KR960016589B1 - 가스발생 조성물과 질소의 산화물을 제어하는 방법 - Google Patents

가스발생 조성물과 질소의 산화물을 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

요약없음

Description

가스발생 조성물과 질소의 산화물을 제어하는 방법
노상차량의 탑승자 속박 장치를 팽창시키는 가스발생 조성물은 수년동안 전세계적으로 개발해 왔고 이에 따라 여러특허가 허여되었다. 팽창가스의 독성에 관한 엄격한 요구조건 때문에, 현재 사용하는 대부분의 가스발생체는 무기 아지화물, 특히 아지화 나트륨을 주성분으로 하고 있다. 이와 같은 공지의 아지화 나트륨 가스발생체의 한가지 장점은 일반적으로 이의 고체 연소생성물이 쉽게 여과되는 슬랙 또는 클링커를 생성시키므로서, 비교적 청결한 가스를 생성시킨다. 슬랙을 형성하는 가스발생체의 효능은 가스를 팽창 목적으로 사용할때, 특히 자동차 탑승자 속박액의 팽창시에 가스를 여과해야 할 때 큰 이점을 갖는다.
그러나, 실제적으로 아지화 나트륨은 기타 아지화물의 사용은 의외의 비용을 가져오게 하고 불연소 아지화물의 극심한 독성 때문에 가스발생체 제조에 위험이 따른다. 더불어, 불연소 팽창 장치의 잠재적인 위험과 처리 문제가 고려되어야 한다. 따라서 비아지화물 가스발생체는 이와 같은 관련 독성 때문에 아지화물-주성분 가스발생체 이상으로 현저한 장점을 나타낸다.
비아지화물을 주성분으로한 가스발생체를 사용할때 해결되어야 하는 근본 문제점은 연소온도가 아지화물-주성분 가스발생체보다 비교적 낮기 때문에 비아지화물형 보다 아지화 나트륨을 주성분으로한 가스발생체의 슬랙을 형성하는 것이 더 쉽게 하는 것이다. 예를들면, 아지화 나트륨/산화철 슬랙형 발생체의 연소온도가 969℃(1776°F)인데 반하여, 지금까지 알려져 있는 비아지화물 슬랙형 발생체는 1818℃(3304°F)의 연소 온도를 나타낸다. 더우기, 비아지화물 가스발생체에서 기대될 수 있는 여러가지 통상의 고체 연소생성물을 연소온도에서 액체를 나타내므로 가스 기류를 여과하는 것이 어렵다. 예를들면, 탄산칼륨은 891℃에서 용해하고 규산나트륨은 약 1100℃에서 융해한다.
높은 연소온도에서와 높은 가스 유속에서 결합하는 고체 연소생성물의 형성은 재료의 특별한 연소가 요구된다. 비아지화물 가스발생체를 형성하기 위한 초기 시도에서는 여과하기 어려운 반-고체 연소생성물이 생성된다. 연소온도에서 액체인 연소생성물은 액체 생성물이 관통하여 여과가 어렵기 때문에 여과를 성공하기 전에 고화될 때까지 냉각해야만 하는 것을 알 수 있다. 또한, 액체 연소생성물의 가스의 냉각을 가져오고, 이는 하나 이상의 가스발생체의 사용이 요구됨을 알 수 있다. 냉각된 가스는 특히 흡기기에서 팽창용으로는 비교적 충분치 못하다. 더불어, 부가적인 가스발생체는 더 많은 냉각과 부가적인 여과는 물론 더 큰 연소실이 필요하다.
대부분의 아지화물-유리, 가스발생체 조성물은 일반적인 탑승자 속박 가스발생체 보다 더 높은 가스의 수율(가스발생체 그람 당 가스 몰)을 제공한다.
아지화물-유리가스발생 조성물이 아지화물-주성분 가스발생체 이상으로 많은 이점을 제공할지라도, 아주 낮은 수준의 독성물질을 갖는 가스를 생성시키는 것이 어려움을 알 수 있다.
제어하기가 가장 어려운 독성가스에는 질소의 산화물(NOx)와 일산화탄소(CO)가 있다.
대부분의 아지화물-유리 가스발생체는 연소시에 원하는 생성물, 질소의 탄소이산화물과 더불어 소량의 원하지 않는 수준 NOx와 CO을 생성시키는 성분을 함유하는 탄소와 질소로 구성한다.
두 질소와 탄소를 함유하는 화합물을 포함하는 연소과정에서 연료에서 산화제의 비율을 증가시키므로서 CO를 감소시키거나 제거할 수 있다. 이 경우에, 여분의 산소는 CO를 이산화탄소로 산화시킨다. 그러나, 불행히도 이러한 처리방법은 증가된 양의 CO를 가져온다.
또한 연료에 산화제의 비율을 낮게하여 과량의 산소를 제거하고 생성된 NOx의 양을 감소시키는 연료 풍부조건을 제공한다. 그러나, 이러한 처리방법은 증가된 양의 CO를 가져온다.
화학적 평형 계산 수단에 의하여, 두 NOx와 CO를 비독성 수준까지 감소시킬 수 있는 온도, 압력과 가스발생체 조성물의 조건을 찾는 것이 가능할지라도 현행 방법에서 이러한 결과를 성취하는 것은 매우 어렵다.
