KR100249286B1 - 가스 생성 혼합물 - Google Patents

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Abstract

배소속도가 40mm/s 이상이고 우수한 점화정도를 갖는 반면, 연소 온도가 비교적 낮은 에어백(airbag)용 가스 생성 혼합물은 주성분으로서 알칼리-또는 알칼리 토금속 아지드, 산화제로서 금속 산화물 및 광재 형성제, 및 금속 질산염 및 이산화규소로 구성된 촉진제 5 내지 23중량%를 포함하며, 이때 이산화규소에 대한 금속 질산염의 비는 4:1 내지 1:4이고 이산화규소 분율은 혼합물의 3중량% 이상을 나타낸다.

Description

가스 생성 혼합물
제1도는 본 발명에 따른 혼합물의 점화정도를 화로압력(20℃에서의)에 따라 도식화한 것이고,
제2도는 본 발명에 따르지 않는 혼합물(비교용)의 점화정도를 화로압력(20℃에서)에 따라 도식화한 것이다.
본 발명은 특히 자동차의 탑승객 보호용 에어백(airbag)을 팽창시키기 위한 가스 생성 혼합물에 관한 것이다.
DE-PS 22 36 175에는 가스 공급 주성분으로서의 나트륨 아지드, 산화제로서의 질산칼륨 및 이산화규소로 구성된 에어백용 가스 생성 혼합물이 공지되어 있다. 이산화규소는 아지드의 질산염과의 반응에서 형성된 나트륨 및 칼륨을 광재(鑛滓 )로서 결합하며 이들 금속 및 이의 산화물이 미세한 먼지 입자로서 이동기체내로 유입되는 것을 억제하기 위한 것이다. 공지된 혼합물에 의해서 40mm/s 이상의 배소 속도를 달성함으로써 에어백이 100/s 이내에 팽창된다. 또한 만족할만한 점화정도를 나타낸다. 하지만 공지된 혼합물에서는 아주 높은 연소온도를 제시하며 따라서 가스 생성기가 열안정성이어야 한다. 따라서 광재가 매우 수용액 형태여서 필터에 의해 분리되기 어렵다. 이때 너무 많은 미세한 먼지 입자가 방출된다. 추가의 가스 생성 물질이 공지되어 있는데, 이것은 알칼리 금속 아지드 및 금속 산화물, 대부분 산화철로 구성되어 있다(참조: US-PS 3,895,098). 금속 산화물은 산화제로서 및 광재 형성제로서 사용된다. 이러한 공지된 물질에 의해서는 연소온도는 낮아지지만 배소속도가 낮고 점화정도가 나쁘다.
US-PS 4,376,002에 따라 산화철을 광재 형성재로서의 산화규소와 함께 첨가하는 것이 제시되었다. 하지만, 배소속도가 최대 33mm/s만이 가능하다. 또한 점화정도도 나쁘다.
배소속도를 향상시키기 위하여, US-PS 4,931,111에 따라 나트륨 아지드, 산화철 및 흑연으로 구성된 가스 생성 물질이 제시되었다. 이 물질은 촉진제로서 질산칼륨 및 톤(Ton: Bentonite)의 혼합물을 함유한다. 하지만, 배소속도 최대 약 30mm/s만이 달성되었다. 하기 실시예(제2도와 관련된)에서와 같이 US-PS 4,931,111에 따른 혼합물의 점화정도는 또한 뚜렷하게 불완전하다.
US-PS 4,931,111의 실시예 5에 따라 나트륨 아지드 62.0%, 흑연 0.5%, 질산 칼륨 4.36%, 산화철 13.14% 및 벤토나이트 20%로 구성된 혼합물을 배소속도 29mm/s로 사용하였다. US-PS 4,931,111의 실시예 9에 따라, 당해 혼합물중의 벤토나이트를 이러한 물질에서 이산화규소로 치환시키면, 배소속도는 8.1mm/s로 뚜렷히 감소한다.
본 발명의 목적은 비교적 낮은 연소온도에서 미세한 먼지 입자가 최소한으로 충돌하고 충분한 배소속도 및 우수한 점화정도를 갖는 가스 생성 혼합물을 제공하는 것이다.
본 발명을 통해, 특허청구의 범위 제1항에 기록된 가스 생성 혼합물을 발견하였다.
놀랍게도, US-PS 4,931,111에 따른 실시예 9에 반해서 흑연을 첨가하지 않고 혼합물중의 이산화규소의 분율이 최대 18중량%인 경우, 다시 말하면, 금속 질산염 및 이산화규소로 구성된 촉진제의 분율이 혼합물의 최대 23중량%를 나타낼 때(이때, 이산화규소가 금속 질산염의 최대 4배를 나타낸다), 배소속도가 40mm/s 이상이고 명백한 점화정도를 포함하는 것으로 밝혀졌다. 즉, 본 발명에 따른 혼합물중 이산화규소의 분율은 US-PS 4,931,111의 실시예 9에 비해 명백히 작다. 따라서 수득된 배소속도 및 점화정도는 혼합물의 이산화규소의 분율이 3중량% 이상이어야 한다. 바람직하겐는 4중량% 이상을 사용한다.
