DE4442169C1 - Gaserzeugende Mischung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaserzeugende Mischung, bestehend aus einem stickstoffreichen und kohlenstoffar­ men Brennstoff aus der Gruppe Nitroguanidin (NIGU) Triaminoguanidinnitrat (TAGN) Diguanidinium-5,5′-azote­ trazolat (GZT) und 3-Nitro-1,2,3-triazol-5-on (NTO), Katalysatoren, Oxidatoren und gegebenenfalls Kühlmitteln.

Gaserzeugende Mischungen der vorgenannten Art - auch Gas­ generatorsätze genannt - zeichnen sich dadurch aus, daß sie bei Verbrennung eine hohe Gasausbeute (< 14 mol/kg) ermöglichen. Sie werden für aufblasbare Rückhalte- (Air­ bag) und Rettungssysteme, Feuerlöscheinrichtungen sowie für unempfindliche Festtreibstoffe für Raketen- und Rohrwaffenantriebe eingesetzt. Besonders im zivilen Bereich werden thermisch-mechanische Unempfindlichkeit und Ungiftigkeit der Ausgangsmischungen, aber auch feh­ lende Toxizität bei den entstehenden Gasen gefordert.

Viele im Einsatz befindliche Systeme erfüllen diese Forderungen nicht oder nur sehr unzulänglich.

Bei Airbag-Systemen wurden zunächst gaserzeugende Mi­ schungen auf der Basis von Natriumazid eingesetzt und erprobt, das jedoch wegen seiner Toxizität und der ent­ stehenden Feststoffpartikel problematisch ist. Ähnliche Probleme ergeben sich auch bei den sogenannten Hybrid- Gasgeneratoren, bei denen Nitramine oder Perchlorate eingesetzt werden.

Es hat deshalb nicht an Anstrengungen gefehlt, insbeson­ dere ungiftige Ausgangsverbindungen bereitzustellen. Hierzu zählen vor allem stickstoffreiche und kohlenstoff­ arme Brennstoffe, wie TAGN, NIGU und NTO. Besonders gute Ergebnisse konnten mit Diguanidinium 5,5′-azotetrazolat (GZT) erzielt werden (DE 41 08 225 C1). Sowohl die Ausgangs­ mischung, als auch die entstehenden Gase sind weitgehend ungiftig und bestehen zum überwiegenden Teil aus Stick­ stoff. Nachteilig ist allerdings auch hierbei die nicht vermeidbare Entstehung von NO_x und ein nicht immer be­ friedigendes Abbrandverhalten. Viele Reaktionsmischungen besitzen eine so hohe Verbrennungstemperatur, daß bei Verwendung in Airbag-Systemen die thermisch empfind­ lichen Sackmaterialien geschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gaserzeu­ gende Mischung vorzuschlagen, die selbst und deren Ver­ brennungsprodukte ungiftig sind, insbesondere einen geringen CO- und NO-Schadgasgehalt besitzen und die bei niedriger Verbrennungstemperatur eine gleichwohl hohe Abbrandgeschwindigkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Katalysator aus V₂O₅/MoO₃ Mischoxiden und/oder Oxidmischungen besteht.

Durch die Verwendung von Kupferdiammindinitrat als Oxida­ tor läßt sich das Abbrandverhalten der Reaktionsmischung in weiten Bereichen einstellen. Es wird eine hohe Ab­ brandgeschwindigkeit erreicht, so daß sich der Maximal­ druck innerhalb weniger Millisekunden aufbaut, gleichwohl ist die Verbrennungstemperatur relativ niedrig, so daß insbesondere bei Airbag-Systemen auch thermisch empfind­ liche Sackmaterialien nicht gefährdet werden.

