COMPLEJOS METÁLICOS PARA USO COMO GENERADORES DE GAS.

Una composicion generadora de gas que comprende: un complejo de nitrito amina o un complejo de nitrato amina de un cation de cobalto,

magnesio, manganeso, niquel, titanio, cromo, cinc, o estano, en el que existe suficiente anion nitrito o anion nitrato para equilibrar la carga del cation, de manera tal que, cuando el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina entra en combustion, se produce una mezcla de gases que contiene gas nitrogeno y vapor de agua; y al menos un compuesto que contiene nitrogeno organico de combustion fria.

La presente invención se refiere de manera general a composiciones generadoras de gas que son capaces de combustión para generar gases. Más particularmente, la composición se oxida para producir cantidades significativas de gases, particularmente vapor de agua y nitrógeno.

Las composiciones químicas generadoras de gas son útiles en un cierto número de contextos diferentes. Un uso importante para dichas composiciones es en la operación de “air bags”. Los air bags están ganado aceptación hasta el punto de que muchos, sino todos, los nuevos automóviles están equipados con dichos dispositivos. Realmente, muchos nuevos automóviles están equipados con múltiples air bags para proteger al conductor y pasajeros.

En el contexto de air bags de automóviles, debe generarse gas suficiente como para inflar el dispositivo dentro de una fracción de segundo. Entre el tiempo en que el coche ha impactado en un accidente, y el tiempo que el conductor sería de otro modo impulsado contra el volante de dirección, el air bag debe inflarse completamente. Como una consecuencia de ello, se requiere la generación casi instantánea de gas.

Existen un cierto número de criterios de diseño importantes adicionales que deben satisfacerse. Los fabricantes de automóviles y otros han establecido los criterios requeridos que deben cumplir en especificaciones detalladas. La preparación de composiciones generadores de gas que cumplan estos criterios de diseño importantes es una tarea extremadamente difícil. Estas especificaciones requieren que la composición generadora de gas produzca gas a una velocidad requerida. Igualmente, las especificaciones establecen límites estrictos sobre la generación de gases o sólidos tóxicos o nocivos. Los ejemplos de gases restringidos incluyen monóxido de carbono, dióxido de carbono, NOx, SOx, y sulfuro de hidrógeno.

El gas debe generarse a una temperatura suficientemente y razonablemente baja, de manera tal que un ocupante del coche no se queme tras el impacto con un air bag inflado. Si el gas producido es demasiado caliente, existe una posibilidad de que el ocupante del vehículo a motor pueda quemarse tras el impacto con un air bag recién desplegado. De acuerdo con ello, es necesario que la combinación del generador de gas y la construcción del air bag aísle a los ocupantes del automóvil de un calor excesivo. Todo esto se requiere al tiempo que el generador de gas mantiene una velocidad de combustión adecuada.

Otro criterio de diseño relacionado, pero importante, es que la composición generadora de gas produzca una cantidad limitada de materiales en partículas. Los materiales en partículas pueden interferir con la operación del sistema de sujeción suplementario, presentar un riesgo de inhalación, irritar la piel y ojos, o constituir un residuo sólido peligroso con el que debe tratarse después de la operación del dispositivo de seguridad. En la ausencia de una alternativa aceptable, la producción de partículas irritantes es uno de los aspectos no deseables, pero tolerados, de los materiales de azida sódica actualmente usados.

Además de la producción de cantidades de partículas limitadas, si es que se producen, es deseable que al menos el conjunto de cualquiera de dichas partículas sea fácilmente filtrable. Por ejemplo, es deseable que la composición produzca una escoria filtrable. Si los productos de la reacción forman un material filtrable, los productos pueden filtrarse y prevenir el que se escapen al medio ambiente que les rodea.

Se han propuesto tanto materiales orgánicos como inorgánicos como posibles generadores de gas. Dichas composiciones generadoras de gas incluyen oxidantes y combustibles que reaccionan a velocidades suficientemente altas como para producir grandes cantidades de gas en una fracción de segundo.

