JP4799136B2 - ガス発生剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、エアバッグ用ガス発生器に使用するガス発生剤組成物に関する。

近年、エアバッグに代表される自動車安全装置用ガス発生剤におけるガス発生剤基材としては、これまで汎用されてきたアジ化ナトリウムに代えて、より製造時および使用時の安全性の高い化合物が各種提案されている。

中でも、アジ化ナトリウムと比較して遜色ないガス発生量と燃焼特性を有するガス発生剤基材として、金属錯体系化合物が提案されている。たとえば、特許文献１（特開平５−２１３６８７号公報）にはアミノアラゾールの遷移金属錯体を含むガス発生剤が記載されており、また特許文献２（特表平９−５０１１３７号公報）には５−アミノテトラゾールの遷移金属錯体をガス発生剤として用いることが記載されている。

しかしながら、これらの特許文献には、硝酸塩を含有する金属錯体や中性配位子を含有する金属錯体について、一切開示も示唆もなされていない。上述した特許文献に記載されている金属錯体は、燃焼特性に優れ、一酸化炭素や窒素酸化物などの発生量が低減され、十分に低い温度でガスを発生させるという優れた特徴を有するものであるが、一方、そのガス発生量は未だ十分満足できる量とはいえなかった。

また、アミノアラゾール化合物は、単独ではガス発生量の多いガス発生基材として知られるが、燃焼温度が高いことから、窒素酸化物の発生が多く、また、ガス発生器に使用される冷却部材が多く必要であり、ガス発生器の重量が重くなってしまう。また、ガス発生量は未だ十分満足できる量とはいえない。

さらには、アジド系ガス発生剤は、一般に燃焼後に窒素しか生成しないが、非アジド系ガス発生剤組成物は、一般に炭素、窒素、酸素を含むので、燃焼後において、一酸化炭素および窒素酸化物を少量生成する欠点がある。また、非アジド系ガス発生剤は、一般的にアジド系ガス発生剤に比べれば、燃焼温度が高く、実際に使われると大量の冷却部材が必要となる。

燃焼後における一酸化炭素および窒素酸化物の生成量を減らすため、ガス発生剤に金属酸化物、または窒素酸化物低減剤を添加することが知られている。しかし、重金属酸化物の毒性問題があり、金属酸化物を添加すると、ガス発生剤のガス発生効率が低くなる。

また、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、尿素などの窒素酸化物低減剤とガス発生剤とを併用して、燃焼ガス中の窒素酸化物の生成量を低減することが開示されているが、硫酸アンモニウムを使うと、硫黄酸化物を生成し、炭酸アンモニウム、尿素は熱安定性に問題があり、さらにこれらを添加するとガス発生剤の酸化剤を消耗し、一酸化炭素の生成量が増える。
特開平５−２１３６８７号公報 特表平９−５０１１３７号公報 特開２００１−２７８６８９号公報 特表２００１−５０８７５１号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ガス発生剤の燃焼ガス中の一酸化炭素および窒素酸化物の生成量が少なく、燃焼温度が低く、燃焼性が高いガス発生剤組成物を提供することにある。

本発明のガス発生剤組成物は、尿素と金属塩を溶融または溶解させた状態で反応させて得られた、分解開始温度が１７０℃以上である化合物を含むことを特徴とする。

本発明のガス発生剤組成物は、前記尿素と金属塩との反応における尿素と金属塩の混合比が２：１〜６：１であることが、好ましい。

本発明のガス発生剤組成物において、前記尿素と金属塩との反応は、１００〜１５０℃の熱処理工程を含むことが好ましい。

本発明のガス発生剤組成物における前記金属塩は遷移金属塩であることが好ましい。
本発明のガス発生剤組成物における前記金属塩は、酸化アニオンとして硝酸塩を含むことが好ましい。

