JP2008518872A - Gas generant and production method thereof - Google Patents

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Abstract

例示的なガス生成装置(10)の内部に、ポリビニルアゾールを含むガス生成組成物(12)が含まれる。ガス生成システム(200)はその内部にポリビニルアゾールを含む。乗り物乗員保護システム(180)はガス生成システム(200)を組み込む。
An exemplary gas generating device (10) includes a gas generating composition (12) comprising polyvinyl azole. The gas generation system (200) includes polyvinyl azole therein. The vehicle occupant protection system (180) incorporates a gas generation system (200).

Description

技術分野
本発明は、たとえば一般にガス生成システム、およびたとえば自動車の拘束システムのためのガス発生装置中で使用されるガス生成物質組成物に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to gas generant systems and gas generant compositions used in gas generators, eg, for automotive restraint systems.

本発明の背景
本発明は、燃焼に際して自動車の乗員の安全な拘束具を膨張させるのに有用なガスを急速に生成する、無毒性なガス生成組成物に関する。また、特には、本発明は熱的に安定な非アジ化物ガス生成物質であって、燃焼に際して受容可能な燃焼速度だけでなく、受容可能な火炎温度において比較的高いガス体積と固体の微粒子の比率を示す組成物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a non-toxic gas generant composition that rapidly produces a gas useful for inflating a safety restraint for an automobile occupant upon combustion. Also, in particular, the present invention is a thermally stable non-azide gas generant that has a relatively high gas volume and solid particulates at an acceptable flame temperature as well as an acceptable combustion rate upon combustion. It relates to a composition showing a ratio.

アジ化物に基づくガス生成物質から非アジ化物ガス生成物質までの変遷は、先行技術中でよく記載されている。アジ化物ガス生成物質と比較した非アジ化物ガス生成物質組成物の利点は、たとえば、米国特許番号4,370,181;4,909,549;4,948,439;5,084,118;5,139,588および5,035,757に記載されている。これらの特許は参照され、本明細書の一部として組み込まれる。   The transition from azide-based gas generants to non-azide gas generants is well documented in the prior art. The advantages of non-azide gas generant compositions as compared to azide gas generants are, for example, U.S. Patent Nos. 4,370,181; 4,909,549; 4,948,439; 5,084,118; 5. , 139, 588 and 5,035,757. These patents are referenced and incorporated as part of this specification.

燃料成分に加えて、火工品の非アジ化物ガス生成物質は、迅速な燃焼に必要な酸素を提供し、かつ生成される有毒ガスの量を減らすための酸化剤、炭素と窒素の有毒酸化物の無害のガスへの転換を促進する触媒、および燃焼の間および直後に形成された固体および液体生成物を凝集し、濾過可能なクリンカー状の微粒子にするスラグ形成成分のような成分を含んでいる。燃焼速度向上剤またはまたはバリスティック改良剤、および点火助剤のような他の任意の添加物は、ガス生成物質の点火特性および燃焼特性をコントロールするために使用される。   In addition to fuel components, pyrotechnic non-azide gas generants provide the oxygen required for rapid combustion and oxidants, toxic oxidation of carbon and nitrogen to reduce the amount of toxic gases produced Catalyst, which promotes the conversion of products into harmless gases, and components such as slag forming components that agglomerate solid and liquid products formed during and immediately after combustion into filterable clinker particulates It is out. Other optional additives such as burn rate improvers or ballistic improvers, and ignition aids are used to control the ignition and combustion characteristics of the gas generant.

公知の非アジ化物ガス生成物質組成物の欠点のうちの1つは、燃焼の間に形成される固体の残留物の量および物理的な性質である。乗り物乗員保護システム中で使用された時、燃焼の結果生成された固体はろ過されるか、または他の方法で乗り物の乗員と接触しないようにしなければならない。高速で安全装置を膨張させるために適切な多量の無毒なガスを提供しつつ、固体の微粒子の生成量を最低にする組成物を開発することは、したがって非常に望ましい。   One of the disadvantages of known non-azide gas generant compositions is the amount and physical nature of the solid residue formed during combustion. When used in a vehicle occupant protection system, the solids produced as a result of combustion must be filtered or otherwise kept out of contact with the vehicle occupant. It is therefore highly desirable to develop a composition that minimizes the production of solid particulates while providing a large amount of non-toxic gas suitable for inflating safety devices at high speeds.

たとえば、酸化剤として相安定化された硝酸アンモニウムを使用することは好ましい。なぜなら、それは燃焼に際して豊富な無毒のガスおよび最小量の固体を生成するからである。しかしながら、有用とするためには、自動車用途のためのガス生成物質は107℃で400時間またはそれ以上でエージングされた時、熱的に安定していなければならない。組成物はさらに、−40℃と170℃の間でサイクルされたときに、構造の完全性を保持していなければならない。さらに、相安定化された、または純粋な硝酸アンモニウムを組込んだガス生成物質組成物は時々貧弱な熱的安定性を示し、可塑剤およびバインダーのような付随する添加物の組成に依存して、許容しがたいほど多量の有毒ガス、たとえばCOおよびNOxを生成する。さらに最近の米国における自動車への要求の改訂によれば、流出ガス中での最低量のアンモニアが要求される。   For example, it is preferable to use phase stabilized ammonium nitrate as the oxidant. This is because it produces abundant non-toxic gases and minimal amounts of solids on combustion. However, in order to be useful, gas generants for automotive applications must be thermally stable when aged at 107 ° C. for 400 hours or more. The composition must also retain structural integrity when cycled between -40 ° C and 170 ° C. Further, gas generant compositions that incorporate phase stabilized or pure ammonium nitrate sometimes exhibit poor thermal stability, depending on the composition of the accompanying additives such as plasticizers and binders, It produces unacceptably large amounts of toxic gases such as CO and NOx. Furthermore, recent revisions to automotive requirements in the US require a minimum amount of ammonia in the effluent gas.

取り組まれなければならない別の問題は、米国運輸省(DOT)の規則がガス生成物質のための「キャップ試験」を要求するということである。たとえば硝酸トリアミノグアニジンのような、硝酸アンモニウムと共にしばしば使用される燃料の爆発への感度のために、大きなディスクにしなければ、硝酸アンモニウムを組込む多くのプロペラントがキャップテストに合格せず、それはひいてはインフレータの設計の柔軟性を減じる。   Another problem that must be addressed is that US Department of Transportation (DOT) regulations require a “cap test” for gas generants. Because of the sensitivity to explosions of fuels often used with ammonium nitrate, such as triaminoguanidine nitrate, many propellants that incorporate ammonium nitrate will not pass the cap test unless it is made into a large disk, which in turn is the inflator's Reduce design flexibility.

別の関心は、典型的な無煙のガス生成物質組成物のより遅いコールドスタート点火に関し、それは10%未満の固体の燃焼生成物をもたらすガス生成物質組成物である。   Another concern relates to the slower cold start ignition of typical smokeless gas generant compositions, which are gas generant compositions that result in less than 10% solid combustion products.

従って、自動車のガス生成システムの設計における進行中の努力は、例えば、上に言及された欠点がなく、より多くのガスを生成し、およびより少ない固体を生成するものに払われている。   Thus, ongoing efforts in the design of automotive gas production systems are devoted, for example, to those that do not have the disadvantages mentioned above, produce more gas and produce less solids.

本発明の要約
上記の課題は、ポリビニルテトラゾール、ポリビニルトリアゾールまたはポリビニルジアゾールのような押し出し成形可能なポリビニルアゾール燃料を含むガス生成組成物を含むガス生成システムによって解決される。好ましい酸化剤としては、硝酸アンモニウムと過塩素酸アンモニウムのような非金属酸化剤があげられる。他の酸化剤としてはアルカリ金属硝酸塩およびアルカリ土類金属硝酸塩があげられる。
SUMMARY OF THE INVENTION The above problems are solved by a gas generating system comprising a gas generating composition comprising an extrudable polyvinyl azole fuel such as polyvinyl tetrazole, polyvinyl triazole or polyvinyl diazole. Preferred oxidizing agents include non-metallic oxidizing agents such as ammonium nitrate and ammonium perchlorate. Other oxidizing agents include alkali metal nitrates and alkaline earth metal nitrates.

燃料は、ポリビニルテトラゾール類、ポリビニルトリアゾール類、ポリビニルジアゾール類またはポリビニルフラザン類およびそれの混合物の群から選ばれる。燃料の例示的な群としては、アゾールペンダント基上に官能基を持っている、重合体のテトラゾール類、トリアゾール類およびオキサジアゾール類(フラザン類)があげられる。好ましいビニルテトラゾールとしては、両方とも自己伝搬性熱分解性を示す、5−アミノ−1−ビニルテトラゾールおよびポリ(5−ビニルテトラゾール)があげられる。他の燃料としては、ポリ(2−メチル−5−ビニル)テトラゾール、ポリ(1−ビニル)テトラゾール、ポリ(3−ビニル)1,2,5−オキサジアゾール、およびポリ(3−ビニル)1,2,4−トリアゾールがあげられる。これらおよび他の可能な燃料は、本明細書に含まれた図の中で構造が例示される。ガス生成組成物の設計基準およびポリビニルアゾールの合成の出発試薬に依存して、ポリビニルアゾールはペンダントまたはポリマー骨格鎖内に芳香族性を示すことがある。本発明では、燃料は典型的にはガス生成組成物の5−40重量%を構成する。   The fuel is selected from the group of polyvinyltetrazoles, polyvinyltriazoles, polyvinyldiazoles or polyvinylfurazanes and mixtures thereof. An exemplary group of fuels includes polymeric tetrazoles, triazoles, and oxadiazoles (furazanes) that have functional groups on the azole pendant group. Preferred vinyltetrazoles include 5-amino-1-vinyltetrazole and poly (5-vinyltetrazole), both of which exhibit self-propagating pyrolysis. Other fuels include poly (2-methyl-5-vinyl) tetrazole, poly (1-vinyl) tetrazole, poly (3-vinyl) 1,2,5-oxadiazole, and poly (3-vinyl) 1 2,4-triazole. These and other possible fuels are illustrated in structure in the figures included herein. Depending on the design criteria of the gas generant composition and the starting reagents for the synthesis of the polyvinyl azole, the polyvinyl azole may exhibit aromatic character within the pendant or polymer backbone. In the present invention, the fuel typically comprises 5-40% by weight of the gas generant composition.

酸化剤は、非金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の硝酸塩およびそれらの混合物の群から好ましくは選ばれる。非金属硝酸塩としては、硝酸アンモニウムおよび、公知の技術により安定された相安定化硝酸アンモニウムがあげられる。アルカリ金属およびアルカリ土類金属の硝酸塩としては、硝酸カリウムおよび硝酸ストロンチウムがあげられる。エアバッグガス生成物質組成物中のそれらの有用性が知られている他の酸化剤の使用も企図される。本発明では、酸化剤は典型的にはガス生成組成物の60−95重量%を構成する。   The oxidant is preferably selected from the group of non-metal, alkali metal and alkaline earth metal nitrates and mixtures thereof. Nonmetallic nitrates include ammonium nitrate and phase stabilized ammonium nitrate stabilized by known techniques. Examples of alkali metal and alkaline earth metal nitrates include potassium nitrate and strontium nitrate. The use of other oxidants known for their usefulness in airbag gas generant compositions is also contemplated. In the present invention, the oxidant typically comprises 60-95% by weight of the gas generant composition.

エアバッグガス生成物質組成物中のそれらの有用性が知られている他のガス生成物質成分は、本発明の組成物中で有効な量で使用されることができる。これらは、当該技術分野において公知のクーラント、スラグ形成剤、およびバリスティック改良剤が含まれるが、これらに限定されるものではない。   Other gas generant components known for their usefulness in airbag gas generant compositions can be used in effective amounts in the compositions of the present invention. These include, but are not limited to, coolants, slag formers, and ballistic modifiers known in the art.