상술한 문제점은 비교적 높은 연소온도에서 비아지화물 가스발생체와 스랙 또는 클링커를 형성하는 고체 연소생성물을 생성시키는 몇가지 형의 비아지화물 가스발생체를 나타내는, 본 발명에 의하여 해결된다. 여기에 서술된 가스발생체는 가스의 냉각을 적게하고 흡기 장치에서 펌프를 더 좋게하는 간편하고, 비교적 저렴한 여과기를 사용하는 것이 가능하다. 더우기, 이들 요소는 더 간편하고, 더 저렴하고 더 작은 에어백 팽창 장치가 되게한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하여 해결되는 문제는 제한된 양의 초과산소가 존재할지라고 효과를 갖는 수단에 의하여 NOx를 제어하는 것이다. 이것은 과량의 산소에 의하여 CO 수준을 감소시킴과 동시에, NOx농도를 수용할 수 있는 값까지 낮게한다.
본 발명의 주제에 관련되는 종래 기술의 예를들면 "질소발생 고체 조성물, 이로부터 질소발생과 가스 백팽창"이란 제목의 유럽특허 제0,055,547호에서 볼 수 있다. 이 특허에는 수소-유리 테트라졸 화합물의 알카리 또는 알카리 토류 금속염과 질산나트륨, 아질산나트륨과 질산칼륨 또는 알카리 토류 질산염의 산화제를 사용하는 것이 서술되어 있다. 입자 포획을 위한 점착성 표면을 형성하는 섬유유리 직물을 이용하는 필터 모양이 서술되어 있다. 필터는 연소고체를 냉각하고 응축시키는 부분을 갖는다. 생성된 고체는 슬랙을 형성하지 않고 여과하기 어려운 것을 가스발생 조성물의 성질에서와 설명에서 분명하게 알 수 있다.
명칭이 "질소발생의 아지화물 유리 조성물, 이로부터 질소발생과 가스 백의 팽창"인 유럽특허 제0,005,904호에는 입자 포획에 사용되는 필터가 서술되어 있다. 산소를 함유하지 않는 산화제를 사용하고 슬랙형성에 관하여는 아무런 언급이 없다.
독일특허 제2,004,620호에는 질산바륨 또는 질산칼륨과 같은 산화제를 사용하여 산화시키는 디테트라졸과 아조테트라졸의 유기염(아미노구아니딘)의 조성물이 서술되어 있다. 그러나, 아무 조성물도 슬랙형성을 유도하는 것으로는 언급되어 있지 않다. 명칭이 "비독성 추진제 가스발생용 연료"인 미특허 제3,947,300호에는 실제적으로 안정한 무수 산화제에 의하여 산화될 수 있는 알카리 또는 알카리 토류 금속 아지화물의 사용이 서술되어 있다. 성분들의 비율은 "가능한 낮은 융점 또는 연화점으로 유리-상 규산염을 형성하도록 선택한다(칼럼 2,62-63행과 칼럼 4, 67-68행). 이들 규산염은 고온 장치에서 여과하는데 매우 어렵다.
명칭 "다-성분 가스발생체"의 미국특허 제4,376,002호에는 아지화 나트륨과 금속산화물(Fe2O3)의 사용이 소개되어 있다. 금속산화물은 다음식으로 표시한 바와 같이 아지화 나트륨을 산화나트륨과 질소로 변환시키는 산화제로서 작용한다.
6NaN3+Fe2O3→ 3Na2O+2Fe+9N2
또는
4NaN3+Fe2O3→ 2Na2O+Fe+Feo+6N2
다음 산화나트륨은 아철산 나트륨을 형성하는 F2O와 또는 이산화 규소(존재하면)와 반응하여 규산나트륨을 형성하거나 아니면 산화알류미늄과 반응하여 하기에 표시된 바와 같이, 알루미늄산 나트륨을 형성한다.
Na2O+2Feo → 2NaFeO2(MP=1347℃)
Na2O+SiO2→ Na2SiO3(MP=1088℃)
또는
2Na2O+SiO2→ Na4SiO4(MP=1018℃)
Na2O+Al2O3→ 2NaAl2(MP=1650℃)
그러나, 상기 반응 생성물은 본 발명에 서술된 조성물의 연소온도 이하의 온도에서 잘 융해하므로, 여과가 여렵다.
명칭 "니트로트리아잘론을 함유하는 가스발생 조성물"의 미국특허 제4,931,112호에는 알카리금속(나트륨 제외) 및 알카리 토류 금속 칼슘, 스트론튬 또는 바륨의 질산염과 아질산염을 니트로트리아졸론(NTO)과 조합하여 사용하는 것이 서술되어 있다. 그러나 이 특허에서 언급한 조성물은 유용한 고체 클링커를 형성할 수 없다. 예를들면, 실시예 2에 주어진 두 조성물은 존재하는 저온 슬랙형성체가 없기 때문에 연소시 미세분진으로 산화 스트론튬과 탄산 스트론튬을 생성시키는 다른 비율의 NTO와 질산 스트론튬으로 구성된다. NOT와 질산칼륨의 혼합물등을 이용한 특허청구된 조성물은 연소온도에서 액체인 탄산칼륨을 생성하고, 고온 슬랙 형성체가 존재하지 않기 때문에 유용한 고체 클링커를 형성하지 않는다.
