KR100318338B1 - 팽창가스발생기용점화조성물 - Google Patents

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Abstract

3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염을 함유하는 차량 탑승자 제지장치의 가스발생기용 자동점화 조성물이 약 150℃(302℉)내지 220℃(428℉)의 온도에서 신속한 자동점화를 가져오므로서 가스발생기가 저온에서 조작되도록하여 알루미늄통의 사용을 용이하게 한다. 본 발명의 자동점화 조성물은 쇼크 또는 충격에 비교적 민감하지 않고 제조와 취급에 안전하고 분류 B물질로 유리하게 분류된다.

Description

팽창가스발생기용 점화조성물
본 발명은 점화조성물에 관한 것으로 특히 차량탑승자 제지장치에 이용되는 팽창가스발생기용 점화조성물에 관한 것이다.
통상, 강철통은 강철이 상승된 온도에서 비교적 높은 강도를 가지게 때문에 행장압력 용기로서 사용된다. 그러나 차량의 중량 감소에 중점을 두면 이와같은 압력용기에서 강철대신에 알루미늄은 사용하는 것이 더 유익하다.
차량 탑승자 제지 팽장장치가 통과괴어야 하는 한가지 시험은 팽창기의 가스발생물질을 점화 및 발화시키기 위하여 불꽃에 노출시키는 것이지만 팽창 압력용기는 파손되거나 부스러지지 않아야 한다. 강철압력용기는 강철이 가스발생제가 자동점화하는 온도이상의 주위온도에서 가장 큰 강도를 보유하기 때문에 이 시험을 비교적 쉽게 통과한다. 그러나 알루미늄은 온도가 증가하면급속히 강도를 잃고 가스발생체의 점화시에 발생되는 높은 주인온도와 높은 내부온도와 압력에 견딜수가 없다. 그러나 만약 팽창기의 가스발생제가 비교적 낮은온도, 예를들어 150∼210℃(302∼410℉)에서 자동점화 할수 있으며 행창기통은 알루미늄으로 만들수 있다.
종래 알루미늄 압력용기에 사용하는 자동점화 조성물의 공급에 문제가 있었다. 자동점화가스발생체로서 듀폰 3031 단일 바탕무연분말의 사용을 개시한 아담스등의 미국특허 제 4 561 675호는 신뢰할 수 없는 공지의 자동점화조성물의 예이다.이와같은 무연분말은 약 177℃(=350℉)의 원하는 온도에서 자동점화되지만 이는 대부분 니트로셀루로오스로 이루어진다. 추진약 분야의 통상의 전문가는 니트로셀루로오스가 높은 주위온도에서 장기간동안 안정하지 못하므로 자동점화 화합물로서 신뢰할수 없음을 알수 있다. 더우기 무연분발은 본 발명의 조성물자 다른 메카니즘에 의하여 자동점화한다.
더우기 푸리의 미국특허 제 5 084 118호에는 5-아미노-테트라졸. 칼륨 또는 나트륨염소산염을 함유하는 다른 자동점화 조성물이 기술되어 있다. 미국특허 제 5 084 118호에 개시된 조성물은 약 177℃(=356℉)로 가열했을때 가스발생체가 자동점화하여 점화를 일으키나 조성물은 쇼크 또는 충격에 대한 과민성때문에 완전히 만족스럽지 못함이 증명되고 제조하는데 어려움과 위험이 따른다. 제조하는데 어려움이 더 복합적인 것은 교통부(DOT)가 이들 조성물을분류 A또는분류 1.1 폭발물로서 분류하고 이 규정은 제조하고 저장하는데 폭별한 설비를 요청하고 있기 때문이다.