Das Katalysator-System besteht aus V₂O₅/MoO₃-Mischoxiden und/oder Oxidmischungen, die Anteile der thermodynamisch instabilen V₂O₄-Phase enthalten können, die durch Teil­ reduktion von V₂O₅ darstellbar ist. Zusätzliche Oxide wie TiO₂ können als Promotoren eingearbeitet sein. Die kom­ plexe Wirkungsbeziehung dieses Systems macht es erforder­ lich, den Begriff "Katalysator", der in einer weiteren Bedeutung benutzt wird, genauer zu beschreiben. Als "Katalysator" wird in diesem Zusammenhang ein aktiver Reaktionsbestandteil bezeichnet, der selbst umgesetzt werden kann und reaktionslenkend und/oder reaktionsbe­ schleunigend wirkt. In einer durch die thermische Stabi­ lität der Oxide bestimmten Phase der Reaktion wirken diese Oxide als Sauerstoff-Donatoren. Die katalytische Wirkung bezüglich der Schadgas-Konvertierung CO + 1/2 O₂-CO₂ hängt ferner von der Partikelgrößenverteilung der Oxide ab. Sie liegt vorzugsweise unter 25 µm.

Das Katalysator-System und der Oxidator erfüllen die thermo-mechanischen Stabilitätsanforderungen und sind insbesondere auch nicht hygroskopisch, was eine dauer­ hafte Funktionstüchtigkeit und hohe Lebensdauer garan­ tiert.

Ein bevorzugter Mischungs-Typ besteht aus GZT und dem Oxidator Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ im Masseverhältnis 0,216 : 0,784. Zusätzlich enthält diese Grundmischung - in Abhängigkeit von den Anforderungen hinsichtlich Abbrandverhalten und Gaszusammensetzung - bis zu 30 Massen-% des Katalysators mit der Summenformel V₆Mo₁₅O₆₀ (Oxidmischung aus V₂O₅ und MoO₃). Ferner kann ein Kühlmittel, z. B. Fe₂O₃, zugemischt werden.

Beispiel

Es wird eine Mischung bestehend aus GZT und dem Oxidator Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ im Verhältnis 21,6 : 78,4 Massen-% hergestellt. In diese Grundmischung werden - in Abhän­ gigkeit von dem oben genannten Anforderungsprofil - bis zu 30 Massen-% des Katalysators V₆Mo₁₅O₆₀ (Oxidmischung aus V₂O₅ und MoO₃) homogen eingearbeitet. Diese For­ mulierungen werden bezüglich ihres Anzünd- und Verbren­ nungsverhaltens mit Hilfe von Experimenten in der balli­ stischen Bombe charakterisiert. Dazu werden die Druck/ Zeit-Diagramme ermittelt. Aus dem beigefügten Diagramm geht hervor, daß die Reaktionsmischungen gute Anzünd- und Verbrennungseigenschaften besitzen. Bei einer Ladedichte von 0,1 g/cm ergeben sich Maximaldrucke von 74,6 [MPa], die nach ca. 11,4 [ms] ereicht werden (t(pmax) = 011,4 [ms]). Die Druckanstiegszeiten zwischen 30 bis 80% des Maximaldrucks betragen ca. 0,8 [ms] (t_30-80 = 0,8 [ms]).

Claims (8)

1. Gaserzeugende Mischung, bestehend aus einem stick­ stoffreichen und kohlenstoffarmen Brennstoff aus der Gruppe Nitroguanidin (NIGU), Triaminoguanidinnitrat (TAGN), Diguanidinium-5,5′-azotetrazolat (GZT) und 3-Nitro-1,2,3-triazol-5-on (NTO), Katalysatoren, Oxidatoren und gegebenenfalls Kühlmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidator Kupferdiammindinitrat Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ ist und der Katalysator aus V₂O₅/MoO₃ Mischoxiden und/oder Oxidmischungen besteht.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine Oxidmischung der Summenformel V₆Mo₁₅O₆₀ ist.

3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Katalysator Anteile der thermodynamisch instabilen V₂O₄-Phase enthält.

4. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zusätzlich TiO₂ enthält.

5. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine mittlere Korngröße < 25 µm aufweist.

6. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Gemisch von GZT und Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ mit aus­ geglichener Sauerstoffbilanz und einem Katalysator- Gehalt an der Reaktionsmischung bis zu 30 Massen-% besteht.

7. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß GZT und Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ in einem Verhältnis von 21,6 : 78,4 Massen-% vorliegen.

8. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel ganz oder teil­ weise aus Fe₂O₃ besteht.