KR920008180B1 - 팽창성 장치용 아지드 가스 발생 조성물 - Google Patents

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오토모티브 시스템스 라보라토리 인코포레이티드
진 에이. 테난트
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
팽창성 장치용 아지드 가스 발생 조성물
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 점화시 큰 체적의 비독성 가스를 신속하게 생성시킬 수 있는 고체 입자 조성형의 화학가스 발생 조성물에 관한 것이다. 특히 본 발명의 가스 발생 조성물은 여객 차량용 수동 제지 시스템의 안전 구명백을 팽창시키는데 적합하다.
구멍 위치에 있는 쿠션 차량 탑승자에게 보호 가스로 팽창된 백을 사용하는 것은 현재 잘 알려져 있고 잘 기록되어 있다. 이러한 형의 초기 시스템에서는, 탑승자와 바람막이, 조종핸들, 차량의 계기판 사이에서 구명 백을 팽창시키는데 압축, 저장된 가스를 사용하였다. 차량의 급 갑속시에, 가스는 급 작동 밸브를 통하여 방출디어 구명 백을 팽창시킨다. 저장되고, 압축되는 가스는 현재 화학 가스 발생 불꽃 물질의 점화에 의하여 발생되는 가스를 이용하는 시스템으로 크게 이양되었다. 이러한 시스템에서, 적합한 감지 수단과 연결된, 전기적으로 활성화되는 스퀴브와 같은 점화 수단을 사용하여 가스 발생 조성물을 점화시킨다.
최근 비독성 팽창가스가 엄밀하게 요구되기 때문에, 대부분의 가스 발생 조성물은 무기 아지드를 주성분으로 한다. 초기 아지드 조성물에서는 발생되는 가스의 독성 문제는 제기되지 않았는데 그 이유는 발생되는 가스를 호흡해야하는 시기에 대하여 계획이 되어 있지 않았기 때문이다. 비독성 가스를 제공하는 가스 발생 조성물 또는 높은 연소율로 연소하는 조성물은 쉽게 제조되나, 단일 가스 발생 조성물에서 신속한 연소율과 비독성 가스 발생의 요구조건을 충족시키는 것은 어렵다.
무기 금속 아지드의 혼성 반응물로서 금속 산화물이 구명 백을 팽창시키기 위한 비독성 질소 가스를 생성시키는데 사용되어 왔다. 무기 아지드와의 반응에서, 금속 산화물은 아지드에서 무기 금속이 산화물로 변환하기 위한 산소를 제공한다. 금속 산화물은 더 반응하여 여과하기 용이한, 소결된 점착성 연소 잔재를 형성한다. 그러나, 무기 아지드의 혼성 반응물로서 금속 산화물의 사용은 이러한 혼합물이 일반적으로 연소가 늦고, 입자 형성이 어렵고, 자동 조립기의 펀치, 다이와 다른 부품의 빠른 마멸을 일으키는, 몇가지 문제점을 갖는다.
가스 발생 특정 조성물의 입자 형성에는 통상 제지 장치를 적당하게 팽창시키는데 필요한, 균일하게 연소하는 추진제가 공급되는 것을 알 수 있다. 금속 산화물을 가스 발생 조성물에서 무기 아지드의 혼성 반응물로서 사용할 때, 조성물의 입자는 현저한 연소율을 얻는데 충분한 표면적을 제공하도록 매우 작거나 매우 얇아야 한다. 이러한 입자는 생성되기가 어렵고 더 큰 입자보다 더 많이 파괴된다. 알카리 금속과 염소산염 또는 알카리 금속 질산염과 같은, 더 유효한 산화제 화합물의 가스 발생 조성물과 더불어, 금속 산화물/무기 아지드 가스발생 조성물의 연소율을 증가시키는데 사용할 수 있는 반면에, 이들 산화제 화합물은 연소온도를 증가시키므로 연소시, 조성물은 여과문제를 일으키는 잔재를 제공한다.
종래 많은 급-연소 가스 발생 조성물이 구명 백 팽창용으로 제안되어 왔다. 짧은 흡입기간, 신속한 연소율, 높은 부피 밀도와 비독성 가스만 생성하는 특징을 갖는 가스 발생 조성물의 개발이 요청되고 있다. 더불어, 반응 생성물의 양호한 여과력은 불꽃 물질의 반응에 따른 뜨거운, 고체 잔사 탄재를 가스 기류에서 쉽게 제거할 수 있게 하는데 필요하다.
