KR0161532B1 - 자동차 에어백용 가스발생 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이산화규소와 알루미나와 규산 알루미늄 중의 한가지와 아지드화 나트륨 및 황산 알루미늄, 바람직하게는 윤활제 및/또는 결합제를 함유하는 자동차 에어백용 가스발생 조성물에 관한 것이다. 이 조성물은 가스발생에 있어서 적당한 가스발생 속도와 가스발생시 발생하는 열과 유해물질의 양을 최소화하는 장점이 있다.

Description

자동차 에어백용 가스발생 조성물

본 발명은 자동차 에어백(air bag)용 가스 발생 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 충돌시에 운전자의 승객을 보호하기 위하여 자동차에 부착된 에어백을 팽창시키는 가스를 발생하는 조성물에 관한 것이다.

에어백은 알려진 바대로, 차내에 설치되어 충돌사고시에 팽창함으로써 운전자와 승객을 보호할 수 있도록 고안되어 있다. 이들 에어백은 자동차와 자동차, 또는 자동차와 기타 물체와의 충돌시에 그 충격을 적당한 전기적 또는 기계적 센서로 감지하여 점화, 제2점화 및/또는 기타 수단을 구비한 점화기를 작동시켜 가스발생 조성물을 연소시킴으로써 신속하게 다량의 가스를 발생시키도록 한 메카니즘으로 되어 있는 것이 보편적인데, 이 가스가 에어백을 에어쿠션 형태로 만들어 운전자와 승객의 몸을 충돌시의 충격으로부터 보호하는 것이다.

분명히 가스발생 조성물에는 다음과 같은 사항이 요구된다.

(a) 충돌시 상기 메카니즘이 순간적으로 작동을 하여야 하므로 30∼60 밀리초(millisecond) 이내에 가스발생이 완료되어야 한다.

(b) 발생된 가스는 운전자와 승객의 몸을 보호하기 위해 에어백을 팽창시켜 에어 쿠션을 형성하는데, 사용된 후에는 차량내로 방출되므로 무해하고 비부식성 이어야 한다.

(c) 조성물은 많은 열을 발생하여 에어백을 손상시키거나 운전자와 승객에게 화상을 입혀서는 안된다.

종래의 에어백용 가스발생 조성물은, 예로써 미국특허 제 3,947,300호, 제 3,920,575호 및 제 3,983,373호에 개시(開示) 되어 있는 바와 같이, 주로 알칼리 금속의 아지드화물, 산화제 또는 금속산화물 및 상기 조성물의 반응에서 생성된 부산물인 알칼리금속 또는 그 산화물과 반응하여 흡수하는 물질로 구성되었다. 이러한 가스발생 조성물은 질소가스발생 반응의 촉진제로서 산화제나 금속산화물을 사용하기 때문에 칼로리량이 높다. 따라서, 알칼리금속이나 그 그 산화물과 이들을 포착한 물질은 냉각, 고화되기에는 시간이 소요되며 필터로 여과가 안되는 경향이 있어, 그 결과 유해한 알칼리성 물질이 먼지나 연무(fume) 형태로 차량내에 방출된다.

미국특허 제 3,755,182호에 개시된 가스발생 조성물은 아지드화 나트륨 및 금속의 황산염으로 구성되어 있다. 이 조성물은 칼로리 량이 낮고 비교적 낮은 온도에 가스를 발생하지만, 실시예에서 나온 바와 같이 황산 칼슘을 함유하기 때문에 연소율이 극히 낮아 자동차용 에어백에 적합하지 않다.

차량내에서 방출된 가스에 있어서, 부식성이고 유해한 알칼리성 금속 산화물이나 알칼리성 금속 수산화물의 먼지와 연무를 극소화하는 것이 바람직하다.

이러한 과제에 대하여 면밀한 연구를 한 결과, 본 발명자는 아지드화 나트륨, 황산 알루미늄 및 이산화 규소, 알루미나 또는 규산 알루미늄을 조합해서 사용하면 연소율이 적합하고 칼로리량이 낮으며, 발생되는 연무량을 극소화 한 자동차 에어백용 가스발생 조성물을 제조할 수 있었고, 따라서 이 조성물의 연소시 부산물로 발생되는 알칼리성 금속 또는 그 산화물이나 수산화물의 양을 현저하게 감소시킬 수 있었다.

