KR100516926B1

KR100516926B1 - 초미세 산화철을 포함하는 자동점화 추진제 및 점화기의 자동점화온도를 낮추는 방법

Info

Publication number: KR100516926B1
Application number: KR10-1999-7003741A
Authority: KR
Inventors: 위틀리브라이언케이.
Original assignee: 아틀랜틱 리서치 코퍼레이션
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 2005-09-23
Also published as: AU4746097A; DE69704030T2; JP2001503350A; DE69704030D1; EP0938422A4; KR20000052886A; EP0938422B1; WO1998018661A1; CA2270196A1; EP0938422A1; US5763821A

Abstract

자동점화 추진제의 저장 열안정성에 악영향을 미치지 않으면서 추진제의 자동점화온도를 낮추기 위하여, 에어백용 가스발생 조성물과 함께 사용하기 위한 자동점화 추진제가 개시된다. 상기 자동점화 추진제는 본질적으로 a) 약 60 내지 80중량%의 KClO₃; b) 약 15 내지 30중량%의 락토오스; 및 c) 약 1 내지 10중량%의 지방족 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물 A)와, A) 및 B)의 총중량을 기준으로 약 10중량%이하인 자동점화온도 저하 유효량의 초미세 산화철 B)로 이루어진다. 또한, 자동점화 온도를 낮추기 위하여 자동점화 추진제를 이용하는 방법과 자동점화 추진제를 포함하는 에어백 팽창기도 개시된다.

Description

초미세 산화철을 포함하는 자동점화 추진제 및 점화기의 자동점화온도를 낮추는 방법{Autoignition propellant containing superfine iron oxide and method of lowering the autoignition temperature of an igniter}

본 발명은 자동차, 긴급도피 활강장치, 구명 뗏목 등에 사용되는 자동방호장치(protective passive restraints) 또는 에어백과 같은 장치에 사용되는 팽창기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 팽창기 내에 사용되는 가스 발생 조성물용 점화기 및 점화기의 점화온도를 자동점화온도 아래로 낮추는 방법에 관한 것이다.

자동차, 긴급도피 활강장치, 구명 뗏목 등에 사용되는 자동방호장치 또는 에어백과 같은 많은 장치들은 통상적으로 수축된 상태로 저장되고 필요한 시점에서 가스와 함께 팽창된다. 이와 같은 장치들은 인체에 근접하여 저장되고 사용되므로, 항상 높고 유효한 안전율을 가지도록 설계되어야 한다.

압축 저장되며, 사용시점에서 가스발생 조성물의 연소로 발생되는 고온의 연소 가스 생성물이 부가되므로써 더욱 압축 및 보충되는 공기, 질소, 이산화탄소, 헬륨 등과 같은 가스에 의해서, 통상적으로 팽창이 이루어진다. 어떤 경우에는, 상기 팽창 가스는 오직 가스 발생 조성물에 의해서만 발생된다.

가스 발생 조성물이 자동차나 다른 저장환경에서 접할 수 있는 온도에서, 분해 또는 점화되지 않고 확실하고 안전하게 저장될 수 있어야 한다는 점은 명백히 중요하다. 예를 들면, 약 107℃(225℉)정도의 높은 온도는 자주 접할 수 있다. 또한, 사용중에 발생되는 모든 연소 생성물은 사용되는 동안 특히, 장치가 자동차의 객실과 같이 밀폐된 환경에서 사용될 경우에, 본질적으로 비독성, 비부식성 및 비인화성이어야 한다는 점이 중요하다.

점화기는 자동차에 사용되는 자동방호장치용 팽창기내의 가스발생 조성물을 점화시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 점화기는 자동차의 충격을 감지하여 작동되는 기폭기, 예를 들면 전기 도화관에 의해 스스로 점화된다.

