KR101154214B1 - 과염소산 알칼리 금속을 포함하는 가스 발생제 - Google Patents

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오토리브 에이에스피, 인크.
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Abstract

연소시에 개선된 유출물을 생성 및 발생하는 과염소산 알칼리 금속-함유 가스 발생제 조성물, 및 팽창가능 구속 시스템에 사용하기 위한 팽창가스를 생성하는 방법이 제공된다. 이러한 과염소산 알칼리 금속-함유 가스 발생제 조성물은 또한 100 미크론이 넘는 평균 입자 크기로 존재하는 적어도 하나의 과염소산 알칼리 금속을 포함한다. 이러한 과염소산 알칼리 금속-함유 가스 발생제 조성물들은 또한 적합한 비-아지드, 유기, 질소-함유 연료, 및 염기성 질산구리, 산화구리, 질산암모늄이 약 3 내지 90 중량 퍼센트의 범위에서 혼합물 내에 존재하는 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물, 바이테트라졸 디아민 구리, 5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응으로 생성되는 질산-구리 합성물 및 그 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구리-함유 화합물을 포함 또는 함유한다.
가스 발생제 조성물, 구속 시스템, 팽창가스, 유출물 독성, 평형비

Description

과염소산 알칼리 금속을 포함하는 가스 발생제{ALKALI METAL PERCHLORATE-CONTAINING GAS GENERANTS}
본 발명은 일반적으로 가스 생성, 더욱 상세하게는, 여러가지 원하지 않는 구성성분의 농도가 감소된 가스 유출물을 생성하거나 발생시키는 과염소산 알칼리 금속을 포함하는 가스 발생제 조성물을 통한 가스 생성에 관한 것이다.
예를 들어, 차량이 충돌사고 같은 갑작스런 감속을 경험할 때 가스에 의해 팽창 또는 확장되는 "에어백 쿠션(airbag cushion)" 같은 쿠션 또는 백을 사용하여 차량 탑승자를 보호한다는 것은 공지되어 있다. 그러한 에어백 구속 시스템(airbag restraint system)은 일반적으로, 필요공간을 최소화하기 위해 부풀려지지 않거나 접힌 상태로 수납되는 하나 또는 그 이상의 에어백 쿠션; 차량의 갑작스런 감속을 탐지하기 위해 차량의 프레임 또는 본체부 상에 장착되는 하나 또는 그 이상의 충돌센서; 상기 충돌센서에 의해 전기적으로 작동되는 활성화 시스템(activation system); 및 상기 에어백 쿠션을 부풀리기 위해 가스를 생성하거나 주입하는 팽창장치(inflator device)를 포함한다. 차량의 급격한 감속의 경우, 상기 충돌센서는 통상 수백분의 일초 내에 상기 에어백 쿠션을 팽창시키기 시작하는 팽창장치를 작동시키는 활성화 시스템을 작동시킨다.
하나 또는 그 이상의 팽창가능 구속 시스템 에어백 쿠션을 팽창시키기 위한 많은 형태의 팽창장치들이 종래 기술로 공지되어 있다. 예를 들어 "가스 발생제(gas generant)" 같은 가스 발생 점화성(pyrotechnic) 물질의 연소를 통해 팽창가스를 형성 또는 생성하는 팽창장치들은 잘 알려져 있다. 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 에어백 쿠션을 팽창시키는 저장 및 가압된 가스를 보충하는 상기 가스 발생제의 연소에 의해 생성되고 부가적인 가스 생성물을 포함하는 고온의 연소 생성물들을 사용하는 팽창장치들이 공지되어 있다. 다른 공지된 팽창장치들에 있어서는, 가스 발생제를 연소시킴으로써 발생되는 연소 생성물들이 상기 에어백 쿠션을 팽창시키기 위해 사용되는 팽창가스의 유일한 또는 실질적으로 유일한 공급원이 될 수 있다. 통상, 그러한 팽창장치들은, 원하지 않는 및/또는 독성의 연소 부산물에 대한 탑승자의 노출을 제한 또는 방지하기 위해, 가스 발생제 조성물이 연소되는 동안 상기 팽창가스로부터 발생되는 상기 입자상 물질 또는 먼지를 제거하기 위해 필터를 포함한다.