따라서, 본 발명에 의하여 이산화 규소, 알루미나 또는 규산 알루미늄 중의 한가지와 아지드화 나트륨, 황산 알루미늄을 함유한 자동차 에어백용 가스발생 조성물을 제공한다. 더욱 바람직하게는, 이 조성물은 윤활제와 결합제로 구성된 군에서 선택되는 적어도 한가지를 함유한다.

본 발명을 이하에 자세하게 설명하기로 한다.

본 발명에서, 아지드화 나트륨을 가스발생 조성물 전체 양에 대하여 50∼80중량 %, 보다 바람직하게는 60∼75 중량% 범위내에서 사용한다.

본 발명에서 사용한 황산 알루미늄은 바람직하게는 무수염이고, 조성물 전체 양에 대하여 10∼40 중량%, 보다 바람직하게는 15∼20 중량% 범위내에서 사용한다.

이산화규소, 알루미나 또는 규산 알루미늄 등은 본 발명 조성물의 또 다른 필수적인 성분인데, 조성물 전체 양에 대하여 5∼40 중량%, 보다 바람직하게는 7∼25 중량% 범위내에서 사용한다. 상기 물질들을 단독으로 또는 조합하여 사용해도 좋다.

본 발명의 가스발생 조성물을 종래 에어백용 가스발생 조성물의 제조시에 사용했던 것과 동일한 방법으로 제조할 수 있다. 예를들면, 본 발명의 조성물을 보올 밀(ball mill)이나 V형 혼합기 등과 같은 통상적인 혼합 장치로 성분물질들을 균일하게 혼합한 다음 이 혼합물을 싱글 숏(single-shot) 또는 로타리식 타정기에서 지름 3∼15㎜, 두께 1∼10㎜로 타정하여 정제(tablet) 형태로 만든다.

본 발명의 조성물 제조시에 상기한 성분물질들, 즉, 아지드화 나트륨, 황산 알루미늄 및 이산화규소, 알루미나 또는 규산 알루미늄의 혼합물을 직접 정제화 할 경우, 정제에 캡핑(capping)이 일어날 수 있으며, 어떤 경우에는 라미네이팅(laminating) 될 수도 있다. 따라서, 혼합물에 활석, 스테아르산 칼슘, 스테아르산 마그네슘 등과 같은 윤활제를 추가해야 할 필요가 있다. 혼합물에 이같은 윤활제를 추가함으로써 장시간 지속적인 광택과 일정한 경도를 지닌 정제를 제조할 수 있다.

또한, 셀룰로오즈, 폴리비닐 피롤리돈, 인산수소 칼슘 등과 같은 결합제의 추가는 정제의 경도를 향상시키므로 권장되기도 한다.

윤활제는 가스발생 조성물의 총량에 대하여 5 중량%를 초과하지 않은 양으로, 바람직하게는 0.1∼2 중량%의 범위의 양을 사용하도록 한다.

결합제는 조성물의 총량에 대하여 15 중량%를 초과하지 않은 양으로, 바람직하게는 3∼10 중량% 범위의 양을 사용하도록 한다.

본 발명을 이하에 그 실시예를 참조하여 더 자세하게 설명한다.

[실시예 1]

아지드화 나트륨 70 중량부, 황산 나트륨 22 중량부 및 이산화규소 8 중량부를 보올 밀(ball mill)에 넣고 60rpm에서 20분간 혼합하여 수득한 혼합물을 싱글 숏 정제기(일본국 Kikusui Seisakusho 사제, Model 6B-2)로 직경 5㎜, 두께 3㎜의 정제(tablet)를 만들었다.

