensetzung für einen Zeitraum bei –40 C gehalten und dann rasch auf eine Temperatur von etwa 107 bis 110 C gebracht und eine zeitlang gehalten. Daher ist das Bewahren der Standsicherheit eines Gaserzeugungsmittels während des Durchlaufens periodischer Zyklisierungen zwischen den beiden Temperaturregimes während des Zeitablaufs eine weitere Herausforderung. Weiterhin umfassen die Anforderungen des USCAR thermische Tests, bei denen die Zusammensetzungen 400 Stunden lang bei etwa 107 C gehalten werden ohne die thermische Zersetzung der Zusammensetzungen. Bestimmte Zusammensetzungen die beispielsweise phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat enthalten, rufen oftmals Bedenken im Hinblick auf die thermische Stabilität hervor.
Ein weiterer Vorbehalt ist, dass die Zusammensetzungen Verbrennungsraten aufweisen müssen, die im Hinblick auf die Verwendung in Fahrzeuginsassenschutzsystemen ausreichend sind. Insbesondere können Zusammensetzungen, welche phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat enthalten, relativ geringe Verbrennungsraten aufweisen, welche verschiedene Maßnahmen erfordern, um die Verbrennungsrate zu verbessern. Daher ist die Entwicklung von energiereichen Brennstoffen ein andauernder Forschungsschwerpunkt, wobei die weniger aggressiven Verbrennungscharakteristika von bevorzugten Oxidationsmitteln wie phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat durch bedachtes Mischen oder Kombinieren mit neuen und nützlichen Bestandteilen angepasst und kompensiert werden.
Weiterhin wurde gefunden, dass oftmals nitrierte aromatische Verbindungen, kombiniert mit Ammoniumnitrat oder phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat nicht sauber verbrennen und eine große Menge an rußartigen Rückständen beim Verbrennen bilden können. Saure nitroaromatische Verbindungen haben ein gewisses Maß an katalytischer Wirkung auf Ammoniumnitrat oder phasenstabilisierte Ammoniumnitratzusammensetzungen, insbesondere im Hinblick auf die Zündfähigkeit und anhaltende Verbrennung bei einigen Zusammensetzungen die Ammoniumnitrat (stabilisiert oder auch nicht) enthalten.
Im Hinblick auf die Zubereitung oder Verarbeitung von Gaserzeugungsmitteln, können pyrotechnische Bestandteile oftmals als trockene Pulver bestehend aus Brennstoffen, Oxidationsmitteln und anderen bekannten Zusatzstoffen trocken gemischt werden. Bei der Verwendung von sauren Brennstoffen oder Bestandteilen hingegen, erfordern Bedenken bei der Handhabung und Verarbeitung wegen der Empfindlichkeit der sauren Verbindungen eine sorgsame Handhabung, um jedwede unbeabsichtigte Reaktion zu vermeiden. Wird ein saurer Brennstoff in einer Gaserzeugungszusammensetzung verwendet, ist es oftmals angebracht, ein Salz mit der Säure zu bilden, bevor er mit der Zusammensetzung zusammengebracht wird. Der Zeitaufwand und die zusätzlichen Schritte bei der Verarbeitung fügen dem Herstellungsprozess Kosten hinzu und vermindern die Vorteile des sauren Brennstoffs wie beispielsweise weniger Verbrennungsfeststoffe. Eine weitere Herausforderung ist es, dass die aus dem sauren Brennstoff gebildete Zusammensetzung auch eine vorteilhafte Schlagempfindlichkeit zeigen muss und den Regulierungsauflagen des Verkehrsministeriums entspricht und vorteilhafte chemische und thermische Stabilität zeigt.
Im Hinblick auf diese Bedenken wäre es eine Verbesserung im Stand der Technik, ein „rauchloses” Gaserzeugungsmittel zur Verfügung zu stellen oder eines, das bei der Verbrennung mehr als 90% Gas als ein Verbrennungsprodukt liefert ohne die oben genannten Nachteile aufzuweisen. Beispielsweise wäre eine auf Ammoniumnitrat oder phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat beruhende Zusammensetzung, welche den relativen Gasausstoß der typischen stark stickstoffhaltigen Brennstoffe, die mit Ammoniumnitrat oder phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat kombiniert sind, erfüllt oder übertrifft, wobei die Leistung erhalten oder die oben angegebene Erwägungen verbessert sind, eine Verbesserung des Standes der Technik. Ebenso wäre es eine Verbesserung, die Bildung oder Verarbeitung von Gaserzeugungszusammensetzungen, die saure Brennstoffe enthalten, zu verbessern, ohne die Gefahren, welche die saure Beschaffenheit der Brennstoffe begleiten.
ZUSPMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die oben genannten Bedenken werden durch Gaserzeuger oder Gaserzeugungssysteme ausgeräumt, welche einen neuen Brennstoffbestandteil, 3,5-Dinitrosalicylsäure (DNSA), ein Metallsalz von DNSA, ein Nichtmetallsalz von DNSA oder ein Addukt von DNSA mit einer anderen Verbindung, die einen Wasserstoffbrückenkomplex bildet, enthält. In Kombination mit phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat (PSAN) (beispielsweise stabilisiert mit Kaliumnitrat, vorhanden in 10–15 Gew.-% bezogen auf das PSAN), führen einer oder mehrere der vorliegenden Brennstoffe zu einer Gaserzeugungsmittelzusammensetzung, die optimale Verbrennungsraten bei relativ niedrigen Verbrennungsdrucken und optimale thermische und chemische Stabilität besitzt, trotz der Verwendung von PSAN. Weiterhin verbrennen eine oder mehrere der vorliegenden Zusammensetzungen bereitwillig bei relativ geringen Verbrennungsdrucken, was zu erleichterten Herstellungs- und Strukturanforderungen für einen entsprechenden Gaserzeuger oder Airbaggaserzeuger führt. Weiterhin führen eine oder mehrere der vorliegenden Zusammensetzungen beim Verbrennen zu einer relativ größeren Gasmenge und zu geringeren Mengen an Feststoffen und somit zu einer verbesserten Qualität des Abgases.
Ein optionaler zweiter Brennstoff kann ausgewählt sein aus Tetrazolen und deren Salzen, Triazolen und deren Salzen, Azolen und deren Salzen, Guanidinen und deren Salzen, Guanidin-Derivaten, Imiden, Amiden, aliphatischen Karbonsäuren und deren Salzen, aromatischen Karbonsäuren und deren Salzen, nicht-aromatischen Karbonsäuren und deren Salzen, Nitrosalicylsäuren und deren Salzen, Aminen, Nitrophenolen, Pyrazolen, Imidazolen, Azinen, und deren Mischungen.
Ein primäres Oxidationsmittel kann ausgewählt sein aus Metall- und Nichtmetall-nitraten, -nitriten, -perchloraten, -oxiden, anderen bekannten Oxidationsmitteln, und deren Mischungen.
Falls gewünscht können andere bekannte Bestandteile ebenfalls in bekannten wirksamen Mengen verwendet werden.
In weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Nass-Verfahren zur Bildung von auf Ammoniumnitrat und phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat (PSAN) basierenden Zusammensetzungen, die ein Salz von DNSA enthalten, bereitgestellt. Es wird angenommen, dass die Mitfällung von PSAN und einem Salz von DNSA zu einer innigen Mischung führt, welche wesentliche Verbesserungen der Abgase und auch eine substantielle Verbesserung der ballistischen Leistung bewirken.