要するに、本発明は、熱的安定性のような他の設計上の要求を保持しつつ、ガスの燃焼生成物を最大限にし、固体の燃焼生成物を最小限にするガス生成物質組成物を含む。これらおよび他の利点は詳細な説明により明白になる。   In summary, the present invention provides a gas generant composition that maximizes gas combustion products and minimizes solid combustion products while retaining other design requirements such as thermal stability. Including. These and other advantages will be apparent from the detailed description.

好ましい実施態様の詳細な説明
本発明は、一般に、乗員拘束システムのインフレータ用のガス生成物質組成物に関する。本発明によれば、火工品組成物は、ガス生成システム内での使用のためにポリビニルテトラゾール類(PVT)のような押し出し成形可能な燃料を含み、たとえば高いガス収率の乗り物乗員保護システム中の自動車のエアバッグプロペラントとして例証される。燃料は、さらにバインダーとして機能する。好ましい酸化剤としては、硝酸アンモニウムおよび過塩素酸アンモニウムのような非金属酸化剤があげられる。他の酸化剤としてはアルカリ金属およびアルカリ土類金属の硝酸塩があげられる。
DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates generally to gas generant compositions for inflators of occupant restraint systems. In accordance with the present invention, a pyrotechnic composition includes an extrudable fuel such as polyvinyltetrazole (PVT) for use in a gas generation system, for example, a high gas yield vehicle occupant protection system. Illustrated as an air bag propellant in an automobile. The fuel further functions as a binder. Preferred oxidizing agents include non-metallic oxidizing agents such as ammonium nitrate and ammonium perchlorate. Other oxidizing agents include alkali metal and alkaline earth metal nitrates.

燃料は、ポリビニルテトラゾール類、ポリビニルトリアゾール類、ポリビニルジアゾール類またはポリビニルフラザン類およびそれらの混合物の群から選ばれる。燃料の例示的な群としては、任意にアゾールペンダント基上に官能基を有する、重合体のテトラゾール類、トリアゾール類およびオキサジアゾール類(フラザン類)を包含する。ビニルテトラゾール類としては、両方とも自己伝搬性熱分解特性を示す、5−アミノ−1−ビニルテトラゾールおよびポリ(5−ビニルテトラゾール)があげられる。他の燃料としてはポリ(2−メチル−5−ビニル)テトラゾール、ポリ(1−ビニル)テトラゾール、ポリ(3−ビニル)1,2,5−オキサジアゾール、およびポリ(3−ビニル)1,2,4−トリアゾールがあげられる。これらおよび他の可能な燃料は以下に示された構造式により例証されるが、これらに制限されるものではない。   The fuel is selected from the group of polyvinyltetrazoles, polyvinyltriazoles, polyvinyldiazoles or polyvinylfurazanes and mixtures thereof. An exemplary group of fuels includes polymeric tetrazoles, triazoles and oxadiazoles (furazanes) optionally having functional groups on the azole pendant group. Vinyltetrazoles include 5-amino-1-vinyltetrazole and poly (5-vinyltetrazole), both of which exhibit self-propagating pyrolytic properties. Other fuels include poly (2-methyl-5-vinyl) tetrazole, poly (1-vinyl) tetrazole, poly (3-vinyl) 1,2,5-oxadiazole, and poly (3-vinyl) 1, 2,4-triazole is exemplified. These and other possible fuels are illustrated by the structural formulas shown below, but are not limited thereto.

Figure 2008518872
Figure 2008518872

本発明の燃料を含むことに関するさらなる利益が見出された。それはより強力な一連の点火およびブースターを必要とする困難なコールドスタート点火が回避されることである。例えば、ポリ(5−アミノ−1−ビニル)テトラゾールは発熱を伴う分解が始まる前に、吸熱性のプロセスを有しない。したがって、燃焼の熱放散工程の前に通常付随する熱消費工程(それは、エネルギー障壁の役割をする)が、本発明の組成物においては存在しない。本発明において燃料として機能する他の重合体のアゾール類も同じ利益を有すると信じられている。本発明においてポリビニルアゾール燃料またはガス生成組成物の合計の燃料成分は、典型的にはガス生成組成物の5−40重量%を構成する。   Additional benefits have been found for including the fuel of the present invention. It is to avoid difficult cold start ignitions that require a stronger series of ignitions and boosters. For example, poly (5-amino-1-vinyl) tetrazole has no endothermic process before decomposition with exotherm begins. Thus, the heat consumption process that normally accompanies the combustion heat dissipation process, which serves as an energy barrier, is absent in the compositions of the present invention. Other polymeric azoles that function as fuels in the present invention are believed to have the same benefits. In the present invention, the total fuel component of the polyvinyl azole fuel or gas generant composition typically comprises 5-40% by weight of the gas generant composition.

酸化剤は、非金属およびアルカリ金属およびアルカリ土類金属の硝酸塩およびそれらの混合物の群から好ましくは選ばれる。非金属硝酸塩としては、硝酸アンモニウムおよび、公知の技術により安定された相安定化硝酸アンモニウムがあげられる。アルカリ金属およびアルカリ土類金属の硝酸塩としては、硝酸カリウムおよび硝酸ストロンチウムがあげられる。安定化されていない硝酸アンモニウムおよび/または相安定化された硝酸アンモニウムを含む多くの他の公知の組成物とは対照的に、本発明による相安定化された硝酸アンモニウムを含む組成物は十分な熱的安定性を示す。エアバッグガス生成物質組成物中のそれらの有用性が知られている他の酸化剤の使用も企図される。しかしながら、本発明の酸化剤は一酸化炭素(CO)および窒素酸化物(NOx)の生成量を最低にするために、燃焼反応内における全体の酸素収支を提供しなければならない。例えば、乗り物乗員拘束システム内のガス生成物質の燃焼に際して生成されるガスは、これらの有毒ガスの生成を最小限にするか生成しないようにしなければならない。酸化剤に決定される本発明での酸素収支は−4.0%から+4.0%の範囲で提供される。たとえば、銃のプロペラントでは、それぞれの銃プロペラントの燃焼の際に一酸化炭素が得られるような酸素収支の量とされ、それにより可能な限り小さい分子量のガスが提供される。本発明においては酸化剤または合計の酸化剤成分は、典型的にはガス生成組成物の60−95重量%を構成する。   The oxidant is preferably selected from the group of non-metal and alkali metal and alkaline earth metal nitrates and mixtures thereof. Nonmetallic nitrates include ammonium nitrate and phase stabilized ammonium nitrate stabilized by known techniques. Examples of alkali metal and alkaline earth metal nitrates include potassium nitrate and strontium nitrate. In contrast to many other known compositions comprising unstabilized ammonium nitrate and / or phase stabilized ammonium nitrate, compositions comprising phase stabilized ammonium nitrate according to the present invention provide sufficient thermal stability. Showing gender. The use of other oxidants known for their usefulness in airbag gas generant compositions is also contemplated. However, the oxidizers of the present invention must provide an overall oxygen balance within the combustion reaction in order to minimize the production of carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx). For example, the gas generated upon combustion of gas generants in a vehicle occupant restraint system must minimize or not generate these toxic gases. The oxygen balance in the present invention determined for the oxidant is provided in the range of -4.0% to + 4.0%. For example, in gun propellants, the oxygen balance is such that carbon monoxide is obtained upon combustion of each gun propellant, thereby providing the lowest possible molecular weight gas. In the present invention, the oxidizer or total oxidizer component typically comprises 60-95% by weight of the gas generant composition.

エアバッグガス生成物質組成物中のそれらの有用性が知られている他のガス生成物質成分は、本発明の組成物中で有効な量で使用されることができる。これらは、当該技術分野において公知のクーラント、スラグ形成剤、およびバリスティック改良剤が含まれるが、これらに限定されるものではない。   Other gas generant components known for their usefulness in airbag gas generant compositions can be used in effective amounts in the compositions of the present invention. These include, but are not limited to, coolants, slag formers, and ballistic modifiers known in the art.

本発明のガス生成物質成分は当該技術分野において公知のサプライヤによって供給され、好ましくは湿式法により混合される。典型的な公知のサプライヤとしてはアルドリッチまたはフィシャーケミカル社があげられる。重合体の燃料の置換基に関連して選ばれた溶剤は、燃料を溶解するのに十分な温度であるが、沸点以下の温度、たとえば100℃より少し下の温度に加熱される。しかし、成分が加えられ、後に沈殿される時に成分が自己発火することを防ぐのに十分低い温度にされる。親水基は、例えば、溶剤として水を使用することによってより効率的に溶解されることができる。他の基は、酸性溶液、たとえば、硝酸中でより効率的に溶解されることができる。他の溶剤としてはアルコール、およびポリエチレングリコールのような可塑剤があげられる。一旦適当な溶剤が選ばれ、加熱された後、燃料はゆっくり加えられ溶解される。その後、酸化剤がゆっくり加えられ少なくとも部分的に溶解される。他の望ましい成分も同様に溶解される。溶液は熱され、連続的に撹拌される。溶剤が煮沸除去され、燃料および酸化剤、および他の成分が、均質の固溶体中で共凝結される。一旦溶剤が少なくとも実質的に蒸発除去されたら、より好ましくは完全に蒸発したら、凝結物の加熱は止められる。その後、組成物はペレットまたは他の有用な形状へ押し出されることができる。   The gas generant components of the present invention are supplied by suppliers known in the art and are preferably mixed by a wet process. Typical known suppliers include Aldrich or Fischer Chemical. The solvent chosen in relation to the polymer fuel substituents is heated to a temperature sufficient to dissolve the fuel, but below the boiling point, for example, just below 100 ° C. However, the ingredients are added and brought to a temperature low enough to prevent the ingredients from self-igniting when subsequently precipitated. Hydrophilic groups can be more efficiently dissolved, for example, by using water as a solvent. Other groups can be more efficiently dissolved in acidic solutions such as nitric acid. Other solvents include alcohols and plasticizers such as polyethylene glycol. Once a suitable solvent is selected and heated, the fuel is slowly added and dissolved. Thereafter, the oxidant is slowly added and at least partially dissolved. Other desirable ingredients are dissolved as well. The solution is heated and continuously stirred. The solvent is boiled off and the fuel and oxidant and other components are co-condensed in a homogeneous solid solution. Once the solvent has been at least substantially evaporated off, more preferably completely evaporated, heating of the condensate is stopped. The composition can then be extruded into pellets or other useful shapes.

重合体の燃料は公知のプロセスによって製造されることができる。例えば、酢酸ビニルでのテトラゾールのビニル化、および引き続く重合は、Vereshchaginらの、J.Org.Chem.USSR(英訳)22(9)、1777−83(1987)に記載されている。様々なビニルテトラゾール類の合成も、本明細書の一部として参照されるRussian Chemical Reviews 72(2),143−164頁、(2003)に記載されている。出発物質のテトラゾールのメチル基はアミノ基と交換することができる。その後、ビニルテトラゾールはアゾイソブチロニトリル(AIBN)のような一般的な重合開始剤を使用して重合される。フラザンとトリアゾールの同様のビニル化は本発明のポリビニルジアゾールおよびポリビニルトリアゾールを与えるだろうと考えられる。以下に示される例示の反応は、様々なポリビニルジアゾール類、ポリビニルトリアゾール類およびポリビニルテトラゾール類がどのように形成されることかを例証する。反応1は、ポリビニルジアゾール類の形成方法を例示する。反応2は、ポリビニルトリアゾール類の形成方法を例示する。反応3はポリビニルテトラゾール類の形成方法を例示する。   Polymeric fuels can be produced by known processes. For example, the vinylation of tetrazole with vinyl acetate and subsequent polymerization is described in Vereshchagin et al. Org. Chem. USSR (English translation) 22 (9), 1777-83 (1987). The synthesis of various vinyltetrazoles is also described in Russian Chemical Reviews 72 (2), pages 143-164, (2003), which is referenced as part of this specification. The methyl group of the starting tetrazole can be exchanged for an amino group. The vinyl tetrazole is then polymerized using a common polymerization initiator such as azoisobutyronitrile (AIBN). It is believed that similar vinylation of furazane and triazole will give the polyvinyl diazole and polyvinyl triazole of the present invention. The exemplary reactions shown below illustrate how various polyvinyl diazoles, polyvinyl triazoles and polyvinyl tetrazoles are formed. Reaction 1 illustrates a method for forming polyvinyl diazoles. Reaction 2 illustrates a method for forming polyvinyltriazoles. Reaction 3 illustrates a method for forming polyvinyltetrazoles.

