KR19990064102A - 가스발생제 조성물 - Google Patents
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Abstract
연소시에 연소온도가 낮고, 발열량이 작으며, 가스발생기 자체의 소형화가 가능한 가스발생제 조성물로서, 니트로구아니딘과, (a) 알칼리금속 또는 알칼리토류금속의 질산염 또는 아질산염, (b) 구리, 코발트, 철, 망간, 니켈, 아연, 몰리브덴 또는 비스무트에서 선택된 금속의 산화물 또는 복산화물, 혹은 이들의 혼합물로 이루어지는 산화제를 필수성분으로 함유한다.
Description
현재, 자동차, 항공기 등의 에어백시스템에 사용되고 있는 가스발생제로서 아지화 나트륨이 공지되어있다. 아지화 나트륨을 사용한 가스발생제는 그 연소특성에 관하여 특별한 문제가 없이, 널리 실용에 공여되고 있다. 그러나, 아지화 나트륨은 본질적으로 바람직하지 않은 결점을 가지고 있어, 가령, 분해폭발에 대한 위험성, 중금속과의 반응에 의한 폭발성 화합물 생성, 대량 폐기시에 걱정되는 환경오염문제 등, 해당 분야의 다수의 특허로 지적되고 있다.
또, 이들 문제를 해결하는 수단으로서 아지화 나트륨에 대체(代替)되는 화합물이 검토되고 있다. 가령, 특공평 6-57629호에는 테트라졸, 트리아졸의 천이금속착체를 함유하는 가스발생제 조성물이 개시되어 있다. 또, 특개평 5-254977호에는 트리아미노구아니딘 질산염을 함유하는 가스발생제 조성물이, 특개평 6-239683호에는 카르보히드라지드를 함유하는 가스발생제 조성물이, 특개평7-61885호에는 아세트산 셀룰로스와 니트로구아니딘을 함유하는 질소함유 비금속 화합물을 함유하는 가스발생제 조성물이 개시되어 있다.
또한, USP 5125684호에는 15∼30%의 셀룰로스계 바인더와 공존하는 에너지 물질로서 니트로구아니딘 사용이 개시되어 있다. 또, WO-A 96/25375는 1996년 8월 22일 반포된 것으로서, 니트로구아니딘과 산화실리콘 또는 산화 알루미늄을 개시하고 있다.
질소함유 유기화합물은 일반적으로 연소에 있어서 화학당량분, 즉 화합물 분자중의 탄소, 산소, 기타 원소의 연소에 필요한 양의 산소를 발생시킬만큼의 산화제를 사용할 때, 아지드계 화합물에 비해 발열량이 크고, 연소온도가 높다는 결점을 가지고 있다. 에어백용 인플레이터 시스템으로는 가스발생제의 성능만이 아니라 그 시스템 자체가 자동차의 통상운전에 있어서 방해가 되지 않을 정도의 크기인 것이 필수적이나, 가스발생제 연소시의 연소온도가 높은 것과 발열량이 큰 것은, 가스발생기를 설계할 경우, 제열을 위한 부가적 부품을 필요로 하여, 가스발생기 자체의 소형화가 불가능하다. 즉, 가스발생제는 연소시에 연소온도가 낮고, 발열량이 작은 특성을 갖는 쪽이 우수하다. 따라서, 상기와 같은 공지의 가스발생제 조성물은 에어백시스템에의 응용으로서는 아직 만족스러운 것이라고 할 수는 없다.
발명의 개시
본 발명은 자동차, 항공기 등에 탑재되는 인체보호를 위하여 공여되는 에어백 시스템에 있어서, 작동가스가 되는 가스발생제 조성물에 관한 것이다.
본 발명자 등은 상기 문제점을 해결하고자 예의 연구를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 니트로 구아니딘과, 하기 (a), (b) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 산화제를 필수성분으로 함유하는 가스발생제 조성물이다.
(a) 알칼리금속 또는 알칼리 토류금속의 질산염 또는 아질산염,
(b) 구리, 코발트, 철, 망간, 니켈, 아연, 몰리브덴 및 비스무트로 이루어지는 군으로부터 선택된 금속의 산화물 또는 복산화물.
바람직하게는 조성물은 니트로구아니딘과 (b)로 이루어지고, 또는 니트로구아니딘과 (a)와 (b)로 이루어진다.
바람직하게는 20∼80중량%의 니트로구아니딘과 80∼20중량%의 산화제를 함유하고, 또는 25∼40중량%의 니트로구아니딘과 75∼60중량%의 산화제를 함유한다.
조성물은 또한 결합제를 조성물 전량에 대하여 5중량% 이하를 함유하여도 좋다.
산화제로서 바람직하게는, (a)가 알칼리토류금속의 질산염이고, (a)가 질산 스트론튬이고, (a)가 알칼리 금속의 질산염이고, (a)가 질산 칼륨이고, (b)가 산화물이고, (b)가 산화구리이고, 또는 산화제는 질산 스트론튬과 산화구리를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.