In weiterer Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind ein Gaserzeuger oder ein Gaserzeugungssystem und ein Fahrzeuginsassenschutzsystem, welche die Gaserzeugungsmittelzusammensetzung enthalten, ebenfalls umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsseitenansicht, welche den allgemeinen Aufbau eines Gasgenerators in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeuginsassenrückhaltesystems, welches eine Gaserzeugungsmittelzusammensetzung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einschließt.
3 zeigt eine erste Mikrostruktur einer Mitfällung von Ammoniumdinitrosalicylsäure und phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die oben angeführten Bedenken werden durch Gaserzeuger oder Gaserzeugungssysteme gelöst, welche eine saure nitrierte aromatische Verbindung als primären Brennstoff enthalten, der primäre Brennstoff einen Bestandteil enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 3,5-Dinitrosalicylsäure (DNSA), einem Metallsalz von DNSA, einem Nichtmetallsalz von DNSA oder einem Addukt von DNSA mit einer anderen Verbindung, die einen Wasserstoffbrückenkomplex bildet. Beispiele für Addukte umfassen ein Addukt von DNSA und 3-Aminotriazol; von DNSA und Melamin; und von DNSA und Alkylaminen. In Kombination mit phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat (PSAN) (beispielsweise stabilisiert mit 10–15 Gew.-% bezogen auf das PSAN mit einem Alkalimetallsalz wie Kaliumnitrat), führen einer oder mehrere der vorliegenden Brennstoffe zu einer Gaserzeugungsmittelzusammensetzung, die optimale Verbrennungsraten bei relativ niedrigen Verbrennungsdrucken und optimale thermische und chemische Stabilität besitzt, trotz der Verwendung von PSAN. Weiterhin verbrennen eine oder mehrere der vorliegenden Zusammensetzungen bereitwillig bei relativ niedrigen Verbrennungsdrucken, was zu erleichterten Herstellungs- und Strukturanforderungen für einen entsprechenden Gaserzeuger oder Airbaggaserzeuger führt. Weiterhin führen eine oder mehrere der vorliegenden Zusammensetzungen beim Verbrennen zu einer relativ größeren Gasmenge und zu geringeren Mengen an Feststoffen und somit zu einer verbesserten Qualität des Abgases. Wenn er ohne andere Brennstoffe verwendet wird, kann der Primärbrennstoff zu 20 Gew.-% bis zu 80 Gew.-%, 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% oder 40 Gew.-% bis 60 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung vorgesehen sein. Alle weiteren nachfolgenden Prozentwerte beziehen sich auf Gewichtsprozente in Bezug auf die gesamte Zusammensetzung.
Optionale sekundäre Brennstoffe können ausgewählt sein aus Tetrazolen wie 5-Aminotetrazol; Metallsalzen von Azolen wie Kalium-5-Aminotetrazols; Nichtmetallsalzen von Azolen wie Diammoniumsalz von 5,5'-Bis-1H-Tetrazol; Nitratsalzen von Azolen wie 5-Aminotetrazol; Nitraminderivaten von Azolen wie 5-Aminotetrazol; Metallsalzen von Nitraminderivaten von Azolen wie Kalium-5-Aminotetrazol; Nichtmetallsalzen von Nitraminderivaten von Azolen wie Monoammonium-5-Aminotetrazol; Salzen von Guanidinen wie Guanidinnitrat; Nitroderivate von Guanidinen wie Nitroguanidin; Azoamide wie Azodicarbonamid; Nitratsalzen von Azoamiden wie Azodicarbonamidin-dinitrat; aliphatischen Karbonsäuren wie Fumarsäure, Weinsäure und Bernsteinsäure, und deren Metall- und Nichtmetallsalzen; aromatischen Karbonsäuren wie Benzoesäure, Phthalsäure und Isophthalsäure, und deren Metall- und Nichtmetallsalzen; nitroaromatischen Karbonsäuren wie Nitrobenzoesäure, Dinitrobenzoesäure, Nitroisophthalsäure und 4-Hydroxydinitrobenzoesäure, und deren Metall- und Nichtmetallsalzen; Mononitrosalicylsäuren wie 3-Nitrosalicylsäure und 5-Nitrosalicylsäure, und deren Metall- und Nichtmetallsalzen; Aminen wie Melamin; Amiden wie Oxamid; Imiden; Nitrophenolen wie Nitrophenol, 2,4-Dinitrophenol und Pikrinsäure, und deren Metall- und Nichtmetallsalzen; Triazolen wie 3-Nitrotriazol and Nitrotriazolon (NTO); Pyrazolen; Imidazolen; Azinen; und deren Mischungen. Der sekundäre Brennstoff kann innerhalb dieses Systems als Kobrennstoff zum primären Brennstoff verwendet werden. Die U.S.-Patente mit den Nummern 5,872,329 und 6,210,505 beschreiben die Verwendung dieser und die Bereitstellung dieser Brennstoffe und werden durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen. Sofern verwendet, bildet der sekundäre Brennstoff in Verbindung mit dem primären Brennstoff etwa 10–90 Gew.-% der Gaserzeugungsmittelzusammensetzung. Auch wenn der sekundäre Brennstoff eingesetzt wird, kann der primäre Brennstoff von 5 Gew.-% bis 80 Gew.-% bereitgestellt werden. An sich beträgt der sekundäre Brennstoff, wenn verwendet, 0,1–45 Gew.-% und stärker bevorzugt etwa 3–30 Gew.-%.
Ein Oxidationsmittel ist ausgewählt aus Metall- und Nichtmetall-nitraten, -nitriten, -chloraten, -perchloraten, -oxiden, -hydroxiden, anderen bekannten Oxidationsmitteln, und deren Mischungen. Die bevorzugten primären Oxidationsmittel sind ausgewählt aus Ammoniumnitrat und phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat und am meisten bevorzugt aus phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat. Das primäre Oxidationsmittel kann von 20 Gew.-% bis 80 Gew.-% vorgesehen sein, und stärker bevorzugt von 50 Gew.-% bis 80 Gew.-% der gesamten Zusammensetzung vor. Alle weiteren nachfolgenden Prozentwerte beziehen sich auf Gewichtsprozente der gesamten Zusammensetzung.
Eine sekundäre Oxidationsmittelkomponente ist optional ausgewählt aus wenigstens einem beispielhaften Oxidationsmittel, ausgewählt aus basischen Metallnitraten und Metall- und Nichtmetall-nitraten, -chloraten, -perchloraten, -nitriten und -oxiden, einschließlich solcher Oxidationsmittel wie basisches Kupfer(II)-nitrat, Strontiumnitrat, Kaliumnitrat, Kaliumnitrit, Eisenoxid und Kupferoxid. Metall enthaltende Oxidationsmittel schließen solche ein, die aus Alkali-, Erdalkali- und Übergangsmetall-Oxidationsmitteln gebildet sind. Andere Oxidationsmittel, die dem Fachmann bekannt sind, können ebenfalls verwendet werden. Das sekundäre Oxidationsmittel wird im Allgemeinen in etwa 0–50 Gew.-% der Gaserzeugungsmittelzusammensetzung vorgesehen.
Falls gewünscht, können auch andere bekannte Bestandteile in bekannten wirksamen Mengen verwendet werden.
Metall- und Nichtmetallcarbonate wie Kaliumcarbonat und Ammoniumcarbonat können ebenso zusammen mit einem Oxidationsmittel wie Ammoniumnitrat verwendet werden.
