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CN1277598A - 产气组合物 - Google Patents

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Abstract

一种产气组合物,其降低了单位量产生气体中燃烧残余物的量。该产气组合物包括由硝基胍、硝酸胍和其混合物组成的燃料和氧化剂。氧化剂是过氯酸盐、硝酸盐或其混合物。当氧化剂是过氯酸铵,还向该组合物中加入氯中和剂。

Description

产气组合物
发明所属领域
本发明涉及用于装配于汽车、飞机等中以保护乘客的气囊系统中的产气剂组合物，以及涉及用于该产气组合物的充气机体系。
现有技术
对用于气囊充气机中的产气组合物有各种要求。要求之一是应降低燃烧后的燃烧残余物。当产气剂燃烧产生的燃烧残余物排出充气机时，出现的第一个问题是：具有高热容的燃烧残余物与气囊接触使其穿孔，第二问题是大量的浮尘残余物可引起气喘的乘客发作，第三个问题是大量的浮尘残余物可阻止乘客的视野造成严重的事故。为了防止出现这些问题，要求应通过冷却剂/过滤剂冷却并过滤燃烧残余物以使其停留在充气机中。然而，为这此目的，必须在充气机中安装大量的冷却剂/过滤剂。另外，当产生大量的燃烧残余物时，可能损坏冷却剂/过滤剂，其作用在短时间内降低。因此，为了降低排放到充气机外的燃烧残余物的量，非常需要开发一种产气剂的方法，在该方法中产生的燃烧残余物的量实质上很小。
另外，目前也需要更进一步降低气囊充气机的尺寸和其重量。然而，其中燃烧残余物量大的现有产气剂需要另外的组分如大的过滤器来过滤燃烧残余物等。因此，难以进一步降低充气机的尺寸。基于这点，需要其中降低了燃烧残余物量的产气剂。
本发明公开
本发明的目的是提供具有优良燃烧性能的产气组合物作为产气剂，在这种产气剂中降低了产生的燃烧残余物的量。
本发明的另一个目的是提供使用上述产气组合物的充气机体系。
本发明提供了一种产气组合物，包括由硝基胍、硝酸胍或其混合物作为燃料和氧化剂。
本发明提供使用上述产气组合物的充气机体系。
本发明的产气剂远优于已前公开的产气剂，其原因是其燃烧残余物量低，从而可进一步降低用于气囊体系中的充气机的尺寸。
本发明的优选实施方案
用于本发明中的燃料由硝基胍、硝酸胍或其混合物组成。硝基胍和硝酸胍的混合比不特别限制。
产气组合物中燃料的量随氧化剂、氯中和剂和粘合剂的种类和氧平衡而变化。优选为35-80％、更优选45-70％。
用在本发明中的氧化剂的例子可包括过氯酸盐、硝酸盐和其混合物。
过氯酸盐和硝酸盐的例子可包括含有选自铵、碱金属和碱土金属的阳离子的过氯酸盐和硝酸盐。这些过氯酸盐和硝酸盐的例子可包括过氯酸铵、过氯酸钠、过氯酸钾、过氯酸镁、过氯酸钡、硝酸铵、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、硝酸锶等。其中，特别优选过氯酸钠、过氯酸镁、硝酸钠和其混合物，这是因为燃烧后产生的残余物的量特别低。
关于氧化剂，可以任何方式组合上述化合物。然而，优选在产气剂中氧化剂的量为65-20％重量，更优选50-25％重量。
当加入过氯酸铵作为氧化剂时，加入氯中和剂来中和氯型气体如氯化氢、氯气等以便于稳定。
关于氯中和剂，可提到包括含有碱金属和碱土金属的阳离子的化合物。关于含有这种阳离子的化合物，可提到选自下列的至少一种：碳酸盐如碳酸钠、碳酸钾、碳酸镁、碳酸钙和碳酸锶等；硝酸盐如硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、硝酸钙和硝酸锶等；硅酸盐如硅酸钠、硅酸钾、硅酸镁、硅酸钙和硅酸锶等；草酸盐如草酸钠、草酸钾、草酸镁、草酸钙和草酸锶等；氧化物如氧化镁、氧化钙和氧化锶等；过氧化物如过氧化镁、过氧化钙和过氧化锶等；纤维素盐如羧甲基纤维素钠等；四唑和三唑的盐如5-氨基四唑的钠盐、钾盐、镁盐、钙盐、锶盐等；双四唑盐如双四唑钠盐、钾盐、镁盐、钙盐、锶盐等。
优选在产气剂中中和剂的量为5-40％重量，更优选10-30％重量。
另外，如需要，本发明的产气组合物可含有粘合剂、燃烧催化剂等。
粘合剂的例子可包括无机粘合剂如：氧化硅、氧化铝、二硫化钼、日本酸性粘土、滑石、膨润土、硅藻土、高岭土等；和有机粘合剂如羧甲基纤维素金属盐、淀粉、微结晶的纤维素、瓜尔胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、硬脂酸金属盐、低聚物等。
燃烧催化剂的例子可包括CuO、Cu2O、Co2O3、CoO、CO3O4、Fe2O3、FeO、Fe3O4、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、NiO、ZnO、MoO3、CoMoO4、Bi2MoO6和Bi2O3等。
添加剂在该产气组合物中的总量优选为0.1-20％重量。
