氣體發生組合物的製作方法
2023-05-30 07:52:56 2
專利名稱:氣體發生組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及適用於汽車等用的氣囊約束系統的氣體發生組合物，及其模製品。
背景技術：
作為車輛乘客安全設備的氣囊系統中所使用的氣體發生組合物，傳統上，大多使用含有疊氮化鈉的組合物。然而，疊氮化鈉對人的毒性[LD50(口服-大鼠)＝27mg/kg]]和使用過程中的危險性已經為人重視，使用更加安全的來取代含有疊氮化鈉的組合物，即所謂非疊氮化物氣體發生組合物，例如含有各種含氮有機化合物的氣體發生組合物正在不斷地被開發。
US-B No.4,909,549公開了一種組合物，其包含含有氫的四唑或三唑化合物和含有氧的氧化劑的化合物。US-B No.4,370,181公開了一種氣體發生組合物，其包含不含有氫的四唑化合物和不含有氧的氧化劑的金屬鹽。US-B No.4,369,079公開了一種氣體發生組合物，其包含不含有氫的雙四唑化合物的金屬鹽和鹼金屬硝酸鹽、鹼金屬亞硝酸鹽、鹼土金屬硝酸鹽、鹼土金屬亞硝酸鹽、或其混合物。US-B No.5,542,999公開了一種氣體發生組合物，其含有燃料例如GZT、TAGN(硝酸三氨基胍)、NG(硝基胍)、NTO等，鹼式硝酸銅，用於減少毒性氣體產生的催化劑，和冷卻劑。US-B No.5,608,183公開了一種氣體發生組合物，其含有燃料例如硝酸胍、鹼式硝酸銅、和瓜耳膠。
然而，在與上述非疊氮化物氣體發生組合物進行燃燒後產生殘留物(煙塵)，並需要過濾器以防止殘留物流入氣囊。在這種情況下，可以使用一種製備組合物的方法，在該氣體發生組合物進行燃燒後，其易於形成渣，以便容易地由過濾器進行捕集。
US-B No.6,143,102公開了向組合物中添加作為渣-形成劑的矽石，以便形成良好的渣(熔渣)，該組合物含有燃料例如硝酸胍、鹼式硝酸銅、和金屬氧化物例如氧化鋁。JP-A No.10-502610公開了通過向燃料例如四唑化合物和硝酸鍶中添加玻璃粉末以降低燃燒溫度，且結果，NOx和CO的含量降低，並且形成固體渣。US-B No.5,104,466(JP-A No.5-70109)公開了通過使用包括鹼金屬疊氮化物、氧化劑的片狀物、和包含含矽石物質的顆粒的混合物，來降低煙塵的量。
雖然如JP-A No.10-502610所述，通過添加玻璃粉末可降低燃燒溫度並減少NOx等的含量，但由於玻璃粉末價格昂貴、通過這種方法使氣體發生器的重量增加等，仍有改進的空間。
發明內容
本發明通過提供新的氣體發生組合物，解決由包括玻璃粉末的加入的方法引起的問題，其中該新的氣體發生組合物可以容易地形成渣並減少NOx、CO等的含量。
作為解決上述現有技術問題中的問題的方法，本發明的發明人已經提交了一件有關玻璃粉末、氧化鋁等的組合的發明申請(JP-A No.2005-145718相當於JP申請No.2003-364024)。
在對上述發明進行研究時，本發明人注意到了對氣體發生組合物燃燒後的燃燒殘留物的狀態和燃燒後NOx及CO等的濃度，經過深入細緻的研究後，並因此發現，通過使用磷酸鹽，可獲得相當於其中使用玻璃粉末情況的燃燒後的殘留物狀態和燃燒後的NOx和CO的量的降低，基於這些發現從而完成本發明。
換句話說，作為解決該問題的方法，本發明提供了一種氣體發生組合物，其含有(a)燃料、(b)氧化劑、和(c)選自磷酸化合物或其鹽的化合物。
本發明的氣體發生組合物及其模製品含有選自磷酸化合物或其鹽的化合物；因而，由於燃燒殘留物固化並形成渣，則燃燒殘留物不會以煙塵形式排出到充氣機外。此外，當氣體發生組合物含有磷酸鹽等時，可以降低燃燒後的NOx和CO的濃度。
具體實施方式
組分(a)用於本發明的組分(a)的燃料含有選自四唑化合物、胍化合物、三嗪化合物、和硝胺化合物中的至少一種。通過列出的用於組分(a)的使用任一物質，可以實現本發明的目的並獲得本發明的效果。