105℃에서 2시간 건조시킨 후, 정제 25g을 취하여 기폭제 화약(priming powder)인 브론-포타슘 나이트레이트(boron-potassium nitrate)를 압력감지기가 달린 용접 밀봉된 1,000cc 스테인레스 스틸 용기내에서 전기 점화장치를 통해 연소시켜 발생된 가스의 최고 압력에 도달하기까지 소요된 시간을 시간을 측정하였다.

그런 후에, 가스를 필터를 통해 용기밖으로 배출시켜 양 끝에 투명한 유리가 부착된 직경 10㎝, 길이 1m되는 철관(iron tube) 속으로 도입하여 대기압하에 상기 철관내부에 넣은 후 상기 철관의 한쪽 끝에 삽입된 100w 할로겐 램프(6,300lm)에서 나오는 빛의 조도(照度 : illuminance) 를 디지틀 조도계(照度計 : Inouchi 시제, Model ANA-999)로 측정하고, 측정된 조도를 연무양의 상대값으로 나타내었다. 철관에 가스를 주입하기 전의 조도는 6,250럭스(lux)였다. 생선된 가스를 가스냄새를 맡는 관능시험(organoleptic test)으로 시험하고, 가스내에 함유된 산화 나트륨 같은 알칼리성 물질의 양을 수산화나트튬으로 측정하였다. 또한, 산화 질소, 산화 황, 일산화 탄소, 시안화물, 황화수소 등과 같은 유해물질의 생성량을 통상적인 화학정량법으로 측정하였다. 산화 황, 시안화물 및 황화수소에 대해서는 흔적량만큼도 검출되지 않았다. 이 조성물에서 발생된 열의 양은 시차 주사 열량계(differential Scanning calorimeter : 일본국 Shimadzu 사제, Model DT-40)로 측정하였다.

정제에 있어서, 정제 성형의 용이성, 정제 1,000개 성형 후의 정제의 광택 및 몬산토 경도 테스트(Monsanto hardness tester)에 의한 정제 20개의 압축 파괴 강도에 대하여 측정을 하였다.

[실시예 2]

아지드화 나트륨 70 중량부, 황산 알루미늄 18 중량부, 알루미나 12 중량부, 스테아르산 마그네슘 0.5 중량부, 인산수소 칼슘 3 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[실시예 3]

아지드화 나트륨 70 중량부, 황산 알루미늄 20 중량부, 규산 알루미늄 10 중량부, 인산수소 칼슘 3 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 발생한 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[실시예 4]

아지드화 나트륨 70 중량부, 황산 알루미늄 22 중량부, 이산화규소 8 중량부 및 스테아르산 마그네슘 0.5 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[실시예 5]

아지드화 나트륨 67 중량부, 황산 알루미늄 25 중량부 및 이산화규소 8 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[실시예 6]

아지드화 나트륨 77 중량부, 황산 알루미늄 15 중량부 및 이산화규소 8 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양,칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성등을 실시예 1 에서 사용된 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교 실시예 1]

아지드화 나트륨 70 중량부, 황산 알루미늄 30 중량부 및 스테아르산 마그네슘 0.5 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 발생한 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교 실시예 2]

아지드화 나트륨 70 중량부, 황산 마그네슘 20 중량부 및 규산 알루미늄 10 중량부 및 인산수소 칼슘 3 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교 실시예 3]

아지드화 나트륨 70 중량부, 황산 칼슘 22 중량부 및 이산화규소 8 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교 실시예 4]

아지드화 나트륨 54 중량부, 질산 칼륨 17 중량부 및 이산화규소 26 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교 실시예 5]

아지드화 나트륨 57 중량부, 질산 칼륨 17 중량부, 알루미나 26 중량부, 스테아르산 마그네슘 0.5 중량부 및 인산수소 칼슘 3 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

[비교 실시예 6]

아지드화 나트륨 80 중량부, 황산 알루미늄 10 중량부 및 질산 칼륨 10 중량부를 실시예 1에서와 같은 방법으로 혼합하여 정제를 만들었다.

또한, 연무 양, 생성된 유해물질 양, 칼로리 양, 정제 성형성 및 정제 특성 등을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 방법으로 측정하였다.

