JP2010511594A - Aqueous synthesis of poly (tetrazole) s and articles formed therefrom - Google Patents

Aqueous synthesis of poly (tetrazole) s and articles formed therefrom Download PDF

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コリー ジー ミラー
グレイロン ケー ウイリアム
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Abstract

ポリビニル(テトラゾール)は水性方法によって形成される。
ポリビニル(テトラゾール)を含むガス生成組成物12は、例示的なガス生成装置10内に含まれている。
物品またはガス生成システム200はポリビニル(テトラゾール)をその内部に組込む。
乗り物乗員保護システム180はガス生成システム200を組込む。
水性方法の生成物から形成されたコーティング302を含む物品または基体300も記載される。
Polyvinyl (tetrazole) is formed by an aqueous method.
A gas generant composition 12 comprising polyvinyl (tetrazole) is included in an exemplary gas generator 10.
Article or gas generation system 200 incorporates polyvinyl (tetrazole) therein.
The vehicle occupant protection system 180 incorporates a gas generation system 200.
Also described is an article or substrate 300 that includes a coating 302 formed from the product of an aqueous process.

Description

関連出願との相互参照
この出願は、2005年7月31日に出願された米国仮出願番号60/704,397の利益を要求する。この出願はさらに米国特許出願番号11,143,198の一部継続出願である、同時係属の出願番号11/264,982の一部継続出願である。
This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 704,397, filed July 31, 2005. This application is further a continuation-in-part of co-pending application number 11 / 264,982, which is a continuation-in-part of US Patent Application No.

技術分野
本発明は一般にガス生成システムに関し、またたとえば自動車の拘束システムのためのガス発生装置の中で使用されるガス生成物質組成物に関する。ポリビニル(テトラゾール)類の水性製造方法も提供される。公知の発光ダイオード(LEDs)および液晶ディスプレー(LCDs)の置き換えが企図される他の物品も提供される。
TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to gas generating systems and to gas generant compositions used in gas generators, for example, for automotive restraint systems. An aqueous process for producing polyvinyl (tetrazole) s is also provided. Other articles are also provided where replacement of known light emitting diodes (LEDs) and liquid crystal displays (LCDs) is contemplated.

本発明の背景
本発明は、燃焼に際して自動車の乗員安全拘束装置を膨張させるために使用されるガスを急速に生成する無毒性のガス生成組成物に関する。特には本発明は許容可能な燃焼速度だけではなく、燃焼に際して許容可能なフレーム温度において比較的高いガス体積と固体粒子の比率を示す熱的に安定な非アジドガス生成組成物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a non-toxic gas generant composition that rapidly generates gas used to inflate an automobile occupant safety restraint device upon combustion. In particular, the present invention relates to thermally stable non-azide gas generant compositions that exhibit a relatively high gas volume to solid particle ratio at an acceptable flame temperature during combustion as well as an acceptable combustion rate.

アジドに基づいたガス生成物質から非アジド・ガス生成物質への変遷は、先行技術の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む。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 A catalyst that promotes the conversion of products to innocuous gases, and components such as slag-forming components that agglomerate solid and liquid products formed during and immediately after combustion into filterable clinker particulates . 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。更に、米国自動車基準の最近の改正は、流出ガス中の比較的少量のアンモニアを要求する。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。たとえば硝酸アンモニウムおよび硝酸トリアミノグアニジン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、硝酸アンモニウムを組込む多くのプロペラントは大きなディスクにしなければ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。   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. In addition, recent revisions to US automotive standards require relatively small amounts of ammonia in the effluent gas. Another problem that must be addressed is that US Department of Transportation (DOT) regulations require a “cap test” for gas generants. For example, because of the sensitivity to the explosion of fuels often used with ammonium nitrate and triaminoguanidine nitrate, many propellants that incorporate ammonium nitrate will not pass the cap test without a large disk, which in turn is the flexibility of the inflator design Reduce.

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.

さらなる別の問題は、有機化合物、溶剤、およびポリビニル(テトラゾール)類の製造中で使用された混合物の処分および取り扱いを含む。ポリビニル(テトラゾール)類の製造における有機溶媒の使用に伴う環境への影響は、これらの有機化合物の処分、取り扱いおよび貯蔵に関連する問題を含む。多くの有機化合物の可燃性は、製造工程の相対的な危険を増加させる。その一方で溶剤の性質はU.S.D.O.T.有害性物質規則に従う貯蔵と処分を要求している。   Yet another problem involves disposal and handling of organic compounds, solvents, and mixtures used in the production of polyvinyl (tetrazole) s. The environmental impact associated with the use of organic solvents in the production of polyvinyl (tetrazoles) includes problems associated with the disposal, handling and storage of these organic compounds. The flammability of many organic compounds increases the relative risk of the manufacturing process. On the other hand, the nature of the solvent S. D. O. T.A. Requires storage and disposal in accordance with hazardous material regulations.

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.

別の領域においては、多くの種類の電子工学製品のための多目的な視覚的ディスプレイの必要が増加している。発光ダイオード(「LEDs」)および液晶ディスプレー(「LCDs」)は多くの有用な用途を見出したが、すべての場合において適切であるわけではない。比較的最近に開発され、多くの可能性を示した視覚的ディスプレイは、有機電界発光素子である。電界発光素子は、基本的に、1対の電極の間に置かれた電界発光物質から成る。電位が電極間に加えられる場合、電界発光物質は可視光線を発する。典型的には、1つの電極は透明であり、光が通り抜けて発光することを可能にする。   In another area, the need for versatile visual displays for many types of electronic products is increasing. Light emitting diodes (“LEDs”) and liquid crystal displays (“LCDs”) have found many useful applications, but are not appropriate in all cases. A visual display that has been developed relatively recently and has shown many possibilities is an organic electroluminescent device. An electroluminescent device basically consists of an electroluminescent material placed between a pair of electrodes. When an electric potential is applied between the electrodes, the electroluminescent material emits visible light. Typically, one electrode is transparent, allowing light to pass through and emit light.

今図8を参照する。当該技術分野において公知の有機電界発光素子は、基体403上のアノード401、アノードに隣接する導電性高分子層405、導電性高分子層に隣接する正孔輸送層407、正孔輸送層に隣接する電子輸送層409、および電子輸送層に隣接する、カソード411を含む。電力が加えられると、カソードに対して正にアノードにバイアスがかかり、正孔輸送層と電子輸送層の間の接触面413で発光される。   Reference is now made to FIG. Organic electroluminescent devices known in the art include an anode 401 on a substrate 403, a conductive polymer layer 405 adjacent to the anode, a hole transport layer 407 adjacent to the conductive polymer layer, and adjacent to the hole transport layer. An electron transport layer 409, and a cathode 411 adjacent to the electron transport layer. When power is applied, the anode is biased with respect to the cathode, and light is emitted at the contact surface 413 between the hole transport layer and the electron transport layer.

図9は、当該技術分野において公知の別の典型的な電界発光素子を例示する。たとえば一辺15ミリメートルの正方形のガラス基板501は、透明なアノード503でコーティングされる。一辺約10ミリメートルの正方形の透明な正孔輸送層505はアノードを覆い、電子輸送層507は正孔輸送層を覆い、2つの層の間に接触面509を形成する。カソード511は電子輸送層を覆う。いくつかの装置では、正孔輸送層はわずかに異なる組成の2つの層から成り、1つの層はアノードに隣接する下部領域513を形成し、他の層は電子輸送層に隣接する上部領域515を形成する。アノード、正孔輸送層、電子輸送層およびカソードの厚さは、各々約10−500ナノメートル(100−5000オングストローム)である。   FIG. 9 illustrates another exemplary electroluminescent device known in the art. For example, a square glass substrate 501 with a side of 15 mm is coated with a transparent anode 503. A square transparent hole transport layer 505 with a side of about 10 millimeters covers the anode, and the electron transport layer 507 covers the hole transport layer and forms a contact surface 509 between the two layers. The cathode 511 covers the electron transport layer. In some devices, the hole transport layer consists of two layers of slightly different composition, one layer forming a lower region 513 adjacent to the anode and the other layer being an upper region 515 adjacent to the electron transport layer. Form. The thickness of the anode, hole transport layer, electron transport layer, and cathode are each about 10-500 nanometers (100-5000 Angstroms).

作動時には、電圧源517からの電力はカソードとアノードに対して印加され、カソードに対して正にアノードにバイアスをかける。これは、陽電荷(「正孔」)の領域の、正孔輸送層を通ってのアノードから電子輸送層への移動と、電子の電子輸送層を通ってのカソードから正孔輸送層への移動を引き起こす。正孔と電子は2つの層の間の接触面509で結合して可視光線を発する。光は、矢519によって示されるように、正孔輸送層、アノードおよび基体を通って装置外に伝搬する。   In operation, power from voltage source 517 is applied to the cathode and anode, biasing the anode positively with respect to the cathode. This is due to the movement of positively charged ("hole") regions from the anode through the hole transport layer to the electron transport layer and from the cathode through the electron transport layer to the hole transport layer. Cause movement. Holes and electrons combine at the contact surface 509 between the two layers to emit visible light. Light propagates out of the device through the hole transport layer, anode and substrate, as indicated by arrow 519.

