KR100229367B1 - 아지드를 함유하지 않는 기체-생성 혼합물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차량의 승객 보호 시스템, 특히 에어백 시스템을 위한 추진제 기체의 제조를 위한 추진제 혼합물에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 추진제 혼합물은 C,H 및 O 를 포함한 20 내지 45 중량% 의, 35% 이상의 산소함량 및 170℃ 이상의 용융점을 갖는 유기 화합물, 뿐만 아니라 55 내지 80 중량% 의 과염소산염 그룹으로부터의 비유기 산화제를 포함한다. 이렇게 밝혀진 추진제 성분은 비독성이며 높은 열적 안정성 뿐만아니라 낮은 흡습성을 특징으로 한다. 추가로, 상기 추진제는 매우 미량의 오염물 기체와 심지어는 비독성인 연소 잔류물을 함유한다.

Description

아지드를 함유하지 않는 기체 발생 혼합물

제 1도는 본발명에 따른 혼합물과 공지된 추진제 혼합물의 열적 안정성을 비교하기 위한 안정성 시험의 다이어그램이다.

제 2도는 본 발명에 따른 혼합물과 제 1도로부터의 공지된 추진제 혼합물을 비교하기 위한 흡습성 시험의 다이어그램이다.

제 3도는 본 발명에 따른 혼합물 및 추가의 공지된 추진제 혼합물의 오염물 기체 함량을 나열한 표이다.

본 발명은 기체 발생 혼합물에 관한 것이며, 구체적으로는 자동차의 승객 보호 장치, 특히 에어백 시스템용 추진 기체의 제조 방법에 관한 것이다.

에어백 시스템과 같은 자동차용 수동적(passive)안전 장치는 자동차 충돌이 발생되는 경우에 자동차의 승객이 부상당하는 것을 방지하기 위한 역할을 한다. 이를 위해, 기체발생기는 연소 챔버 내부에 기체 발생 혼합물을 함유하고; 이러한 기체 발생 혼합물은 정제,펠릿 또는 과립의 형태이며, 전기적 활성화시에 번갈아 기체 백을 부풀게 하는 추진 기체를 생성시키며; 이것은, 예컨대 자동차의 승객들이 방풍 유리, 핸들 또는 계기판에 부딪히는 것을 방지해줄 것이다.

여러가지 혼합물이 기체 발생 혼합물로서 공지되어 있다. 즉, 예를들면 아지드화 나트륨이 기체 공급의 주성분으로서 사용되고, 산화제로서 질산 칼륨이 사용되며, 질산염과 아지드의 반응 결과로서 형성되는 물질인 나트륨 및 칼륨을 화학적으로 결합시키는 이산화 규소가 용재로서 사용된다. 아지드화 나트륨을 함유한 추진제를 사용하는 경우의 주요 단점은 아지드화 나트륨의 독성이 커서, 특히 제조, 운반 및 폐기를 위해 특별한 조치가 요구된다는 점이다. 추가의 단점으로는 부식 위험을 일으키기 쉬운 연소 잔류물의 알칼리성 반응을 들 수 있다.

또한, 알칼리 금속 아지드 및 금속 산화물, 주로 산화철로 이루어진 기체 발생 물질이 공지되어 있다(참조 : DE-OS 24 59 667호). 그러나, 이러한 공지된 혼합물은 연소 속도가 느리고 착화성이 불량하다.

또한, 니트로셀룰로오스 및 니트로글리세린을 포함한 혼합물이 DE-OS 43 17 727호에 공지되어 있다. 니트로셀룰로오스를 주성분으로 하는 이러한 추진제 혼합물은 온도 안정성이 불량하며; 불량한 온도 안정성은 수명을 제한시키고 상기 물질의 재생을 불가능하게 만든다. 더구나, 이러한 추진제 혼합물은 연소 조절제로서 중금속염을 함유하며, 이것은 부가적으로 폐기를 어렵게 만든다. 그러나, 가장 큰 단점은 연소 도중에 다량의 일산화탄소가 발생한다는 점이다.

최근에, 테트라졸, 테트라졸 유도체 또는 테트라졸레이트와 같은 질소부화 유기 화합물을 주성분으로서 함유하는 아지드화 나트륨이 없는 추진제 혼합물이 제안되어 왔다(US 4 948 439호). 그러나, 상기 질소 함유 유기 추진제 혼합물의 단점은 연소 도중에, 일산화 탄소 이외에, 상당한 양의 질소 함유 기체(NO_X)가 방출되어 조합된 중독 위험을 배제할 수 없다는 점이다.

마지막으로, US 3 880 595호에는, 예를 들면 시트르산과 같이, 질소를 함유하지 않는 유기 화합물을 주성분으로 하는 혼합물이 기재되어 있다. 이러한 추진제의 단점은 열적 안정성이 낮고 흡습성이 높을 뿐만 아니라 가공성이 불량하며, 특히 상기 물질을 정제 또는 펠릿으로 압축시키려고 하는 경우에 큰 어려움에 직면한다는 점이다.

본 발명의 목적은 열적 및 화학적 안정성이 높아 처리하기가 쉽고, 및 비흡습성임을 특징으로 하는 비독성 성분으로 이루어지고, 최종적으로 연소 속도가 충분할 뿐만 아니라 착화성이 양호하며, 아지드를 함유하지 않는 기체 발생 추진제 혼합물을 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 기체 발생 혼합물은 탄소, 수소 및 산소로 이루어진 유기 화합물 20 내지 45중량%, 및 과염소산염으로부터의 무기산화제 55 내지 80중량%를 포함하며, 여기에서 유기 화합물은 산소 함량이 35% 이상이고 융점이 170℃를 초과한다.

