JP4641130B2 - ガス発生剤組成物およびそれを使用したガス発生器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス発生剤組成物に関し、特に小型・軽量のガス発生器に好適なガス発生剤組成物及びこれを使用したガス発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車の安全装置に用いられるガス生成用組成物は、一般に、ナトリウムアジドを基剤とする燃料と、酸化剤を含有する。しかし、ナトリウムアジドの毒性、及び取り扱い上の制約より、以前からアジド含有ガス生成用混合物に代わる代替物を見いだす試みがなされて来た。
米国特許第５７８３７７３には、酸化剤に相安定化硝酸アンモニウム、燃料成分にトリアミノグアニジンナイトレート（以下ＴＡＧＮと省略する）、及びＴＡＧＮ／硝酸グアニジンの組合せが開示されている。さらに米国特許５７８０７６８では燃料成分に硝酸グアニジン／ニトログアニジンを、酸化剤としては過塩素酸塩を主剤とした組成物が開示されている。これらはいずれも本来、反応性の低い酸化剤、及び燃料に対し、例えば、ＴＡＧＮ、過塩素酸塩のように反応性の高い成分を組み合わせることで好適な燃焼速度を得ようとするものであるが、その反面で組成物の発熱量も上昇するため、ガス発生器にとっては好適なガス発生剤とは言えない。
特開平２０００−８６３７５では燃料として分子中に酸素原子を原子量比で２５％以上含有する化合物と金属酸化物及び金属複酸化物の組合せが開示されている。本組成物では燃焼温度は低く設計されているが、酸化剤に金属酸化物を用いているために重量当たりのガス発生モル数が満足いくものではなく、エアバッグを膨らますために必要な発生ガスのモル数を確保しようとすると、使用するガス発生剤量が増加することから、結果的にガス発生剤の燃焼により発生する熱量は増加する。即ち、これら組成物を使用したガス発生器では多量の冷却材が必要となることから、ガス発生器の小型・軽量化を達成するのは困難である。
【０００３】
本発明は、ガス発生器の小型・軽量化を可能とするガス発生剤組成物の提供を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討した結果、ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を特定の範囲に設定することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち本発明は、
（１）含窒素有機化合物、酸化剤及び添加剤を含有するガス発生剤組成物にあって、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量が１２５ＫＪ以下であるガス発生剤組成物、
（２）発生するガス１モル当たりの発熱量が１１５ＫＪ以下である（１）に記載のガス発生剤組成物、
（３）ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガスのモル数が該組成物１００ｇ当たり２．７０モル以上である（１）又は（２）に記載のガス発生剤組成物、
（４）ガス発生剤組成物１ｇ当りの発熱量が４５００Ｊ以下である（１）〜（３）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（５）上記含窒素有機化合物が、炭酸グアニジン、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン及びそれらの混合物より成る群から選ばれる１種である（１）〜（４）のいずれか１項に記載の組成物、
（６）上記酸化剤が塩基性硝酸銅と、アルカリ土類金属の硝酸塩及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種との混合酸化剤である請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成物、
（７）上記添加剤がシラン化合物であり、その含有量が、０．１〜１５重量％である（１）〜（６）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（８）上記添加剤が成形用バインダであり、その含有量が０．１〜１５重量％である（１）〜（７）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（９）４０〜６０重量％の硝酸グアニジン、１５〜５０重量％の硝酸ストロンチウム、１〜３０重量％の塩基性硝酸銅、０．５〜１０重量％の添加剤からなる（１）〜（４）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（１０）４０〜６０重量％の硝酸グアニジン、１５〜５０重量％の硝酸ストロンチウム、１〜３０重量％の塩基性硝酸銅、１〜３０重量％の相安定化硝酸アンモニウム、０．５〜１０重量％の添加剤からなる（１）〜（４）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（１１）（１）〜（１０）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物を使用したガス発生器、
に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００６】
本発明のガス発生剤組成物は、含窒素有機化合物、酸化剤、及び添加剤から構成され、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量が１２５ＫＪ以下であるガス発生剤組成物である。ガス発生器の小型・軽量化を追及していく上で、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を抑えることは極めて重要な因子であり、発生ガス１モル当たりの発熱量が大きいガス発生剤を用いたガス発生器では、ガス発生器内に多量の冷却材を必要とし、ガス発生器の小型・軽量化が困難となるため、ガス１モル当たりの発熱量はさらに１１５ＫＪ以下が好ましく、１０５ＫＪ以下がより好ましい。エアバッグは、ガス発生剤が燃焼し、ガス発生器から発生する発生ガスのモル数と発生ガスの温度によって膨らむ。従って、安全に乗員を保護するためには充分な発生ガスのモル数と低い発生ガス温度が必要となってくる。
【０００７】
しかし、発生ガスの温度が低く過ぎるとと、エアバッグを膨らませるために必要なガス量（体積）を得るためには多くにガスモル数、すなわち多くのガス発生剤が必要となり、これが過度となればガス発生器の小型・軽量化を可能とするガス発生剤組成物を提供しようという本発明の趣旨が没却しかねない。そのため、必要とされるガス発生器の小型・軽量化の程度にもよってガス１モル当たりの発熱量の下限値は適当に設定することが好ましいが、ガス１モル当たりの発熱量は７３ＫＪ以上が好ましく、９５ＫＪ以上が極めて好適である。つまり、必要とされるガス発生剤量及び冷却材量を最小とし、以ってガス発生器を小型・軽量化するには、ガス１モル当たりの発熱量を９５〜１０５ＫＪとするのが最も好適であるといえる。
【０００８】
また、本発明のガス発生剤組成物は１００ｇ当たりの発生ガスのモル数が、２．７０モル以上、好ましくは２．８０モル以上の組成物であることが好ましい。これよりも発生モル数が少ない場合には、ガス発生剤の使用量が増大し、ガス発生器の小型・軽量化が達成できない。１００ｇ当たりの発生ガスのモル数が高い場合であっても、発熱量が高ければ、ガス発生器内に多量の冷却剤を必要とし、また、発熱量が低い場合であっても、１００ｇ当たりの発生ガスのモル数が低くければ、結局、使用ガス発生剤量が増し、何れの場合においても、ガス発生器の小型・軽量化達成は困難となる。
【０００９】
また、ガス発生剤組成物１００ｇ当りの発生ガスのモル数が多ければ、極めて高温の発熱量を示しても、発生ガス１モル当りの発熱量を抑えることができるが、ガス発生剤組成物が装填されるガス発生器内の部品の耐熱性の点から、ガス発生剤組成物１ｇあたりの発熱量が４５００Ｊ以下であることが好ましく、４０００Ｊ以下であることが更に好ましく、３３００Ｊ以下であることがより好ましい。
また、発生ガスの温度については、バッグの損傷、乗員の火傷の点から、出来るだけ低く抑える必要がある。