탑승자의 안전 및 부상방지에 대한 증가된 관심의 관점에서, 많은 차량들이 하나 또는 그 이상의 팽창장치를 각각 포함하는 몇몇 팽창가능 구속 시스템을 통상적으로 포함한다. 예를 들면, 차량은 운전자 에어백, 탑승자 에어백, 하나 또는 그 이상의 안전벨트 프리텐셔너(pretensioner), 하나 또는 그 이상의 무릎 받침대, 및/또는 하나 또는 그 이상의 팽창가능 벨트를 포함하고, 각각의 관련된 팽창장치들은 운전자 및 탑승자를 정면충돌로부터 보호한다. 상기 차량은 또한 하나 또는 그 이상의 머리/흉부 쿠션, 흉부 쿠션, 및/또는 커튼을 포함하고, 이들 각각과 관련된 팽창장치는 운전자 및 탑승자를 측면충돌로부터 보호한다. 일반적으로, 특정 차량 내의 모든 팽창장치에 의해 생성되는 상기 가스성 유출물 또는 팽창 가스는 현행 산업안전기준에 부합하기 위해 엄격한 구성성분 제한을 만족하도록 요구된다. 그 결과, 그러한 팽창장치들에 사용되는 가스 발생제 조성물들은 되도록 적은 양의 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소와 같은 원하지 않는 유출물을 생성하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 낮은 농도의 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소와 같은 원하지 않는 유출물을 생성 및 배출하는 가스 발생제 조성물들에 대한 필요성 및 요구가 있다. 가스 발생제 물질들의 평형비(equivalence ratio)의 조절이 통상적으로 가스 발생제 물질들의 유출물 농도의 조정에 이용되는 기술인 반면, 이러한 조작은 때때로 평형비 "시소타기(teeter-totter)"라 불리는 작업에 치우치는 경향이 있다. 이는, 평형비가 낮아졌을 때는 CO 및 NH3 같은 저-산화종이 증가하고, NO 및 NO2 같은 과-산화종은 감소한다. 평형비가 증가했을 때는 반대현상이 일어난다.
전술된 관점에서, 에어백 팽창장치에 채용될 때 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소 같은 원하지 않는 가스성 유출물이 실질적으로 부존재하는 가스 유출물을 생성하는 점화성 가스 발생제 조성물에 대한 필요성 및 요구가 있다.
본 발명의 일반적인 목적은 개선된 가스 발생제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 특정한 목적은 상기 기재된 하나 또는 그 이상의 문제점들을 극복하는 것이다.
본 발명의 일반적인 목적은, 적어도 부분적으로, 가스 발생제 조성물을 통해 달성되며, 상기 가스 발생제 조성물은,
비-아지드(non-azide), 유기(organic), 질소-함유 연료;
염기성 질산구리, 산화구리, 질산암모늄이 약 3 내지 약 90 중량 퍼센트의 범위에서 혼합물 내에 존재하는 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물, 바이테트라졸(bitetrazole) 디아민 구리, 5-아미노테트라졸(aminotetrazole)과 염기성 질산구리의 반응으로 생성되는 질산-구리 합성물 및 그 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 구리-함유 화합물; 및
100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는 다량의 적어도 하나의 과염소산 알칼리 금속을 포함하며,
상기 적어도 하나의 과염소산 알칼리 금속은 약 1 내지 약 10의 조성물 중량 퍼센트로 존재하며, 상기 가스 발생제 조성물이 연소될 때 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소가 실질적으로 부존재하는 가스 유출물을 생성하는데 효과적이다.
종래 기술에 있어서는, 일반적으로 하나 또는 그 이상의 과염소산 알칼리 금속을 포함 또는 허용하면서도, 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소 같은 원하지 않는 유출물의 농도 또는 양을 감소 또는 형성을 방지하는 가스 발생제 조성물을 제공하는 것이 어려웠다.
본 발명은 추가적으로
비-아지드, 유기, 질소-함유 연료;
염기성 질산구리, 산화구리, 질산암모늄이 약 3 내지 약 90 중량 퍼센트의 범위에서 혼합물 내에 존재하는 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물, 바이테트라졸 디아민 구리, 5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응으로 생성되는 질산-구리 합성물 및 그 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 구리-함유 화합물;
100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 약 1 내지 약 10의 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
이산화규소, 산화알루미늄, 산화아연, 및 그 조합물들로 구성되는 그룹으로부터 선택된, 약 1 내지 약 5의 조성물 중량 퍼센트의 적어도 하나의 산화금속 연소율의 증가 및 슬래그(slag)를 형성하는 부가물을 포함하며,
상기 비-아지드, 유기, 질소-함유 연료; 상기 구리-함유 화합물; 상기 과염소산 알칼리 금속; 및 산화금속 연소율의 증가 및 슬래그를 형성하는 부가물들은, 상기 가스 발생제 조성물이 약 0.95 내지 약 1.05 범위의 평형비를 가지는 충분한 상대적 함량으로 존재하고,
상기 가스 발생제 조성물의 연소는 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소가 실질적으로 부존재하는 가스 유출물을 발생시킨다.