Figure 2008518872
Figure 2008518872

反応1:
この合成はポリ(ビニル−1,2,5−オキサジアゾール)に関し、ポリビニルジアゾール類を形成する一般的な方法の例または青写真である。
Reaction 1:
This synthesis relates to poly (vinyl-1,2,5-oxadiazole) and is an example of a general method or blueprint for forming polyvinyl diazoles.

Figure 2008518872
Figure 2008518872

反応2:
この合成は、イオン性ポリマーのポリ(ビニル−1,2,4−トリアゾール)に関し、ポリビニルトリアゾール類を形成する一般的な方法の例または青写真である。
Reaction 2:
This synthesis relates to the ionic polymer poly (vinyl-1,2,4-triazole) and is an example of a general method or blueprint for forming polyvinyltriazoles.

Figure 2008518872

式中、R=CH、NHなど
Figure 2008518872

In the formula, R = CH 3 , NH 2 and the like

反応3:
この合成は置換されたポリビニルテトラゾールに関し、ポリビニルテトラゾール類を形成する一般的な方法の例または青写真である。
Reaction 3:
This synthesis is for substituted polyvinyltetrazole and is an example of a general method or blueprint for forming polyvinyltetrazoles.

総括的なポリビニルアゾールまたは本発明のポリビニルテトラゾール、ポリビニルトリアゾールおよびポリビニルジアゾールを表す構造は、以下の5員芳香環によって表わされることができる。   The general polyvinylazole or structure representing the present invention polyvinyltetrazole, polyvinyltriazole and polyvinyldiazole can be represented by the following five-membered aromatic ring.

Figure 2008518872
Figure 2008518872

上記の5員環は、少なくとも2つの窒素原子、1より多くない酸素原子、少なくとも1つの炭素原子を含むべきである。   The five-membered ring should contain at least two nitrogen atoms, no more than one oxygen atom, and at least one carbon atom.

別の言い方をすれば、当該芳香環はゼロから1個の酸素原子、少なくとも2つの窒素原子、および少なくとも1つの炭素原子を含む。より好ましくは、本発明のガス生成組成物は重合体のアゾールおよび相安定化硝酸アンモニウムを含むだろう。利点は、高いガス収率および低い固体生成、高エネルギー燃料/バインダー、および廉価な酸化剤であり、それにより固体物質が燃焼に際して少しでも生成される場合に必要となるガスのろ過の必要性を回避できることである。本発明の組成物は重合体の燃料の柔軟な性質を与えられ、押し出し成形可能である。   In other words, the aromatic ring contains from zero to one oxygen atom, at least two nitrogen atoms, and at least one carbon atom. More preferably, the gas generant composition of the present invention will comprise a polymeric azole and phase stabilized ammonium nitrate. The advantages are high gas yields and low solids production, high energy fuel / binders, and inexpensive oxidizers, thereby reducing the need for gas filtration required when any solid material is produced on combustion. It can be avoided. The composition of the present invention is given the flexible nature of a polymeric fuel and is extrudable.

本発明のガス生成物質組成物は、さらにテトラゾールおよびトリアゾールのアミン塩類から形成された第2の燃料を含むことができる。これらは、参照され本明細書の一部とされる、同時に所有される米国特許番号5,872,329、6,074,502、6,210,505および6,306,232に記載されて例証される。第1と第2の燃料の合計の重量%、または本発明組成物の燃料成分は、ガス生成組成物の合計の約10から40重量%である。図3および4に与えられたデータに示されるように、第二の燃料の使用は圧力が上昇したときに増大する燃焼速度を与える。   The gas generant composition of the present invention can further include a second fuel formed from amine salts of tetrazole and triazole. These are illustrated and described in commonly owned U.S. Pat. Nos. 5,872,329, 6,074,502, 6,210,505 and 6,306,232, which are incorporated herein by reference. Is done. The total weight percent of the first and second fuels or the fuel component of the composition of the present invention is about 10 to 40 weight percent of the total gas generant composition. As shown in the data given in FIGS. 3 and 4, the use of a second fuel provides a burning rate that increases as the pressure increases.

より詳細には、テトラゾールおよびトリアゾールのの非金属塩類は特には、テトラゾールおよびトリアゾールのアミン、アミノ、およびアミド塩であって、以下から選択される物である:5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノグアニジニウム塩(BHT・1GAD)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジグアニジニウム塩(BHT・2GAD)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノアミノグアニジニウム塩(BHT・1AGAD)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジアミノグアニジニウム塩(BHT・2AGAD)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノヒドラジニウム塩(BHT・1HH)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジヒドラジニウム塩(BHT・2HH)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノアンモニウム塩(BHT・1NH)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジアンモニウム塩(BHT・2NH)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノ−3−アミノ−1,2,4−トリアゾリウム塩(BHT・1ATAZ)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジ−3−アミノ−1,2,4−トリアゾリウム塩(BHT・2ATAZ)、および5,5’−アゾビス−1H−テトラゾールのジグアニジニウム塩(ABHT・2GAD)。 More particularly, the non-metal salts of tetrazole and triazole are in particular the amine, amino and amide salts of tetrazole and triazole, selected from: 5,5′-bis-1H— Monoguanidinium salt of tetrazole (BHT · 1GAD), diguanidinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2GAD), monoaminoguanidinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole ( BHT · 1AGAD), diaminoguanidinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2AGAD), monohydrazinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 1HH), 5 , 5′-bis-1H-tetrazole dihydrazinium salt (BHT · 2HH), 5,5′-bis-1H-tetrazole Monoammonium salt (BHT · 1NH 3), 5,5'- bis -1H- diammonium salt of tetrazole (BHT · 2NH 3), 5,5'-bis -1H- tetrazole mono-3-amino-1 , 2,4-triazolium salt (BHT · 1ATAZ), di-3-amino-1,2,4-triazolium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2ATAZ), and 5,5′- Diguanidinium salt of azobis-1H-tetrazole (ABHT · 2GAD).

トリアゾールのアミン塩類としては以下があげられる:3−ニトロ−1,2,4−トリアゾールのモノアンモニウム塩(NTA・1NH)、3−ニトロ−1,2,4−トリアゾールのモノグアニジニウム塩(NTA・1GAD)、ジニトロビトリアゾールのジアンモニウム塩 (DNBTR・2NH)、ジニトロビトリアゾールのジグアニジニウム塩(DNBTR・2GAD)、および3,5−ジニトロ−1,2,4−トリアゾールのモノアンモニウム塩(DNTR・1NH)。 Examples of the amine salt of triazole include the following: mono-ammonium salt of 3-nitro-1,2,4-triazole (NTA · 1NH 3 ), monoguanidinium salt of 3-nitro-1,2,4-triazole (NTA · 1GAD), diammonium salt of dinitrobitriazole (DNBTR · 2NH 3 ), diguanidinium salt of dinitrobitriazole (DNBTR · 2GAD), and monoammonium salt of 3,5-dinitro-1,2,4-triazole (DNTR · 1NH 3 ).

Figure 2008518872
Figure 2008518872

式Iに示されるような総括的なテトラゾールの非金属塩は、カチオン性の窒素含有成分Z、並びにテトラゾール環、およびテトラゾール環の5−位に置換したR基を含むアニオン性成分を含んでいる。式IIに示されるような総括的なトリアゾールの非金属塩は、カチオン性の窒素含有成分Z、並びにトリアゾール環、およびトリアゾール環の3−位と5−位に置換した2つのR基を含むアニオン性成分を含んでいる。ここでRはRと構造的に類似していてもいなくても良い。R成分は水素または任意の窒素含有化合物から選択することができ、たとえば、アミノ、ニトロ、ニトロアミノ、またはそれぞれ式IまたはIIに示したテトラゾリルまたはトリアゾリル基から選択され、直接またはアミン、ジアゾまたはトリアゾ基を介して置換される。化合物Zは、どちらの式でも1−位で置換され、アミン、アミノ、およびアミドを含む群から形成され、アンモニア、カルボヒドラジド、オキサミックヒドラジド、およびヒドラジン;グアニジン化合物、たとえば、グアニジン、アミノグアニジン、ジアミノグアニジン、トリアミノグアニジン、ジシアンジアミドおよびニトログアニジン;窒素置換されたカルボニル化合物またはアミド、たとえば、尿素、オキサミド、ビス−(カルボンアミド)アミン、アゾジカルボンアミド、およびヒドラゾジカルボンアミド;およびアミノアゾール、たとえば、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−5−ニトロ−1,2,4−トリアゾール、5−アミノテトラゾール、3−ニトロアミノ−1,2,4−トリアゾール、5−ニトロアミノテトラゾールおよびメラミンが包含される。 The generic tetrazole non-metal salt as shown in Formula I includes a cationic nitrogen-containing component Z and an anionic component comprising a tetrazole ring and an R group substituted at the 5-position of the tetrazole ring. . The generic triazole non-metal salt as shown in Formula II comprises a cationic nitrogen-containing component Z and an anion comprising a triazole ring and two R groups substituted at the 3- and 5-positions of the triazole ring. Contains sexual components. Here, R 1 may or may not be structurally similar to R 2 . The R component can be selected from hydrogen or any nitrogen-containing compound, such as amino, nitro, nitroamino, or a tetrazolyl or triazolyl group as shown in formula I or II, respectively, directly or as an amine, diazo or triazo Substituted through a group. Compound Z is substituted at the 1-position in either formula and is formed from the group comprising amines, aminos, and amides; ammonia, carbohydrazide, oxamic hydrazide, and hydrazine; guanidine compounds such as guanidine, aminoguanidine, Diaminoguanidine, triaminoguanidine, dicyandiamide and nitroguanidine; nitrogen-substituted carbonyl compounds or amides such as urea, oxamide, bis- (carbonamido) amine, azodicarbonamide, and hydrazodicarbonamide; and aminoazoles such as 3-amino-1,2,4-triazole, 3-amino-5-nitro-1,2,4-triazole, 5-aminotetrazole, 3-nitroamino-1,2,4-triazole, 5-nitroamido Tetrazole and melamine are included.

実施例1:
本発明のガス生成組成物は、最初にポリビニルテトラゾールを合成することにより形成される。総括的な置換されたテトラゾールおよび酢酸ビニルは、結合され、テトラゾールをビニル化する。ビニル化されたテトラゾールは、モル等量の水銀酢酸塩および三弗化硼素エーテル錯化合物に加えられ、重合された。得られた生成物は、たとえば、油蒸留によって分離されることができる。例証されたポリビニルテトラゾールは、同じ方法で形成されることができる。反応3は、上記のプロセスを例証する。
Example 1:
The gas generant composition of the present invention is formed by first synthesizing polyvinyl tetrazole. The generic substituted tetrazole and vinyl acetate are combined to vinylate the tetrazole. The vinylated tetrazole was added to a molar equivalent of mercury acetate and boron trifluoride etherate and polymerized. The resulting product can be separated, for example, by oil distillation. The illustrated polyvinyltetrazole can be formed in the same way. Reaction 3 illustrates the above process.

