氣體發生劑及相關組合物的粘合劑填料及方法
2023-10-06 10:32:29
專利名稱:氣體發生劑及相關組合物的粘合劑填料及方法
發明背景本發明總體上涉及一種給諸如可充氣裝置充氣的氣體發生組合物的粘合劑填料，所述可充氣裝置如用來保護汽車乘坐者可充氣防護系統中的安全氣囊。具體地說，本發明涉及一種粘合劑填料，包含非能量的的粘合劑和非能量的的增塑劑，其軟化溫度至少高於約125℃。
眾所周知，可使用氣墊或氣囊，如「安全氣囊」來保護乘客，當汽車在諸如發生碰撞等情況下突然減速，安全氣囊就充氣或膨脹。這種安全氣囊約束系統一般包括一個或多個安全氣墊，在未充氣和摺疊條件下封裝，以使空間需求最小；一個或多個安裝在車架或車體上的碰撞傳感器，用來監測汽車是否突然減速；一個由碰撞傳感器電子引發的激活系統；產生或提供氣體，以使安全氣囊膨脹的充氣裝置。如果汽車突然減速，碰撞傳感器引發激活系統，激活系統又引發充氣裝置，後者在幾毫秒時間內開始使安全氣囊膨脹。
本領域中，已公開了許多類型的充氣裝置，用於給一種或多種可充氣防護系統的安全氣囊充氣。其中廣為人知的充氣裝置，可通過燃燒氣體發生物質，如「氣體發生劑」形成或產生膨脹氣體。一種通常稱為混合氣體發生器的充氣裝置，使用通過燃燒氣體發生劑產生的包括附加氣體產物在內的高溫燃燒產物，補充儲存和壓縮氣體，使一個或多個安全氣囊膨脹。通常，儲存和壓縮氣體包括氧化氣體，以幫助通過燃燒氣體發生劑產生的反應產物轉化為毒性較低的化合物，如二氧化碳、水和氫氣。
一種可用於混合氣體發生器的氣體發生劑是安全性高的彈藥推進劑，也可稱為LOVA-型氣體發生劑。LOVA-型氣體發生劑原本是作為較安全的軍用彈藥推進劑而開發的，因為其燃燒效率高和引燃反應時間短，人們發現LOVA-型氣體發生劑可用於安全氣囊的充氣裝置中。這種LOVA-型氣體發生組合物，一般是以擠出物或小丸的形式，通常包含粘合劑、增塑劑和烈性炸藥如環三亞甲基三硝基胺(RDX)。粘合劑以及增塑劑可以是活性或非能量的物質。例如，在此引為參考的美國專利6,170,868(Butt等)公開了LOVA-型氣體發生組合物，該組合物包含硝基胺炸藥如RDX，非能量的粘合劑如纖維素衍生物，和活性增塑劑或乙醯基檸檬酸三乙酯非能量的增塑劑。
遺憾的是，對於一些氣體發生組合物如某種LOVA-型氣體發生組合物，尤其是那些包含醋酸丁酸纖維素作為粘合劑的組合物，粘合劑的軟化溫度非常接近在汽車充氣裝置中使用的氣體發生劑所需的陳化溫度。此外，通過加入增塑劑可進一步降低粘合劑軟化溫度。粘合劑較低的軟化溫度能夠使氣體發生劑擠出物或小丸的表面軟化變粘，使擠出物或小丸粘在一起，由於氣體發生劑表面積改變，導致充氣裝置衝擊響應的改變，有時改變高達30-40％。在暴露於溫度周期變化、陳化和熱衝擊環境，如充氣裝置在汽車使用壽命內經常暴露的環境中時，這種粘著現象最顯而易見。因此，這種充氣裝置的性能成為每輛汽車要經歷的環境的函數，因而不可預測。在一些極端情況下，如汽車暴露於相對惡劣的環境中時，如果發生碰撞，充氣裝置將無法保護乘客。
可通過使用粉狀添加劑，如石墨、氧化矽或疏水熱解氧化矽，混合或塗敷氣體發生劑的擠出物或小丸，使得擠出物或小丸在熱刺激如溫度波動中不發生物理接觸，來緩和這種粘著現象。然而，這種類型的處理增加了製備氣體發生組合物所需的操作步驟，因而增加了製備成本。