아담스 등의 미국특허 제4,561,675호 및 렌젠의 미국특허 제 4,858,951호는 각각의 점화기 및 팽창기가 하나의 알루미늄 하우징내에 포함되어 있는 자동방호장치용 점화장치를 개시하고 있다. 이들 각각의 특허에서 검토된 바와 같이, 알루미늄은 무게를 줄이기 위하여 널리 사용되고 있다. 또한, 상기 특허에서 검토된 바와 같이, 알루미늄 하우징 사용시에는 화재 발생시 접할 수 있는 바와 같은 높은 온도에 상기 알루미늄 하우징이 노출되었을 경우에는 알루미늄의 강도가 급격히 저하된다는 단점이 있다. 이러한 경우에, 점화기가 자동점화온도에 이르렀을 때 알루미늄 하우징이 파열되거나 폭발하여, 사방으로 조각과 파편들이 날릴 수 있다.

점화기 및/또는 가스발생 조성물이 가열된 알루미늄 하우징 내에서 자동점화할 때 일어날 수 있는 심각한 피해를 방지하기 위하여, 상기 미국특허 제4,561,675호 및 제4,858,951호는 낮은 자동점화온도를 갖는 점화기를 제공하고 있다. 아담스등은 하우징 쉘의 벽과 긴밀하게 열접촉하는 점화물질에 의존하고 있다. 렌젠은 300℉(148.9℃) 내지 400℉(204.4℃)범위의 온도에서 점화하는 무연 파우더인 보조장약 물질(booster material)과 자동점화 물질의 균일 혼합물을 이용하고 있다.

비록 종래기술이 점화기의 자동점화온도 및/또는 가스발생 조성물의 문제를 인식하고 역점을 두어 다루어 왔지만, 현재 알려진 전체 유니트의 점화온도를 낮추는 조성물들은 요구되는 저장온도에서 이들 물질의 필수 성능에 악영향을 줄 수 있는 열적 불안정성을 나타내며 큰 중량손실을 가져오는 단점이 있다.

현재 주목받고 있는 가스발생 조성물의 유형이 미국특허 제3,785,149호 및 그 분할특허, 즉 제3,880,595호 및 제3,902,934호에 개시되어 있다. 이들 특허는 염소산칼륨 및 주석산과 같은 물질을 포함하는 조성물을 개시하고 있으며, 상기 주석산의 양은 약 20 내지 42%이고, 나머지 양은 염소산칼륨이다. 한편, 상기 3개 특허의 발명자가 공동발명자인 미국특허 3,862,866호 명세서에서는 염소산칼륨와 함께 유기물질, 예를 들면 락토오스를 사용한 것을 개시하고 있다. 상기 특허에서는 산화제 파우더의 입경은 25미크론 미만, "냉각제 파우더"의 입경은 약 15미크론 미만으로 제한된다. 상기 어떤 문헌도 본 출원발명을 개시하고 있거나 자명하게 설명하고 있지 않다.

도 1은 본 발명의 방법을 실시하는데 사용될 수 있는 통상적인 운전자 측면 팽창기이다..

따라서, 본 발명의 목적은 특히 광범위한 시간과 극한 온도에서 저장 안정성이 있는 개량된 팽창장치용 자동점화 추진제(AIP)를 제공하는것이다. 상기 개량된 조성물은 225℉(약 107℃)에서 안정하다.

본 발명의 다른 목적은 상기 점화기의 자동점화온도를 약 195℃에서 160℃로 낮추는, 보다 효과적인 점화기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 점화기 조성물의 자동점화온도를 낮추기 위한 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 a) 약 60 내지 약 80중량%의 KClO₃; b) 약 15 내지 약 30중량%의 락토오스; 및 c) 약 1 내지 약 10중량%의 지방족 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물 A)와, A) 및 B)의 총중량을 기준으로 10중량% 이하인 점화온도 저하 유효량의 초미세 산화철 B)로 이루어진 추진제의 자동점화온도를 저하시키는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명이 채택될 수 있는 발연장치(pyrotechnic generator)의 도면이다. 팽창기의 어느 부분에도 저장공간을 두지 않았기 때문에 대조되는 하이브리드 팽창기에 비하여 장치가 작다. 상기 도면에는, 신호를 발생시키는 센서(미도시)의 신호에 응하여 연소하는 기폭기(11)가 있다. 상기 센서는 상태변화, 예를 들어 팽창기가 설치된 차량의 갑작스런 감속(충돌을 의미하는)의 결과에 따라 신호를 보낸다. 상기 기폭기(11)는 고온의 가스를 방출하여 메인 제너런트 챠지(16)를 연소시키므로써, 팽창가스 혼합물을 발생시킨다. 상기 혼합물은 출구 포트(15)를 통해 매니폴드(14)를 빠져 나간다. 가스발생 추진제가 자동점화온도(T_ig)및 기재의 구조물질이 약해지기 시작하는 온도보다 상당히 낮은 온도에서 잘 점화될 수 있도록 하기 위하여, 적절히 낮은 T_ig를 갖는 자동점화 추진제(AIP)가 점화챠지(12)를 점화시키기 위해 사용되어 추진제(16)를 점화시킨다.