本発明のガス発生剤組成物は、含窒素有機化合物をさらに含むことが好ましい。
また本発明のガス発生剤組成物は、酸化剤をさらに含むことが好ましい。

また、本発明のガス発生剤組成物は、バインダをさらに含むことが好ましい。
本発明のガス発生剤組成物は、自動車安全装置に使用されるものであることが、好ましい。

本発明のガス発生剤組成物は熱安定性に優れ、従来用いられていたガス発生剤組成物と比較して、着火性および燃焼性がよく、燃焼温度が低下するため、ガス発生器の冷却部材を軽量化できる。また、燃焼後に発生するガス成分において一酸化炭素、窒素酸化物の生成量が少ない。

＜ガス発生剤組成物＞
本発明のガス発生剤組成物は、尿素と金属塩を溶融または溶解させた状態で反応させて得られた、分解開始温度が１７０℃以上である化合物を含むことを特徴とする。本発明における化合物は、迅速に燃焼または分解して、窒素ガスおよび水蒸気を含む気体混合物を生成するものである。本発明における化合物の分解開始温度は１７０℃以上であり、好ましくは１８０℃以上である。また、本発明における化合物の分解開始温度は好ましくは３００℃以下、より好ましくは２８０℃以下である。当該分解開始温度は、たとえば示差熱分析装置（ＳＩＩ社製、商品名：ＴＧ６０００）を使用して確認することができる。このような本発明における化合物は、水素原子および窒素原子を含む尿素を中性配位子とする金属錯体であると考えられる。なお、金属錯体が尿素を中性配位子としていることは、たとえばＣ、Ｈ、Ｎについての元素分析、ＩＲ測定を行うことにより確認することができる。

従来から、尿素単体をガス発生剤組成物に用いると、燃焼時の窒素酸化物の発生量を抑える効果があることが知られている。しかし、尿素単体を含むガス発生剤組成物においては、尿素単体の分解開始温度が低く、熱安定性が悪いため、実用化には至っていなかった。本発明のガス発生剤組成物では、尿素と金属塩を溶融または溶解させた状態で反応させ、かつ分解開始温度が１７０℃以上である化合物を含むことで、上述した尿素を含有させた場合の燃焼時の窒素酸化物の発生量を抑える効果を得ることができるとともに、熱安定性を改善することで、燃焼性がよく、燃焼温度が低く、また熱安定性に優れ、燃焼時に一酸化炭素や窒素酸化物の生成量が少ないガス発生剤組成物を提供するものである。

本発明のガス発生剤組成物は、従来と比較して燃焼性がよい。ここで、「燃焼性がよい」とは、線燃焼速度が従来のガス発生剤組成物（具体例：硝酸グアニジン／塩基性硝酸銅／硝酸ストロンチウム／その他の添加剤系）では１．０〜３．０ｍｍ／ｓｅｃ程度であったのに対して、本発明のガス発生剤組成物では３．０〜１０．０ｍｍ／ｓｅｃ（より好適には３．０〜７．０ｍｍ／ｓｅｃ）であることを指す（ストランド試験法にて測定）。

また本発明のガス発生剤組成物は、従来と比較して燃焼温度が低い。具体的には、従来のガス発生剤組成物（具体例：硝酸グアニジン／塩基性硝酸銅／硝酸ストロンチウム／その他の添加剤系）では燃焼温度が２０００〜２３００Ｋであったのに対して、本発明のガス発生剤組成物では１５００〜２０００Ｋ（より好適には１６００〜１８００Ｋ）であることを指す（ＮＡＳＡプログラム「ＮＡＳＡ ＲＰ−１３１１」を用いて理論計算により算出）。

本発明のガス発生剤組成物はまた、従来と比較して熱安定性に優れるものである。ここで、「熱安定性に優れる」とは、耐熱環境下（１０７℃で４００時間）へ曝したときの重量減少率が従来のガス発生剤組成物（具体例：硝酸グアニジン／尿素／塩基性硝酸銅／その他添加剤系）では５．０〜１５．０％程度であったのに対して、本発明のガス発生剤組成物では１．０％以下（より好適には０．５％以下）であることを指す（環境試験前後の重量比較にて算出）。