因此需要一種具有較高軟化溫度的粘合劑填料。具體地說，需要一種小丸形式的氣體發生組合物，這些小丸發生軟化且粘結在一起的趨勢較小。還需要一種製備成本低廉的氣體發生組合物。
發明概述本發明的總體目標是提供一種用於氣體發生組合物的改進型粘合劑填料。
本發明的具體目標是提供一種具有較高軟化溫度的粘合劑填料。
本發明更具體的目標是克服上文描述的一個或多個問題。
通過提供一種軟化溫度至少高於約125℃的包含非能量的粘合劑和非能量的增塑劑的粘合劑填料，其中非能量的增塑劑是丙二酸二甲酯，可達到，至少是部分地達到本發明的總體目標。
一般而言，現有技術不能提供一種如期望中那樣能滿足上文指出的性能標準或更好的粘合劑填料。而且，在包含軟化溫度相對較低的非能量的粘合劑，尤其是醋酸丁酸纖維素，和進一步降低粘合劑軟化溫度的增塑劑的氣體發生組合物，如LOVA-型氣體發生組合物中，所發生的粘著現象，用現有技術通常不能解決。此外，現有技術通常不能識別可與非能量的粘合劑聯用的丙二酸二甲酯是否能作為具體相容的非能量的增塑劑，以緩和一種或多種上文指出的性能受到抑制的現象。
本發明還包含一種包含軟化溫度至少高於約125℃的粘合劑填料，燃料和穩定劑的氣體發生組合物。該粘合劑填料包含約8-15％組合物重量的非能量的粘合劑(如醋酸纖維素)和約5-12％組合物重量的丙二酸二甲酯增塑劑。氣體發生組合物還包含約70-85％組合物重量的燃料(如硝基胺燃料)和約0.2-0.5％組合物重量的穩定劑(如N-甲基-硝基苯胺)。
本發明還包含一種使機動車可充氣約束系統的安全氣囊充氣的方法。該方法包括點燃氣體發生組合物，產生一定量的膨脹氣體，用膨脹氣體使安全氣囊膨脹。氣體發生組合物包含燃料、穩定劑和軟化溫度至少高於約125℃的粘合劑填料。粘合劑填料包含非能量的粘合劑和丙二酸二甲酯增塑劑。
本文提及的「粘合劑」或「粘合材料」可理解為一種由單一組分，如氣體發生組合物包括的化合物形成的具有均一稠度、凝固作用或粘合力的材料或物質。
本文提及的「增塑劑」可理解為一種可加入到粘合劑中使粘合劑可變形和/或可擠出的材料或物質。
本文提及的「等當量比率」可理解為通過氣體發生組合物中氧氣的摩爾數除以完全氧化所有碳燃燒產物形成二氧化碳和所有氫燃燒產物形成水所需的摩爾數計算而得的比率。
通過下文結合所附權利要求
書所作的具體描述，其它目的和優點對於本領域一般技術人員而言是明顯的。
發明詳述本發明提供了一種用於氣體發生組合物如LOVA-型氣體發生組合物的粘合劑填料，所述組合物用於給可充氣裝置如汽車乘客防護安全氣囊充氣。典型的粘合劑填料具有至少高於約125℃的軟化溫度，包含非能量的粘合劑和丙二酸二甲酯非能量的增塑劑。
製備氣體發生組合物時，通常期望包括可擠出的粘合劑填料。典型地，該粘合劑填料包含粘合劑和使氣體發生組合物擠出形成小丸的增塑劑。然而，對於一些用於製備氣體發生組合物，尤其是LOVA-型氣體發生組合物的粘合劑填料來說，發現軟化溫度達到或非常接近用於安全氣囊充氣裝置的氣體發生組合物長期儲存(例如，107℃下400小時)的工業標準。其不利後果是，氣體發生組合物的擠出物或小丸相互粘著或粘連，使充氣裝置的衝擊響應降低。