언급한 수산화물은 고량의 이산화탄소가 수산화물 보다는 탄산염으로 변환되기 때문에 형성될 가망이 거의 없다. 비록 몇몇 수산화물이 형성되더라도, 이들은 나쁜 형의 슬랙 형성체이므로 클링커 형성을 촉진한다.
명칭 "안전 파손 백을 팽창시키는 방법과 조성물"의 미국특허 제4,909,549호에는 약 20 내지 65중량%의 테트라졸을 함유하는 수소의 알카리 금속염, 알카리 토류 금속염 또는 암모늄염의 사용이 서술되어 있다. 이와 같은 농도 또는 그 이하의 농도에서 알카리 금속화합물의 효능은 알려지 있지 않다.
본 발명에 따른 새로운 비아지화물 가스발생체 조성물의 첫번째 장점은 고체 연소생성물이 생성되는 가스로 쉽게 여과되는 것이다. 비아지화물 가스발생체는 연료와 질소원으로 테트라졸 또는 테트라졸염을 사용한다. 본 발명의 유일한 특징은 쉽게 여과되는 슬랙 또는 클링커로 합체되는 고체 연소생성물을 생성시키는 산화제와 첨가제의 새로운 사용에 있다.
또한 본 발명을 이루는 가스발생체 조성물은 일반적으로 탑승자 속박 가스발생체에 비하여 비교적 높은 수율의 가스(가스발생체 그람 당 가스의 몰)를 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징의 다른 장점은 제한된 양의 산소가 과대하게 존재하더라도 효과적인 수단에 의하여 NOx를 제어하는 것이다. 이것은 과량의 산소에 의하여 CO 수준을 감소시키는 동시에 NOx 농도를 수용할 수 있느 값으로 낮추는 것이다.
특정 고체를 상대적으로 유리시키는 팽창 가스를 신속하게 생성시키는 능력이 자동차 탑승자 속박 장치에 요구되기 때문에 비교적 비독성인 고체가 낮은 수준으로 감소되어야 한다.
고가인 필터를 사용하면 거의 어떠한 가스-고체 혼합물도 여과하여 청결한 가스로 생성시킬 수 있다. 그러나 자동차 탑승자 속박 장치에 있어서 필터 크기와 가격은 최소화되어야 한다. 이러한 목적을 달성하는데 가장 좋은 방법은 크고, 쉽게 여과되는 "클링커" 또는 슬랙으로 합체되는 고체 연소생성물로 합체되는 고체 연소생성물을 생성시키는데 있다.
성분들의 여러가지 조합은 연소생성물의 여과 특성을 개량하는데 사용될 수 있다. 그러나, 슬랙 형성력, 연소율, 가스 생성, 가스 질, 팰릿 형성, 특성과 기타 가공처리 인자의 원하는 조합을 제공하는 절충안이 필요하다.
본 발명에 따르면 재료의 몇가지 조합은 팽창 목적에 유용한 가스는 물론 쉽게 여과되는 고체 생성물을 생성시킴을 알 수 있다. 이와 같은 재료의 종류로는 연료, 산화제, 고온 슬랙 형성체와 저온 슬랙 형성체를 들 수 있다. 각 종류에 속하는 최소한 하나의 재료는 어떤 재료가 하술한 바와 같은 종류중 하나 이상에 속할 수 있어도 혼합물에 포함되는 것이 중요하다.
자동차 탑승자 속박 장치의 기스발생체용 연료를 형성시키는데 있어 연료의 질소함량을 최소화하고 이의 탄소와 수소함량을 적당한 값으로 조절하는 것이 바람직하다. 탄소와 수소가 비교적 비독성 가스인 이산화탄소와 물론 산화되더라도 대량의 열이 공정중에 발생된다.
아미노테트라졸, 테트라졸, 비테트라졸과 같은 테트라졸 화합물과 이들 화합물의 금속염 및 1,2,4-트리아졸-5-온 또는 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온과 같은 트리아졸 화합물과 이들 화합물의 금속염이 특히 연료로 유용하다.
이들 화합물의 어떠한 금속염(알칼리 토류 금속)이 고온 슬랙 형성체로서 최소한 부분적으로 작용함을 알 수 있다. 예를들면, 테트라졸 또는 비테트라졸의 칼슘염은 연소시 고온 슬랙 형성체로서 작용하는 산화 칼슘을 형성한다. 마그네슘, 스트론튬, 바륨과 혹은 세륨염이 유사한 방법으로 작용한다. 저온 슬랙 형성체와 조합하여, 여과가능한 슬랙이 형성된다. 알카리 금속염(리튬,나트륨,칼륨)은 이들이 연소시에 낮은 융점의 규산염 또는 탄산염을 생성시킬수 있기 때문에 저온 슬랙 형성체로서 최소한 부분적으로 고려될 수 있다.
산화제는 일반적으로 장치에 존재하는 모든 또는 대부분의 산소를 공급한다. 더우기, 이들은 고온 슬랙 형성체를 반응장치에 포함시키는 바람직한 방법이다. 알카리 토류와 세륨질산염은 이들 염의 대부분이 흡습성이고 효과적으로 사용하는데 어려움이 있더라도 모두 고온 슬랙형성 잠재력을 갖는 산화제이다. 스트론튬과 바륨 질산염은 무수상태로 쉽게 얻고 우수한 산화제이다. 알카리 금속 질산염, 염소산염과 과염소산염은 고온 슬랙 형성체와 결합할때 기타 유용한 산화제이다.