본 발명의 가스발생제 조성물중의 니트로구아니딘 함유량은 산화제 종류 및 산소 밸런스에 의해 그 함유량은 다르나, 바람직하게는 20∼80중량%, 더욱 바람직하게는 20∼60중량%이다. 가장 바람직하게는 예를들면 산화제로서 산화구리를 사용했을 때 연소온도로서 2200K 이하가 되고, 발생가스량이 1.2mol/100g 이상이 되는 25∼40중량%이다.
본 발명에 있어서, 산화제로는, 상기 (a), (b) 또는 이들의 혼합물이 사용된다. (a)의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류금속의 질산염 혹은 아질산염으로는, 질산나트륨, 질산칼륨, 질산마그네슘, 질산스트론튬 등의 질산의 알칼리금속염 또는 알칼리 토류금속염, 아질산나트륨, 아질산칼륨, 아질산마그네슘, 아질산스트론튬 등의 아질산의 알칼리금속염 또는 알칼리 토류금속염을 들 수 있다. 또, (b)의 구리, 코발트, 철, 망간, 니켈, 아연, 몰리브덴 또는 비스무트로부터 선택된 금속의 산화물 또는 복산화물로는, 구체적으로 CuO, Cu2O, Co2O3, CoO, Co3O4, Fe2O3, FeO, Fe3O4, MnO2, Mn2O3, Mn3O4, NiO, ZnO, MoO3, CoMoO4, Bi2MoO6, Bi2O3등을 들 수 있다. 이들 산화제 중에서는 산화구리가 가장 바람직하다.
본 발명에 사용되는 산화제는 상기의 것을 어떻게 조합하여 사용하여도 좋으나 가스발생제 조성물중의 산화제 함유량은 바람직하게는 80∼20중량%, 더욱 바람직하게는 80∼40중량%이다. 가장 바람직하게는 가령 산화제로서 산화구리를 사용할 때, 연소온도로서 2200K 이하가 되고, 발생가스량이 1.2mol/100g 이상이 되는 75∼60중량%이다.
본 발명의 가스발생제 조성물은 또한 결합제를 함유하고 있어도 된다. 본 발명에 사용되는 결합제로는, 실리카, 알루미나, 이황화 몰리브덴 등의 무기결합제, 또는 미결정성 셀룰로스, PVA, 고분자 올리고머 등의 유기결합제를 들 수 있다. 본 발명의 가스발생제 조성물중의 결합제 함유량은 5중량% 이하가 바람직하다.
니트로구아니딘과 상기 산화제를 함유하는 본 발명의 가스발생제 조성물은 지금까지 개시된 가스발생제 조성물과 비교하면 전체적으로 연소온도가 낮고, 총발열량이 작은 경향을 볼 수 있다. 특히, 니트로구아니딘과 CuO를 조합한 조성은 이들 점에서 매우 우수하고, 가장 중요한 조성이다. 또, 이 조성은 산소 밸런스를 변화시킴으로써 연소 속도, 압력지수를 변화시킬 수 있다. 여기서 압력지수란, 연소속도 r(mm/sec)=a×pn(여기서 a는 가스발생제를 구성하는 물질과 초기온도에 의존하는 정수, p는 측정압력(kgf/cm2)을 나타냄)로 표시할 때의 지수 n을 의미한다. 상기 조성은 산소밸런스를 플러스측으로 변화시킴에 따라 n의 값이 0에 접근해 가는 성질을 가지고 있으며, 이것은 연소안정성 관점으로 보아 특히 바람직한 것이다.
본 발명의 가스발생제 조성물은 바람직하게는 분말상으로 혼합함으로써 얻어지고, 혼합은 필요에 따라 물 등의 존재하에 습식법으로 행할 수도 있다. 또, 본 발명의 가스발생제 조성물은 필요에 따라 과립상, 펠릿상, 디스크상 등의 적당한 형상으로 성형하여 사용할 수 있다. 또, 연소속도가 낮은 조성물에 있어서는 압출성형법으로 성형하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 가스발생제 조성물은 자동차, 항공기 등에 탑재되는 인체보호를 위하여 공여되는 에어백시스템용 가스발생제 조성물로서 특히 유용하다.
본 발명의 가스발생제 조성물에 함유되는 니트로구아니딘은 에어백시스템에 요구되는 장기 경시안정성을 가지며, 또한 연소특성도 우수하다.
이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이하의 예는 통상의 펠릿을 작성하여 행하였다.
실시예 1∼5 및 비교예 1∼7
표 1에 본 발명의 실시예로서 니트로구아니딘을 함유하는 가스발생제 조성물의 이론 연소온도를 표시하였다. 또, 비교예로서 특공평 6-57629호에 개시된 5-아미노테트라졸(5-AT)의 천이금속착체를 함유하는 가스발생제 조성물(비교예 1,2), 특개평 5-254977호 개시의 트리아미노구아니딘 질산염을 함유하는 가스발생제 조성물(비교예 3), 특개평 6-239683호 개시의 카르보히드라지드를 함유하는 가스발생제 조성물(비교예 4), 특개평 7-61885호 개시의 아세트산 셀룰로스와 질소함유 비금속화합물을 함유하는 가스발생제 조성물(비교예 5,6,7)의 이론연소온도를 표시하였다.