有機発光素子の製造およびその複雑性を単純化することは本発明のさらなる利点になるだろう。   It would be a further advantage of the present invention to simplify the manufacture of organic light emitting devices and their complexity.

本発明の要約
上記の課題は、押し出し可能なポリビニルテトラ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、相安定化された硝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。燃料は、ポリビニルテトラゾール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、アゾール・ペンダントの上に官能基を有するポリマーのテトラゾールがあげられる。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)テトラゾールおよびポリ(1−ビニル)テトラゾールがあげられる。これらおよび他の可能な燃料は、本明細書の図の中にその構造が例示される。そのためガス生成組成物の設計基準に依存するか、またはポリビニルテトラゾールの合成での出発試薬に依存して、ポリビニルテトラゾールはペンダント芳香族特性、またはポリマー骨格鎖内芳香族特性を示すことができる。ある実施態様では、燃料はガス生成組成物の約10−40重量%を構成する。
SUMMARY OF THE INVENTION The above problems are solved by a gas generation system that includes a gas generant composition that includes an extrudable polyvinyltetrazole fuel. Preferred oxidizing agents include non-metallic oxidizing agents such as phase stabilized ammonium nitrate. Other oxidizing agents include alkali metal and alkaline earth metal nitrates. The fuel is selected from the group of polyvinyltetrazoles and mixtures thereof. An exemplary group of fuels includes polymeric tetrazole with functional groups on the azole pendant. Preferred vinyl tetrazoles 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 and poly (1-vinyl) tetrazole. These and other possible fuels are exemplified in their structure in the figures herein. Thus, depending on the design criteria of the gas generant composition, or depending on the starting reagent in the synthesis of the polyvinyl tetrazole, the polyvinyl tetrazole can exhibit pendant aromatic properties, or aromatic properties within the polymer backbone. In certain embodiments, the fuel comprises about 10-40% by weight of the gas generant composition.

酸化剤は、非金属およびアルカリ金属、アルカリ土類金属の硝酸塩、または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方法で安定化された相安定化された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。エアバッグ用ガスの生成組成物として有用である公知の他の酸化剤も企図される。ある実施態様では、酸化剤はガス生成組成物の約60−90重量%を構成する。   The oxidant is preferably selected from the group of non-metal and alkali metal, alkaline earth metal nitrates, or mixtures thereof. Non-metallic nitrates include ammonium nitrate and phase stabilized ammonium nitrate stabilized by known methods. Examples of alkali metal and alkaline earth metal nitrates include potassium nitrate and strontium nitrate. Other known oxidants that are useful as a gas generating composition for airbags are also contemplated. In certain embodiments, the oxidizer comprises about 60-90% by weight of the gas generant composition.

乗り物乗員保護システムおよび典型的にその内部に含まれていたガス生成物質組成物におけるその有用性が公知である他のガス生成成分は、本発明の組成物中において機能的に有効な量で使用されることができる。これらとしては、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ラスティック改良剤があげられるが、これらに限定されるものではない。   Other gas generant components known for their utility in vehicle occupant protection systems and gas generant compositions typically contained therein are used in functionally effective amounts in the compositions of the present invention. Can be done. These include, but are not limited to, coolants, slag formers and ballistic modifiers known in the art.

アジドおよび界面活性剤の存在下で、加圧高温条件下で、プレポリマーと二価のハロゲン化亜鉛とを反応させることにより、ニトリル含有プレポリマーが最初にポリマーに結合された亜鉛テトラゾール有機金属錯体に変換される水性方法が開発された。得られたポリマー中間体は、一旦ろ過され、反応メディアから洗浄され、ついで濃縮酸での処理によって対応するテトラゾール塩に変換されることができる。その後、ポリビニル(テトラゾール)酸は、酸と適当な塩基とを反応させることにより、水溶性の塩に変換されることができる。   A zinc tetrazole organometallic complex in which a nitrile-containing prepolymer is first bound to the polymer by reacting the prepolymer with a divalent zinc halide under pressure and high temperature conditions in the presence of an azide and a surfactant. An aqueous process has been developed that converts to The resulting polymer intermediate can be filtered once, washed from the reaction media, and then converted to the corresponding tetrazole salt by treatment with concentrated acid. The polyvinyl (tetrazole) acid can then be converted to a water-soluble salt by reacting the acid with a suitable base.

本発明は、熱的安定性のような他の設計の要求を保持しつつ、ガス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。水溶性塩のコーティングから形成された物品も提供され、さらに以下に記載される。これらおよび他の利点は詳細な説明により明らかになる。   The present invention includes gas generant compositions that maximize gas combustion products and minimize solid combustion products while retaining other design requirements such as thermal stability. Articles formed from water-soluble salt coatings are also provided and are further described below. These and other advantages will be apparent from the detailed description.

好ましい実施態様
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。本発明では、火工品組成物は、ポリ(テトラゾール)類または押し出し成形可能な燃料、たとえばポリビニルテトラゾール(PVT)類を、ガス生成システム内での使用、たとえば乗り物乗員保護システムにおける高いガス収率の自動車のエアバッグ・プロペラントのために含む。ポリ(テトラゾール)は、1またはそれ以上のテトラゾール環を含む任意の化合物または分子として定義されることができる。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。
Preferred Embodiments The present invention generally relates to a gas generant composition for an inflator of an occupant restraint system. In the present invention, the pyrotechnic composition uses poly (tetrazole) s or extrudable fuels, such as polyvinyltetrazole (PVT) s, for use in gas generation systems, such as high gas yields in vehicle occupant protection systems. Including for automotive airbag propellants. Poly (tetrazole) can be defined as any compound or molecule that contains one or more tetrazole rings. 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(テトラゾール)類またはポリビニルテトラゾール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・ペンダントの上に官能基を有するポリマーのテトラゾールがあげられる。ビニル・テトラゾール類は両方とも自己伝搬性熱分解を示す、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)を含む。他の燃料としてはポリ(2−メチル−5−ビニル)テトラゾールおよびポリ(1−ビニル)テトラゾールがあげられる。反応のために選択されたプレポリマーに依存して、これらおよび他の可能なポリ(テトラゾール)塩類/燃料は、その構造が以下に例示されるが、これらに限定されるものではない。   The fuel is selected from the group of poly (tetrazole) s or polyvinyltetrazoles and mixtures thereof. An exemplary group of fuels includes polymeric tetrazole with functional groups on the azole pendant. Vinyl tetrazoles include 5-amino-1-vinyltetrazole and poly (5-vinyltetrazole), both exhibiting self-propagating pyrolysis. Other fuels include poly (2-methyl-5-vinyl) tetrazole and poly (1-vinyl) tetrazole. Depending on the prepolymer selected for the reaction, these and other possible poly (tetrazole) salts / fuels are exemplified below, but not limited to, their structures.

Figure 2010511594
Figure 2010511594

本発明の燃料に関するさらなる利益が見出された。それはより強力な点火トレイン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。ポリビニルアゾール燃料は、ガス生成組成物の約5−40重量%を構成する。   Additional benefits have been found for the fuel of the present invention. It is to avoid the difficult cold start ignition that requires a stronger ignition train and booster. 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. The polyvinyl azole fuel constitutes about 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、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。本発明の相安定化された硝酸アンモニウムを含む組成物は、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他の多くの公知の組成物とは対照的に、十分な熱的安定性を示す。エアバッグガス生成物としての有用性が知られている他の酸化剤も企図される。しかしながら、一酸化炭素および/または酸化窒素の生成を最小限にするために、本発明の酸化剤が燃焼反応内の全体の酸素収支を提供することは認識されなければならない。本発明において提供される酸素収支は、酸化剤によって提供される時、−4.0%から+4.0%になるだろう。例えば黒色火薬においては、それぞれの黒色火薬の燃焼の際に一酸化炭素を生成し、それにより最も小さい分子量のガスで必要な押出力を提供するように意図的に酸素収支の量が与えられる。ある実施態様では、酸化剤はガス生成組成物の約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 phase stabilized ammonium nitrate stabilized by known techniques. Examples of alkali metal and alkaline earth metal nitrates include potassium nitrate and strontium nitrate. The composition comprising phase stabilized ammonium nitrate of the present invention is sufficient thermal in contrast to many other known compositions comprising unstabilized ammonium nitrate and / or phase stabilized ammonium nitrate. Shows stability. Other oxidants known to be useful as airbag gas products are also contemplated. However, in order to minimize the production of carbon monoxide and / or nitric oxide, it should be recognized that the oxidants of the present invention provide an overall oxygen balance within the combustion reaction. The oxygen balance provided in the present invention will be from -4.0% to + 4.0% when provided by the oxidant. For example, in black explosives, the amount of oxygen balance is deliberately given to produce carbon monoxide during the combustion of each black explosive, thereby providing the required pushing force with the lowest molecular weight gas. In some embodiments, the oxidant comprises about 60-95% by weight of the gas generant composition.