【００１０】
なお、上述した「発生するガス１モル当たりの発熱量」「ガス発生剤組成物１ｇあたりの発熱量」「ガス発生剤組成物１００ｇ当りの発生ガスのモル数」は、通常の方法により測定することができるが、ガス発生剤組成物の酸素バランスが０の場合（すなわち、完全燃焼を起こす場合）などにおいては、理論計算によってこれらの値を求めることができる。ガス発生剤成分中の炭素原子はＣＯ２に、窒素原子はＮ２になるとして計算する。また、Ｈ２Ｏが発生する場合は、通常ガス（水蒸気）としてエアバッグに供給されるので、ガスとして計算する。
【００１１】
本発明で用いる含窒素有機化合物としては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に燃料として使用可能な含窒素有機化合物、例えば、テトラゾール類、グアニジン誘導体などを用いることができ、ガス発生剤組成物における含有量は、酸化剤、添加剤の種類、酸素バランス等により異なるが、好ましくは３０〜７０重量％、更に好ましく３５〜６０重量％である。また、ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を１２５ＫＪ以下（好ましくは１１５ＫＪ以下）に、発生するガスのモル数を１００ｇ当たり２．７０モル以上に調整するために、含窒素有機化合物として、炭酸グアニジン、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン及びそれらの混合物より成る群から選ばれる１種を用いるのが好ましい。特に硝酸グアニジンは比較的低コストであり、２００℃より高い融点を有し、極めて熱的に安定性であること、更には耐環境性の観点などからガス発生剤に好適なものである。更に、これらの化合物は、分子中に、酸素原子を含有し、完全燃焼に必要な酸化剤が少なくてすむことから高い発生モル数が期待できる。また、高い負の標準生成エンタルピーΔHfを有し、その結果、ガス発生剤組成物の燃焼中に放出されるエネルギー量は小さく、ガス混合物の燃焼温度を低く抑えることが出来る。従って、本発明の意図する発生ガス１モル当たりの発熱量を抑えるために好ましい燃料と言える。
【００１２】
含窒素有機化合物の５０％粒径は、大きすぎるとガス発生剤成形体とした場合の強度が低下し、また、小さすぎると粉砕に多大なコストを必要とするため、５〜８０μｍが好ましく、さらに好ましくは、１０〜５０μｍである。なお、本明細書において５０％粒径とは個数基準５０％平均粒径を示すものである。
【００１３】
本発明で用いる酸化剤としては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に酸化剤として使用可能な酸化剤を用いることができ、本発明のガス発生剤組成物における含有量は、含窒素有機燃料、添加剤の種類、酸素バランス等により異なるが、好ましくは３０〜７０重量％、更に好ましく３５〜６０重量％である。また、ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を１２５ＫＪ以下（好ましくは１１５ＫＪ以下）に、発生するガスのモル数を１００ｇ当たり２．７０モル以上に調整するために、酸化剤として、相安定化硝酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、塩基性硝酸金属、アルカリ金属の硝酸塩、過塩素酸塩又は塩素酸塩、及びアルカリ土類金属の硝酸塩、過塩素酸塩又は塩素酸塩からなる群より選ばれる１種以上を用いるのが好ましいが、性能調整の容易さなどの点から、前記の群より選ばれる２種以上を混合した混合酸化剤を用いるのが特に好ましい。
また、塩基性硝酸金属としては、塩基性硝酸銅などが、アルカリ金属の硝酸塩としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ストロンチウムなどが、アルカリ金属の過塩素酸塩としては、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸ストロンチウムなどが、アルカリ金属の塩素酸塩としては、塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、塩素酸ストロンチウムなどが、アルカリ土類金属の硝酸塩としては、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸バリウムなどが、アルカリ土類金属の過塩素酸塩としては、過塩素酸マグネシウム、過塩素酸カルシウム、過塩素酸バリウムなどが、アルカリ土類金属の塩素酸塩としては、塩素酸マグネシウム、塩素酸カルシウム、塩素酸バリウムなどが、それぞれ例示できる。
なお、燃焼性を改善する目的で米国特許５７８０７６８に開示されているように、過塩素酸塩を使用することは、塩素系のガス成分を含み、また、発生ガス中に金属塩化物成分を生ずるおそれがあるので、本発明における酸化剤としては過塩素酸塩以外の酸化剤を用いるのが好ましいが、その他の酸化剤と混合して、または組み合わせる含窒素有機化合物などによっては、十分本発明の効果を得ることができる。
【００１４】
酸化剤として混合酸化剤を用いる場合、発生ガス中の固体成分を排他し、燃焼性を改善するために、混合酸化剤は、硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上を含有するのが好ましい。更に、硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる２種または３種で混合酸化剤を調製するのが好ましい。
混合酸化剤の一部に硝酸ストロンチウムを使用すると、ガス発生剤としてより適切な燃焼速度を得ることができる。また、硝酸ストロンチウムの燃焼残渣は後述する含珪素化合物、金属酸化合物とのスラグ形成反応により、容易にろ過しうる生成物となり、発生ガス中の固体成分を排他することができる。
【００１５】
また、塩基性硝酸銅と、アルカリ土類金属の硝酸塩及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種との混合酸化剤も好適である。
【００１６】
混合酸化剤の一部として塩基性硝酸銅を使用すると、ガス発生剤組成物の着火能を改善することができる。一般に、ガス発生剤は点火具と伝火薬によって、着火される。着火能の悪いガス発生剤では発熱量の大きな伝火薬を多量に使用することを余儀なくされ、ガス発生器当たりの総発熱量が増大することとなり、ガス発生器の小型・軽量化は達成できない。
更に、塩基性硝酸銅の燃焼時に発生する燃焼残渣は溶融状態のCu2O(m.p.=1232℃）/Cu(m.p.=1O83℃）ミストであるが、高融点化合物であることから、ガス発生器中の冷却部材により容易に除去できる。また、後述する硝酸ストロンチウムのスラグ゛形成反応と共存させることにより、更に除去し易くなる。この点においても、酸化剤混合系は効果的である。
【００１７】
また、混合酸化剤の一部に相安定化硝酸アンモニウムを使用することが極めて有用である。相安定化硝酸アンモニウムを用いることにより、発生ガスのモル数が増加し、更に燃焼速度を増大させる効果があることがわかった。
【００１８】
また、相安定化硝酸アンモニウムを用いた系では、例えば、米国特許第５７８３７７３に開示されているＴＡＧＮのような反応性の高い成分と組合せると、製造上の危険性が伴う。そのため、相安定化硝酸アンモニウムを用いる場合においては、ＴＡＧＮ以外の含窒素有機化合物を用いるのが好ましいが、ＴＡＧＮと相安定化硝酸アンモニウムとの組み合わせにおいても、本発明の効果を十分発揮することができ、その他の酸化剤や含窒素有機化合物、用いる添加剤によっては、安全なガス発生剤組成物となすことが可能である。
【００１９】
本発明に用いることのできる相安定化硝酸アンモニウムの相安定化の方法は特に限定されるものではなく、１つの公知技術としては硝酸アンモニウムにカリウム塩を加える方法が挙げられる。本発明では、硝酸カリウムに少量の過塩素酸カリウム、硝酸カリウム、塩素酸カリウム、亜硝酸カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、蓚酸カリウムを加えることにより相安定化した硝酸アンモニウムが好ましく、熱安定性、酸化能力等から考えると、過塩素酸カリウム或いは硝酸カリウムで相安定化した硝酸アンモニウムが特に好ましい。これらのカリウム塩の硝酸アンモニウムへの添加量は１〜３０重量％で、更に好ましくは１〜１５重量％である。