고온 슬랙 형성체로서 작용하는 재료는 연소온도 또는 그 이상의 융점을 갖거나, 또는 연소온도 또는 그 이상의 융점을 갖는 화합물로 분해한다. 알카리 토류 금속 산화물, 수산화물과 옥살산염은 유용한 고온 슬랙형성체이다. 탄산 마그네슘과 수산화 마그네슘은 매우 높은 융점(2800℃)을 갖는 산화 마그네슘을 형성하기 위하여 용융되기전에 이들이 분해하기 때문에 고온 슬랙 형성체로서 매우 유용하다.
상술한 바와 같이, 질산 스트론튬과 같은 산화제는 단위 중량 당 생성되는 가스의 양이 증가되므로, 이들은 고온 슬랙 형성체와 산화제로서 작용하기 때문에, 특히 유익하다.
5-아미노테트라졸, 테트라졸 또는 디테트라졸의 칼슘 또는 스트론튬염과 같은 연료로서의 금속염은 비록 산화제로서 불충분하더라도, 고온 슬랙 형성체로서 유용하다.
또한, 티타늄, 지르코늄과 세륨과 같은 높은 융점을 갖는 기타 금속 산화물은 유용한 고온 슬랙 형성체이다.
저온 슬랙 형성체로서 작용하는 재료는 연소온도 또는 그 이하의 융점을 갖거나 또는 연소하는 동안 연소 온도 또는 그 이하의 융점을 갖는 화합물을 형성한다.
저온 슬랙 형성체의 예를들면, 이산화 규소(SiO2), 산화붕소(B2O3), 오산화바나듐(V2O5), 규산나트륨(Na2SiO3), 규산칼륨(K2SiO3), 탄산나트륨(Na2CO3)와 탄산칼륨(K2CO3)이 있다.
산화제 아니면 연료는 이것이 연소시에 변환될 수 있는 적합한 물질을 함유하면 저온 슬랙 형성체로서 작용할 수 있음을 알 수 있다. 예를들면 질산나트륨 또는 테트라졸의 나트륨염은 연소반응시에 이산화 규소가 존재하면, 탄산나트륨 또는 규산나트륨으로 변환할 수 있다.
실시예 1에 표시된 바와 같이 연료 또는 산화제(또는 둘다)와 고온 슬랙 형성체를 조합하는 것이 바람직하고, 여기서 질산 스트론튬은 산화제와 고온 슬랙 형성체로서 작용한다. 이 경우에, 질산 스트론튬은 연소시에 산화 스트론튬(SrO)을 생성하며, 이는 높은 융점(2430℃)과 산화와 질소가스를 갖는다. 저온 슬랙 형성체로서 사용되는 이산화 규소는 약 1500°-1700℃의 융점을 갖는 분쇄 모래와 합체하는 매우 미세한 반미량 입자를 갖는 여러가지 형태로 이용할 수 있다. 산화 스트론튬과 이산화 규소의 조합물은 약 1580℃의 융점을 갖는 규산 스트론튬(SrSiO3)을 형성한다.
SrO+SiO2→ SrSiO3
또한, 산화 스트론튬은 고압하에 약 1500℃에서 용융하는 탄산 스트론튬을 형서하면서, 이산화 탄소와 반응할 수 있다.
이들 반응의 각 범위는 여러가지 재료 사이에서 연소온도, 압력, 각 성분의 입자크기와 접촉시간과 같은 여러가지 조건에 따른다.
저온 슬랙 형성체의 기능은 고온 고체 입자를 함께 용융시키고 결합시키는데 있음을 알 수 있다. 단지 저온 잔류물에 있어서, 재료가 액체이므로 여과가 어렵다. 단 고온 재료에 있어서는 미분쇄된 입자를 형성하여 이 또한 여과가 어럽다. 목적은 응집물이나 슬랙을 형성하도록 유도하는 저온 물질을 충분히 생성한, 저점도 액체를 충분히 이루지 않는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 연화성, 슬랙형성 가스발생 혼합물은 최소한 하나의 다음 물질로 이루어진다.
a. 아미노테트라졸, 테트라졸, 비테트라졸로 이루어지는 테트라졸 화합물과 이들 화합물의 금속염 및 트리아졸 화합물과 트리아졸 화합물의 금속염에서 선택한 염료.
b. 알카리 금속, 알카리 토류 금속, 란탄족원소와 암모늄 질산염 및 과염소산염으로 이루어지는 그룹에서 또는 알카리 금속 또는 알카리 토류 금속 염소산염 또는 과산화물로 이루어지는 그룹에서 선택한 산소 함유산화제 화합물.
c. 알카리 토류 금속 또는 전이 금속 산화물, 수산화물, 탄산염, 옥살산염, 과산화물, 질산염, 연소산염과 과염소산염으로 이루어지는 그룹 또는 테트라졸, 비테트라졸과 트리아졸의 알카리 토류 금속으로 이루어지 그룹에서 선택한 고온 슬랙 형성물.
d. 이산화 규소, 산화붕소와 오산화 바나듐으로 이루어지는 그룹에서 또는 알카리 금속 규산염, 붕산염, 탄산염, 질산염, 과염소산염이나 염소산염으로 이루어지는 그룹에서 또는 테트라졸, 비테트라졸과 트리아졸의 알카리 금속염으로 이루어지는 그룹에서 또는 여러가지 천연적으로 발생하는 점토와 활석에서 선택하는 저온 슬랙 형성물.
실제, 어떤 재료는 치환 또는 교환이 가능하다. 특히 두 연료와 고온 슬랙 형성물은 테트라졸, 비테트라졸과 트리아졸의 알카리 토류 금속염에서 선택될 수 있다. 두 산소 함유 산화제 화합물과 고온 슬랙 형성물은 하나 또는 그 이상의 알카리 토류 금속과 란탄족 원소 질산염, 과염소산염, 연소산염과 과산화물로 이루어진다. 두 연료와 저온 슬랙 형성물은 하나 또는 그 이상의 테트라졸, 비테트라졸과 트리아졸의 알카리 금속염으로 이루어진다. 두 산소함유 산화제 화합물과 저온 슬랙 형성물은 하나 또는 그 이상의 알카리 금속 질산염, 과염소산염, 염소산염과 과산화물로 이루어진다.
연료는 약 22-36중량%의 농도로 존재하는 5-아미노테트라졸로 이루어지고, 여기서 산소 함유 산화제 화합물과 고온 슬랙 형성체는 약 38-62중량%의 농도로 존재하는 질산 스트론튬이고, 상기 저온 슬랙 형성체는 약 12-18중량%의 농도로 존재하는 이산화 규소이다.
또한, 연료와 고온 슬랙 형성물은 약 30-50중량%의 농도로 존재하는 5-아니노 테트라졸의 스트론튬염으로 이루어지고, 여기서 산소함유 산화제 화합물은 약 40-60중량%의 농도로 존재하는 질산 칼륨이고, 저온 슬랙 형성체는 약 2-10중량%의 농도로 존재하는 활석이다. 활석은 점토로 대치할 수 있다.
다른 조합물은 약 22-36중량%의 농도로 존재하는 5-아미노테트라졸로 이루어지고, 여기서 산소함유 산화제 화합물은 약 30-50중량%의 농도로 존재하는 질산 나트륨이고, 고온 슬랙 형성물은 약 8-30중량%의 농도로 존재하는 탄산 마그네슘이고, 저온 슬랙 형성체는 약 2-20중량%의 농도로 존재하는 이산화 규소이다. 탄산 마그네슘은 수산화 마그네슘으로 대치할 수 있다.
또 다른 조합물은 연료로서 부분적으로 작용하고 저온 슬랙 형성체로서 부분적으로 작용하는 약 2-30중량%의 농도로 존재하는 5-아미노테트라졸의 칼륨으로 이루어지고 여기서 약 8-40중량% 농도의 5-아미노테트라졸은 연료로서 작용하고 약 2-10중량% 농도의 점토는 저온 슬랙 형성체로서 부분적으로 작용하고 약 40-66중량% 농도의 질산 스트론튬은 산소함유 산화제와 고온 슬랙 형성체로서 작용한다.
다른 바람직한 특징에서, 본 발명은 다음과 같은 물질의 기능기를 갖는 최소한 하나의 물질로 이루어지는 서술한 형의 연화성 가스발생 혼합물로 이루어진다 :
연료, 산소함유 산화제 화합물, 화학첨가제와 저온 슬랙 형성물.
연료는 트리아졸, 테트라졸론, 아미노테트라졸, 테트라졸, 비테트라졸로 이루어지는 아졸 화합물과 이들 화합물의 금속염에서 선택한다. 산소함유 산화제 화합물을 알카리 토류 금속 질산염에서 선택한다. 화학첨가제는 탄산염, 트리아졸, 테트라졸, 5-아미노테트라졸, 비테트라졸과 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온에서 선택한 무기산 또는 유기산의 알카리 금속염이고, 상기 화학 첨가제는 연소하에 혼합물에 의하여 생성되는 연소 생성물에서 질소의 독성 산화물의 양을 감소시키는데 충분한 양으로 상기 혼합물에 존재한다. 저온 슬랙 형성물은 천연적으로 발생하는 점토, 활석 또는 실리카에서 선택한다.
하나의 바람직한 조성물은 연료가 약 28-32중량% 농도의 5-아미노테트라졸로 이루어지고, 산소함유 산화제 화합물이 약 50-55중량% 농도의 질산 스트론튬으로 이루어지고, 화학 첨가제가 약 2-10중량% 농도의 탄산칼륨으로 이루어지고, 저온 슬랙 형성체가 약 2-10중량% 농도의 점토로 이루어지는 것이다.
다른 바람직한 조성물은 연료가 약 26-32중량% 농도의 5-아미노테트라졸로 이루어지고, 산소함유 산화제 화합물이 약 52-58중량% 농도의 질산 스트론튬으로 이루어지고, 화학첨가제가 약 2-10중량% 농도의 나트륨 테트라졸로 이루어지고, 저온 슬랙 형성체가 2-10중량%의 점토로 이루어지는 것이다.
