产气组合物

技术领域

本发明涉及一种产气组合物，这种产气组合物可以作为安装在汽车、飞 机或者诸如此类的气囊系统的工作气体来保护人体。

现有技术

叠氮化钠是公众已知的作为气体发生剂用在汽车、飞机等的气囊系统 中。进一步讲，含有叠氮化钠的产气组合物在燃烧性能方面并没有特别的问 题，因此在实际中广泛应用。然而，叠氮化钠具有本质上不受欢迎的缺点。 例如，这个领域中的许多专利已经指出的各种问题，如分解爆炸的危险性， 与重金属反应形成爆炸物和因废弃物成批处理而产生的环境污染等。

同时，为了解决这些问题，正在进行各种研究寻找叠氮化物的替代物。 例如，JP-B 6-57629公开了含有过渡金属的四唑或三唑配位化合物的产气组 合物；JP-A 5-254977公开了含有硝酸三氨基胍的组合物；JP-A 6-239683公 开了含有碳酰肼的组合物；JP-A 7-61885公开了含有乙酸纤维素和含氮非金 属化合物如硝基胍的组合物。

此外，美国专利5125684公开了使用硝基胍作为高能组分与15％～30 ％的纤维素基的粘合剂共存；WO-A 96/25375(1996年8月22日公开)还公开 了硝基胍与氧化硅或氧化铝的组合。

当使用化学计量的氧化剂使含氮的有机物燃烧时(即该化学计量能产生 足够的氧气来完成碳、氢、和构成该化合物的其它元素的燃烧)，燃烧热和 燃烧温度通常高于叠氮化合物燃烧时的值。除了产气剂的性能外，对气囊膨 胀系统重要的是该系统本身体积不妨碍汽车的正常驾驶。然而，当使用高燃 烧温度和高燃烧热的产气剂时，在设计产气装置时不可避免要使用附加的部 件以除去热量，这样不可能降低产气器的体积。简而言之，最好是在燃烧时 产气剂具有低的燃烧温度和低的燃烧热。因此，可以说上述已知的产气组合 物在用于气囊系统中时并不令人满意。

发明的公开

本发明的发明者进行了广泛的研究以解决这个问题，本发明即是这种研 究的结果。

本发明涉及一种产气组合物，其含有作为基本组分的硝基胍和氧化剂， 该氧化剂包含下述组分(a)或(b)或者组分(a)和(b)的混合物：

(a)碱金属或碱土金属的硝酸盐或亚硝酸盐；和

(b)选自铜、钴、铁、锰、镍、锌、钼和铋的一种或多种金属的氧化物或 复氧化物。

该组合物优选地是硝基胍与组分(b)的组合或者是与组分(a)和(b)的组 合。

该组合物优选地含有20％到80％重量的硝基胍，和80％到20％重量的 氧化剂，进一步优选地含有25％到40％重量的硝基胍和75％到60％重量的 氧化剂。

该组合物还可以包含以组合物总重量计至多5％的一种或多种粘结剂。

优选的氧化剂是其中的组分(a)为碱土金属硝酸盐，更优选为硝酸锶的氧 化剂；其中组分(a)为碱金属硝酸盐，进一步优选为硝酸钾的氧化剂；其中组 分(b)是金属氧化物，进一步优选为氧化铜的氧化剂：和含有硝酸锶和氧化铜 的氧化剂。

实施本发明的方式将在下文中进行详细的描述。

尽管本发明产气组合物中硝基胍的含量依赖于氧化剂种类和氧平衡，但 其优选为20％到80％的重量，更优选是20％到60％的重量。最理想的含量 是25％到40％的重量，因为在这种情况下含有氧化铜作为氧化剂的产气组 合物显示的燃烧温度为2200K或更低，气体得率为1.2mol/100g或更高。

本发明中，使用上述的组分(a)或(b)或者两者的混合物作为氧化剂。碱金 属或碱土金属硝酸盐或亚硝酸盐组分(a)的特定实例包括碱金属或碱土金属 的硝酸盐，如：硝酸钠，硝酸钾、硝酸镁，硝酸锶；碱金属或碱土金属的亚 硝酸盐如亚硝酸钠，亚硝酸钾，亚硝酸镁和亚硝酸锶。另一方面，选自铜、 钴、铁、锰、镍、锌、钼和铋的金属的氧化物或多氧化物组分(b)的特定的实 例包括CuO、Cu2O、Co2O3、CoO、Co3O4、Fe2O3、FeO、Fe3O4、MnO2、 Mn2O3、Mn3O4、NiO、ZnO、MoO3、CoMoO4、BiMoO6和Bi2O3。在这些氧 化剂中，铜氧化物是最好的。

用在本发明中的氧化剂可从上述的化合物中选出，也可以是其中二种或 多种物质的混合物。产气组合物中氧化剂组分的含量优选为80％到20％的 重量，更优选80％到40％的重量。最好这种组分的含量是75％到60％的重 量，因为在这种情况下，含有一氧化铜作为氧化剂的产气组合物，其燃烧温 度在2200K或以下，气体得率在1.2mol/100g或以上。