본 발명은 가스발생 조성물용 점화기에 관한 것이다. 본 발명의 점화기 또는 자동점화 추진제는 공지의 점화기에 비해 그 자동점화온도가, 점화기 및 조합된 가스발생 추진제를 덮고 있는 컨테이너의 기계적 강도가 저하되는 온도보다 상당히 낮고, 또한 대부분의 가스발생 챠지의 자동점화온도보다 낮다는 점을 포함하는 특별한 장점이 있다. 또한, 자동점화온도는 107℃에서 17일간 저장해도 비교적 영향을 받지 않는다. 점화기 내에서, A) 및 B)의 총중량을 기준으로 약 10중량% 이하인 점화온도 저하 유효량의 초미세 산화철 성분인 B)가 추진제 혼합물인 A)에 첨가된다.

하기 상세한 설명으로부터 당업자들은 본 발명의 부가적인 목적과 잇점을 쉽게 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 본 발명을 실시하기 위해 심사숙고된 베스트 모드를 설명하기 위한 방법으로서만 기술된다. 깨달은 바와 같이, 본 발명은 다른 여러가지 실시예가 가능하며, 다양하고 명백한 관점에서 본 발명을 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다. 따라서, 도면과 명세서는 한정적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

본 발명의 점화기는 염소산칼륨, 락토오스 및 지방족 폴리카보네이트의 혼합물인 추진제 A)를 포함한다. 상기 점화기의 자동점화온도를 낮추는 성분인 B)는 본질적으로 초미세 산화철로 이루어져 있으며, 상업적으로는 나노카트(등록상표 NANOCAT)라는 상표로 알려져 있다. 이것은 펜실베니아, 킹 오브 프러시아시의 마크 원(Mach I, King of Prussia, Pensylvania)에 의해 생산되었다.(표1 참조)

등록상표 NANOCAT의 성질
변 수	나노카트	표준등급⁽¹⁾
입경, nm	3	큰 로드
비표면적, ㎡/gm	250	10 - 100
벌크 밀도, gm/ml	0.05	56
철/산소 비율, 몰/몰	2/3	2/3

(1)은 마피코(MAPICO) 156m와 같은 것을 말함.

본 점화기는 공지의 모든 가스발생 조성물을 점화시키는데 이용될 수 있다. 이러한 점에서, 상기 점화기는 공지의 점화기 조성물 또는 점화기 시스템에 단지 새로운 점화기를 대체하므로써 공지의 팽창기 장치에 쉽게 결합될 수 있다. 이 점화기는 압축저장되는 가스를 이용하는 팽창장치 뿐만 아니라, 가연성 가스발생 조성물만을 이용하는 팽창장치와 함께 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.

상기 지방족 폴리카보네이트 바인더는 점화물질을 압축하는 데 도움을 준다. 그러나, 상기 점화기는 0.3그램까지는 펠렛상으로 사용될 수 있으나, 그보다 클 때는 과립상 형태로 사용될 수 있다.