Actualmente, la azida sódica es el material generador de gas el más ampliamente usado y actualmente aceptado. La azida sódica cumple nominalmente las especificaciones y directrices de la industria. No obstante, la azida sódica presenta un cierto número de problemas persistentes. La azida sódica es altamente tóxica como un material de partida, puesto que su nivel de toxicidad medido como LD50 en rata oral está dentro del intervalo de 45 mg/kg. Los trabajadores que habitualmente manipulan la azida sódica han experimentado diversos problemas de salud tales como severos dolores de cabeza, deficiencias respiratorias, convulsiones, y otros síntomas.

Además, independientemente del oxidante auxiliar usado, los productos de combustión procedentes de un generador de gas de azida sódica incluyen productos de reacción cáusticos tal como óxido sódico, o hidróxido sódico. Como oxidantes para la azida sódica se ha usado disulfuro o sulfuro de molibdeno. Sin embargo, el uso de dichos oxidantes da como resultado productos tóxicos tal como sulfuro de hidrógeno gaseoso y materiales corrosivos tales como óxido sódico y sulfuro sódico. Los trabajadores y ocupantes de automóviles rescatados se han quejado tanto del sulfuro de hidrógeno gaseoso como del polvo corrosivo producido por la operación de los generadores de gas a base de azida sódica.

Igualmente, se prevén problemas crecientes en relación con los residuos de sistemas de sujeción suplementaria inflados con gas no usados, por ejemplo, air bags de automóviles, en coches desguazados. La azida sódica que permanece en dichos sistemas de sujeción suplementaria puede salir del coche desaguazado para convertirse en un contaminante del agua o un residuo tóxico. Realmente, algunos han expresado la inquietud de que la azida sódica podría formar azidas de metal pesado o ácido hidrazóico explosivos cuando entran en contacto con los ácidos de las baterías, después de desechadas.

Los generadores de gas a base de azida sódica se usan lo más comúnmente para el inflado de air bag, pero con las significativas desventajas de dichas composiciones, se han propuesto muchas composiciones generadoras de gas alternativas para reemplazar a la azida sódica. Sin embargo, la mayoría de los substitutos de la azida sódica propuestos no logran cumplir adecuadamente con todos los criterios establecidos anteriormente.

La Patente DE 4442170C divulga una composición generadora de gas que comprende nitrato de diaminacobre(II) y nitroguanidina.

Por tanto, es de señalar que existe un cierto número de criterios importantes para la selección de composiciones generadoras de gas para uso en sistemas de sujeción suplementarios en automóviles. Por ejemplo, es importante seleccionar materiales de partida que no sean tóxicos. Al mismo tiempo, los productos de combustión no deben ser tóxicos o nocivos. A este respecto, las normas de la industria limitan las cantidades admisibles de varios gases y partículas producidos por la operación de sistemas de sujeción suplementarios.

Por ello, sería un avance significativo el proporcionar composiciones capaces de generar grandes cantidades de gas que superen los problemas identificados en la técnica existente. Sería un avance adicional el proporcionar una composición generadora de gas que estuviera basada en materiales de partida substancialmente no tóxicos y que produjeran productos de reacción substancialmente no tóxicos. Sería otro avance adicional en la técnica el proporcionar una composición generadora de gas que produjera cantidades muy limitadas de restos de partículas tóxicas o irritantes y productos gaseosos no deseables limitados. Igualmente, sería un avance el proporcionar una composición generadora de gas que formara una escoria sólida fácilmente filtrable tras la reacción.

Dichas composiciones y procedimientos para su uso se encuentran divulgados y reivindicados en la presente invención.

