KR100357040B1 - 열흡수첨가제를갖는비아지드개스발생조성물 - Google Patents

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Abstract

비아지드 개스 발생조성물은 비아지드 연료, 산화제 및 약 590℃(1094℉)를 초과하는 연화점을 갖는 유리 화합물 형태의 열 흡수 첨가제로부터 형성된다. 첨가제는 개스 발생체의 연소온도를 감소시키므로서 감소된 함량의 NOX및 CO와 같은 독성개스를 갖는 팽창 개스를 이루게한다. 따라서, 개스 발생체는 비독성이고 차량 탑승자 보호 시스템을 팽창시키는데 유용하다.

Description

열 흡수 첨가제를 갖는 비아지드 개스 발생 조성물
발명의 배경
본 발명은 일반적으로 자동차 탑승자 안전보호 장치를 팽창시키는데 사용되는 개스 발생 조성물에 관한 것으로서, 특히 자동차 탑승자에게 노출될 경우 수용 가능한 독성 수준을 갖는 연소물을 생산하는 비아지드 개스발생체에 관한 것이다.
자동차의 팽창 가능한 보호장치는 그러한 보호장치를 팽창시키는 개스 발생 조성물의 개발을 포함하여 수년동안 세계적으로 개발되어 왔다. 개스 발생체에 의해 생성된 팽창개스는 엄격한 독성 요건을 충족시켜야 하기 때문에, 모두 그런것은 아니더라도, 현재 사용중인 대부분 개스 발생체가 알칼리 또는 알칼리 토금속 아지드, 특히 소듐 아지드에 근거하고 있다. 산화제와 반응할때 소듐 아지드는 근본적으로 질소로 이루어진, 상대적으로 비독성인 개스를 형성한다. 더우기, 아지드계 개스 발생체의 연소는 상대적으로 낮은 온도에서 발생하는데 이것은 연소온도를 감소시키기 위해 첨가제 없이도 비독성 팽창 개스의 생성을 가능하게 한다.
그러나, 아지드계 개스 발생체는 본질적으로 취급하기 어렵고 제조와 처리에 비교적 큰 위험이 따른다. 아지드계 개스 발생체에 의해 생성된 팽창개스는 비교적 비독성임에 반해, 반대로 금속 아지드 그 자체는 고독성으로서 개스발생체의 제조, 저장 및 처리에 추가비용과 위험을 야기한다. 또한, 환경의 직접적인 오염이외에 금속 아지드는 산 및 중금속과 쉽게 반응하여 자발적으로 발화하거나 폭발하는 극도로 민감한 화합물을 형성한다.
비아지드계 개스 발생체의 또다른 근본적인 문제는 연소시 매우 미세한 독성분말이 생성된다는 것이다. 이러한 매우 미세한 독성분말의 예는 개스 발생체에 사용되는 금속 아지드에 따라 소듐 금속 또는 소듐 과산화물과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 이온과 산화물이 있다. 이러한 매우 미세한 독성 잔류물들은 지금까지 미합중국 특허 제 4,021,275호에 기술된 바와같이 저온 연화 유리를 아지드계 개스 발생체에 도입하므로서 아지드계 개스 발생체에 의해 생성되는 팽창 개스로부터 제거된다. 유리는 매우 미세한 독성 분말을 제거하기 위해 2차적인 매개 필터로서 작용한다. 제 1단계로, 유리가 용융하여 분산된 독성 분말을 흡수한다. 제 2단계로, 용융된 유리는 와이어 네트 또는 메쉬와 같은 1차적인 필터에 부착되어 1차적인 필터 메쉬 또는 네트위에 미세한 독성분말의 부착을 용이하게 한다.
대조적으로, 비아지드계 개스 발생체는 아지드계 개스 발생체에 비해 제조, 처리시 독성 관련 위험에 있어서 많은 잇점을 제공한다. 더욱이 대부분의 비아지드 개스 발생체 조성물은 전형적으로 통상적인 아지드계 탑승자 보호장치 개스발생체보다 개스의 높은 생산성(개스 발생체 그램 당 수몰의 개스)을 공급한다.
그러나, 지금까지 알려져서 사용되는 비아지드 개스 발생체는 연소시 받아들이기 어려운 높은 수준의 독성물질을 생성한다. 조절하기 가장 어려운 독성 개스는 다양한 질소산화물(NOx) 및 일산화탄소(CO)이다.