さらに、本発明のガス発生剤組成物は、従来と比較して燃焼時に一酸化炭素や窒素の生成量が少ない。具体的には、ガス発生剤組成物をガス発生器に充填し、６０Ｌ密閉タンク内で燃焼させた場合、従来のガス発生剤組成物（具体例：硝酸グアニジン／塩基性硝酸銅／硝酸ストロンチウム／その他添加剤系）では燃焼時の一酸化窒素の生成量が２００〜３００ｐｐｍ、二酸化窒素の生成量が８０〜１００ｐｐｍ、一酸化炭素の生成量が８０００〜９０００ｐｐｍ程度であったのに対して、本発明のガス発生剤組成物では、燃焼時の一酸化窒素の生成量が１５０〜２００ｐｐｍ、二酸化窒素の生成量が１０〜２０ｐｐｍ、一酸化炭素の生成量が７０００〜８０００ｐｐｍ程度であることを指す（燃焼後の排ガスを回収し、ガステック製検知管にて測定）。

＜尿素を中性配位子とする金属錯体＞
本発明における化合物は、金属カチオンと、酸化アニオンと、水素および窒素を含有する中性配位子である尿素とを含む金属錯体であると考えられる。この金属カチオンは、金属錯体を形成するためのテンプレートまたは配位中心として作用する。当該金属カチオンには、遷移金属、アルカリ土類金属、メタロイドまたはランタニドを用いることができ、具体的には、銅、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、クロム、マンガン、亜鉛、チタン、マグネシウム、アルミニウム、ネオジウムなどを挙げることができるが、これらに制限されるものではない。中でも、安定な錯体を形成しやすく、また反応性が高いことから、本発明における化合物を得るための反応に供する金属塩は、遷移金属塩であることが好ましい。さらには、反応性がよく、良好な燃焼性を有する（すなわち、融点が比較的低いため、燃焼時に後述する酸化剤と液状で混ざり合う）ことから、遷移金属の中でも銅をが特に好ましい。なお、本発明における金属錯体に含まれる金属カチオンの種類は、たとえば蛍光Ｘ線回折により確認することができる。

本発明における前記金属カチオンは、通常、錯体電荷のバランスの観点から、１以上の酸化アニオンを有する。本発明に用いられる酸化アニオンは、特に制限されるものではなく、硝酸塩、亜硝酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、過酸化物、スーパーオキシドなどが用いられるが、ハロゲンを含まず燃焼後全てガス化すること、また、酸素供給源にもなることから、上記中でも特に硝酸塩を用いた酸化アニオンを含むことが好ましい。なお、本発明における金属錯体に含まれる酸化アニオンの種類は、たとえばイオンクロマトを実施することで確認することができる。

本発明における化合物は、たとえば、酸化アニオンの金属塩（具体的には硝酸鉄、硝酸コバルト、硝酸銅、硝酸マグネシウム、亜硝酸銅、亜硝酸鉄、過塩素酸鉄、過塩素酸コバルト、過塩素酸銅、過塩素酸マグネシウム、塩素酸鉄、塩素酸銅、塩素酸マグネシウムなど）に尿素を必要に応じて適当な溶媒中で混合し、加熱することで、尿素と金属塩とを溶融または溶解させた状態で反応させ、製造することができる。この尿素と金属塩との反応における尿素と金属塩の混合比は特に制限されるものではないが、尿素：金属塩＝２：１〜６：１（モル比）であるのが好ましく、尿素：金属塩＝２：１〜４：１（モル比）であるのがより好ましい。前記金属塩に対する尿素の仕込み量が２倍モル未満であると、未反応の酸化アニオンの金属塩が残留し、熱安定性に影響を与える可能性があるためであり、また前記金属塩に対する尿素の仕込み量が６倍モルを超えると、過剰の尿素が分解して多量の副生成物が発生する傾向にあるためである。