본 발명은 비-아지드, 유기, 질소-함유 연료를 포함하는 가스 발생제 조성물의 연소시에 생성되는 유출물의 독성을 감소시키는 방법을 추가적으로 포함하고, 상기 방법은,
가스 발생제 조성물 내에서 불균일하게 100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 약 1 내지 약 10의 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속을 포함한다.
상기 사용된 바와 같이, "평형비(equivalence ratio)"라는 용어는 수소를 물로, 탄소를 이산화탄소로, 임의의 금속을 열역학적으로 예견된 산화금속으로 변환시키는데 필요한 몰 수에 대한 가스 발생제 조성물 또는 배합물 내의 산소의 몰 수의 비를 말하는 것으로 이해된다. 그 결과, 1.0보다 큰 평형비를 가지는 가스 발생제 조성물은 과산화된 것이고, 1.0보다 작은 평형비를 가지는 가스 발생제 조성물은 저산화된 것이며, 1.0의 평형비를 가지는 가스 발생제 조성물은 완전 산화된 것이다.
전술한 바와 같이, 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소, 및 일산화질소 같은 가능한 가스 유출물 조성요소를 언급할 때 사용되는 "실질적으로 부존재하는"이란 표현은 현행 산업기준(USCAR 규격)하에 인정되는 또는 그에 의해 허용되는 유출물 조성요소의 양보다 적거나 같은 양의 조성요소의 양을 가지는 가스 유출물 또는 팽창가스를 언급할 때 사용된다. 예를 들어, 차량이 가스 발생제 조성물을 포함하는 단일 팽창기(single inflator)를 가지는 단일 팽창성 에어백 쿠션을 구비하는 경우, 상기 가스 발생제 조성물의 연소에 의해 생성되는 상기 가스 유출물 또는 팽창가스는 상기 팽창기가 100ft3의 탱크 속으로 방출되는 경우에 염화수소 백만개 당 약 5요소(parts) 또는 그 이하를 포함하는 경우 염화수소가 실질적으로 부존재하는 것이며; 상기 팽창기가 100ft3의 탱크 속으로 방출되는 경우에 일산화탄소 백만개 당 약 461요소(parts) 또는 그 이하를 포함하는 경우 일산화탄소가 실질적으로 부존재하는 것이고; 상기 팽창기가 100ft3의 탱크 속으로 방출되는 경우에 암모니아 백만개 당 약 35요소(parts) 또는 그 이하를 포함하는 경우 암모니아가 실질적으로 부존재하는 것이며; 상기 팽창기가 100ft3의 탱크 속으로 방출되는 경우에 이산화질소 백만개 당 약 5요소(parts) 또는 그 이하를 포함하는 경우 이산화질소가 실질적으로 부존재하는 것이며; 상기 팽창기가 100ft3의 탱크 속으로 방출되는 경우에 일산화질소 백만개 당 약 75요소(parts) 또는 그 이하를 포함하는 경우 일산화질소가 실질적으로 부존재하는 것이다.
다른 목적 및 유리한 점들은 첨부된 청구범위 및 도면과 연계된 후술하는 발명의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 내부의 에어백 모듈 조립체로부터의 에어백 쿠션의 전개(deployment)를 도시하는, 단순화된 개략적인, 부분적으로 생략된 도면이다.
본 발명은 개선된 가스 발생제 조성물을 제공한다. 더 상세하게는, 가스 발생제 유출 생성물이 가스 발생제 조성물 내에 하나 또는 그 이상의 과염소산 알칼 리 금속을 충분한 입자크기의 입자형태로 포함함으로써 획기적으로 개선(예를 들어, 최종 유출물이 하나 또는 그 이상의 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소 같은 원하지 않는 물질이 획기적으로 감소된 조성을 가진다)될 수 있다는 것이 발견되었다. 더욱 상세하게는, 가스 발생제 조성물 내에 100 미크론이 넘는 평균 입자크기, 바람직하게는 적어도 약 200 미크론의 평균 입자크기를 가지는 과염소산 알칼리 금속 입자를 포함하는 것이, 상기 크기의 과염소산 알칼리 금속 입자들을 가지지 않는 동일한 가스 발생제 조성물의 연소로부터 생성된 유출물과 비교했을 때, 가스 발생제 조성물의 연소로부터 생성되는 유출물을 획기적으로 개선시킬 수 있다는 것이 발견되었다. 본 발명의 특정의 양호한 실시예에 따르면, 본 발명에 따라 가스 발생제 조성물 내에 포함된 과염소산 알칼리 금속 입자들이 약 350 내지 약 400 미크론 범위의 평균 입자크기를 가지는 것이 유리하다는 것이 발견되었다.