우트라키에 의한 미국 특허 제 4,376,002호에는, 가스 백을 팽창시키는데 적합한 개량된 연소율의 불꽃 조성물이 서술되어 있는데, 여기서는 산화 철과 같은 상승작용을 갖는 1차 산화제 성분이 최소한 하나의 티타늄, 알루미늄과 아연 산화물로 구성된 잔재 억제제와 조합된 알카리 금속 또는 알카리 토금속 아지드와 사용된다.
미국특허 제 4,547,235호에서는, 구명 백을 팽창시키는데 적합한, 신속한 연소율의 불꽃 조성물에 질소원으로서 아지화 나트륨을 이용하는 것이 서술되어 있으며 여기서 이산화 규소와 질산 칼륨이 신속한 연소율을 갖는 가스 발생 조성물을 제공하도록 이와 혼합하여 이용되고 있다.
디발렌틴에 의한 미국특허 제 3,996,079호에는 자동차 수동 제지 시스템의 공기 백을 팽창시키는데 적합한 불꽃 가스 발생, 과립상 조성물이 서술되어 있으며 여기서 알칼리 금속 또는 알카리 토금속 아지드를 산화 니켈 또는 산화 철과 소량(0.5-3.0%)의 점토와 조합하여 이용한다. 점토는 과립상 조성물의 압출 특성, 연소면, 기계적 강도와 충전 밀도를 개량 하는데 필요한 것으로 서술되어 있다. 가스 발생 조성물은 비교적 낮은 온도에서 반응하고 고체 반응 생성물은 여과에 의하여 쉽게 유지되는 소결체를 형성한다. 여기서 점토의 첨가로 불꽃 조성물의 연소율에 효과를 제공하는 지적은 없다.
하밀톤에 의한 미국특허 제 4,696,705호에는 불꽃 가스 발생 조성물이 서술되어 있는데 여기서는 0-5중량%의 벤토나이트 점토를 이용한다. 불꽃 조성물은 피복전에 입자의 전체 중량중 1-4피복 중량 퍼센트를 갖는 피복 입자로서 서술되어 있다. 여기서 벤토나이트의 사용이 조성물에서 어떠한 이점을 제공한다는 지적은 없다.
본 발명의 가스 발생 조성물은 (a) 약 50-70중량 퍼센트 비율의 무기 금속 아지드, 바람직하기로는 알카리 금속 또는 알카리 토금속 아지드; (b) 약 2-30중량 퍼센트 비율의 1차 금속 산화물 산화화합물; (c) 2차 연소율 제어 산화 화합물 대 점토의 비율이 일반적으로 약 1 : 1 내지 1 :8중량비율을 갖는 약 2-40중량 퍼센트의 연소율 제어 혼합물로 이루어 진다.
2차 산화, 연소율 제어량의 무기 질산염과 조합하여 점토를 사용하므로서, 1차 산화 화합물로서 금속 산화물을 이용한, 무기 금속 아지드 가스를 발생하고, 입자화된, 특정 조성물에서 일어나는 어떠한 문제를 극복할 수 있음을 알 수 있다. 불꽃 조성물의 연소율 증가와 더불어, 불꽃 조성물에서 소량의 점토를 사용하므로서 압착 성형을 이루는 다이에서 불꽃 조성물입자의 제거시에 일어나는 마찰을 현저하게 감소시킨다. 따라서 입자의 양은 개량된다. 또한 이차 산화 화합물로서 무기 질산염의 사용과 함께 불꽃 조성물에서 점토의 사용으로 연소율이 증가한다는 것은 완전히 예상하지 못한 것이다. 점토는 규산 알루미늄을 주성분으로하여 소량의 철, 마그네슘, 나트륨과 칼슘 규산염으로 이루어지고, 규산 알루미늄은 산화 알루미늄과 디산화 규소의 상호 작용에 의하여 이루어질 수 있기 때문에 점토는 가열된 산화나트륨과 반응하므로서 고체 잔재(클링커)형성으로 침전을 일으키는 것에 예상될 수 있다. 실제, 더 쉽게 여과할 수 있는 고체는 본 발명의 가스 발생 조성물의 사용으로 얻게된다.