Verarbeitungshilfsstoffe wie pyrogene Kieselsäure, Bornitrid und Graphit können ebenfalls verwendet werden. Demgemäß kann das Gaserzeugungsmittel sicher in Tabletten verpresst oder aufgeschlämmt und dann granuliert werden. Der Verarbeitungshilfsstoff wird typischenweise von etwa 0–10 Gew.-% und stärker bevorzugt von etwa 0–5 Gew.-% vorgesehen.
Schlackenbildner können gleichfalls vorgesehen sein und sind ausgewählt aus Siliziumverbindungen wie elementarem Silizium, Siliziumdioxid, Silikonen wie Polydimethylsiloxan; Silicaten wie Kaliumsilicaten; natürlichen Mineralien wie Talkum und Ton und anderen bekannten Schlackenbildnern. Der Schlackebildner ist typischerweise in etwa 0–10 Gew.-% und stärker bevorzugt in etwa 0–5 Gew.-% vorgesehen.
Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können aus Bestandteilen gebildet werden, die von bekannten Lieferanten wie Aldrich oder Fisher Chemical Company zur Verfügung gestellt werden. Die Zusammensetzungen können in granulierter Form oder trocken gemischt und in bekannter Weise verpresst, oder nass gemischt und wie in den Beispielen angegeben, formuliert oder in im Stand der Technik bekannter Weise vermischt, erhalten werden. Die Zusammensetzungen liegen in Gasgeneratoren vor, die typischerweise in Airbagvorrichtungen oder Insassenschutzsystemen oder in Sicherheitsgurtvorrichtungen oder in Gaserzeugungssystemen wie einem Fahrzeuginsassenschutzsystem gefunden werden, welche alle wie im Stand der Technik bekannt oder wie vom Fachmann bevorzugt hergestellt werden.
BEISPIELE
Beispiel 1 (Nass-Misch-Verfahren, einen sekundären Brennstoff einschließend)
Eine Zusammensetzung wurde hergestellt unter Bereitstellung eines ummantelten Rührgefäßes, welches etwa zwei Liter Ethanol enthält. Zu dieser Lösung wurden etwa 753 Gramm Dinitrosalicylsäure (DNSA) unter ständigem Rühren hinzugefügt. Die Lösung wurde dann langsam über dreißig Minuten auf etwa 105 C erwärmt und während des folgenden Verfahrens dabei gehalten. Nach dem vollständigen Auflösen des DNSA wurden etwa 4352 Gramm Ammoniumnitrat, etwa 122 Kaliumnitrat, etwa 227 Gramm Kaliumcarbonat (wobei Kaliumnitrat und Kaliumcarbonat zusammen eine Kaliumquelle für die Phasenstabilisierung des Ammoniumnitrats bilden), etwa 595 Gramm Diammoniumbitetrazol und ein Liter Wasser während des fortgesetzten und mechanischen Rührens gemeinsam in das Gefäß gegeben. Es bildete sich sofort ein hellgelber Niederschlag mit einer viskosen, lackförmigen Konsistenz. Nach etwa einer Stunde bildete die Mischung krümelige Feststoffe. Mischen und Erwärmen wurden fortgesetzt bis die gewünschte Trockenheit erreicht ist. Falls gewünscht, kann die Mischung in gewünschte Formen wie Pellets oder Tabletten geformt und dann, beispielsweise in einem Ofen, bis zum gewünschten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet werden.
Beispiel 2 (Nass-Misch-Verfahren)
Eine Zusammensetzung wurde hergestellt unter Bereitstellung eines ummantelten Rührgefäßes, welches etwa zwei Litern Ethanol oder ein anderes geeignetes Lösemittel wie Ether oder Alkohole enthält. Zu dieser Lösung wurde eine annährend stöchiometrische Menge an Dinitrosalicylsäure (DNSA) oder eines Metall- oder Nichtmetallsalzes von DNSA während des fortgesetzten Rührens gegeben. Die Lösung wurde dann langsam über dreißig Minuten auf etwa 105 C erwärmt und während des verbleibenden Verfahrens dabei gehalten.
Nach dem vollständigen Auflösen des DNSA wurde eine annähernd stöchiometrische Menge Ammoniumnitrat unter Rühren hinzugefügt. Eine Kaliumquelle wie Kaliumnitrat wurde dann in etwa 10 bis 15 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Ammoniumnitrat, hinzugefügt. Die Mischung wurde kontinuierlich gerührt und die Wärme aufrecht erhalten, als sich ein Feststoff bildete. Mischen und Erwärmen werden fortgesetzt bis die gewünschte Trockenheit erreicht ist. Falls gewünscht, kann die Mischung in gewünschte Formen wie Pellets oder Tabletten überführt und dann, beispielsweise in einem Ofen, auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet werden. Der gebildete Feststoff enthielt stöchiometrische Mengen an phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat (PSAN) und Ammoniumdinitrosalicylsäure (ADNSA). Die gebildeten ADNSA-Kristalle sind vergleichsweise klein und bilden daher eine innige Mitfällung mit dem Ammoniumnitrat.
Beispiel 3 (Nass-Misch-Verfahren, einen sekundären Brennstoff einschließend)
Eine Zusammensetzung wurde hergestellt unter Bereitstellung eines ummantelten Rührgefäßes aus Edelstahl, welches etwa zwei Liter Wasser enthielt. Zu dieser Lösung wurden etwa 753 Gramm Dinitrosalicylsäure (DNSA) unter ständigem Rühren hinzugefügt. Die Lösung wurde dann langsam über dreißig Minuten auf etwa 105 C erwärmt und während des folgenden Verfahrens dabei gehalten. Nach dem vollständigen Auflösen des DNSA wurden etwa 4352 Gramm Ammoniumnitrat, etwa 122 Kaliumnitrat, etwa 227 Gramm Kaliumcarbonat (wobei Kaliumnitrat und Kaliumcarbonat zusammen eine Kaliumquelle für die Phasenstabilisierung des Ammoniumnitrats bilden), etwa 595 Gramm Diammoniumbitetrazol und ein Liter Wasser während des fortgesetzten und mechanischen Rührens gemeinsam in das Gefäß gegeben. Es bildete sich sofort ein hellgelber Niederschlag mit einer viskosen, lackförmigen Konsistenz. Nach etwa einer Stunde bildete die Mischung krümelige Feststoffe. Mischen und Erwärmen wurden fortgesetzt bis die gewünschte Trockenheit erreicht ist. Falls gewünscht, kann die Mischung in gewünschte Formen wie Pellets oder Tabletten geformt oder extrudiert und dann, beispielsweise in einem Ofen, auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt getrocknet werden.
Beispiel 4
Eine Zusammensetzung, enthaltend etwa 73 Gew.-% Ammoniumnitrat und etwa 27 Gew.-% Monokaliumdinitrosalicylsäure wurde nass gemischt und in eine erfindungsgemäße homogene Zusammensetzung überführt. Die gebildete Zusammensetzung enthielt phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat in etwa 75,20 Gew.-% (das PSAN enthält 64,95 Gew.-% Ammoniumnitrat und 10,25 Gew.-% Kaliumnitrat) und Ammoniumdinitrosalicylsäure zu etwa 24,80 Gew.-%.
Beispiel 5
Eine Zusammensetzung, enthaltend etwa 76,39 Gew.-% phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat (enthaltend etwa 7,64 Gew.-% Kaliumnitrat als Phasenstabilisator); etwa 10 Gew.-% Diammoniumsalz von 5,5'-Bis-1H-tetrazol; und etwa 13,61 Gew.-% Ammoniumdinitrosalicylsäure wurde trocken gemischt und in eine erfindungsgemäße homogene Zusammensetzung überführt.