また本発明における化合物は、尿素と金属塩とを溶融または溶解させた状態で反応させるために、熱処理工程を経て製造されたものであることが、好ましい。当該熱処理工程のための加熱温度は、尿素の分解温度付近である１００〜１５０℃が好ましく、１１０〜１３０℃がより好ましい。前記加熱温度が１００℃未満である場合には、反応が進行しなかったり、過剰の尿素が残留し熱安定性に悪影響を及ぼす傾向にあるためであり、また前記加熱温度が１５０℃を超える場合には、形成した錯体が分解する可能性があるためである。また加熱により前記金属塩と尿素とを加熱により反応させる時間は、合成量により異なるため一概にはいえないが、好ましくは１２〜２４０時間、より好ましくは１２〜１５０時間である。

また別法として、尿素と金属塩とを溶融または溶媒に溶解させたものを、予め含窒素化合物・酸化剤・バインダ・その他添加剤を混合した混合粉末に噴霧添加した後、熱処理工程を経ても本発明における化合物を添加した効果が得られる。この場合における熱処理工程の加熱温度は１００〜１５０℃であるのが好ましく、１１０〜１３０℃であるのがより好ましい。熱処理時間は、合成量により異なるため一概にはいえないが、好ましくは１２〜２４０時間、より好ましくは１２〜１５０時間である。

なお、前記反応を行なうための溶媒としては、たとえば水、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどの低級アルコール類、アセトニトリルなどのニトリル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、ジエチルエーテルなどのエーテル類、ｎ−ヘキサンなどの炭化水素類、スルホランなどが挙げられる。

本発明における金属錯体の配位数は、２〜６であるのが好ましく、２〜４であるのがより好ましい。金属錯体の配位数は、上述した製造過程において、材料の仕込み量、加熱温度、加熱時間、また反応後の乾燥条件を適宜変更することによって調整することができる。前記金属錯体の配位数は、たとえばＣ、Ｈ、Ｎについて元素分析とイオンクロマトによる酸化アニオンの定量により確認することができる。

本発明のガス発生剤組成物は、上述した尿素を中性配位子とする金属錯体である化合物を、５〜４０重量％含有するのが好ましく、５〜３０重量％含有するのがより好ましい。ガス発生剤組成物中における前記金属錯体の含有率（配合割合）が５重量％未満であると、錯体を添加したことによる効果が発揮されない虞がある。

＜含窒素有機化合物＞
本発明のガス発生剤組成物は、より燃焼性、ガス化率を向上させる観点から、燃料として、上述した化合物に加え、含窒素有機化合物をさらに含有することが好ましい。ここで、「含窒素有機化合物」とは、当分野においてガス発生のための燃料として用いられてきた窒素を含有する有機化合物であれば、特に制限されることなく本発明に用いることができる。含窒素有機化合物は、分子構造中の窒素原子の比率が高く有害なＣＯの発生を基本的に抑制する構造を有しており、しかも、熱安定性を含めて取り扱い性が容易である。

含窒素有機化合物の好適な例としては、たとえば、トリアゾール誘導体、テトラゾール誘導体、グアニジン誘導体、アゾジカルボンアミド誘導体、ヒドラジン誘導体から選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。より具体的には、５−オキソ−１，２，４−トリアゾール、テトラゾール、５−アミノテトラゾール、硝酸アミノテトラゾール、ニトロアミノテトラゾール、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾール、５，５’−ビ−１Ｈ−テトラゾールジアンモニウム塩、５，５’−アゾテトラゾールジグアニジウム塩、グアニジン、ニトログアニジン、シアノグアニジン、トリアミノグアニジン硝酸塩、硝酸グアニジン、硝酸アミノグアニジン、ビウレット、アゾジカルボンアミド、カルボヒドラジド、カルボヒドラジド硝酸塩錯体、シュウ酸ヒドラジド、ヒドラジン硝酸塩錯体、アンミン錯体などを挙げることができる。これらの含窒素有機化合物の中でも、テトラゾール誘導体およびグアニジン誘導体から選ばれる１種以上が好ましく、ニトログアニジン、硝酸グアニジン、シアノグアニジン、５−アミノテトラゾールが特に好ましい。