또 다른 바람직한 조성물은 연료가 약 26-32중량% 농도의 5-아미노테트라졸로 이루어지고, 산소함유 산화제 화합물이 약 52-58중량% 농도의 질산 스트론튬으로 이루어지고, 화학첨가제가 약 2-12중량% 농도의 5-아미노테트라졸의 칼륨염으로 이루어지고, 저온 슬랙 형성체가 약 2-16중량% 농도의 활석으로 이루어지는 것이다.
본 발명은 가스발생체 연소생성물에서 독성 가스 NOx와 CO의 양을 감소시키는 수단을 제공한다. 이것은 추진제에 혼합된 알카리 금속염을 사용하므로서 성취된다. 염의 첫째 작용은 NOx의 양을 감소시키는데 있으며 그러나 이것은 연소 생성물에서 일산화탄소와 NOx의 양을 감소시키는 과량의 산소를 공급하도록 가스발생체와 형성시켜야 한다.
본 발명은 NOx와 일산화탄소를 생성시키는 어떠한 가스발생체에 이들 수단을 응용하는 것이다.
사용되는 알카리 금속 화합물의 형이 중요하다.
모든 알카리 금속이 NOx를 제어하는데 효과적이만, 칼륨이 이의 유용성, 저렴한 가격와 효능때문에 알카리 금속으로서 가장 바람직하다. 알카리 금속은 무기 화합물보다 오히려 유기 화합물의 부분으로서 추진제에 혼합되는 것이 바람직하다. 알카리 금속을 가스발생체에 혼합하는 바람직한 방법은 유기산의 염으로서 하는 것이다. 자동차 에어백에 사용된 가스발생체에 있어서, 테트라졸 또는 트리아졸의 알카리 금속염과 같은 높은 질소함량을 갖는 화합물을 사용하는 것이 유익하다. 이들 물질은 가스발생체에 혼합했을때 다기능을 일으킨다. 생성된 NOx의 양을 감소시킴과 더불어, 이들 화합물은 유용한 가스를 생성시키는 연료로서와 여기에 서술된 바와 같이 저온 슬랙 형성체로서 작용한다.
가스발생체에 효과적으로 사용될 수 있는 알카리 금속 화합물의 범위는 아주 광범위하다. 2%의 D5AT만큼 소량이라도 첨가제로서 유용함을 알 수 있고, K5AT가 제 1 의 연료와 가스 생성체로서의 작용할 경우, 약45%까지 사용된다. 그러나 바람직한 범위 약 2-20중량%이고, 가장 바람직한 범위는 약 2-12 중량%이다.
전술한 바와같은 화학 첨가제에 있어서는 유기산염과 탄산염이 효과적이다. 유기산의 염이 가장 효과적이므로 바람직하다. 5-아미노테트라졸, 테트라졸, 비테트라졸과 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온(NTO)의 알카리 금속염은 이들의 높은 질소 함량 때문에 바람직하다. 리튬, 나트륨과 칼륨은 바람직한 알카리 금속이고 ; 또한 본 발명은 루비듐과 세슘의 사용을 계획하고 있다. 가장 바람직한 알카리 금속은 칼륨이고 가장 바람직한 염은 5-아미노테트라졸의 칼륨염이다.
본 발명을 대표적인 실시예를 들어 예시하면 다음과 같다.
실시예 1
5-아미노테트라졸(5AT), 질산 스트론튬과 이산화 규소(실리카)의 혼합물을 33.1중량%의 5AT, 58.9중량%의 질산 스트론튬과 8중량%의 실리카(Hi-Sil 233)의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이들 분말을 건조 혼합하고 펠릿을 압축성형에 의하여 제조한다.
프로판-산소 토오치로 점화하면, 이들 펠릿은 신속하게 타고, 첨착성의 잘 형성된 고체 잔유물이 남는다.
실시예 2
5AT, 질산 스트론튬과 벤토나이트 점토의 혼합물을 33.1중량%의 5AT, 58.9중량%의 질산 스트론튬과 8중량%의 점토의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이들 분말을 제조하여 실시예 1에서와 같이 시험하면 동일한 결과를 얻는다.
실시예 3
5AT, 질산 스트론튬과 산화 붕소의 혼합물을 33.1중량%의 5AT, 58.9중량%의 질산 스트론튬과 8중량%의 산화 붕소(B2O3)의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이들분말을 건조 혼합하고 압착 성형하여 펠릿을 제조한다. 프로판-산소 토오치로 점화하면 이들 펠릿은 적당한 속도로 연소하고 부분적으로 다공성을 갖는 고체 잔유물이 남는다.
실시예 4
5AT, 잘산 나트륨, 산화철과 이산화 규소의 혼합물을 26.7중량%의 5AT, 39.3중량%의 질산나트륨, 29.3중량%의 산화철(Fe2O3)과 4.7중량%의 이산화 규소의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 산화철은 마피코 레드516다크를 사용하고 이산화 규소는 Hi-Sil 233을 사용한다. 이들 분말을 건조 혼합하고 압착 성형하여 펠릿을 제조한다. 프로판-산소 토오치로 점화하면 펠릿은 서서히 연소하여 팽창된 고체 포옴 잔유물이 남는다. 펠릿을 25기압의 최초 압력으로 파르 연소 봄베에서 연소하면, 고체의 점착성이고, 비교적 경질인 잔유물이 형성된다.