相安定化剤として、ジアンミン金属錯体などの金属錯体の使用も可能である。ジアンミン金属錯体を用いる場合、金属成分としては銅、ニッケル、及び亜鉛が好ましい。
【００２０】
また、混合酸化剤として用いる相安定化硝酸アンモニウムのガス発生剤組成物における含有量は、含窒素有機燃料、添加剤の種類、酸素バランス等により異なるが、好ましくは１〜４０重量％、更に好ましく１〜３０重量％である。カリウム塩を用いて相安定化された硝酸アンモニウムを用いる場合には、ガス発生剤の燃焼により低融点、低沸点の酸化カリウム、炭酸カリウム、或いは塩化カリウムを生成する。これらの化合物はガス発生器内のフィルターでろ過することが極めて困難であり、ガス発生器より外へ流出し、バッグの損傷、乗員の火傷の恐れがあることから、ガス発生剤組成物における相安定化硝酸アンモニウムの含有量は上記範囲内に設計することが好ましい。
【００２１】
また、酸化剤の粒径は、大きすぎるとガス発生剤成形体とした場合の強度が低下し、また、小さすぎると粉砕に多大なコストを必要とするため、５０％粒径が５〜８０μｍのものが好ましく、５０％粒径が１０〜５０μｍであるものはさらに好ましい。
【００２２】
本発明で用いる添加剤としては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に添加剤として使用可能な添加剤を用いることができ、燃焼残渣を容易にろ過可能にするための成分（スラグ形成剤）や耐環境性能を付与するためのバインダなどが挙げられる。添加剤のガス発生剤組成物中における含有量は、好ましくは１〜１５重量％、更に好ましくは１〜１０重量％である。
【００２３】
本発明において使用しうるスラグ形成剤としては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に添加剤として使用可能なスラグ形成剤を用いることができ、窒化珪素、炭化珪素、二酸化珪素、珪酸塩などを具体例としてあげることができるが、本発明においては特にシラン化合物を採用するのが好ましい。
【００２４】
本発明においてスラグ形成剤として使用しうるシラン化合物は、有機珪素化合物であり、特に、ビニルシラン、エポキシシラン、アクリルシラン、アミノシランなどのシランカップリング剤として知られているシラン化合物が好適である。本発明のガス発生剤組成物中のシラン化合物の含有量は０．１〜１５重量％、より好ましくは０．５〜１０重量％、更に好ましくは０．５〜８重量％である。この範囲よりも多い場合には、燃焼温度が上昇し、発生ガス中に人体に害のある窒素酸化物を発生するおそれがある。更には、ガス発生剤の発熱量が増加し、本発明の目的が達成できないおそれがある。本発明のガス発生剤組成物にシランカップリング剤を含有することにより、硝酸ストロンチウムの燃焼反応から生成する燃焼残渣は、ガス発生器内のフィルターにより容易にろ過される化合物へと変化する。また、シランカップリング剤を含有させることにより、成形体としての強度を保証し、更には、燃焼速度を増加させる効果があることがわかった。
【００２５】
本発明において使用しうるバインダとしては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に添加剤として使用可能なバインダを用いることができ、その成形方法により異なる。具体的なプレス成形用バインダとしては合成ヒドロタルサイト、酸性白土、タルク、べントナイト、ケイソウ土、二硫化モリブデン、結晶性セルロース、グラファイト、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム等が挙げられる。また、押出成形用バインダとしては、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロール、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、グアガム、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド又はこれらの混合物等をあげることができる。押出成形の場合、これらバインダと滑り剤、具体的には界面活性剤、カップリング剤、グラファイト、二硫化モリブデン等を０．５〜５重量％添加することにより、成形性が向上する。
本発明のガス発生剤組成物中におけるバインダの含有量は０．１〜１５重量％が好ましく、更に好ましくは１．０〜１０重量％である。含有量がこれより多い場合には、燃焼速度を低下させ、さらには発生ガスのモル数が低下することから、充分な乗員保護性能を果たさないおそれがある。また、これより少ない場合には耐環境性能に劣るおそれがある。
【００２６】
また、本発明においては添加剤として燃焼調整剤を用いることができる。使用可能な燃焼調整剤としてはガス発生剤の燃焼を調整できるものであればよいが、具体的には酸化鉄、酸化ニッケル、酸化銅、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化クロム、酸化コバルト、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン等の金属酸化物、水酸化銅、水酸化コバルト、水酸化亜鉛、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、及び活性炭粉末、グラファイト、カーボンブラック等の炭素類等を例示することができる。ガス発生剤組成物中の燃焼調整剤含有量は０〜１０重量％、更に好ましくは０−５重量％である。
【００２７】
次に、本発明の好ましい組合せの具体例について説明する。本発明のガス発生剤組成物において、含窒素有機化合物に硝酸グアニジン、酸化剤に硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅、相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも２種を用いたものが好ましく、具体的には、
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、添加剤：残余分（好適には０．５〜１０重量％）
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、相安定化硝酸アンモニウム：１〜３０重量％、添加剤：残余分（好適には０．５〜１０重量％）
などが挙げられる。添加剤としては、シランカップリング剤と合成ヒドロタルサイトの組合せ、押出成形用バインダと滑り剤との組合せ、酸性白土などが好ましく、これらを用いた具体例として、
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜２０重量％、シランカップリング剤：０．５〜１０重量％、合成ヒドロタルサイト：０．５〜１０重量％
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、酸性白土：０．５〜１０重量％
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜２０重量％、相安定化硝酸アンモニウム：１〜３０重量％、シランカップリング剤：０．５〜１０重量％、合成ヒドロタルサイト：０．５〜１０重量％
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、押出成形用バインダ：１〜１０重量％、滑り剤：０〜５重量％
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、バインダ：１〜１０重量％、酸性白土：１〜５重量％、グラファイト：０．２〜５重量％
などが挙げられる。
【００２８】
次に本発明のガス発生剤組成物の製造方法の１例を説明する。前記した含窒素有機化合物、酸化剤、及び添加剤は、まず、Ｖ型混合機、またはボールミル等によって混合される。ここに、シランカップリング剤を適量噴霧し、さらに水、又は溶媒を噴霧しながら混合し、湿状の薬塊を得る。また、予めシランカップリング剤を水、または溶媒と混合してから噴霧してもよい。この時、含窒素有機化合物、酸化剤とシランカップリング剤が化学結合を起こし、両者を結合する力が増加する。この後、造粒を行い、乾燥させると強固な顆粒が得られる。これを打錠し、ガス発生剤成型体としてもよい。また、湿状の薬塊をそのまま押出成型機により、押出成型品してもよい。いずれの場合も、ガス発生剤は成型後、１０５℃前後の温度で乾燥させることによって、過酷な環境条件にも耐えうる強固なガス発生剤成型体が得られる。
また、本発明のガス発生剤組成物の成形体形状については、例えば、粉状、顆粒状、球状、円柱状、単孔円筒状、多孔円筒状等のいずれの形態をとってもよく、特に限定されるものではない。
【００２９】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３０】
実施例１
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５２．９重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：３０．８重量部（５０％粒径、１３μｍ）、及び塩基性硝酸銅：１０．９重量部（５０％粒径１０μｍ）、バインダとして合成ヒドロタルサイト：２．７重量部（５０％粒径、１０μｍ）をＶ型混合機により乾式混合した。次に、シラン化合物としてＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン：２．７重量部を、ガス発生剤組成物全量に対して、１０重量％の水で希釈し、この水溶液を噴霧しながら混合し、その後湿式造粒を行い、粒径１ｍｍ以下の顆粒状にした。この顆粒を９０℃で１５時間乾燥した後、回転式打錠機で直径５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの形状にプレス成形し、その後、１０５℃で１５時間乾燥させ、本発明のガス発生剤組成物の錠剤を得た。
得られた錠剤をカロリーメータ（島津製作所製、型式；ＣＡ−４Ｐ）により発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３１】
実施例２
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５１．０重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：２５．１重量部（５０％粒径、１３μｍ）、塩基性硝酸銅：８．９重量部（５０％粒径１０μｍ）、相安定化硝酸アンモニウム（相安定化剤として１５重量％の硝酸カリウムを含有）：９．６重量部、バインダとして合成ヒドロタルサイト：２．７重量部（５０％粒径、１０μｍ）、シラン化合物としてＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン：２．７重量部を用い、実施例１と同様の方法にてガス発生剤組成物を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３２】
実施例３
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５４．５重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：２２．０重量部（５０％粒径、１３μｍ）、塩基性硝酸銅：２１．５重量部（５０％粒径１０μｍ）、バインダとして酸性白土：２、０重量部を混合、プレス成形後、ガス発生剤組成物を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３３】
実施例４
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５２．７重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：２２．４重量部（５０％粒径、１３μｍ）、塩基性硝酸銅：２１．９重量部（５０％粒径１０μｍ）、バインダとして酸性白土：２、０重量部、燃焼調整剤としてグラファイト：１．０重量部を混合、プレス成形後、ガス発生剤組成物を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３４】
比較例１
含窒素有機化合物成分として５−アミノテトラゾール：３２．５重量部（５０％粒径、１５μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：５９．５重量部（５０％粒径、１３μｍ）、シラン化合物として窒化珪素：３．５重量部（５０％粒径、５μｍ）、バインダとして合成ヒドロタルサイト：４．５重量部（５０％粒径、１０μｍ）をＶ型混合機により乾式混合した。その後、回転式打錠機で直径５ｍｍ、高さ２．２ｍｍの形状にプレス成形し、その後、１０５℃で１５時間乾燥させ、ガス発生剤組成物の錠剤を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３５】
比較例２
含窒素有機化合物成分としてニトログアニジン：５０．７重量部（５０％粒径、１５μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：２２．８重量部（５０％粒径、１３μｍ）、過塩素酸アンモニウム：２１．７重量部（５０％粒径、３０μｍ）、シラン化合物として窒化珪素：１．５重量部（５０％粒径、５μｍ）、バインダとして合成ヒドロタルサイト：３．３重量部（５０％粒径、１０μｍ）を用い、比較例１と同様の方法にてガス発生剤組成物の錠剤を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３６】
比較例３
含窒素有機化合物成分としてニトログアニジン ：３１．５重量部（５０％粒径、１５μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：５１．５重量部（５０％粒径、１３μｍ）、バインダとして酸性白土：７．０重量部（５０％粒径、５μｍ）及びカルボキシメチルセルロールのナトリウム塩：１０重量部（５０％粒径、１０μｍ）を粉末混合した後、組成物に対し、１０重量％の水を加え、混連した後、真空混連押出成形器にて、直径２ｍｍ、高さ２ｍｍのペレットの押出成形した。得られた成形体は、１０５℃で１５時間乾燥させ、試験サンプルを得た。本組成物についても同様に、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３７】
【００３８】
試験例
次に、本発明のガス発生剤組成物である実施例２と比較例１の組成物をガス発生器にそれぞれ組み、密閉式６０Ｌタンク試験を実施した。試験に用いたガス発生剤量は何れも発生ガスのモル数が１モルとなるよう調整した。結果を以下の表２にまとめた。
【００３９】
【００４０】
表２の結果から、ガス発生器の出力性能を合わせた場合、本発明のガス発生剤組成物を用いたガス発生器では、使用薬量及び使用冷却剤量を大幅に減らすことが可能である。即ち、本発明のガス発生剤組成物はガス発生器の小型・軽量化を達成しうる組成物と言える。
【発明の効果】
本発明は、ガス発生器に使用可能な好適な燃焼速度を有したガス発生剤組成物において、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を抑えることで、ガス発生器の小型・軽量化を達成するものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス発生剤組成物に関し、特に小型・軽量のガス発生器に好適なガス発生剤組成物及びこれを使用したガス発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車の安全装置に用いられるガス生成用組成物は、一般に、ナトリウムアジドを基剤とする燃料と、酸化剤を含有する。しかし、ナトリウムアジドの毒性、及び取り扱い上の制約より、以前からアジド含有ガス生成用混合物に代わる代替物を見いだす試みがなされて来た。
米国特許第５７８３７７３には、酸化剤に相安定化硝酸アンモニウム、燃料成分にトリアミノグアニジンナイトレート（以下ＴＡＧＮと省略する）、及びＴＡＧＮ／硝酸グアニジンの組合せが開示されている。さらに米国特許５７８０７６８では燃料成分に硝酸グアニジン／ニトログアニジンを、酸化剤としては過塩素酸塩を主剤とした組成物が開示されている。これらはいずれも本来、反応性の低い酸化剤、及び燃料に対し、例えば、ＴＡＧＮ、過塩素酸塩のように反応性の高い成分を組み合わせることで好適な燃焼速度を得ようとするものであるが、その反面で組成物の発熱量も上昇するため、ガス発生器にとっては好適なガス発生剤とは言えない。
特開平２０００−８６３７５では燃料として分子中に酸素原子を原子量比で２５％以上含有する化合物と金属酸化物及び金属複酸化物の組合せが開示されている。本組成物では燃焼温度は低く設計されているが、酸化剤に金属酸化物を用いているために重量当たりのガス発生モル数が満足いくものではなく、エアバッグを膨らますために必要な発生ガスのモル数を確保しようとすると、使用するガス発生剤量が増加することから、結果的にガス発生剤の燃焼により発生する熱量は増加する。即ち、これら組成物を使用したガス発生器では多量の冷却材が必要となることから、ガス発生器の小型・軽量化を達成するのは困難である。
【０００３】
本発明は、ガス発生器の小型・軽量化を可能とするガス発生剤組成物の提供を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、鋭意検討した結果、ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を特定の範囲に設定することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち本発明は、
（１）含窒素有機化合物、酸化剤及び添加剤を含有するガス発生剤組成物にあって、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量が１２５ＫＪ以下であるガス発生剤組成物、
（２）発生するガス１モル当たりの発熱量が１１５ＫＪ以下である（１）に記載のガス発生剤組成物、
（３）ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガスのモル数が該組成物１００ｇ当たり２．７０モル以上である（１）又は（２）に記載のガス発生剤組成物、
（４）ガス発生剤組成物１ｇ当りの発熱量が４５００Ｊ以下である（１）〜（３）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（５）上記含窒素有機化合物が、炭酸グアニジン、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン及びそれらの混合物より成る群から選ばれる１種である（１）〜（４）のいずれか１項に記載の組成物、
（６）上記酸化剤が塩基性硝酸銅と、アルカリ土類金属の硝酸塩及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種との混合酸化剤である請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成物、
（７）上記添加剤がシラン化合物であり、その含有量が、０．１〜１５重量％である（１）〜（６）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（８）上記添加剤が成形用バインダであり、その含有量が０．１〜１５重量％である（１）〜（７）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（９）４０〜６０重量％の硝酸グアニジン、１５〜５０重量％の硝酸ストロンチウム、１〜３０重量％の塩基性硝酸銅、０．５〜１０重量％の添加剤からなる（１）〜（４）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（１０）４０〜６０重量％の硝酸グアニジン、１５〜５０重量％の硝酸ストロンチウム、１〜３０重量％の塩基性硝酸銅、１〜３０重量％の相安定化硝酸アンモニウム、０．５〜１０重量％の添加剤からなる（１）〜（４）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物、
（１１）（１）〜（１０）のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物を使用したガス発生器、
に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００６】
本発明のガス発生剤組成物は、含窒素有機化合物、酸化剤、及び添加剤から構成され、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量が１２５ＫＪ以下であるガス発生剤組成物である。ガス発生器の小型・軽量化を追及していく上で、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を抑えることは極めて重要な因子であり、発生ガス１モル当たりの発熱量が大きいガス発生剤を用いたガス発生器では、ガス発生器内に多量の冷却材を必要とし、ガス発生器の小型・軽量化が困難となるため、ガス１モル当たりの発熱量はさらに１１５ＫＪ以下が好ましく、１０５ＫＪ以下がより好ましい。エアバッグは、ガス発生剤が燃焼し、ガス発生器から発生する発生ガスのモル数と発生ガスの温度によって膨らむ。従って、安全に乗員を保護するためには充分な発生ガスのモル数と低い発生ガス温度が必要となってくる。
【０００７】
しかし、発生ガスの温度が低く過ぎるとと、エアバッグを膨らませるために必要なガス量（体積）を得るためには多くにガスモル数、すなわち多くのガス発生剤が必要となり、これが過度となればガス発生器の小型・軽量化を可能とするガス発生剤組成物を提供しようという本発明の趣旨が没却しかねない。そのため、必要とされるガス発生器の小型・軽量化の程度にもよってガス１モル当たりの発熱量の下限値は適当に設定することが好ましいが、ガス１モル当たりの発熱量は７３ＫＪ以上が好ましく、９５ＫＪ以上が極めて好適である。つまり、必要とされるガス発生剤量及び冷却材量を最小とし、以ってガス発生器を小型・軽量化するには、ガス１モル当たりの発熱量を９５〜１０５ＫＪとするのが最も好適であるといえる。
【０００８】
また、本発明のガス発生剤組成物は１００ｇ当たりの発生ガスのモル数が、２．７０モル以上、好ましくは２．８０モル以上の組成物であることが好ましい。これよりも発生モル数が少ない場合には、ガス発生剤の使用量が増大し、ガス発生器の小型・軽量化が達成できない。１００ｇ当たりの発生ガスのモル数が高い場合であっても、発熱量が高ければ、ガス発生器内に多量の冷却剤を必要とし、また、発熱量が低い場合であっても、１００ｇ当たりの発生ガスのモル数が低くければ、結局、使用ガス発生剤量が増し、何れの場合においても、ガス発生器の小型・軽量化達成は困難となる。
【０００９】
また、ガス発生剤組成物１００ｇ当りの発生ガスのモル数が多ければ、極めて高温の発熱量を示しても、発生ガス１モル当りの発熱量を抑えることができるが、ガス発生剤組成物が装填されるガス発生器内の部品の耐熱性の点から、ガス発生剤組成物１ｇあたりの発熱量が４５００Ｊ以下であることが好ましく、４０００Ｊ以下であることが更に好ましく、３３００Ｊ以下であることがより好ましい。
また、発生ガスの温度については、バッグの損傷、乗員の火傷の点から、出来るだけ低く抑える必要がある。
【００１０】
なお、上述した「発生するガス１モル当たりの発熱量」「ガス発生剤組成物１ｇあたりの発熱量」「ガス発生剤組成物１００ｇ当りの発生ガスのモル数」は、通常の方法により測定することができるが、ガス発生剤組成物の酸素バランスが０の場合（すなわち、完全燃焼を起こす場合）などにおいては、理論計算によってこれらの値を求めることができる。ガス発生剤成分中の炭素原子はＣＯ２に、窒素原子はＮ２になるとして計算する。また、Ｈ２Ｏが発生する場合は、通常ガス（水蒸気）としてエアバッグに供給されるので、ガスとして計算する。
【００１１】
本発明で用いる含窒素有機化合物としては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に燃料として使用可能な含窒素有機化合物、例えば、テトラゾール類、グアニジン誘導体などを用いることができ、ガス発生剤組成物における含有量は、酸化剤、添加剤の種類、酸素バランス等により異なるが、好ましくは３０〜７０重量％、更に好ましく３５〜６０重量％である。また、ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を１２５ＫＪ以下（好ましくは１１５ＫＪ以下）に、発生するガスのモル数を１００ｇ当たり２．７０モル以上に調整するために、含窒素有機化合物として、炭酸グアニジン、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン及びそれらの混合物より成る群から選ばれる１種を用いるのが好ましい。特に硝酸グアニジンは比較的低コストであり、２００℃より高い融点を有し、極めて熱的に安定性であること、更には耐環境性の観点などからガス発生剤に好適なものである。更に、これらの化合物は、分子中に、酸素原子を含有し、完全燃焼に必要な酸化剤が少なくてすむことから高い発生モル数が期待できる。また、高い負の標準生成エンタルピーΔHfを有し、その結果、ガス発生剤組成物の燃焼中に放出されるエネルギー量は小さく、ガス混合物の燃焼温度を低く抑えることが出来る。従って、本発明の意図する発生ガス１モル当たりの発熱量を抑えるために好ましい燃料と言える。
【００１２】
含窒素有機化合物の５０％粒径は、大きすぎるとガス発生剤成形体とした場合の強度が低下し、また、小さすぎると粉砕に多大なコストを必要とするため、５〜８０μｍが好ましく、さらに好ましくは、１０〜５０μｍである。なお、本明細書において５０％粒径とは個数基準５０％平均粒径を示すものである。
【００１３】
本発明で用いる酸化剤としては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に酸化剤として使用可能な酸化剤を用いることができ、本発明のガス発生剤組成物における含有量は、含窒素有機燃料、添加剤の種類、酸素バランス等により異なるが、好ましくは３０〜７０重量％、更に好ましく３５〜６０重量％である。また、ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を１２５ＫＪ以下（好ましくは１１５ＫＪ以下）に、発生するガスのモル数を１００ｇ当たり２．７０モル以上に調整するために、酸化剤として、相安定化硝酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、塩基性硝酸金属、アルカリ金属の硝酸塩、過塩素酸塩又は塩素酸塩、及びアルカリ土類金属の硝酸塩、過塩素酸塩又は塩素酸塩からなる群より選ばれる１種以上を用いるのが好ましいが、性能調整の容易さなどの点から、前記の群より選ばれる２種以上を混合した混合酸化剤を用いるのが特に好ましい。
また、塩基性硝酸金属としては、塩基性硝酸銅などが、アルカリ金属の硝酸塩としては、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸ストロンチウムなどが、アルカリ金属の過塩素酸塩としては、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸ストロンチウムなどが、アルカリ金属の塩素酸塩としては、塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、塩素酸ストロンチウムなどが、アルカリ土類金属の硝酸塩としては、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸バリウムなどが、アルカリ土類金属の過塩素酸塩としては、過塩素酸マグネシウム、過塩素酸カルシウム、過塩素酸バリウムなどが、アルカリ土類金属の塩素酸塩としては、塩素酸マグネシウム、塩素酸カルシウム、塩素酸バリウムなどが、それぞれ例示できる。
なお、燃焼性を改善する目的で米国特許５７８０７６８に開示されているように、過塩素酸塩を使用することは、塩素系のガス成分を含み、また、発生ガス中に金属塩化物成分を生ずるおそれがあるので、本発明における酸化剤としては過塩素酸塩以外の酸化剤を用いるのが好ましいが、その他の酸化剤と混合して、または組み合わせる含窒素有機化合物などによっては、十分本発明の効果を得ることができる。
【００１４】
酸化剤として混合酸化剤を用いる場合、発生ガス中の固体成分を排他し、燃焼性を改善するために、混合酸化剤は、硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる１種以上を含有するのが好ましい。更に、硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる２種または３種で混合酸化剤を調製するのが好ましい。
混合酸化剤の一部に硝酸ストロンチウムを使用すると、ガス発生剤としてより適切な燃焼速度を得ることができる。また、硝酸ストロンチウムの燃焼残渣は後述する含珪素化合物、金属酸化合物とのスラグ形成反応により、容易にろ過しうる生成物となり、発生ガス中の固体成分を排他することができる。
【００１５】
また、塩基性硝酸銅と、アルカリ土類金属の硝酸塩及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種との混合酸化剤も好適である。
【００１６】
混合酸化剤の一部として塩基性硝酸銅を使用すると、ガス発生剤組成物の着火能を改善することができる。一般に、ガス発生剤は点火具と伝火薬によって、着火される。着火能の悪いガス発生剤では発熱量の大きな伝火薬を多量に使用することを余儀なくされ、ガス発生器当たりの総発熱量が増大することとなり、ガス発生器の小型・軽量化は達成できない。
更に、塩基性硝酸銅の燃焼時に発生する燃焼残渣は溶融状態のCu2O(m.p.=1232℃）/Cu(m.p.=1O83℃）ミストであるが、高融点化合物であることから、ガス発生器中の冷却部材により容易に除去できる。また、後述する硝酸ストロンチウムのスラグ゛形成反応と共存させることにより、更に除去し易くなる。この点においても、酸化剤混合系は効果的である。
【００１７】
また、混合酸化剤の一部に相安定化硝酸アンモニウムを使用することが極めて有用である。相安定化硝酸アンモニウムを用いることにより、発生ガスのモル数が増加し、更に燃焼速度を増大させる効果があることがわかった。
【００１８】
また、相安定化硝酸アンモニウムを用いた系では、例えば、米国特許第５７８３７７３に開示されているＴＡＧＮのような反応性の高い成分と組合せると、製造上の危険性が伴う。そのため、相安定化硝酸アンモニウムを用いる場合においては、ＴＡＧＮ以外の含窒素有機化合物を用いるのが好ましいが、ＴＡＧＮと相安定化硝酸アンモニウムとの組み合わせにおいても、本発明の効果を十分発揮することができ、その他の酸化剤や含窒素有機化合物、用いる添加剤によっては、安全なガス発生剤組成物となすことが可能である。
【００１９】
本発明に用いることのできる相安定化硝酸アンモニウムの相安定化の方法は特に限定されるものではなく、１つの公知技術としては硝酸アンモニウムにカリウム塩を加える方法が挙げられる。本発明では、硝酸カリウムに少量の過塩素酸カリウム、硝酸カリウム、塩素酸カリウム、亜硝酸カリウム、硫酸カリウム、塩化カリウム、蓚酸カリウムを加えることにより相安定化した硝酸アンモニウムが好ましく、熱安定性、酸化能力等から考えると、過塩素酸カリウム或いは硝酸カリウムで相安定化した硝酸アンモニウムが特に好ましい。これらのカリウム塩の硝酸アンモニウムへの添加量は１〜３０重量％で、更に好ましくは１〜１５重量％である。
相安定化剤として、ジアンミン金属錯体などの金属錯体の使用も可能である。ジアンミン金属錯体を用いる場合、金属成分としては銅、ニッケル、及び亜鉛が好ましい。
【００２０】
また、混合酸化剤として用いる相安定化硝酸アンモニウムのガス発生剤組成物における含有量は、含窒素有機燃料、添加剤の種類、酸素バランス等により異なるが、好ましくは１〜４０重量％、更に好ましく１〜３０重量％である。カリウム塩を用いて相安定化された硝酸アンモニウムを用いる場合には、ガス発生剤の燃焼により低融点、低沸点の酸化カリウム、炭酸カリウム、或いは塩化カリウムを生成する。これらの化合物はガス発生器内のフィルターでろ過することが極めて困難であり、ガス発生器より外へ流出し、バッグの損傷、乗員の火傷の恐れがあることから、ガス発生剤組成物における相安定化硝酸アンモニウムの含有量は上記範囲内に設計することが好ましい。
【００２１】
また、酸化剤の粒径は、大きすぎるとガス発生剤成形体とした場合の強度が低下し、また、小さすぎると粉砕に多大なコストを必要とするため、５０％粒径が５〜８０μｍのものが好ましく、５０％粒径が１０〜５０μｍであるものはさらに好ましい。
【００２２】
本発明で用いる添加剤としては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に添加剤として使用可能な添加剤を用いることができ、燃焼残渣を容易にろ過可能にするための成分（スラグ形成剤）や耐環境性能を付与するためのバインダなどが挙げられる。添加剤のガス発生剤組成物中における含有量は、好ましくは１〜１５重量％、更に好ましくは１〜１０重量％である。
【００２３】
本発明において使用しうるスラグ形成剤としては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に添加剤として使用可能なスラグ形成剤を用いることができ、窒化珪素、炭化珪素、二酸化珪素、珪酸塩などを具体例としてあげることができるが、本発明においては特にシラン化合物を採用するのが好ましい。
【００２４】
本発明においてスラグ形成剤として使用しうるシラン化合物は、有機珪素化合物であり、特に、ビニルシラン、エポキシシラン、アクリルシラン、アミノシランなどのシランカップリング剤として知られているシラン化合物が好適である。本発明のガス発生剤組成物中のシラン化合物の含有量は０．１〜１５重量％、より好ましくは０．５〜１０重量％、更に好ましくは０．５〜８重量％である。この範囲よりも多い場合には、燃焼温度が上昇し、発生ガス中に人体に害のある窒素酸化物を発生するおそれがある。更には、ガス発生剤の発熱量が増加し、本発明の目的が達成できないおそれがある。本発明のガス発生剤組成物にシランカップリング剤を含有することにより、硝酸ストロンチウムの燃焼反応から生成する燃焼残渣は、ガス発生器内のフィルターにより容易にろ過される化合物へと変化する。また、シランカップリング剤を含有させることにより、成形体としての強度を保証し、更には、燃焼速度を増加させる効果があることがわかった。
【００２５】
本発明において使用しうるバインダとしては、一般的にエアバッグ用ガス発生剤に添加剤として使用可能なバインダを用いることができ、その成形方法により異なる。具体的なプレス成形用バインダとしては合成ヒドロタルサイト、酸性白土、タルク、べントナイト、ケイソウ土、二硫化モリブデン、結晶性セルロース、グラファイト、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム等が挙げられる。また、押出成形用バインダとしては、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロール、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、グアガム、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド又はこれらの混合物等をあげることができる。押出成形の場合、これらバインダと滑り剤、具体的には界面活性剤、カップリング剤、グラファイト、二硫化モリブデン等を０．５〜５重量％添加することにより、成形性が向上する。
本発明のガス発生剤組成物中におけるバインダの含有量は０．１〜１５重量％が好ましく、更に好ましくは１．０〜１０重量％である。含有量がこれより多い場合には、燃焼速度を低下させ、さらには発生ガスのモル数が低下することから、充分な乗員保護性能を果たさないおそれがある。また、これより少ない場合には耐環境性能に劣るおそれがある。
【００２６】
また、本発明においては添加剤として燃焼調整剤を用いることができる。使用可能な燃焼調整剤としてはガス発生剤の燃焼を調整できるものであればよいが、具体的には酸化鉄、酸化ニッケル、酸化銅、酸化亜鉛、酸化マンガン、酸化クロム、酸化コバルト、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン等の金属酸化物、水酸化銅、水酸化コバルト、水酸化亜鉛、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、及び活性炭粉末、グラファイト、カーボンブラック等の炭素類等を例示することができる。ガス発生剤組成物中の燃焼調整剤含有量は０〜１０重量％、更に好ましくは０−５重量％である。
【００２７】
次に、本発明の好ましい組合せの具体例について説明する。本発明のガス発生剤組成物において、含窒素有機化合物に硝酸グアニジン、酸化剤に硝酸ストロンチウム、塩基性硝酸銅、相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも２種を用いたものが好ましく、具体的には、
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、添加剤：残余分（好適には０．５〜１０重量％）
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、相安定化硝酸アンモニウム：１〜３０重量％、添加剤：残余分（好適には０．５〜１０重量％）
などが挙げられる。添加剤としては、シランカップリング剤と合成ヒドロタルサイトの組合せ、押出成形用バインダと滑り剤との組合せ、酸性白土などが好ましく、これらを用いた具体例として、
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜２０重量％、シランカップリング剤：０．５〜１０重量％、合成ヒドロタルサイト：０．５〜１０重量％
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、酸性白土：０．５〜１０重量％
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜２０重量％、相安定化硝酸アンモニウム：１〜３０重量％、シランカップリング剤：０．５〜１０重量％、合成ヒドロタルサイト：０．５〜１０重量％
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、押出成形用バインダ：１〜１０重量％、滑り剤：０〜５重量％
◆硝酸グアニジン：４０〜６０重量％、硝酸ストロンチウム：１５〜５０重量％、塩基性硝酸銅：１〜３０重量％、バインダ：１〜１０重量％、酸性白土：１〜５重量％、グラファイト：０．２〜５重量％
などが挙げられる。
【００２８】
次に本発明のガス発生剤組成物の製造方法の１例を説明する。前記した含窒素有機化合物、酸化剤、及び添加剤は、まず、Ｖ型混合機、またはボールミル等によって混合される。ここに、シランカップリング剤を適量噴霧し、さらに水、又は溶媒を噴霧しながら混合し、湿状の薬塊を得る。また、予めシランカップリング剤を水、または溶媒と混合してから噴霧してもよい。この時、含窒素有機化合物、酸化剤とシランカップリング剤が化学結合を起こし、両者を結合する力が増加する。この後、造粒を行い、乾燥させると強固な顆粒が得られる。これを打錠し、ガス発生剤成型体としてもよい。また、湿状の薬塊をそのまま押出成型機により、押出成型品してもよい。いずれの場合も、ガス発生剤は成型後、１０５℃前後の温度で乾燥させることによって、過酷な環境条件にも耐えうる強固なガス発生剤成型体が得られる。
また、本発明のガス発生剤組成物の成形体形状については、例えば、粉状、顆粒状、球状、円柱状、単孔円筒状、多孔円筒状等のいずれの形態をとってもよく、特に限定されるものではない。
【００２９】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３０】
実施例１
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５２．９重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：３０．８重量部（５０％粒径、１３μｍ）、及び塩基性硝酸銅：１０．９重量部（５０％粒径１０μｍ）、バインダとして合成ヒドロタルサイト：２．７重量部（５０％粒径、１０μｍ）をＶ型混合機により乾式混合した。次に、シラン化合物としてＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン：２．７重量部を、ガス発生剤組成物全量に対して、１０重量％の水で希釈し、この水溶液を噴霧しながら混合し、その後湿式造粒を行い、粒径１ｍｍ以下の顆粒状にした。この顆粒を９０℃で１５時間乾燥した後、回転式打錠機で直径５ｍｍ、高さ１．５ｍｍの形状にプレス成形し、その後、１０５℃で１５時間乾燥させ、本発明のガス発生剤組成物の錠剤を得た。
得られた錠剤をカロリーメータ（島津製作所製、型式；ＣＡ−４Ｐ）により発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３１】
実施例２
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５１．０重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：２５．１重量部（５０％粒径、１３μｍ）、塩基性硝酸銅：８．９重量部（５０％粒径１０μｍ）、相安定化硝酸アンモニウム（相安定化剤として１５重量％の硝酸カリウムを含有）：９．６重量部、バインダとして合成ヒドロタルサイト：２．７重量部（５０％粒径、１０μｍ）、シラン化合物としてＮ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン：２．７重量部を用い、実施例１と同様の方法にてガス発生剤組成物を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３２】
実施例３
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５４．５重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：２２．０重量部（５０％粒径、１３μｍ）、塩基性硝酸銅：２１．５重量部（５０％粒径１０μｍ）、バインダとして酸性白土：２、０重量部を混合、プレス成形後、ガス発生剤組成物を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３３】
実施例４
含窒素有機化合物成分として硝酸グアニジン：５２．７重量部（５０％粒径、２０μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：２２．４重量部（５０％粒径、１３μｍ）、塩基性硝酸銅：２１．９重量部（５０％粒径１０μｍ）、バインダとして酸性白土：２、０重量部、燃焼調整剤としてグラファイト：１．０重量部を混合、プレス成形後、ガス発生剤組成物を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３４】
比較例１
含窒素有機化合物成分として５−アミノテトラゾール：３２．５重量部（５０％粒径、１５μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：５９．５重量部（５０％粒径、１３μｍ）、シラン化合物として窒化珪素：３．５重量部（５０％粒径、５μｍ）、バインダとして合成ヒドロタルサイト：４．５重量部（５０％粒径、１０μｍ）をＶ型混合機により乾式混合した。その後、回転式打錠機で直径５ｍｍ、高さ２．２ｍｍの形状にプレス成形し、その後、１０５℃で１５時間乾燥させ、ガス発生剤組成物の錠剤を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３５】
比較例２
含窒素有機化合物成分としてニトログアニジン：５０．７重量部（５０％粒径、１５μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：２２．８重量部（５０％粒径、１３μｍ）、過塩素酸アンモニウム：２１．７重量部（５０％粒径、３０μｍ）、シラン化合物として窒化珪素：１．５重量部（５０％粒径、５μｍ）、バインダとして合成ヒドロタルサイト：３．３重量部（５０％粒径、１０μｍ）を用い、比較例１と同様の方法にてガス発生剤組成物の錠剤を調製し、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３６】
比較例３
含窒素有機化合物成分としてニトログアニジン ：３１．５重量部（５０％粒径、１５μｍ）、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム：５１．５重量部（５０％粒径、１３μｍ）、バインダとして酸性白土：７．０重量部（５０％粒径、５μｍ）及びカルボキシメチルセルロールのナトリウム塩：１０重量部（５０％粒径、１０μｍ）を粉末混合した後、組成物に対し、１０重量％の水を加え、混連した後、真空混連押出成形器にて、直径２ｍｍ、高さ２ｍｍのペレットの押出成形した。得られた成形体は、１０５℃で１５時間乾燥させ、試験サンプルを得た。本組成物についても同様に、発熱量を測定した。その結果を、１ｇ当りの発熱量、発生ガスのモル数、モル当たり発熱量とともに表１に示す。
【００３７】
試験例
次に、本発明のガス発生剤組成物である実施例２と比較例１の組成物をガス発生器にそれぞれ組み、密閉式６０Ｌタンク試験を実施した。試験に用いたガス発生剤量は何れも発生ガスのモル数が１モルとなるよう調整した。結果を以下の表２にまとめた。
【００３９】
表２の結果から、ガス発生器の出力性能を合わせた場合、本発明のガス発生剤組成物を用いたガス発生器では、使用薬量及び使用冷却剤量を大幅に減らすことが可能である。即ち、本発明のガス発生剤組成物はガス発生器の小型・軽量化を達成しうる組成物と言える。
【発明の効果】
本発明は、ガス発生器に使用可能な好適な燃焼速度を有したガス発生剤組成物において、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量を抑えることで、ガス発生器の小型・軽量化を達成するものである。
Claims (9)
- 炭酸グアニジン、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン及びそれらの混合物より成る群から選ばれる１種である含窒素有機化合物、塩基性硝酸銅と、アルカリ土類金属の硝酸塩及び相安定化硝酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種との混合酸化剤である酸化剤、並びに添加剤を含有するガス発生剤組成物であって、ガス発生剤の燃焼により発生するガス１モル当たりの発熱量が１２５ＫＪ以下であるガス発生剤組成物。
- 発生するガス１モル当たりの発熱量が１１５ＫＪ以下である請求項１に記載のガス発生剤組成物。
- ガス発生剤組成物の燃焼により発生するガスのモル数が該組成物１００ｇ当たり２．７０モル以上である請求項１又は２に記載のガス発生剤組成物。
- ガス発生剤組成物１ｇ当りの発熱量が４５００Ｊ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物。
- 上記添加剤がシラン化合物であり、その含有量が、０．１〜１５重量％である請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物。
- 上記添加剤が成形用バインダであり、その含有量が０．１〜１５重量％である請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物。
- ４０〜６０重量％の硝酸グアニジン、１５〜５０重量％の硝酸ストロンチウム、１〜３０重量％の塩基性硝酸銅、０．５〜１０重量％の添加剤からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物。
- ４０〜６０重量％の硝酸グアニジン、１５〜５０重量％の硝酸ストロンチウム、１〜３０重量％の塩基性硝酸銅、１〜３０重量％の相安定化硝酸アンモニウム、０．５〜１０重量％の添加剤からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載のガス発生剤組成物を使用したガス発生器。
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