実施例2:
本発明のガス生成組成物は最初にポリビニルトリアゾールを合成することにより形成される。総括的な置換されたトリアゾールの金属または非金属塩は、n−ブロモ−スクシンアミドのようなフリーラジカル臭素化試薬のモル等量、および過酸化ベンゾイルフリーラジカル開始剤に加えられ、臭素化トリアゾールを形成する。その後、臭素化トリアゾールはトリフェニルホスフィンに加えられ、ウィッティヒ塩基を置換されたトリアゾール塩上に形成する。その後、トリアゾール塩は、金属または非金属の有機または無機の塩基およびホルムアルデヒドに加えられ、ビニル化トリアゾール塩を形成する。ビニル化されたトリアゾール塩は、アゾイソブチロニトリルのようなフリーラジカル重合試薬、および触媒量のカチオン性重合試薬ーまたは金属またはチタン錯体のようなチーグラーナッタ触媒に次に加えられる。反応2は上記のプロセスを例示したものであり、ポリ(ビニル−1,2,4−トリアゾール)の合成が記載された。
Example 2:
The gas generant composition of the present invention is formed by first synthesizing polyvinyl triazole. The generic substituted triazole metal or non-metal salt is added to a molar equivalent of a free radical bromination reagent such as n-bromo-succinamide, and a benzoyl peroxide free radical initiator to form a brominated triazole. To do. The brominated triazole is then added to triphenylphosphine to form a Wittig base on the substituted triazole salt. The triazole salt is then added to a metal or non-metallic organic or inorganic base and formaldehyde to form a vinylated triazole salt. The vinylated triazole salt is then added to a free radical polymerization reagent such as azoisobutyronitrile and a catalytic amount of a cationic polymerization reagent or a Ziegler-Natta catalyst such as a metal or titanium complex. Reaction 2 illustrated the above process and described the synthesis of poly (vinyl-1,2,4-triazole).

実施例3:
本発明のガス生成組成物は最初にポリビニルジアゾールを合成することにより形成される。2つの―OH基を含有するアルケノールは、無水酢酸に加えられ、置換されたジアゾールを形成する。その後、置換されたジアゾールは、n−ブロモ−スクシンアミドのようなフリーラジカル臭素化試薬のモル等量、および過酸化ベンゾイルのようなフリーラジカル開始剤に加えられ、臭素化ジアゾールを形成する。その後、置換されたジアゾールはトリフェニルホスフィンに加えられ、ウィッティヒ塩基を置換されたジアゾール塩上に形成する。その後、ジアゾール塩は、金属または非金属の有機または無機の塩基およびホルムアルデヒドに加えられ、ビニル化ジアゾール塩を形成する。ビニル化されたジアゾール塩は、アゾイソブチロニトリルのようなフリーラジカル重合試薬、および触媒量のカチオン性重合試薬ーまたは金属錯体のようなチーグラーナッタ触媒に次に加えられる。反応1は上記の反応を例示し、ポリ(ビニル−1,2,5−オキサジアゾール)の合成が記載される。
Example 3:
The gas generant composition of the present invention is formed by first synthesizing polyvinyl diazole. Alkenol containing two —OH groups is added to acetic anhydride to form a substituted diazole. The substituted diazole is then added to a molar equivalent of a free radical bromination reagent such as n-bromo-succinamide and a free radical initiator such as benzoyl peroxide to form the brominated diazole. The substituted diazole is then added to triphenylphosphine to form a Wittig base on the substituted diazole salt. The diazole salt is then added to a metal or non-metallic organic or inorganic base and formaldehyde to form a vinylated diazole salt. The vinylated diazole salt is then added to a free radical polymerization reagent such as azoisobutyronitrile and a Ziegler-Natta catalyst such as a catalytic amount of a cationic polymerization reagent or a metal complex. Reaction 1 illustrates the above reaction and describes the synthesis of poly (vinyl-1,2,5-oxadiazole).

実施例4−9:
実施例4−9は以下の表に示され、いくつかの公知のガス生成物質組成物および本発明のガス生成物質組成物について、異なるタイプと量のガスが生成され比較される。実施例4は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許5,035,757に従う、5−アミノテトラゾールおよび硝酸ストロンチウムから形成された代表的なガス生成組成物である。実施例5は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許6,210,505に従う、5,5’−ビ−1H−テトラゾールのジアンモニウム塩のようなテトラゾールのアミン塩、相安定化された硝酸アンモニウム、硝酸ストロンチウムおよびクレーから形成された代表的なガス生成組成物である。実施例6は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許5,872,329に従う、5,5’−ビ−1H−テトラゾールのジアンモニウム塩のようなテトラゾールのアミン塩、および相安定化された硝酸アンモニウムから形成された代表的なガス生成組成物である。実施例7は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許5,872,329に従う、アンモニウムニトロアミンテトラゾール、および相安定化された硝酸アンモニウムから形成された代表的なガス生成組成物である。実施例8は、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許5,872,329に従う、アンモニウムニトロアミンテトラゾール、相安定化された硝酸アンモニウム、およびスラグ形成剤から形成された代表的なガス生成組成物である。実施例9は、15重量%のアンモニウムポリビニルテトラゾールおよび85重量%の相安定化された硝酸アンモニウム(硝酸アンモニウムは10%の硝酸カリウムとともに共凝結された)から形成された本発明の代表的なガス生成組成物である。
Example 4-9:
Examples 4-9 are shown in the following table, where different types and amounts of gas are produced and compared for several known gas generant compositions and the gas generant compositions of the present invention. Example 4 is a representative gas generant composition formed from 5-aminotetrazole and strontium nitrate according to US Pat. No. 5,035,757, which is incorporated by reference and incorporated herein. Example 5 is a tetrazole amine salt, phase stable, such as diammonium salt of 5,5′-bi-1H-tetrazole, according to US Pat. No. 6,210,505, which is incorporated herein by reference. A typical gas generant composition formed from oxidized ammonium nitrate, strontium nitrate and clay. Example 6 is a tetrazole amine salt, such as a diammonium salt of 5,5′-bi-1H-tetrazole, according to US Pat. No. 5,872,329, which is incorporated by reference and incorporated herein by reference. 2 is a representative gas generant composition formed from stabilized ammonium nitrate. Example 7 is a representative gas generant composition formed from ammonium nitroamine tetrazole and phase stabilized ammonium nitrate according to US Pat. No. 5,872,329, which is referenced and incorporated herein. is there. Example 8 is a representative gas formed from ammonium nitroamine tetrazole, phase-stabilized ammonium nitrate, and a slag former according to US Pat. No. 5,872,329, which is incorporated by reference and incorporated herein. The resulting composition. Example 9 is an exemplary gas generant composition of the present invention formed from 15 wt% ammonium polyvinyltetrazole and 85 wt% phase stabilized ammonium nitrate (ammonium nitrate was co-condensed with 10% potassium nitrate). It is.

表1は、各例についての、生成された一酸化炭素(CO)、アンモニア(NH3)、一酸化窒素(NO)および二酸化窒素(NO2)の生成量(ppm)および生成されたガス量のグラム数(g)を示す。全ての実施例はすべて実質的に同じ設計のガスジェネレータ内で燃焼された。   Table 1 shows the produced carbon monoxide (CO), ammonia (NH 3), nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2) production (ppm) and the amount of gas produced for each example. Number (g) is shown. All examples were burned in a gas generator of substantially the same design.

Figure 2008518872
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集められたデータは、本発明に従って形成された実施例9の組成物が、35ppmの業界基準よりはるかに低く、他の例よりはるかに少ないアンモニアを与えることを示す。他の公知のガス生成物質と比較して、本発明の組成物が実質的により少ない量のアンモニアを与えることが見出された。多くの公知のガス生成物質組成物では、他の性能基準を好適なままに保持しつつ、燃焼に際して生成されるアンモニアの合計量を減じるのは多くの場合難しい。   The data collected shows that the composition of Example 9 formed in accordance with the present invention provides much lower ammonia than the 35 ppm industry standard and much less than the other examples. It has been found that the composition of the present invention provides a substantially lower amount of ammonia compared to other known gas generants. For many known gas generant compositions, it is often difficult to reduce the total amount of ammonia produced during combustion while maintaining other performance criteria in place.

実施例10−14:
理論的な例10−14が以下の表に示され、本発明に従って形成されたいくつかのガス生成物質組成物に関し、異なるタイプと量のガスが比較される。表2の中で言及される、全ての相安定化硝酸アンモニウム(PSAN10)はすべて、PSANの合計の重量の10重量%の硝酸カリウムによって安定させられた。すべての実施例は一次燃料としてアンモニウムポリ(C−ビニルテトラゾール)(APV)を使用する。特定の例では、5,5’−ビス−1Hテトラゾール(BHT.2NH3)の非金属ジアンモニウム塩を二次燃料として使用する。すべての例は、同様な設計のインフレータ内、または等価なヒートシンク設計のガスジェネレータ内で行われたガス生成物質成分(プロペラント組成物)の燃焼によって得られた結果を反映する。
Examples 10-14:
Theoretical examples 10-14 are shown in the following table, and different types and amounts of gas are compared for several gas generant compositions formed in accordance with the present invention. All phase-stabilized ammonium nitrate (PSAN 10) mentioned in Table 2 was all stabilized by 10% by weight potassium nitrate of the total weight of PSAN. All examples use ammonium poly (C-vinyltetrazole) (APV) as the primary fuel. In a specific example, a non-metallic diammonium salt of 5,5′-bis-1H tetrazole (BHT.2NH3) is used as a secondary fuel. All examples reflect results obtained by combustion of gas generant components (propellant compositions) performed in inflators of similar design or in equivalent heat sink design gas generators.

Figure 2008518872
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実施例10は、107℃で400時間において、わずか0.5%の質量損失しかなく、熱的に安定であることが見出された。従って、実施例10は、本発明のガス生成物質組成物の予想外の熱安定性を例証し、特に本明細書で定義されたポリビニルアゾールおよび相安定された硝酸アンモニウム(10%の硝酸カリウムで安定させられた)を含むものの予期しえない熱的安定性を例証する。当該技術分野において公知の、または当該技術分野において認められているような、他の相安定剤の使用も意図されることが強調されるべきである。   Example 10 was found to be thermally stable with only 0.5% mass loss at 400 ° C. for 400 hours. Thus, Example 10 illustrates the unexpected thermal stability of the gas generant composition of the present invention, specifically stabilized with polyvinyl azole and phase stabilized ammonium nitrate (10% potassium nitrate as defined herein). Illustrates the unexpected thermal stability of It should be emphasized that the use of other phase stabilizers as known in the art or recognized in the art is also contemplated.

実施例11から13は、金属酸化剤とポリビニルアゾールの使用を例証する。ある用途では、金属の酸化剤の使用は、点火性、燃焼速度指数、ガス生成物質燃焼速度および他の設計基準の最適化のために望まれることがある。例は、金属酸化剤が多く使用されると、燃焼に際して生成されるガスのモル数が減ることが示される。   Examples 11 to 13 illustrate the use of a metal oxidant and polyvinyl azole. In certain applications, the use of a metal oxidant may be desired for optimization of ignitability, burn rate index, gas generant burn rate, and other design criteria. The example shows that the more metal oxidants are used, the less the number of moles of gas produced upon combustion.

対照的に、実施例10および14は、非金属ガス生成物質成分が使用される場合、ガス燃焼生成物のモル数が最大限になることを例証する。従って、本発明の好ましいガス生成物質組成物は、燃料成分として少なくとも1つのポリビニルアゾールを含み、酸化剤成分として非金属酸化剤を含む。   In contrast, Examples 10 and 14 illustrate that the maximum number of moles of gaseous combustion products is maximized when non-metallic gas generant components are used. Accordingly, preferred gas generant compositions of the present invention comprise at least one polyvinyl azole as a fuel component and a non-metallic oxidant as an oxidant component.