エアバッグガス生成物質組成物におけるその有用性が公知である他のガス生成成分は、本発明の組成物中において機能的に有効な量で使用されることができる。これらとしては、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ラスティック改良剤があげられるが、これらに限定されるものではない。   Other gas generant components known for their usefulness in air bag gas generant compositions can be used in functionally 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ーによって供給され、湿式法によって好ましくは混合される。典型的な公知のサプライヤーとしてはアルドリッチまたはフィッシャーケミカル社があげられる。ポリマー燃料に置換された基に関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に、たとえば100℃よりも若干低い温度であるが、それらが加えられその後に沈殿される時に任意の成分の自己発火を防ぐに十分低い温度に加熱される。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、たとえば硝酸のような酸性溶液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れば、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溶解される。他の望ましい成分も同様に溶解される。その溶液は加熱され連続的に撹拌される。溶剤の加熱停止後、燃料および酸化剤、および他の成分は、均質の固溶体として共沈殿される。一旦溶剤を少なくとも実質的に揮発させた後、より好ましくは完全に蒸発させた後、沈殿が溶剤から回収される。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。より好ましくは、本発明のガス生成組成物はポリビニル(テトラゾール)および相安定化された硝酸アンモニウムを含む。その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る。それにより、固体が燃焼に際して生成される場合に必要とされるガスのろ過を回避できる。本発明の組成物はポリマーの燃料の柔軟な性質のために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 wet methods. Typical known suppliers include Aldrich or Fisher Chemical. The solvent chosen for the group substituted for the polymer fuel is at a temperature sufficient to dissolve the fuel but below the boiling point, for example, slightly below 100 ° C, but they are added and subsequently precipitated. Sometimes it is heated to a temperature low enough to prevent self-ignition of any component. 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 dissolved. Other desirable ingredients are dissolved as well. The solution is heated and continuously stirred. After the solvent is turned off, the fuel and oxidant and other components are co-precipitated as a homogeneous solid solution. Once the solvent is at least substantially volatilized, more preferably after complete evaporation, the precipitate is recovered from the solvent. The composition can then be extruded into pellets or other useful shapes. More preferably, the gas generant composition of the present invention comprises polyvinyl (tetrazole) and phase stabilized ammonium nitrate. Its advantages are high gas yields and low solids production, high energy fuel / binders and inexpensive oxidants. Thereby, it is possible to avoid gas filtration required when solids are produced upon combustion. The compositions of the present invention can be extruded due to the flexible nature of the polymer fuel.

本発明のガス生成物質組成物は、さらにテトラゾール類およびトリアゾール類のアミン塩類から形成された第二の燃料を含むことができる。これらは、出願人により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に記載され例証される。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。第1と第2の燃料の両方または本発明の組成物の燃料成分の合計の重量%は、ガス生成組成物全体の約5〜40重量%である。図3および4の中に示されたデータに示されるように、第二の燃料の使用は圧力上昇とともに増大する燃焼速度を提供する。   The gas generant composition of the present invention can further include a second fuel formed from amine salts of tetrazoles and triazoles. These are described and illustrated in commonly owned US Pat. Nos. 5,872,329, 6,074,502, 6,210,505 and 6,306,232. These patents are referenced and incorporated as part of this specification. The total weight percent of the fuel components of both the first and second fuels or the composition of the present invention is about 5 to 40 weight percent of the total gas generant composition. As shown in the data shown in FIGS. 3 and 4, the use of a second fuel provides a burning rate that increases with increasing pressure.

より詳細にはテトラゾール類およびトリアゾール類の非金属塩類としては、特には以下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アミン塩、アミノ塩およびアミド塩があげられる;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 nonmetallic salts of tetrazoles and triazoles include in particular the amine salts, amino salts and amide salts of tetrazoles and triazoles selected from the group comprising: 5,5′-bis Monoguanidinium salt of -1H-tetrazole (BHT · 1GAD), diguanidinium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT · 2GAD), monoaminoguanidinium of 5,5′-bis-1H-tetrazole Nium salt (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 - monoammonium salt (BHT · 1NH 3) of tetrazole, 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 '-Azobis-1H-tetrazole diguanidinium salt (ABHT · 2GAD).

トリアゾール類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・1NH3)。 Examples of amine salts of triazoles include: mononitroammonium salt of 3-nitro-1,2,4-triazole (NTA · 1NH 3 ), monoguanidinium of 3 -nitro-1,2,4-triazole Salt (NTA · 1GAD), diammonium salt of dinitrobitriazole (DNBTR · 2NH 3 ), diguanidinium salt of dinitrobitriazole (DNBTR · 2GAD), and monoammonium of 3,5-dinitro-1,2,4-triazole Salt (DNTR · 1NH3).

Figure 2010511594
Figure 2010511594

式Iに示されるようなテトラゾールの一般的な非金属塩は、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−位置に置換されたR基を含むアニオン性成分を含む。式IIに示されるようなトリアゾールの一般的な非金属塩は、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−位置と5−位置に置換された2つのR基を含むアニオン性成分を含む。ここでR1はR2と構造的に類似していても、類似していなくてもよい。R成分は水素または任意の窒素含有化合物、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もしくはIIからの、直接置換されるかもしくはアミン、ジアゾもしくはトリアゾ基を介して置換されるテトラゾリルもしくはトリアゾリル基から選択される。化合物Zはそれぞれの式の1−位に置換し、アンモニア、カルボヒドラジド、オキサミックヒドラジド、およびヒドラジンをはじめとするアミン、アミノ、アミド;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、ニトログアニジン;窒素置換されたカルポ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;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、および5−ニトロアミノテトラゾールおよびメラミンを含む群から形成される。   Common non-metal salts of tetrazole as shown in Formula I include a cationic nitrogen-containing component Z and an anionic component comprising an R group substituted at the 5-position of the tetrazole ring and tetrazole ring. Common non-metallic salts of triazoles as shown in Formula II include 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 sex ingredients. Here, R1 may or may not be structurally similar to R2. The R component is hydrogen or any nitrogen-containing compound such as amino, nitro, nitroamino or tetrazolyl or triazolyl, each directly substituted or substituted via an amine, diazo or triazo group from formula I or II, respectively. Selected from the group. Compound Z is substituted at the 1-position of each formula, and amines, aminos, amides including ammonia, carbohydrazide, oxamic hydrazide, and hydrazine; guanidine compounds such as guanidine, aminoguanidine, diaminoguanidine, triamino Guanidine, dicyandiamide, nitroguanidine; nitrogen-substituted carbonyl compounds or amides such as urea, oxamide, bis- (carbonamido) amine, azodicarbonamide, and hydrazodicarbonamide; 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, and 5-nitroaminotetrazole and It is formed from the group comprising Min.

実施例1:
以下に示された反応は、本発明のポリ(テトラゾール)の水性反応および形成を例証する。
Example 1:
The reaction shown below illustrates the aqueous reaction and formation of the poly (tetrazole) of the present invention.

Figure 2010511594
Figure 2010511594

反応に示されるように、高温で加圧下で界面活性剤とアジドの存在下に、二価のハロゲン化亜鉛(塩素、臭素または例えばフッ素)とプレポリマーを反応させることにより、ニトリル含有プレポリマーは最初にポリマーに結合された亜鉛テトラゾール有機金属錯体に変換される。臭化亜鉛、アジ化ナトリウムおよびアンモニウムラウリル硫酸塩が、それぞれハロゲン化亜鉛、アジド塩および界面活性剤として使用される。反応時間は約170℃で約24時間である。その後、ポリマー中間体はろ過され、反応媒体を洗い流すためにすすがれた。その後、洗われたポリマー中間体は、濃縮酸(たとえば塩酸)で処理される。その後、ポリ(テトラゾール)酸は、塩基で処理され、酸を水溶性の塩に変換する。プロセスの工程はすべて、しばしば使用される典型的な有機溶媒とは対照的に水中で行なわれる。ポリ(テトラゾール)に変換されたニトリル・プレポリマーの収量パーセントは、約95%である。   As shown in the reaction, by reacting a prepolymer with a divalent zinc halide (chlorine, bromine or for example fluorine) in the presence of a surfactant and an azide under high pressure and pressure, the nitrile-containing prepolymer is It is first converted to a zinc tetrazole organometallic complex bound to a polymer. Zinc bromide, sodium azide and ammonium lauryl sulfate are used as zinc halide, azide salt and surfactant, respectively. The reaction time is about 170 ° C. for about 24 hours. The polymer intermediate was then filtered and rinsed to wash away the reaction medium. The washed polymer intermediate is then treated with a concentrated acid (eg, hydrochloric acid). The poly (tetrazole) acid is then treated with a base to convert the acid to a water soluble salt. All process steps are carried out in water as opposed to typical organic solvents often used. The percent yield of nitrile prepolymer converted to poly (tetrazole) is about 95%.