在本发明的产气组合物中，燃烧后的气体组合物可通过改变氧平衡来改变。例如，通过把氧平衡改变到正的一侧可降低CO(增加NOx)。相反，通过把氧平衡改变到负的一侧可降低NOx(增加CO)。因此，考虑人体的安全性，建议调节氧平衡。
本发明的产气合物可通过干法和湿法加以制备，其干法为混合粉末状的燃料、氧化剂、氯中和剂、添加剂等；该湿法为在有水或有机溶剂存在下混合这些物质。
另外，本发明的产气组合物可模制成所需要的形状。例如可用成粒机压制成粒料、或用圆盘压机压成圆盘，粒料或圆盘可用造粒机成粒，或可用挤出机挤出成挤出颗粒(无孔、单孔或多孔状)。
如需要，可根椐产气组合物模制件具有的性能等来选择这些模塑方法。例如，在压制法中，当然不需要粘合剂或在模制中使用少量粘合剂，使得其适宜于作为模制本发明产气组合物的方法。另外，当使用挤出法时，比压制容易形成簿网模制件。因此，可得到具低燃烧速度的簿网模制件。另外，因为挤出法在相对短的时间内进行，其适宜于大规模生产。以及，对于具有高燃烧速率的组合物，可增加模制件的尺寸，从而更有效提高效率。除此之外，当使用挤塑法时，可制备无孔、单孔或多孔状的复杂形状的制件，从而得到各种燃烧性能。
在本发明的产气组合物中，每mol产生的气体中燃烧残余物的量优选为12g/mol或更低，特别优选10g/mol或更低。该燃烧残余物的量为根椐产气组合物配方计算的、在充气机的输出温度下产生的作为固体组分和液相组分的总量。
本发明的产气组合物可用于要求发射药或火箭推进剂的气件产生能力的任何装置。其特别适宜装配于汽车、飞机等上的充气机系统中以保护乘客。
本发明的充气机体系使用上述的产气组合物，并可用于烟火充气的系统(在该充气系统中所有气体由产气剂提供)，或可用于混合充气机系统(其中气体由压缩空气如氩或产气剂提供)。
本发明的产气方法为在产气机中上述产气组合物作为燃料燃烧，并可用于使用由这种燃烧产生气体的各种领域。在本发明的产气方法中，该产气组合物用作燃料，可降低燃烧残余物的量并提高气件产量。
实施例
下面参照实施例和其比较例更具体介绍本发明。然而，这些实施例仅是举例性的并不想限制本发明的范围。
实施例1-14和比较例1-3
制备表1所示配方的产气剂。当每种产气组合物产生1mol气体时测定产生的燃烧残余物量。如实施例所示给出含有硝基胍、硝酸胍或其混合物的产气剂的燃烧残余物的量，如比较例1-3所示给出JP-A 9-501137、JP-A4-265292和JP-A 6-239683中公开的产气剂的由计算所得的燃烧残余物量。
本发明的产气组合物的燃烧残余物量远低于现有技术公开的许多产气剂。
实施例15-28
制备表2所示配方的产气剂。测定这些产气组合物产生的气体的量。
发现在本发明的产气组合物中，产生的气体量对于气囊是足够的。
实施例29-41
制备表3所示配方的产气剂。测定这些产气组合物的燃烧速率、粒料密度。测定在70kgf/cm2压力下的燃烧速率。
发现在本发明的产气组合物中，燃烧速率对于气囊是足够的。
实施例42-52
制备表4所示配方的产气剂。对这些组合物进行热稳定性测试。在热稳定性的测试中，把置于铝容器中的组合物在105℃的恒温浴中400小时，从试验前后组合物的重量变化得到重量损失比，并评估热稳定性。
本发明的组合物的重量损失小，并在外观上没发现有变化。
实施例52-63
制备表5所示配方的产气剂。对这些产气组合物进行摩擦敏感性测试和落锤测试。根椐日本爆破工业协会标准ES-22用BAM型摩擦敏感性测试仪进行摩擦敏感性测试。根椐日本爆破工业协会标准ES-21(1)用5kg铁锤进行落锤测试。
发现本发明的产气组合物的擦敏感性和落锤敏感性低且安全性高。
                                          表1
配方                            重量％ 燃烧的残余物的量，相对于产生气体的量(g/mol)
实施例1 硝基胍/NaNO3                   (60.5/39.5)     8.2
实施例2 硝基胍/NaClO4                  (63/37)     5.4
实施例3 硝基胍/Mg(ClO4)2              (65.1/34.9)     2.0
实施例4 硝酸胍/NaNO3                   (64.2/35.8)     7.1
实施例5 硝酸胍/NaClO4                  (66.6/33.4)     4.8
实施例6 硝酸胍/Mg(ClO4)2              (68.6/31.4)     1.6
实施例7 硝基胍/硝酸胍/NaClO4           (31.5/33.3/35.2)     5.1
实施例8 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3         (56.2/25.4/18.4)     3.6