本发明的产气组合物还可以包含一种或多种粘合剂。用于本发明的粘合 剂包括无机类如二氧化硅，氧化铝，二硫化钼；和有机类如微晶纤维素，聚 乙烯醇(POVAL)和高分子量的低聚物。优选的组合物中粘合剂含量为5％重 量或更少。

相比于现有技术的产气组合物，本发明含有硝基胍和上述的氧化剂的产 气组合物通常显示降低的燃烧温度和降低的总燃烧热。特别地，含有硝基胍 和CuO的组合物在这些方面的性能极为优异，因此，它是最重要的组合。此 外，通过控制氧平衡，这种组合物在燃速和压力指数方面可以发生变化。本 说明书中，术语“压力指数”是指下式中的指数“n”：燃速r(mm/sec)＝a ×pn，(其中a是依据产气组合物的构成和起始温度的常数，p是测量的压力 (kgf/cm2))。上述的组合物具有这种特性：当氧平衡向正方向移动时，n接近 于0，从燃烧稳定性角度来看，这是特别优选的。

本发明的产气组合物优选地通过在粉末态混合这些成分制备，并且必要 时，这个混合过程也可以在水或类似溶剂存在下根据湿法进行。在使用前， 如果有必要，本组合物可以被压模成合适的形状如颗粒状，片状，圆盘状。 此外，低燃速的产气组合物可以在使用前通过挤压而成型。

本发明的产气组合物特别适用于安装在汽车、飞机等的气囊中，用于保 护人体。

本发明的产气组合物中的硝基胍显示了气囊系统需要的较高的长期稳 定性并且具有优异的燃烧性能。

实施例：

现在参照下述实施例和对比例对本发明进行具体的说明，但本发明并不 仅限于这些。在下列实施例和对比例中，在试验前用一般的方式对这些组合 物进行造粒。

实施例1-5和对比例1-7。

表1显示的是根据本发明得到的含硝基胍的产气组合物的理论燃烧温 度。含有过渡金属5-氨基四唑(5-AT)配位化合物的产气组合物(公开在JP-B 6-57629中)(对比例1、2)，含有硝酸三氨基胍的产气组合物(公开在JP-A 5- 254977中)(对比例3)，含有碳酰肼的产气组合物(公开在JP-A 6-239683中) (对比例4)以及含有乙酸纤维素和含氮非金属化合物的产气组合物(公开在 JP-A 7-61885中)(对比例5，6，7)的理论燃烧温度都作为对比例示出。

实施例6到14

含有硝基胍和CuO的产气组合物可以通过改变各种组分的混合比而改 变燃烧温度、燃速、粒状产气组合物的密度以及气体得率。表2给出了对应 的数据。每一个燃速都是在70kgf/cm2的压力下测定的。

从这些结果可以看到，本发明的产气组合物特别在燃烧温度方面优于以 前的产品，这为减小气体发生器的尺寸和应用于气囊系统作好了准备。

                                              表1     组分                                        重量％(wt％) 燃烧温度(K)     实施例     1 硝基胍/KNO3                                    (56.3/43.7)     2200     2 硝基胍/Sr(NO3)2/CuO                           (40.3/19.2/40.5)     2091     3 硝基胍/CuO                                       (39.5/60.5)     2043     4 硝基胍/KNO3/Al2O3                            (55.2/42.8/2.0)     2172     5 硝基胍/CuO/纤维素                                (32.8/64.7/2.5)     1928     对比例     1 Zn(5-AT)2/Sr(NO3)2                           (44.0/56.0)     2411     2 [Cu(5-AT)2·1/2A2O]/Sr(NO3)2                (42/58)     2390     3 三氨基胍硝酸盐/KClO4                            (57.9/42.1)     2911     4 碳酰肼/KClO4/CaO                                (39/61/10)     2825     5 乙酸纤维素/甘油三乙酸酯/KClO4/硝基胍            (8/2/55/35)     2834     6 乙酸纤维素/甘油三乙酸酯/KClO4/三氨基胍硝酸盐    (8/4/57/31)     2893     7 乙酸纤维素/甘油三乙酸酯/KClO4/5-氨基四唑        (10/5/65/20)     2928

                                                            表2   组分         (重量％)  燃烧温度(K)   燃速(mm/s)  密度(g/cm3)  气体得率(mol/100g产气组合             物)     实     施     例   6 硝基胍/CuO    (39.5/60.5)     2043     4.3     2.54         1.90   7 硝基胍/CuO    (38/62)     1992     4.9     2.56         1.83   8 硝基胍/CuO    (36/64)     1922     5.8     2.58         1.73   9 硝基胍/CuO    (34/66)     1850     6.9     2.63         1.63   10 硝基胍/CuO    (32/68)     1774     8.8     2.71         1.54   11 硝基胍/CuO    (30/70)     1695     9.1     2.76         1.44   12 硝基胍/CuO    (28/72)     1604     10.6     2.83         1.35   13 硝基胍/CuO    (26/74)     1526     11.0     2.94         1.25   14 硝基胍/CuO    (24.6/75.4)     1517     9.5     2.94         1.18