상기 확인된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 발생제 조성물의 연소에 따른 하나 또는 그 이상의 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소 같은 원하지 않는 물질의 조성에 있어서의 감소는 상기 가스 발생제 조성물 내의 충분한 크기의 입자로서의 하나 또는 그 이상의 과염소산 알칼리 금속의 포함에 의존한다고 인정된다. 이 경우, 단순히 과염소산 알칼리 금속을 균질 가스 발생제 조성물의 구성성분(ingredient)으로서 포함하는 것으로는 그러한 원하지 않는 물질들의 함유에 있어서의 감소가 관측되지 않으며, 오히려 상술된 바와 같은 크기의 과염소산 알칼리 금속이 가스 발생제 조성물 내에 포함되어져야 한다.
본 발명의 가스 발생제 조성물에 포함되는 과염소산 알칼리 금속의 입자크기가 클수록, 그로부터 생성되는 비균질성의 정도가 높아지며, 그 결과 본 발명에 따른 특정한 가스 발생제 조성물 내의 상기 크기의 과염소산 알칼리 금속 입자들의 포함의 결과로서의 유출물 독성에 나타나는 영향은 더욱 커진다는 것이 이론화되어 있다. 100 미크론 이하의 평균 입자크기를 가지는 과염소산 알칼리 금속의 사용에 의해서는, 과염소산 알칼리 금속 함유 가스 발생제 조성물이 더욱 균질하게 되는 결과로 효율성이 감소된다는 것이 추가적으로 이론화되어 있다.
본 발명의 실시에 사용되는 적합한 과염소산 알칼리 금속은 과염소산의 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘을 포함한다. 실제로, 과염소산 나트륨, 및 과염소산 칼륨이 본 발명의 실시에 있어 효율 및 비용의 측면에서 특히 바람직한 과염소산 알칼리 금속으로 생각되며, 적어도 부분적으로 그와 관련된 낮은 흡습성(hygroscopicity)의 결과로 과염소산 칼륨의 사용이 특히 바람직하다.
본 발명의 실시에 있어 특히 적합한 가스 발생제 조성물들은 비-아지드, 유기, 질소-함유 연료를 포함하는 가스 발생제 조성물이다. 선구물질 배합물(precursor blend)에 사용되는 유용한 질소 함유 연료들은 일반적으로 질산 아민, 니트로아민, 헤테로싸이클릭 니트로 화합물, 테트라졸 화합물, 및 그 조합물을 포함하는 비-아지드, 유기, 질소-함유 연료를 포함한다. 비록 다양한 질소-함유 연료들이 본 발명의 염소-함유 가스 발생제 조성물에 사용될 수 있지만, 특정의 양호한 실시예에 있어, 유리하게는 상기 질소-함유 연료가 질산 구아니딘일 수 있다. 일반적으로, 질산 구아니딘은 그 높은 열적 안정성, 낮은 가격, 및 연소시의 높은 가스 수율 때문에 바람직하다.
본 발명의 실시에 사용되는 특히 적합한 가스 발생제 조성물은 염기성 질산구리, 산화구리, 질산암모늄이 약 3 내지 약 90 중량 퍼센트의 범위에서 혼합물 내에 존재하는 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물, 바이테트라졸 디아민 구리, 5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응으로 생성되는 질산-구리 합성물 및 그 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구리-함유 화합물을 추가로 포함하는 가스 발생제 조성물이다. 당업자에 의해 인정되고 상술된 설명에 의해 유도되는 바와 같이, 이렇게 포함되는 구리-함유 화합물들은 특정 조성물 내에서 하나 또는 그 이상의 다양한 기능들에 기여할 수 있다. 예를 들어, 특정 조성물에서는, 그러한 특정 구리-함유 화합물들이 예를 들자면 산화제, 연료 또는 연소율 촉매 또는 촉진재(enhancer)로 기여 또는 기능할 수 있다. 게다가, 특정 구리-함유 화합물의 선택 및 사용은 종종 비용 및 성능 사이의 균형과 관련된다.