实施例9 硝酸胍/NH4ClO4NaNO3          (60.1/23.1/16.8)     3.2
实施例10 硝基胍/NH4ClO4/Na2CO3       (56/25/19)     5.7
实施例11 硝基胍/NH4ClO4/Na2SiO3      (55/25/20)     7.6
实施例12 硝基胍/NH4ClO4/Na2C2O4     (54/25/21)     5.2
实施例13 硝基胍/NH4ClO4/CaO2          (50/25/25)     7.2
实施例14 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3/CMC-Na(47.1/26.6/19.3/7)     3.8
比较例1 5-氨基四唑/CuO                  (23.4/76.6)     44.5
比较例2 5-氨基四唑/Sr(NO3)2/SiO2     (33.1/58.9/8)     16.5
比较例3 卡巴肼/KClO4/CaO               (39/61/10)     14.2
                                           表2
配方                        重量％     产气量(mol/100g)
实施例15 硝基胍/NaNO3              (60.5/39.5)     2.9
实施例16 硝基胍/NaClO4             (63/37)     3.3
实施例17 硝基胍/Mg(ClO4)2         (65.1/34.9)     3.3
实施例18 硝酸胍/NaNO3              (64.2/35.8)     3.2
实施例19 硝酸胍/NaClO4             (66.6/33.4)     3.3
实施例20 硝酸胍/Mg(ClO4)2         (68.6/31.4)     3.5
实施例21 硝基胍/硝酸胍/NaClO4      (31.5/33.3/35.2)     3.3
实施例22 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3    (56.2/25.4/18.4)     3.5
实施例23 硝酸胍/NH4ClO4NaNO3     (60.1/23.1/16.8)     3.6
实施例24 硝基胍/NH4ClO4/Na2CO3  (56/25/19)     3.5
实施例25 硝基胍/NH4ClO4/Na2SiO3 (55/25/20)     3.2
实施例26 硝基胍/NH4ClO4/Na2C2O4(54/25/21)     3.4
实施例27 硝基胍/NH4ClO4/CaO2      (50/25/25)     3.0
实施例28 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3/CMC-Na(47.1/26.6/19.3/7)     3.5
                                               表3
配方                        重量％ 燃烧速率(mm/秒)     密度(g/cm3)
实施例29 硝基胍/NaNO3               (60.5/39.5)     11.8     1.74
实施例30 硝基胍/KNO3                (56.3/43.7)     32.9     1.72
实施例31 硝基胍/Sr(NO3)2           (55.1/44.9)     7.7     1.90
实施例32 硝基胍/NaClO4              (63/37)     19.7     1.82
实施例33 硝基胍/KClO4               (60.1/39.9)     27.5     1.79
实施例34 硝基胍/Mg(ClO4)2          (65.1/34.9)     7.4     1.65
实施例35 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3     (56.2/25.4/18.4)     16.2     1.72
实施例36 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3     (57/20.6/22.4)     17.2     1.72
实施例37 硝酸胍/KNO3                (60.1/39.9)     4.2     1.62
实施例38 硝酸胍/NaClO4              (66.6/33.4)     6.4     1.65
