JP2013193948A - 非火薬ガス発生組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】流動性が良好で、ガス発生量が多く、高温下においても製品安定性に優れる、テルミット反応により発生した高温を利用した非火薬ガス発生組成物を提供する。
【解決手段】平均粒子径３００〜５００μｍのプラスチック粉体が、有機質バインダーに結合された平均粒子径５〜４０μｍの酸化第二銅及び平均粒子径２０〜６０μｍのアルミニウムにより被覆された非火薬ガス発生組成物であって、
プラスチック粉体は、粒子径１２００μｍ以上のものが２０重量％以下であり、
酸化第二銅とアルミニウムとの重量比は、７４：２６〜８６：１４であり、
酸化第二銅とアルミニウムとの総量１００重量部に対し、プラスチック粉体８０〜１２０重量部、及び有機質バインダー１．７重量部以下であることを特徴とする組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、ガスを発生させるテルミット反応を利用した非火薬ガス発生組成物に関する。

従来、多くの分野において、テルミット反応で生じる高熱を利用して発生させたガスが利用されている。例えば、岩石やコンクリート構造物等の破砕（特許文献１〜３）、並びにエアバッグの膨張（特許文献４）等に利用されている。

しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術においては、ガス発生剤としてカリ明礬（硫酸カリウムアルミニウム１２水和物）等の水和物が使用されているために、高温下にさらされると水和物が分離蒸発して、本来の性能を維持できなくなるという問題があった。

また、特許文献４に記載の技術においては、ポリオキシメチレンを使用しているが、混合物をペレット状にしているため、流動性が乏しく使用用途が限定されるという問題があった。

特許第２７０２７１６号明細書 特許第３８１３５６０号明細書 特許第３６８８８５５号明細書 特開２００４−５９３３１号公報

本発明の目的は、流動性が良好で、ガス発生量が多く、高温下においても製品安定性に優れた非火薬ガス発生組成物を提供することにある。

本発明者らは、製品安定性及びガス発生力の向上という観点から鋭意検討を重ねた結果、テルミット反応を生じる酸化第二銅及びアルミニウムと、ガス発生剤であるプラスチック粉体とを、特定の粒径のものを特定の割合で混合し、これを有機質のバインダーを使用して造粒することで、流動性が良好で、高温下においても製品安定性に優れ、さらにはガス発生力が高くなることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の要旨は、
（１） 平均粒子径３００〜５００μｍのプラスチック粉体が、有機質バインダーに結合された平均粒子径５〜４０μｍの酸化第二銅及び平均粒子径２０〜６０μｍのアルミニウムにより被覆された非火薬ガス発生組成物であって、
プラスチック粉体は、粒子径１２００μｍ以上のものが２０重量％以下であり、
酸化第二銅とアルミニウムとの重量比は、７４：２６〜８６：１４であり、
酸化第二銅とアルミニウムとの総量１００重量部に対し、プラスチック粉体８０〜１２０重量部、及び有機質バインダー１．７重量部以下であることを特徴とする組成物、
（２）プラスチック粉体の平均粒子径が、酸化第二銅の平均粒子径及びアルミニウムの平均粒子径の６倍以上である、（１）に記載の非火薬ガス発生組成物、
（３） 平均粒子径が３００〜５００μｍであり、粒子径１２００μｍ以上のものが２０重量％以下であるプラスチック粉体、
平均粒子径５〜４０μｍの酸化第二銅、
平均粒子径２０〜６０μｍのアルミニウム、及び
溶剤に溶解した有機質バインダーを、
酸化第二銅とアルミニウムとの重量比７４：２６〜８６：１４、酸化第二銅とアルミニウムとの総量１００重量部に対し、プラスチック粉体８０〜１２０重量部、及び有機質バインダー１．７重量部以下の割合で混合し、
溶剤を揮発させることにより、有機質バインダーに結合された酸化第二銅とアルミニウムにてプラスチック粉体を被覆することにより得られる非火薬ガス発生組成物、
に存する。

本発明によれば、流動性が良好で、ガス発生力が高く、高温下においても製品安定性に優れた非火薬ガス発生組成物を提供できる。

以下、本発明の非火薬ガス発生組成物について詳細に説明する。
本発明の非火薬ガス発生組成物は、テルミット反応を生じる酸化第二銅及びアルミニウム、ガス発生剤であるプラスチック粉体、結合剤である有機質バインダーを、特定の粒径のものを特定の割合で混合し、これを有機質のバインダーを使用して造粒することにより得られる。
本発明にかかる非火薬ガス発生組成物は、プラスチック粉体と、該粉体の表面上にバインダーにより付着した酸化第二銅粒子及びアルミニウム粒子とを含むものである。