実施例2:
ポリ(テトラゾール)は、実施例1中で与えられものと同じ方法および同じモル比、および反応で形成された。高温加圧下で界面活性剤とアジドの存在下に、二価のハロゲン化亜鉛とプレポリマーを反応させることにより、ニトリル含有プレポリマーは最初にポリマーに結合された亜鉛テトラゾール有機金属錯体に変換される。臭化亜鉛、アジ化ナトリウムおよびアンモニウムラウリル硫酸塩が、それぞれハロゲン化亜鉛、アジド塩および界面活性剤として使用される。反応時間は約150℃で約16時間である。その後、ポリマー中間体はろ過され、反応媒体を洗い流すためにすすがれた。その後、洗われたポリマー中間体は、濃縮酸(たとえば塩酸)で処理される。その後、ポリ(テトラゾール)酸は、塩基で処理され、酸を水溶性の塩に変換する。プロセスの工程はすべて、しばしば使用される典型的な有機溶媒とは対照的に水中で行なわれる。ポリ(テトラゾール)に変換されたニトリル・プレポリマーの収量パーセントは、約90−95%である。
Example 2:
Poly (tetrazole) was formed in the same manner and molar ratio and reaction as given in Example 1. By reacting a divalent zinc halide with a prepolymer in the presence of a surfactant and an azide under high pressure and pressure, the nitrile-containing prepolymer is first converted to a zinc tetrazole organometallic complex bound to the polymer. . Zinc bromide, sodium azide and ammonium lauryl sulfate are used as zinc halide, azide salt and surfactant, respectively. The reaction time is about 16 hours at about 150 ° C. The polymer intermediate was then filtered and rinsed to wash away the reaction medium. The washed polymer intermediate is then treated with a concentrated acid (eg, hydrochloric acid). The poly (tetrazole) acid is then treated with a base to convert the acid to a water soluble salt. All process steps are carried out in water as opposed to typical organic solvents often used. The percent yield of nitrile prepolymer converted to poly (tetrazole) is about 90-95%.

実施例3:
ポリ(テトラゾール)は、実施例1中で与えられものと同じ方法および同じモル比、および反応で形成された。高温加圧下で界面活性剤とアジドの存在下に、二価のハロゲン化亜鉛とプレポリマーを反応させることにより、ニトリル含有プレポリマーは最初にポリマーに結合された亜鉛テトラゾール有機金属錯体に変換される。臭化亜鉛、アジ化ナトリウムおよびアンモニウムラウリル硫酸塩が、それぞれハロゲン化亜鉛、アジド塩および界面活性剤として使用される。反応時間は約115℃で約16時間である。その後、ポリマー中間体はろ過され、反応媒体を洗い流すためにすすがれた。その後、洗われたポリマー中間体は、濃縮酸(たとえば塩酸)で処理される。その後、ポリ(テトラゾール)酸は、塩基で処理され、酸を水溶性の塩に変換する。プロセスの工程はすべて、しばしば使用される典型的な有機溶媒とは対照的に水中で行なわれる。ポリ(テトラゾール)に変換されたニトリル・プレポリマーの収量パーセントは、約70%である。
Example 3:
Poly (tetrazole) was formed in the same manner and molar ratio and reaction as given in Example 1. By reacting a divalent zinc halide with a prepolymer in the presence of a surfactant and an azide under high pressure and pressure, the nitrile-containing prepolymer is first converted to a zinc tetrazole organometallic complex bound to the polymer. . Zinc bromide, sodium azide and ammonium lauryl sulfate are used as zinc halide, azide salt and surfactant, respectively. The reaction time is about 115 ° C. for about 16 hours. The polymer intermediate was then filtered and rinsed to wash away the reaction medium. The washed polymer intermediate is then treated with a concentrated acid (eg, hydrochloric acid). The poly (tetrazole) acid is then treated with a base to convert the acid to a water soluble salt. All process steps are carried out in water as opposed to typical organic solvents often used. The percent yield of nitrile prepolymer converted to poly (tetrazole) is about 70%.

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組成物と本発明により作られたガス生成組成物に関し、生成されたガスのタイプと量を比較して示している。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、米国特許番号5,035,757により作られた、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、米国特許番号6,210,505により作られた、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、硝酸ストロンチウムおよびクレイ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、米国特許番号5,872,329により作られた、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、米国特許番号5,872,329により作られた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、米国特許番号5,872,329により作られた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、本発明により作られた代表的な組成物であり、アンモニウムポリビニルテトラゾール、および相安定化された硝酸アンモニウム(10%の硝酸カリウムで共沈殿された硝酸アンモニウム)を含む。
Example 4-9:
Examples 4-9 are shown in the table below and show a comparison of the type and amount of gas produced for several known gas generant compositions and gas generant compositions made in accordance with the present invention. . Example 4 is a representative gas generant composition formed from 5-aminotetrazole and strontium nitrate, made by US Pat. No. 5,035,757, which is referenced and incorporated herein. . Example 5 is a tetrazole amine, such as the diammonium salt of 5,5′-bi-1H-tetrazole, made by US Pat. No. 6,210,505, which is hereby incorporated by reference. A typical gas generant composition formed from salt, strontium nitrate and clay. Example 6 is a tetrazole amine, such as the diammonium salt of 5,5′-bi-1H-tetrazole, made by US Pat. No. 5,872,329, which is incorporated by reference and incorporated herein. A representative gas generant composition formed from salt and phase stabilized ammonium nitrate. Example 7 is a representative gas generation formed from ammonium nitroamine tetrazole made according to US Pat. No. 5,872,329 and phase stabilized ammonium nitrate, which is referenced and incorporated herein. It is a composition. Example 8 is a representative formed from ammonium nitroamine tetrazole made according to US Pat. No. 5,872,329, phase-stabilized ammonium nitrate, and a slag former, referenced and incorporated herein by reference. Gas generating composition. Example 9 is a representative composition made in accordance with the present invention, comprising ammonium polyvinyltetrazole and phase stabilized ammonium nitrate (ammonium nitrate co-precipitated with 10% potassium nitrate).

表1は、各実施例において生成された、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(NO)の生成量(ppm)の相対量およびガス生成物質の量(g)を示す。実施例ではすべて実質的に同じ設計のガス生成装置の中で燃焼された。 Table 1 shows the relative amounts of carbon monoxide (CO), ammonia (NH 3), nitric oxide (NO), and nitrogen dioxide (NO 2 ) produced (ppm) and gas generants produced in each example. The amount (g) of All examples were burned in a gas generator of substantially the same design.

Figure 2010511594
Figure 2010511594

集められたデータは、本発明により形成された実施例9の組成物が35ppmの業界基準より十分に低く、他の実施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。ある公知のガス生成物質組成物では、他の性能基準は好ましいままにしつつ、燃焼に際して生産された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 according to the present invention is well below the industry standard of 35 ppm and gives much less ammonia 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. In some known gas generant compositions, it is often difficult to reduce the total amount of ammonia produced during combustion, while other performance criteria remain favorable.

実施例10−14:
理論的な実施例10−14が以下の表に示され、本発明に従つて形成されたいくつかのガス生成物質組成物に関して、生成された異なる量およびガス種についての比較を提供する。表2の中で言及された相安定化された硝酸アンモニウム(PSAN10)はすべて、PSANの合計の10重量%の硝酸カリウムによって安定された。すべての実施例において、第一の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。ある実施例では、第二の燃料として5,5’−ビス−1H−テトラゾール(BHT.2NH)の非金属ジアンモニウム塩を使用する。すべての実施例は、同様の設計のインフレータ内、または等価なヒート・シンク設計のガス生成装置内で、ガス生成物質成分(プロペラント組成物)を燃焼すること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 table below and provide a comparison for the different amounts and gas species produced for several gas generant compositions formed in accordance with the present invention. All of the phase-stabilized ammonium nitrate (PSAN 10) mentioned in Table 2 was stabilized by 10% by weight potassium nitrate of the total PSAN. In all examples, ammonium poly (C-vinyltetrazole) (APV) is used as the primary fuel. In one embodiment, a non-metallic diammonium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole (BHT.2NH 3 ) is used as the second fuel. All the examples reflect the results obtained by burning the gas generant component (propellant composition) in an inflator of similar design or in an equivalent heat sink design gas generator.

