ПОРОХ ДЛЯ ГЕНЕРАТОРА ГАЗА Российский патент 1998 года по МПК C06D5/06 

Описание патента на изобретение RU2117649C1

Изобретение имеет отношение к созданию твердых порохов для генератора газа, которые базируются на соединениях гуанидина при использовании соответствующих носителей.

В [1] раскрыты пороха для генератора газа, которые используются в аварийных предохранительных подушках, базирующиеся на триаминогуанидин нитрате (TAGN), который дополнительно может содержать окислители, такие как нитраты щелочных металлов и щелочноземельных металлов, нитриты, хлораты или перхлораты. В качестве дополнительного компонента может присутствовать сульфид молибдена. Преимущества использования TAGN вместо известных азидов натрия связаны с его нетоксичной природой, а также с хорошей стабильностью; кроме того, TAGN совершенно не образует солей, которые являются чувствительными к трению и удару в сочетании с тяжелыми металлами. Скорость выгорания порохов генератора газа может быть выбрана подходящей путем вариации давления сжатия при производстве гранул или таблеток из смеси компонентов.

Недостатки таких порохов генератора газа заключаются в недостаточной степени контроля выгорания, а также в выделении токсичных газов, таких как CO, и в неидеальном образовании шлака в процессе выгорания, что приводит к значительному образованию пыли, некоторая часть которой может проникать в легкие человека.

В сравнении с [1] основной задачей изобретения является создание усовершенствованных порохов генератора газа, характер выгорания которых может систематически регулироваться и которые образуют при выгорании легкоудерживаемые шлаки и минимизируют образование токсичных газов. Пороха генератора газа должны быть термостабильными, легковоспламеняемыми, быстрогорящими, даже при пониженных температурах окружающей среды, обеспечивающими удовлетворительные условия их хранения и обладающими высоким выходом газа. Кроме того, указанные пороха генератора газа должны позволить уменьшить размеры корпуса генератора и соответственно уменьшить его вес в сравнении с известными генераторами, которые работают на азиде натрия.

В соответствии с изобретением эти задачи обеспечиваются порохом генератора газа, который содержит:
(A) по меньшей мере один карбонат, карбонат водорода или нитрат гуанидина, аминогуанидина, диаминогуанидина или триаминогуанидина,
(B) по меньшей мере один нитрат щелочного металла или щелочноземельного металла, или нитрат аммония, в качестве окислителя;
(C) по меньшей мере один носитель, выбранный из диоксида кремния, силикатов щелочных металлов, силикатов щелочноземельных металлов или алюминосиликатов и/или по меньшей мере один носитель, поставляющий кислород, выбранный из оксида железа (III), оксидов кобальта, диоксида марганца и оксида меди (II), для замедления выгорания и улучшения образования шлака.

Карбонаты, карбонаты водорода или нитраты гуанидина, аминогуанидина, диаминогуанидина или триаминогуанидина (TAGN) или их смесь могут быть использованы в качестве компонента A. Предпочтительно используется TAGN, TAGN фактически является нетоксичным (LD50 > 3500 мг/кг rat), негигроскопичным, умеренно растворимым в воде, термостабильным, горючим при пониженных температурах окружающей среды и обладающим низкой чувствительностью к удару или трению. Выход газа при выгорании TAGN является очень высоким, причем в этом процессе образуется большая пропорция газообразного азота. Имеется возможность замены части TAGN нитрогуанидином от 1 до 50% по весу. При этом стоимость компонента A может быть снижена и достигнут благоприятный характер протекания выгорания, так как нитрогуанидин имеет более низкую скорость выгорания в сравнении с TAGN.

Нитраты щелочного металла или щелочноземельного металла и их смеси могут быть использованы как окислители в качестве компонента B. Предпочтительно используется нитрат калия. Нитрат калия является негигроскопичным, нетоксичным и позволяет обеспечить высокий выход газа в процессе выгорания и при низких температурах окружающей среды.