這種作用在包含非能量的粘合劑如纖維素衍生物和非能量的增塑劑的粘合劑組合物中尤其明顯。相信這種作用在這些類型的粘合劑填料中發生是因為粘合劑的軟化溫度較低且隨著增塑劑的加入進一步降低。因此，希望粘合劑填料包含與非能量的粘合劑相容的，不使粘合劑填料的軟化溫度低於約125℃的非能量的增塑劑。一種相容的非能量的增塑劑是丙二酸二甲酯。雖然普遍知道利用相容的非能量的增塑劑與非能量的粘合劑如纖維素衍生物，但迄今為止，尚未探索使用丙二酸二甲酯非能量的增塑劑作為粘合劑填料的組分以抑制氣體發生小丸的粘著或粘連。使用丙二酸二甲酯是令人滿意的，因為它有效地增塑粘合劑如纖維素衍生物，通過維持填料的軟化溫度至少高於約125℃，維持粘合劑填料的穩定性，同時使粘合劑填料可擠出。此外，在相容的非能量的增塑劑中，丙二酸二甲酯是具有足夠高的氧含量，以使LOVA-型氣體發生組合物所用典型燃料的有效燃燒的少數化合物之一。
根據本發明的某些優選實施例，粘合劑填料的軟化溫度至少高於約125℃。具體地說，粘合劑填料包含非能量的粘合劑與丙二酸二甲酯非能量的增塑劑。
非能量的粘合劑的例子包括醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、乙基纖維素以及彈性體粘合劑，如聚氨酯、聚矽酮、聚丁二烯或聚異戊二烯的純膠膠料、異丁橡膠和含羥基或羧基官能團的聚丁二烯。一種特別適用於本發明的非能量的粘合劑是醋酸纖維素，因其具有有效的氧燃燒平衡。
通常，本發明粘合劑填料可有利地包含約35-45％填料重量的非能量的粘合劑以及約55-65％填料重量的丙二酸二甲酯非能量的增塑劑。利用包含上述範圍內的丙二酸二甲酯的實踐發現通常結果是提供了軟化溫度至少高於約125℃的粘合劑填料。在一個具體實施例中，本發明粘合劑填料可有利地包含約35-45％填料重量的醋酸纖維素和約55-65％填料重量的丙二酸二甲酯。
在另一方面，氣體發生組合物可包含本發明粘合劑填料。通常，上述氣體發生組合物可包含軟化溫度至少高於約125℃，含非能量的粘合劑、丙二酸二甲酯、燃料和穩定劑的粘合劑填料。
通常，本發明氣體發生組合物可有利地包含約8-15％組合物重量的非能量的粘合劑和約5-12％組合物重量的丙二酸二甲酯。在本發明一個具體的優選實施例中，氣體發生組合物包含約8-15％組合物重量的醋酸纖維素和約5-12％組合物重量的丙二酸二甲酯。
由於本發明氣體發生組合物可使用多種燃料物質，根據某些優選實施例，有利的燃料可以是硝基胺燃料。該硝基胺燃料通常是硝化有機化合物，包括促進燃燒的固有氧化劑，因而可不添加獨立的氧化化合物而用於氣體發生組合物。合適的硝基胺燃料的例子包括環三亞甲基三硝基胺(RDX)、環四亞甲基四硝基胺(HMX)和它們的組合。
在實踐中，本發明氣體發生組合物含有相對含量約為70-85％組合物重量的燃料。
本發明的氣體發生組合物也包含防止粘合劑填料被空氣中的氧或在超過典型環境溫度時的溫度下由組合物的加熱或陳化產生或導致的降解產物發生氧化的穩定劑。可用於氣體發生組合物的有用的穩定劑包括胺如二苯胺、2-對硝基二苯胺和N-甲基-p硝基苯胺；氨基甲酸乙酯如1，3-二(N-甲基-苯基氨基甲酸乙酯)苯；酚如間苯二酚；脲如二乙苯基脲以及它們的混合物。在一個具體實施例中，氣體發生組合物可包含N-甲基-p硝基苯胺。