좀더 구체적으로는 본 발명의 자동점화 추진제는 자동차 에어백이나 항공기 탈출활강장치와 같은 팽창성 장치를 팽창시키기 위해 가스발생 조성물과 함께 사용된다. 상기 자동점화 추진제는 보다 낮은 점화온도를 제공하며, 107℃에서 17일동안 저장한 후에도 그 효능을 잃지 않을 것이다. 상기 자동점화 추진제는 필수적으로 a) 약 60 내지 80중량%의 KClO₃; b) 약 15 내지 30중량%의 락토오스; 및 c) 약 1 내지 10중량%의 지방족 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물 A)와, A) 및 B)의 총중량을 기준으로 약 10중량%이하인 점화온도 저하 유효량의 초미세 산화철 B)로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 점화온도 저하 유효량의 초미세 산화철의 양은 A) 및 B)의 총중량을 기준으로 약 1중량%이다. 초미세 산화철이 존재하므로써, 상기 초미세 산화철이 없으면 약 195℃인 추진제의 자동점화온도가 약 160℃까지 낮추어진다.

자동점화 추진제의 첫번째 성분, 즉 A)는 당업계에서 통상적으로 "등록상표 QPAC"으로 알려진 바와 같이, 약 70중량%의 KClO₃, 약 25중량%의 락토오스 및 약 5중량%의 지방족 폴리카보네이트를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 점화기의 두번째 성분, 즉 B)는 두 성분의 총중량을 기준으로 10중량% 이하의 초미세 산화철을 포함하며, A) 및 B)의 총중량을 기준으로 약 1%를 포함하는 것이 바람직하다. 추진제-점화기의 자동점화온도가 195℃에서 160℃로 낮추어질 뿐만 아니라, 2성분 점화기를 107℃를 유지하며 17일 이상 저장해도 자동점화온도는 160℃에서 크게 변하지 않는다.

자동점화 추진제의 자동점화온도를 낮추는 성분으로서 사용되는 초미세 산화철(SFIO)은 점화기의 열안정성에 중요하다. 비록 10 내지 20m²/gm 범위의 표면적을 갖는 표준등급 산화철(Fe₂O₃)을 사용하면 초기에는 초미세 산화철로 만들어진 것과 비슷하게 자동점화온도를 낮출 수 있지만, 상기 표준 산화철은 107℃에서 17일이상의 기간동안 낮추어진 자동점화온도를 유지하지 못한다. 이것은 하기 기술한 표 2의 자료로 설명된다.

변 수	A)	A)+ B)	A) + Fe₂O₃	A) + Fe₂O₃
함유량(%)	100	99+1	99+1	95+5
자동점화개시온도,℃	195	160	165	162
5일/107℃		163	176	175
10일/107℃		166	178	182
17일/107℃		164	180	180

A)는 a) 약 70중량%의 KClO₃, b) 25중량%의 락토오스 및 c) 5중량%의 등록상표 QPAC(표 3)의 혼합물임.

등록상표 QPAC-40의 성질
수평균 분자량	50.000
밀 도, g/cc	1.26
신장율, %	9 - 160
인장 탄성율, 10³psi	300
물 흡수율, 23℃, %	0.4
분해온도, ℃	250
Tg, ℃	40
연소열, BTU/lb	8000

(1) 등록상표 QPAC-40 = PAC 폴리머사(PAC Polymer Inc.)에 의해 생산된 폴리(프로필렌) 카보네이트(QPAC은 등록상표임.)

상술한 바로부터 본 발명이 화력이 강한 횃불을 지필 때나 약한 화력을 사용하는 이벤트에서 점화기용 완화수단으로서 기능할 수 있다는 것은 명백하다. 즉, 추진제 조성물의 점화온도를 자동점화온도 아래로 낮추므로써, 대재난을 피할 수 있다.

본 명세에서는 본 발명의 바람직한 실시예와 몇가지 다양한 변형예만이 기술되었다. 본 발명은 상기에 기재된 본 발명개념의 범위내에서 다른 다양한 조합으로, 다양한 환경에서, 다양한 용도로 사용할 수 있으며, 변형이나 개량이 가능하다.