Beispiel 6
Eine Zusammensetzung, enthaltend etwa 68,75 Gew.-% Ammoniumnitrat; etwa 7,64 Gew.-% Kaliumnitrat; etwa 10 Gew.-% Diammoniumsalz von 5,5'-Bis-1H-tetrazol; und etwa 13,61 Gew.-% Ammoniumdinitrosalicylsäure wurde trocken gemischt und in eine erfindungsgemäße homogene Zusammensetzung überführt.
Beispiel 7
Eine Zusammensetzung, enthaltend etwa 67,58 Gew.-% Ammoniumnitrat; etwa 7,51 Gew.-% Kaliumnitrat; etwa 7,0 Gew.-% Diammoniumsalz von 5,5'-Bis-1H-tetrazol; etwa 3,0 Gew.-% Dikaliumweinsäure; und etwa 14,91 Gew.-% Ammoniumdinitrosalicylsäure wurde trocken gemischt und in eine erfindungsgemäße homogene Zusammensetzung überführt.
Beispiel 8
Eine Zusammensetzung enthaltend etwa 68,4 Gew.-% Ammoniumnitrat; etwa 7,6 Gew.-% Kaliumnitrat; etwa 3,5 Gew.-% Diammoniumsalz von 5,5'-Bis-1H-tetrazol; und etwa 20,5 Gew.-% Ammoniumdinitrosalicylsäure wurde trocken gemischt und in eine erfindungsgemäße homogene Zusammensetzung überführt.
Beispiel 9 – Vergleichsbeispiel (PSAN – Tetrazol)
Eine Zusammensetzung, enthaltend etwa 73,5 Gew.-% phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat und etwa 26,5 Gew.-% Ammoniumsalz von 5,5'-Bis-tetrazolamin wurde trocken gemischt und in eine homogene Zusammensetzung in Übereinstimmung mit Verfahren gemäß dem Stand der Technik überführt.
Beispiel 10 – Vergleichsbeispiel (PSAN – Tetrazol)
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die wie im Beispiel 9 angegeben erhalten wurde, wurde auf die gasförmigen Produkte hin untersucht. Eine vorgegebene Menge der Zusammensetzung enthielt etwa 3,9% Kohlenstoff und lieferte beim Verbrennen in einem einstufigen 1-Mol-Gasgenerator (welcher ein Mol eines Gaserzeugungsmittels enthält und bei 33–35 MPa betrieben wird) die folgenden ppm-Werte der gasförmigen Verbrennungsprodukte, die in einem 100 Kubikfußtank gemessen wurden: 126 ppm Kohlenmonoxid, 41 ppm Ammoniak; 13 ppm Stickstoffoxid; und 0 ppm Stickstoffdioxid. Die gleiche Menge des gleichen Brennstoffs wurde ebenfalls in einem zweistufigen 1-Mol-Gasgenerator (welcher ein Mol eines Gaserzeugungsmittels enthält und bei etwa 40 MPa betrieben wird) verbrannt und lieferte die folgenden ppm-Werte der gasförmigen Produkte, die ebenfalls in einem 100 Kubikfußtank gemessen wurden: 129 ppm Kohlenmonoxid, 35 ppm Ammoniak; 11 ppm Stickstoffoxid; und 0 ppm Stickstoffdioxid.
Beispiel 11
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die wie im Beispiel 4 angegeben erhalten wurde, wurde auf die gasförmigen Produkte hin untersucht. Eine vorgegebene Menge der Zusammensetzung enthielt etwa 8,5% Kohlenstoff und lieferte beim Verbrennen in einem einstufigen 1-Mol-Gasgenerator (der gleiche Modellgaserzeuger wie im Beispiel 10, und einer, welcher ein Mol eines Gaserzeugungsmittels enthielt und bei etwa 33–35 MPa betrieben wird) die folgenden ppm-Werte der gasförmigen Produkte, die in einem 100 Kubikfußtank gemessen wurden: 173 ppm Kohlenmonoxid, 14 ppm Ammoniak; 12 ppm Stickstoffoxid; und 0 ppm Stickstoffdioxid. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigen die Ergebnisse, dass, obwohl dieses Beispiel im Vergleich zu Beispiel 10 mehr als die doppelte Menge an Kohlenstoff in der Gaserzeugungsmittelzusammensetzung enthielt, nur ein Anstieg der Menge an durch die Verbrennung gebildetem Kohlenmonoxid um etwa 37 auftrat. Weiterhin betrug der Ammoniakgehalt nur etwa ein Drittel oder etwa 33% der Menge, die mit der Zusammensetzung im Beispiel 10 gebildet wurde. Die Ergebnisse waren unerwartet und nicht eingängig, da man einen linearen Anstieg der bei der Verbrennung gebildeten Menge an Kohlenmonoxid erwartet hätte. Stattdessen wurden hilfreiche Mengen an annehmbaren Gasen wie Kohlendioxid gebildet, während die Bildung von Kohlenmonoxid geringer ist als dies vom Gehalt an Kohlenstoff im Gaserzeugungsmittel vor der Verbrennung errechnet wurde. Daher ersetzt die vorliegende Erfindung weniger wünschenswerte Gase wie Ammoniak durch annehmbare Gase wie Kohlendioxid, während überraschenderweise die Bildung von Kohlenmonoxid verringert wird.
Beispiel 12
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die wie im Beispiel 4 angegeben erhalten wurde, wurde auf die gasförmigen Produkte hin untersucht. Eine vorgegebene Menge der Zusammensetzung enthielt etwa 6,0% Kohlenstoff und lieferte beim Verbrennen in einem einstufigen 1-Mol-Gasgenerator (der gleiche Modellgaserzeuger wie im Beispiel 10, welcher ein Mol eines Gaserzeugungsmittels enthielt und bei etwa 33–35 MPa betrieben wurde) die folgenden ppm-Werte der gasförmigen Produkte, die in einem 100 Kubikfußtank gemessen wurden: 122 ppm Kohlenmonoxid, 11 ppm Ammoniak; 20 ppm Stickstoffoxid; und 0 ppm Stickstoffdioxid. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigen die Ergebnisse, dass, obwohl dieses Beispiel im Vergleich zu Beispiel 10 mehr als die 150%ige Menge an Kohlenstoff in der Gaserzeugungsmittelzusammensetzung enthielt, weniger Kohlenmonoxid (96,8 im Vergleich zum Beispiel 10) durch die Verbrennung gebildet wurde. Weiterhin beträgt der Ammoniakgehalt nur etwa 26,8 der Menge, die mit der Zusammensetzung im Beispiel 10 gebildet wurde. Die Ergebnisse waren unerwartet und nicht eingängig, da man einen linearen Anstieg der bei der Verbrennung gebildeten Menge an Kohlenmonoxid erwartet hatte. Stattdessen werden hilfreiche Mengen an annehmbaren Gasen wie Kohlendioxid gebildet, während die Bildung von Kohlenmonoxid geringer ist als dies vom Gehalt an Kohlenstoff im Gaserzeugungsmittel vor der Verbrennung errechnet wurde. Daher ersetzt die vorliegende Erfindung weniger wünschenswerte Gase wie Ammoniak durch annehmbare Gase wie Kohlendioxid, während überraschenderweise die Bildung von Kohlenmonoxid verringert wird.