본 발명은 발생체와 발생체에 의하여 생성된 가스를 함유하는 알루미늄 압력용기를 사용하므로서 약 150℃내지 210℃로 가열했을때 가스발생체를 자동점화하여 점화를 일으키는 자동차 탑승자 제지장치용 점화조성물을 공급하므로서 상기 문제점들을 해결한다. 본 발명의 조성물과 방법은 쇼크와 충격에 민감하지 않은 안정성을 제공하고 제조와 취급에 안전성을 제공한다. 더우기 본발병의 자동점화조성물은 유리하게 분류 B또는 분류 1.3 물질로 분리되고 따라서 통상의 가공처리장치에서 안전하게 분쇄하고 펠릿화 할수 있다.
본 발명에 따르면 차량탑승자 제지장치의 가스발생기용 자동점화 조성물은3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온과 산화제를 함유하는 제일첨가제를 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염과 조합했을때 열안정성을 갖는다. 산화제는 알카리 금속함유 산화제 화합물, 알카리 토류 금속함유 산화제 화합물과 이의 혼합물에서 선택하고; 더우기 알카리금속 질산염, 알카리금속 아질산염, 알카리금속 과염소산염, 알카리토류금속 질산및, 알카리토류금속 아질산염, 알카리토류금속 과염소산과 이들의 혼합물에서 선택한다. 본 발명의 범위에 제이첨가제로 피크람산과/또는 붕소, 티타늄, 지르코늄과 알루미늄에시 선택한 부가적 에너지 점화물질을 함유하는 것이 더 포함된다.
또한 본 발명에 따르면 차량탐승자 제지장치의 가스발생체용 자동점화 조성물은 3-너트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염과 피크람산을 함유하는 제일첨가제를 함유한다.
본 발명의 자동점화 조성물은 쇼크 또는 충격에 민감하지 않은 열에 안정한 폭발성을 갖는 니트로트리아졸온의 히드라진염(이후 HNTO로 약칭한다)을 함유한다.
니트로트리아졸온 또는 NTO는 두번호장치에 의하여 기술될 수 있으며 그러나 통상적으로 사용되는 대부분은 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온이다. "온"은 번호로서 사용되지는 않으나 오히려 산소-탄소 이중결합으로 하는 것이 설명이 선명함을 알수 있다.
HNTO는 열수에 용해한 NTO용액에 화학량론적양의 히드라진을 첨가하여 쉽게 제조한다. NTO-히드라진 용액은 NTO 모두가 용해될때까지 약 60℃(140℉) 내지 80℃(176℉)외 온도로 가열한다. 용액을 냉각시킨 후 걸정화된 HNTO를 용액에서 여과한 다음 건조한다. HNTO 그 자체가 약 230℃(446℉)의 자동점화 온도를 갖는 자동점화재로서 작용한다.
HNTO만을 함유하는 자동점화 조성물은 몇가지 용도에 적합한 온도에서 가스발생체를 점화시키나, 알루미늄 압력용기를 사용하는데 바람직한 것은 저온에서 자동점화하는 바람직한 구조의 자동점화 조성물이 필요하다.
또한 본 발명에 따르면 점화조성물은 알루미늄 압력용기에서 사용하는데 적합한 수준보다 더 낮은 자동점화 조성물의 자동점화온도로 작용하는 첨가제를 포함한다. 이들 첨가제는 이들이 초기 발열반응온도를 감소시키지 않으면 발열반응속도를 증가시키기 때문에 포함시킨다. 이들 주요인은 더 낮은 자동점화온도를 가져온다. 이 방법에서 특정첨가제가 유리하다고 결정하는 것은 어려우나 본 분야히 통상의 전문가는 본 발명의 첨가제가 자동점화 온도를 감소시키는 원하는 결과를 성취시킴을 알수 있을 것이다.