最後に、実施例14に関して、APVとPSAN10に、別の非金属燃料(BHT.2NH3)を加えることにより、ガス生成物質燃焼速度が増大され、それにより、ガス生成組成物の燃焼プロフィールを最適化できることが見出された。実施例14の燃焼速度は5500psiで毎秒1.2インチと記録された。したがって、5,872,329に記載されているような、テトラゾールの非金属アミン塩類および/またはトリアゾールの非金属アミン塩類の追加は、燃焼速度およびガス生成に関して有利なことが結論づけられる。更に、APVの柔軟な性質は、プロペラント組成物に押し出し成形性を提供する。図3および4中で示されたように、上記のような第二の燃料の追加は、燃焼圧力の上昇に伴う、高められた燃焼速度に帰着する。図3は、ポリビニルテトラアゾールおよび相安定化された硝酸アンモニウムのみを含む配合物の圧力に関する燃焼速度を例証する。こにに対し図4は、本明細書に記載された重量%範囲に従って、ジ−アンモニウムBHTが追加された、ポリビニルテトラアゾールおよび相安定化された硝酸アンモニウムを含む図3の同様の組成物の圧力に関する燃焼速度を例証する。本明細書に記載された第二の燃料の追加が、燃焼速度に関して顕著な効果を奏することが結論づけられる。実際的な効果は、製造されたガス生成物質の性能の再現性と向上されたバリスティック特性である。   Finally, with respect to Example 14, the addition of another non-metallic fuel (BHT.2NH3) to APV and PSAN 10 increases the gas generant burn rate, thereby optimizing the combustion profile of the gas generant composition. It was found that it was possible. The burn rate for Example 14 was recorded at 1.2 inches per second at 5500 psi. Thus, it can be concluded that the addition of non-metallic amine salts of tetrazole and / or non-metallic amines of triazole, as described in 5,872,329, is advantageous with respect to combustion rate and gas production. Furthermore, the flexible nature of APV provides extrudability to the propellant composition. As shown in FIGS. 3 and 4, the addition of a second fuel as described above results in an increased combustion rate with increasing combustion pressure. FIG. 3 illustrates the burn rate as a function of pressure for a formulation containing only polyvinyltetraazole and phase stabilized ammonium nitrate. In contrast, FIG. 4 shows the pressure of a similar composition of FIG. 3 comprising polyvinyltetraazole and phase-stabilized ammonium nitrate with the addition of di-ammonium BHT according to the weight percent ranges described herein. Illustrates the burning rate for. It is concluded that the addition of the second fuel described herein has a significant effect on the combustion rate. The practical effect is the reproducibility of the performance of the produced gas generant and improved ballistic properties.

実施例15および16:
実施例15および16は、ポリビニルアゾールを含んでいるガス生成物質組成物のコールドスタートの効果を例証する。示差走査熱量測定法(DSR)によって示されるように、典型的な無煙の組成物または非金属組成物は、発熱を伴う燃焼に先立ち、吸熱性の傾向を示すことがある。その結果、比較的より大きなエネルギー量が、ガス生成物質に点火し、その燃焼を保持するために使用されなければならない。しばしば、より強力な一連の点火手段、より強力なブースター組成物をおそらく含むものが、ガス生成物質に点火し、かつ燃焼を保持するのに必要なエネルギーレベルに到達するために要求される。実施例15は、65%のPSAN10および約35%のBHT.2NH3を含む組成物に関する。DSC試験により示されたように、吸熱は253.12℃で最大限になり、1gのガス生成物質当たり約508.30ジュールの熱損失が記録された。それに対し、実施例16は、約15%のポリ(C−ビニルテトラゾール)および約85%のPSAN10を含む組成物に関する。予想外にも、DSCにより示されるように吸熱性のプロセスはない。また、従って、燃焼は抑制されない態様で進む。その結果、ガス生成組成物を燃焼させるためにより少ないエネルギーしか必要ではなく、そのため、一連の点火手段、イグニションおよびブースターに対する必要条件を低減する。
Examples 15 and 16:
Examples 15 and 16 illustrate the cold start effect of a gas generant composition containing polyvinyl azole. As shown by differential scanning calorimetry (DSR), typical smokeless or non-metallic compositions may exhibit a tendency to endotherm prior to combustion with exotherm. As a result, a relatively larger amount of energy must be used to ignite the gas generant and maintain its combustion. Often, a stronger series of ignition means, possibly including a stronger booster composition, is required to reach the energy level necessary to ignite the gas generant and maintain combustion. Example 15 includes 65% PSAN10 and about 35% BHT. It relates to a composition comprising 2NH3. As shown by the DSC test, the endotherm was maximized at 253.12 ° C. and a heat loss of about 508.30 joules per gram of gas generant was recorded. In contrast, Example 16 relates to a composition comprising about 15% poly (C-vinyltetrazole) and about 85% PSAN10. Unexpectedly, there is no endothermic process as shown by DSC. Accordingly, the combustion proceeds in a manner that is not suppressed. As a result, less energy is required to burn the gas generant composition, thus reducing the requirements for a series of ignition means, ignitions and boosters.

実施例17:
本発明の別の利点は図5および6に例証される。図5は最新のガス生成装置内における、本発明に従って作られたガス生成組成物のベースライン、またはエイジング前の燃焼を示す。具体的には、ガス生成組成物は80.6%のPSAN、8.0%のPVTおよび11.4%のBHT−2NH3を含んでいた。一方図6は、同じガス生成装置内での同じガス生成組成物の、エイジング後の燃焼を例証する。図5および6の中で示された曲線は、「熱い」または+85℃、「周囲の」または23℃、そして「寒い」または−40℃での、60リットルのバリティックタンク内の標準ドライバー側インフレータの展開に関する。示されるように、3つの様々な温度で展開した時、ガス生成物質のエイジング前とエイジング後の動作において、燃焼プロフィールの間に顕著な差はない。「促進エイジング」のためのUSCAR規格は、107℃で400時間である。典型的には世界中の多くの車メーカーが同様なエイジング基準を要求する。
Example 17:
Another advantage of the present invention is illustrated in FIGS. FIG. 5 illustrates the baseline or pre-aging combustion of a gas generant composition made in accordance with the present invention in a modern gas generator. Specifically, the gas generant composition contained 80.6% PSAN, 8.0% PVT and 11.4% BHT-2NH3. On the other hand, FIG. 6 illustrates the combustion after aging of the same gas generant composition in the same gas generator. The curves shown in FIGS. 5 and 6 show the standard driver side in a 60 liter ballistic tank at “hot” or + 85 ° C., “ambient” or 23 ° C., and “cold” or −40 ° C. It relates to the development of inflators. As shown, there is no significant difference between the combustion profiles in the pre-aging and post-aging operations of the gas generant when deployed at three different temperatures. The USCAR standard for “accelerated aging” is 400 hours at 107 ° C. Typically, many car manufacturers around the world require similar aging standards.

本発明の別の態様では、本発明の組成物はガス生成システム内で使用されることができる。例えば、図2の中で概略的に示されるように、公知の方法で作られた乗り物乗員保護システムは、ハンドル中のエアバッグインフレータ、およびシートベルトアセンブリーと電気的に接続された衝突センサーを含んでいる。本発明のガス生成組成物は、より広範な乗り物乗員保護システムのサブアセンブリーとして、またはガス生成システム内で使用されることができる。より詳細には、自動車のガス生成システム中で使用されるガス生成装置はそれぞれ、本明細書に記載されているようなガス生成組成物を含むことができる。   In another aspect of the present invention, the composition of the present invention can be used in a gas generating system. For example, as schematically shown in FIG. 2, a vehicle occupant protection system made in a known manner includes an airbag inflator in the steering wheel, and a collision sensor electrically connected to the seat belt assembly. Contains. The gas generant composition of the present invention can be used as a subassembly of a wider vehicle occupant protection system or within a gas generant system. More particularly, each gas generating device used in an automobile gas generating system can include a gas generating composition as described herein.

例示的なガス生成物質組成物は、燃料/バインダーとしてポリ(c−ビニルテトラゾール)を5−40%、より好ましくは5−20%含んでいる。もちろん、以下に示された各々の成分の重量パーセントは、本発明に組み込まれる任意のポリビニルアゾールに適用可能である。様々なポリ(c−ビニルテトラゾール)は、以下に記載された水性の製造方法によって作られることができる。または、例えば、参照され本明細書の一部として組み込まれる、米国特許3,096,312に記載されるようにして、燃料/バインダーのポリ(c−ビニルテトラゾール)が形成されることができる。ポリビニルテトラアゾール塩類は、金属塩または非金属塩であることができるが、より多くのガスおよびより少ない固体の生成のために、非金属塩が好ましい。   An exemplary gas generant composition includes 5-40% poly (c-vinyltetrazole) as a fuel / binder, more preferably 5-20%. Of course, the weight percentages of each component listed below are applicable to any polyvinyl azole incorporated into the present invention. A variety of poly (c-vinyltetrazoles) can be made by the aqueous manufacturing methods described below. Alternatively, a fuel / binder poly (c-vinyltetrazole) can be formed, for example, as described in US Pat. No. 3,096,312 which is referenced and incorporated herein. Polyvinyltetraazole salts can be metal salts or non-metal salts, but non-metal salts are preferred for the production of more gas and less solids.

Figure 2008518872
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ポリマーの官能性は、上記のPVTの酸形のダイアグラムによって例証される。骨格の1位の疑似アリル的な炭素は、ニトロまたはニトロソ基で官能化することができる。この位置は、酸素収支をよりマイナスにしないか、燃料の源を加える任意のもので官能化することができる。この位置は、架橋(硬化)のためのビニル基のような、その特性(すなわち可塑性)を増加させるために、任意の基で官能化することができる。2位置での窒素は、3−5の間の望ましいpKaを有する酸性である。結合した水素はしたがって、穏やかな塩基で除去され、芳香族テトラゾール環陰イオンを残すことができる。任意の適当な塩基が、以下に記載された水性の方法の中で与えられるようなポリマーの水溶性の塩を作るために使用することができる。この位置は、酸素収支をよりマイナスにしないか、燃料の源を加える任意の基で官能化することができる。この位置は、架橋のためのビニル基のような、望ましい材料特性を付与するための任意の基で官能化することができる。第一の酸化剤は、相安定化された硝酸アンモニウム、硝酸カリウム、硝酸ストロンチウムのようなアルカリ金属およびアルカリ土類金属の硝酸塩;亜硝酸カリウムのような亜硝酸塩;塩素酸カリウムのような塩素酸塩類;過塩素酸カリウムのような過塩素酸塩類;酸化鉄および酸化銅のような酸化物;塩基性硝酸銅および塩基性硝酸鉄のような塩基性硝酸塩;およびそれらの混合物またはそれの組み合わせを含む群から選択される。本発明の酸化剤成分は、典型的には全体の組成物の60−95%を構成する。   The functionality of the polymer is illustrated by the PVT acid form diagram above. The pseudo-allylic carbon at position 1 of the backbone can be functionalized with a nitro or nitroso group. This position can be functionalized with anything that does not make the oxygen balance more negative or adds a source of fuel. This position can be functionalized with any group to increase its properties (ie plasticity), such as vinyl groups for crosslinking (curing). Nitrogen at the 2-position is acidic with the desired pKa between 3-5. Bound hydrogen can therefore be removed with a mild base, leaving an aromatic tetrazole ring anion. Any suitable base can be used to make a water soluble salt of the polymer as provided in the aqueous methods described below. This position can be functionalized with any group that does not make the oxygen balance more negative or adds a source of fuel. This position can be functionalized with any group to impart desirable material properties, such as vinyl groups for crosslinking. The first oxidant includes phase stabilized ammonium nitrate, potassium nitrate, nitrates of alkaline earth metals such as strontium nitrate; nitrites such as potassium nitrite; chlorates such as potassium chlorate; From the group comprising perchlorates such as potassium chlorate; oxides such as iron oxide and copper oxide; basic nitrates such as basic copper nitrate and basic iron nitrate; and mixtures thereof or combinations thereof Selected. The oxidant component of the present invention typically constitutes 60-95% of the total composition.