필요하다면, 본 발명에 따른 가스 발생제 조성물은 또한 유리하게는 적어도 하나의 산화금속 연소율의 촉진 및 슬래그를 형성하는 부가물을 함유할 수 있다. 그러한 산화금속 부가물들은 가스 발생제 조성물의 연소율을 증가시키기 위해 부가되거나 또는 여과 가능한 미립자 물질 또는 슬래그를 형성함으로써 원하지 않는 연소 부산물의 제거를 돕기 위해 부가될 수 있다. 실제로, 본 발명의 가스 발생제 조성물은 적어도 하나의 그러한 산화금속 부가물의 약 10 조성물 중량 퍼센트까지 포함할 수 있다. 적합한 산화금속 부가물은 이에 한정되지는 않지만, 이산화규소, 산화알루미늄, 산화아연, 및 그 조합물들을 포함한다. 본 발명의 특정한 양호한 실시 예에 따르면, 본 발명의 상기 가스 발생제 조성물은 바람직하게는 적어도 하나의 산화금속 부가물의 약 1 내지 5 조성물 중량 퍼센트를 포함한다. 본 발명의 특정의 양호한 실시예에 따른 가스 발생제 조성물은, 바람직하게는 산화알루미늄 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물의 약 1.5 내지 약 5 조성물 중량 퍼센트를 포함하고, 이산화규소 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물의 약 1 조성물 중량 퍼센트를 포함한다.
실제로, 본 발명의 이러한 측면에 따르는 가스 발생제 조성물은 바람직하게는 바람직한 크기의 과염소산 알칼리 금속 입자를 약 1 내지 약 10 조성물 중량 퍼센트의 상대량으로 포함한다.
약 0.95 내지 약 1.05 범위, 양호하게는 약 0.99 내지 약 1.04 범위의 평형비를 가지는 가스 발생제 조성물은 예를 들어 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소, 및 일산화질소 같은 원하지 않는 가스 종의 양이 감소 또는 최소화된 생성 유출물의 증가에 있어 바람직하다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에 따른 적합한 가스 발생제 조성물은,
1. 약 40 내지 약 60 조성물 중량 퍼센트의 질산 구아니딘;
약 35 내지 약 50 조성물 중량 퍼센트의 염기성 질산구리;
100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 약 1 내지 약 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
약 1 내지 약 5 조성물 중량 퍼센트의 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물로 구성 또는 실질적으로 구성되거나, 선택적으로는 포함하는 조성물.
2. 약 40 내지 약 50 조성물 중량 퍼센트의 질산 구아니딘;
질산암모늄이 약 3 내지 약 90 중량 퍼센트의 범위로 혼합물 내에 존재하는, 약 40 내지 약 55 조성물 중량 퍼센트의 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물;
100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 약 1 내지 약 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
약 1 내지 약 5 조성물 중량 퍼센트의 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물로 구성 또는 실질적으로 구성되거나, 선택적으로는 포함하는 조성물.
3. 약 10 내지 약 40 조성물 중량 퍼센트의 질산 구아니딘;
약 45 내지 약 60 조성물 중량 퍼센트의 염기성 질산구리;
약 5 내지 약 30 조성물 중량 퍼센트의 바이테트라졸 디아민 구리;
100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 약 1 내지 약 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
약 1 내지 약 5 조성물 중량 퍼센트의 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물로 구성 또는 실질적으로 구성되거나, 선택적으로는 포함하는 조성물.
4. 약 10 내지 약 60 조성물 중량 퍼센트의 질산 구아니딘;
약 1 내지 약 35 조성물 중량 퍼센트의 염기성 질산구리;
5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응의 결과인 약 10 내지 약 60 조성물 중량 퍼센트의 질산-구리 합성물;
100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 약 1 내지 약 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
약 1 내지 약 5 조성물 중량 퍼센트의 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물로 구성 또는 실질적으로 구성되거나, 선택적으로는 포함하는 조성물.
특히, 5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응의 결과인 질산-구리 합성물은 구리, 히드록시 니트레이트 1H-테트라졸-5-아민 합성물(hydroxy nitrate 1H-tetrazol-5-amine complex)로 인정된다.
종래기술로 알려진 다양한 준비(preparation) 기술들이 본 발명에 따른 가스 발생제 조성물을 준비하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, (과염소산 알칼리 금속 이외의) 상기 다양한 가스 발생제 조성물 화합물들은 슬러리 혼합 및 그 이후의 균질 파우더를 형성하기 위한 분무 건조(spray drying)에 의해 준비될 수 있다. 이러한 균질 파우더는 과염소산 알칼리 금속을 원하는 입자크기로 유지시키는 저에너지 입력 믹서(low energy input mixer)를 사용하여 원하는 크기의 과염소산 알칼리 금속 입자와 혼합될 수 있다. 상기 혼합 결과물은 예를 들면 상기 조성물을 특정한 원하는 형상 및 모양으로 성형하는 정제화(tableting)에 의해 적절하게 가공될 수 있다.
당업자 및 본 명세서를 참고하는 이들은 종래기술로 알려진 다양한 준비 기술들이 본 발명에 따른 가스 발생제 조성물을 준비하기 위해 사용될 수 있다는 것을 인정하지만, 본 발명의 실시는 일반적으로 최종 가스 발생제 조성물이 특정 크기 범위의 과염소산 알칼리 금속 입자들을 포함할 것을 요구한다.