본 발명에 따라서 자동점화온도를 유리하게 감소시키는 첨가제의 한 예로서는 산화제가 있다. 예를들면 알카리금속 질산염 , 아질산염과 과염소산염이 바람직하며 특히 많은 다른 산화제보다 더 낮은 점화온도를 가져오는 아질산나트륨이 바람직하다. 아질산나트륨은 약 10∼25중량%의 농도범위내의 양으로 포함될때 특히 효과적이다. 또한 염소산나트륨이 매우 효과적이나 HNTO와 조합할때 열에 안정하지 못하다. 또한 알카리 토류 및 어떤 전이금속 질산염과 과염소산염을 본 발명에서 산화제로서 이용할 수 있다.
점화온도를 효과적으로 더 감소시키는 다른 첨가제로는 니트로페놀. 특히 피크람산이 있고 이는 피크르산과 유사하지만 반응성이 더 크다. 본 발명의 개시에 따르면 HNTO와 피크람산의 혼합물은 자동점화 조성물로서 효과적이다. 그러나 피크람산은 HNTO와 상술한 산화제 바람직하기로는 아질산 나트륨와의 혼합물에 공급할때 특히 유용한 첨가제이다. 피크람산은 두가지 특징을 갖는것으로 이는 본 발명에서 점화온도 즉 약 169℃(336℉)의 편리한 융점은 물론 용융할때 이의 높은 반응성을 감소시키는 첨가제로서 유용하다.
조작에 있어서, 자동점화물질은 일반직으로 일부분의 추진제를 점화온도까지 상승시키는데 충분한 열을 생성시켜야 한다. 자동점화물질은 대체적으로 분리된 용기에 포장되어 있기 때문에 자동점화 용기에시 추진제로 확장하는 불꽃은 신속한 점화에 좋다.
본 발명의 조성물은 제한된 에너지생산량을 제공하므로 가스발생체에 근접한 위치에 있거나 아니면 선택적으로 부가적 점화물질에 가까이 있다. 예를들면 BKNO3와 같은 통상의 점화물질의 소펠릿 또는 과립은 본 발명의 자동점화 조성물과 밀접하게 접촉하는 부스터로서 이용될 수 있다. RKNO3는 미분된 붕소(B)와 질산칼륨(KNO3) 및 소량의 유기결합제로 이루어진 통상의 점화물질이 고 점화될때 매우 뜨거운 불꽃을 유리하게 생성하여 신속하게 발화한다. 적당한 온도로 가열했을때 BKNO3와 같은 부가적 점화물질은 인접한 가스발생체 또는 점화물질은 물론 물질 그 자체를 점화온도로 가열하는 신속한 발열반응을 받는다. 부가적 점화물질은 추진제를 점화하는데 충분한 양으로 공급하며 반면에 자동점화재의 양은 부가적 점화물질을 점화하는데 충분해야 한다.
본 발명에서는 쇼크 및 충격에 비교적 민감하지 않으므로 제조와 취급에 비교적 안전한 점화조성물을 제공하므로서 현저한 이점을 얻는다. 더우기 80중량%농도의 HNTO와 20중량% 농도의 아질산 나트륨을 함유하는 혼합물이 분류B(1.3)물질로 DOT가 요청하는 "캡민감도"시험을 통과하므로서 본 발명의 물질을 보통 가공처리장치에서 안전하게 분쇄할 수 있고 펠릿화할 수 있다.
자동점화재와 부가적 부스더 점화물질의 조합물은 붕소, 지르코늄. 티타늄, 알루미늄 또는 기타 에너지물질과 같은 금속첨가제를 HNTO/산화제 혼합물에 혼합하므로서 단일 혼합물을 얻을 수 있고 그러므로서 더 높은 에너지 생산량과 수용할 수 있는 자동점화온도를 갖는 단일 조성물을 가져올 수 있다. 그러나 이들 혼함물은 일반적으로 금속 첨가제를 함유하지 않는 혼합물보다 충격에 더 민감하다.
본 발명을 대표적인 실시예를 들어 예시하면 다음과 같으며 다음 조성은 중량퍼센트를 나타낸다.