Claims

107℃에서 17일동안 저장한 후에도 그 효능을 유지하면서 보다 낮은 자동점화온도를 나타내는, 팽창장치 팽창용 가스발생 조성물과 함께 사용하기 위한 자동점화 추진제(AIP)에 있어서, 상기 자동점화추진제가

a) 60 내지 80중량%의 KClO₃:

b) 15 내지 30 중량%의 락토오스: 및

c) 1 내지 10중량%의 지방족 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물 A) 및,

초미세 산화철 B)를 필수적으로 포함하며,

상기 초미세 산화철 B)의 함량이 A) 및 B)의 총중량을 기준으로 1 내지 10중량%의 자동점화온도 저하 유효량인 것을 특징으로 하는 자동점화 추진제.

삭제

제1항에 있어서, 상기 초미세 산화철이 없으면 195℃인 자동점화온도가 상기 초미세 산화철을 포함하므로써 160℃까지 낮추어진 것을 특징으로 하는 자동점화 추진제.

제1항에 있어서, 상기 A)의 성분에는

a) 70중량%의 KClO₃:

b) 25중량%의 락토오스: 및

c) 5중량%의 지방족 폴리카보네이트가 존재하고,

상기 초미세 산화철 B)는 A) 및 B)의 총중량을 기준으로 1중량% 내지 10중량%의 자동점화온도 저하 유효량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 자동점화 추진제.

삭제

제1항에 있어서, 압축 챠지 형태인 것을 특징으로 하는 자동점화 추진제.

107℃에서 17일동안 저장한 후에도 상기 자동점화 추진제의 효능이 저하되지 않으면서, 팽창장치를 팽창시키기 위한 가스발생 조성물용 자동점화 추진제의 자동점화온도를 낮추는 자동점화 추진제를 제조하는 방법에 있어서,

a) 60 내지 80중량%의 KClO₃:

b) 15 내지 30 중량%의 락토오스: 및

c) 1 내지 10중량%의 지방족 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물 A)에, A) 및 B)의 총중량을 기준으로 1 중량% 내지 10중량%인 자동점화온도 저하 유효량의 초미세 산화철 B)를 가스발생기 내에서 첨가하는 단계를 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

삭제

제7항에 있어서, 상기 초미세 산화철 B)를, 상기 초미세 산화철이 없으면 195℃인 상기 추진제의 자동점화온도가 상기 초미세 산화철을 포함하므로써 160℃까지 낮추어지도록 하기에 충분한 양만큼 상기 추진제 A)에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.

제7항에 있어서, 상기 A)의 성분에는

a) 70중량%의 KClO₃:

b) 25중량%의 락토오스: 및

c) 5중량%의 지방족 폴리카보네이트가 존재하고,

상기 초미세 산화철 B)를 상기 A)와 B)의 총중량을 기준으로 1중량% 내지 10중량%인 자동점화온도 저하 유효량만큼 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.

삭제

제7항에 있어서, 상기 팽창장치는 자동차내에 구비된 차량의 승객구속장치 중의 에어백인 것을 특징으로 하는 방법.

제7항에 있어서, 상기 자동점화 추진제는 압축챠지 형태인 것을 특징으로 하는 방법.

제7항에 있어서, 상기 자동점화 추진제는 건조 파우더 혼합물의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.

점화 조성물을 포함하는 팽창 장치용 팽창기에 있어서, 상기 점화 조성물은,

a) 60 내지 80중량%의 KClO₃:

b) 15 내지 30 중량%의 락토오스: 및

c) 1 내지 10중량%의 지방족 폴리카보네이트를 포함하는 혼합물 A)와, A) 및 B)의 총중량을 기준으로 1 내지 10중량%인 자동점화온도 저하 유효량의 초미세 산화철 B)를 함께 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창장치용 팽창기.

제15항에 있어서, 상기 팽창기가 압축가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창기.

제15항에 있어서, 상기 팽창가스는 가스발생 조성물에 의해서만 제공되는 것을 특징으로 하는 팽창기.

제15항에 있어서, 상기 팽창 장치는 자동차 에어백을 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창기.

제15항에 있어서, 상기 점화 조성물은 압축챠지 형태인 것을 특징으로 하는 팽창기.