В смеси компонентов A и B компонент A присутствует в количествах ориентировочно от 20 до 55, а преимущественно ориентировочно от 50 до 55% по весу, а компонент B присутствует в количествах ориентировочно от 80 до 45, а преимущественно ориентировочно от 50 до 45% по весу. Преимущественно компонент A присутствует в количествах ориентировочно от 50 до 55% по весу, а компонент B присутствует в количествах ориентировочно от 50 до 45% по весу.

Диоксид кремния, силикаты щелочных металлов, силикаты щелочноземельных металлов или алюминосиликаты или же их смеси могут быть использованы как носитель в качестве компонента C. Примерами таких носителей являются Aerosil 200 и Aerosil 300, высокодисперсная кремниевая кислота и кизельгур (диатомовая земля). Предпочтительным носителем является кремниевая кислота, имеющая pH около 7.

Оксид железа (III), оксиды кобальта, диоксид марганца и оксид меди (II) также могут быть использованы как носитель в качестве компонента C. Предпочтительным кислородообразующим носителем является оксид железа (III).

Относительно общего количества компонентов A и B компонент C присутствует в количестве ориентировочно от 5 до 45, а преимущественно ориентировочно от 8 до 20% по весу. Если в качестве кислородообразующего носителя использован оксид железа (III), то он присутствует в количестве ориентировочно от 20 до 40, а преимущественно ориентировочно от 25 до 35% по весу относительно общего количества компонентов A и B.

Компонент C служит замедлителем выгорания, т.е. регулятором скорости выгорания. Одновременно при этом улучшается образование шлака или расплава. Образование шлака является совершенно необходимым, например, в случае аварийной предохранительной подушки.

Аварийная предохранительная подушка главным образом содержит кожух генератора газа, наполненный порохом генератора газа, главным образом в форме таблеток, и начальным детонатором (электровоспламенителем) для детонации пороха генератора газа, а также содержит газовую подушку. Подходящие детонаторы раскрыты, например, в патенте США US-PS 4931111. Газовая подушка, которая первоначально сложена в небольшую упаковку, после первоначальной детонации наполняется газом, производимым при выгорании пороха генератора газа, и достигает своего полного объема в течение промежутка времени ориентировочно 10-50 мс. Выход в газовую подушку из генератора газа горячих искр, расплавленного материала или твердых частиц должен быть в значительной степени устранен, так как он может привести к разрушению газовой подушки или телесному повреждению пассажиров автомобиля. Это обеспечивается за счет образования шлака.

Образование шлаков одновременно снижает производство пылевидных компонентов, которые могут выходить из генератора газа в аварийную предохранительную подушку и которые могут проникать в легкие человека. Пылевидные частицы, которые могут проникать в легкие человека, имеют диаметр около 6 мкм или меньше. Поставляющие кислород носители дополнительно снижают образование при выгорании токсичных газов, таких как моноксид углерода.

Факультативно порох генератора газа может дополнительно содержать в качестве компонента D связующее вещество, которое растворимо в воде при комнатной температуре. Предпочтительными связующими являются соединения целлюлозы или полимеры одного или нескольких полимеризуемых олефиновых ненасыщенных мономеров. Примерами соединений целлюлозы являются эфиры целлюлозы, такие как карбоксиметилцеллюлоза, эфир метилцеллюлозы, в частности метилгидроксиэтилцеллюлоза. Разновидностью успешно используемой метилгидроксиэтилцеллюлозы является CULMINAL® MNEC 30000 PR, который поставляется фирмой Aqualon. Подходящими полимерами, которые обладают связывающим действием, являются поливинилпирроллидон, поливинил ацетат, поливиниловый спирт и поликарбонаты.

Относительно общего количества компонентов A и B компонент D присутствует в количестве ориентировочно от 0,1 до 5%, а преимущественно в количестве ориентировочно от 1,5 до 2,5% по весу.

Связующее вещество D служит в качестве агента снижения чувствительности и как средство, способствующее процессу обработки при производстве гранулированного материала или таблеток из пороха генератора газа. Оно дополнительно снижает гидрофильные свойства пороха генератора газа и стабилизует его.