第二の燃料は、上記のようなテトラゾール類およびトリアゾール類のアミン塩から選択されることができ、またたとえば5−アミノテトラゾールのようなテトラゾール類、トリアゾール類およびフラザン類のようなアゾール類;5−アミノテトラゾールカリウムのようなアゾールの金属塩類;5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノ−またはジ−アンモニウム塩のようなアゾール類の非金属塩;5−アミノテトラゾール硝酸塩のようなアゾール類の硝酸塩;5−ニトロアミノテトラゾールのようなアゾール類のニトロアミン誘導体;5−ニトロアミノテトラゾールのジ−カリウム塩のようなアゾール類のニトロアミン誘導体の金属塩;5−ニトロアミノテトラゾールのモノ−またはジ−アンモニウム塩のようなアゾール類のニトロアミン誘導体の非金属塩;ジシアンジアミドのようなグアニジン類;硝酸グアニジンのようなグアニジン類の塩;ニトログアニジンのようなグアニジンのニトロ誘導体;アゾジカルボンアミドのようなアゾアミド類;アゾジカルボンアミジン二硝酸塩のようなアゾアミド類の硝酸塩;およびこれらの混合物および組み合わせから選択することができる。第一のポリビニルアゾール燃料と組み合わせられる第二の燃料は、典型的には燃料成分として合計の組成物の重量の約5−40%を構成する。第一の燃料は、燃料成分の約13−100%、または合計の組成物の重量の約5−40%を構成する。また、第二の燃料は約0−87%、または合計の組成物の重量の約0−35%を構成する。   The second fuel can be selected from the amine salts of tetrazoles and triazoles as described above, and for example tetrazoles such as 5-aminotetrazole, azoles such as triazoles and furazanes; 5 Metal salts of azoles such as potassium aminotetrazole; non-metal salts of azoles such as mono- or di-ammonium salts of 5,5′-bis-1H-tetrazole; azoles such as 5-aminotetrazole nitrate Nitrates; nitroamine derivatives of azoles such as 5-nitroaminotetrazole; metal salts of nitroamine derivatives of azoles such as di-potassium salt of 5-nitroaminotetrazole; mono- or di- of 5-nitroaminotetrazole Nitroamines of azoles such as ammonium salts Nonmetallic salts of conductors; guanidines such as dicyandiamide; guanidine salts such as guanidine nitrate; nitro derivatives of guanidine such as nitroguanidine; azoamides such as azodicarbonamide; azodicarbonamidine dinitrate Azoamide nitrates; and mixtures and combinations thereof. The second fuel combined with the first polyvinyl azole fuel typically constitutes about 5-40% of the total composition weight as the fuel component. The first fuel comprises about 13-100% of the fuel components, or about 5-40% of the total composition weight. Also, the second fuel comprises about 0-87%, or about 0-35% of the total composition weight.

スラグ形成剤は、シリコーン化合物、たとえば、シリコン元素および二酸化ケイ素;ポリジメチルシロキサンのようなシリコーン類;ケイ酸カリウムのようなケイ酸塩;タルク、マイカおよびクレーのような天然の鉱物およびそれらの混合物から選択されることができる。スラグ形成剤は、合計の組成物の好ましくは約0−10重量%、より好ましくは約0−5重量%を構成する。   Slag formers include silicone compounds such as elemental silicon and silicon dioxide; silicones such as polydimethylsiloxane; silicates such as potassium silicate; natural minerals such as talc, mica and clay and mixtures thereof. Can be selected from. The slag former preferably comprises about 0-10%, more preferably about 0-5% by weight of the total composition.

押し出し助剤は、タルク、グラファイト、ボラジン[(BN)]、窒化ホウ素、ヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナから選ばれることができる。スラグ形成剤は、合計の組成物の好ましくは約0−10重量%、より好ましくは約0−5重量%を構成する。 The extrusion aid can be selected from talc, graphite, borazine [(BN) 3 ], boron nitride, fumed silica, fumed alumina. The slag former preferably comprises about 0-10%, more preferably about 0-5% by weight of the total composition.

組成物は公知の方法を使用して乾式混合または湿式混合されることができる。様々な成分は、微粒子の形状で一般に提供され、他のガス生成物質成分と混合され、均一の混合物を形成する。その後、混合物は公知の安全な方法でペレットにされるか、または他の有用な形状に形成される。好ましいガス生成物質組成物は、60−95重量%の相安定化された硝酸アンモニウム(10−15%のKNO)、および5−40重量%の非金属ポリ(c−ビニルテトラゾール)を含む。例えば、ガス生成組成物は85重量%の相安定化された硝酸アンモニウム、および15重量%のアンモニウム ポリ(c−ビニルテトラゾール)を含む。より好ましいガス生成組成物は、約8%のアンモニウム ポリ(c−ビニルテトラゾール)、約11%の5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジアンモニウム塩、および約81%の相安定化された硝酸アンモニウムを含む。ここに与えられたすべての%は、ガス生成組成物の総重量に基づいた重量パーセントであることが銘記されるべきである。 The composition can be dry mixed or wet mixed using known methods. The various components are generally provided in the form of particulates and are mixed with other gas generant components to form a uniform mixture. The mixture is then pelletized or formed into other useful shapes in a known safe manner. Preferred gas generant compositions, 60-95% by weight of phase stabilized ammonium nitrate (10-15% of KNO 3), and a 5-40% by weight of non-metallic poly (c- vinyltetrazole). For example, the gas generant composition comprises 85% by weight phase stabilized ammonium nitrate and 15% by weight ammonium poly (c-vinyltetrazole). A more preferred gas generant composition is about 8% ammonium poly (c-vinyltetrazole), about 11% diammonium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole, and about 81% phase stabilized. Contains ammonium nitrate. It should be noted that all percentages given herein are weight percentages based on the total weight of the gas generant composition.

ここに記載された化学薬品は、たとえば、アルドリッチケミカル社およびポリサイエンス社のような会社によって供給されることができる。   The chemicals described herein can be supplied by companies such as Aldrich Chemical Company and Polyscience Company, for example.

図1の中で示されるように、例示的なインフレータは、組み合わされるエアバッグの展開の力を調整するために、デュアルチャンバー設計を組込む。一般に、第一のガス生成物質12およびここに記載されたように形成された自己発火組成物14を含んでいるインフレータは、公知の技術により製造されることができる。米国特許6,422,601、6,805,377、6,659,500、6,749,219および6,752,421は、典型的なエアバッグインフレータ設計を例証し、これらは参照され本明細書の一部として組み込まれる。   As shown in FIG. 1, the exemplary inflator incorporates a dual chamber design to adjust the deployment force of the associated airbag. In general, an inflator that includes the first gas generant 12 and the autoignition composition 14 formed as described herein can be manufactured by known techniques. US Pat. Nos. 6,422,601, 6,805,377, 6,659,500, 6,749,219 and 6,752,421 illustrate typical airbag inflator designs, which are referenced and described herein. Incorporated as part of the book.

図2を参照する。上記の例示的なインフレーター10は、エアバッグシステム200内に組み込まれることができる。エアバッグシステム200は少なくとも1つのエアバッグ202、および本発明のガス生成物質組成物12を含むインフレータ10を含み、該インフレータはエアバッグの内部と流体連絡可能にエアバッグ202と組み合わされる。エアバッグシステム200は、衝突センサー210を含むか、またはこれと接続される。衝突センサー210は既知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含み、衝突の場合に例えばエアバッグインフレーター10の活性化によってエアバッグシステム200の起動の信号を送る。   Please refer to FIG. The exemplary inflator 10 described above can be incorporated into the airbag system 200. The airbag system 200 includes at least one airbag 202 and an inflator 10 that includes the gas generant composition 12 of the present invention, the inflator being associated with the airbag 202 in fluid communication with the interior of the airbag. The airbag system 200 includes or is connected to a crash sensor 210. The crash sensor 210 includes a known crash sensor algorithm and signals activation of the airbag system 200 in the event of a crash, for example by activation of the airbag inflator 10.

図2を参照する。エアバッグシステム200は、安全ベルトアセンブリー150のような追加の要素を含む、より広範な、より包括的な乗り物乗員拘束システム180に組み入れられることができる。図2は、そのような拘束システムの1つの典型的な実施態様の概略図を示す。安全ベルトアセンブリー150は、安全ベルトハウジング152および、ハウジング152から伸びる安全ベルト100を含んでいる。安全ベルトリトラクタメカニズム154(例えば、ばね式のメカニズム)は、ベルトの端部分に連結されることができる。さらに、衝突の際にリトラクタメカニズムを始動させるために、プロペラント12および自動点火装置14を含む安全ベルトプリテンショナー156がベルトリトラクターメカニズム154に連結されることができる。本発明の安全ベルト実施態様と共に使用されることができる典型的なシートベルトリトラクタメカニズムは、米国特許番号5,743,480、5,553,803、5,667,161、5,451,008、4,558,832および4,597,546に開示されている。これらの特許は参照され、本明細書の一部として組み込まれる。本発明の安全ベルトの実施態様が組み合わされることができる典型的なプリテンショナーの例は、米国特許番号6,505,790および6,419,177に開示されている。これらの特許は参照され、本明細書の一部として組み込まれる。   Please refer to FIG. The airbag system 200 can be incorporated into a wider and more comprehensive vehicle occupant restraint system 180 that includes additional elements such as a safety belt assembly 150. FIG. 2 shows a schematic diagram of one exemplary embodiment of such a restraint system. Safety belt assembly 150 includes a safety belt housing 152 and a safety belt 100 extending from housing 152. A safety belt retractor mechanism 154 (eg, a spring-type mechanism) can be coupled to the end portion of the belt. In addition, a safety belt pretensioner 156 that includes the propellant 12 and the autoignition device 14 can be coupled to the belt retractor mechanism 154 to trigger the retractor mechanism in the event of a collision. Exemplary seat belt retractor mechanisms that can be used with the safety belt embodiment of the present invention are US Pat. Nos. 5,743,480, 5,553,803, 5,667,161, 5,451,008, 4,558,832 and 4,597,546. These patents are referenced and incorporated as part of this specification. Examples of typical pretensioners with which safety belt embodiments of the present invention can be combined are disclosed in US Pat. Nos. 6,505,790 and 6,419,177. These patents are referenced and incorporated as part of this specification.

安全ベルトアセンブリ150は、例えばプリテンショナーに組み入れられた火工品イグナイタ(図示せず)の起動によって、ベルトプリテンショナー156の起動の信号を発生する既知のクラッシュセンサーアルゴリズムを含む、衝突センサ158(例えば慣性センサあるいは加速度計)を含むか、またはこれと接続されることができる。先に参照され、本明細書の一部として組み込まれた米国特許番号6,505,790および6,419,177は、そのような方法で始動するプリテンショナーの例を提供する。   The safety belt assembly 150 includes a crash sensor algorithm 158 (e.g., a known crash sensor algorithm that generates an activation signal for the belt pretensioner 156, e.g., upon activation of a pyrotechnic igniter (not shown) incorporated in the pretensioner. Inertial sensors or accelerometers) or can be connected thereto. US Pat. Nos. 6,505,790 and 6,419,177, referenced above and incorporated as part of this specification, provide examples of pretensioners that start in such a manner.

安全ベルトアセンブリ150、エアバッグシステム200、およびより広範な乗り物乗員保護システム180が例示されるが、本発明により意図されるガス生成システムはこれらに限定されるものではない。   Although the safety belt assembly 150, the airbag system 200, and the wider vehicle occupant protection system 180 are illustrated, the gas generation system contemplated by the present invention is not limited thereto.