本発明のガス発生剤組成物中における前記含窒素有機化合物の好ましい含有率（配合割合）は、用いる含窒素有機化合物中の炭素元素、水素元素およびその他の酸化される元素の数によって異なり、またその絶対値は後述する酸化剤の種類によっても異なってくるが、１０〜６０重量％であるのが好ましく、２０〜５５重量％であるのがより好ましい。含窒素有機化合物の含有率が１０重量％未満である場合には、完全酸化理論量よりも少なくなり過ぎて、発生ガス中の微量ＮＯｘ濃度が増大する傾向にあるためであり、また、含窒素有機化合物の含有率が６０重量％を超える場合には、完全酸化理論量よりも多くなり過ぎて発生ガス中の微量ＣＯ濃度が増大する傾向にあるためである。

＜酸化剤＞
本発明のガス発生剤組成物はまた、人体に有害なガスの発生を防ぎ、燃焼性をより向上させる観点から酸化剤をさらに含有することが好ましい。本発明のガス発生剤組成物に好適に用いられ得る酸化剤としては、たとえば、オキソハロゲン酸塩、硝酸塩、塩基性金属硝酸塩、金属酸化物及び過酸化物から選ばれる１種以上を挙げることができるが、これらに制限されるものではない。

オキソハロゲン酸塩としては公知のものが使用でき、たとえば過ハロゲン酸塩、ハロゲン酸塩などが挙げられる。過ハロゲン酸塩の具体例としては、たとえば、過塩素酸リチウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウム、過臭素酸リチウム、過臭素酸カリウム、過臭素酸ナトリウムなどのアルカリ金属過ハロゲン酸塩、過塩素酸マグネシウム、過塩素酸バリウム、過塩素酸カルシウム、過臭素酸マグネシウム、過臭素酸バリウム、過臭素酸カルシウムなどのアルカリ土類金属過ハロゲン酸塩、過塩素酸アンモニウム、過臭素酸アンモニウムなどのアンモニウム塩などが挙げられる。ハロゲン酸塩の具体例としては、たとえば、塩素酸リチウム、塩素酸カリウム、塩素酸ナトリウム、臭素酸リチウム、臭素酸カリウム、臭素酸ナトリウムなどのアルカリ金属ハロゲン酸塩、塩素酸マグネシウム、塩素酸バリウム、塩素酸カルシウム、臭素酸マグネシウム、臭素酸バリウム、臭素酸カルシウムなどのアルカリ金属土類ハロゲン酸塩、塩素酸アンモニウム、臭素酸アンモニウムなどのアンモニウム塩などが挙げられる。

硝酸塩としては、たとえば、硝酸ナトリウム、硝酸カリウムなどのアルカリ金属硝酸塩、硝酸マグネシウム、硝酸バリウム、硝酸ストロンチウムなどのアルカリ土類金属硝酸塩、硝酸アンモニウムなどのアンモニウム塩などが挙げられる。

塩基性金属硝酸塩としては、たとえば、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、塩基性硝酸セリウムなどが挙げられる。

金属酸化物としては、たとえば、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガンなどの周期律表第４周期元素の酸化物が挙げられる。

過酸化物としては、たとえば、過酸化カリウム、過酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の過酸化物、過酸化カルシウム、過酸化ストロンチウム、過酸化バリウムなどのアルカリ土類金属の過酸化物などが挙げられる。

本発明では、上述した酸化剤の中でも、燃焼温度を低下できることから、塩基性金属硝酸塩および／または硝酸塩が好ましく、特に塩基性硝酸銅が好ましい。

これらの酸化剤は、単独で使用することもできるし、また２種類以上を混合して使用することも可能である。また、酸化剤は市販品をそのまま使用することができる。さらに、酸化剤の形状、粒径などは特に制限されず、たとえば、酸化剤自体の配合量、他の成分との配合比率、自動車安全装置の容量などに応じて広い範囲から適宜選択すればよい。