Таблетки или гранулы пороха генератора газа, используемые в генераторе газа, могут быть изготовлены известными способами, например, при помощи горячего прессования, экструзии, при использовании роторных прессов сжатия или таблетировочных машин. Размер гранул или таблеток зависит от желательного времени горения в каждом конкретном случае применения.

Рабочие примеры.

Вычисленные количества триаминогуанидин нитрата (TAGN), а факультативно также нитрогуанидина, а также нитрита калия или опционно эфира целлюлозы растворяют в возможно меньшем количестве воды при 90oC, а затем в раствор при перемешивании вводят оксид железа и/или диоксид кремния, имеющие средний размер частиц ориентировочно 1 мкм. После предварительной сушки при 60oC при давлении 16 гПа при механическом перемешивании смесь измельчают до еще меньшего размера, а затем после сушки при 60oC формируют таблетки, имеющие диаметр 6 мм и высоту 2 мм с использованием таблетировочной машины.

Испытанные смеси приведены в табл. 1. Смесь 1 совсем не содержит диоксида кремния, а смесь 5 совсем не сдержит оксида железа (III). Используемая в качестве смеси сравнения смесь 6 не содержит как диоксида кремния, так и оксида железа (III).

В табл. 2 сведены определенные расчетом параметры реакции. Наиболее высокая температура достигается в смеси 5, а в особенности в смеси 6.

В табл. 3 сведены продукты реакции, полученные при выгорании, и их количества.

В табл. 4 приведены результаты испытаний, касающиеся успешности разложения, стабильности, образования шлака и характера выгорания различных смесей. Смеси 1-5 обладают характером выгорания, который может быть охарактеризован как идущий от хорошего до очень хорошего, в особенности в сочетании с постоянной высокой скоростью выгорания. Неадекватное образование шлака и неадекватный характер горения был обнаружен только в смеси сравнения 6, которая в качестве компонента C не содержала как диоксид кремния, так и оксид железа (III).

Испытания стабильности для смеси 1.

1. Дифференциальный термический анализ.

Аппарат: HERAEUS-FUS-O-MAT.

Скорость нагревания 10oC/мин, начальная масса образца 10 мг.

Результат: конверсия KNO3: 129/130oC, начало экзотермической реакции: 168oC.

2. Дифференциальная термогравитометрия.

Аппарат: LINSEIS-Simultan DTA/TG.

Скорость нагревания 5oC/мин, начальная масса образца 20 мг.

Результат: конверсия KNO3:127oC, начало экзотермической реакции: 135oC, дефлаграция: 158oC.

Испытание на выгорание смеси 1.

Испытание на выгорание смеси 1 было проведено в нормальном алюминиевом кожухе генератора газа для аварийной предохранительной подушки на 60 л, который имел канал для измерения давления в оболочке емкостью 60 л. Испытательная температура для проведения теста 1 составляла - 35oC, а вес порохового заряда был 51,0 г. Пороховой заряд был образован таблетками диаметром 6 мм и высотой 2 мм.

На фиг. 1 показано давление в камере горения в единицах измерения 105 Па в функции времени после детонации (в миллисекундах) для теста 1.

Возрастание давления происходит ориентировочно в пределах 1,5 мс, а падение давления на половину от максимального происходит ориентировочно через 27 мс. Максимальное давление составляло 1,88•107 и достигалось через 12,3 мс.

Анализ образовавшихся токсичных газовых компонентов, млн-1
CO 300, NH3 > 70, NOx 60
Испытание на выгорание смеси 2.

Испытание на выгорание смеси 2 было проведено в алюминиевом кожухе Euro генератора газа для аварийной предохранительной подушки на 35 л, который имел канал для измерения давления в оболочке емкостью 60 л. Испытательная температура для проведения теста 2 составляла - 35oC, а для теста 3 составляла +20oC. Вес порохового заряда для проведения теста 2 был 41,0 г, а для теста 3 - 30,0 г. Пороховой заряд был образован таблетками диаметром 6 мм и высотой 2 мм.

На фиг. 2 показано давление в камере горения в единицах измерения 105 Па в функции времени после детонации (в миллисекундах) для теста 2.