비아지드 개스 발생체의 연소시 독성 NOX와 CO의 수준감소는 어려운 문제로입증되어왔다. 예를들면, 산화제/연료의 비율 조절은 NOX또는 CO를 어느 한쪽만감소시킨다. 보다 상세하게는, 연료에 대한 산화제의 비를 증가시키면 여분의 산소가 CO를 이산화탄소로 산화시키기 때문에 연소시 CO함량이 최소화한다. 그러나 불행해게도, 이러한 접근은 NOX량의 증가를 가져왔다. 선택적으로 산화제/연료의 비율이 낮아져서 과량의 산소가 제거되어 생성된 NOX의 양이 감소되면 CO의 양이 증가 생성된다.
비아지드 개스 발생체의 연소시 발생되는 NOX와 CO의 상대적으로 높은 수준은 기본적으로 아지드계 개스발생체와 반대로 비아지드 개스 발생체에 의해 나타낸 상대적으로 고 연소 온도에 기인한다. 예를들어, 소듐 아지드/철 산화물 개스 발생체의 연소 온도는 969℃(1776 ℉)이고, 반면에 비아지드 개스발생체는 1818℃(3304 ℉)와 같은 상당히 높은 온도를 나타낸다. 연소온도를 감소시키기 위해 낮은 에너지의 비아지드 연료를 이용하는 것은 낮은 에너지 연료가 차량 탑승자 보호장치 시스템에 사용하는데 충분히 높은 개스 발생체 연소율은 제공하지 않기때문에 비효과적이다. 개스 발생체의 연소율은 팽창기가 손쉽게, 적당하게 작동될 수 있게 보장하는 것이 중요하다.
비아지드 개스발생체에 의해 나타나는 고 연소온도에 의해 발생되는 또다른 단점은 슬래그로 손쉽게 합체하는 고체 연소입자를 제조하는데 어려움이 있다는 것이다. 슬래그 형성은 슬래그가 쉽게 여과되어 상대적으로 깨끗한 팽창 개스가 발생되게하므로 바람직하다. 아지드계 개스 발생체에서 낮은 연소온도는 고형물 형성에도움이 된다. 그러나, 비아지드 개스 발생체로부터 기대되는 많은 일반적인 고형물 연소물은 비아지드 개스 발생체에 의해 나타나는 더 높은 연소온도에서 액체이고 따라서, 개스 흐름 이외에서 여과하기 어렵다.
따라서, 바람직한 높은 연소율로, 상대적으로 낮은 연소온도에서 독성 개스 예를들면, NOx 와 CO를 최소화하기 위한 팽창 개스를 생성할 수 있는 비아지드개스 발생체가 요구되고 있다.
발명의 요약
본 발명에 따른 상기한 문제들은 그자체로서 비독성이고 연소시 감소된 연소온도 때문에 NOX와 CO의 수준이 감소되는 팽창 개스를 생성하는 비아지드 개스 발생 조성물에 의해 해결된다. 발화되지 않은 아지드 팽창기에 관련한 제조, 저장 및 처리위험이 본 발명의 개스발생체에 의해 제거된다. NOX및, CO와 같은 독성개스의 감소된 함량은 본 발명의 개스 발생체가 지금까지 비아지드개스 발생체에 의해 생성된 독성 개스에 노출되는 것으로부터 차량 탑승자를 보호하면서 차량 탑승자 보호 시스템에 이용되도록 한다. 본 발명에 의해 생성된 보다 낮은 온도는 또한 쉽게 여과되는 고체 연소물의 형성을 촉진한다.
상세하게는, 본 발명은 비아지드 연료, 산화제 및 대략 590℃(1094℉)를 초과하는 연차점을 갖는 유리분말을 함유하는 열 흡수 첨가제를 갖는 비아지드 개스 발생 조성물을 포함한다. 유리분말은 연료의 연소시 연화하지만 용융되지 않으므로서 열을 흡수하고 피크 연소 온도를 감소시킨다. 비아지드 연료는 테트라졸, 바이테트라졸, 트리아졸, 및 이들 화합물의 금속염으로 이루이진 그룹으로부터 선택 된다. 산화제는 바람직하게 알칼리금속, 알칼리토금속의 무기 나이트레이트, 나이트리트, 클로레이트, 또는 퍼클로레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 분말형 유리는 PYREX, VYCOR 화합물, 알칼리 토 알루미노실리케이트, 알루미노 실시케이트, 바리아 알루미나 보로실리케이트 및 바륨 알루미노 보로실리게이트와 같은 비교적 높은 "연화점"을 나타내는 분말형 유리그룹으로부터 선택된다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
본 발명에 따라서, 비아지드 개스 발생체에 사용된 연료는 연료의 질소함량을 최대화하고 탄소와 수소의 함량을 알맞은 수치로 조절하는 화합물로부터 바람직하게 선택된다. 이러한 연료는 전형적으로 아졸 화합물 또는 아졸 화합물의 금속염, 특히 아미노테트라졸, 테트라졸, 5-니트로테트라졸, 5-니트로아미노테트라졸, 바이테트라졸 및 이들 화합물의 금속염과 같은 테트라졸 화합물 뿐만 아니라 1,2,4-트리아졸-5-온 또는 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온 및 이들 화합물의 금속염과 같은 트리아졸 화합물로부터 선택된다. 바람직한 실시예는 비용, 유용성 및 안전성 때문에 연료로서 5-아미노테트라졸을 이용한다.