실시예 1∼6과 비교 실시예 1∼6의 조성물을 표1, 표2에 나타내었다. 표에 나타난 숫자는 중량부이다.

실시예 1∼6과 비교 실시예 1∼6에서의 열량, 조도(연무 양의 상대값), 생성된 유해물질의 양, 연소 특성, 정제 성형성 및 정제 특성 등은 표3, 표4에 나타내었다.

표3과 표4에서 다음과 같은 점을 알 수 있다.

황산염이 연소촉진제로 쓰인 경우, 칼로리 양과 알칼리 유출량이 적어진다. 연소특성과 알칼리 유출량은 실시예 1,5,6에서 나타난 것처럼 아지드화 나트륨과 황산 알루미늄의 비율에 따라 변한다. 이산화규소, 알루미나 등을 추가할 경우, 흰 연무의 발생량은 실시예 1과 비교 실시예 1에 나타난 것처럼 현저하게 감소한다. 황산 알루미늄 대신 다른 황산염을 사용한 경우, 수득한 조성물은 비교 실시예 2와 3에 나타난 것처럼 연소율이 낮아서 자동차 에어백에 사용할 수 없다.

비교 실시예 4와 5에서처럼 질산 칼륨을 사용한 가스 발생 조성물에 있어서는, 이산화규소, 알루미나 등을 알칼리 흡수제로 사용하더라도 생성된 가스를 필터로 통과시키면 높은 칼로리량 때문에 잔류물이 충분히 고화되지 않으며 많은 양의 흰 연무가 발생된다. 따라서, 이런 경우 알칼리 유출량이 높아지고 다량의 산화 질소가 형성된다.

이산화질소, 알루미나 등을 포함하지 않은 조성물인 경우에 있어서는 잔류물은 거의 고화되지 않아 비교 실시예 6에 나타난 것처럼 알칼리 유출량이 매우 높아진다.

윤활제를 첨가한 경우, 어떤 조성물에 있어서는 비교적 균일한 경도와 광택을 지닌 정제를 성형할 수 있다.

결합제를 첨가함으로써, 성형된 정제의 강도를 증가시킬 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하여 열발생과 유해물질 생성을 최소화하고 가스발생시 조성물이 연소할 때 생기는 연무의 양을 현저하게 감소시키는 가스발생 조성물이 제공된다. 특히, 윤활제 및/또는 결합제가 혼입될 경우, 광택을 가진 균일한 견고성과 높은 강도를 지닌 정제 형태의 가스발생 조성물을 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 이산화규소, 알루미나 및 규산 알루미늄으로 된 군으로부터 선택된 1종과 아지드화 나트륨 및 황산 알루미늄을 함유한 자동차 에어백용 가스발생 조성물.
2. 제1항에 있어서, 가스발생 조성물 정제 중량에 대하여, 아지드화 나트륨, 50∼80 중량%, 황산 알루미늄 10∼40 중량% 및 이산화규소, 알루미나 또는 규산 알루미늄 5∼40 중량%을 함유한 가스발생 조성물.
3. 제1항에 있어서, 윤활제와 결합제로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 1종을 더 포함한 가스발생 조성물.
4. 제3항에 있어서, 가스발생 조성물 전체 중량에 대하여, 5 중량% 또는 그 이하의 윤활제 및 15 중량% 또는 그 이하의 결합제를 포함한 가스발생 조성물.
5. 제3항에 있어서, 윤활제가 활석, 스테아르산 칼슘 및 스테아르산 마그네슘으로 된 군으로부터 선택된 1종이고, 결합제가 셀룰로오즈, 폴리비닐 피롤리돈 및 인산수소 칼슘으로 된 군으로부터 선택된 1종인 가스발생 조성물.
6. 제4항에 있어서, 윤활제가 활석, 스테아르산 칼슘 및 스테아르산 마그네슘으로 된 군으로부터 선택된 1종이고, 결합제가 셀룰로오즈, 폴리비닐 피롤리돈 및 인산수소 칼슘으로 된 군으로부터 선택된 1종인 가스발생 조성물.