（酸化第二銅及びアルミニウム）
本発明においては、テルミット反応を生じる組合せとして、酸化第二銅とアルミニウムとが重量比７４：２６〜８６：１４で使用される。酸化第二銅とアルミニウムとの重量比は、７８：２２〜８３：１７であることが好ましい。重量比が範囲外であると、テルミット反応時の発熱量が小さくなるために、ガス発生剤であるプラスチック粉体を完全に燃焼できなくなり、所望のガス発生量が得られなくなる。酸化第二銅は、平均粒子径が５〜４０μｍ、アルミニウムは平均粒子径が２０〜６０μｍのものが使用される。

（プラスチック粉体）
プラスチック粉体は、本発明における組成物の核となる粉体であり、テルミット反応により発生する熱により燃焼分解してガスを発生する。プラスチック粉体は、熱分解しやすいものほどよいが、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエチレン等が使用できる。本発明において、プラスチック粉体は、平均粒子径が３００〜５００μｍであり、粒子径１２００μｍ以上が２０重量％以下であるものが使用される。粒子径１２００μｍ以上のプラスチック粉体が２０重量％を超えると、未反応のプラスチック粉体が残り、ガス発生量が低下する傾向がある。

テルミット反応熱を十分に発生させ、所望のガス発生量を得るためには、プラスチック粉体の平均粒子径は、酸化第二銅の平均粒子径及びアルミニウムの平均粒子径の６倍以上であることが好ましく、８倍以上であることが更に好ましい。

（バインダー）
本発明において、バインダーは有機質のものであり、製造時には、溶剤に溶解した状態で使用される。有機質バインダーの種類は、使用する溶剤に溶解するものであれば特に限定されないが、ポリエチレンや塩化ビニル等が使用されることが好ましい。また、溶剤としては、アセトン、イソプロピルアルコール、酢酸イソアミル等の有機バインダーを溶解するものであれば、いかなるものも使用できる。

本発明の非火薬ガス発生組成物においては、酸化第二銅及びアルミニウムの総量１００重量部に対し、プラスチック粉体が８０〜１２０重量部、及び有機質バインダーが１．７重量部以下である。プラスチック粉体が上記範囲内であると、効率よくガスを発生することができる。さらに有機質バインダーは、酸化第二銅及びアルミニウムの総量１００重量部に対し、０．６〜１．７重量部であることが好ましく、０．８〜１．５重量部であることが特に好ましい。バインダーの配合量が少ないと、非火薬発生組成物の硬度が低く、粉化・分離するという問題が発生し、バインダーの配合量が多いと、テルミット反応を阻害し、所望のガス発生量が得られないという問題が発生する。

本発明において、平均粒子径とは、質量基準の平均粒子径であり、篩い分け法で質量基準の累積粒度分布で５０％の粒子径として定義される。具体的には、ロータップ型篩振盪機とＪＩＳ Ｚ ８８０１−１に規定する篩分け法を用いて測定される。

本発明の非火薬ガス発生組成物は、例えば、以下のように製造される。
酸化第二銅、アルミニウム及びプラスチック粉体をボールミルで混合する。擂潰機に前記混合物を入れ、さらにバインダー（例えば塩化ビニル）を溶剤（例えばイソプロピルアルコール）に溶解させたものを加えて、擂潰混合する。溶剤の揮発性にもよるが、常温で揮発しにくい溶剤を使用する場合には、擂潰機を加温しながら擂潰する。酸化第二銅及びアルミニウムはバインダーに結合されながらプラスチック表面上に付着し、粒状に成形され、溶剤が完全に揮発した段階で擂潰を止め、本発明の非火薬ガス発生組成物とする。

本発明においては、造粒工程に擂潰機を使用して、バインダーを溶解している溶剤を造粒工程において除去することにより、簡便な方法で、非火薬ガス発生組成物を流動性の良い粒径に造粒することができる。

本発明を、実施例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみによって限定されるものではない。

（実施例１）
酸化第二銅（平均粒子径３５μｍ）４１重量部、アルミニウム（平均粒子径４５μｍ）９重量部、及びポリアセタール樹脂（平均粒子径が４００μｍ、粒子径１２００μｍ以上が６重量％）５０重量部をボールミルにて混合した。その混合物１００重量部に対して外割で、イソプロピルアルコール３０重量部に塩化ビニル粉末１重量部を溶解したものを添加し、擂潰機に投入して擂潰し、溶剤を完全に揮発させて造粒した。