본 발명의 불꽃 조성물의 성분으로, 이차 산화 화합물, 즉 금속 질산염 또는 금속과 염소산염과 점토의 혼합물의 사용은 무기 금속 아지드와 금속산화물 일차 산화 화합물의 연소율을 실제 증가시키는 수단을 제공한다. 본 발명의 조성물은 이차 산화 화합물을 첨가하지 않으면 연소율 증가가 약간 나타나나, 점토와 소량의 금속 질산염 산화제 화합물의 조합물을 사용하면 연소율이 크게 증가한다.
가스를 발생하는 불꽃 조성물의 연소율을 평가하는데 있어, 혼합된 불꽃 분말 조성물의 시료를 0.5인치 직경의 다이에서 약 81,000psi의 압력으로 압착 성형하여 약 0.5인치 길이의 원통형으로 형성시킨다. 원통의 한면은 에폭시-이산화 타탄늄 혼합물 피복수단에 의하여 연소되지 못하게 한다. 이들 원통은 가스상 질소로 압축된 밀폐 용기에서 원통의 한 단면을 점화시키므로서 연소율을 시험한다. 불꽃 조성물 가스 발생 조성물의 연소율은 원통의 전체 길이가 연소하는데 소요되는 시간을 뜻한다. 통상 각 시험은 원통을 3회 내지 6회 연소시켜서 평균 연소율에 도달하게 하는 것이다.
본 발명의 불꽃 조성물은 가열 철선 또는 스퀴브 수단에 의하여 점화될 수 있다. 일반적으로, 본 분야에서 잘 알려져 있는 바와 같이, 가스 발생 조성물은 제지 시스템의 팽창성 백과 통하는 용기에 넣을 수 있다. 통상 조절 또는 여과장치는 고체 생성물이 백으로 유동하는 것을 제한하기 위하여 가스 발생 용기와 팽창성 백 사이의 가스 도관에 위치된다.
본 발명의 가스 발생 조성물의 적합한 무기 금속 아지드 성분은 일반적으로 최소한 하나의 알카리 금속 또는 알카리 토금속 아지드, 바람직하기로는, 최소한 하나의 아지화 리튬, 아지화 나트륨, 아지화 칼륨, 아지화 루비듐, 아지화 세슘, 아지화 칼슘, 아지화 마그네슘, 아지화 스트론튬과 아지화 바륨으로 구성되는 것이다. 가장 바람직하기로는, 아지화 나트륨을 사용하는 것이다.
적합한 일차 금속 산화물 산화 화합물은 통상 최소한 하나의 철, 규소, 망간, 알루미늄, 탄탈륨, 니오븀, 주석과 니켈의 산화물에서 선택할 수 있다. 바람직하기로는, 철과 니켈의 산화물을 사용하는 것이다.
일반적으로 점토와 조합하여 사용하는 이차 금속 산화 화합물은 (1) 최소한 하나의 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘 바륨과 알루미늄의 금속 질산염과/또는 (2) 최소한 하나의 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘과 바륨의 금속 과염소산염에서 선택할 수 있다. 금속 질산염이 바람직하고, 가장 바람직하기로는, 질산 칼륨을 사용하는 것이다.
여러가지 점토 급원은 본 발명의 불꽃 조성물의 연소율의 증가를 공급하기 위하여 이차 산화 화합물과 조합하여 사용할 수 있다. 통상 어떠한 점토도 사용할 수 있다. 바람직하기로는 소량의 철, 마그네슘, 나트륨과 칼슘 규산염과, 알루미늄과/또는 마그네슘 규산염으로 구성된 점토인 것이다. 가장 바람직하기로는, 벤토나이트 점토를 사용하는 것이다.
바람직한 이차 산화 화합물 금속 질산염과 점토의 조합물은 약 2-40중량 퍼센트, 바람직하기로는 약 5-30퍼센트, 가장 바람직하기로는 약 10-25중량 퍼센트의 비율로 사용된다. 일반적으로 금속 질산염 대 점토의 중량비는 약 1 : 1 내지 1 : 8이고, 바람직하기로는 약 1 : 1 내지 1 : 6, 가장 바람직하기로는 약 1 : 2 내지 1 : 5이다. 일차 금속 산화물 산화화합물은 본 발명의 가스 발생 불꽃 조성물에서 약 2-30중량 퍼센트의 양으로 사용된다. 바람직하기로는, 약 8-28중량 퍼센트, 가장 바람직하기로는 약 10-25중량 퍼센트의 일차 금속 산화물 산화 화합물을 사용하는 것이다.