Figure 2010511594
Figure 2010511594

実施例10では、107℃で400時間で0.5%の質量減少のみであり、熱安定性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、特に本明細書に定義されるようなポリビニルテトラゾール、および相安定化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)を組込むものの、予期しない熱的安定性を例証する。公知または当該技術分野において認められた他の相安定化剤も企図されることが強調されるべきである。   Example 10 was found to be only thermally stable with only a 0.5% mass loss at 107 ° C. for 400 hours. Thus, Example 10 incorporates a gas generant composition of the present invention, particularly a polyvinyltetrazole as defined herein, and phase stabilized ammonium nitrate (stabilized with 10% potassium nitrate). Illustrates unexpected thermal stability. It should be emphasized that other phase stabilizers known or recognized in the art are also contemplated.

実施例11〜13は、金属の酸化剤とポリビニルテトラ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が、可燃性、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。実施例は、より多くの金属の酸化剤が使用されると、燃焼に際して生じるガスのモル数が減少することを例証する。   Examples 11-13 illustrate the use of a metal oxidant and polyvinyltetrazole. In some applications, the use of metal oxidants may be desired for optimization of flammability, burn rate index, gas generant burn rate and other design criteria. The examples illustrate that as more metal oxidant is used, the number of moles of gas produced upon combustion decreases.

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に、ガス燃焼生成物のモル数が最大にされることを例証する。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(テトラゾール)を、酸化剤成分として1つの非金属酸化剤を含む。   In contrast, Examples 10 and 14 illustrate that the 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 (tetrazole) as a fuel component and one non-metallic oxidant as an oxidant component.

最後に、実施例14に関して、APVおよびPSAN10に、別の非金属燃料(BHT.2NH)を加えることにより、ガス生成物質燃焼速度が高められ、それによりガス生成組成物の燃焼プロフィルが最適化されることが見い出された。実施例14での燃焼速度は5500psiで毎秒1.2インチと記録される。5,872,329に記載されているようなトリアゾールの非金属アミン塩類および/またはテトラ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ある。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可能性を提供する。図3および4の中で示されたように、上記の第二の燃料の追加は、燃焼圧の上昇と共に増大する燃焼速度を与える。図3は、ポリビニルテトラ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対する燃焼速度を例証する。対照的に、図4は、ポリビニルテトラゾールおよび相安定化された硝酸アンモニウムを含み、本明細書に示される重量%範囲でジ−アンモニウムBHTが追加された図3と類似する組成物の、圧力に対する燃焼速度を例証する。本明細書に記載される第二の燃料の追加は、燃焼速度に関する重要な利点を与えると結論できる。実際的な効果は、性能の再現性および形成されたガス生成物質のバラスティックの特性の向上である。 Finally, with respect to Example 14, the addition of another non-metallic fuel (BHT.2NH 3 ) to APV and PSAN 10 increases the gas generant burn rate, thereby optimizing the combustion profile of the gas generant composition. It was found to be done. The burn rate in Example 14 is recorded at 1.2 inches per second at 5500 psi. The addition of non-metallic amine salts of triazole and / or non-metallic amine salts of tetrazole as described in US Pat. No. 5,872,329 may be 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 the second fuel provides a burning rate that increases with increasing combustion pressure. FIG. 3 illustrates the burn rate versus pressure for a formulation containing only polyvinyltetrazole and phase stabilized ammonium nitrate. In contrast, FIG. 4 shows pressure-combustion of a composition similar to FIG. 3 comprising polyvinyltetrazole and phase-stabilized ammonium nitrate with the addition of di-ammonium BHT in the weight percent range shown herein. Illustrate speed. It can be concluded that the addition of the second fuel described herein provides an important advantage with respect to the burning rate. The practical effect is improved performance reproducibility and improved ballistic properties of the gas generant formed.

実施例15および16:
実施例15および16は、ポリビニルテトラゾールを含むガス生成物質組成物のコールドスタート効果を例証する。示差走査熱量測定法(DSC)によって示されるように、典型的な無煙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利用されなければならない。しばしば、より積極的なブースター組成物を恐らく含むより積極的な点火トレインが、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.2NHを含む組成物に関係する。DSC試験によって示されるように、吸熱は摂氏253.12度で最大限になり、それにより、ガス生成物質1g当たり約508.30ジュールの損失が記録される。それに比較して、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を含む組成物に関係する。予想外にも、DSCによって示されたところによれば吸熱性のプロセスはない。また、従って、燃焼は禁止されない態様で進む。その結果、より少ないエネルギーがガス生成組成物を燃焼するために必要とされ、それにより点火トレインまたは点火およびブースター要件を減じる。
Examples 15 and 16:
Examples 15 and 16 illustrate the cold start effect of a gas generant composition comprising polyvinyltetrazole. As shown by differential scanning calorimetry (DSC), typical smokeless or non-metallic compositions may show a tendency to endotherm prior to combustion with exotherm. As a result, a relatively larger amount of energy must be utilized to ignite the gas generant and maintain its combustion. Often, a more aggressive ignition train, possibly including a more aggressive 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 a 2NH 3. As shown by the DSC test, the endotherm is maximized at 253.12 degrees Celsius, which records a loss of about 508.30 joules per gram of gas generant. In comparison, Example 16 relates to a composition comprising about 15% poly (C-vinyltetrazole) and about 85% PSAN10. Unexpectedly, there is no endothermic process as demonstrated by DSC. Accordingly, combustion proceeds in a manner that is not prohibited. As a result, less energy is required to burn the gas generant composition, thereby reducing ignition train or ignition and booster requirements.

実施例17:
本発明の別の利点は図5および6の中に例証される。図5は最先端技術のガス生成装置内において、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ージング前の燃焼を例証する。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、エージング後の燃焼を例証する。図5および6の中で示されたカーブは、60リットルのバラスティックタンク内の標準ドライバー側インフレータの、「高温」または+85℃、「周囲温度」または23℃、および「低温」または−40℃での展開に関する。示されるように、3つの様々な温度で展開した時、エージング前とエージング後の操作の間で、わずかな燃焼プロフィルの相違しかない。「促進エージング」のためのUSCAR仕様は107℃400時間であることは認識されるだろう。典型的には多くの世界中の自動車メーカーが同様の促進エー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 state of the art 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 are “high temperature” or + 85 ° C., “ambient temperature” or 23 ° C., and “low temperature” or −40 ° C. for a standard driver-side inflator in a 60 liter ballistic tank. Related to deployment in Japan. As shown, there is only a slight combustion profile difference between pre-aging and post-aging operations when deployed at three different temperatures. It will be appreciated that the USCAR specification for “accelerated aging” is 107 ° C. 400 hours. Many automakers around the world typically require similar accelerated aging standards.

実施例18−21:
実施例18−21は本発明では、シアノ基またはニトリル基を含むプレポリマーの選択が、どのようにして最終生成物の決定因子になるかをさらに示す。従って、ニトリル基を含むプレポリマーの適切な選択が最終生成物として所望のポリ(テトラゾール)を生成するであろうことが理解できる。
Example 18-21:
Examples 18-21 further illustrate how the selection of a prepolymer containing cyano or nitrile groups is a determinant of the final product in the present invention. Thus, it can be seen that a proper choice of prepolymer containing nitrile groups will produce the desired poly (tetrazole) as the final product.

実施例18:

Figure 2010511594
Example 18:
Figure 2010511594

実施例19:

Figure 2010511594
Example 19:
Figure 2010511594

実施例20:

Figure 2010511594
Example 20:
Figure 2010511594

実施例21:

Figure 2010511594
Example 21:
Figure 2010511594

本発明の異なる態様では、本発明に記載されたように形成されたポリビニルテトラゾール塩類が、発光特性を有する塩類を与えることが予想外に発見された。有機溶媒を利用して形成された同様の塩類と異なり、本発明の塩類は、従来示されない発光特性を提供する。本発明の水性方法によって形成されたポリビニルテトラゾール塩類は、得られる塩類に、発光品質を与えることが認識されるだろう。従って、塩類の特徴は有機溶媒で生成された塩類と識別されることができる。   In different aspects of the present invention, it has been unexpectedly discovered that polyvinyltetrazole salts formed as described in the present invention provide salts with luminescent properties. Unlike similar salts formed using organic solvents, the salts of the present invention provide luminescent properties not previously shown. It will be appreciated that the polyvinyltetrazole salts formed by the aqueous method of the present invention impart luminescent quality to the resulting salts. Thus, the characteristics of salts can be distinguished from salts formed with organic solvents.