（実施例２）
酸化第二銅（平均粒子径２０μｍ）３８．５重量部、アルミニウム（平均粒子径２５μｍ）１１．５重量部、及びポリアセタール樹脂（平均粒子径が４００μｍ、粒子径１２００μｍ以上が１５重量％）５０重量部をボールミルにて混合した。その混合物１００重量部に対して外割で、イソプロピルアルコール３０重量部に塩化ビニル粉末１．３重量部を溶解したものを添加し、擂潰機に投入して擂潰し、溶剤を完全に揮発させて造粒した。

（比較例１）
酸化第二銅（平均粒子径３５μｍ）４１重量部、アルミニウム（平均粒子径４５μｍ）９重量部、及びポリアセタール樹脂（平均粒子径が４００μｍ、粒子径１２００μｍ以上が２５重量％）５０重量部をボールミルにて混合した。その混合物１００重量部に対して外割で、イソプロピルアルコール３０重量部に塩化ビニル粉末１重量部を溶解したものを添加し、擂潰機に投入して擂潰し、溶剤を完全に揮発させて造粒した。

（比較例２）
酸化第二銅（平均粒子径３５μｍ）４１重量部、アルミニウム（平均粒子径４５μｍ）９重量部、及び硫酸マグネシウム７水和物５０重量部をボールミルにて混合した。その混合物１００重量部に対して外割で、イソプロピルアルコール３０重量部に塩化ビニル粉末１重量部を溶解したものを添加・混合し、８メッシュの篩で裏漉しし造粒した後、乾燥させて溶剤を揮発した。

以下のようにして、実施例及び比較例の非火薬ガス発生組成物の性能を確認した。
１Ｌの密閉容器内において、専用点火具で各非火薬ガス発生組成物１０ｇを着火し、その発生ガス圧力を測定した。また、温度安定性を確認するため、各非火薬ガス発生組成物を６０℃の恒温槽内に５時間放置させた後に同様に着火して、発生ガス圧力を測定した。結果を表１に示す。

比較例１の組成物は、ガス発生剤であるポリアセタール樹脂の粒子径１２００μｍ以上のものの割合が多いために、十分に反応せず、ガス発生力が低かった。比較例２の組成物は、ガス発生剤として水和物を使用しているために、特に高温下にさらされると、ガス発生力が劣るものとなった。これに対し、実施例１及び２の組成物は、高いガス圧力を示し、性能が高いこと、及び６０℃の環境に放置した後でも、性能が低下せず、温度安定性が良好であることが確認された。

Claims (3)

1. 平均粒子径３００〜５００μｍのプラスチック粉体が、有機質バインダーに結合された平均粒子径５〜４０μｍの酸化第二銅及び平均粒子径２０〜６０μｍのアルミニウムにより被覆された非火薬ガス発生組成物であって、
   プラスチック粉体は、粒子径１２００μｍ以上のものが２０重量％以下であり、
   酸化第二銅とアルミニウムとの重量比は、７４：２６〜８６：１４であり、
   酸化第二銅とアルミニウムとの総量１００重量部に対し、プラスチック粉体８０〜１２０重量部、及び有機質バインダー１．７重量部以下であることを特徴とする組成物。
2. プラスチック粉体の平均粒子径が、酸化第二銅の平均粒子径及びアルミニウムの平均粒子径の６倍以上である、請求項１に記載の非火薬ガス発生組成物。
3. 平均粒子径が３００〜５００μｍであり、粒子径１２００μｍ以上のものが２０重量％以下であるプラスチック粉体、
   平均粒子径５〜４０μｍの酸化第二銅、
   平均粒子径２０〜６０μｍのアルミニウム、及び
   溶剤に溶解した有機質バインダーを、
   酸化第二銅とアルミニウムとの重量比７４：２６〜８６：１４、酸化第二銅とアルミニウムとの総量１００重量部に対し、プラスチック粉体８０〜１２０重量部、及び有機質バインダー１．７重量部以下の割合で混合し、
   溶剤を揮発させることにより、有機質バインダーに結合された酸化第二銅とアルミニウムにてプラスチック粉体を被覆することにより得られる非火薬ガス発生組成物。