Die gleiche Menge des gleichen Brennstoffs wurde ebenfalls in einem zweistufigen 1-Mol-Gasgenerator (der gleiche Modellgaserzeuger wie im Beispiel 10, welcher ein Mol eines Gaserzeugungsmittels enthielt und bei etwa 40 MPa betrieben wird) verbrannt und lieferte die folgenden ppm-Werte der gasförmigen Produkte, die ebenfalls in einem 100 Kubikfußtank gemessen wurden: 135 ppm Kohlenmonoxid, 14 ppm Ammoniak; 12 ppm Stickstoffoxid; und 0 ppm Stickstoffdioxid. Erneut ersetzt die vorliegende Erfindung weniger wünschenswerte Gase wie Ammoniak durch annehmbare Gase wie Kohlendioxid, während überraschenderweise die Bildung von Kohlenmonoxid verringert wird.
Beispiel 13 – Vergleichsbeispiel (PSAN – Tetrazol)
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die wie im Beispiel 10 angegeben erhalten wurde, wurde in einem wie im Beispiel 10 verwendeten einstufigen 1-Mol-Gasgenerator verbrannt. Der Höchstwert des Drucks der Generatorkammer der durch Dauerbrand erzielt wurde, betrug etwa 37 MPa bei etwa 0,015 Sekunden nach dem Start der Verbrennung. Die Gasausstöße in einen 60-Liter-Ballistiktank wurden vom Beginn der Verbrennung bei T₀ bis 0,1 Sekunden nach der Verbrennung gemessen. Der Druck im Ballistiktank stieg bis 0,05 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung stetig an and verblieb dann bei einem anhaltenden Druck von 31–32 MPa bis 0,1 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung. Anhaltender Druck zeigt geeignete Gaserzeugungseigenschaften an, den anhaltenden Druck für die Verwendung in Fahrzeuginsassenschutzsystemen zu bewirken.
Beispiel 14
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die in Übereinstimung mit der vorliegenden Erfindung und wie im Beispiel 4 angegeben erhalten wurde, wurde in einem wie im Beispiel 10 verwendeten einstufigen 1-Mol-Gasgenerator verbrannt. Der Höchstwert des Drucks der Generatorkammer, der durch Dauerbrand erzielt wurde, betrug etwa 32 MPa bei etwa 0,013 Sekunden nach dem Start der Verbrennung. Die Gasausstöße in einen 60-Liter-Ballistiktank wurden vom Beginn der Verbrennung bei T₀ bis 0,1 Sekunden nach der Verbrennung gemessen. Der Druck im Ballistiktank stieg bis 0,05 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung stetig an und verblieb dann bei einem anhaltenden Druck von 28–31 MPa bis 0,1 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung. Anhaltender Druck zeigt geeignete Gaserzeugungseigenschaften an, den anhaltenden Druck für die Verwendung in Fahrzeuginsassenschutzsystemen zu bewirken. Völlig unerwartet wurde gefunden, dass Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung bereitgestellt wurden, bei einem Höchstwert des Drucks der Generatorkammer arbeiten, der 5 MPa geringer ist als der Gasgenerator im Beispiel 13, und im Wesentlichen die gleichen Mengen an anhaltendem Druck im Ballistiktank liefern. Daher kann man sehen, dass die vorliegenden Zusammensetzungen bei einem geringeren Gasgeneratordruck anhaltend verbrennen können, wodurch die strukturellen Anforderungen an den Gasgenerator verringert werden, wobei aber eine ähnliche Leistung im Hinblick auf die Gaserzeugung im Verlauf der Zeit erhalten wird.
Beispiel 15
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die in Übereinstimung mit der vorliegenden Erfindung und wie im Beispiel 4 angegeben erhalten wurde, wird in einem wie im Beispiel 10 verwendeten ähnlichen oder äquivalenten einstufigen 1-Mol-Gasgenerator verbrannt. Der Höchstwert des Drucks der Generatorkammer, der durch Dauerbrand erzielt wurde, betrug etwa 26 MPa bei etwa 0,015 Sekunden nach dem Start der Verbrennung. Die Gasausstöße in einen 60-Liter-Ballistiktank wurden vom Beginn der Verbrennung bei T₀ bis 0,1 Sekunden nach der Verbrennung gemessen. Der Druck im Ballistiktank stieg bis 0,05 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung stetig an und verblieb dann bei einem anhaltenden Druck von 30–28 MPa bis 0,1 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung. Anhaltender Druck zeigt geeignete Gaserzeugungseigenschaften an, den anhaltenden Druck für die Verwendung in Fahrzeuginsassenschutzsystemen zu bewirken. Völlig unerwartet wurde gefunden, dass Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung bereitgestellt wurden, bei einem Höchstwert des Drucks der Generatorkammer arbeiten, der etwa 11 MPa geringer ist als der Gasgenerator im Beispiel 13, und im Wesentlichen die gleichen Mengen an anhaltendem Druck im Ballistiktank liefern. Daher kann man sehen, dass die vorliegenden Zusammensetzungen bei einem geringeren Gasgeneratordruck anhaltend verbrennen können, wodurch die strukturellen Anforderungen an den Gasgenerator verringert werden, wobei aber eine ähnliche Leistung im Hinblick auf die Gaserzeugung im Verlauf der Zeit erhalten wird.
Beispiel 16
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die in Übereinstimung mit der vorliegenden Erfindung und wie im Beispiel 4 angegeben erhalten wurde, wurde in einem wie im Beispiel 10 verwendeten ähnlichen oder äquivalenten einstufigen 1-Mol-Gasgenerator verbrannt. Der Höchstwert des Drucks der Generatorkammer der durch Dauerbrand erzielt wurde, betrug etwa 22,5 MPa bei etwa 0,013 Sekunden nach dem Start der Verbrennung. Die Gasausstöße in einen 60-Liter-Ballistiktank wurden vom Beginn der Verbrennung bei T₀ bis 0,1 Sekunden nach der Verbrennung gemessen. Der Druck im Ballistiktank stieg bis 0,05 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung stetig an und verblieb dann bei einem anhaltenden Druck von 30–28 MPa bis 0,1 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung. Anhaltender Druck zeigt geeignete Gaserzeugungseigenschaften an, den anhaltenden Druck für die Verwendung in Fahrzeuginsassenschutzsystemen zu bewirken. Völlig unerwartet wurde gefunden, dass Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung bereitgestellt wurden, bei einem Höchstwert des Drucks der Generatorkammer arbeiten, der etwa 14,5 MPa geringer ist als der Gasgenerator im Beispiel 13, und im Wesentlichen die gleichen Mengen an anhaltendem Druck im Ballistiktank liefern. Daher kann man sehen, dass die vorliegenden Zusammensetzungen bei einem geringeren Gasgeneratordruck anhaltend verbrennen können, wodurch die strukturellen Anforderungen an den Gasgenerator verringert werden, wobei aber eine ähnliche Leistung im Hinblick auf die Gaserzeugung im Verlauf der Zeit erhalten wird.