실시예 5
5AT, 질산 나트륨, 질산 스트론튬과 이산화 규소의 혼합물을 33.0중량%의 5AT 10.0중량%의 질산 나트륨, 49.0중량%의 질산 스트론튬과 8.0중량%의 이산화 규소(Hi-Sil 233)의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이들 분말을 건조혼합하고 압착성형으로 펠릿을 형성시킨다.
프로판-산소 토오치로 점화하면, 펠릿은 신속하게 연소하고, 경질의 고체 잔유물이 남는다. 이 조성물의 연소율은 1000psi에서 초당 0.70인치임을 알 수 있다. 연소율은 알려진 길이의 원통형 펠릿을 연소시키는데 필요한 시간을 측정하여 측정한다. 펠릿을 약 16,000파운드의 힘으로 1/2-인치 직경 다이에서 압축성형한 다음 면에서 방염 작용을 하는 에폭시/이산화 티타늄 억제제로 면을 피복한다.
실시예 6
5AT, 질산 나트륨, 탄산 마그네슘과 이산화 규소의 혼합물을 29.6중량%의 5AT, 40.0중량%의 질산 나트륨, 2.5중량%의 탄산 마그네슘과 4.5중량%의 이산화 규소의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이들 분말을 건조 혼합하고 압착 성형하여 펠릿을 형성시킨다. 프로판-산소 토오치로 점화하면 펠릿이 서서히 연소하고 고체인 경질의 잔유물이 남는다.
실시예 7
탄산 마그네슘 대신에 수산화 마그네슘으로 대치하는 것을 제외하고 실시예 6을 반복한다. 펠릿을 제조하여 연소시키면 동일한 결과를 얻는다.
실시예 8
1,2,4-트리아졸-5-온(TO), 질산 스트론튬과 이산화 규소의 혼합물을 27.6중량%의 TO, 64.6중량%의 질산 스트론튬과 8.0중량%의 이산화 규소(Hi-Sil 233)의 조성을 갖는 것을 제조한다. 이들 분말을 건조-혼합하고 압착성형하여 펠릿을 형성시킨다. 프로판-산소 토오치로 점화하면, 펠릿은 서서히 연소하여 부분적으로 다공성인 고체 잔유물이 남는다.
표 I은 여러가지 성분의 역활을 나타내고 상기 실시예의 각 성분의 대략적인 범위(중량퍼센트) 나타낸다.
[표 1]
실시예 9
5-아미노테트라졸(5AT), 질소 스트론튬(SrN)과 벤토나이트 점토의 혼합물을 33.1중량%의, 5AT, 58.9중량%의 SrN와 8.0중량%의 점토의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이들 분말을 건조혼합하고 압착 성형하여 펠릿을 형성시킨다. 봄베에서 어떠한 산소를 제거하기 위하여 질소로 세척한 후, 25기압으로 압축된 파르 연소봄베에서 펠릿을 질소와 연소시킨다. 펠릿을 열선수단으로 점화시킨다. 고체 연소 생성물과 NOx의 상호 작용을 최소화하기 위하여 가스발생체의 연소후, 10초내에 봄베에서 가스 시료를 제거한다. 가스 시료를 분석하면 비교적 높은 농도의 NOx가 존재함을 나타낸다 : 2180ppm의 NOx.
실시예 10
5AT, SrN, 벤토나이트 점토와 5AT의 칼륨염(K5AT)의 혼합물을 28.6중량%의 5AT, 57.4중량%의 SrN, 8.0중량%의 점토와 6.0중량%의 K5AT의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이 혼합물을 화학 평형 컴퓨터 프로그램으로 계산하면 생성된 가스 혼합물은 약간 초과한 양의 산소를 갖는다. 상기 분말을 제조하여 실시예 9에 서술된 바와 같이 시험한다. 두 시험을 행하면 32와 40ppm의 측정된 농도의 NOx가 생성된다. 실시예 10은 실시예 9와는 대조적으로 K5AT의 첨가로 생성된 NOx 농도의 큰 감소를 나타낸다.
실시예 11
5AT, SrN, 벤토나이트 점토와 탄산칼슘의 혼합물을 31.1중량%의 5AT, 55.4중량%의 SrN, 7.5중량%의 점토와 6.0중량%의 탄산칼슘의 조성을 갖는 것으로 제조한다.
이 혼합물을 제조하여 실시예 9에서 서술한 바와 같이 시험한다. 두 시험을 행하면 128과 80ppm의 측정된 농도의 NOx가 생성된다.
실시예 12
5AT, SrN, 점토와 테트라졸의 나트륨염(NaT)의 혼합물을 30.4중량%의 5AT, 54.2중량%의 SrN, 7.4중량%의 점토와 8.0중량%의 NaT의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이 혼합물을 제조하여 실시예 9에 서술된 바와 같이 시험한다. 두 시험을 행하면 40과 32ppm의 측정된 농도의 NOx가 생성된다.