(실시예 1)
3-니트로-1,2.4-트리아졸-5-온의 히드라진염(HNTO)를 압착성형하여 직경이0.125인치이고 길이가 약 0.125인치인 펠릿을 형성시킨다. 12개의 2T크기의 BKNO3펠릿을 4개의 상술한 HNTO펠릿과 함께 팽창기 조립체를 나타내도록 설계된 시험설비에 넣는다.
"2T크기"란 1/8인치의 직경과 약 1/16인치의 길이를 갖는 소펠릿을 뜻하고 여기서 5개 펠릿의 총중량은 약 0.10그람이다. 다음 장치를 분당 약 60℃(140℉)의 속도로 가열한다. 230℃(446℉)의 온도에서 펠릿의 혼합물은 자동점화하여 가스발생체의 점화를 일으킨다.
(실시예 2)
HNTO와 아질산 나트륨의 혼합물을 다음 조성: 80%HNTO와 20%NaNO2를 갖는 것으로제조한다. 아질산나트륨을 볼-밀하여 입자크기를 감소시킨다. 물질을 건조-혼합에 의하여 혼합하고 0-3그람의 혼합물시료를 5개의 소(2T)BKNO3꿸릿과 함께 팽창기 조립체를 나타내도록 설계한 시험설시에 넣는다. 장치를 분당 약 30℃(86℉의 속도와 180℃(356℉)까지 가열하여 혼합물에 자동점화하여 강렬하게 발화되게한다.
시험 설비에 조밀하게 충전한 물질로 이 시험을 반복한다. 혼합물은 185℃(365℉)의 온도에서 4.5분에 자동점화했다.
(실시예 3)
HNTO와 아질산 나트륨의 혼합물을 다음 조성; 90%HNTO와 10%NaNO2을 갖는 것으로 제조한다. 혼함물을 제조하여 실시예 2에 기술된 바와같이 시험한다.
분당 약 20℃(68℉)의 가열속도에서 점화온도가 182℃(=360℉)임을 알수 있다. 분당 약43℃(=109℉)의 가열속도를 갖는 두번째 시험에서는 190℃의 점화온도를 나타낸다.
(실시예 4)
75% HNTO와 25%아질산 나트륨의 혼합물을 제조하여 실시예 2에 기술된 바와같이 시험한다. 혼합물을 분당 약 48℃(=118℉)의 가열속도로 193℃(=559℉)의 온도에서 자동점화하여 연소시킨다.
(실시예 5)
80% HNTO와 20%질산 나트륨(NaNO3)의 혼합물을 제조하여 실시예 2에 기술된 바와칼이 시험한다. 혼합물을 분당 약 42℃(=108℉)의 가열속도로 213℃의 온도에서 자동점화하여 발화시킨다.
(실시예 6)
HNTO 아질산 나트륨과 피크람산(PA)의 흔합물온 다옴 조성; 72%HNTO와 18%NaNO2와 10%PA을 갖는 것으로 제조한다. 아질산나트륨을 먼저 볼-밀하여 입자크기를 감소시킨다. 물질은 건조-혼합에 의하여 혼합하고 실시예 2에 서술된 바와같이 시험한다. 혼합물을 분당 32℃(=90℉)의 가열속도로 157℃(=315℉)의 온도에서 자동점화하여 발화시킨다.
(실시예 7)
HNTO 질산 나트륨과 붕소의 혼합물을 다음 조성; 78%HNTO, 20%NaNO3와 2%붕소를 갖는 것으로 제조한다. 질산나트륨을 먼저 볼-밀하여 입자크기를 감소시키고 2-3미크론의 입자크기를 갖는 무정형 붕소를 사용한다. 혼합물을 건조-혼합에 의하여 혼합하고 직경 1/2인치의 얇은 펠릿을 약 80,000psi의 압력을 압착성형한다. 펠릿을 파쇄하여 과립형 물질로 형성시킨 다음 0.22그람의 이 물질을 실시예 1에 기술되어 있는 바와같이 시험하면 만족스러운 점화결과를 얻는다. 장치를 분당 약20℃(68℉)의 속도로 190℃(=374℉)의 온도까지 가열하면 혼합물은 자동점화하여 강열하게 발화한다.