본 분야의 전문가는 본 발명의 조성물에서 금속 질산염과 금속 과염소산염 대신에 부가적으로 산화 화합물을 사용하는 동일 또는 부가적인 이점을 제공할 수 있다. 본 발명의 가스 발생 조성물의 이차 산화 화합물로서 적합한 산화 화합물은 과산화 나트륨과 과산화 칼륨과 같은 금속 산화물이 있다.
다음 실시예는 본 발명의 여러가지 면을 예시한 것이다.
본 명세서와 특허 청구범위에서 다른 언급이 없는 한, 온도는 섭씨를 나타내고, 부, 퍼센트와 비율은 중량을 나타낸다.
가스 발생 조성물은 적당한 비율로 중량을 측정하고 성분을 완전하게 혼합하기 전에, 하기 표에 열거된 바와 같은 중량 퍼센트로, 100℃에서 성분을 건조하여 다음 실시예로 제조한다. 다음 실시예의 조성물을 0.5인치 직경의 다이에서 약 81,000psi의 압력으로 압착 성형하여 약 0.5인치 길이의 원통을 형성시킨다. 연소율 평가는 가스상 질소로 압축된 밀폐 용기에서 점화시킨 원통이 연소하는데 소용되는 시간을 측정하여 행한다. 초당 인치의 연소율로 표시되는 결과는 각 조성물로 이루어진 3-6개의 원통이 연소하는데 소요되는 시간의 평균치이다.
[실시예 1]
[본 발명의 부분을 이루지 않는 비교예]
중량 퍼센트의 다음 가스 발생 조성물을 제조한다 : 아지화 나트륨 62 ; 흑연 0.5 ; 질산 칼륨 4,36 ; 산화철 33.14. 상술한 바와 같이, 연소율을 시험하면, 연소율은 0.78인치/초이다.
[실시예 2-8]
본 발명을 예시하는 가스 발생 조성물 2-6을 제조하고, 실시예 7과 8은 비교예이다.
[표 1]
Figure kpo00001
우트라카에 의한 미국특허 제 4,376,002호에는, 산화 알루미늄을 갖거나 갖지 않는 철 및 규소 산화물을 함유하는 가스 발생 조성물이 서술되어 있다. 실시예 9-14에서는, 점토 대신에 규소와 알루미늄 산화물의 여러가지 조합을 사용하여 가스 발생 조성물을 제조했다. 이들 실시예, 특히 알루미늄과 규소 이산화물의 혼합물이 점토의 주요 조성물을 이루는 실시예 11은, 본 발명의 가스 발생 조성물에서 점토의 사용이 점화력과 연소율에 있어 우수한 장점을 가져오게 한다는 것을 입증한다.
[실시예 9]
[본 발명의 부분을 이루지 않는, 비교예]
이산화규소를 벤토나이트 점토 대신 사용하는 것을 제외하고, 실시예 5에 따른 조성과 유사한 성분으로 가스 발생 조성물을 제조한다. 상술한 바와 같이 원통형을 제조하고 시험하면, 측정된 평균 연소율은 초당 0.32인치임을 알 수 있다. 평균 밀도는 입방 센티미터당 2.08그람이다.
[실시예 10]
[본 발명의 부분을 이루지 않는, 비교예]
동일한 중량 퍼센트의 산화 알루미늄을 점토 대신 사용하는 것을 제외하고, 실시예 5에 따른 조성과 비율과 유사하게 가스 발생 조성물을 제조한다. 상술한 바와 같이 제조한 원통에 대하여 연소율을 측정하면, 평균 연소율은 초당 0.62인치임을 알 수 있다. 평균 밀도는 입방 센티미터당 2.06그람임을 알 수 있다.
[실시예 11]
[본 발명의 부분을 이루지 않는, 비교예]
15중량%의 이산화 규소와 5중량%의 산화 알루미늄의 화합물을 실시예 5의 점토 대신으로 사용하는 것을 제외하고 실시예 5와 유사한 조성과 비율을 갖는 가스 발생 조성물을 제조한다. 이 조성물로 제조된 원통형을 상술한 바와 같이 시험하면, 측정된 평균 연소율이 초당 0.44인치임을 알 수 있다. 조성물의 평균 밀도는 입방 센티미터당 2.02그람이다.
[실시예 12-14]
[본 발명의 부분을 이루지 않는, 비교예]
실시예 12-14에서는 다음 표에 서술된 바와 같이, 가스 발생 조성물을 제조한다(모든 비율은 중량 퍼센트이다). 이들 실시예에서는, 부가적(이차) 산화제 화합물이 가스 발생 조성물에 존재하지 않으면, 아지화 나트륨과 완전 반응하는데 소요되는 보통양인 부의 산화철 대신 점토의 간단한 치환으로 실시예 2-6과 비교할때, 연소율의 증가가 크게 일어나지 않음을 나타낸다.