본 발명은 추가적으로 자동차의 팽창가능한 구속 장치의 에어백 쿠션을 팽창시키는 방법을 포함하는데, 상기 방법은 다량의 팽창가스를 생산하기 위해 본 발명에 따른 가스 발생제 조성물을 점화하는 단계, 및 그 후에 상기 팽창가스로 상기 에어백 쿠션을 팽창시키는 단계를 포함한다. 이후 설명되는 바와 같이, 상기 팽창가스는 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소, 및 일산화질소가 실질적으로 부존재하는 것이다.
인정되는 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 발생제 조성물은 다양한 다른 구조, 조립체, 및 시스템과 연계하여 통합, 이용, 실시될 수 있다. 대표적으로, 도면은 일반적으로 도면부호 14로 지시된, 팽창가능 자동차 탑승자 구속 시스템이 위치하는 내부공간(12)을 가지는 차량(10)을 도시한다. 인정되는 바와 같이, 본 발명의 이해를 위해 필요하지 않은 특정한 표준 구성요소들은 도시 및 이해를 용이하게 하기 위한 목적으로 도면으로부터 생략 또는 제거되었다.
상기 차량 탑승자 구속 시스템(14)은 예를 들면 팽창가능 에어백 쿠션인 팽창가능 차량 탑승자 구속 시스템(20), 및 관련된 탑승자 구속 시스템의 팽창을 위한 팽창가스를 생산 및 공급하기 위해 일반적으로 도면부호 22로 지시되는 장 치(22)를 위한 하우징을 형성하는 개구형(open-mouthed) 반응 캐니스터(16)를 포함한다. 상기 확인되는 바와 같이, 이러한 가스 발생장치는 일반적으로 "팽창기(inflator)"로 언급된다.
상기 팽창기(22)는 본 발명 및 상술된 바에 따른 다량의 가스 발생제 조성물을 포함한다. 상기 팽창기(22)는 또한 상기 가스 발생제 조성물과 연통하는 점화에 있어 상기 가스 발생 조성물의 연소의 개시를 위해 종래기술로 알려진 점화기를 포함한다. 인정되는 바와 같이, 상기 팽창장치의 특정 구성은 본 발명의 광범위한 실시에 제한을 가하지 않으며, 그러한 팽창장치는 종래기술로 알려진 방법으로 다양하게 구성될 수 있다.
실제로, 전개과정에 있는 상기 에어백 쿠션(20)은 차량 탑승자의 차량 전방 방향, 즉 도면에서 오른쪽 방향으로의 운동을 제한함으로써 바람직하게는 차량 탑승자(24)를 보호한다.
본 발명의 실시와 관련된 다양한 양상을 도시 및 시뮬레이트하는 후술할 예들과 연계하여 본 발명이 추가로 상세하게 기술된다. 본 발명의 범주 내의 모든 변형들은 보호되어야 하며, 본 발명이 이러한 예들에 의해 제한되도록 해석되지 않는다는 것이 이해되어져야 한다.
예
비교 예 1 및 예 1
각각의 이러한 테스트에 있어, 표 1에 도시된 조성물("조성물 중량%"로 표시 된 조성비)이 준비되었다.
표 1
화합물(중량%) 비교 예 1 예 1
GuNo3 43.79 40.67
CDDN 46.11 45.63
AN 5.00 4.8
SiO2 5.10 4.9
KP(200μ) na 4
특성
ER 1.00 1.00
GuNo3 = 질산 구아니딘
CDDN = 이질산 디아민 구리
AN = 질산암모늄
KP = 과염소산 칼륨
na = 적용불가
ER = 평형비
더욱 상세하게는, 질산 구아니딘, 질산암모늄, 이질산 디아민 구리 및 이산화규소는 슬러리 혼합되고, 이 후에 파우더 전구체(precursor)를 만들기 위해 분사 건조된다. 예 1에서, 상기 원하는 크기의 과염소산 칼륨 입자는 저에너지 입력 믹서를 사용하여 상기 파우더 전구체와 혼합되어, 상기 과염소산 알칼리 금속을 원하는 입자 크기로 유지시킨다. 상기 혼합 결과물은 공동 정제화 공정을 통해 정제화된다.
상기 정제화된 조성물은 각각의 조성물들이 연소 및 100 입방피트 탱크 내로 방출되는 표준 테스트 장치 하드웨어를 사용하여 평가된다. 상기 비교 예 1 및 예 1의 조성물을 각각 사용하여 세 번의 평가가 시행된다. 각 평가의 최종 가스 유출물은 상기 유출물 내에 존재하는 트레이스 종들을 확인 및 정량화하는 FTIR에 의해 시험되어 졌으며, 세 번의 평가에 대한 평균치의 상기 조성물 각각에 대한 상기 종들의 농도(ppm)는 표 2에 나타난다. 또한 나열된 구성성분 각각에 대한 USCAR 규격이 표 2에 나타나 있다.