실시예 7은 자동점화물질과 부가적 점화 부스터물질을 조합한 단일 혼합물임을 입증한다.
(실시예 8)
80%HNTO와 20% 과염소산칼륨의 혼합물을 건조-혼합에 의하여 분말제로 제조한다.
과염소산 칼륨을 미리 본-밀하여 입자크기를 감소시킨다. 혼합물의 작은 시료(0.2그람)을 11개의 BKNO3의 소(2T)펠릿과 함께 팽창기 조립체를 나타내도록 설계된 시험설비에 넣는다. 장치를 분당 약 20℃(68℉)의 속도로 190℃(=374℉)까지 가열하면 혼합물은 자동점화되어 강렬하게 발화한다.
본 발명의 바람직한 구성을 기술했으며 본 발명은 다음 특허청구의 범위내에서 수정할 수 있다.

Claims (13)

  1. 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염과 산화제를 함유하는 제일첨가제를 함유하는 차량탑승자 제지장치의 가스발생기용 자등점화조성물에서 상기 제일첨가제를 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염과 조합했을때 상기 조성물이 열안정성을 나타내는 상기 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 산화제를 알카리금속 함유산화제 화합물, 알카리토류금속 함유산화제 화합물과 이들의 혼합물에서 선택하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 산화제를 알카리금속질산염, 알카리금속 아질산염, 알카리금속 과염소산염, 알카리토류금속 질산염, 알카리토류금속 아질산염, 알카리토류금속 과염소산염과 이들의 혼합물에서 선택하는조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 산화제가 아질산나트륨인 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 피크람산을 함유하는 제이첨가제를 더 함유하는 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 붕소,티타늄,지르코늄과 알루미늄에서 선택한 부가적 에너지점화물질을 더 함유하는 조성물.
  7. 제 5 항에 있어서, 붕소, 티타늄, 지르코늄과 알루미늄에서 선택한 부가적에너지점화물질을 더 함유하는 조성물.
  8. 제 2 항에 있어서, 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염이 약 65∼95중량%의 농도로 존재하고 산화제가 질산나트륨으로 약 5∼35중량%의 농도로 존재하는 조성물.
  9. 제 2 항에 있어서, 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염이 약 65∼95중량%의 농도로 존재하고 산화제가 아질산나트륨으로 약 5∼35중량%의 농도로 존재하는 조성물.
  10. 제 2 항에 있어서, 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염이 약 65∼95중량%의 농도로 존재하고 산화제가 과염소산 칼륨으로 약 5∼35중량%의 농도로 존재하는 조성물.
  11. 제 5 항에 있어서, 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염이 약 65∼95중량%의 농도로 존재하고 산화제는 질산나트륨, 아질산나트륨, 과염소산 칼륨에서 선택되어 약 5∼35중량%의 농도로 존재하고 피크람산은 약 0∼20중량%의 농도로 존재하는 조성물.
  12. 제 6 항에 있어서, 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염이 약 65∼95중량%의 농도로 존재하고 산화제는 질산나트륨, 아질산나트륨, 과염소산 칼륨에서 선택되어 약 5∼35중량%의 농도로 존재하고, 상기 부가적 점화물질은 붕소,티타늄, 지르코늄과 알루미늄에서 선택되어 약0∼10중량%의 농도로 존재하는 조성물.
  13. 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 히드라진염과 피크람산을 함유하는 제일첨가제로 이루어지는 차량 탑승자 제지장치의 가스발생기용 자동점화 조성물.
KR1019950704405A 1994-02-09 1994-10-03 팽창가스발생기용점화조성물 KR100318338B1 (ko)

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