[표 2]
Figure kpo00002
[실시예 15]
상품명 Magnabrite F로 표시되는 점토형을 Volclay HPM-20 대신 사용하는 것을 제외하고 실시예 2와 유사한 조성과 비율을 갖는 가스 발생 조성물을 제조한다. 이 조성물로부터 제조된 원통형을 상술한 바와 같이 시험하면, 측정된 평균 연소율은 초당 0.90인치임을 알 수 있다. 조성물의 평균 밀도는 입방 센티미터당 2.06그람임을 알 수 있다. 이 실시예는 백색 스멕타이트 점토의 혼합물이고 규산 알루미늄 마그네슘으로 주로 구성된, 다른 형의 점토인 Magnabrite F의 사용을 나타낸다.
[실시예 16-20]
실시예 16-20에서는 하기 표에 서술된 바와 같이, 가스 발생 조성물을 제조한다(모든 비율은 중량퍼센트이다). 이들 실시예는 가스 발생 연소율에서 이차 산화제 화합물(질산 칼륨으로 실시)의 양이 증가하는 효과를 나타낸다.
[표 3]
Figure kpo00003
본 발명은 어떤 특정 요지에 대하여 설명하여 왔으나 본 분야의 전문가는 본 발명의 범위와 정신에 벗어나지 않는 한 여러가지 변경이 가능하고, 본 발명의 정신과 범위에 벗어나지 않게 구성되고 예시 목적으로 여기에 서술되는 본 발명의 모든 변경과 수정도 커버되는 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. (a) 약 50-70중량 퍼센트의 무기 금속 아지드. (b) 약 2-30중량 퍼센트의 일차 금속 산화물. (c) 이차 금속 산화 화합물과 점토의 중량비가 약 1 : 1 내지 1 :8인, 약 2-40중량 퍼센트의 이차 금속 산화 화합물과 점토의 연소율제어 혼합물의 혼합물로 이루어짐을 특징으로 하는, 증가된 연소율을 갖는 가스 발생조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기 금속 아지드를 최소한 하나의 알카리 금속 아지드와 알카리 토금속 아지드에서 선택하고 상기 이차 산화 화합물을 금속 질산염 또는 금속 과염소산염임을 특징으로 하는 가스 발생 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 일차 금속 산화물 산화 화합물을 최소한 하나의 철, 니켈, 규소, 망간, 알루미늄, 탄탈륨, 니오븀과 주석의 산화물에서 선택함을 특징으로 하는 가스 발생 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 이차 산화 화합물을 최소한 하나의 리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬과 바륨의 질산염 또는 리튬, 나트륨, 칼륨과 바륨의 과염소산염에서 선택함을 특징으로 하는 가스발생 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 알카리 금속 아지드가 아지화 나트륨이고, 상기 일차 금속 산화물 산화 화합물이 산화 철이고, 상기 이차금속 질산염 산화 화합물이 질산 칼륨이고, 상기 점토가 벤토나이트 점토임을 특징으로 하는 가스 발생 조성물.
  6. 비독성 가스만 생성시키는 증가된 연소율을 갖는 불꽃 물질의 연소로 이루어지는 자동차 또는 항공기 안전 구명 백을 팽창시키는 방법에서, 증가된 연소율을, (a) 약 50-70중량 퍼센트의 무기 금속 아지드, (b) 약 2-30중량 퍼센트의 일차 금속 산화물 산화합물, (c) 이차 금속 산화 화합물과 점토의 중량비가 약 1 : 1 내지 1 :8인, 약 2-40중량 퍼센트의 이차 금속 산화 화합물과 점토의 연소율 제어 혼합물로 이루어진 입자의 혼합물을 사용하므로서 얻음을 특징으로 하는 상기 팽창 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 무기 아지드를 최소한 하나의 알카리 금속 아지드와 알카리 토금속 아지드에서 선택하고, 상기 일차 금속 산화 화합물이 산화철이고, 상기 이차 금속 산화 화합물이 질산 칼륨이고, 상기 점토가 벤토나이트 점토인 입자화된 혼합물을 사용하여 상기의 증가된 연소율을 얻음을 특징으로 하는 팽창 방법.
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