표 2
비교 예 1 예 1 USCAR
CO 450 350 461
NH3 0 0 35
NO 176 73 75
NO2 37 1 5
HCL 0 0 5
결과 검토
표 2에 나타난 바와 같이, 평균 입자 크기 200의 과염소산 칼륨을 포함하는 상기 가스 발생제 조성물은 CO, NO, 및 NO2의 유출물 농도에 있어서의 획기적인 감소를 낳았으며, 반면 CO, NH3, NO, NO2, 및 HCl 각각에 대한 USCAR 규격을 만족시키는 표 1의 가스 발생제 조성물을 이용해 생성된 유출물로, 암모니아 및 HCl의 유출 농도를 거의 무시할 수 있을 정도로 유지시킨다.
여기서 적절하게 도시적으로 공개된 본 발명은 임의의 요소, 부분, 단계, 구성요소, 또는 여기서 특별히 공개되지 않은 구성성분이 없이도 실시될 수 있다.
지금까지의 상세한 설명에서 본 발명은 특정의 그 양호한 실시예와 관련하여 기술되어져 왔으며, 많은 세부사항이 설명의 목적으로 개시되었으나, 당업자에게는 본 발명이 추가적인 실시예가 손쉽고, 여기서 기술된 특정의 세부사항이 본 발명의 기본개념을 벗어나지 않고 상당히 변형될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (33)

  1. 가스 발생제 조성물로서,
    비-아지드, 유기, 질소-함유 연료;
    염기성 질산구리, 산화구리, 질산암모늄이 3 내지 90 중량 퍼센트의 범위에서 혼합물 내에 존재하는 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물, 바이테트라졸 디아민 구리, 5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응으로 생성되는 질산-구리 합성물 및 그 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 구리-함유 화합물; 및
    100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는 다량의 적어도 하나의 과염소산 알칼리 금속을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 과염소산 알칼리 금속은 1 내지 10의 조성물 중량 퍼센트의 상대량으로 존재하며, 상기 가스 발생제 조성물이 연소될 때 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소가 실질적으로 부존재하는 가스 유출물을 생성하는데 효과적인 가스 발생제 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 과염소산 알칼리 금속은 과염소산 나트륨인 가스 발생제 조성물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 0.95 내지 1.05 범위의 평형비를 가지는 가스 발생제 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 비-아지드, 유기, 질소-함유 연료는 질산 아민, 니트로아민, 헤테로싸이클릭 니트로 화합물, 테트라졸 화합물, 및 그 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 가스 발생제 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 비-아지드 질소-함유 연료는 질산 구아니딘인 가스 발생제 조성물.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 가스 발생제 조성물로서,
    비-아지드, 유기, 질소-함유 연료;
    염기성 질산구리, 산화구리, 질산암모늄이 3 내지 90 중량 퍼센트의 범위에서 혼합물 내에 존재하는 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물, 바이테트라졸 디아민 구리, 5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응으로 생성되는 질산-구리 합성물 및 그 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 구리-함유 화합물;
    100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 1 내지 10의 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
    이산화규소, 산화알루미늄, 산화아연, 및 그 조합물들로 구성되는 그룹으로부터 선택된, 1 내지 5의 조성물 중량 퍼센트의 적어도 하나의 산화금속 연소율의 증가 및 슬래그를 형성하는 부가물을 포함하며,
    상기 비-아지드, 유기, 질소-함유 연료, 상기 구리-함유 화합물, 상기 과염소산 알칼리 금속, 및 산화금속 연소율의 증가 및 슬래그를 형성하는 부가물들은, 상기 가스 발생제 조성물이 0.95 내지 1.05 범위의 평형비를 가지는 충분한 상대적 함량으로 존재하고,
    상기 가스 발생제 조성물의 연소는 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소가 실질적으로 부존재하는 가스 유출물을 발생시키는 가스 발생제 조성물.
  16. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 과염소산 알칼리 금속은 과염소산 칼륨인 가스 발생제 조성물.
  17. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 과염소산 알칼리 금속은 적어도 200 미크론의 평균 입자 크기로 존재하는 가스 발생제 조성물.
  18. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 과염소산 알칼리 금속은 350 내지 450 미크론의 범위의 평균 입자 크기로 존재하는 가스 발생제 조성물.