산화제는 일반적으로 시스템내에 존재하는 산소의 전부 또는 대부분을 공급한다. 산화제는 연소를 활성적으로 보조하고 또한 CO의 형성을 억제한다. 사용된 산화제와 연료의 상대적인 양은 연소물에 약간 과량의 산소를 공급하도록 선택되고 그러므로서 CO에서 이산화탄소로 산화되어 CO의 형성을 제한한다. 연소물에서 산소의 양은 약 0.1%-5%이고 바람직하게는 약 0.5%-2%이다. 전형적으로, 산화제들은 알칼리 금속과 알칼리 토금속 또는 암모늄의 무기 나이트레이트, 나이트리트, 클로레이트 또는 퍼클로레이트로부터 선택된다. 스트론튬과 바륨 나이트레이트는 무수상태에서 얻어지기 쉬워서 우수한 산화제이다. 스트론튬 나이트레이트와 바륨 나이트레이트는 하기에 기술된 바와같이 보다 쉽게 여과가능한 고형 생성물이 형성되기 때문에 가장 바람직하다.
슬래그 형성제는 임의적으로 개스 흐름으로부터 여과될 수 있는 고형물 입자의 형성을 용이하게 하기 위해 개스 발생체에 포함될 수 있다. 슬래그 형성제를 개스 발생체에 도입하는 편리한 방법은 산화제 또는 슬래그 형성제로서 두가지 역할을 부여하는 연료를 이용하는 것이다. 슬래그 형성을 강화하는 가장 바람직한 산화제는 스트론튬 나이트레이트이지만 바륨 나이트레이트도 효과적이다. 일반적으로, 슬래그 형성제는 알칼리 토금속 또는 전이 금속 산화물, 수산화물, 카보네이트, 옥살레이트, 퍼옥사이드, 나이트레이트, 클로레이트, 및 퍼클로레이트 또는 테트라졸, 바이테트라졸과 트리아졸의 알칼리 토금속 염 뿐만 아니라 다른 화합물과 같은 다수의 화합물로부터 선택될 수 있다.
또다른 임의적인 첨가제는 개스 발생체에 혼합될 수 있는 알칼리 금속염이다. 알칼리금속염은 개스 발생체의 형성이 연소물에 과량의 산소를 제공하도록 하여 CO의 양을 감소시킨다. 바람직하게 알칼리 금속은 유기화합물의 일부로서 개스 발생체애 도입되고, 가장 바람직하게는 무기화합물로서 보다 유기산의 염으로서 도입되어야 한다. 자동차 에어백에 사용된 개스 발생체에 있어서는 테트라졸 또는 트리아졸의 알칼리 금속염과 같은 높은 질소 함유량을 갖는 화합물을 사용하는 것이유익하다. 이러한 물질들은 유용한 개스를 생성하는 연료로서 작용하기 때문에 개스 발생체에 도입될 때 많은 기능을 제공한다.
개스발생체에 효과적으로 사용될 수 있는 알칼리 금속 화합물의 범위는 광범위하다. 예를들면 5-아미노테트라졸(K5-AT)의 2% 포타슘염은 첨가제로서 효과적이고 K5-AT가 일차적인 연료 및 개스 생성제로서 제공될 경우에 약 45%이하까지 사용될 수 있다. 바람직한 범위는 약 2-20중량%이고, 가장 바람직한 범위는 악 2-12중량%이다. 5-아미노테트라졸, 테트라졸, 바이테트라졸과 3-나이트로-1,2,4-트리아졸 -5-온(NTO)의 알칼리 금속염이 그들의 높은 질소 함유량 때문에 사용할 수 있다. 리튬, 소듐 및 포타슘은 바람직한 알칼리 금속이지만 루비듐과 세슘도 또한 사용할 수 있다. 가장 바람직한 알칼리 금속염은 5-아미노테트라졸의 포타슘염이다.