四唑化合物的優選實例包括5-氨基四唑、雙四唑銨鹽等。胍化合物的優選實例包括胍的硝酸鹽(硝酸胍)、硝酸氨基胍、硝基胍、硝酸三氨基胍等。三嗪化合物的優選實例包括蜜胺、氰尿酸、氰尿二醯胺、氰尿醯胺等。硝胺化合物的優選實例包括環-1，3，5-三亞甲基-2，4，6-三硝胺等。
組分(b)用於本發明的組分(b)的氧化劑包括選自組分(b-1)鹼式金屬硝酸鹽、硝酸鹽、硝酸銨；和組分(b-2)高氯酸鹽或氯酸鹽中的至少一種。通過使用列出的用於組分(b)的任一物質，可以實現本發明的目的並獲得本發明的效果。
組分(b-1)的鹼式金屬硝酸鹽的實例包括選自鹼式硝酸銅、鹼式硝酸鈷、鹼式硝酸鋅、鹼式硝酸錳、鹼式硝酸鐵、鹼式硝酸鉬、鹼式硝酸鉍、和鹼式硝酸硒中的至少一種。
為了提高燃燒速率，鹼式金屬硝酸鹽的平均粒度優選不大於30微米且更優選不大於10微米。在這種情況下，通過利用雷射衍射的粒度分布法測定平均粒度。將已經分散在水中，然後暴露於超聲波中3分鐘的鹼式金屬硝酸鹽用作測定試樣；測定50％顆粒計數累積值(D50)，並認為平均粒度是兩個測量的平均值。
組分(b-1)的硝酸鹽包括鹼金屬硝酸鹽例如硝酸鉀、硝酸鈉等，和鹼土金屬硝酸鹽例如硝酸鍶等。
組分(b-2)的高氯酸鹽或氯酸鹽為不僅具有氧化作用而且還具有燃燒促進作用的組分。術語「氧化作用」是指通過在燃燒期間產生氧進行有效燃燒以及降低產生的毒氣(例如氨和CO)量的作用。另一方面，術語「燃燒促進作用」是指由此提高氣體發生組合物的點火性並提高燃燒速率的作用。
高氯酸鹽或氯酸鹽包括選自高氯酸銨、高氯酸鉀、高氯酸鈉、氯酸鉀、和氯酸鈉中的至少一種。
組分(c)用於本發明的組分(c)是捕集由燃燒產生的煙塵並形成渣的組分。由於氣體發生組合物含有組分(c)，可以防止燃燒殘留物變為煙塵、被排出充氣機、和流進氣囊。
組分(c)的實例包括選自磷酸化合物或其鹽例如磷酸、亞磷酸(phosphorusacid)、次磷酸、焦磷酸、偏磷酸、多磷酸、超磷酸(ultraphosphoric acid)等中的一種或選自其中的至少兩種的組合。此外，下面列出的這些鹽類可以為結晶或無水的形式。通過使用列出的用於組分(c)的任一物質，可以實現本發明的目的並獲得本發明的效果。
磷酸鹽磷酸二氫鉀、磷酸氫鉀、和三代(tribasic)磷酸鉀；磷酸二氫鈉、磷酸氫鈉、和三代磷酸鈉；磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣、和三代磷酸鈣；磷酸二氫鎂、磷酸氫鎂、和三代磷酸鎂；磷酸二氫銨、和磷酸氫銨等。
亞磷酸鹽亞磷酸鈉、次磷酸鈉等。
焦磷酸鹽焦磷酸鈉和焦磷酸二氫鈉；焦磷酸鈣和焦磷酸二氫鈣；焦磷酸鉀、焦磷酸鈣、和焦磷酸鎂等。
偏磷酸鹽偏磷酸鈉、偏磷酸鉀、偏磷酸鎂、和偏磷酸鋁等。
多磷酸鹽三聚磷酸鈉、四聚磷酸鈉、五聚磷酸鈉、三聚磷酸鉀、焦磷酸二氫鈣、焦磷酸二鈣等。
超磷酸鹽(ultraphosphate)超磷酸鈉等。
在上述物質中，組分(c)的優選實例包括磷酸二氫鉀、三聚磷酸鉀、偏磷酸鉀、焦磷酸二氫鈣、焦磷酸鈣、三聚磷酸鈉、偏磷酸鎂、偏磷酸鋁和三代磷酸鋁。
組分(d)本發明還可以包括組分(d)氫氧化鋁和/或氫氧化鎂。氫氧化鋁和氫氧化鎂可以單獨使用或組合使用。通過使用列出的用於組分(d)的任一物質，可以實現本發明的目的並獲得本發明的效果。
組分(d)的氫氧化鋁和氫氧化鎂具有低毒性，具有高的初始分解溫度，且當其發生熱解時，它們吸收大量的熱並生成氧化鋁或氧化鎂和水。通過在氣體發生組合物中包含氫氧化鋁和/或氫氧化鎂，降低了燃燒溫度，燃燒後形成較低量的毒性氣體NOx和CO。
組分(e)
本發明還可以包括組分(e)粘合劑。通過使用列出的用於組分(e)的任一物質，可以實現本發明的目的並獲得本發明的效果。