실시예 6∼14
니트로구아니딘과 CuO를 함유하는 가스발생제 조성물은 그 혼합비를 바꿈으로써 연소온도, 연소속도, 가스발생제 조성물 펠릿의 밀도, 발생가스량을 변화시킬수 있었다. 표 2에 그 데이터를 표시한다. 연소속도는 70 kgf/cm2의 압력하에서 측정하였다.
결과가 나타내는 바와 같이, 본 발명의 가스발생제 조성물은 지금까지 개시된 가스발생제 조성물에 비해 연소온도에 있어서 특히 우수하며, 가스발생기를 소형화하여 에어백시스템에 적용하는 길이 열렸다.
| 조 성 (중량%) | 연소온도(K) | ||
| 실시예 | 1 | 니트로구아니딘/KNO3(56.3/43.7) | 2200 |
| 2 | 니트로구아니딘/Sr(NO3)2/CuO (40.3/19.2/40.5) | 2091 | |
| 3 | 니트로구아니딘/CuO (39.5/60.5) | 2043 | |
| 4 | 니트로구아니딘/KNO3/Al2O3(55.2/42.8/2.0) | 2172 | |
| 5 | 니트로구아니딘/CuO/셀룰로스 (32.8/64.7/2.5) | 1928 | |
| 비교예 | 1 | Zn(5-AT)2/Sr(NO3)2(44.0/56.0) | 2411 |
| 2 | [Cu(5-AT)2·1/2H2O]/Sr(NO3)2(42/58) | 2390 | |
| 3 | 트리아미노구아니딘질산염/KCl04(57.9/42.1) | 2911 | |
| 4 | 카르보히드라지드/KClO4/CaO (39/61/10) | 2825 | |
| 5 | 아세트산셀룰로스/트리아세틴/KCl04/니트로구아니딘 (8/2/55/35) | 2834 | |
| 6 | 아세트산셀룰로스/트리아세틴/KCl04/트리아미노구아니딘질산염(8/4/57/31) | 2393 | |
| 7 | 아세트산셀룰로스/트리아세틴/KCl04/아미노테트라졸 (10/5/65/20) | 2928 |
| 조 성 (중량%) | 연소온도(K) | 연소속도(mm/초) | 밀 도(g/cm3) | 발생가스량(mol/100g가스발생제) | ||
| 실시예 | 6 | 니트로구아니딘/CuO (39.5/60.5) | 2043 | 4.3 | 2.54 | 1.90 |
| 7 | 니트로구아니딘/CuO (38/62) | 1992 | 4.9 | 2.56 | 1.83 | |
| 8 | 니트로구아니딘/CuO (36/64) | 1922 | 5.8 | 2.58 | 1.73 | |
| 9 | 니트로구아니딘/CuO (34/66) | 1850 | 6.9 | 2.63 | 1.63 | |
| 10 | 니트로구아니딘/CuO (32/68) | 1774 | 8.8 | 2.71 | 1.54 | |
| 11 | 니트로구아니딘/CuO (30/70) | 1695 | 9.1 | 2.76 | 1.44 | |
| 12 | 니트로구아니딘/CuO (28/72) | 1604 | 10.6 | 2.83 | 1.35 | |
| 13 | 니트로구아니딘/CuO (26/74) | 1526 | 11.0 | 2.94 | 1.25 | |
| 14 | 니트로구아니딘/CuO (24.6/75.4) | 1517 | 9.5 | 2.94 | 1.18 |
Claims (13)
- 니트로구아니딘과, 하기 (a), (b) 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 산화제를 필수성분으로 함유하는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.(a) 알칼리금속 또는 알칼리토류금속의 질산염 또는 아질산염.(b) 구리, 코발트, 철, 망간, 니켈, 아연, 몰리브덴 및 비스무트로 이루어지는 군에서 선택된 금속의 산화물 또는 복산화물.
- 제 1 항에 있어서, 니트로구아니딘과 (b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 니트로구아니딘과 (a)와 (b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 20∼80중량%의 니트로구아니딘과 80∼20중량%의 산화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 25∼40중량%의 니트로구아니딘과 75∼60중량%의 산화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 조성물 전량에 대하여 5중량% 이하의 결합제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, (a)가 알칼리 토류금속의 질산염인 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, (a)가 질산 스트론튬인 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, (a)가 알칼리금속의 질산염인 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, (a)가 질산칼륨인 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, (b)가 산화물인 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, (b)가 산화구리인 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 산화제가 질산스트론튬과 산화구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스발생제 조성물.
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