製造の方法
本発明の燃料は、以下に記載されるようなポリビニルテトラアゾール類を合成する水性方法によって形成されることができる。水性のプロセスは次の工程を含んでいる。第1に、ペンダントニトリルまたはシアノ基を含んでいるプレポリマーが提供される。合成においては、シアノ官能性またはニトリル官能性の任意のプレポリマーを使用することができる。例としては、ポリ(シアノアクリレート)、ハロゲンがフッ素、塩素、臭素またはヨウ素であるポリ(ハロアクリロニトリル)、ポリ(クロトニトリル)、ポリ(トリアリルシアヌレート)、セルロースシアノエチルエーテルおよびポリ(メタアクリロニトリル)があげられる。ニトリル官能基を含んでいるある種の共重合体またはブロックコポリマーも、プレポリマーとしての使用が企図される。これらの共重合体としては、ポリ(ブタジエン/アクリロニトリル)およびポリ(スチレン/アクリロニトリル)、並びにニトリルを含む任意のポリマーまたはオリゴマーのポリマーブレンドがあげられる。これらのポリマーと共重合体は、ポリサイエンス社(www.polysciences.com)のような公知のメーカーから購入されることができる。任意の有用な骨格鎖も使用されることができるが、好ましいポリマーの骨格鎖はポリエチレン鎖である。ニトリルは骨格鎖の一部となることはできず、常にペンダント基でなければならない。更に、物質はペンダントニトリルを含んでいるプレポリマーとして分類されることができる。プレポリマーは芳香族性格を示すことができる。
Method of Manufacture The fuel of the present invention can be formed by an aqueous method of synthesizing polyvinyl tetraazoles as described below. The aqueous process includes the following steps. First, prepolymers containing pendant nitrile or cyano groups are provided. Any prepolymer of cyano or nitrile functionality can be used in the synthesis. Examples include poly (cyanoacrylate), poly (haloacrylonitrile) where the halogen is fluorine, chlorine, bromine or iodine, poly (crotononitrile), poly (triallyl cyanurate), cellulose cyanoethyl ether and poly (methacrylonitrile) Can be given. Certain copolymers or block copolymers containing nitrile functional groups are also contemplated for use as prepolymers. These copolymers include poly (butadiene / acrylonitrile) and poly (styrene / acrylonitrile), and polymer blends of any polymer or oligomer containing nitrile. These polymers and copolymers can be purchased from known manufacturers such as Polysciences (www.polysciences.com). Although any useful backbone chain can be used, the preferred polymer backbone chain is a polyethylene chain. Nitriles cannot be part of the backbone and must always be pendant groups. Further, the material can be classified as a prepolymer containing pendant nitrile. The prepolymer can exhibit aromatic character.

その後、プレポリマーは、アジ化ナトリウムのようなアジド、水および界面活性剤の存在下で二価のハロゲン化亜鉛、ZnXと反応させられる。高温加圧下で、ポリマーに結合した亜鉛テトラゾール有機金属錯体を形成する。ポリマー中間生成物錯体はついで、反応メディアからろ過、洗浄され、次に、濃い酸で処理して対応するテトラゾール酸に変換される。その後、ポリ(テトラゾール)酸は適当な塩基と反応させることにより水溶性塩に変換することができる。プロセスの工程はすべて水中で行なわれる。 Thereafter, the prepolymer is a divalent zinc halide azide, in the presence of water and a surfactant, such as sodium azide are reacted with ZnX 2. Under high temperature and pressure, a zinc tetrazole organometallic complex bound to the polymer is formed. The polymer intermediate complex is then filtered from the reaction media, washed, and then treated with concentrated acid to convert to the corresponding tetrazoleic acid. The poly (tetrazole) acid can then be converted to a water-soluble salt by reacting with a suitable base. All process steps are performed in water.

例えば、アジドはアジ化ナトリウムのような任意の金属のアジドであることができる。界面活性剤は本質的に任意の有用な界面活性剤でありえる。例示的な1つの界面活性剤はローディア社によって提供されるラウリル硫酸アンモニウム塩である。他の界面活性剤としては、様々な石鹸または洗剤(例えばDial(登録商標))、第四級アンモニウム塩のような相間移動触媒(たとえば、アルドリッチケミカル会社からのテトラブチル臭化アンモニウム)を包含する。ハロゲン化亜鉛は塩化亜鉛、臭化亜鉛またはヨウ化亜鉛でありえる。濃い酸は、塩化水素、臭化水素、硝酸、硫酸、および酢酸のような有機酸でありえる。好ましくは、約1−3のpHを有するポリマーサスペンション溶液を与える任意の酸を使用することができる。例えば、これらの酸はアルドリッチケミカル社から利用可能である。使用される塩基は、水酸化アンモニウム、ヒドロキシルアミン、ヒドラジンおよび、ポリマーと安定な塩を形成するのに適合するpKbを与える他の適当なアミンを含む群から選択することができる。例えば、これらの塩基はアルドリッチケミカル社から利用可能である。   For example, the azide can be any metal azide such as sodium azide. The surfactant can be essentially any useful surfactant. One exemplary surfactant is ammonium lauryl sulfate provided by Rhodia. Other surfactants include various soaps or detergents (eg, Dial®), phase transfer catalysts such as quaternary ammonium salts (eg, tetrabutylammonium bromide from Aldrich Chemical Company). The zinc halide can be zinc chloride, zinc bromide or zinc iodide. The concentrated acid can be an organic acid such as hydrogen chloride, hydrogen bromide, nitric acid, sulfuric acid, and acetic acid. Preferably, any acid that provides a polymer suspension solution having a pH of about 1-3 can be used. For example, these acids are available from Aldrich Chemical Company. The base used can be selected from the group comprising ammonium hydroxide, hydroxylamine, hydrazine and other suitable amines that give a pKb compatible to form a stable salt with the polymer. For example, these bases are available from Aldrich Chemical Company.

プロセス条件は以下のように記載されることができる:1.0モル当量のポリアクリロニトリル(たとえば、ポリサイエンス社製のプレポリマー)を、臭化亜鉛二水和物(アルドリッチ)の0.5モル当量、アジ化ナトリウム(アルドリッチ)の1.1当量および、28重量%の水溶液としてのラウリル硫酸アンモニウムの0.0025モル当量と反応させる。水中でのポリマーの量に基づいた最終モル量は、約1.0である。例示的なバッチは47.7グラムのニトリル含有プレポリマー、64.29グラムのアジド、117.41グラムの亜鉛および2.25mlの界面活性剤を使用する。全ての成分は900mlの水中で混合された。過剰のアジドが存在し、少なくとも0.5当量の亜鉛が存在する限り、比率は変えることができる。界面活性剤の量も、0.1当量以下で0.000001当量以上の範囲で変えることができる。水の量は、5.0モル溶液と0.1モル溶液の間で変えることができる。すべての試薬は順番に拘わらず圧力反応器の中で混合され、内部に密閉される。内容物は撹拌され、170℃に加熱される。圧力は80−100psiの間に達する。その後、その混合物は、約24−48時間(好ましくは24時間)の間反応させられ、次に室温に冷却された。その後、乳状の内容物は、ブーフナー漏斗で好ましくはろ過され、等しい体積の水で洗浄される。   Process conditions can be described as follows: 1.0 molar equivalent of polyacrylonitrile (eg, a prepolymer from Polysciences) is added to 0.5 mole of zinc bromide dihydrate (Aldrich). Equivalent, 1.1 equivalents of sodium azide (Aldrich) and 0.0025 molar equivalents of ammonium lauryl sulfate as a 28 wt% aqueous solution. The final molar amount based on the amount of polymer in water is about 1.0. An exemplary batch uses 47.7 grams of nitrile-containing prepolymer, 64.29 grams of azide, 117.41 grams of zinc and 2.25 ml of surfactant. All ingredients were mixed in 900 ml water. The ratio can be varied as long as an excess of azide is present and at least 0.5 equivalents of zinc is present. The amount of the surfactant can also be varied within the range of 0.1 equivalent or less and 0.000001 equivalent or more. The amount of water can vary between a 5.0 molar solution and a 0.1 molar solution. All reagents are mixed in a pressure reactor and sealed inside, in any order. The contents are stirred and heated to 170 ° C. The pressure reaches between 80-100 psi. The mixture was then allowed to react for about 24-48 hours (preferably 24 hours) and then cooled to room temperature. The milky contents are then preferably filtered with a Buchner funnel and washed with an equal volume of water.

次に、内容物は約1.0から10.0リットル、より好ましくは3.0リットルの冷水(0−24℃の範囲)中に分散され、急速に撹拌される。十分な酸が加えられ、サスペンションのpHを1−3とし、混合物を約20分間連続的に撹拌する。その後、そのサスペンションは、ナイロンスクリーンを使用してブーフナー漏斗中で再びろ過され、等量の水で洗浄される。これは、漏斗の中に弾性のある湿った物質を残す。これを取り出し、標準的なはさみを使用して小片に切断する。その後、この物質は1.0リットルの水中に懸濁され、サスペンジョンを撹拌しつつ過剰の水酸化アンモニウム(アルドリッチ)が加えられる。少なくとも1モル当量の水酸化アンモニウムが使用され、所望であればより多量の水酸化アンモニウムが使用される。   The contents are then dispersed in about 1.0 to 10.0 liters, more preferably 3.0 liters of cold water (range 0-24 ° C.) and stirred rapidly. Sufficient acid is added to bring the pH of the suspension to 1-3 and the mixture is continuously stirred for about 20 minutes. The suspension is then filtered again in a Buchner funnel using a nylon screen and washed with an equal volume of water. This leaves an elastic moist material in the funnel. Take it out and cut it into small pieces using standard scissors. This material is then suspended in 1.0 liter of water and excess ammonium hydroxide (Aldrich) is added while stirring the suspension. At least one molar equivalent of ammonium hydroxide is used, and larger amounts of ammonium hydroxide are used if desired.

そのサスペンションはゆっくり独力で溶けるだろう。しかし、プロセスを促進するために加熱することができる。この際の温度は25−100℃の範囲であることができる。混合物は溶解し非常に粘着性になる。次いで、撹拌は止められる。その後、溶液は平坦な金属シートの上に注がれ、空気乾燥によりすべての過剰アンモニアを除去する。その後、物質はさらにオーブン中で乾燥され、薄いフィルムとされ、次に、ボールミルで微粉にされる。本質的には、水酸化アンモニウムの追加の後、生成物は完全に反応させられる。他の引き続く工程は、物質を単に乾燥させて処理するものである。   The suspension will slowly melt on its own. However, it can be heated to facilitate the process. The temperature at this time may be in the range of 25-100 ° C. The mixture dissolves and becomes very sticky. The agitation is then stopped. The solution is then poured onto a flat metal sheet to remove any excess ammonia by air drying. The material is then further dried in an oven to a thin film and then pulverized with a ball mill. In essence, after the addition of ammonium hydroxide, the product is completely reacted. Another subsequent step is to simply dry and process the material.

水性のシステムの使用によって、高価で、有毒および/または可燃性の可能性がある有機溶媒の必要性は排除される。したがって、全体としての費用は劇的に減じられ、同時に安全性が高められる。中間生成物の亜鉛錯体は反応メディアから容易にろ過され、対応する酸に容易に変換され、またはさらに水溶性の高分子電解質塩にさらに変換される。   The use of an aqueous system eliminates the need for expensive, toxic and / or flammable organic solvents. Thus, the overall cost is dramatically reduced while at the same time safety is increased. The intermediate product zinc complex is easily filtered from the reaction media, easily converted to the corresponding acid, or further converted to a water-soluble polyelectrolyte salt.

上記のポリビニルテトラアゾールを形成する方法は例示的な目的だけのためにあり、本明細書に記載されたポリビニルアゾールを形成する他の方法も使用されることができることが認識されるだろう。   It will be appreciated that the method of forming polyvinyl tetraazole described above is for exemplary purposes only and other methods of forming the polyvinyl azole described herein can be used.

本明細書の記述は例示の目的だけのためにあり、いかなる意味でも本発明の範囲を制限するために解釈されるべきでない。したがって、当業者は特許請求の範囲に規定された本発明の範囲を逸脱することなく、本明細書に記載された実施態様に様々な改良を加えることができることを認識するだろう。   The descriptions herein are for illustrative purposes only and should not be construed in any way to limit the scope of the invention. Accordingly, one of ordinary skill in the art appreciates that various modifications can be made to the embodiments described herein without departing from the scope of the invention as defined in the claims.