従って、本発明の製造法から得られる塩類から形成された物品は、発光品質が望まれるガラス、ポリマー、またはる他の基体を包含する。塩類の堆積は、たとえば水性溶液中に懸濁された塩類を、ガラス基板上のインジウム−酸化錫(ITO)アノード被覆上にスピンキャスティングすることによって提供されることができる。参照され本明細書の一部として組み込まれる米国特許5,719,467は、ITOアノード上へのポリアニリンのスピンキャスト堆積と、それによる有機発光装置の生産を記載する。ポリアニリンを本発明の塩類で置き換えて、有機の発光デバイスを提供するための代替的方法を提供することが企図される。本発明のポリビニルの塩類の使用は、発光品質が望まれる場合に必要な、アノード、導電性高分子、正孔輸送、電子輸送およびカソード層のような追加の層を取り除く。他の用途も企図される。公知のスピンコーティング技術(以下に記載される)、および公知の堆積プロセスにより形成された有機電界発光物品の模式図は、図8および9に示される。対照的に、本発明の塩類だけを含む基体は図7に示され、これには発光品質が提供される。例えば、有機電界発光技術を利用する場合に要求される層の除去により、製造工程が単純化されるという利点は明白である。更に、たとえば図9の中で示されるように、他の先行技術構造において公知の、発光品質を維持するために利用可能な電源が何ら必要とされない。   Accordingly, articles formed from the salts obtained from the manufacturing method of the present invention include glasses, polymers, or other substrates where luminescent quality is desired. Salt deposition can be provided, for example, by spin casting salts suspended in an aqueous solution onto an indium-tin oxide (ITO) anode coating on a glass substrate. US Pat. No. 5,719,467, referenced and incorporated as part of this specification, describes the spincast deposition of polyaniline on an ITO anode and thereby the production of an organic light emitting device. It is contemplated to replace polyaniline with the salts of the present invention to provide an alternative method for providing organic light emitting devices. The use of the polyvinyl salts of the present invention removes additional layers such as the anode, conducting polymer, hole transport, electron transport and cathode layers that are required when luminescent quality is desired. Other uses are also contemplated. A schematic diagram of an organic electroluminescent article formed by a known spin coating technique (described below) and a known deposition process is shown in FIGS. In contrast, a substrate containing only the salts of the present invention is shown in FIG. 7, which provides luminescent quality. For example, the advantages of simplifying the manufacturing process due to the removal of the layers required when using organic electroluminescence technology are obvious. In addition, no power source is available that is known to be used in other prior art structures to maintain emission quality, as shown, for example, in FIG.

スピンコーティング技術および設備は米国特許番号4,519,971、4,517,140、3,695,911、4,637,791、4,659,522および4,637,791に例証され公知である。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。   Spin coating techniques and equipment are illustrated and known in U.S. Pat. Nos. 4,519,971, 4,517,140, 3,695,911, 4,637,791, 4,659,522 and 4,637,791. . These patents are referenced and incorporated as part of this specification.

図7の中で示されるように、本発明により形成されたコーティング300はガラスのような基体302上に堆積される。製造方法の工程4で提供される溶液、または水性溶液中に懸濁された塩は、ガラス基板上にスピンキャストされ本質的に空気乾燥される。例えば選ばれた塩基に起因するカチオンの塩の種類は、塩の発光または蛍光品質の決定的な要因になるだろう。得られる塩のルミネセンスの強度を決定するために、様々な反応条件または反応物を変更できることが認識されるだろう。顕微鏡スライド、接眼レンズまたは他のガラス製品が例証されるが、発光塩類の用途の範囲を何ら制限するものではない。基体302プラットフォームを照らすために典型的に利用される他の層が発光品質に必要ではないことが理解されるだろうが、それらは所望であれば提供されることができる。   As shown in FIG. 7, a coating 300 formed in accordance with the present invention is deposited on a substrate 302 such as glass. The solution provided in step 4 of the manufacturing method, or the salt suspended in the aqueous solution, is spin cast onto a glass substrate and essentially air dried. For example, the type of cation salt resulting from the chosen base will be a critical factor in the luminescence or fluorescence quality of the salt. It will be appreciated that various reaction conditions or reactants can be varied to determine the luminescence intensity of the resulting salt. Microscope slides, eyepieces or other glassware are illustrated but do not limit the scope of use of luminescent salts in any way. It will be appreciated that other layers typically utilized to illuminate the substrate 302 platform are not required for emission quality, but they can be provided if desired.

本発明の異なる態様では、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の中で模式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さらにシート・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む。本発明のガス生成組成物は、より広汎な乗り物乗員保護システムまたはガス生成システムの両方の内のサブアセンブリー中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 different aspects of the invention, the compositions of the invention can be used in gas generation systems. For example, as schematically shown in FIG. 2, a vehicle occupant protection system made in a known manner is a collision that is electrically connected to an airbag inflator and further a seat belt assembly in the steering wheel. Includes sensors. The gas generant composition of the present invention can be used in subassemblies within both a more extensive vehicle occupant protection system or gas generator system. More particularly, each gas generating device used in an automobile gas generating system can include a gas generating composition as described herein.

組成物は当該技術分野技術において公知の方法を使用して乾式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均一の混合物を形成するために混合される。その後混合物はペレット化されるか、または当該技術分野において公知の安全な方法で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KNO3)、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。好ましいガス生成組成物は、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。さらに好ましいガス生成組成物は約8重量%のアンモニウムポリ(c−ビニルテトラゾール)、約11重量%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重量%の相安定化された硝酸アンモニウムを含む。   The composition can be dry or wet mixed using methods known in the art. 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 by safe methods known in the art. A preferred gas generant composition comprises 60-95 wt% phase stabilized ammonium nitrate (10-15% KNO3) and 5-40 wt% non-metallic poly (c-vinyltetrazole). A preferred gas generant composition comprises 85 wt% phase stabilized ammonium nitrate and 15 wt% ammonium poly (c-vinyltetrazole). A more preferred gas generant composition is about 8 wt% ammonium poly (c-vinyltetrazole), about 11 wt% diammonium salt of 5,5′-bis-1H-tetrazole, and about 81 wt% phase stabilization. Containing ammonium nitrate.

ここに与えられたパーセントはすべて、ガス生成組成物の合計重量に基づいた重量パーセントであることが留意されるべきである。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。   It should be noted that all percentages given here are weight percentages based on the total weight of the gas generant composition. The chemicals described herein can be supplied by companies such as Aldrich Chemical Company and Polyscience Company.

図1の中で示されるように、例示的なインフレータは、付随するエアバッグの展開の力を調整するためにダブルチャンバ設計を組込む。一般に、主なガス生成組成物12および自己発火/ブースター組成物14を含み、本明細書に記載されるように形成されるインフレータは当該技術分野において公知の方法により製造されることができる。米国特許番号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、これらの特許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, an exemplary inflator incorporates a double chamber design to adjust the accompanying airbag deployment force. In general, an inflator comprising a main gas generant composition 12 and an autoignition / booster composition 14 and formed as described herein can be manufactured by methods known in the art. US Pat. Nos. 6,422,601, 6,805,377, 6,659,500, 6,749,219 and 6,752,421 illustrate typical airbag inflator designs, and these patents are Referenced and incorporated herein by reference.

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を含む。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と自己発火組成物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 composition 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.

製造方法
実施例1−3に例証され、さらに実施例18−21に例証されるように、本発明の燃料は、以下に説明されるようなポリビニルテトラゾールを合成する水性方法によって形成されることができる。水性プロセスは次の工程を含む。第1に、ペンダント・ニトリルまたはシアノ基を含むプレポリマーが提供される。合成において、シアノまたはニトリル官能性の範囲内にある任意のプレポリマーを使用することができる。その例としては、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ことができるポリ(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)、セルローズシアノエチルエーテルおよびポリ(メタクリロニトリル)があげられる。ニトリル官能性を有するあるコポリマー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。これらのコポリマーとしては、ポリ(ブタジエン/アクリロニトリル)類およびポリ(スチレン/アクリロニトリル)類、並びに任意のニトリル含有ポリマーまたはオリゴマーのその他のポリマーブレンドがあげられる。これらのポリマーおよびコポリマーは、たとえばポリサイエンス社(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が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であることはできず、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・ニトリル含有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特性を示すことができる。
Method of Manufacture As illustrated in Examples 1-3 and further illustrated in Examples 18-21, the fuel of the present invention can be formed by an aqueous method of synthesizing polyvinyltetrazole as described below. it can. The aqueous process includes the following steps. First, prepolymers containing pendant nitrile or cyano groups are provided. Any prepolymer within the cyano or nitrile functionality can be used in the synthesis. Examples include poly (cyanoacrylates), poly (haloacrylonitriles) where the halogen can be fluorine, chlorine, bromine or iodine, poly (crotononitrile), poly (triallyl cyanurate), cellulose cyanoethyl ether and poly (Methacrylonitrile). Certain copolymers or block copolymers having nitrile functionality are also contemplated for use as prepolymers. These copolymers include poly (butadiene / acrylonitrile) s and poly (styrene / acrylonitrile) s, and other polymer blends of any nitrile-containing polymer or oligomer. These polymers and copolymers can be purchased from known manufacturers such as, for example, 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. In addition, the materials can be classified as pendant nitrile-containing prepolymers. The prepolymer can exhibit aromatic properties.