De acuerdo con ello, vista desde un primer aspecto, la presente invención proporciona una composición generadora de gas que comprende: un complejo de nitrito amina o un complejo de nitrato amina de un catión de cobalto, magnesio, manganeso, níquel, titanio, cromo, cinc, o estaño, en el que existe suficiente anión nitrito o anión nitrato para equilibrar la carga del catión, de manera tal que, cuando el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina entra en combustión, se produce una mezcla de gases que contienen gas nitrógeno y vapor de agua; y al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría.

Vista desde un aspecto adicional, la presente invención proporciona un dispositivo generador de gas que comprende una composición generadora de gas que comprende:... [Seguir leyendo]

1. Una composición generadora de gas que comprende:

un complejo de nitrito amina o un complejo de nitrato amina de un catión de cobalto, magnesio, manganeso, níquel, titanio, cromo, cinc, o estaño, en el que existe suficiente anión nitrito o anión nitrato para equilibrar la carga del catión, de manera tal que, cuando el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina entra en combustión, se produce una mezcla de gases que contiene gas nitrógeno y vapor de agua; y

al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría.

2. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el catión es cobalto.

3. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el anión nitrito o el anión nitrato está coordinado con el catión.

4. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina está libre de carbono.

5. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina incluye al menos un otro ligando común, además del ligando amina.

6. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 5, en la que al menos un otro ligando común está seleccionado entre el grupo que consiste en ligandos acuo (H2O), hidroxo (OH), y carbonato (CO3).

7. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina tiene una concentración en la composición generadora de gas de desde 30% en peso hasta 90% en peso, en la que la composición generadora de gas comprende además un co-oxidante, y en la que la suma de la cantidad del co-oxidante y el al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría en la composición generadora de gas es desde 10% en peso hasta 60% en peso.

8. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, que comprende además un cooxidante distinto de el al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría.

9. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante está seleccionado entre percloratos, cloratos, peróxidos, nitritos, y nitratos de álcali, alcalinotérreo, lantánido, o amonio.

10. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante está seleccionado entre óxidos de metal, hidróxidos de metal, peróxidos de metal, hidratos de óxido de metal, hidróxidos de óxido de metal, óxidos hidratados de metal, carbonatos de metal básicos, nitratos de metal básicos, y mezclas de los mismos.

11. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante está seleccionado entre óxidos de cobre, cobalto, manganeso, tungsteno, bismuto, molibdeno, y hierro.

12. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante es un óxido de metal seleccionado entre CuO, Co2O3, Co3O4, CoFe2O4, Fe2O3, MoO3, Bi2MoO6, y Bi2O3.

13. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante es un hidróxido de metal seleccionado entre Fe(OH)3, Co(OH)3, Co(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, y Zn(OH)2.

14. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante es un hidrato de óxido de metal u óxido hidratado de metal seleccionado entre Fe2O3·xH2O, SnO2·xH2O, y MoO3·H2O.

15. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante es un hidróxido de óxido de metal seleccionado entre CoO(OH)2, FeO(OH)2, MnO(OH)2, y MnO(OH)3.

16. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante es un carbonato de metal básico seleccionado entre CuCO3·Cu(OH)2 (malaquita), 2CoCO3·3Co(OH)2·H2O, Co0,69Fe0,34(CO3)0,2(OH)2, Na3[Co(CO3)3]·3H2O, Zn2(CO3)(OH)2, Bi2Mg(CO3)2(OH)4, Fe(CO3)0,12(OH)2,76, Cu1,54Zn0,46(CO3)(OH)2, Co0,49Cu0,51(CO3)0,43(OH)1,1, Ti3Bi4(CO3)2(OH)2O9(H2O)2, y (BiO)2CO3.

17. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 8, en la que el co-oxidante es un nitrato de metal básico seleccionado entre Cu2(OH)3NO3, Co2(OH)3NO3, CuCo(OH)3NO3, Zn2(OH)3NO3, Mn(OH)2NO3, Fe4(OH)11NO3·2H2O, Mo(NO3)2O2, BiONO3·H2O, y Ce(OH)(NO3)3·3H2O.

18. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, que comprende además un aglomerante.

19. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 18, en la que el aglomerante es soluble en agua.

20. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 19, en la que el aglomerante está seleccionado entre gomas que se producen de manera natural, ácidos poliacrílicos, y poliacrilamidas.

21. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 18, en la que el aglomerante no es soluble en agua.

22. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 21, en la que el aglomerante está seleccionado entre nitrocelulosa, resina polímera de acetato de vinilo/alcohol vinílico (VAAR) y nilón.

23. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina es nitrato de hexaaminacobalto(III) ([(NH3)6Co](NO3)3) y el co-oxidante es nitrato trihidroxi de cobre(II) (Cu2(OH)3NO3).

24. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, que comprende además polvo de carbono presente desde 0,1% en peso hasta 6% en peso de la composición generadora de gas, en la que la composición muestra resistencia a la compresión mejorada comparada con la composición sin polvo de carbono.

25. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, que comprende además polvo de carbono presente desde 0,3% en peso hasta 3% en peso de la composición generadora de gas.

26. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría tiene un calor de formación menor de aproximadamente -400 cal/g.

27. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría tiene un calor de formación menor de aproximadamente -600 cal/g.

28. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría es una sal guanidina o un derivado de guanidina.

29. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría es un nitrato de guanidina.

30. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que la cantidad del al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría en la composición generadora de gas es mayor de aproximadamente 0% en peso y hasta aproximadamente 40% en peso.

31. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina es el combustible primario y el al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría es el combustible secundario.

32. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 22, en la que el co-oxidante es el oxidante primario y el al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría es oxidante secundario.

33. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría es una sal carbonato de guanidina, nitrato de aminoguanidina, nitrato de diaminoguanidina, urea, glicina, un complejo de nitrato de glicina-amonio, o dinitrato de etileno diamina.

34. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que la cantidad del al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría está entre aproximadamente 5% en peso y aproximadamente 30% en peso.

35. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que la cantidad del al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría está entre aproximadamente 10% en peso y aproximadamente 25% en peso.

36. Una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1, en la que el complejo de nitrito amina o el complejo de nitrato amina tiene una concentración en la composición generadora de gas de desde 40% en peso hasta 75% en peso, en la que la composición generadora de gas comprende además un co-oxidante, y en la que la suma de la cantidad del co-oxidante y del al menos un compuesto que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría en la composición generadora de gas es entre 15% en peso y 50% en peso.

37. Un dispositivo generador de gas que comprende:

una composición generadora de gas que comprende: un complejo nitrito amina o un complejo de nitrato amina de un catión de cobalto, magnesio, manganeso, níquel, titanio, cromo, cinc, o estaño, de manera tal que, cuando el complejo de nitrito amina o el complejo nitrato amina entra en combustión, se produce una mezcla de gases que contiene gas nitrógeno y vapor de agua; suficiente anión nitrito o anión nitrato para equilibrar la carga del catión; y al menos un compuesto orgánico que contiene nitrógeno orgánico de combustión fría; y

un elemento de ignición para iniciar la combustión de la composición generadora de gas.

38. Un dispositivo generador de gas tal como se define en la reivindicación 37, en el que el elemento de ignición para iniciar la combustión incluye una composición de ignición que comprende una mezcla de composiciones de ignición diferentes.

39. Un dispositivo generador de gas tal como se define en la reivindicación 37, en el que el elemento de ignición para iniciar la combustión incluye una composición de ignición que comprende una mezcla de Mg/Sr(NO3)2/nilón y B/KNO3.

40. Un procedimiento de inflado de un air bag que comprende la combustión de una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1.

41. Un sistema de air bag de automóvil que comprende: un air bag inflable plegado; un dispositivo generador de gas conectado al air bag para inflar el air bag, conteniendo el dispositivo generador de gas una composición generadora de gas tal como se define en la reivindicación 1; y un elemento de ignición para encender la composición generadora de gas.