酸化剤の含有率（配合割合）は、通常、酸素量を基準として完全に酸化燃焼し得る化学量論量とすればよいが、酸化剤の含有率を適宜変更することにより、燃焼速度、燃焼温度、燃焼ガス組成などを任意に調整できるので、広い範囲から適宜選択することができるが、本発明のガス発生剤組成物中４０〜７０重量％の割合で酸化剤が含有されているのが好ましく、４０〜６０重量％の割合で酸化剤が含有されているのがより好ましい。酸化剤の含有率（配合割合）が４０重量％未満である場合には、酸素供給不足により一酸化炭素が増加し、また燃焼性が低下する傾向にあり、また、酸化剤の含有率（配合割合）が７０重量％を超える場合には、過剰に酸素を供給するために、窒素酸化物の発生量が増加する傾向にあるためである。

＜ハインダ＞
本発明のガス発生剤組成物は、破壊強度およびその他の機械的性質を改善する観点から、バインダをさらに含有することが好ましい。バインダとしては、ガス発生剤組成物の燃焼挙動に大幅な悪影響を与えないものであれば、特に制限なく用いることができる。好適なバインダとしては、たとえば、カルボキシメチルセルロースの金属塩、ヒドロキシエチルセルロース、酢酸セルロース、プロピオン酸セルロース、酢酸酪酸セルロース、ニトロセルロース、微結晶性セルロース、グアガム、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、デンプンなどの多糖誘導体、ステアリン酸塩などの有機バインダ、二硫化モリブデン、合成ヒドロキシタルサイト、酸性白土、タルク、ベントナイト、ケイソウ土、カオリン、シリカ、アルミナなどの無機バインダを挙げることができる。中でも、セルロース系バインダ、酸性白土などをバインダとして用いるのが好ましい。

本発明のガス発生剤組成物において、バインダの含有率（配合割合）は、１〜１０重量％であるのが好ましく、１〜５重量％であるのがより好ましい。バインダの含有率が高いと、成形体の破壊強度を高めることができるが、組成物中の炭素元素および水素元素の数が増大し、炭素元素の不完全燃焼生成物である微量ＣＯガスの濃度が増大し、発生ガスの品質を低下させ、また燃焼を阻害してしまう虞があることから、最低量での使用が好ましい。特に、バインダの含有率が１０重量％を超える場合には、酸化剤の相対的存在割合の増大を必要とし、ガス発生剤組成物中における燃料（尿素を中性配位子とする金属錯体および含窒素有機化合物）の相対的割合が低下し、ガス発生器の実用化が困難となる虞がある。

なお、本発明のガス発生剤組成物においては、バインダを効率的に燃焼させるため、補助酸化剤をさらに含有させることもできる。補助酸化剤としては、特に制限されるものではないが、たとえば酸化銅、酸化鉄などの金属酸化物などを用いることができる。補助酸化剤を配合する場合、ガス発生剤組成物中の好ましい含有率としては５〜１０重量％である。

本発明のガス発生剤組成物は、燃焼調節触媒や排ガス向上剤をさらに含有していてもよい。燃焼調節触媒は、燃焼温度を下げる作用、燃焼ガス中の有毒成分濃度を低減する作用等を有し、また酸化剤としても作用するものであり、たとえば、元素周期律表の第４〜６周期元素の酸化物、アルカリ金属の過酸化物、アルカリ土類金属の過酸化物、アルカリ金属の炭酸塩などを使用できる。燃焼調節触媒を含有する場合、その好ましい含有率は１〜１０重量％である。また排ガス向上剤は、主に、排ガス中の有毒成分濃度を低減する作用を有するものであり、たとえば元素周期律表の第４〜６周期元素の珪化物などを使用できる。排ガス向上剤を含有する場合、その好ましい含有率は１〜５重量％である。

また、本発明のガス発生剤組成物は、金属亜硝酸塩アンミン、金属硝酸塩アンミン、金属過塩素酸塩アンミン、金属亜硝酸塩ヒドラジン、金属硝酸塩ヒドラジン、金属過塩素酸塩ヒドラジンおよびそれらの混合物を含有していてもよい。これらの錯体は迅速に燃焼ないし分解して気体を生成させるものである。また本発明の効果を阻害しない範囲で、上述した以外の各種添加剤を含有させるようにしてもよい。

＜ガス発生剤の形状＞
本発明のガス発生剤組成物は、適当な形状に成形してガス発生剤として供され得る。形状は特に制限なく、ペレット状、ディスク状、球状、棒状、中空円筒状、単孔円筒状、多孔円筒状、こんぺいとう状、テトラポット状などが挙げられる。さらに、ペレット状、ディスク状のものは、片面または両面に１〜数個程度の突起を設けてもよい。突起の形状は特に制限されず、たとえば、円柱状、円錐状、多角錘状などが挙げられる。

＜用途＞
本発明のガス発生剤組成物は、上述したように、従来用いられていたガス発生剤組成物と比較して、燃焼性がよく、燃焼温度が低く、また熱安定性に優れ、燃焼時に一酸化炭素や窒素酸化物の生成量が少ない。このような効果を発揮し得る本発明のガス発生剤組成物は、自動車安全装置に特に好適に用いることができる。自動車安全装置としては、運転席、助手席、側面などの各種エアバッグの他、シートベルト用プリテンショナ、歩行者障害防止システムなどを例示できる。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各試験は以下の方法で行なった。

１．熱分析
示差熱分析装置（ＳＩＩ社製、商品名：ＴＧ／ＤＴＡ６３００）を使用して発熱開始温度および重量減少率について測定した。なお、測定条件は昇温速度１０℃／分、温度範囲５０〜５００℃である。測定容器はアルセミルにピンホールを開けたものを使用した。

２．耐環境試験（高温安定性試験）
ガス発生剤組成物の成形体（ガス発生剤）をアルミ容器に入れて密封した後、１０７℃に調温された恒温槽に入れて４００時間放置した。その後、ガス発生剤を取り出し、ガス発生剤の分解の有無および重量減少率について確認した。

３．燃焼性試験（６０Ｌタンク試験）
ガス発生剤組成物の成形体（ガス発生剤）４７．５ｇをガス発生器に充填し、６０Ｌのタンク試験を実施し、圧力立ち上がり時間、最大到達圧力およびその時間を確認した。

４．排ガス測定
燃焼性試験後、タンク内のガスをテドラーバックに回収し、ガステック製検知管を用いてガス分析を実施した。

＜製造例１＞
硝酸銅（ＩＩ）３水和物７４ｇと尿素１１０ｇを混合し、１３０℃で２４時間熱処理して、本発明に使用される化合物を得た。

＜製造例２＞
硝酸銅（ＩＩ）３水和物１１．４６ｇと尿素８．５４ｇを８０ｇの水に溶解した後、８０℃に調温した温水槽に入れて１２時間放置した。その後、生成した沈殿物を濾過分離した後、１３０℃にて１２時間乾燥させて本発明に使用される化合物を得た。

＜実施例１＞
製造例１にて得られた化合物１０重量部、硝酸グアニジン４３重量部、塩基性硝酸銅４３重量部および酸性白土４重量部を混合した後、０．６重量％のポリビニルアルコール水溶液１１重量部を噴霧添加して顆粒を作製した。その後、直径６．１ｍｍ、厚さ１．６０ｍｍのペレットに成形した後、１１０℃で熱処理して本発明のガス発生剤組成物の成形体（ガス発生剤）を得た。

＜実施例２＞
製造例２にて得られた化合物１０重量部、硝酸グアニジン４３重量部、塩基性硝酸銅４３重量部および酸性白土４重量部を混合した後、０．６重量％のポリビニルアルコール水溶液１１重量部を噴霧添加して顆粒を作製した。その後、直径６．１ｍｍ、厚さ１．６０ｍｍのペレットに成形した後、１１０℃で熱処理して本発明のガス発生剤組成物の成形体（ガス発生剤）を得た。

＜比較例１＞
硝酸グアニジン５３重量部、硝酸ストロンチウム２２．５重量部、塩基性硝酸銅２２．５重量部、および酸性白土２．０重量部を混合した後、０．６重量％のポリビニルアルコール水溶液１２重量部を噴霧添加して顆粒を作製した。その後、直径６．１ｍｍ、厚さ１．６０ｍｍのペレットに成形した後、１１０℃で熱処理をして比較例用のガス発生剤組成物の成形体（ガス発生剤）を得た。

＜比較例２＞
硝酸グアニジン４０．５重量部、尿素１０重量部、塩基性硝酸銅４７．５重量部、および酸性白土２．０重量部を混合した後、０．６重量％のポリビニルアルコール水溶液１１重量部を噴霧添加して顆粒を作製した。その後、直径６．１ｍｍ、厚さ１．６０ｍｍのペレットに成形した後、１１０℃で熱処理をして比較例用のガス発生剤組成物の成形体（ガス発生剤）を得た。

＜熱分析＞
製造例１、製造例２の化合物について示差熱分析を実施した。その結果を表１に示す。製造例１、製造例２のそれぞれの原材料である硝酸銅（ＩＩ）３水和物、尿素はそれぞれ１６０℃以下で融解および分解したのに対し、製造例１、製造例２の化合物は２３０℃付近から分解を開始したことから、単独で使用するよりも熱安定性が向上していることが分かる。

＜耐環境試験（高温安定性試験）＞
実施例１および実施例２、比較例１および比較例２のガス発生剤組成物の成形体を、１０７℃×４００時間の耐環境試験に投入した。初期重量および試験後重量から算出した重量減少率を表２に示す。実施例１及び実施例２の重量減少率は１％以下であり、ガス発生剤として使用可能である。比較例２のように尿素を単体で添加した場合は重量減少率が５％を超えていることから、本発明の化合物を用いた場合は尿素単体のガス発生剤組成物より熱安定性が向上していることが分かる。

＜燃焼性試験（６０Ｌタンク試験）＞
実施例１および実施例２、比較例１について６０Ｌタンク試験を実施した。その結果およびガス発生器の冷却部材重量を表３に示す。実施例１および実施例２の圧力立ち上がり時間（ｔ１）は比較例１に比べて速く、着火性が向上している。最大到達圧力（Ｐｍａｘ）はいずれも同等であるが、実施例１および実施例２は比較例１より最大圧力到達時間（ｔＰｍａｘ）が速いことから、燃焼速度も速くなる傾向にある。また、実施例１および実施例２は燃焼温度が低下しているため、比較例１に比べて冷却部材を２５ｇ減らすことが可能である。

＜排ガス測定＞
実施例１および実施例２、比較例１について６０Ｌタンク試験後の排ガスを回収し、燃焼後の発生ガス分析を実施した。その結果を表４に示す。実施例１、２は比較例と比べると、一酸化炭素、一酸化窒素および二酸化窒素の発生量が低減しており、燃焼後の排ガス成分が改善されていることが分かる。

今回開示された実施の形態、実施例および比較例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (6)

1. ２：１〜６：１の混合比で尿素と金属塩を溶融または溶解させた状態で反応させて得られた、分解開始温度が１７０℃以上である化合物と、含窒素有機化合物と、酸化剤とを含むガス発生剤組成物。
2. 前記尿素と金属塩との反応が１００〜１５０℃の熱処理工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス発生剤組成物。
3. 前記金属塩が遷移金属塩であることを特徴とする請求項１または２に記載のガス発生剤組成物。
4. 前記金属塩が酸化アニオンとして硝酸塩を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガス発生剤組成物。
5. バインダをさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガス発生剤組成物。
6. 自動車安全装置に使用されるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガス発生剤組成物。