실시예 13
5AT, 질산칼륨(KN), 활석과 K5AT의 혼합물을 25.2중량%의 5AT, 52.8중량%의 KN, 16.0중량%의 활석과 6.0중량%의 K5AT의 조성을 갖는 것으로 제조한다. 이 조성물을 화학 평형 컴퓨터 프로그람으로 계산하면 2.5체적%의 초과량의 산소를 나타낸다. 이 혼합물의 소펠릿을 자동 정제프레스로 제조한다. 두 시험을 행할때 첫번째 시험에서는 112ppm의 NOx와 100ppm의 일산화탄소가 생성되고 두번째 시험에서는 144ppm의 NOx와 140ppm의 일산화탄소가 생성된다. 이 실시예는 과량의 산소와 조합하여 K5AT를 사용하면 낮은 농도의 NOx와 일산화탄소를 얻을 수 있음을 예시한 것이다.
본 발명의 바람직한 특징을 서술해 왔으며, 본 발명은 하기의 특허청구범위 내에서 수정할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (25)

  1. 연화성 조성물이 각각 다음과 같은 물질의 기능기를 갖는 최소한 하나의 물질로 이루어지는 연소하에 자동차 또는 항공기 안전구조 백을 팽창시키데 유용한 연화성, 가스발생 조성물 :
    a. 트리아졸, 아미노테트라졸, 테트라졸 비테트라졸로 이루어지는 아졸화합물과 이들의 화합물의 금속염에 선택한 연료.
    b. 알카리 토류 금속 질산염, 알카리 금속 질산염과 과염소산염에서 선택한 산소함유 산화제 화합물.
    c. 탄산염, 트리아졸, 테트라졸, 5-아미노테트라졸, 비테트라졸과 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온에서 선택한 무기산 또는 유기산의 알카리 금속염인 화학 첨가제, 이 화학 첨가제는 연소하에 혼합물에 의하여 생성되는 연소생성물에서 질소의 독성 산화물의 양을 감소시키는데 충분한 양으로 상기 혼합물에 존재한다.
    d. 천연적으로 발생하는 점토와 활석 또는 실리카에서 선택한 저온 슬랙 형성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 연료가 약 28-32중량%의 농도로 존재하는 5-아미노테트라졸로 이루어지고, 산소함유 산화제 화합물이 약 50-55중량%의 농도로 존재하는 질산 스트론튬으로 이루어지고, 화학 첨가제가 약 2-10중량%의 농도로 존재하는 탄산칼륨으로 이루어지고, 저온 슬랙 형성체가 약 2-10중량%의 농도로 존재하는 점토로 이루어짐을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 연료가 약 26-32중량%의 농도로 존재하는 5-아미노테트라졸로 이루어지고, 상기 산소함유 산화제 화합물이 약 52-58중량%의 농도로 존재하는 질산 스트론튬으로 이루어지고, 상기 화학 첨가제가 약 2-10중량%의 농도로 존재하는 나트륨 테트라졸로 이루어지고, 상기 저온 슬랙 형성체가 약 2-10중량%의 농도로 존재하는 점토로 이루어짐을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 연료가 약 26-32중량%의 농도로 존재하는 5-아미노테트라졸로 이루어지고, 상기 산소함유 산화제 화합물이 약 52-58중량%의 농도로 존재하는 질산 스트론튬으로 이루어지고, 상기 화학 첨가제가 약 2-12중량%의 농도로 존재하는 5-아미노테트라졸의 칼륨염으로 이루어지고, 상기 저온 슬랙 형성체가 약 2-16중량%의 농도로 존재하는 활석임을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 5-아미노테트라졸의 알카리 금속염임을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 테트라졸의 알카리 금속염임을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 비테트라졸의 알카리 금속염임을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 알카리 금속염임을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 5-아미노테트라졸의 칼륨, 나트륨 또는 리튬염임을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서 화학 첨가제가 테트라졸의 칼륨, 나트륨 또는 리튬염임을 특징으로 하는 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 칼륨, 나트륨 또는 리튬염임을 특징으로 하는 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 약 25-45중량%의 농도로 존재함을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 알카리 금속탄산염임을 특징으로 하는 조성물.
  14. 제 1 항에 있어서, 화학 첨가제가 탄산칼륨임을 특징으로 하는 조성물.
  15. 가스발생 혼합물에 탄산염과 아졸에서 선택한 무기산 또는 유기산의 알카리 금속염으로 이루어지는 화학 첨가제를 포함하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 제 1 항에 따른 연료, 산화제와 슬랙형성물로 된 가스발생 혼합물의 연소에서 질소의 독성 산화물을 감소 또는 제거하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 5-아미노테트라졸의 알카리 금속염임을 특징으로 하는 방법.
  17. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 테트라졸의 알카리 금속염임을 특징으로 하는 방법.
  18. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 비테트라졸의 알카리 금속염임을 특징으로 하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온의 알카리 금속염임을 특징으로 하는 방법.
  20. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 5-아미노테트라졸의 칼륨, 나트륨 또는 리튬염임을 특징으로 하는 방법.
  21. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 테트라졸의 칼륨, 나트륨 또는 리튬염임을 특징으로 하는방법.
  22. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 3-니트로-1,2,4-트리아졸-5-온임을 특징으로 하는 방법.
  23. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 약 2-45중량%의 농도로 존재함을 특징으로 하는 방법.
  24. 제15항에 있어서, 화학 첨가제는 알카리 금속 탄산염임을 특징으로 하는 방법.
  25. 제15항에 있어서, 화학 첨가제가 탄산칼륨임을 특징으로 하는 방법.
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