  19. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 필수 성분으로서,
    40 내지 60 조성물 중량 퍼센트의 질산 구아니딘;
    35 내지 50 조성물 중량 퍼센트의 염기성 질산구리;
    100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 1 내지 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
    1 내지 5 조성물 중량 퍼센트의 산화금속을 포함하는 가스 발생제 조성물.
  20. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 필수 성분으로서,
    40 내지 50 조성물 중량 퍼센트의 질산 구아니딘;
    질산암모늄이 3 내지 90 중량 퍼센트의 범위로 혼합물 내에 존재하는, 40 내지 55 조성물 중량 퍼센트의 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물;
    100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 1 내지 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
    1 내지 5 조성물 중량 퍼센트의 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물을 포함하는 가스 발생제 조성물.
  21. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 조성물은,
    10 내지 40 조성물 중량 퍼센트의 질산 구아니딘;
    45 내지 60 조성물 중량 퍼센트의 염기성 질산구리;
    5 내지 30 조성물 중량 퍼센트의 바이테트라졸 디아민 구리;
    100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 1 내지 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
    1 내지 5 조성물 중량 퍼센트의 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물을 포함하는 가스 발생제 조성물.
  22. 제 1 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 조성물은,
    10 내지 60 조성물 중량 퍼센트의 질산 구아니딘;
    1 내지 35 조성물 중량 퍼센트의 염기성 질산구리;
    5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응의 결과인, 10 내지 60 조성물 중량 퍼센트의 질산-구리 합성물;
    100 미크론이 넘는 평균 입자크기를 가지는, 1 내지 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속; 및
    1 내지 5 조성물 중량 퍼센트의 산화금속 연소율을 증가시키고 슬래그를 형성하는 부가물을 포함하는 가스 발생제 조성물.
  23. 자동차의 팽창가능 구속 시스템의 에어백 쿠션을 팽창시키기 위한 팽창가스 발생 방법으로서,
    다량의 팽창가스를 생성하기 위해 제 1 항 또는 제 15 항에 따른 상기 가스 발생제 조성물을 점화하는 단계; 및
    상기 팽창가스로 상기 에어백 쿠션을 팽창시키는 단계를 포함하는 팽창가스 발생 방법.
  24. 비-아지드, 유기, 질소-함유 연료를 포함하는 가스 발생제 조성물의 연소시에 생성되는 유출물 독성을 감소시키는 방법으로서,
    상기 가스 발생제 조성물 내에서 비균질하게 100 미크론이 넘는 평균 입자 크기를 가지는, 1 내지 10 조성물 중량 퍼센트의 과염소산 알칼리 금속을 포함하는 단계를 포함하는 유출물 독성 감소 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 가스 발생제 조성물은 염기성 질산구리, 산화구리, 질산암모늄이 3 내지 90 중량 퍼센트의 범위에서 혼합물 내에 존재하는 이질산 디아민 구리-질산암모늄 혼합물, 바이테트라졸 디아민 구리, 5-아미노테트라졸과 염기성 질산구리의 반응으로 생성되는 질산-구리 합성물 및 그 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 구리-함유 화합물을 추가로 포함하는 유출물 독성 감소 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 가스 발생제 조성물 내에 상기 과염소산 알칼리 금속을 포함하는 것은, 상기 가스 발생제 조성물의 연소시에, 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 유출물 구성물질을 상대적으로 감소된 양으로 가지는 유출물을 생성하는 것인 유출물 독성 감소 방법.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 가스 발생제 조성물 내에 상기 과염소산 알칼리 금속을 포함하는 것은, 상기 가스 발생제 조성물의 연소시에, 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소가 실질적으로 부존재하는 유출물을 생성하는 것인 유출물 독성 감소 방법.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 과염소산 알칼리 금속은 과염소산 칼륨인 유출물 독성 감소 방법.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 과염소산 알칼리 금속은 과염소산 나트륨인 유출물 독성 감소 방법.
  30. 제 24 항에 있어서, 상기 과염소산 알칼리 금속은 적어도 200 미크론의 평균 입자 크기로 상기 가스 발생제 조성물에 포함되는 유출물 독성 감소 방법.
  31. 제 24 항에 있어서, 상기 과염소산 알칼리 금속은 350 내지 450 미크론의 범위의 평균 입자 크기로 상기 가스 발생제 조성물에 포함되는 유출물 독성 감소 방법.
  32. 제 24 항에 있어서, 상기 가스 발생제 조성물은 0.95 내지 1.05 범위의 평형비를 가지는 유출물 독성 감소 방법.
  33. 제 23 항에 있어서, 상기 팽창가스는 염화수소, 일산화탄소, 암모니아, 이산화질소 및 일산화질소가 실질적으로 부존재하는 팽창가스 발생 방법.
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