이러한 추진제 화합물은 비독성이고 값이 저렴할 뿐만 아니라 재생될 수 있고, 또한 가공성이 뛰어날 것이다. 또한, 본 발명에 따른 추진제 혼합물은 연소 속도를 높게 할 수 있으며, 연소 잔류물도 비독성이다. 추가로, 추진 기체 그 자체는 단지 최소 함량의 오염 기체를 발생시킨다. 최종적으로, 본 발명에 따른 추진제 혼합물은 중금속을 함유하지 않으며, 저비용으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 혼합물의 또 다른 유용한 점은 최대 20중량%의 양으로 금속 산화물을 추가로 함유할 수 있는 것이다. 이 금속 산화물은 한편으로는 냉각제로서 사용되며, 다른 한편으로는 특정 경우에 탄도 첨가제(ballistic additive)로서 사용된다.

바람직하게는 카르복실산, 특히 푸마르산(C₄H₄O₄), 무수물, 에스테르, 알데히드, 케토- 및 히드록시 화합물과 같은 단량체 화합물이 본 발명에 따른 유기 화합물로서 사용될 수 있다. 추가로, 폴리옥시메틸렌, 폴리글리콜, 폴리에스테르, 셀룰로오스 아세테이트 및 폴리아크릴레이트와 같은 중합체가 또한 유기 화합물로서 적합하다. 단량체 화합물의 관련 염들, 특히 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘 카르복실레이트 또한 유기 화합물로서 유익하게 사용될 수 있다.

마지막으로, Al₂O₃, B₂O₃, SiO₂, TiO₂, MnO₂, CuO, Fe₂O₃, ZnO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 금속 산화물이 금속 산화물로서 사용될 수 있다.

[실시예]

제 1 실시예에 따르면, 혼합물은 푸마르산 34.4중량% 및 과염소산 칼륨 65.6중량%로 이루어진다. 열적 안정성 뿐만 아니라 흡습성과 관련하여, 상기 추진제 혼합물을 상기에서 언급된 미국 특허 제 3,880,595호에 공지되어 있는, 시트르산 35.3중량% 및 과염소산 칼륨 64.7중량%을 포함한 혼합물과 비교한다. 이 비교 실험의 결과를 제 1도 및 제 2도에 도시한다.

제 1도에 따르면, 안정성 시험(Holland test)은 110℃에서 70시간 넘게 수행하였다. 여기에서, 공지된 혼합물(번호 1)은 약 0.8%의 중량 감소를 나타내는 반면, 본 발명에 따른 혼합물(번호 2)은 0.01% 미만의 중량 감소를 나타냄을 보여주고 있다.

흡습성 시험은 86%의 상대 습도에서 약 100시간 동안 수행하였다. 제 2도에 따르면, 공지된 혼합물(번호 1)은 13%의 중량 증가를 나타내는 반면, 본 발명에 따른 혼합물(번호 2)은 중량 증가가 관찰되지 않았다.

마지막으로, 본 발명에 따른 똑같은 추진제 혼합물(혼합물 2)을 5-아미노-테트라졸 30.8중량%, 질산 나트륨 36.1중량%, 및 철-(III)-산화물 33.1중량%로 이루어진 또 다른 공지된 추진제 혼합물(혼합물 1)참조 : US 4 948 439호)과 비교하였다. 이러한 비교를 위해서, 추진제를 표준 기체 발생기 내부에서 점화시켰다. 끝으로, 추진제 성분을 미세하게 분쇄시키고 정제형으로 압축하였다. 생성된 기체의 양 및 생성된 기체 압력은 65ℓ백을 채우기에 충분한 것으로 입증되었다. 여기에서, 측정된 오염물 기체 농도는 60ℓ의 측정 부피로 간주된다. 이 시험 결과는 제 3도에 도시하였다. 이들 시험에 따르면, 공지된 혼합물 1은 15,000ppm의 일산화탄소(CO),500ppm의 질소 산화물(NO_X)뿐만 아니라, 3,000ppm의 암모니아(NH₃)를 생성시키는 반면, 본 발명에 따른 혼합물 2는 3,000ppm의 일산화 탄소만을 생성시킬 뿐, 어떤 질소 산화물 및 암모니아도 생성시키지 않는다.

제 2 실시예로서, 본 발명에 따른 추진제 혼합물은 푸마르산 30.2중량%, 과염소산 칼륨 63.6중량% 및 철 산화물 6.2중량%를 함유한다. 여기에서, 이러한 철 산화물은 냉각제로서 사용되며,연소 온도를 약 7%까지 감소시킬 것이다. 연소 후에, 본 발명에 의해 구체화된 바와 같이 추진제 혼합물은 단지 약 3,000ppm의 일산화 탄소의 오염물 기체 함량을 생성시킨다.

Claims (3)

1. 자동차의 승객 보호 장치용 추진 기체를 제조하기 위한 기체 발생 혼합물로서,

   a) 푸마르산, 또는 푸마르산의 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 마그네슘 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 푸마르산의 염 20 내지 45중량% ;

   b) 과염소산염, 염소산염, 과산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 무기 산화제 55 내지 80중량% ; 및

   c) Al₂O₃, B₂O₃, SiO₂, TiO₂, MnO₂, CuO, Fe₂O₃, ZnO 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 산화물 0 내지 20중량%로 이루어 지는 기체 발생 혼합물.
2. 제 16항에 있어서, 무기 산화제가 과염소산 칼륨임을 특징으로 하는 기체 발생 혼합물.
3. 제 16항에 있어서, 무기 산화제가 과염소산 칼륨이고 금속 산화물이 철 산화물임을 특징으로 하는 기체 발생 혼합물.