在實踐中，本發明的氣體發生組合物包含相對含量約為0.2-0.5％組合物重量的穩定劑。
如上所述，典型的硝基胺燃料包括促進燃燒的固有氧化劑。然而，硝基胺燃料中固有氧化劑的水平可能不足使燃料完全燃燒。因此，如果需要，本發明的氣體發生組合物可有利地包含或包括升高等當量比率以促進燃燒或增加燃燒速率的氧化劑。合適的氧化劑包括鹼金屬或鹼土金屬硝酸鹽、氯酸鹽和高氯酸鹽；硝酸銨或高氯酸銨；過渡金屬氧化物以及它們的混合物。
因為期望氣體發生組合物基本上無煙，氣體發生組合物僅包含相對少量的氧化劑以升高等當量比率或增加燃燒效率。根據本發明的某些優選實施例，可加入多達約20％組合物重量的氧化劑。氣體發生組合物宜包含有效含量的氧化劑，以使等當量比率約為0.6-1.0。
如果需要，本發明的氣體發生組合物宜包含冷卻劑。加入冷卻劑可降低氣體發生組合物的燃燒速率。在實踐中，本發明氣體發生劑中冷卻劑的含量範圍不超過約20％組合物重量。合適的冷卻劑包括但不限於草酸、草酸銨、草醯胺、碳酸銨、碳酸鈣、碳酸鎂以及它們的混合物。
本發明氣體發生組合物可通過粘合劑填料組分、燃料、穩定劑和任選組分如氧化劑或冷卻劑與溶劑混合，形成粘稠糊劑的方法來製備。擠壓切割糊劑形成圓柱形小丸、顆粒或擠出物。丙二酸二甲酯增塑劑的使用降低了擠壓和最小化溼粒乾燥中發生的尺寸變化所需溶劑的量。適用於製備氣體發生劑擠出物的溶劑包括乙醇、丙酮、乙酸乙酯、醋酸丁酯以及它們的混合物。
下面，結合實施例進一步詳細描述本發明，這些實施例展示了本發明實施過程中的各個方面。需要理解的是，本發明精神範圍內的所有變化都受到保護，因而本發明不受限於該實施例。
實施例製備含以下組合物的氣體發生劑
組合物的軟化溫度超過150℃。本組合物的熱重量分析顯示在溫度低於150℃時丙二酸二甲酯沒有從組合物中損失。107℃下400小時後該組合物的瓶內陳化顯示各擠出物沒有粘在一起。
在此處沒有具體公開的任何因素、部分、步驟、組分或成分缺損的情況下，仍可適當地實施已經通過實例說明的本發明。
在上文具體描述中，已結合某些優選實施例描述了本發明，為了說明的目的提及了許多細節。本發明還有其他實施例方式，在不背離本發明基本原則的條件下，對本文所述某些細節可作顯著變化，這一點對於本領域一般技術人員是顯而易見的。
權利要求
1.一種粘合劑填料，包含非能量的粘合劑材料；和非能量的增塑劑，其中，所述非能量的增塑劑是丙二酸二甲酯，所述粘合劑填料的軟化溫度高於至少約125℃。
2.如權利要求
1所述的粘合劑填料，其特徵在於，所述非能量的粘合劑材料包括醋酸纖維素。
3.如權利要求
2所述的粘合劑填料，其特徵在於，所述粘合劑填料包含約35-45％填料重量的醋酸纖維素。
4.如權利要求
2所述的粘合劑填料，其特徵在於，所述粘合劑填料包含約55-65％填料重量的丙二酸二甲酯。
5.一種氣體發生組合物，包含如權利要求
1所述的粘合劑填料；燃料；穩定劑。
6.如權利要求
5所述的氣體發生劑，其特徵在於，所述非能量的粘合劑材料包括醋酸纖維素。
7.如權利要求
5所述的氣體發生組合物，其特徵在於，所述燃料包括硝基胺燃料。
8.如權利要求
7所述的氣體發生組合物，其特徵在於，所述硝基胺燃料選自環三亞甲基三硝基胺、環四亞甲基四硝基胺以及它們的組合。
9.如權利要求