図1は本発明のインフレーターの一般的な構造を示す横断面側面図である。FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a general structure of an inflator of the present invention. 図2は本発明のガス生成組成物を含む乗り物乗員保護システムの例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a vehicle occupant protection system including the gas generant composition of the present invention. 図3はガス生成組成物の燃料圧力に対する燃料速度を示す図である。FIG. 3 is a graph showing the fuel velocity with respect to the fuel pressure of the gas generating composition. 図4はガス生成組成物の燃料圧力に対する燃料速度を示す図である。FIG. 4 is a graph showing the fuel velocity with respect to the fuel pressure of the gas generating composition. 図5は107℃で400時間エイジングする前の、同じガス生成組成物の燃料プロフィルを示す図である。FIG. 5 shows the fuel profile of the same gas generant composition before aging at 107 ° C. for 400 hours. 図6は107℃で400時間エイジングした後の、同じガス生成組成物の燃料プロフィルを示す図である。FIG. 6 shows the fuel profile of the same gas generant composition after aging at 107 ° C. for 400 hours.

Claims (12)

ガス生成組成物の合計の重量の約5−40%で提供される燃料としてのポリビニルアゾール;および
相安定化された硝酸アンモニウム、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の硝酸塩および過塩素酸塩、並びに塩基性遷移金属の硝酸塩、並びにそれらの混合物を含む群から選ばれ、ガス生成組成物の合計の重量の約60−95%で提供される酸化剤を含み、
該酸化剤は−4.0%から+4.0%の酸素収支を与える量で提供される、
ガス生成組成物。
Polyvinylazole as fuel provided at about 5-40% of the total weight of the gas generant composition; and phase stabilized ammonium nitrate, alkali and alkaline earth metal nitrates and perchlorates, and basic An oxidizer selected from the group comprising transition metal nitrates, as well as mixtures thereof, provided in about 60-95% of the total weight of the gas generant composition;
The oxidant is provided in an amount that provides an oxygen balance of -4.0% to + 4.0%.
Gas generating composition.
5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノグアニジニウム塩(BHT・1GAD)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジグアニジニウム塩(BHT・2GAD)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノアミノグアニジニウム塩(BHT・1AGAD)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジアミノグアニジニウム塩(BHT・2AGAD)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノヒドラジニウム塩(BHT・1HH)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジヒドラジニウム塩(BHT・2HH)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノアンモニウム塩(BHT・1NH)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジアンモニウム塩(BHT・2NH)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノ−3−アミノ−1,2,4−トリアゾリウム塩(BHT・1ATAZ)、5,5’−ビス−1H−テトラゾールのジ−3−アミノ−1,2,4−トリアゾリウム塩(BHT・2ATAZ)、5,5’−アゾビス−1H−テトラゾールのジグアニジニウム塩(ABHT・2GAD)、3−ニトロ−1,2,4−トリアゾールのモノアンモニウム塩(NTA・1NH)、3−ニトロ−1,2,4−トリアゾールのモノグアニジニウム塩(NTA・1GAD)、ジニトロビトリアゾールのジアンモニウム塩 (DNBTR・2NH)、ジニトロビトリアゾールのジグアニジニウム塩(DNBTR・2GAD)、および3,5−ジニトロ−1,2,4−トリアゾールのモノアンモニウム塩(DNTR・1NH)を含む群から選択される、テトラゾール類およびトリアゾール類の非金属塩を含む群から選択される第二の燃料を更に含む、請求項1記載のガス生成組成物。 Monoguanidinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 1GAD), diguanidinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2GAD), 5,5′-bis-1H— Monoamino guanidinium salt of tetrazole (BHT · 1AGAD), diaminoguanidinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2AGAD), monohydrazide of 5,5′-bis-1H-tetrazole Nium salt (BHT · 1HH), dihydrazinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2HH), monoammonium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 1NH 3 ), 5, Diammonium salt of 5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2NH 3 ), mono-3-amino of 5,5′-bis-1H-tetrazole -1,2,4-triazolium salt (BHT · 1ATAZ), di-3-amino-1,2,4-triazolium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2ATAZ), 5,5 ′ - diguanidinium salt (ABHT · 2GAD) of azobis -1H- tetrazole, 3-nitro-1,2,4-monoammonium salt of triazole (NTA · 1NH 3), of 3-nitro-1,2,4-triazole Monogu Anidinium salt (NTA · 1GAD), diammonium salt of dinitrobitriazole (DNBTR · 2NH 3 ), diguanidinium salt of dinitrobitriazole (DNBTR · 2GAD), and 3,5-dinitro-1,2,4-triazole It is selected from the group comprising the monoammonium salt (DNTR · 1NH 3), Oyo tetrazoles Further comprising a second fuel selected from the group comprising non-metal salts of triazoles, claim 1 Gas generating composition. 前記ポリビニルアゾールが、テトラゾール類のポリマー、トリアゾール類のポリマー、ジアゾール類のポリマーおよびフラザン類のポリマーから選択される、請求項1記載のガス生成組成物。 The gas generant composition of claim 1, wherein the polyvinylazole is selected from a tetrazole polymer, a triazole polymer, a diazole polymer and a furazane polymer. 前記ポリビニルアゾールが、ポリビニルジアゾール類、ポリビニルフラザン類、ポリビニルトリアゾール類、およびポリビニルテトラゾール類から選択される、請求項1記載のガス生成組成物。 The gas generating composition according to claim 1, wherein the polyvinyl azole is selected from polyvinyl diazoles, polyvinyl furazanes, polyvinyl triazoles, and polyvinyl tetrazoles. 前記ポリビニルアゾールが、ポリ(5−ビニル)テトラゾール、ポリ(3−ビニル)1,2,5−オキサジアゾール、ポリ(1−ビニル)テトラゾール、ポリ(3−ビニル)1,2,4−トリアゾール、ポリ(5−アミノ−1−ビニル)テトラゾール、ポリ(2−メチル−5−ビニル)テトラゾール、およびポリ(c−ビニルテトラゾール)、およびそれらの混合物を含む群から選択される、請求項1記載のガス生成組成物。 The polyvinyl azole is poly (5-vinyl) tetrazole, poly (3-vinyl) 1,2,5-oxadiazole, poly (1-vinyl) tetrazole, poly (3-vinyl) 1,2,4-triazole. 2. Selected from the group comprising poly (5-amino-1-vinyl) tetrazole, poly (2-methyl-5-vinyl) tetrazole, and poly (c-vinyltetrazole), and mixtures thereof. Gas generating composition. 5−アミノテトラゾールのようなテトラゾール類、トリアゾール類およびフラザン類のようなアゾール類;5−アミノテトラゾールカリウムのようなアゾール類の金属塩;5,5’−ビス−1H−テトラゾールのモノ−またはジ−アンモニウム塩のようなアゾール類の非金属塩;5−アミノテトラゾール硝酸塩のようなアゾール類の硝酸塩;5−ニトロアミノテトラゾールのようなアゾール類のニトロアミン誘導体;5−ニトロアミノテトラゾールジカリウムのようなアゾール類のニトロアミン誘導体の金属塩;5−ニトロアミノテトラゾールのモノ−またはジ−アンモニウム塩のようなアゾール類のニトロアミン誘導体の非金属塩;およびジシアンジアミドのようなグアニジン類;グアニジン硝酸塩のようなグアニジン類の塩類;ニトログアニジンのようなグアニジン類のニトロ誘導体;アゾジカルボンアミドのようなアゾアミド類;アゾジカルボンアミジン二硝酸塩のようなアゾアミド類の硝酸塩;およびそれらの混合物並びに組み合わせを含む群から選択される第二の燃料を更に含む、請求項1記載のガス生成組成物。 Tetrazoles such as 5-aminotetrazole, azoles such as triazoles and furazanes; metal salts of azoles such as 5-aminotetrazole potassium; mono- or di of 5,5′-bis-1H-tetrazole Non-metal salts of azoles such as ammonium salts; nitrates of azoles such as 5-aminotetrazole nitrate; nitroamine derivatives of azoles such as 5-nitroaminotetrazole; azoles such as 5-nitroaminotetrazole dipotassium Metal salts of nitroamine derivatives of the class; nonmetal salts of nitroamine derivatives of azoles such as the mono- or di-ammonium salt of 5-nitroaminotetrazole; and guanidines such as dicyandiamide; guanidines such as guanidine nitrate Salts; Nitrogue A second fuel selected from the group comprising: nitro derivatives of guanidines such as nidin; azoamides such as azodicarbonamide; nitrates of azoamides such as azodicarbonamidine dinitrate; and mixtures and combinations thereof. The gas generant composition according to claim 1, further comprising: ポリビニルアゾールが、ペンダント芳香族性を示すポリビニルアゾール類から選択される、請求項3記載の組成物。 4. A composition according to claim 3, wherein the polyvinyl azole is selected from polyvinyl azoles exhibiting pendant aromaticity. ポリビニルアゾールが、結合される該ポリビニルアゾール内に含まれるポリマーの骨格鎖に沿って芳香族性を示すポリビニルアゾール類を含む群から選択される、請求項3記載の組成物。 4. The composition of claim 3, wherein the polyvinyl azole is selected from the group comprising polyvinyl azoles that exhibit aromatic character along the backbone of the polymer contained within the polyvinyl azole to be bonded. ガス生成組成物を含むガス生成装置を有する乗り物乗員保護システムであって、該ガス生成組成物が、
燃料としてのポリビニルアゾール;および
相安定化された硝酸アンモニウム、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の硝酸塩および過塩素酸塩、並びに塩基性遷移金属の硝酸塩、並びにそれらの混合物からなる群から選択される酸化剤を含み、
該酸化剤は−4.0%から+4.0%の酸素収支を与える量で提供されるガス生成組成物である、
乗り物乗員保護システム。
A vehicle occupant protection system having a gas generator comprising a gas generant composition, the gas generant composition comprising:
Polyvinyl azole as fuel; and an oxidant selected from the group consisting of phase stabilized ammonium nitrate, nitrates and perchlorates of alkali and alkaline earth metals, nitrates of basic transition metals, and mixtures thereof Including
The oxidant is a gas generant composition provided in an amount that provides an oxygen balance of -4.0% to + 4.0%.
Vehicle occupant protection system.
前記の塩基性金属硝酸塩が塩基性硝酸銅であり、前記のアルカリ金属過塩素酸塩が過塩素酸カリウムである、請求項6記載の乗り物乗員保護システム。 The vehicle occupant protection system according to claim 6, wherein the basic metal nitrate is basic copper nitrate and the alkali metal perchlorate is potassium perchlorate. 前記ポリビニルアゾールが、ポリビニルジアゾール類、ポリビニルフラザン類、ポリビニルトリアゾール類、およびポリビニルテトラゾール類を含む群から選択される、請求項1記載のガス生成組成物。 The gas generant composition of claim 1, wherein the polyvinyl azole is selected from the group comprising polyvinyl diazoles, polyvinyl furazanes, polyvinyl triazoles, and polyvinyl tetrazoles. 前記ポリビニルアゾールが、ポリ(5−ビニル)テトラゾール、ポリ(3−ビニル)1,2,5−オキサジアゾール、ポリ(1−ビニル)テトラゾール、ポリ(3−ビニル)1,2,4−トリアゾール、ポリ(5−アミノ−1−ビニル)テトラゾール、ポリ(2−メチル−5−ビニル)テトラゾール、およびポリ(c−ビニルテトラゾール)、およびそれらの混合物を含む群から選択される、請求項1記載のガス生成組成物。 The polyvinyl azole is poly (5-vinyl) tetrazole, poly (3-vinyl) 1,2,5-oxadiazole, poly (1-vinyl) tetrazole, poly (3-vinyl) 1,2,4-triazole. 2. Selected from the group comprising poly (5-amino-1-vinyl) tetrazole, poly (2-methyl-5-vinyl) tetrazole, and poly (c-vinyltetrazole), and mixtures thereof. Gas generating composition.
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