Beispiel 17
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die in Übereinstimung mit der vorliegenden Erfindung und wie im Beispiel 4 angegeben erhalten wurde, wird in einem wie im Beispiel 10 verwendeten ähnlichen oder äquivalenten einstufigen 1-Mol-Gasgenerator verbrannt. Der Höchstwert des Drucks der Generatorkammer, der durch Dauerbrand erzielt wurde, betrug etwa 20 MPa bei etwa 0,015 Sekunden nach dem Start der Verbrennung. Die Gasausstöße in einen 60-Liter-Ballistiktank wurden vom Beginn der Verbrennung bei T₀ bis 0,1 Sekunden nach der Verbrennung gemessen. Der Druck im Ballistiktank stieg bis 0,05 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung stetig an und verblieb dann bei einem anhaltenden Druck von 28–30 MPa bis 0,1 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung. Anhaltender Druck zeigt geeignete Gaserzeugungseigenschaften an, den anhaltenden Druck für die Verwendung in Fahrzeuginsassenschutzsystemen zu bewirken. Völlig unerwartet wurde gefunden, dass Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung bereitgestellt wurden, bei einem Höchstwert des Drucks der Generatorkammer arbeiten, der etwa 17 MPa geringer ist als der Gasgenerator im Beispiel 13, und im Wesentlichen die gleichen Mengen an anhaltendem Druck im Ballistiktank liefern. Daher kann man sehen, dass die vorliegenden Zusammensetzungen bei einem geringeren Gasgeneratordruck anhaltend verbrennen können, wodurch die strukturellen Anforderungen an den Gasgenerator verringert werden, wobei aber eine ähnliche Leistung im Hinblick auf die Gaserzeugung im Verlauf der Zeit erhalten wird.
Beispiel 18
Eine Zusammensetzung/Gaserzeugungsmittel, die in Übereinstimung mit der vorliegenden Erfindung und wie im Beispiel 4 angegeben erhalten wurde, wurde in einem wie im Beispiel 10 verwendeten ähnlichen oder äquivalenten einstufigen 1-Mol-Gasgenerator verbrannt. Der Höchstwert des Drucks der Generatorkammer, der durch Dauerbrand erzielt wurde, betrug etwa 17,5 MPa bei etwa 0,015 Sekunden nach dem Start der Verbrennung. Die Gasausstöße in einen 60-Liter-Ballistiktank wurden vom Beginn der Verbrennung bei T₀ bis 0,1 Sekunden nach der Verbrennung gemessen. Der Druck im Ballistiktank stieg bis 0,05 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung stetig an und verblieb dann bei einem anhaltenden Druck von 28–27 MPa bis 0,1 Sekunden nach dem Beginn der Verbrennung. Anhaltender Druck zeigt geeignete Gaserzeugungseigenschaften an, den anhaltenden Druck für die Verwendung in Fahrzeuginsassenschutzsystemen zu bewirken. Völlig unerwartet wurde gefunden, dass Zusammensetzungen, die gemäß der Erfindung bereitgestellt wurden, bei einem Höchstwert des Drucks der Generatorkammer arbeiten, der etwa 19,5 MPa geringer ist als der Gasgenerator im Beispiel 13, und dennoch im Wesentlichen die gleichen Mengen an anhaltendem Druck im Ballistiktank liefern. Daher kann man sehen, dass die vorliegenden Zusammensetzungen bei einem geringeren Gasgeneratordruck anhaltend verbrennen können, wodurch die strukturellen Anforderungen an den Gasgenerator verringert werden, wobei aber eine ähnliche Leistung im Hinblick auf die Gaserzeugung im Verlauf der Zeit erhalten wird.
Beispiel 19
Eine Zusammensetzung, die wie im Beispiel 4 beschrieben erhalten wurde, zeigte Verbrennungsraten in Zoll pro Sekunde (ips) von etwa: 0,64 bei 1000 Pfund pro Quadratzoll gauge (psig); 0,82 bei 2000 psig; 0,98 bei 2500 psig; 1,02 bei 3500 psig; 1,12 bei 4500 psig und 1,22 bei 5500 psig.
Beispiel 20 Vergleichsbeispiel (PSAN – Tetrazol)
Eine Zusammensetzung, die wie im Beispiel 10 beschrieben erhalten wurde, zeigte Verbrennungsraten in Zoll pro Sekunde (ips) von etwa: 0,48 bei 1000 Pfund pro Quadratzoll gauge (psig); 0,82 bei 2000 psig; 0,92 bei 2500 psig; 1,02 bei 3500 psig; 1,08 bei 4500 psig und 1,22 bei 5500 psig.
Beispiel 21
Eine Zusammensetzung wird gebildet, enthaltend einen primären Brennstoff aus Ammoniumdinitrosalicylsäure zu etwa 10–20 Gew.-%, einen sekundären Brennstoff aus Diammoniumsalz von 5,5'-Bis-1H-tetrazol zu etwa 3–15 Gew.-% und phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat (enthaltend Ammoniumnitrat und Kaliumnitrat) als ein Oxidationsmittel mit dem Ammoniumnitrat in etwa 60–75 Gew.-% und Kaliumnitrat in etwa 5–10 Gew.-%.
Im Vergleich zu Beispiel 19 kann man sehen, dass Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignete Verbrennungsraten aufweisen, welche im Wesentlichen äquivalent zu einer Gaserzeugungsmittelzusammensetzung gemäß dem Stand der Technik wie in Beispiel 10 beschreiben sind.
Wie oben veranschaulicht, führen die Gaserzeugungszusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung, enthaltend Salze von Dinitrosalicylsäure in Kombination mit phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat, zu wenig Verbrennungsfeststoffen, mit verringerten Gehalten an weniger wünschenswerten Verbrennungsgasen im Vergleich zu anderen Gaserzeugungsmitteln nach dem Stand der Technik, während bei verringerten Verbrennungsdrucken gearbeitet wird. Weitere Vorteile können verringerte Herstellungskosten, verbesserte thermische Stabilität, verbesserte chemische Stabilität und/oder verringerte Verarbeitungskosten einschließen.
Wie in 1 gezeigt, weist ein beispielhafter Gasgenerator oder ein Gaserzeugungssystem 10 ein Zweikammer-Design auf, enthaltend eine primäre Gaserzeugungszusammensetzung 12, die wie hierin beschreiben gebildet wurde, und gemäß dem Stand der Technik hergestellt werden kann. Die U.S.-Patente mit den Nummern 6,422,601 , 6,805,377 , 6,659,500 , 6,749,219 und 6,752,421 zeigen beispielhaft typische Airbaggasgeneratorendesigns und werden alle hierin in ihrer Gesamtheit als Referenz einbezogen.
Unter Bezugnahme auf 2 kann der oben beschriebene beispielhafte Gasgenerator oder das Gaserzeugungssystem 10 auch in ein Airbagsystem 200 inkorporiert sein. Das Airbagsystem 200 enthält wenigstens einen Airbag 202 und einen Gasgenerator 10, der eine Gaserzeugungsmittelzusammensetzung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, gekoppelt an den Airbag 202, um eine Fluidkommunikation mit einem Innenbereich des Airbags zu ermöglichen. Das Airbagsystem 200 kann ebenso einen Aufprallsensor 210 enthalten (oder mit diesem in Kommunikation stehen). Der Aufprallsensor 210 enthält einen bekannten Aufprallsensoralgorithmus, der die Betätigung des Airbagsystems 200 signalisiert, beispielsweise durch die Aktivierung des Airbaggasgenerators 10 im Falle einer Kollision.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2, kann das Airbagsystem 200 ebenso in ein größeres, umfassenderes Fahrzeuginsassenrückhaltesystem 180, einschließlich zusätzlicher Elemente wie einer Sicherheitsgurtanordnung 150, eingeschlossen sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines solchen Rückhaltesystems. Die Sicherheitsgurtanordnung 150 enthält ein Sicherheitsgurtgehäuse 152 und einen Sicherheitsgurt 100, der sich aus dem Gehäuse 152 heraus erstreckt. Ein Sicherheitsgurtaufrollmechanismus 154 (beispielsweise ein federbelasteter Mechanismus) kann an einem Endteil des Gurtes gekoppelt sein. Zusätzlich kann ein Sicherheitsgurtstraffer 156, enthaltend die Gaserzeugungszusammensetzung 12, an den Gurtaufrollmechanismus 154 gekoppelt sein, um den Aufrollmechanismus in Falle einer Kollision zu betätigen. Typische Sitzgurtaufrollmechanismen die im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtausführungsformen verwendet werden können sind in den U.S. Patenten mit den Nummern 5,743,480 , 5,553,803 , 5,667,161 , 5,451,008 , 4,558,832 und 4,597,546 beschreiben, welche hiermit einbezogen sind. Erläuternde Beispiele von typischen Gurtstraffern mit welchen die erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtausführungsformen kombiniert werden können, sind in den U.S. Patenten mit den Nummern 6,505,790 und 6,419,177 beschrieben, welche hierin als Referenz einbezogen sind.
Die Sicherheitsgurtanordnung 150 kann ebenso einen Aufprallsensor 158 (beispielsweise ein Trägheitssensor oder eine Beschleunigungsmesser), einschließlich eines bekannten Aufprallsensoralgorithmus, einschließen (oder mit diesem in Kommunikation stehen), der die Betätigung des Gurtstraffers 156 über beispielsweise die Aktivierung eines pyrotechnischen Zünders (nicht dargestellt), der im Straffer vorliegt, auslöst. Die U.S.-Patente mit den Nummern 6,505,790 und 6,419,177 , die bereits zuvor hierin einbezogen wurden, zeigen erläuternde Beispiele derart betätigter Straffer.
Es sollte anerkannt werden, dass die Sicherheitsgurtanordnung 150, das Airbagsystem 200 und, weiter gefasst, das Fahrzeuginsassenschutzsystem 180, Gaserzeugungssysteme beispielhaft beschreiben, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, aber nicht darauf beschränken.
Als ein weiterer Gegenstand der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von DNSA und PSAN enthaltenden Gaserzeugungszusammensetzungen bereitgestellt. Wegen der sauren Natur von DNSA ist das Trockenmischen nicht erwünscht. Weiterhin kann die Verwendung eines Salzes von DNSA oder eines Addukts von DNSA und einer anderen Verbindung wünschenswert sein, wenn jedoch trocken gemischt wird, wobei jedoch das Bilden und Isolieren des entsprechenden DNSA-Derivats zeitaufwendig und teuer sein kann. Demgemäß umgeht die in-situ-Bildung eines DNSA-Salzes oder -addukts die Notwendigkeit der unabhängigen Bildung der Salze oder Addukte. Weiterhin kann die Mitfällung von PSAN zur gleichen zeit eintreten. Am Anfang wird eine wässrige Aufschlämmung von stöchiometrischen Mengen der Recktanten hergestellt, einschließend stöchiometrisch geeigneter Mengen an DNSA, Ammoniumnitrat und einer Kaliumquelle wie Kaliumnitrat, Kaliumhydroxid oder Kaliumkarbonat. Die mitgefällte entstehende Zubereitung ist Ammonium-DNSA und PSAN. Alternativ wird eine Nass-Mischung von DNSA, einer Ammoniumquelle wie Ammoniumhydroxid oder Diammoniumcarbonat, und PSAN das gleiche Ergebnis liefern. Ebenso würde auch eine Nass-Mischung von DNSA, einer Ammoniumquelle, einer Kaliumquelle und Ammoniumnitrat, Ammonium-DNSA und PSAN liefern. Alle zuvor genannten wässrigen Mischungen bilden eine Basis zur Bildung eines Salzes aus DNSA als einen Brennstoff, phasenstabilisierten Ammoniumnitrats als Oxidationsmittel, worin ausreichend Kaliumionen vorhanden sind, um das Ammoniumnitrat zu stabilisieren. Die wässrige Mischung kann bei Raumtemperatur gemischt und dann behutsam erwärmt werden, um überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen und eine Mischung aus DNSA und PSAN mitzufällen.
Beispiele von Salzbildungsreaktionen von DNSA:

DNSA + Kaliumcarbonat = Kalium-DNSA + Wasser + Kohlendioxid
DNSA + Kaliumhydroxid = Kalium-DNSA + Wasser

Ein Vorteil des Nass-Misch-Verfahrens ist die Bildung von relativ kleinen DNSA-Salzkristallen. Wie in der Mikrostruktur in 3 gezeigt, ist PSAN als eine Vielzahl von großen glatten Bereichen dargestellt, welche innerhalb des PSAN mit kleineren DNSA-Salzkristallen durchsetzt sind. Wie gezeigt, sind die PSAN-Körner relativ groß und wegen der relativ kleineren Größe der DNSA-Salzkristalle betten sich die DNSA-Salzkristalle in die relativ größeren PSAN-Körner ein, wodurch eine innige Mischung oder Vermengung des Brennstoff und des Oxidationsmittels erreicht wird. Im Ergebnis kann das gebildete, frei-fließende mitgefällte Gemisch sehr leicht in Tabletten, Scheiben oder andere Formen gepresst oder kompaktiert werden, ohne die Zutaten als trockene Zutaten pulverisieren oder mahlen zu müssen. Dies eliminiert einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt Es wird ebenfalls angenommen, dass die kleinen DNSA-Kristalle zu der verbesserten oder vergrößerten ballistischen und Verbrennungsleistung eines damit verbundenen Gaserzeugers beitragen können, wie dies in den Beispielen beschreiben ist, insbesondere wegen der vorteilhaften Verbrennungskinetik aufgrund der innigen Vermischung von DNSA innerhalb von PSAN.
Daher wird ein Verfahren zur Verarbeitung von Gaserzeugungszusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Flüssige oder granulierte Bestandteile sind in den folgenden Schritten bevorzugt. Die folgenden Schritte können in allen Formulierungen mit Nass-Verfahren angewendet werden. Es sollte anerkannt werden, dass DNSA in einem Lösemittel solvatisiert werden muss, bevor ein anderer Schritt durchgeführt wird. Die Reihenfolge der Schritte 4–8 ist nicht kritisch und diese Schritte können in jeder gewünschten Abfolge durchgeführt werden.

1. Stelle ein Lösemittel in einem ummantelten Mischgefäß bereit. Das Lösemittel kann beispielsweise ausgewählt sein aus Wasser, Ethanol, Propanol, Methanol oder einem anderen mit Wasser mischbarem Lösemittel.
2. Gib eine stöchiometrische oder vorherbestimmte Menge von Dinitrosalicylsäure in das Lösemittel.
3. Rühre die Lösung.
4. Falls gewünscht, kann die Lösung erwärmt werden und die Temperatur der Lösung kann bei Temperaturen von etwa 100–110 C während des Prozesses gehalten werden.
5. Füge wenigstens ein Oxidationsmittel, ausgewählt aus Ammoniumnitrat und phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat, zu der Lösung hinzu und fahre fort mit Rühren.
6. Füge ein Fällungsmittel zu der Zusammensetzung hinzu und fahre fort mit Rühren. Das Fällungsmittel kann eine Kaliumquelle sein wie Kaliumnitrat, Kaliumhydroxid, oder Kaliumkarbonat, sofern Ammoniumnitrat im Schritt fünf zugefügt wurde. Alternativ kann das Fällungsmittel eine Ammoniumquelle sein wie Ammoniumhydroxid, Ammoniumbicarbonat oder Ammoniumcarbonat, wenn phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat in Schritt 5 hinzugefügt wird.