5所述的氣體發生組合物，其特徵在於，所述穩定劑包括N-甲基-對-硝基苯胺。
10.如權利要求
5所述的氣體發生組合物，包含約8-15％組合物重量的非能量的粘合劑材料；約5-12％組合物重量的丙二酸二甲酯；約70-85％組合物重量的燃料；約0.2-0.5％組合物重量的穩定劑。
11.一種氣體發生組合物，包含該粘合劑填料含有約8-15％組合物重量醋酸纖維素粘合劑材料和約5-12％組合物重量丙二酸二甲酯增塑劑；約70-85％組合物重量的硝基胺燃料；和約0.2-0.5％組合物重量的N-甲基-對-硝基苯胺穩定劑。其中，所述粘合劑填料的軟化溫度至少高於約125℃。
12.如權利要求
11所述的氣體發生組合物，其特徵在於，所述硝基胺燃料選自環三亞甲基三硝基胺、環四亞甲基四硝基胺以及它們的組合。
13.如權利要求
11所述的氣體發生組合物，其特徵在於，還包含含量至多約為20％組合物重量的氧化劑。
14.如權利要求
13所述的氣體發生組合物，其特徵在於，所述氧化劑的含量是有效形式當量比約0.6-1.0。
15.如權利要求
11所述的氣體發生組合物，其特徵在於，還包含含量至多約為20％組合物重量的冷卻劑。
16.一種給機動車可充氣防護系統的安全氣囊充氣的方法，包括以下步驟以引燃方式引燃氣體發生組合物，產生一定量的膨脹氣體；用膨脹氣體使安全氣囊膨脹，其中，所述氣體發生組合物包含燃料、穩定劑和軟化溫度至少高於約125(的粘合劑填料，所述粘合劑填料包含非能量的粘合劑材料和丙二酸二甲酯增塑劑。
17.如權利要求
16所述的方法，還包括以下步驟提供含氧氣體；和在含氧氣體存在下引燃氣體發生組合物，產生附加量的膨脹氣體。
18.如權利要求
17所述的方法，其特徵在於，所述含氧氣體包括一氧化氮。
19.如權利要求
17所述的方法，其特徵在於，所述含氧氣體包括氧氣。
20.如權利要求
17所述的方法，其特徵在於，所述含氧氣體包括選自氬氣、氦氣以及它們的組合的惰性氣體。
21.如權利要求
16所述的方法，其特徵在於，所述氣體發生組合物包含約8-15％組合物重量醋酸纖維素粘合劑材料；約5-12％組合物結合混合料混合料硝銨氣體發生劑及相關組合物的粘合劑填料及方法填料至少含略微水溶性抗癌劑和新型嵌段共聚物的膠束製劑重量丙二酸二甲酯增塑劑；約70-85％組合物重量的燃料，其選自環三亞甲基三硝基胺、環四亞甲基四硝基胺以及它們的組合；和約0.2-0.5％組合物重量的N-甲基-對-硝基苯胺穩定劑。
專利摘要
適用於氣體發生組合物的粘合劑填料，含粘合劑填料的氣體發生組合物，和引燃所提供的氣體發生組合物的相關方法。粘合劑填料包含非能量的粘合劑和丙二酸二甲基增塑劑，軟化溫度至少高於約125℃。含粘合劑填料的氣體發生組合物包含非能量的粘合劑如醋酸纖維素，丙二酸二甲酯非能量的增塑劑，燃料如RDX、HMX或它們的組合，和穩定劑如N－甲基－對－硝基苯胺。
文檔編號C06D5/00GKCN1761636SQ200480007273
公開日2006年4月19日 申請日期2004年1月28日
發明者R·D·泰勒, G·B·黑斯, G·L·史密斯 申請人:奧託裡夫Asp股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan