JP2014055073A

JP2014055073A - 非火薬ガス発生組成物

Info

Publication number: JP2014055073A
Application number: JP2012199101A
Authority: JP
Inventors: Takuya Taguchi; 琢也田口; Junya Fukuda; 淳也福田; Masanori Tanaka; 雅規田中
Original assignee: Kayaku Japan Co Ltd
Current assignee: Kayaku Japan Co Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27

Abstract

【課題】取り扱い性が良好で、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。
【解決手段】塩基性硝酸銅粒子とアルミニウム粒子とを含む平均粒子径０．４〜７．０ｍｍの造粒体を含む非火薬ガス発生組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、非火薬ガス発生組成物に関する。

従来、多くの異なる分野において、金属アルミニウム又はマグネシウムで金属酸化物を還元するテルミット反応を利用した非火薬ガス発生組成物が使用されている。例えば、特許文献１〜３等においては、テルミット反応熱を利用してガスを発生させ、岩石やコンクリート構造物等の破砕に利用している。当該組成物は非火薬であり、火薬類取締法の適用を受けないことから、運搬や使用における手続き等が簡便であるという利点がある。

しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術においては、テルミット反応熱を利用するガス発生剤として、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においては、塩基性金属の硝酸塩又は炭酸塩と酸化剤とを含む非火薬ガス発生組成物が記載されている。しかしながら、特許文献４に記載の組成物は、微細に分割された粉末の形態であるため、流動性が悪く、容器に入れる際などの取り扱い時に問題が発生することがあった。また、容器等の中での両成分の偏りにより、効率良くガスが発生しないことがあった。

特許２７０２７１６号公報特許３８１３５６０号公報特許３６８８８５５号公報特表平９−５０１３９３号公報

本発明の目的は、取り扱い性が良好で、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、取り扱い性、ガス発生力及び製品安定性の向上等の観点から、非火薬ガス発生組成物について鋭意検討を重ねた結果、ガス発生反応を生じる組合せとして塩基性硝酸銅とアルミニウムを選択し、特定の粒径に造粒することで、取り扱い性が良好で、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）塩基性硝酸銅粒子とアルミニウム粒子とを含む平均粒子径０．４〜７．０ｍｍの造粒体を含む非火薬ガス発生組成物、
（２）造粒体中の塩基性硝酸銅とアルミニウムとの重量比が６３：３７〜７３：２７である、（１）に記載の非火薬ガス発生組成物、
（３）塩基性硝酸銅粒子の平均粒子径が１〜４０μｍであり、アルミニウム粒子の平均粒子径が２０〜１００μｍである、（１）又は（２）に記載の非火薬ガス発生組成物、
（４）造粒体の見かけ密度が１．６〜３．３ｇ／ｃｍ^３である、（１）〜（３）のいずれかに記載の非火薬ガス発生組成物、
（５）平均粒子径が１〜４０μｍである塩基性硝酸銅粒子と、平均粒子径が２０〜１００μｍであるアルミニウム粒子を乾式混合し、圧縮成型して造粒体を形成する工程を含む、（１）〜（４）のいずれかに記載の非火薬ガス発生組成物の製造方法、
に存する。

本発明によれば、取り扱い性が良好で、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、発熱及びガス発生が起きる反応を生じるものである。本発明の非火薬ガス発生組成物は、反応時には、銅、酸化銅、酸化アルミニウム、窒素、及び水蒸気が発生するように設計されている。条件によっては、窒素酸化物が発生する。

本発明においては、ガス発生反応を生じる組合せとして、塩基性硝酸銅とアルミニウムが使用される。本発明の非火薬ガス発生組成物は、塩基性硝酸銅とアルミニウムとを乾式混合し、圧縮成型することにより得られる。造粒体の平均粒子径は、０．４〜７．０ｍｍであることが好ましく、１．０〜５．５ｍｍであることがより好ましい。造粒体の平均粒子径が０．４ｍｍ未満であると取り扱い性が悪くなり、平均粒子径が７．０ｍｍを超えるとガス発生力が低くなる。

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ＪＩＳＺ８８０１−１に規定する篩分け法を用いて測定される。

本発明において、造粒体の見かけ密度は１．６〜３．３ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、１．８〜２．５ｇ／ｃｍ^３であることが特に好ましい。造粒体の見かけ密度が１．６ｇ／ｃｍ^３未満であると、硬度が十分でなく、粉化・分離することがある。

本発明において、見かけ密度とは造粒体の内部に独立して存在する空隙（閉気孔）は造粒体の容積とみなし、外部に連続している空隙（開気孔）は造粒体の容積とみなさないで測定した密度を意味する。造粒体が円柱形である場合には、直径と長さを測定し、球状である場合には直径を測定することで体積を計算し、重量／体積を見かけ密度とする。

造粒体中の塩基性硝酸銅とアルミニウムとの重量比は、６３：３７〜７３：２７であることが好ましく、６６：３４〜７０：３０であることが更に好ましく、６８：３２であることが特に好ましい。重量比が上記範囲外であると、反応時の発熱量が小さくなることがあり、また塩基性硝酸銅とアルミニウムが完全に反応せずどちらかが残渣として残るために、所望のガス発生量が得られなくなることがある。

塩基性硝酸銅粒子の平均粒子径は１〜４０μｍ、アルミニウム粒子の平均粒子径は２０〜１００μｍであることが好ましい。また塩基性硝酸銅粒子の平均粒子径は１．２〜１０μｍ、アルミニウム粒子の平均粒子径は２５〜６０μｍであることが特に好ましい。塩基性硝酸銅又はアルミニウムの平均粒子径が上記範囲外であると、ガス発生力が低くなることがある。

本発明の造粒体は、平均粒子径が１〜４０μｍである塩基性硝酸銅粒子と、平均粒子径が２０〜１００μｍであるアルミニウム粒子を乾式混合し、圧縮成型することにより製造することができる。

本発明においては、上記構成を採用することにより、塩基性硝酸銅とアルミニウムとの結合剤としてのバインダーを使用しなくても、簡便な方法で、取り扱い性の良い粒径に造粒することができる。

また本発明においては、本発明の効果を妨げない範囲において、バインダーを用いることもできるが、バインダーの配合量が多いと、薬剤の反応を阻害し、所望の性能が得られないという問題が発生することがある。

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。塩基性硝酸銅とアルミニウムをボールミルで混合し、前記混合物を粒状体に対応する金型を有する打錠機により打錠する、あるいは多数の凹部の形成された一対のロールを有するブリケット機を用いて所望の粒径に成型し造粒体とし、これに必要に応じて他の成分を混合し、本発明の非火薬ガス発生組成物とする。

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）
塩基性硝酸銅（平均粒子径３μｍ）６８重量部、及びアルミニウム（平均粒子径４５μｍ）３２重量部をボールミルにて混合した。その混合物をΦ３ｍｍ、長さ３ｍｍに成型できる杵と臼を使用して圧縮成型し、造粒体からなる非火薬ガス発生組成物を得た（平均粒子径３．０ｍｍ・見かけ密度２．０ｇ／ｃｍ^３）。

（実施例２）
塩基性硝酸銅（平均粒子径３μｍ）６８重量部、及びアルミニウム（平均粒子径４５μｍ）３２重量部をボールミルにて混合した。その混合物をΦ５．５ｍｍ、長さ５．５ｍｍに成型できる杵と臼を使用して圧縮成型し、造粒体からなる非火薬ガス発生組成物を得た（平均粒子径５．５ｍｍ・見かけ密度２．２ｇ／ｃｍ^３）。

（実施例３）
塩基性硝酸銅（平均粒子径３μｍ）６８重量部、及びアルミニウム（平均粒子径４５μｍ）３２重量部をボールミルにて混合した。その混合物をΦ１．０ｍｍ、長さ１．０ｍｍに成型できる杵と臼を使用して圧縮成型し、造粒体からなる非火薬ガス発生組成物を得た（平均粒子径１．０ｍｍ・見かけ密度１．９ｇ／ｃｍ^３）。

（比較例１）
塩基性硝酸銅（平均粒子径３μｍ）８０重量部、及びアルミニウム（平均粒子径４５μｍ）２０重量部をボールミルにて混合した。その混合物をΦ３ｍｍ、長さ３ｍｍに成型できる杵と臼を使用して圧縮成型し、造粒体からなる非火薬ガス発生組成物を得た（平均粒子径３．０ｍｍ・見かけ密度２．０ｇ／ｃｍ^３）。

（比較例２）
塩基性硝酸銅（平均粒子径３μｍ）６８重量部、及びアルミニウム（平均粒子径４５μｍ）３２重量部をボールミルにて混合した。その混合物をΦ７．２ｍｍ、長さ７．２ｍｍに成型できる杵と臼を使用して圧縮成型し、造粒体からなる非火薬ガス発生組成物を得た（平均粒子径７．２ｍｍ・見かけ密度２．１ｇ／ｃｍ^３）。

（比較例３）
塩基性硝酸銅（平均粒子径３μｍ）８０重量部、及びアルミニウム（平均粒子径４５μｍ）２０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、溶剤としてメチルエチルケトン３０重量部にスチレン−ブタジエン共重合体２重量部を溶解したものを添加し、擂潰機で混練した。混練物を目開き２．０ｍｍの篩を通して粒径を統一し、メチルエチルケトンを揮発させて造粒体からなる非火薬ガス発生組成物を得た（平均粒子径１．９ｍｍ・見かけ密度１．５ｇ／ｃｍ^３）。

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、塩基性硝酸銅の割合が多く、アルミニウムと完全に反応しなかったため、ガス発生力が低かった。比較例２の組成物は、造粒体の粒径が大きいために反応性が低く、ガス発生力が低かった。比較例３の組成物は塩基性硝酸銅の割合が多いことに加え、圧縮成型しておらず、バインダーが必須であるために、ガス発生力が低かった。これに対し、実施例１〜３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。また実施例１〜３の組成物は、取り扱い性も良好であった。

Claims

塩基性硝酸銅粒子とアルミニウム粒子とを含む平均粒子径０．４〜７．０ｍｍの造粒体を含む非火薬ガス発生組成物。
造粒体中の塩基性硝酸銅とアルミニウムとの重量比が６３：３７〜７３：２７である、請求項１に記載の非火薬ガス発生組成物。
塩基性硝酸銅粒子の平均粒子径が１〜４０μｍであり、アルミニウム粒子の平均粒子径が２０〜１００μｍである、請求項１又は２に記載の非火薬ガス発生組成物。
造粒体の見かけ密度が１．６〜３．３ｇ／ｃｍ^３である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の非火薬ガス発生組成物。
平均粒子径が１〜４０μｍである塩基性硝酸銅粒子と、平均粒子径が２０〜１００μｍであるアルミニウム粒子を乾式混合し、圧縮成型して造粒体を形成する工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の非火薬ガス発生組成物の製造方法。