본 발명에 따라, 개스 발생체의 연소 온도를 감소시키고 따라서 NOX생성을 감소시키는 열 흡수 첨가제는 고온 연화 분말 유리 화합물을 포함한다. 개스발생 조성물과 직접적으로 혼합된 유리 첨가제는 연료와 산화제가 반응하는 동안 연화하므로서 열 에너지를 흡수한다. 연소과정동안 열 에너지를 흡수하므로서 유리 첨가제는 연소온도를 바람직하게 감소시키고, 차례로 독성 NOx의 형성을 최소화하는 반면에 필요한 연소율을 유지하도록 고에너지 연료를 사용할 수 있게 한다. CO생성은 비교적 많을 퍼센트의 산화제를 사용하므로서 약화된다. 상승작용적인 관계는 초과산소로부터 NOX의 형성을 막는다. 연화된 유리 입자를 필터에 붙여서 고체 입자를 걸리게 하기 때문에 여과에 문제가 없다. 첨가제로서 선택된 유리 형태는 열을 흡수하여 연소온도를 감소시키는 유리의 성능에 좌우된다. 유리 첨가제의 양은 바람직하게는 개스 발생체 혼합물의 약 0.1-10중량% 범위내인 것이 바람직하다. 유리첨가제의 보다 큰 중량%는 개스 발생체 연소율의 바람직하지 않은 감소 때문에 효과적이지 않다. 유리 입자 크기는 바람직하게 5-300 마이크론이다.
효과적인 유리형태는 특정 비아지드 연료와 산화제의 연소온도에 따라 다양하다. 사용된 유리 화합물은 비아지드 개스 발생체에 의해 전형적으로 나타나는 앞서 말한 고온 때문에 고온 연화 유리가 바람직하다.
유리에 의한 열흡수는 단계에 따라 다양한 것으로 알려졌다. 유리의 "연화점"은 특정 점도의 유리가 특정온도에서 변형될 거라는 사실에 기초하여 ASTM 표준화 시험에 의해 결정된다. 본 출원을 위한 "고온 연화점"이란 용어는 대략 950℃ (1094℉) 이상의 연화점을 말한다. 유리에 적용되는 것으로서 "용융" 온도란 용어는 "연화점"보다는 비교적 높다. "작업점(working point)"이란 용어는 유리가 자유롭게 흐르는 온도를 말한다.
본 발명의 실시에 사용되는 유리형태에 요구되는 유리의 한가지 특징은 "연화된"단계에서 액체 단계, 즉 용융으로 전환될 때 유리가 최대열을 흡수한다는 것이다. 유리가 용융된 후, 유리는 평형상태에 도달할때까지 열을 제거하고 그 이후 유리는 더 이상 많은 양의 열을 흡수하지 않을 것이다. 분말 유리가 주어진 시간 프레임에서 열을 흡수하기 위한 가장 전도성이 뛰어난 유리 형태이므로, 분말 유리가 선택가능한 형태라고 알려졌다.
고려되어야하는 또다른 요소는 용융 유리는 비교적 개스 발생체의 연소물로부터 여과되기 어려운 반면에 연화된 유리분말이 비교적 쉽게 여과된다는 것이다. 따라서, 개스 발생제의 피크연소온도에 근접하나 약간 아래의 "용융"온도를 갖는 유리분말은 열흡수를 최대화하지만 "용융"을 최소화하는데 바람직하다.
상기에서 설명된 뉴욕14831, 코닝, HP CB-1-6, 어드밴스드 머티리얼 비즈니스 , 코닝 인코포레이티드로부터 입수가능한 분말형 PYREX유리 브랜드 7740은 하기 특징을 갖는다 : 510℃(95℉)의 스트레인점, 560℃(1040℉)의 가열 냉각점과 821℃ (1510℉)의 연화점. 선택적으로, 개스 발생체가 비교적 높은 피크 연소 온도를 나타낼 때 VYCOR유리 브랜드 7913 및 7930가 사용될 수 있다. 이러한 유리들은 분말 형태로 코닝으로부터 또한 입수가능하고 하기 특징으로 갖는다 : 890℃(1623℉)의 스트레인점, 1020℃(1868℉)의 가열 냉각점과 1530℃(2786℉)의 연화점. 높은 연화점을 갖는 코닝으로부터 입수가능한 분말형 유리의 또다른 예는 알칼리 토 알루미노실리케이트, 알루미노실리케이트, 바리아 알루미나 보로실리케이트, 바륨 알루미노 보로실리케이트 및 용융 실리카를 포함한다.