組分(e)的粘合劑可為選自羧甲基纖維素(CMC)、羧甲基纖維素鈉(CMCNa)、羧甲基纖維素鉀、羧甲基纖維素銨、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素(CAB)、甲基纖維素(MC)、乙基纖維素(EC)、羥乙基纖維素(HEC)、乙基羥基乙基纖維素(EHEC)、羥丙基纖維素(HPC)、羧甲基乙基纖維素(CMEC)、微晶纖維素、聚丙烯醯胺、聚丙烯醯胺氨基化合物、聚丙烯醯肼(polyacrylhydrazide)、丙烯醯胺-丙烯酸金屬鹽共聚物、聚丙烯醯胺-聚丙烯酸酯化合物共聚物、聚乙烯醇、丙烯酸類橡膠、瓜耳膠、澱粉、和矽氧烷中的一種或兩種或多種。
在上述物質中，考慮到粘合劑的粘結性、成本、點火性等，優選羧甲基纖維素鈉(CMCNa)和瓜耳膠。
組分(f)本發明還可以包含組分(f)添加劑。通過使用列出的用於組分(f)的任一物質，可以實現本發明的目的並獲得本發明的效果。
組分(f)的添加劑可以為選自金屬氧化物例如氧化銅、氧化鐵、氧化鋅、氧化鈷、氧化錳、氧化鉬、氧化鎳、氧化鉍、氧化鎵、矽石、氧化鋁等；金屬碳酸鹽或鹼式金屬碳酸鹽例如碳酸鈷、碳酸鈣、碳酸鎂、鹼式碳酸鋅、鹼式碳酸銅等；金屬氧化物或氫氧化物的複合物例如酸性粘土、高嶺土、滑石、膨潤土、硅藻土、水滑石等；金屬氧酸的鹽例如矽酸鈉、鉬酸雲母、鉬酸鈷、鉬酸銨等；二硫化鉬、硬脂酸鈣、氮化矽、和碳化矽中的一種或兩種或多種。這些添加劑可以降低氣體發生組合物的燃燒溫度，調整燃燒速率，並降低燃燒後所產生的有毒NOx和CO的量。在這些添加劑中，優選氧化銅、氧化鐵、和氧化錳。
各組分在組合物中的含量(1)第一組合當本發明組合物含有三種組分(a)、(b)、和(c)時，從實現本發明目的的觀點來看，各組分的下列含量是優選的。
組分(a)的燃料的含量優選為35-65質量％，更優選為40-60質量％，且再更優選為40-55質量％。
組分(b)的氧化劑的含量優選為30-70質量％，更優選為35-65質量％，且再更優選為45-55質量％。
組分(c)的磷酸化合物或其鹽的含量優選為0.1-5質量％，更優選為0.2-3質量％，且再更優選為0.5-1.5質量％。
(2)第二組合當本發明組合物含有四種組分組分(a)、(b)、(c)、和(d)時，從實現本發明目的的觀點來看，各組分的下列含量是優選的。
組分(a)的燃料的含量優選為30-60質量％，更優選為35-55質量％，且再更優選為35-50質量％。
組分(b)的氧化劑的含量優選為35-70質量％，更優選為40-60質量％，且再更優選為45-55質量％。
組分(c)的磷酸化合物或其鹽的含量優選為0.1-5質量％，更優選為0.2-3質量％，且再更優選為0.5-1.5質量％。
組分(d)的氫氧化鋁和/或氫氧化鎂的含量優選為0.5-15質量％，更優選為2-12質量%，且再更優選為3-10質量％。
當組分)d)的含量在上述範圍內時，不僅可降低與燃燒溫度降低有關的毒性氣體NOx和CO的量，而且當本發明組合物用於氣囊充氣機時，可以確保在預期的時間內進行氣囊膨脹和展開所必需的燃燒速率。
從提高煙塵捕集效率的觀點來看，本發明中組分(c)和組分(d)的組合含量優選為0.5-20質量％，更優選為2-15質量％，且再更優選為3-10質量％。
類似地，從提高煙塵捕集效率的觀點來看，本發明中組分(c)和組分(d)的質量比[(d)/(c)]優選為1-20，更優選為2-15，且再更優選為3-10。
(3)第三組合當本發明的組合物含有四種組分(a)、(b)、(c)、和(e)時，從實現本發明目的的觀點來看，各組分的下列含量是優選的。
組分(a)的燃料的含量優選為25-55質量％，更優選為30-55質量％，且再更優選為35-45質量％。
組分(b)的氧化劑的含量優選為35-70質量％，更優選為40-60質量％，且再更優選為45-55質量％。
組分(c)的磷酸化合物或其鹽的含量優選為0.1-5質量％，更優選為0.2-3質量％，且再更優選為0.5-1.5質量％。
組分(e)的粘合劑的含量優選為0.5-20質量％，更優選為2-15質量％，且再更優選為3-10質量％。
(4)第四組合當本發明的組合物含有四種組分(a)、(b)、(c)、和(f)時，從實現本發明目的的觀點來看，各組分的下列含量是優選的。
組分(a)的燃料的含量優選為25-55質量％，更優選為30-55質量％，且再更優選為35-45質量％。
組分(b)的氧化劑的含量優選為35-70質量％，更優選為40-60質量％，且再更優選為45-55質量％。
組分(c)的磷酸化合物或其鹽的含量優選為0.1-5質量％，更優選為0.2-3質量％，且再更優選為0.5-1.5質量％。
組分(f)的添加劑的含量優選為0.1-15質量％，更優選為0.5-10質量％，且再更優選為1-5質量％。
(5)第五組合當本發明的組合物含有五種組分(a)、(b)、(c)、(d)、和(e)時，從實現本發明目的的觀點來看，各組分的下列含量是優選的。
組分(a)的燃料的含量優選為25-55質量％，更優選為30-55質量％，且再更優選為35-45質量％。
組分(b)的氧化劑的含量優選為35-70質量％，更優選為40-60質量％，且再更優選為45-55質量％。
組分(c)的磷酸化合物或其鹽的含量優選為0.1-5質量％，更優選為0.2-3質量％，且再更優選為0.5-1.5質量％。
組分(d)的氫氧化鋁和/或氫氧化鎂的含量優選為0.5-15質量％，更優選為2-12質量％，且再更優選為3-10質量％。
組分(e)的粘合劑的含量優選為0.5-20質量％，更優選為2-15質量％，且再更優選為3-10質量％。當組分(e)與組分(d)組合使用時，優選上述含量，燃燒氣體可被純化而不損害模塑性。
(6)第六組合當本發明的組合物含有五種組分(a)、(b)、(c)、(d)、和(f)時，從實現本發明目的的觀點來看，各組分的下列含量是優選的。
組分(a)的燃料的含量優選為25-55質量％，更優選為30-55質量％，且再更優選為35-45質量％。
組分(b)的氧化劑的含量優選為35-70質量％，更優選為40-60質量％，且再更優選為45-55質量％。
組分(c)的磷酸化合物或其鹽的含量優選為0.1-5質量％，更優選為0.2-3質量％，且再更優選為0.5-1.5質量％。
組分(d)的氫氧化鋁和/或氫氧化鎂的含量優選為0.5-15質量％，更優選為2-12質量％，且再更優選為3-10質量％。
組分(f)的添加劑的含量優選為0.1-15質量％，更優選為0.5-10質量％，且再更優選為1-5質量％。
(7)第七組合當本發明的組合物含有六種組分(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、和(f)時，從實現本發明目的的觀點來看，各組分的下列含量是優選的。
組分(a)的燃料的含量優選為25-55質量％，更優選為30-55質量％，且再更優選為35-45質量％。
組分(b)的氧化劑的含量優選為35-70質量％，更優選為40-60質量％，且再更優選為45-55質量％。
組分(c)的磷酸化合物或其鹽的含量優選為0.1-5質量％，更優選為0.2-3質量％，且再更優選為0.5-1.5質量％。
組分(d)的氫氧化鋁和/或氫氧化鎂的含量優選為0.5-15質量％，更優選為2-12質量％，且再更優選為3-10質量％。
組分(e)的粘合劑的含量優選為0.5-20質量％，更優選為2-15質量％，且再更優選為3-10質量％。當組分(e)與組分(d)組合使用時，優選上述含量，燃燒氣體可以被純化而不損害模塑性。
組分(f)的添加劑的含量優選為0.1-15質量％，更優選為0.5-10質量％，且再更優選為1-5質量％。
組合物實例(1)組合物實例1(a)硝酸胍 53.1質量％(b)鹼式硝酸銅 46.4質量％(c)三代磷酸鋁 0.5質量％