본 발명에 따른 혼합물에 의해 달성된 배소속도는 40mm/s 이상이며, 이것은 벤토나이트를 사용하는 US-PS 4,931,111에 따라 달성된 최대 배소속도의 약 25% 이상을 초과하는 것이며 이산화규소 20%, 질산칼륨 4.36% 및 흑연 0.50%를 함유하는 US-PS 4,931,111의 실시예 9에 따른 혼합물의 배소속도를 5배 이상 초과하는 것이다.
특히 제1도의 다이아그램에 대한 하기 실시예에서 본 발명에 따른 혼합물이 우수한 점화정도를 나타냄을 명확하게 보여주고 있다.
본 발명에 따른 혼합물은, 추가로 바람직하게는 가공성 및/또는 화학적 안정성을 향상시키기 위한 하나 이상의 물질을 함유한다. 따라서, 가공성 및 화학적 안정성을 향상시키는 물질로서 취급될 수 있지만, 이것은, 예를 들어 가공성을 향상 시키는 2개 이상의 물질과 혼합되어 첨가될 수 있으며, 이때 상이한 물질은 화학적 안정성을 향상시킨다. 모든 당해 물질의 함량은 혼합물의 총 중량에 대해 최대 5중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 3중량%이다.
이러한 물질로서 관개-및 압축 보조제가 있는데 이들은 중성 내지 염기성 및/또는 소수성이어서 생성된 압력체의 화학적 안정성을 보통의 기체 성분(CO2, H2O)에 비해 향상시킨다. 특히 이 물질에 속하는 것은 하기와 같다: 흑연, 인산삼 칼슘, 알킬렌나프탈렌 설폰산염, 활석, 금속 스테아레이트, 실리케이트, 금속 비누, 왁스 및 실리콘. 많은 이들 물질은 동시에 항안정화제로 작용하고 정전기적 조건하에서의 혼합물의 가연성 위험을 감소시킨다.
본 발명에 따른 혼합물의 알칼리-및/또는 알칼리 토금속 아지드의 함량은 바람직하게는 58 내지 65중량%를 나타낸다. 알칼리 아지드로서 바람직하게는 나트륨 아지드를 사용한다.
본 발명에 따른 혼합물의 금속 산화물의 함량은 15 내지 35중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%이다. 산화제 및 광재 형성제로서의 금속 산화물에 의해 본 발명의 혼합물은 비교적 낮은 연소온도에서 사용된다. 동시에 먼지충돌이 최소화 되었다. 따라서 이동 가스내의 광재 입자의 분율, 용융된 분율에 상응하는 비교적 큰 입자의 분율, 및 표피 및 기온의 염증을 유발하기 때문에 가장 해로운 알칼리-및 알칼리 토금속-및 산화물로 구성된 미세한 먼지 입자의 분율이 작아졌다.
혼합물에 대한 촉진제의 분율은 바람직하게는 5 내지 19중량%이고, 혼합물이 가공성 및/또는 화학적 안정성을 향상시키기 위한 물질을 함유하는 경우, 촉진제의 분율은 바람직하게는 8 내지 12중량%이다.
본 발명에 따른 혼합물의 이산화규소에 대한 금속 질산염의 비는 바람직하게는 1 : 1 내지 1 : 3이고, 가공성 및/또는 화학적 안정성을 향상시키기 위한 하나 이상의 물질을 함유하는 경우에는 1 :1 내지 1 : 2이다.
본 발명에 따른 혼합물은 분말 형태의 성분 및 알칼리-및 알칼리 토금속 아지드, 금속 산화물, 금속 질산염 및 이산화규소의 혼합을 통해 형성된다. 총 혼합물의 입자 크기는 바람직하게는 총 혼합물의 입자의 50중량%가 10㎛ 이하가 되도록 한다. 입자 크기가 10㎛ 이하인 입자의 분율이 50중량% 이하이면, 혼합물은 이 수치가 되도록 분쇄한다. 결과적으로 혼합물은 표와 같이 압축시킨다.
이산화규소로서 바람직하게는 비표면적이 50㎡/g(BET에 따라) 이상인, 바람직하게는 비표면적이 200㎡/g 이상인 열분해 실리카를 사용한다. 이산화규소는 동시에 관개-및 압축 보조제로서 정제의 제조에 사용된다.
금속 산화물은 바람직하게는 전이원소의 4주기, 즉 원소번호 21(스칸듐) 내지 30(아연)의 금속 산화물을 사용한다. 특히 바람직하게는 산화철(Fe2O3)을 사용한다. 산화철은 평균 입자 크기가 3㎛ 이하, 특히 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 비표면적(BET에 따른)이 5㎡/g 이상, 바람직하게는 8㎡/g 이상이다. 금속 질산염도 알칼리-및/또는 알칼리 토금속 질산염(예를 들면, 질산스트론튬 또는-바륨)일 수 있다.
하기의 실시예는 본 발명을 추가로 설명하기 위한 것이다.
[실시예 1]
분말 형태의 하기 성분을 서로 섞는다:
NaN360.3중량%(14mol)
SiO211.9중량%(3mol)
Fe2O321.1중량%(2mol)
KNO36.7중량%(1mol)
SiO2로서 BET에 따른 비표면적이 380㎡/g인 열분해 실리카(상표면 Aerosil 380, 제조회사: Degussa)를 사용한다. Fe2O3는 평균 입자 크기가 약 0.4㎛이고 비표면적이 10.4㎡/g이며 "마피코 레드(Mapico Red)"297"이라는 상품명으로 시판되고 있다.
혼합물은 입자의 50중량% 이상이 입자 크기가 7㎛ 이하로 되도록 분쇄한다.
그후, 혼합물의 입자를 정제로 압축시킨다.
정제는 DE-PS 22 36 175에 따른 정제와 비교하여 동일하게 우수한 점화정도를 나타낸다. 배소속도는 44mm/s이다.
정제 점화정도는 추가로 화로압력(20℃에서)에 따라 도식화하여 제1도에 도시하였다. 이 도면을 통해, 혼합물이 점화후 곧 안정한 배소를 나타냄을 명백히 알 수 있다.
[실시예 2]
분말 형태의 하기 성분을 서로 섞는다:
NaN362.0중량%
Fe2O327.5중량%
KNO34.0중량%
SiO26.0중량%
흑연 0.5중량%
SiO2및 Fe2O3는 실시예 1과 동일한 것으로 사용한다. 실시예 1에 상응하여 혼합물을 분쇄하여 입자의 50중량% 이상이 입자 크기가 7㎛ 이하로 되도록 한다. 그후, 혼합물은 정제로 압축한다. 이렇게 제조된 정제도 실시예 1에 따른 정제와 같이 동일하게 우수한 점화정도를 나타낸다. 배소속도는 충분히 높다.
[비교실시예]
US-PS 4,931,111에 따라, 하기 성분을 포함하는 정제를 시험한다 :
NaN362.0중량%
Fe2O327.2중량%
KNO32.0중량%
벤토나이트 8.0중량%
흑연 0.5중량%
이 정제의 점화정도는 확연히 나쁘다. 미점화 물질이 많이 존재한다.
비교실시예에 따라 제조된 정제의 나쁜 점화정도는 화로압력(20℃에서)에 따라 도식되어 제2도에 도시되어 있다. 당해 도면을 통해, 점화후의 배소속도가 약 0이며, 즉, 미점화 물질이 존재함을 알 수 있고, 계속되는 과정에서 매우 느린 속도로 압력이 상승하는 것을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 혼합물에 대한 촉진재의 분율이 5 내지 23중량%이고 이산화규소에 대한 금속 질산염의 비가 4:1 내지 1:4이며 혼합물의 이산화규소 분율이 3중량% 이상임을 특징으로 하는, 알칼리-또는 알칼리 토금속 아지드 55 내지 70중량%, 금속 산화물 10 내지 35중량% 및 금속 질산염 및 이산화규소로 구성된, 배소 속도의 향상을 위한 촉진제를 함유하는 자동차내의 탑승객보호용 에어백(airbag)을 팽창시키기 위한 가스 생성 혼합물.
  2. 제1항에 있어서, 총 혼합물에 대해 5중량% 이하의 분율로 존재하는, 가공성 화학적 안정성 또는 이들 둘다를 향상시키기 위한 하나 이상의 물질을 추가로 함유함을 특징으로 하는 혼합물.
  3. 제2항에 있어서, 가공성, 화학적 안정성 또는 이들 둘다를 향상시키기 위한 물질이 흑연, 인산삼칼슘, 알킬렌나프탈렌 설폰산염, 활석, 금속 비누, 실리케이트, 왁스 및 실리콘으로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 혼합물.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 혼합물 입자의 50중량%가 10㎛ 이하의 크기를 나타냄을 특징으로 하는 혼합물.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 산화물이 산화철임을 특징으로 하는 혼합물.
  6. 제5항에 있어서, 산화철의 비표면적이 5㎡/g 이상임을 특징으로 하는 혼합물.
  7. 제5항에 있어서, 산화철의 입자 크기가 3㎛ 이하임을 특징으로 하는 혼합물.
  8. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 이산화규소가 비표면적이 50㎡/g이상인 열분해 실리카임을 특징으로 하는 혼합물.
  9. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 질산염이 질산칼륨 또는 질산나트륨임을 특징으로 하는 혼합물.
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