본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 상기 성분들의 조합물이 본 발명의 개스 발생체 조성물을 형성하기 위해 조합되는 방법을 쉽게 이해할 것이다. 예를 들면, 물질들은 건조 혼합되고, 볼 밀에서 분쇄된 후 압착 몰딩에 의해 펠렛화된다. 본 발명은 하기의 대표적인 실시예에 의해 예시될 수 있고 여기에서 성분들은 중량 퍼센트로 양이 정해진다.
실시예 1
5-아미노테트라졸(5-AT), 스트론튬 나이트레이트[Sr(NO3)2], K5-AT와 분말 PYREX 유리 브랜드 7740의 혼합물을 중량%로 하기 조성을 갖도록 제조했다 : 28.62% 5-AT, 57.38% Sr(NO3)2, 6.00% K5-AT 및 8.00% PYREX분말.
상기 물질들을 건조 혼합하고, 볼 밀에서 분쇄한 후 압착 몰딩으로 펠렛화하였다.
실시예 2
5-AT, Sr(NO3)2, K5-AT와 분말 VYCOR유리 브랜드 7913 혼합물을 중량%로 하기 조성을 갖도록 실시예1에 기술된 바와같이 제조했다 : 28.62% 5-AT, 27.38% Sr(NO3)26.00% K5-AT 및 8.00% VYCOR 분말. 이 물질들을 실시예 1에 기술된 바와 같이 제조했다.
실시예 3
5-AT, Sr(NO3)2, K5-AT와 PYREX의 혼합물을 중량%로 하기 조성을 갖도록 제조했다 : 27.62% 5-AT, 57.38% Sr(NO3)2, 5.00% K5-AT와 10.00% PYREX 분말. 이 물질들을 실시예1에 기술된 바와같이 제조했다.
실시예 4
5-AT, Sr(NO3)2, K5-AT와 VYCOR유리 브랜드 7930의 혼합물을 중량%로 하기 조성을 갖도록 실시예1에 기술된 바와같이 제조했다 : 28.62% 5-AT, 57.38% Sr(NO3)2, 9.00% K5-AT와 5.00% VYCOR 분말. 이 물질들을 실시예1에 기술된 바와같이 제조했다.
실시예 5
5-AT, Sr(NO3)2, K5-AT와 PYREX 의 혼합물을 중량%로 하기 조성을 갖도록 제조했다 : 25.62% 5-AT, 60.38% Sr(NO3)2, 9.00% K5-AT와 5.00% PYREX 분말. 이 물질들을 실시예1에 기술된 바와같이 제조했다.
본 발명은 바람직한 실시예를 기초로 설명되었지만, 하기 청구범위를 벗어나지 않는 한 많은 변형을 이룰 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (7)

  1. 비아지드 연료 ;
    산화제 ; 및
    연소온도를 감소시키기 위해 상기 연료의 연소시 열을 흡수하기 위한 약 590℃(1094℉)를 초과하는 연화점을 갖는 분말 유리 화합물을 포함하는 열 흡수 첨가제를 포함하는 차량 탑승자 안전보호장치를 팽창시키는데 유용한 연소시 개스를 형성하는 비아지드 개스 발생 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 열 흡수 유리 화합물이 약 5-300마이크론의 입자크기를 갖는 비아지드 개스 발생체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 비아지드 연료가 테트라졸, 바이트테트라졸, 트리아졸 및 이들 화합물의 금속염으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 비아지드 개스 발생체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산화제가 알칼리 또는 알칼린 토금속의 무기 나이트레이트, 나이트리트, 클로레이트 또는 퍼클로레이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 비아지드 개스 발생체.
  5. 제 1항에 있어서, 연료에 대한 산화제의 비가 연소물레서 소량 초과의 산소즉 연소물에서 약 5%미만의 산소함량을 제공하도록 선택되는 비아지드 개스 발생체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 열 흡수 첨가제가 약 0.1-10% 중량%의 양으로 존재하는 비아지드 개스 발생제.
  7. 비아지드 연료;
    산화제; 및
    PYREX VYCOR 화합물, 알칼린 토 알루미노실리케이트, 알루미노실리케이트, 바리아 알루미나 브로실리케이트 및 바륨 알루미노 모로실리케이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,
    연소온도를 감소시키기 위해 상기 연료의 연소시 열을 흡수하기 위해 약 590℃(1094℉)를 초과하는 연화점을 갖는 분말 유리 화합물을 포함하는 열 흡수 첨가제;
    를 포함하는 차량 탑승자 안전 보호장치를 팽창시키는데 유용한 연소시 개스를 형성하는 비아지드 개스 발생 조성물.
KR1019970700080A 1994-07-11 1995-07-11 열흡수첨가제를갖는비아지드개스발생조성물 KR100357040B1 (ko)

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