その後、プレポリマーは、高温加圧下で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)と反応され、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。ポリマー中間体錯体は、次いでろ過され、反応媒体から洗い出され、濃縮酸により処理され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の中で行なわれる。 The prepolymer is then reacted with divalent zinc halide (ZnX 2 ) in the presence of an azide such as sodium azide, water and a surfactant under high temperature pressure to form a zinc tetrazole organometallic bonded to the polymer. Form a complex. The polymer intermediate complex is then filtered, washed out of the reaction medium, treated with concentrated acid and converted 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 carried out in water.

アジドは例えばアジ化ナトリウムのような任意の金属のアジドでありえる。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アンモニウムラウリル硫酸塩である。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)があげられる。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ることができる。濃縮酸は、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ることができる。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も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1つまたは複数の塩基は、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した塩を形成するのに適当なpKbを有する任意の適当なアミンを含む群基から選ばれることができる。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。   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 or bases used can be selected from the group comprising ammonium hydroxide, hydroxylamine, hydrazine and any suitable amine having a suitable pKb 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することができる:1.0モル当量のポリアクリロニトリル(例示的なプレポリマー、ポリサイエンス社)を、0.5モル当量の臭化亜鉛二水和物(アルドリッチ)、1.1モル当量のアジ化ナトリウム(アルドリッチ)、および28重量%の水溶液としてのアンモニウムラウリル硫酸塩(ローディア)の0.0025モル当量と反応させた。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し、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、比率は変わることができる。界面活性剤の量も、0.1当量以下から0.000001当量以上まで変化することができる。水の量は、5.0モル溶液から0.1モル溶液まで変化することができる。試薬は圧力反応器中で混合され、圧力反応器への試薬の追加の順序は変えることができる。試薬がすべて追加されると、圧力反応器は密封される。内容物は撹拌され、170℃に加熱され、80−100psiの間の圧力に到達する。その後、混合物は約24−48時間(好ましくは24時間)の間反応され、次に室温に冷却する。その後、乳状の内容物は好ましくはブーフナー漏斗でろ過され、等体積の水で洗浄される。   The process conditions can be described as follows: 1.0 molar equivalent of polyacrylonitrile (an exemplary prepolymer, Polysciences), 0.5 molar equivalent of zinc bromide dihydrate (Aldrich) , 1.1 molar equivalents of sodium azide (Aldrich), and 0.0025 molar equivalents of ammonium lauryl sulfate (Rhodia) 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 used 47.7 grams of prepolymer, 64.29 grams of azide, 117.41 grams of zinc, and 2.25 ml of surfactant and all ingredients were mixed in 900 ml of water. . The ratio can vary as long as an excess of azide is present and at least 0.5 equivalents of zinc are present. The amount of surfactant can also vary from 0.1 equivalents or less to 0.000001 equivalents or more. The amount of water can vary from a 5.0 molar solution to a 0.1 molar solution. Reagents are mixed in a pressure reactor and the order of addition of reagents to the pressure reactor can be varied. When all the reagents are added, the pressure reactor is sealed. The contents are stirred and heated to 170 ° C. to reach a pressure of between 80-100 psi. The mixture is then reacted 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、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、1−3の範囲のpHにサスペンジョンが調整され、混合物は約20分間、連続して撹拌される。その後サスペンションは、ナイロンスクリーンを使用してブーフナー漏斗で再びろ過され、等量の水で洗浄される。これはブーフナー漏斗の中にゴム状の湿った物質を残す。これを取り出し、標準的なはさみを使用して小さい片に切断する。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ながら過剰の水酸化アンモニウム(アルドリッチ)が加えられる。水酸化アンモニウムは少なくとも1モル当量、および所望であればそれ以上が使用される。   The contents are then dispersed in about 1.0 to 10.0 liters, preferably 3.0 liters of cold water (range 0-24 ° C.) and stirred rapidly. Sufficient acid is added to adjust the suspension to a pH in the range of 1-3 and the mixture is continuously stirred for about 20 minutes. The suspension is then filtered again with a Buchner funnel using a nylon screen and washed with an equal volume of water. This leaves a rubbery, moist substance in the Buchner 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. Ammonium hydroxide is used in at least 1 molar equivalent, and more if desired.

そのサスペンションはゆっくり溶解される。ただしプロセスを促進するために加熱することができる。温度は約25−100℃の範囲であることができる。混合物は溶解され、非常に粘ちゅうとなり、撹拌は止められる。その後溶液は平らな金属のシート上に注がれ、空気乾燥され、過剰のアンモニアをすべて除去する。その後、物質はオーブン中でさらに薄膜へ乾燥され、次にボールミルにより粉末にされる。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。また、他の引き続く工程は物質を単に乾燥し処理するものである。   The suspension is slowly dissolved. However, it can be heated to accelerate the process. The temperature can range from about 25-100 ° C. The mixture is dissolved and becomes very viscous and stirring is stopped. The solution is then poured onto a flat metal sheet and air dried to remove any excess ammonia. The material is then further dried into a thin film in an oven and then powdered by a ball mill. In essence, after the addition of ammonium hydroxide, the product is completely reacted. Also, the other subsequent steps are simply drying and processing the material.

一般に、詳細に上記で説明されたように、ポリ(テトラゾール)を形成する方法は次の工程を含む:
1. 反応容器を提供する工程;
2. 水、少なくとも1つのアジド塩、少なくとも1つの界面活性剤、少なくとも1つの二価のハロゲン化亜鉛およびシアノ基またはニトリル官能基を含む少なくとも1つのポリマーを反応容器へ加える工程、ここで水、アジド塩、界面活性剤、二価のハロゲン化亜鉛およびポリマーを反応容器に加える順番は変えることができる;
3.反応容器の内容物を液体混合物へ混合し、混合物を反応させる工程;
4.反応容器の内容物を洗浄ろ過し、ろ液/水混合物を調製する工程;
5. ろ液/水混合物を約1−3のpHへ酸性化し、これを撹拌して溶液中の固体を形成する工程;
6. 酸性化されたろ液/水混合物をろ過して、酸性化されたろ液/水混合物から固体を分離する工程;
7. 水中に固体を懸濁し、撹拌しながら、サスペンションに水酸化アンモニウムのような塩基の過剰量を加える工程;
8. 塩基/水混合物中に固体を溶解してスラリーを形成する工程;および
9. コンテナーへスラリーを注ぎ、スラリーを乾燥して最終の固体を形成する工程。
In general, as explained in detail above, the method of forming poly (tetrazole) includes the following steps:
1. Providing a reaction vessel;
2. Adding water, at least one azide salt, at least one surfactant, at least one divalent zinc halide and at least one polymer containing cyano or nitrile functional groups to the reaction vessel, wherein water, azide salt The order in which the surfactant, divalent zinc halide and polymer are added to the reaction vessel can be varied;
3. Mixing the contents of the reaction vessel into a liquid mixture and reacting the mixture;
4). Washing and filtering the contents of the reaction vessel to prepare a filtrate / water mixture;
5). Acidifying the filtrate / water mixture to a pH of about 1-3 and stirring it to form a solid in solution;
6). Filtering the acidified filtrate / water mixture to separate the solid from the acidified filtrate / water mixture;
7). Suspending a solid in water and adding an excess of a base such as ammonium hydroxide to the suspension while stirring;
8). 8. dissolving the solid in the base / water mixture to form a slurry; and The process of pouring the slurry into a container and drying the slurry to form the final solid.

水性システムの使用によって、高価で、有毒の可能性がありおよび/または可燃性の有機溶媒の必要は省かれる。そのため、安全性が高められる一方、同時に全コストは劇的に減じられる。中間体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、次に容易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, potentially toxic and / or flammable organic solvents. This increases safety while at the same time reducing the overall cost dramatically. The intermediate zinc complex is easily filtered from the reaction media, easily converted to the corresponding acid, and then easily further converted to a water-soluble polyelectrolyte salt.