实施例39 硝酸胍/KClO4               (63.8/36.2)     14.0     1.69
实施例40 硝酸胍/Mg(ClO4)2          (68.6/31.4)     3.6     1.54
实施例41 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3     (60.1/23.1/16.8)     9.4     1.63
                                      表4
配方                      重量％     重量损失(％)
实施例42 硝基胍/NaNO3             (60.5/39.5)     -0.11
实施例43 硝基胍/NaClO4            (63/37)     -0.15
实施例44 硝基胍/Mg(ClO4)2        (65.1/34.9)     -0.37
实施例45 硝基胍/KClO4             (60.1/39.9)     -0.11
实施例46 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3   (56.2/25.4/18.4)     -0.11
实施例47 硝酸胍/NaClO4            (66.6/33.4)     -0.06
实施例48 硝酸胍/KClO4             (63.8/36.2)     -0.07
实施例49 硝酸胍/KNO3              (60.1/39.9)     -0.07
实施例50 硝酸胍/NH4ClO4/NaNO3   (60.1/23.1/16.8)     -0.06
实施例51 硝基胍/NH4ClO4/Na2CO3 (56/25/19)     -0.09
实施例52 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3/CMC-Na(47.1/26.6/19.3/7) -0.09
                                                 表5
配方                    重量％  摩擦敏感性(kgf)  落锤敏感性(cm)
实施例53 硝基胍/NaNO3           (60.5/39.5)     ＞36     90-100
实施例54 硝基胍/NaCO4           (63/37)     ＞36     40-50
实施例55 硝基胍/Mg(ClO4)2      (65.1/34.9)     ＞36     ＞100
实施例56 硝基胍/KClO4           (60.1/39.9)     ＞36     30-40
实施例57 硝基胍/NH4ClO4/NaNO3 56.2/25.4/18.4)     ＞36     80-90
实施例58 硝酸胍/NaClO4          (66.6/33.4)     ＞36     ＞100
实施例59 硝酸胍/KClO4           (63.8/36.2)     ＞36     70-80
实施例60 硝酸胍/KNO3            (60.1/39.9)     ＞36     90-100
实施例61 硝酸胍/NH4ClO4/NaNO3 (60.1/23.1/16.8)     ＞36     80-90
实施例62 硝基胍/NH4ClO4/Na2CO3(56/25/19)     ＞36     40-50
实施例63 硝基胍/NH4CIO4/NaNO3/CMC-Na(47.1/26.6/19.3/7)     ＞36     80-90

Claims (9)

1、一种产气组合物，包括由硝基胍、硝酸胍或其混合物组成的燃料和氧化剂。
2、权利要求1的产气组合物，其中氧化剂是过氯酸盐、硝酸盐或其混合物，过氯酸盐和硝酸盐是含有选自铵、碱金属和碱土金属的阳离子的盐。
3、权利要求1的产气组合物，其中氧化剂是过氯酸铵，其另外还含氯中和剂。
4、权利要求3的产气组合物，其中氯中和剂包括含有选自碱金属和碱土金属的阳离子的化合物。
5、权利要求1的产气组合物，其中燃烧的含量为35-80％重量，氧化剂的含量为65-20％。
6、权利要求1的产气组合物，其还含有粘合剂或燃烧催化剂作为添加剂。
7、权利要求1的产气组合物，其中燃烧残余物的量相对于产生的气体的量为12g/mol或更小。
8、一种使用权利要求1的产气组合物的充气机体系。
9、使用由燃烧燃料产生的气体的产气方法，其中用权利要求1的产气组合物作为燃料来降低燃烧残余物的量并提高产气量。
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