JP2014080340A - ガス発生剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度変化によっても安定した燃焼性能が維持できるガス発生剤組成物の提供。
【解決手段】（ａ）燃料、（ｂ）酸化剤を含有しており、要件（I）および（II）を満たしているガス発生剤組成物。
（I）−４０〜８５℃の範囲に含まれる環境温度の何れかの温度で着火燃焼したときの燃焼温度が燃焼残渣に含まれる物質の融点であること。
（II）−４０℃および８５℃の環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が１２５Ｋ未満であること。
【選択図】なし

Description

本発明は、エアバッグ装置用ガス発生器に使用することができるガス発生剤組成物に関する。

ガス発生器の作動時の出力は、作動時の外部の環境温度により変動する。このような状況下でガス発生器の作動時間中に所望の範囲内に発生出力を安定させることは、安全装置であるエアバッグ用ガス発生器にとって重要な課題である。

特許文献１では、ガス発生器内に燃焼中に燃焼室内で生じた圧力変動を吸収するためのバッファ室を設けることによりガス発生器の出力変動を排除する試みがなされている。しかし、この方法ではガス発生器の大型化が避けられず、昨今のガス発生器小型化の要求に応じることが困難である。

特許文献２では、ガス発生量とガス発生器のガス排出口の開口面積を関連付けることでガス発生器の出力を安定化させるものであるが、ガス発生剤自体の性能を積極的に制御することでガス発生器の出力を安定化するものではなかった。

特許文献３、特許文献４では、ガス発生剤成型体の形状を工夫することにより、ガス発生剤成形体が燃焼した際の発生ガス量を一定に保つことで、発生圧力を安定させる発明である。
しかし、燃焼時の温度や圧力の変化が起れば、ガス発生剤からのガス発生量自体は変動するため、より安定した出力性能を得るには更なる改良が必要であった。

特開平８−１７５３１２号公報 特許第２９８９７８８号公報 特許第３４７６７７１号公報 特許第４４９８９２７号公報

本発明は、作動時における環境温度の変動にも拘わらず、安定した燃焼状態を維持することができ、ガス発生器に適用したときは安定した出力を維持することができる、ガス発生剤組成物を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、（ａ）燃料、（ｂ）酸化剤を含有しており、要件（I）および（II）を満たしているガス発生剤組成物を提供する。
（I）−４０〜８５℃の範囲に含まれる環境温度の何れかの温度で着火燃焼したときの燃焼温度が燃焼残渣に含まれる物質の融点であること。
（II）−４０℃および８５℃の環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が１２５Ｋ未満であること。

本発明の組成物は、作動時における環境温度の変動にも拘わらず、安定した燃焼状態を維持することができる。

実施例および比較例のガス発生剤組成物における環境温度変化と燃焼温度変化の関係を示す図。

＜（ａ）燃料＞
本発明のガス発生剤組成物に含まれる燃料としては、以下に挙げるものから選ばれる１又は２以上を用いることができる。
硝酸グアニジン、アミノグアニジン硝酸塩、ニトログアニジン、トリアミノグアニジン硝酸塩、
メラミン、シアヌル酸、メラミンシアヌレート、アンメリン、アンメリドなどのトリアジン化合物、
トリメチレントリニトロアミン（ＲＤＸ）、シクロテトラメチレンテトラニトラミン（ＨＭＸ）、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ジシアンジアミド（ＤＣＤＡ）などのニトロアミン類化合物、
５−アミノテトラゾール（５−ＡＴ）、５−アミノテトラゾール金属塩等のテトラゾール誘導体、
ビテトラゾール、ビテトラゾール金属塩、ビテトラゾールアンモニウム塩等のビテトラゾール誘導体。
さらに好ましくは、燃料は銅の融点よりも高い融点の金属を含まないものであり、メラミン、メラミンシアヌレートから選ばれる１種以上の第１燃料成分と、ニトログアニジン、５−アミノテトラゾールから選ばれる１種以上の第２燃料成分の組み合わせからなるものが好ましい。
これらの中でも、メラミンシアヌレートとニトログアニジンの組合せは、発熱量を低くできるとともに、酸化剤との組合せにより圧力指数も小さくすることができるため好ましい。

＜（ｂ）酸化剤＞
（ｂ）酸化剤は、塩基性金属硝酸塩、塩基性炭酸塩、硝酸塩、硝酸アンモニウム、過塩素酸塩及び塩素酸塩から選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましい。
塩基性金属硝酸塩としては、塩基性硝酸銅、塩基性硝酸コバルト、塩基性硝酸亜鉛、塩基性硝酸マンガン、塩基性硝酸鉄、塩基性硝酸モリブデン、塩基性硝酸ビスマス及び塩基性硝酸セリウムから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
塩基性炭酸塩としては、塩基性炭酸コバルト、塩基性炭酸亜鉛、塩基性炭酸カルシウム、塩基性炭酸ニッケル、塩基性炭酸マグネシウム又は塩基性炭酸銅から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
硝酸塩としては、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム等のアルカリ類金属硝
酸塩と硝酸ストロンチウム等のアルカリ土類金属硝酸塩等が挙げられる。
過塩素酸塩及び塩素酸塩としては、過塩素酸アンモニウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、塩素酸ナトリウムから選ばれる少なくとも１ 種が挙げられる。
これらのうちでも酸化剤は、（ｂ−１）塩基性硝酸銅と（ｂ−２）塩基性炭酸銅を含む酸化剤が好ましい。
（ｂ−１）と（ｂ−２）の割合は、それらの合計量中、（ｂ−１）が６０〜７０質量％、（ｂ−２）が３０〜４０質量％が好ましい。

（ａ）成分の燃料と（ｂ）成分の酸化剤の合計量中の割合は、（ａ）成分は１５〜３０質量％であり、好ましくは２０〜２５質量％であり、（ｂ）成分は８５〜７０質量％であり、好ましくは８０〜７５質量％である。

＜（ｃ）バインダ＞
本発明の組成物は、さらにバインダを含有することができる。バインダは、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないものである。
バインダとしては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩（ＣＭＣＮａ）、カルボキシメチルセルロースカリウム塩、カルボキシメチルセルロースアンモニウム塩、酢酸セルロース、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、メチルセルロース（ＭＣ）、エチルセルロース（ＥＣ）、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、エチルヒドロキシエチルセルロース（ ＥＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、カルボキシメチルエチルセルロース（ＣＭＥＣ）、微結晶性セルロース、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミドのアミノ化物、ポリアクリルヒドラジド、アクリルアミド・アクリル酸金属塩共重合体、ポリアクリルアミド・ポリアクリル酸エステル化合物の共重合体、ポリビニルアルコール、アクリルゴム、グアガム、デンプン、シリコーンから選ばれる１又は２以上が挙げられる。これらの中でも、バインダの粘着性能、価格、着火性等を考えると、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩（ＣＭＣＮａ）が好ましい。

＜（ｄ）燃焼改良剤＞
本発明の組成物は、さらに本発明の課題を解決できる範囲で燃焼改良剤を含有することができる。燃焼改良剤は、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないものである。
燃焼改良剤としては、酸化第二銅、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化ビスマス、シリカ、アルミナ等の金属酸化物；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化コバルト、水酸化鉄等の金属水酸化物； 炭酸コバルト、炭酸カルシウム、酸性白土、カオリン、タルク、ベントナイト、ケイソウ土、ヒドロタルサイト等の金属酸化物又は水酸化物の複合化合物； ケイ酸ナトリウム、マイカモリブデン酸塩、モリブデン酸コバルト、モリブデン酸アンモニウム等の金属酸塩； シリコーン、二硫化モリブデン、ステアリン酸カルシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、メタホウ酸、ホウ酸、無水ホウ酸から選ばれる１種以上が挙げられる。

本発明の組成物は、（ａ）成分の燃料と（ｂ）成分の酸化剤を含み、さらに下記の要件（I）および（II）を満たしているものである。
なお、環境温度は、本発明の組成物をガス発生器内に充填したものをエアバッグ装置に組み込み、それを車両に取り付けた場合の温度であり、例えば夏季と冬季では環境温度は大きく異なり、また同じ季節であっても、車両を日向に置いたときと、日陰に置いたときでも大きく異なることになる。

＜要件（I）＞
要件（I）は、−４０〜８５℃の範囲に含まれる環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度が銅の融点（１３５８Ｋ）±１０Ｋの範囲であることである。
要件（I）は、−４０〜８５℃の範囲に含まれる環境温度中の特定の温度および特定の温度範囲における本発明のガス発生剤組成物の燃焼温度が、銅の融点（１３５８Ｋ）±１０Ｋの範囲であることである。
例えば、寒冷地域仕様の自動車に搭載するエアバッグ装置用ガス発生器に使用するときは、低い温度または温度範囲において要件（I）を満たすようにすることができ、逆に熱帯地域仕様の自動車に搭載するエアバッグ装置用ガス発生器に使用するときは、高い温度または温度範囲において要件（I）を満たすようにすることができる。

＜要件（II）＞
要件（II）は、−４０℃および８５℃の環境温度の何れかの温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が１２５Ｋ未満であることである。
要件（II）は、好ましくは１２２Ｋ以下であり、より好ましくは１１０Ｋ以下であり、さらに好ましくは１０５Ｋ以下である。

要件（I）および（II）を満たすことによって、燃焼中の燃焼容器（ガス発生器のハウジング）内の急激な圧力上昇などにより燃焼系内の熱量が上昇しても、この熱量は燃焼残渣に含まれる物質の（例えば銅の）融解熱（潜熱）として吸収され、燃焼系内の温度が上昇することはないため、安定した燃焼ができるようになる。
本発明において「燃焼温度」とは、使用したガス発生剤組成物から理論計算により求められる計算されるものである。

本発明のガス発生剤組成物は所望の形状に成型することができ、単孔円柱状、多孔円柱状又はペレット状の成型体にすることができる。これらの成型体は、ガス発生剤組成物に水又は有機溶媒を添加混合し、押出成型する方法（単孔円柱状、多孔円柱状の成型体）又は打錠機等を用いて圧縮成型する方法（ペレット状の成型体）により製造することができる。

本発明のガス発生剤組成物又はそれから得られる成型体は、例えば、各種乗り物の運転席のエアバック用インフレータ、助手席のエアバック用インフレータ、サイドエアバック用インフレータ、インフレータブルカーテン用インフレータ、ニーボルスター用インフレータ、インフレータブルシートベルト用インフレータ、チューブラーシステム用インフレータ、プリテンショナー用インフレータに適用できる。

また本発明のガス発生剤組成物又はそれから得られる成型体を使用するインフレータは、ガスの供給が、ガス発生剤からだけのパイロタイプと、アルゴン等の圧縮ガスとガス発生剤の両方であるハイブリッドタイプのいずれでもよい。

本発明のガス発生剤組成物又はそれから得られる成型体は、雷管やスクイブのエネルギーをガス発生剤に伝えるためのエンハンサ剤（又はブースター）等と呼ばれる着火剤として用いることもできる。

実施例および比較例
表１に示す組成を有するガス発生剤組成物を製造した。環境温度が変動したときの燃焼温度（要件（I））と燃焼温度差（要件（II））を表１、および、表１の各環境温度における燃焼温度をグラフにしたものを図１に示す。

実施例１の組成物は、環境温度が０〜４０℃の温度範囲における燃焼温度が銅の融点（1358K）と一致している（要件（I））。例えば、図１において−４０℃での燃焼温度は１３３２℃であるが、−１０℃、０℃、２５℃、４０℃における燃焼温度は銅の融点と一致している。
実施例２の組成物は、−４０℃〜−２０℃の温度範囲における燃焼温度が銅の融点（1358K）と一致している（要件（I））。
実施例３の組成物は、−４０℃における燃焼温度が銅の融点（1358K）と一致している（要件（I））。
実施例４の組成物は、８５℃における燃焼温度が銅の融点（1358K）と一致している（要件（I））。
このように、実施例１〜４の組成物では、−１０〜４０℃付近での環境温度の変化にも関わらず、燃焼温度の上昇はみられない（図１）。これにより、環境温度が８５℃と−４０℃における燃焼温度差が１２２Ｋ以下と小さくなっているため（要件（II））、環境温度の変化に拘わらず、安定した着火燃焼性能を維持することができる。

比較例１の組成物は、実施例３の組成物と組成が近似しており、要件（I）も満たしているが、燃焼温度差が１２５Ｋであり、要件（II）を満たしていない。
比較例２、３の組成物は、要件（I）、（II）とも満たしてない。
このため、比較例１〜３は、環境温度が変化したとき、安定した着火燃焼性能を維持することができない。

Claims (4)

1. （ａ）燃料、（ｂ）酸化剤を含有しており、要件（I）および（II）を満たしているガス発生剤組成物。
   （I）−４０〜８５℃の範囲に含まれる環境温度の何れかの温度で着火燃焼したときの燃焼温度が燃焼残渣に含まれる物質の融点であること。
   （II）−４０℃および８５℃の環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が１２５Ｋ未満であること。
2. （ａ）燃料（但し、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないもの）１５〜３０質量％、
   （ｂ）（ｂ−１）塩基性硝酸銅と（ｂ−２）塩基性炭酸銅を含む酸化剤８５〜７０質量％を含有しており、
   （ｂ−１）と（ｂ−２）の合計量中、（ｂ−１）が６０〜７０質量％、（ｂ−２）が４０〜３０質量％であり、
   金属水酸化物を含んでおらず、要件（I）および（II）を満たしているガス発生剤組成物。
   （I）−４０〜８５℃の範囲に含まれる環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度が銅の融点（１３５８Ｋ）であること。
   （II）−４０℃および８５℃の環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が１２５Ｋ未満であること。
3. （ａ）成分の燃料が、メラミン、メラミンシアヌレートから選ばれる１種以上の第１燃料成分と、ニトログアニジン、５−アミノテトラゾールから選ばれる１種以上の第２燃料成分の組み合わせからなるものである、請求項１または２記載のガス発生剤組成物。
4. さらに（ｃ）バインダー（但し、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないもの）および／または（ｄ）燃焼改良剤（但し、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないもの）を含有する、請求項１〜３のいずれか１項記載のガス発生剤組成物。

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