本発明の記述は例示目的だけのためにあり、どのような方法でも本発明の範囲を制限するためには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で画定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に開示された実施態様に様々な改良を行うことができることを認識するだろう。   The description of the present invention is for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the scope of the invention in any way. Accordingly, one of ordinary skill in the art appreciates that various modifications can be made to the embodiments disclosed 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の一般的な構造を示す横断面図である;FIG. 1 is a cross-sectional view showing the general structure of the inflator of the present invention; 図2は、本発明のガス生成組成物を含む例示的な乗り物乗員拘束システムの概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary vehicle occupant restraint system that includes the gas generant composition of the present invention. 図3は、ガス生成物質組成物の燃焼圧力に対する、それぞれの燃焼速度のグラフ表示である。FIG. 3 is a graphical representation of each burning rate versus the burning pressure of the gas generant composition. 図4は、ガス生成物質組成物の燃焼圧力に対する、それぞれの燃焼速度のグラフ表示である。FIG. 4 is a graphical representation of the respective combustion rates versus the combustion pressure of the gas generant composition. 図5は、107℃で400時間エージングする前後の、同一のガス生成物質の燃焼プロフィルを示すグラフ表示である。FIG. 5 is a graphical representation showing the combustion profile of the same gas generant before and after aging at 107 ° C. for 400 hours. 図6は、107℃で400時間エージングする前後の、同一のガス生成物質の燃焼プロフィルを示すグラフ表示である。FIG. 6 is a graphical representation showing the combustion profile of the same gas generant before and after aging at 107 ° C. for 400 hours. 図7は、本発明の水性方法に従って形成されたポリビニル塩の層を含む物品の模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of an article comprising a layer of polyvinyl salt formed according to the aqueous method of the present invention. 図8は従来技術のLEDおよびLCD物品を表わす。FIG. 8 represents a prior art LED and LCD article. 図9は従来技術のLEDおよびLCD物品を表わす。FIG. 9 represents a prior art LED and LCD article.

Claims (10)

以下の工程を含むポリビニル(テトラゾール)塩を形成する方法:
反応容器を提供する工程;
反応容器に水を加える工程;
反応容器に少なくとも1つのアジド塩を加える工程;
反応容器に少なくとも1つの界面活性剤を加える工程;
反応容器に少なくとも1つの二価のハロゲン化亜鉛を加える工程;
シアノまたはニトリル官能基を含む少なくとも1つのポリマーを反応容器に加える工程、ここで反応物容器に水、アジド塩、界面活性剤およびポリマーを加える順番は変えることができる;
反応容器の内容物を混合し、液体混合物にする工程;
反応容器の内容物を加熱し、反応容器の内容物を反応させる工程;
反応容器の内容物を冷却する工程;
反応容器の内容物をろ過し、ろ液を生成する工程;
水でろ液を洗浄し、ろ液/水混合物を生成する工程;
約1.0−10リットルの冷水中にろ液/水混合物を分散させ、これを撹拌する工程;
分散されたろ液/水混合物を酸性化して約1−3のpHにして、これを撹拌する工程;
酸性化されたろ液/水混合物をろ過し、酸性化されたろ液/水混合物から固体を分離する工程;
固体を洗浄する工程;
固体を水中に懸濁し、撹拌しながらサスペンジョンに過剰の水酸化アンモニウムを加える工程;
水酸化アンモニウム混合物に固体を溶解してスラリーを形成する工程;および
コンテナー内へスラリーを注ぎ、スラリーを乾燥し、最終の固体を形成する工程。
A method of forming a polyvinyl (tetrazole) salt comprising the following steps:
Providing a reaction vessel;
Adding water to the reaction vessel;
Adding at least one azide salt to the reaction vessel;
Adding at least one surfactant to the reaction vessel;
Adding at least one divalent zinc halide to the reaction vessel;
Adding at least one polymer containing cyano or nitrile functionality to the reaction vessel, wherein the order of adding water, azide salt, surfactant and polymer to the reaction vessel can be varied;
Mixing the contents of the reaction vessel into a liquid mixture;
Heating the contents of the reaction vessel and reacting the contents of the reaction vessel;
Cooling the contents of the reaction vessel;
Filtering the contents of the reaction vessel to produce a filtrate;
Washing the filtrate with water to produce a filtrate / water mixture;
Dispersing the filtrate / water mixture in about 1.0-10 liters of cold water and stirring it;
Acidifying the dispersed filtrate / water mixture to a pH of about 1-3 and stirring it;
Filtering the acidified filtrate / water mixture and separating the solid from the acidified filtrate / water mixture;
Washing the solid;
Suspending the solid in water and adding excess ammonium hydroxide to the suspension with stirring;
Dissolving a solid in an ammonium hydroxide mixture to form a slurry; and pouring the slurry into a container and drying the slurry to form a final solid.
請求項1記載の方法の生成物を含む物品。 An article comprising the product of the method of claim 1. 反応容器を提供する工程;
反応容器に水、少なくとも1つのアジド塩、少なくとも1つの界面活性剤、少なくとも1つの二価のハロゲン化亜鉛、シアノまたはニトリル官能基を含む少なくとも1つのポリマーを反応容器に加える工程、ここで反応物容器に水、アジド塩、界面活性剤およびポリマーを加える順番は変えることができる;
反応容器の内容物を混合し、液体混合物にする工程;
反応容器の内容物を洗浄ろ過し、ろ液/水混合物を生成する工程;
ろ液/水混合物を酸性化して約1−3のpHにして、これを撹拌し、溶液中の固体を生成する工程;
固体を水中に懸濁し、撹拌しながらサスペンジョンに過剰の塩基を加える工程;
塩基/水混合物に固体を溶解してスラリーを形成する工程;および
コンテナー内へスラリーを注ぎ、スラリーを乾燥し、最終の固体を形成する工程;
を含むポリ(テトラゾール)の製造方法から形成された発光組成物。
Providing a reaction vessel;
Adding water, at least one azide salt, at least one surfactant, at least one divalent zinc halide, at least one polymer containing cyano or nitrile functionality to the reaction vessel, wherein the reactants The order of adding water, azide salt, surfactant and polymer to the container can be varied;
Mixing the contents of the reaction vessel into a liquid mixture;
Washing and filtering the contents of the reaction vessel to produce a filtrate / water mixture;
Acidifying the filtrate / water mixture to a pH of about 1-3, stirring it to produce a solid in solution;
Suspending the solid in water and adding excess base to the suspension with stirring;
Dissolving a solid in a base / water mixture to form a slurry; and pouring the slurry into a container and drying the slurry to form a final solid;
A luminescent composition formed from a process for producing poly (tetrazole) comprising:
請求項3記載の発光組成物を含む物品。 An article comprising the luminescent composition according to claim 3. 請求項3記載の方法の生成物をむガス生成装置。 A gas generator comprising the product of the method of claim 3. 請求項1記載の方法の生成物から形成されたコーティングを含む基体。 A substrate comprising a coating formed from the product of the method of claim 1. 請求項3記載の発光組成物から形成されたコーティングを含む基体。 A substrate comprising a coating formed from the luminescent composition of claim 3. 反応容器を提供する工程;
反応容器に水、少なくとも1つのアジド塩、少なくとも1つの界面活性剤、少なくとも1つの二価のハロゲン化亜鉛、シアノまたはニトリル官能基を含む少なくとも1つのポリマーを反応容器に加える工程、ここで反応物容器に水、アジド塩、界面活性剤およびポリマーを加える順番は変えることができる;
反応容器の内容物を混合し、液体混合物にする工程;
反応容器の内容物を洗浄ろ過し、ろ液/水混合物を生成する工程;
ろ液/水混合物を酸性化して約1−3のpHにして、これを撹拌する工程;
酸性化されたろ液/水混合物をろ過し、酸性化されたろ液/水混合物から固体を分離する工程;
固体を水中に懸濁し、撹拌しながらサスペンジョンに過剰の塩基を加える工程;
塩基/水混合物に固体を溶解してスラリーを形成する工程;および
コンテナー内へスラリーを注ぎ、スラリーを乾燥し、最終の固体を形成する工程;
を含む、5位置で置換されたビニル化テトラゾールの製造方法。
Providing a reaction vessel;
Adding water, at least one azide salt, at least one surfactant, at least one divalent zinc halide, at least one polymer containing cyano or nitrile functionality to the reaction vessel, wherein the reactants The order of adding water, azide salt, surfactant and polymer to the container can be varied;
Mixing the contents of the reaction vessel into a liquid mixture;
Washing and filtering the contents of the reaction vessel to produce a filtrate / water mixture;
Acidifying the filtrate / water mixture to a pH of about 1-3 and stirring it;
Filtering the acidified filtrate / water mixture and separating the solid from the acidified filtrate / water mixture;
Suspending the solid in water and adding excess base to the suspension with stirring;
Dissolving a solid in a base / water mixture to form a slurry; and pouring the slurry into a container and drying the slurry to form a final solid;
A process for producing a vinylated tetrazole substituted at the 5-position.
請求項8記載の方法から形成された生成物を含んでいる物品。 An article comprising a product formed from the method of claim 8. 請求項8記載の方法の生成物から形成されたコーティングを含む基体。 A substrate comprising a coating formed from the product of the method of claim 8.
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