(2)組合物實例2(a)硝酸胍 51.5質量％(b)鹼式硝酸銅 45.0質量％(c)四聚磷酸鈉 0.5質量％(d)氫氧化鋁 3.0質量％(3)組合實例3(a)硝酸胍 44.4質量％(b)鹼式硝酸銅 45.6質量％(c)三代磷酸鋁 1.0質量％(d)氫氧化鋁 5.0質量％(e)CMCNa 4.0質量％本發明的氣體發生組合物可以模製為期望的形狀且可以製備為單-穿孔(single-perforated)圓柱、多孔圓柱、和片狀的形式的模製品。可通過其中將水或有機溶劑加入到氣體發生組合物並與其混合併進行擠出模塑(在模製品為單-穿孔圓柱或多孔圓柱的形式的情況下)的方法，或通過其中使用造粒機等進行壓縮模塑(在模製品為片狀形的情況下)的方法，生產這些模製品。
本發明的氣體發生組合物和由此獲得的模製品可用於，例如，在各類車輛中的駕駛員側的氣囊充氣機、緊鄰駕駛員的乘客側的氣囊充氣機、側氣囊充氣機、可充氣的簾幕充氣機、膝部墊充氣機、可充氣安全帶充氣機、管式系統充氣機、和用於預張緊器的氣體發生器。
此外，使用本發明的氣體發生組合物的充氣機和由此獲得的模製品可用於煙火式(pyrotechnic type)充氣機(其中僅由氣體發生劑供給氣體)，或混合式(其中壓縮氣體如氬氣等和氣體發生劑共同供給氣體)。
此外，本發明的氣體發生組合物和由此獲得的模製品可以用作稱為火焰增強劑的點火劑等，用以將點火器的能量傳遞給氣體發生組合物。
實施例實施例1將2081g硝酸胍、2319g鹼式硝酸銅、150gCMCNa、400g氫氧化鋁、50g多磷酸鈉、和735g水的混合物在10L捏和機中一起捏和，通過擠出進行模塑，並經過剪切、乾燥和篩分處理步驟等，以獲得氣體發生組合物的模製品，該模製品為外徑4.3mm、內徑1.1mm且長4.1mm的單穿孔形。
將39.9g氣體發生組合物的模製品放在用於駕駛員側的單充氣機中並進行60L氣罐(gas cylinder)測試(在JP-A No.2001-97176的第98段中公開的一種廣為知曉的測試方法)。結果，在最大罐壓力181kPa下，氣罐中的煙塵的量為692mg。
此外，將該充氣機在2800L氣罐瓶中進行作動，並測定氣罐內排氣中的NOx、CO、和NH3的濃度。在該2800L氣罐測試中，將測試的充氣機放在容量為2800L的鐵製氣罐中，並在充氣機點火後3分鐘、15分鐘、30分鐘時測定氣罐內NO、NO2、CO、和NH3的濃度；將在3分鐘、15分鐘、30分鐘時的氣體濃度平均值作為每種氣體的濃度。
獲得下列結果NO20ppm，NO11ppm，CO40ppm，和NH34ppm。這些結果表明僅有少量的煙塵且排氣是清潔的。
權利要求
1.一種氣體發生組合物，其包括(a)燃料；(b)氧化劑；和(c)選自磷酸化合物或其鹽的化合物。
2.權利要求
1的氣體發生組合物，其中在該組合物中，(c)的含量為0.1-5質量％。
3.權利要求
1或2的氣體發生組合物，進一步含有(d)氫氧化鋁和/或氫氧化鎂。
4.權利要求
1或2的氣體發生組合物，進一步含有(e)粘合劑；和/或(f)添加劑。
5.一種氣體發生組合物的模製品，其為單-穿孔圓柱或多孔圓柱的形式，通過擠出和模塑權利要求
1或2的氣體發生組合物而獲得。
專利摘要
本發明提供一種可以抑制產生煙塵的氣體發生組合物。上述氣體發生組合物含有(a)燃料，(b)氧化劑，和(c)選自磷酸化合物或其鹽的化合物。在上述組合物中，(c)的含量優選為0.1－5質量％。
文檔編號C06D5/00GKCN1762925SQ200510099805
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月2日
發明者吳建州 申請人:大賽璐化學工業株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan