JP2001048690A - Gas generator - Google Patents

Gas generator

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JP2001048690A
JP2001048690A JP11224155A JP22415599A JP2001048690A JP 2001048690 A JP2001048690 A JP 2001048690A JP 11224155 A JP11224155 A JP 11224155A JP 22415599 A JP22415599 A JP 22415599A JP 2001048690 A JP2001048690 A JP 2001048690A
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JP
Japan
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ammonium nitrate
gas generating
gas
generating agent
nitrate
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JP11224155A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadamasa Harada
忠昌 原田
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Nihon Plast Co Ltd
Original Assignee
Nihon Plast Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06BEXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B23/00Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents
    • C06B23/006Stabilisers (e.g. thermal stabilisers)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06DMEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
    • C06D5/00Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
    • C06D5/06Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more solids

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an increase of a combustion rate and good gas generation efficiency and to decrease undesirable gaseous components by compounding the simple substance, alloy or compound of elements forming a nitrate specified in a pyrolysis temperature under containing ammonium nitrate. SOLUTION: This gas generating agent is prepared by compounding the simple substance, alloy or compound (effective matter for compounding) of the elements which have the pyrolysis temperature above the pyrolysis temperature of ammonium nitrate and form the nitrate with the ammonium nitrate. The elements used for the compounding are preferably magnesium, calcium and strontium. The elements are preferably stabilized by coating the elements with a polymer, or the like, when the elements are added to the ammonium nitrate in the form of the simple substance. In the case of the alloy, the elements are preferably the alloy powder of the magnesium and aluminum. In the case of the compound, organic acids and borides are preferable. The amount of the effective matter for the compounding to be added is preferably 0.05 to 1.0 mol to 1 mol ammonium nitrate. The combustion rate increases as a result of a rise in the combustion surface temperature.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は例えばエアバッグ等
の自動車安全装置用ガス発生装置、ガス利用推進装置お
よび高圧装置等に用いられ、生体に有害なガスが少な
く、安定で、ガス発生効率が良好な固体ガス発生剤であ
って、かつ、ガスを高速で発生させることができるよう
に改良されたガス発生組成物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for a gas generator for a vehicle safety device such as an air bag, a gas utilization propulsion device, a high-pressure device, and the like. The present invention relates to a gas generating composition which is a good solid gas generating agent and is improved so that gas can be generated at a high speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体のガス発生剤はエアバッグ等の自動
車安全装置用ガス発生装置、ロケットなどの推進装置
(ロケット用のガス発生剤は推進薬と言われている)、
自動制御用圧力発生装置などに多く用いられている。こ
れらに用いるガス発生剤では、生体に対して有害ガス
発生が少ないこと、単位重量あたり、または単位体積
あたりのガス発生量が多い、いわゆるガス発生効率のよ
いガス発生剤を用いて装置を小型軽量化すること、十
分な速度でガス供給ができること、換言すればガス発生
速度が大きいこと、熱や衝撃に対して安定で、したが
って取り扱いが容易で長期保存に耐えること、などが重
要である。生体に対して好ましくないガスとして一般的
には、たとえば窒素酸化物、ハロゲン化ガス、一酸化炭
素、高濃度の二酸化炭素などがあるが、固体ガス発生剤
では燃焼反応を利用するため、これらのガスを多く発生
する。このため、エアバッグ用ガス発生器ではアジ化ナ
トリウムを含むガス発生剤が用いられてきたが、アジ化
ナトリウムはそれ自体に毒性があるため、取り扱いが難
しく、また、ガス発生効率が低く、近年これを用いない
ガス発生剤が使用されるようになってきている。また、
ロケットなどの推進装置では、酸化剤として過塩素酸ア
ンモニウムを主成分とする推進薬が利用されているが、
この推進薬は燃焼時多量の塩化水素ガスを発生し、強い
酸性雨を降らせる可能性を持ち、環境破壊が起こる点が
懸念されている。この点を改良するために、ハロゲンを
含まない無機酸化剤、有機のニトロ化合物やニトラミン
化合物などを用いる研究がなされている。特にハロゲン
を含まず安定で、好ましくないガスの発生が少なく、か
つガス発生効率がよい無機酸化剤として、硝酸アンモニ
ウムが注目されている。このような状況の中で、発明者
は先に硝酸アンモニウムと窒化金属からなり、好ましく
ないガス発生が極めて少ないガス発生組成物を発明した
(特許出願番号平10−323718)。しかし、硝酸
アンモニウムを酸化剤とするガス発生剤はガス発生速度
が必ずしも十分でなく、高速で多量のガス発生を要する
場合には、なお改良が必要である。ガス発生速度の改良
には、ガス発生剤の表面積の増大と燃焼速度の増加が有
効であることが知られている。硝酸アンモニウムにアジ
ド基を含む有機物、例えばグリシジルアザイドポリマー
などを加えると、ガス発生剤の燃焼速度を増加するのに
有効であることが報告されている。硝酸アンモニウムは
1分子に3個の酸素を含むが、自己のもつアンモニア基
の酸化に2個を使うため、他のものの酸化には残りの1
個しか使えない。十分に燃焼速度を増加するには、アジ
ド基含有有機物の添加量を多くする必要があるが、こう
すると好ましくない一酸化炭素を多量に発生する。ロケ
ットの推進薬としてはある程度の一酸化炭素の排出は許
容されるが、エアバッグ用には適合しにくいため、アジ
ド基含有有機物や窒素含有有機物と硝酸アンモニウム以
外の無機酸化剤、例えば硝酸ストロンチウム、硝酸カリ
ウム、過塩素酸カリウムなどとを組み合わせたガス発生
剤が研究されている。アジ化ナトリウムを含むガス発生
剤と現在用いられているガス発生剤とを比較すると、ア
ジ化ナトリウムを用いたガス発生剤からは、好ましくな
いガス発生は少ないが、ガス発生効率はガス成分の重量
率(ガス発生剤重量に対する発生ガスの重量%)で表せ
ば40〜60%、ガス発生量(ガス発生剤1kgあたり
の発生モル数)で表せば14〜19モル/kgである。
これに対し、現在用いられている窒素含有有機物と無機
酸化剤からなるガス発生剤のガス発生効率は、それぞれ
55〜65%および20〜25モル/kgであり、相当
に改良されたが、発生ガスには好ましくないガスも含ま
れている。
2. Description of the Related Art Solid gas generating agents include gas generating devices for vehicle safety devices such as airbags, propulsion devices such as rockets (gas generating agents for rockets are called propellants),
It is often used for automatic control pressure generators. The gas generating agents used in these devices are small and lightweight, using a gas generating agent with high gas generation efficiency, which generates little harmful gas to the living body and generates a large amount of gas per unit weight or unit volume. It is important that the gas is supplied at a sufficient rate, in other words, that the gas generation rate is high, that it is stable against heat and impact, that it is easy to handle and that it can withstand long-term storage. Gases that are not preferred for living organisms are generally, for example, nitrogen oxides, halogenated gases, carbon monoxide, high-concentration carbon dioxide, and the like. Generates a lot of gas. For this reason, gas generators containing sodium azide have been used in gas generators for airbags, but sodium azide itself is toxic and therefore difficult to handle and has low gas generation efficiency. Gas generating agents that do not use this are being used. Also,
In propulsion devices such as rockets, a propellant containing ammonium perchlorate as a main component is used as an oxidizing agent.
This propellant generates a large amount of hydrogen chloride gas during combustion, has a possibility of causing strong acid rain, and there is a concern that environmental destruction may occur. In order to improve this point, studies have been made using an inorganic oxidizing agent containing no halogen, an organic nitro compound, a nitramine compound, and the like. In particular, ammonium nitrate has been attracting attention as an inorganic oxidizing agent that is stable without halogen, generates less undesirable gas, and has good gas generation efficiency. Under such circumstances, the inventor has previously invented a gas generating composition composed of ammonium nitrate and metal nitride, which has extremely low undesired gas generation (Patent Application No. 10-323718). However, a gas generating agent using ammonium nitrate as an oxidizing agent does not always have a sufficient gas generating speed, and further improvement is required when a large amount of gas is required to be generated at a high speed. It is known that increasing the surface area of the gas generating agent and increasing the burning rate are effective in improving the gas generation rate. It has been reported that the addition of an organic substance containing an azide group, such as a glycidyl azide polymer, to ammonium nitrate is effective in increasing the burning rate of a gas generating agent. Ammonium nitrate contains three oxygens in one molecule, but uses two to oxidize its own ammonia group, so the other one oxidizes the other.
Only one can be used. In order to sufficiently increase the burning rate, it is necessary to increase the amount of the azide group-containing organic substance. However, in this case, a large amount of undesirable carbon monoxide is generated. Although a certain amount of carbon monoxide is allowed to be emitted as a rocket propellant, it is not suitable for use in airbags, and inorganic oxidants other than azide group-containing organic substances and nitrogen-containing organic substances and ammonium nitrate, such as strontium nitrate and potassium nitrate Gas generating agents in combination with potassium perchlorate and the like have been studied. Comparing the gas generating agent containing sodium azide with the gas generating agent currently used, the gas generating agent using sodium azide has less undesirable gas generation, but the gas generation efficiency is lower than the weight of the gas component. It is 40 to 60% in terms of rate (weight% of generated gas with respect to the weight of gas generating agent), and 14 to 19 mol / kg in terms of gas generation amount (number of moles generated per kg of gas generating agent).
On the other hand, the gas generating efficiencies of currently used gas generating agents composed of nitrogen-containing organic substances and inorganic oxidizing agents are 55 to 65% and 20 to 25 mol / kg, respectively, which are considerably improved. The gas contains an undesirable gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、生体に
好ましくないガスの発生が少なく、安定で、ガス発生効
率にも優れ、かつガス発生速度を改良した固体ガス発生
剤が望まれているが、まだこれらは十分に達成されてい
るとはいえない。
As described above, there is a demand for a solid gas generating agent which is stable, has excellent gas generation efficiency, and has an improved gas generation rate, with little generation of gas which is undesirable for living organisms. However, these have not yet been fully achieved.

【0004】本発明の目的は、これらの特性を兼ね備え
たガス発生組成物を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a gas generating composition having these characteristics.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意検討した
結果、この目的を達成できるガス発生組成物を発明し
た。
As a result of intensive studies, the present inventors have invented a gas generating composition which can achieve this object.

【0006】すなわち、本発明は、(1)硝酸アンモニ
ウムを含むガス発生剤において、硝酸アンモニウムの熱
分解温度以上の熱分解温度を持つ硝酸塩を生成する元素
の単体、その元素の合金およびその元素の化合物からな
る群から選ばれる少なくとも1種を配合してなるガス発
生剤、(2)元素が、マグネシウム、カルシウムまたは
ストロンチウムである前記(1)記載のガス発生剤、
(3)元素の化合物がほう化物、窒化物、ハロゲン化
物、または有機酸塩である前記(1)または(2)記載
のガス発生剤、(4)窒素含有有機物、バインダ、補助
酸化剤、および金属窒化物の少なくとも1種をさらに配
合してなる前記(1)〜(3)のいずれかに記載のガス
発生剤、に関する。
That is, the present invention provides (1) a gas generating agent containing ammonium nitrate, which is composed of a simple substance, an alloy of the element and a compound of the element, which form a nitrate having a thermal decomposition temperature higher than the thermal decomposition temperature of ammonium nitrate. A gas generating agent comprising at least one selected from the group consisting of: (2) the gas generating agent according to (1), wherein the element is magnesium, calcium or strontium;
(3) The gas generating agent according to the above (1) or (2), wherein the compound of the element is a boride, a nitride, a halide, or an organic acid salt, (4) a nitrogen-containing organic material, a binder, an auxiliary oxidizing agent, and The gas generating agent according to any one of (1) to (3), further including at least one metal nitride.

【0007】本発明によれば、従来硝酸アンモニウムを
使用したガス発生剤より、燃焼速度を大きく増加するこ
とができ、ガス発生効率も良好で、好ましくないガス成
分も実質的に極めて少なくできる。
According to the present invention, the burning rate can be greatly increased, the gas generation efficiency is good, and the undesirable gas components can be substantially reduced as compared with the conventional gas generating agents using ammonium nitrate.

【0008】本発明を詳しく説明する。本発明に用いる
硝酸アンモニウムは、特に制限はないが、一般的には、
例えば工業用硝酸アンモニウム、微結晶粒状硝酸アンモ
ニウム、相安定化硝酸アンモニウムなどが好適である。
The present invention will be described in detail. The ammonium nitrate used in the present invention is not particularly limited, but generally,
For example, industrial-use ammonium nitrate, microcrystalline ammonium nitrate, and phase-stabilized ammonium nitrate are suitable.

【0009】本発明は、これらの硝酸アンモニウムに、
硝酸アンモニウムの熱分解温度(化学便覧では210
℃)以上の熱分解温度をもつ硝酸塩をつくる元素(配合
有効元素という)の単体、その元素の合金、その元素の
化合物からなる群(これらを総称して以下配合有効物と
いう)から選ばれた少なくとも1種を配合することを特
徴としている。一般にガス発生剤が燃焼する場合、燃焼
表面が加熱され、その表面温度が上昇することによっ
て、ガス発生剤の分解がおこり、可燃性のガスが発生
し、そのガス相で燃焼反応が起こりガス温度が上昇し火
炎に発展する。このとき燃焼表面温度と火炎温度が高い
ほど燃焼速度が大きくなるとされている。本発明は、示
差走査熱量計(DSCという)の測定において、硝酸ア
ンモニウムを含む発生剤の場合に、硝酸アンモニウムの
熱分解温度より高い熱分解温度を持つ硝酸塩を生成する
元素を配合しておくと、硝酸アンモニウムの熱分解温度
範囲での分解は消失、または非常に発熱量が減少し、代
わってより高温側で新しく分解が起こることを示すピー
クが現れることを発見したことに基づく。このことによ
り、燃焼において燃焼表面温度が上昇し、この結果燃焼
速度が増大する。なお、本発明品の熱分解温度が上昇す
る理由は、燃焼表面において、硝酸アンモニウムが溶融
し、このとき配合有効元素が硝酸アンモニウムと反応
し、熱分解温度が硝酸アンモニウムより高温の硝酸塩
(または亜硝酸塩、したがって本発明では亜硝酸塩も硝
酸塩に含まれる)を生成するためと推定される。このよ
うな場合には、一般的には硝酸アンモニウムが反応して
分解点の高い硝酸塩を生成するに必要な配合有効物の理
論的な量(たとえば配合有効物がマグネシウム単体の場
合には、硝酸アンモニウム2モルに対してマグネシウム
1モルが反応して硝酸マグネシウム1モルが生成するの
で、理論量比は硝酸アンモニウム(分子量80)の2モ
ルの重量160gに対して、マグネシウム(原子量2
4.3)1モルの重量24.3g)を添加する必要があ
ると考えられるが、この予想に反して、その添加量が非
常に少ない段階でも、燃焼速度が劇的に増加することを
さらに発見した。一方、配合有効物が硝酸アンモニウム
と反応して配合有効元素の硝酸塩や亜硝酸塩にならない
場合には、燃焼反応相の反応速度増加が起こらず有効で
ないばかりか、硝酸アンモニウムのガス発生効率が良好
な点を生かせなくなることがある。なお、配合有効物と
硝酸アンモニウムを主成分とするが、これらが耐用必要
温度範囲において反応して、一部または全部が分解する
など不安定にならないように、配合有効物について、表
面を安定な高分子物で覆う等の表面不活性化、化合物と
して安定化、安定な金属との合金化などの処理をするこ
とは常識的に行うことができる。
The present invention relates to these ammonium nitrates,
Thermal decomposition temperature of ammonium nitrate (210
℃), which is selected from the group consisting of simple substances of the elements that form nitrates with a thermal decomposition temperature of over (referred to as effective compounding elements), alloys of the elements, and compounds of the elements (these are collectively referred to as effective compounding substances). It is characterized by blending at least one kind. In general, when a gas generating agent burns, the combustion surface is heated and the surface temperature rises, thereby decomposing the gas generating agent, generating a flammable gas, and causing a combustion reaction in the gas phase to cause a gas temperature. Rise and develop into a flame. At this time, it is said that the higher the combustion surface temperature and the flame temperature, the higher the combustion speed. The present invention relates to a method for measuring a differential scanning calorimeter (hereinafter referred to as DSC), in which, in the case of a generator containing ammonium nitrate, an element which produces a nitrate having a thermal decomposition temperature higher than the thermal decomposition temperature of ammonium nitrate is added. Decomposition in the thermal decomposition temperature range is based on the discovery that disappearance or a significant decrease in the calorific value has occurred, and a new peak appears on the higher temperature side, which indicates that new decomposition occurs. This raises the combustion surface temperature in the combustion and, as a result, increases the combustion rate. The reason why the thermal decomposition temperature of the product of the present invention is increased is that ammonium nitrate is melted on the combustion surface, and at this time, the compounded effective element reacts with ammonium nitrate, and the thermal decomposition temperature is higher than that of ammonium nitrate. In the present invention, nitrite is also included in nitrate). In such a case, in general, the theoretical amount of the compounded effective substance necessary for the ammonium nitrate to react to form a nitrate having a high decomposition point (for example, when the compounded effective substance is magnesium alone, ammonium nitrate 2 Since 1 mol of magnesium reacts with 1 mol of mol to produce 1 mol of magnesium nitrate, the theoretical ratio is 2 g of ammonium nitrate (molecular weight: 80) and 160 g of 2 mol of ammonium nitrate (molecular weight: 2).
4.3) It is thought that it is necessary to add 24.3 g) of 1 mol, but contrary to this expectation, even at a very small amount of addition, it is further confirmed that the burning rate increases dramatically. discovered. On the other hand, when the compounded effective substance does not react with ammonium nitrate to become nitrate or nitrite of the compounded effective element, the reaction rate of the combustion reaction phase does not increase and it is not effective, and the gas generation efficiency of ammonium nitrate is good. May not be able to survive. In addition, the compounded effective substance and ammonium nitrate are the main components, but the surface of the compounded effective substance should be stable so that they do not react in the required temperature range and become unstable such as partial or total decomposition. Processing such as surface inactivation such as covering with a molecular substance, stabilization as a compound, and alloying with a stable metal can be performed by common sense.

【0010】配合有効元素として、代表的にはリチウ
ム、ナトリウム、カリウム、銀、マグネシウム、カルシ
ウム、ストロンチウム、カドミウム、鉛、ビスマスなど
がある。これらの中で、価格が比較的安価で入手性が良
好、かつ金属毒性が少ないなどの点からマグネシウム、
カルシウム、ストロンチウムが好ましい。
[0010] Typical effective elements to be blended include lithium, sodium, potassium, silver, magnesium, calcium, strontium, cadmium, lead and bismuth. Among them, magnesium is relatively inexpensive, has good availability, and has low metal toxicity.
Calcium and strontium are preferred.

【0011】これらの配合有効元素を単体で添加する場
合には、例えば表面をこの技術分野ではよく知られてい
る高分子物等で覆った表面不活性化粉体などの安定化さ
れた形態で添加することが好ましい。また、元素を合金
で添加する場合としては、マグネシウムとアルミニウム
合金(マグナリウム)の粉末が代表的である。
[0011] When these compounded effective elements are added alone, for example, in a stabilized form such as a surface-inactivated powder whose surface is covered with a polymer or the like well known in this technical field. It is preferred to add. When the element is added as an alloy, a powder of magnesium and an aluminum alloy (magnalium) is typical.

【0012】また、有効配合物が化合物である場合のそ
の化合物としては、元素やその元素の合金形態で使用す
る場合と同様に、硝酸アンモニウムと混合して加熱した
場合に、硝酸アンモニウムの融解温度(化学便覧基礎編
I−178ページでは169.6℃)付近以上の温度で
反応して、硝酸アンモニウムの分解点以上の分解点を持
つ硝酸塩や亜硝酸塩を生成するものであればよい。この
現象は例えばDSCなどで容易に計測できる。例えばサ
ンプル量1〜4mgで昇温速度10℃/分の条件下でD
SCを測定した場合には、硝酸カリウムによる相安定化
硝酸アンモニウムでは約150〜165℃で融解のため
の吸熱が現れ、次に、約265〜297℃(以下約28
0℃とする)で分解が始まるピークが現れるが、配合有
効物を配合した混合物では、約280℃での分解ピーク
は小さくなるか、またはまったく現れなくなり、350
〜450℃に分解ピークが新しく現れるようになる。配
合有効物が化合物である場合の例として、配合有効元素
の蟻酸、蓚酸、酢酸などの有機酸塩、ホウ素化物、窒化
物、ハロゲン化物、チオ硫酸塩、メタほう酸塩、クロム
酸塩、重クロム酸塩、モリブデン酸塩、など硝酸塩を除
く無機塩や無機化合物である。中でも有機塩、ホウ素化
物、窒化物はガス発生効率がよく、安定なので好まし
い。
When the effective compound is a compound, the compound may be mixed with ammonium nitrate and heated at the melting temperature of ammonium nitrate (chemical temperature) as in the case of using the compound in the form of an element or an alloy of the element. Any material that reacts at a temperature of about 169.6 ° C. or higher in Handbook Basic Edition, page I-178) or higher to generate nitrate or nitrite having a decomposition point equal to or higher than the decomposition point of ammonium nitrate may be used. This phenomenon can be easily measured by, for example, DSC. For example, with a sample amount of 1 to 4 mg, D
When the SC was measured, an endotherm for melting appeared at about 150 to 165 ° C for the phase-stabilized ammonium nitrate with potassium nitrate, and then at about 265 to 297 ° C (hereinafter about 28 to 297 ° C).
(At 0 ° C.), the decomposition peak appears at about 280 ° C. in the mixture containing the effective compound, or the peak does not appear at all at about 280 ° C.
A new decomposition peak appears at ~ 450 ° C. When the compounded effective substance is a compound, examples of the compounded effective element are organic acid salts such as formic acid, oxalic acid, and acetic acid, boride, nitride, halide, thiosulfate, metaborate, chromate, and bichromium. Inorganic salts and compounds other than nitrates such as acid salts and molybdates. Among them, organic salts, borides and nitrides are preferable because they have high gas generation efficiency and are stable.

【0013】配合有効物の添加量は硝酸アンモニウム1
モル(80g)に対して配合有効元素量は0.05モル
〜1.1モル、好ましくは0.08モル〜1モルであ
る。これより少ない範囲では燃焼速度の増加効果が少な
い。また、これより多い場合には、ガス発生効率が従来
品と同等またはそれ以下に低くなってしまう。
[0013] The amount of the effective compound added is 1 part of ammonium nitrate.
The effective amount of the compounded element is from 0.05 mol to 1.1 mol, preferably from 0.08 mol to 1 mol, per mol (80 g). If the range is less than this, the effect of increasing the combustion speed is small. If it is more than this, the gas generation efficiency will be equal to or lower than the conventional product.

【0014】硝酸アンモニウムに配合有効物を加えた組
成に、さらに窒素含有有機物、バインダ、補助酸化剤お
よび金属窒化物の1種または2種以上を加え、ガス組
成、ガス発生剤形状および強度等を持たすように調整す
ることが可能である。
A composition obtained by adding an effective compound to ammonium nitrate is further added with one or more of a nitrogen-containing organic substance, a binder, an auxiliary oxidizing agent, and a metal nitride to have a gas composition, a gas generating agent shape and strength, and the like. It is possible to adjust as follows.

【0015】窒素含有有機物としては、一般的にエアバ
ッグ用ガス発生剤に用いられるもので、例えばニトログ
アニジン、硝酸グアニジン、アミトテトラゾールなどの
テトラゾール誘導体、アゾジカルボンアミド、などが代
表的である。
As the nitrogen-containing organic substance, those generally used for a gas generating agent for an air bag, for example, nitroguanidine, guanidine nitrate, tetrazole derivatives such as amitotetrazole, and azodicarbonamide are representative.

【0016】バインダには無機バインダおよび有機バイ
ンダを用いることができる。無機バインダとしては水ガ
ラスが代表的であり、これを加えて混合後加圧成形する
ことによって成形体を得ることができる。有機バインダ
として液状高分子と硬化剤を主成分とする樹脂を用いる
場合には、例えば水酸基をもつプレポリマーとイソシア
ネートからなるウレタン系、エポキシ樹脂とその硬化剤
からなるエポキシ系、不飽和結合をもつプレポリマーと
過酸化物等のラジカル発生剤とその助剤からなるポリエ
ステル系などが一般的であり、これらを加えて混合後指
定形状に成形してから硬化させる等の工程でガス発生剤
成形物を得ることができる。また、有機バインダに熱可
塑性樹脂を用いる場合には、例えばアセチルセルロー
ス、ブチルセルロースなど溶剤に可溶な熱可塑性樹脂、
可塑剤、溶剤等と本発明ガス発生組成物とを混合後指定
形状に成形してから加温乾燥させる等の工程でガス発生
剤成形物を得ることができる。
As the binder, an inorganic binder and an organic binder can be used. A typical example of the inorganic binder is water glass, and a molded product can be obtained by adding, mixing, and press-molding. When a resin containing a liquid polymer and a curing agent as main components is used as an organic binder, for example, a urethane system composed of a prepolymer having a hydroxyl group and an isocyanate, an epoxy system composed of an epoxy resin and its curing agent, and an unsaturated bond Generally, polyester-based products consisting of a prepolymer, a radical generator such as a peroxide, and an auxiliary agent, and the like, are added, mixed, molded into a specified shape, and then cured. Can be obtained. When a thermoplastic resin is used for the organic binder, for example, acetyl cellulose, a thermoplastic resin soluble in a solvent such as butyl cellulose,
After mixing a plasticizer, a solvent, and the like with the gas generating composition of the present invention, forming the mixture into a specified shape, followed by heating and drying, a gas generating agent molded product can be obtained.

【0017】補助酸化剤は、前に記したように、硝酸ア
ンモニウムは他を酸化する酸素が少ないので、これを補
助するために加えることができる。この例としては硝酸
カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸ストロンチウムなどが
一般的である。なお、硝酸カリウムは、硝酸アンモニウ
ムの相変化を安定化するために加えると好適である。
Auxiliary oxidants, as noted above, can be added to help ammonium nitrate because it has less oxygen to oxidize others. Examples of this are generally potassium nitrate, sodium nitrate, strontium nitrate and the like. Note that potassium nitrate is preferably added to stabilize the phase change of ammonium nitrate.

【0018】金属窒化物は硝酸アンモニウムの酸素と結
合して発熱し、しかも燃焼で炭素の酸化物を発生しない
ので、好ましくないガスが極めて少ないガスが得られや
すく、かつガス発生効率がよいので、特にエアバッグ用
のガス発生剤に用いると有効である。金属窒化物はアジ
化物を含まない。この例として窒化ホウ素、窒化珪素、
窒化アルミニウムなどが代表的である。
The metal nitride combines with the oxygen of ammonium nitrate to generate heat, and does not generate carbon oxides during combustion. Therefore, it is easy to obtain an extremely small amount of undesired gas and the gas generation efficiency is high. It is effective when used as a gas generating agent for airbags. Metal nitrides do not contain azide. Examples of this are boron nitride, silicon nitride,
A typical example is aluminum nitride.

【0019】本発明のガス発生剤にはそのほかに、金属
粉や成形助剤、スラグ形成剤などガス発生剤に一般的に
加えられる材料を目的に応じて添加してもよい。
In addition to the gas generating agent of the present invention, other materials generally added to the gas generating agent, such as metal powder, molding aid, and slag forming agent, may be added according to the purpose.

【0020】実施例1 硝酸アンモニウムは30〜80℃において体積変化を伴
う相変化を起こすが、ガス発生剤のように、この相変化
が特性に影響する場合には、これを防いで安定化させた
相安定化硝酸アンモニウム(PSANという)を用いる
ことが好ましい。本実施例でも硝酸カリウムを用いてP
SANを作成し、これを用いた。PSANは硝酸アンモ
ニウム90%、硝酸カリウム10%(いずれも重量%、
以下同じ)に水を両者の混合物に対し外割20〜50%
加え、100℃〜140℃に加熱溶解させ、乾燥させて
粉砕することによって作成した。そのほかの成分は一般
的に用いられている化学薬品であり、これらを用いて表
1の組成の試料を作成した。この試料の熱分解に関する
データを得た。この測定は、試料1.5〜3.5mgを
アルミニウム製密閉容器につめて昇温速度10℃/分で
DSC(島津製作所製)を用いて加熱し分解状況を測定
した。この結果を表1に示す。表1で、分解ピーク1は
硝酸アンモニウムの分解温度範囲の分解開始温度、ピー
ク温度、分解熱(ピークの面積から発熱量が求まりこの
熱量を試料量で除してJ/gの単位で示してある)を、
また分解ピーク2には新しく現れた分解ピークのそれら
を記載した。この条件では、比較例1に示すように、硝
酸アンモニウムは化学便覧に示されている熱分解温度よ
り高い温度で分解する。比較例2〜比較例5の組成のよ
うに比較的酸化されやすい物質を配合してもほとんどP
SAN単体と同じ熱分解温度範囲で発熱量を増すことな
く、したがって加えられた燃料成分を燃焼させることな
く、硝酸アンモニウムが最初に分解してしまっているよ
うな分解ピークが現れている。本発明ガス発生剤の場合
には、実施例1−2のように硝酸アンモニウムの分解ピ
ークと同じ温度範囲に分解熱が小さい、したがって分解
量が少ない分解ピークが現われることがあるが、多くの
場合、硝酸アンモニウムの分解範囲のピークは消失し、
それより70〜130℃高温でPSANと同等の分解熱
を持つ新しい分解ピークが現れることが示されている。
Example 1 Ammonium nitrate undergoes a phase change accompanied by a volume change at 30 to 80 ° C. When the phase change affects the characteristics like a gas generating agent, it is prevented and stabilized. It is preferred to use phase stabilized ammonium nitrate (PSAN). Also in this embodiment, potassium nitrate is used to form P.
A SAN was created and used. PSAN is 90% ammonium nitrate and 10% potassium nitrate (both in weight%,
The same applies hereinafter) and water is added to the mixture of the two in an outer ratio of 20 to 50%.
In addition, it was prepared by heating and melting at 100 ° C. to 140 ° C., drying and pulverizing. The other components are commonly used chemicals, and a sample having the composition shown in Table 1 was prepared using these components. Data on the thermal decomposition of this sample was obtained. In this measurement, 1.5 to 3.5 mg of a sample was packed in an aluminum sealed container, heated at a heating rate of 10 ° C./min using a DSC (manufactured by Shimadzu Corporation), and the decomposition state was measured. Table 1 shows the results. In Table 1, decomposition peak 1 is indicated in units of J / g by decomposing temperature, peak temperature, and heat of decomposition in the decomposition temperature range of ammonium nitrate (the calorific value is determined from the area of the peak, and the calorific value is divided by the sample amount). ),
In addition, those of newly appeared decomposition peaks are described in decomposition peak 2. Under this condition, as shown in Comparative Example 1, ammonium nitrate decomposes at a temperature higher than the thermal decomposition temperature shown in the Chemical Handbook. Even when a relatively oxidizable substance such as the composition of Comparative Examples 2 to 5 is blended,
A decomposition peak appears as if ammonium nitrate had been decomposed first without increasing the calorific value in the same pyrolysis temperature range as SAN alone and without burning the added fuel component. In the case of the gas generating agent of the present invention, a decomposition peak having a small heat of decomposition and thus a small amount of decomposition may appear in the same temperature range as the decomposition peak of ammonium nitrate as in Example 1-2, but in many cases, The peak in the decomposition range of ammonium nitrate disappears,
It is shown that a new decomposition peak having a heat of decomposition equivalent to that of PSAN appears at 70 to 130 ° C. higher.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】実施例2 本発明ガス発生剤の燃焼状況を測定した。表2のガス発
生剤組成を混合し、加圧プレスによって直径5mm、最
大厚さ約1mmの円盤状錠剤を作成した。また、着火薬
として、ホウ素22%硝酸カリウム78%の混合物を加
圧プレスによって1粒150mg、直径5mmの円盤状
錠剤を作成した。また、点火薬として、チタン粉末45
%と過塩素酸カリウム55%の混合物を作成した。燃焼
速度測定のため、安全弁、弁つきガス抜きパイプ、内圧
測定センサおよび点火電流端子を有する内容積約15m
lの圧力容器、および圧力測定器を用意した。さらに発
生ガス中に含まれる好ましくないガス、すなわち、C
O、Cl、NO、NH3が測定できるGASTECH社
製検知管ガス測定器と検知管を用意した。
Example 2 The combustion state of the gas generating agent of the present invention was measured. The gas generating compositions shown in Table 2 were mixed, and a disc-shaped tablet having a diameter of 5 mm and a maximum thickness of about 1 mm was prepared by a press. In addition, a disc-shaped tablet having a particle size of 150 mg and a diameter of 5 mm was prepared by a press using a mixture of 22% boron and 78% potassium nitrate as an igniting agent. Also, titanium powder 45 is used as an ignition charge.
% And potassium perchlorate 55%. Approximately 15m internal volume with safety valve, venting pipe with valve, internal pressure measurement sensor and ignition current terminal for combustion rate measurement
1 pressure vessel and a pressure measuring device were prepared. Further, an undesirable gas contained in the generated gas, namely, C
A detection tube gas measuring device and a detection tube manufactured by GASTECH, which can measure O, Cl, NO, and NH 3, were prepared.

【0023】なお、表2の組成は、ガスモル数の欄に記
載されているように、基本的な化学式からガス発生量を
計算し、現在一般的に用いられているガス発生剤のガス
発生モル数25モル/kg以上が得られる組成を選定し
た。
In the composition of Table 2, as described in the column of the number of moles of gas, the amount of generated gas is calculated from a basic chemical formula, and the amount of generated gas of a gas generating agent generally used at present is calculated. A composition capable of obtaining several 25 mol / kg or more was selected.

【0024】圧力容器の点火電源端子に直径約0.4m
mのニクロム線と圧力センサを取り付け、これに前記の
ガス発生剤錠剤の厚さを測定した後、0.5〜1gを秤
量して圧力容器内に充填した(充填したガス発生剤重量
をWとする)。これに前記着火薬錠剤1錠と点火薬粉末
100mgを入れ圧力容器を密閉した後、ガス抜きパイ
プの弁を閉じ、圧力センサを圧力測定器に接続して圧力
を測定できるようにした。これに約30ボルトの交流電
源を点火電源に送りガス発生剤を着火させ、圧力と時間
の関係(圧力時間データという)を測定記録した。燃焼
完了後、検知管ガス測定器をガス抜きパイプに取り付
け、弁を開放して検知管によるガス濃度を測定した。こ
の結果を表2毒性ガス濃度の欄に示す。圧力時間データ
は初期圧力(0atm)から時間とともに除々に上昇し
最高圧力(Pmax)を示して平衡に達する。このデー
タから、密閉容器試験における燃焼速度の計算を行っ
た。この原理は、圧力時間データの最高圧力(Pma
x)で充填されたガス発生剤全量(W)が燃焼したと仮
定する。各時間(ti)の圧力(Pi)をPmaxで除
した値(Pi/Pmax)は、各時間(ti)までに燃
焼したガス発生剤の量(Wi)と全量の比(Wi/W)
に相当していると考える。すなわち、Pi/Pmax=
Wi/Wが成立する。ここで実験値からPi、Pma
x、Wは測定できているからWiを計算できる。各時間
(ti)で残存しているガス発生剤の量(Wr)とWi
の和がW、従ってWr=W−WiであるからWrも求め
ることができる。初期ガス発生剤の直径をDo、厚さを
To、各時間(ti)までに燃焼した燃焼距離をhi、
ガス発生剤の密度をd、ガス発生剤の粒数をnとすれ
ば、 W=(π/4)×n×d×Do2×To, Wr=(π/4)×n×d×(Do−2×hi)2×(To−2×hi) =W−Wi の関係がある。
About 0.4 m in diameter to the ignition power supply terminal of the pressure vessel
m and a pressure sensor, and the thickness of the gas generating agent tablet was measured. Then, 0.5 to 1 g was weighed and filled in the pressure vessel (the weight of the charged gas generating agent was W And). One tablet of the igniting powder and 100 mg of the igniting powder were added thereto, the pressure vessel was sealed, the valve of the gas vent pipe was closed, and the pressure sensor was connected to a pressure measuring device so that the pressure could be measured. An AC power supply of about 30 volts was supplied to the ignition power supply to ignite the gas generating agent, and the relationship between pressure and time (referred to as pressure time data) was measured and recorded. After the combustion was completed, a gas detector was attached to the gas vent pipe, the valve was opened, and the gas concentration was measured by the detector tube. The results are shown in the column of toxic gas concentration in Table 2. The pressure time data gradually increases with time from the initial pressure (0 atm), shows the maximum pressure (Pmax), and reaches an equilibrium. From this data, the burning rate in the closed vessel test was calculated. This principle is based on the maximum pressure (Pma
It is assumed that the entire amount (W) of the gas generant charged in x) has burned. The value (Pi / Pmax) obtained by dividing the pressure (Pi) at each time (ti) by Pmax is the ratio of the amount (Wi) of the gas generating agent burned up to each time (ti) to the total amount (Wi / W).
Is considered to be equivalent to That is, Pi / Pmax =
Wi / W is established. Here, Pi, Pma
Since x and W can be measured, Wi can be calculated. The amount (Wr) of the gas generating agent remaining at each time (ti) and Wi
Is W, and therefore Wr = W−Wi, so that Wr can also be obtained. The diameter of the initial gas generating agent is Do, the thickness is To, the burning distance burned by each time (ti) is hi,
If the density of the gas generating agent is d and the number of particles of the gas generating agent is n, W = (π / 4) × n × d × Do 2 × To, Wr = (π / 4) × n × d × ( Do−2 × hi) 2 × (To−2 × hi) = W−Wi.

【0025】この関係から、 Wi/W=1−(Wr/W) =1−(Do−2×hi)2×(To−2×hi)/(Do2×To) となり、hi以外は既知であるから、hiも計算でき、
時間(ti)ごとの燃焼距離(hi)を計算できる。例
えば、圧力150atm(約15MPa)での燃焼速度
は、圧力148atmの時間(ti)とそのときの燃焼
距離(hi)および圧力152atmの時の時間(t
i+1)とそのときの燃焼距離(hi+1)を求めると、 (hi+1−hi)/(ti+1−ti) となる。このようにして圧力150atmの時の燃焼速
度を求めた。この結果を表2の燃焼速度の欄に記載し
た。この結果、本発明ガス発生剤は、ガス発生効率が従
来より良好で、好ましくないガスも極めて少なく(現状
のエアバッグ用ガス発生剤の燃焼ガスでは、たとえばN
Oは1000ppm程度も含まれている)、かつ燃焼速
度も比較例の2〜10倍に増加している。なお、表2
中、NDは「検出せず」、NMは「測定せず」の意であ
る。
From this relationship, Wi / W = 1− (Wr / W) = 1− (Do−2 × hi) 2 × (To−2 × hi) / (Do 2 × To), and other than hi are known. So that hi can also be calculated,
The combustion distance (hi) for each time (ti) can be calculated. For example, the combustion rate at a pressure of 150 atm (about 15 MPa) is determined by the time (ti) at the pressure of 148 atm, the combustion distance (hi) at that time, and the time (t) at the pressure of 152 atm.
i + 1) and when determining the combustion distance at that time (h i + 1), a (h i + 1 -hi) / (t i + 1 -ti). Thus, the burning rate at a pressure of 150 atm was obtained. The results are shown in the column of combustion rate in Table 2. As a result, the gas generating agent of the present invention has a better gas generating efficiency than the conventional gas generating agent, and has extremely few undesired gases.
O is contained in the order of 1000 ppm), and the burning rate is also increased by 2 to 10 times that of the comparative example. Table 2
ND means “not detected” and NM means “not measured”.

【0026】[0026]

【表2】 [Table 2]

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス発生
剤は、従来の硝酸アンモニウム系ガス発生剤に比べて、
その熱分解温度を上昇することができ、したがって、ガ
ス発生剤の表面温度を上昇することができ、その結果、
燃焼速度を増大することができる。
As described above, the gas generating agent of the present invention is more effective than the conventional ammonium nitrate based gas generating agent.
Its pyrolysis temperature can be raised, and thus the surface temperature of the gas generant can be raised,
The burning rate can be increased.

【0028】そのため、本発明のガス発生剤は、ガス発
生速度が大幅に向上し、しかもガス発生効率も優れてお
り、加えて生体に好ましくないガス成分の発生は抑制す
ることができる。
Therefore, the gas generating agent of the present invention has a remarkably improved gas generating speed and excellent gas generating efficiency, and can suppress generation of gas components which are not desirable for living organisms.

【0029】したがって、本発明のガス発生剤は、エア
バッグ装置、ロケット推進薬等、ガス発生効率が高く、
かつ高速でガス発生することが要求される分野において
有用である。
Therefore, the gas generating agent of the present invention has a high gas generation efficiency, such as an airbag device and a rocket propellant,
And it is useful in the field where high-speed gas generation is required.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 硝酸アンモニウムを含むガス発生剤にお
いて、硝酸アンモニウムの熱分解温度以上の熱分解温度
を持つ硝酸塩を生成する元素の単体、その元素の合金お
よびその元素の化合物からなる群から選ばれる少なくと
も1種を配合してなるガス発生剤。
1. A gas generating agent containing ammonium nitrate, wherein at least one selected from the group consisting of a simple substance of an element generating a nitrate having a thermal decomposition temperature higher than the thermal decomposition temperature of ammonium nitrate, an alloy of the element, and a compound of the element A gas generating agent containing seeds.
【請求項2】 元素が、マグネシウム、カルシウムまた
はストロンチウムである請求項1記載のガス発生剤。
2. The gas generating agent according to claim 1, wherein the element is magnesium, calcium or strontium.
【請求項3】 元素の化合物がほう化物、窒化物、ハロ
ゲン化物、または有機酸塩である請求項1または2記載
のガス発生剤。
3. The gas generating agent according to claim 1, wherein the compound of the element is a boride, a nitride, a halide, or an organic acid salt.
【請求項4】 窒素含有有機物、バインダ、補助酸化
剤、および金属窒化物の少なくとも1種をさらに配合し
てなる請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス発生
剤。
4. The gas generating agent according to claim 1, further comprising at least one of a nitrogen-containing organic substance, a binder, an auxiliary oxidizing agent, and a metal nitride.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE458828A (en) * 1942-11-06
US2789043A (en) * 1953-04-30 1957-04-16 Ici Ltd Blasting charge composition
US2954284A (en) * 1958-02-13 1960-09-27 Ohio Commw Eng Co Fuel comprising a mixture of ammonium nitrate and metal particles
US5076868A (en) * 1990-06-01 1991-12-31 Thiokol Corporation High performance, low cost solid propellant compositions producing halogen free exhaust
US5271778A (en) * 1991-12-27 1993-12-21 Hercules Incorporated Chlorine-free solid rocket propellant for space boosters
US5641938A (en) * 1995-03-03 1997-06-24 Primex Technologies, Inc. Thermally stable gas generating composition
JP2000154087A (en) * 1998-11-13 2000-06-06 Nippon Plast Co Ltd Gas generating composition

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