Возрастание давления происходит ориентировочно в пределах 1,5 мс, а падение давления на половину от максимального происходит ориентировочно через 27 мс. Максимальное давление составляло 1,45•107 и достигалось через 15,7 мс.

На фиг. 3 показано давление в камере горения в единицах измерения 105 Па в функции времени после детонации (в миллисекундах) для теста 3.

Возрастание давления происходит ориентировочно в пределах 1,5 мс, а падение давления наполовину от максимального происходит ориентировочно через 27 мс. Максимальное давление составляло 1,33•107 и достигалось через 7,5 мс.

Соответствующий изобретению порох генератора газа образован при помощи нетоксичных, легко производимых и недорогих компонентов, обработка которых не представляет проблем. Их высокая термостабильность приводит к хорошей сохраняемости. Несмотря на низкую температуру выгорания, возгораемость смесей является хорошей. Они горят быстро и обеспечивают высокий выход газа с низким содержанием компонентов CO и NO. В результате соответствующие изобретению смеси особенно хорошо подходят для использования в качестве агентов генерации газа в различных системах с аварийными предохранительными подушками в качестве метательных веществ (порохов) или огнегасящих составов. Кроме того, пороха генератора газа легко могут быть рециркулированы.

Похожие патенты RU2117649C1

название год авторы номер документа
ГАЗОГЕНЕРИРУЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРИГОДНОГО ДЛЯ ДЫХАНИЯ ГАЗА 2009
  • Панов Иван Васильевич
  • Заменская Любовь Борисовна
  • Денисова Ольга Валерьевна
RU2394801C1
СОДЕРЖАЩИЙ ТИТАН ЗАПОЛНИТЕЛЬ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ, И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ 2013
  • Амирзаде-Асль Джамшид
RU2634831C2
СПОСОБ СИЛИЛИРОВАНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ОКСИДОВ И ВЫСОКОНЕПОЛЯРНАЯ ПИРОГЕННАЯ КРЕМНИЕВАЯ КИСЛОТА, ПОЛУЧЕННАЯ ЭТИМ СПОСОБОМ 1995
  • Херберт Бартель
  • Марио Хайнеманн
  • Франц Херрманн
  • Аугуст Альтенбухнер
RU2137712C1
КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ГУАНИДИНА И СИСТЕМА ДЛЯ УКАЗАННОЙ КОМПОЗИЦИИ 2005
  • Граупнер Роберт К.
  • Халтин Дж. Дастин
  • Ван Вехтен Джеймс Олден
RU2393116C2
ДИЗЕЛЬНЫЙ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ КАТАЛИЗАТОР С ВЫСОКОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ АКТИВНОСТЬЮ 2010
  • Бентеле Андреас
  • Ваннингер Клаус
  • Малетц Герд
  • Шнейдер Мартин
RU2516465C2
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ФОРМОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ХОЛОДНОГО ФОРМОВАНИЯ 2014
  • Гюттлер, Бенджамин
  • Шнайдер, Ральф
  • Холльманн, Франк
  • Де Луи Гарсиа
  • Нивес Кинтана, Иньяки
  • Орбен, Мартин
  • Швинке-Крузе, Норберт
RU2696628C2
Катализаторы для получения литьевого полиамида, способ их получения и их применение 2013
  • Лауфер Вильхельм
  • Юстюнбас Сердар
RU2640589C2
Аэрозолеобразующий огнетушащий состав 2023
  • Каплун Евгений Сергеевич
  • Приходько Алексей Владимирович
RU2812443C1
КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, ОБРАЗУЮЩИЕ КЛЕТКОПОДОБНУЮ СТРУКТУРУ, И СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ 1994
  • Кристиан Фрейер[De]
  • Йозеф Вольферзедер[De]
  • Удо Пеетц[De]
RU2111221C1
Способ получения алюмосиликатного носителя 1989
  • Арнольд Майер
  • Клаус Новек
  • Ансгар Рейхенауер
  • Юрген Шимански
SU1771427A3

Иллюстрации к изобретению RU 2 117 649 C1

Реферат патента 1998 года ПОРОХ ДЛЯ ГЕНЕРАТОРА ГАЗА

Изобретение относится к твердым порохам для генератора газа, которые используются в аварийных предохранительных подушках для защиты пассажиров в транспортных средствах. Техническим результатом изобретения является получение пороха термостабильного, легковоспламеняющегося, быстрогорящего даже при пониженных температурах окружающей среды, обеспечивающего удовлетворительные условия хранения и обладающего улучшенными характеристиками выгорания, образования шлака и высоким выходом малотоксичного газа. Порох согласно изобретению содержит горючее A - по меньшей мере один карбонат, карбонат водорода или нитрат гуанидина, аминогуанидина, диаминогуанидина или триаминогуанидина, окислитель B - по меньшей мере один нитрат щелочного или щелочноземельного металла, или нитрат аммония, носитель C1, выбранный из диоксида кремния, силикатов щелочных или щелочноземельных металлов, или алюмосиликатов и/или носитель C2, поставляющий кислород, выбранный из диоксида железа (III), оксидов кобальта, диоксида марганца и оксида меди (II). 10 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 ил.

Формула изобретения RU 2 117 649 C1

1. Порох генератора газа, включающий горючее A и окислитель B, отличающийся тем, что дополнительно содержит носитель C для замедления выгорания и улучшения образования шлака в количествах 5 - 45% по весу относительно суммарного количества компонентов A и B, который представляет собой по меньшей мере один компонент C1, выбранный из диоксида кремния, силикатов щелочных или щелочноземельных металлов, или алюмосиликатов и/или по меньшей мере один компонент C2, поставляющий кислород, выбранный из оксида железа (III), оксидов кобальта, диоксида марганца и оксида меди (II), причем компонентом A является по меньшей мере один карбонат, карбонат водорода или нитрат гуанидина, аминогуанидина, диаминогуанидина или триаминогуанидина в количестве около 20 - 55% по весу от общего содержания компонентов A и B, а компонентом B является по меньшей мере один нитрат щелочного или щелочноземельного металла, или нитрат аммония в количестве около 80 - 45% по весу от общего содержания компонентов A и B. 2. Порох по п.1, отличающийся тем, что компонент A присутствует в количестве 50 - 55% по весу компонент B присутствует в количестве 50 - 45% по весу, а компоненты C1 и C2 присутствуют относительно общего количества компонентов A и B в количествах 8 - 20% по весу. 3. Порох по п.1 или 2, отличающийся тем, что компонентом A является нитрат триаминогуанидина. 4. Порох по пп.1 - 3, отличающийся тем, что компонентом B является нитрат калия. 5. Порох по пп.1 - 4, отличающийся тем, что компонентом C1 является диоксид кремния с рН около 7. 6. Порох по пп.1 - 5, отличающийся тем, что компонент A образован на 99 - 50% по весу нитратом триаминогуанидина и на 1 - 50% по весу нитрогуанидином относительно общего количества компонента A. 7. Порох по пп.1 - 6, отличающийся тем, что компонентом C2 является оксид железа (III). 8. Порох по п.7, отличающийся тем, что оксид железа (III) присутствует в количестве 20 - 40%, преимущественно в количестве 25 - 35% по весу относительно общего количества компонентов A и B. 9. Порох по пп.1 - 8, отличающийся тем, что он дополнительно содержит связующее вещество D, которое растворимо в воде при комнатной температуре. 10. Порох по п.9, отличающийся тем, что связующим веществом является эфир целлюлозы, такой, как карбоксиметилцеллюлоза, эфир метилцеллюлозы, в особенности метилгидроксиэтилцеллюлоза, или полимер одного или нескольких полимеризуемых олефиновых ненасыщенных мономеров. 11. Порох по п.9 или 10, отличающийся тем, что связующее вещество присутствует в количестве 0,1 - 5%, преимущественно в количестве 1,5 - 2,5% по весу относительно общего количества компонентов A и B.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2117649C1

JP, Н5 - 254977 А, 05.10.93
US, 2904420 А, 15.09.59
US, 2923612 А, 02.02.60.

RU 2 117 649 C1

Авторы

Гаст Эдуард

Земмлер Питер

Шмид Бернхард

Даты

1998-08-20Публикация

1994-10-06Подача