7. Falls gewünscht, kann ein wie hierin beschriebener sekundärer Brennstoff, beispielsweise Diammoniumsalz von 5,5'-1H-tetrazol, zu der Aufschlämmung während des andauernden Rührens hinzugefügt werden.
8. Falls gewünscht, kann zusätzliches Lösemittel wie destilliertes Wasser, zur Erhöhung der Löslichkeit der Bestandteile in das Gefäß gegeben werden, während das Erwärmen und Rühren der Lösung fortgesetzt wird. Es bildet sich dann ein Feststoff.
9. Falls gewünscht, können die Feststoffe und die Aufschlämmung andauernd gerührt werden, während die Feststoffe und die Aufschlämmung erwärmt werden, bis die gewünschte Trockenheit innerhalb des erhaltenen Feststoffs erreicht ist.
10. Falls gewünscht, kann der feste Niederschlag in gewünschte Formen, beispielsweise durch Pressen und andere bekannte Verfahren der Bildung von Tabletten oder Pellets, gebracht werden.

Die mit den oben bereitgestellten Verfahren gebildeten Zusammensetzungen 12 werden ebenso bereitgestellt wie Gaserzeuger 10, welche die Zusammensetzungen 12 enthalten. Ferner werden Gaserzeugungssysteme wie eine Sitzgurtanordnung 200 oder Fahrzeuginsassenschutzsystem 180 bereitgestellt, welche eine mit den oben genannten Verfahren gebildete Zusammensetzung 12 enthalten.
Die Bildung von kleinen Partikeln von DNSA-Salzkristallen ist vorteilhaft, da die relativ kleinen Partikel, gleich oder kleiner als 10 Mikrometer in Länge oder Breite oder Höhe, leicht in die viel größeren Ammoniumnitratkristalle eingeschlossen oder mitgefällt oder eingelagert werden, wie in 3 gezeigt. Im Gegensatz zu anderen Fällungen ist die Mikrostruktur daher dem Pressen zu Tabletten, Scheiben oder anderen Formen leicht zugänglich, ohne die Zutaten gemeinsam als trockene Zutaten pulverisieren oder mahlen zu müssen. Das Nass-Misch-Verfahren bildet gerundete Körner die als Bulkware beispielsweise in Zuführvorrichtungen für Tablettenpressen gut fließen. Zusammenfassend gesagt, das zuvor beschriebene Verfahren führt zu einer verminderten Handhabung von Ausgangsmaterialien und einer geringeren Anzahl von Zutaten im Vergleich zum Trockenmischen. Es führt ebenso zu frei-fließenden Granulaten aus dem Nass-Misch-Verfahren und vermeidet den Bedarf, die Bestandteile der Zusammensetzung zu mahlen.
Es sollte ferner verstanden werden, das das Voranstehende lediglich eine detaillierte Beschreibung verschiedener Ausführungsformen dieser Erfindung ist und dass zahlreiche Änderungen in Übereinstimmung mit der hierin beschriebenen Offenbarung an den hierin offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die voranstehende Beschreibung ist daher nicht als Beschränkung des Umfang der Erfindung zu verstehen. Vielmehr ist der Umfang der Erfindung durch die angefügten Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5872329 [0021]
US 6210505 [0021]
US 6422601 [0054]
US 6805377 [0054]
US 6659500 [0054]
US 6749219 [0054]
US 6752421 [0054]
US 5743480 [0057]
US 5553803 [0057]
US 5667161 [0057]
US 5451008 [0057]
US 4558832 [0057]
US 4597546 [0057]
US 6505790 [0057, 0058]
US 6419177 [0057, 0058]

Claims

Verfahren zur Bildung einer Gaserzeugungszusammensetzung, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellung eines Lösemittels in einem ummantelten Mischgefäß; Hinzufügen einer stöchiometrischen Menge von Dinitrosalicylsäure zu dem Lösemittel und Rühren; Hinzufügen wenigstens eines Oxidationsmittels in einer stöchiometrischen Menge zu der Lösung und Rühren, wobei das Oxidationsmittel aus Ammoniumnitrat und phasenstabilisiertem Ammoniumnitrat ausgewählt ist; und Hinzufügen eines Fällungsmittels zu der Zusammensetzung und Fortsetzen des Rührens, wobei Feststoffe gebildet werden.
Verfahren, gemäß Anspruch 1, wobei das Lösemittel ausgewählt ist aus Wasser, Ethanol, Methanol, Propanol und jedem anderen mit Wasser mischbarem Lösemittel.
Verfahren, gemäß Anspruch 1, wobei das Fällungsmittel eine Kaliumquelle ist und zugefügt wird, wenn man Ammoniumnitrat dem Gefäß zufügt.
Verfahren, gemäß Anspruch 3, wobei das Fällungsmittel aus Kaliumnitrat, Kaliumhydroxid und Dikaliumkarbonat ausgewählt ist.
Verfahren, gemäß Anspruch 1, wobei das Fällungsmittel eine Ammoniumquelle ist und zugefügt wird, wenn man phasenstabilisiertes Ammoniumnitrat dem Gefäß zufügt.
Verfahren, gemäß Anspruch 5, wobei das Fällungsmittel aus Ammoniumhydroxid und Ammoniumkarbonat ausgewählt ist.
Verfahren, gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Hinzufügens eines sekundären Brennstoffs zu dem Gefäß und Fortsetzen des Rührens.
Verfahren, gemäß Anspruch 7, wobei man Diammoniumsalz von 5,5'-Bis-1H-tetrazol als einen sekundären Brennstoff hinzufügt.
Verfahren, gemäß Anspruch 7, wobei der sekundäre Brennstoff, der dem Gefäß hinzugefügt wird, ausgewählt ist aus Tetrazolen und deren Salzen; Triazolen und deren Salzen; Azolen und deren Salzen; Guanidinsalzen und Derivaten; Imiden; Amiden; aliphatischen Karbonsäuren und deren Salzen; aromatischen Karbonsäuren und deren Salzen; Nitro-aromatischen Karbonsäuren und deren Salzen; Nitrosalicylsäuren und deren Salzen; Aminen; Nitrophenolen; Pyrazolen; Imidazolen; Azinen; und deren Mischungen.
Verfahren, gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Hinzufügens zusätzlichen Lösemittels nach dem Hinzufügen des Oxidationsmittels, um die Löslichkeit der dem Gefäß hinzugefügten Bestandteile zu erhöhen während des fortgesetzten Erwärmens und Rührens der Lösung.
Verfahren, gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Überführens des festen Niederschlags in eine gewünschte Form.
Verfahren, gemäß Anspruch 11, wobei das Verfahren aus Press- oder Extrusionsverfahren ausgewählt ist.
Zusammensetzung, gebildet nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.
Zusammensetzung, gebildet nach dem Verfahren gemäß Anspruch 7.
Zusammensetzung, gebildet nach dem Verfahren gemäß Anspruch 8.
Zusammensetzung, gebildet nach dem Verfahren gemäß Anspruch 9.
Gaserzeuger, enthaltend eine Zusammensetzung gebildet nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.
Fahrzeuginsassenschutzsystem, enthaltend eine Zusammensetzung gebildet nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.
Verfahren, gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Erwärmens auf und Haltens der Temperatur der Lösung bei etwa 100 C–110 C.
Verfahren, gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt des Rührens und Erwärmens der Feststoffe bis zum Erreichen der gewünschten Trockenheit innerhalb der entstandenen Feststoffe.