JP4847143B2 - ガス発生剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等のエアバック拘束システムに適したガス発生剤組成物に関する。

一般にガス発生剤は、燃焼後において微細な燃焼残渣やミスト〔ガス発生剤の燃焼によって発生するガス発生剤中の固形成分（例えば、金属成分）をいう。〕が大量に発生する。発生直後の燃焼残渣は、熱を帯びているので、これがエアバッグ内に放出されるとエアバッグが損傷され、乗員に火傷を負わせる危険性がある。更にエアバッグが損傷されると、ミストが車両内に放出されることになる。このような危険を回避するため、インフレータ内には、目の細かい金属製のフィルターが配置されている。

しかし、フィルタは、インフレータ部材の中でも質量の占有割合が最も大きなものであるから、フィルタの使用によるガスの清浄化の一方で、インフレータの質量増加と大型化の課題が存在している。
特表２００３−５２５１０６ 特開２００５−１２６２６２

フィルタを小型減量化する方法として、ガス発生剤の燃焼温度を低下させることが考えられる。特許文献１、２には、燃焼温度を低くするための成分を配合することが記載されている。

本発明は、特許文献１、２には記載がない希土類化合物を用いて、ガスを清浄化すると共に、燃焼時にミストが発生しにくい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、軽希土類化合物を含むガス発生剤組成物を提供する。前記軽希土類化合物は、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジムから選ばれる希土類元素の化合物が好ましく、前記軽希土類化合物は、希土類元素の酸化物、ハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩及び炭酸塩から選ばれるものが好ましい。前記軽希土類化合物は、平均粒径が０．５〜５００μmの範囲のものが好ましい。

本発明のガス発生剤組成物は、燃焼時に一酸化炭素や窒素酸化物等の生成量が少なく、燃焼時にミストが発生しにくい。

本発明のガス発生剤組成物は、軽希土類化合物を含むものであり、他の成分は、公知のガス発生剤組成物に使用されている燃料、酸化剤、バインダ、添加剤等から選ぶことができる。軽希土類化合物は、燃焼後における有毒な窒素酸化物と一酸化炭素等の生成量を少なくするように作用すると共に、発生したミストをスラグとしてガス発生器内に残留させるように作用する。

軽希土類化合物は、スカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジムから選ばれる希土類元素の化合物であり、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、リン酸塩及び炭酸塩から選ばれるものを挙げることができる。

これらの中でも、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジムの酸化物、水酸化物が好ましい。

軽希土類化合物は、平均粒径が０．５〜５００μmの範囲のものが好ましく、より好ましくは平均粒径が０．５〜１００μmの範囲のものであり、更に好ましくは平均粒径が０．７〜２０μmの範囲のものである。

なお、平均粒径は、レーザー散乱光による粒度分布法により測定したものである。測定サンプルは、塩基性金属硝酸塩を水に分散させた後、超音波を３分間照射したものを用い、粒子数の５０％累積値（Ｄ_５０）を求めて、２回の測定による平均値を平均粒径とする。

ガス発生剤組成物中の希土類化合物の含有量は、０．１〜２０質量％が好ましく、より好ましくは０．５〜１５質量％であり、更に好ましくは０．５〜１０質量％である。

燃料としては、テトラゾール類化合物、グアニジン類化合物、トリアジン類化合物、ニトロアミン類化合物から選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。

テトラゾール類化合物は、５−アミノテトラゾール、ビテトラゾールアンモニウム塩等が好ましい。グアニジン類化合物は、グアニジン硝酸塩（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等が好ましい。トリアジン化合物は、メラミン、シアヌル酸、アンメリン、アンメリド、アンメランド等が好ましい。ニトロアミン類化合物は、シクロ−1,3,5-トリメチレン-2,4,6-トリニトラミンが好ましい。

酸化剤としては、塩基性金属硝酸塩、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種を挙げることができる。

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。

塩基性金属硝酸塩は、燃焼速度を高めるため、平均粒径は３０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましい。なお、平均粒径は、レーザー散乱光による粒度分布法により測定したものである。測定サンプルは、塩基性金属硝酸塩を水に分散させた後、超音波を３分間照射したものを用い、粒子数の５０％累積値（Ｄ_５０）を求めて、２回の測定による平均値を平均粒径とする。

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は、酸化作用と共に、燃焼促進作用もする成分である。酸化作用は、燃焼中に酸素を発生することで燃焼を効率良く進行させると共に、アンモニア、一酸化炭素等の有毒ガスの生成量を減少させる作用を意味する。一方、燃焼促進作用は、ガス発生剤組成物の着火性を向上させる作用、又は燃焼速度を向上させる作用を意味する。

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。

バインダとしては、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、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、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、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少なくとも１種を挙げることができる。

添加剤としては、銅（例えば、電解銅粉）、酸化銅、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；炭酸コバルト、炭酸カルシウム、塩基性炭酸亜鉛、塩基性炭酸銅等の金属炭酸塩又は塩基性金属炭酸塩；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；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム；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、二硫化モリブデン、ステアリン酸カルシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素から選ばれる少なくとも１種を挙げることができる。

希土類化合物以外の各成分の含有量は特に制限されず、例えば、特開２００５−１２６２６２号公報に記載の燃料としての有機化合物、含酸素酸化剤、バインダ、金属酸化物、金属炭酸化物から選ばれる添加剤の含有量と同じ範囲にすることができる。

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。単孔円柱状、多孔円柱状のものは、孔が長さ方向に貫通しているもの、孔が貫通せずに窪みを形成しているもののいずれでもよい。

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、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ガス発生器に適用できる。

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。

更に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。

エアバッグ用ガス発生器の作動時において、ガス発生剤が燃焼したとき、ミスト（金属成分のような、ガス発生剤の燃焼によって発生するガス発生剤中の固形成分をいう。）が発生する。ミストの発生量が多いと、フィルタの損傷が大きくなったり、フィルタを通過したミストがエアバッグ内に流入したりするといった問題がある。このような問題を、フィルタを厚く（又は嵩密度を高く）することで解決した場合、ガス発生器全体の重量増加を招いてしまい、軽量化の要請に反する。

本発明のガス発生剤組成物は、含有成分である軽希土類化合物の作用により、ミストを発生しにくくしたり、発生したミストをスラグ（残渣）（スラグは、ガス発生器内にて、フィルタを通過せずに残留固化したミストである。）としてガス発生器内に残留させることができる。このようにミストの発生が抑制されたり、ミストがスラグとして残留されたりすると、ミストによりフィルタが損傷されたり、ミストがフィルタを通過してエアバッグ内に流入したりすることがなくなるため、フィルタの厚みや嵩密度を減少させることができる。このため、本発明のガス発生剤組成物を適用したエアバッグ用ガス発生器の軽量化ができる。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

実施例及び比較例
表１に示す各成分の合計5000ｇと水737ｇを混合機に仕込んで混合した。この混合物を押出機で押し出し、裁断、乾燥を経て、外径3.8ｍｍ、内径1.1ｍｍ、長さ4.1ｍｍの単孔薬形状のガス発生剤組成物を得た。

（発生ガス組成）
表１に示す組成のガス発生剤組成物（粉末状）２ｇを用い、ストランドに成型した。このストランドを内容積１リットルの密閉ボンブに取り付け、ボンブ内を窒素で置換した後、更に窒素で６８６０ｋＰａまで加圧して、ストランドをニクロム線の通電により着火させ、完全に燃焼させた。通電から約２０秒後に燃焼ガスをガスサンプリングバッグに採取し、直ちに、検知管でＮＯ、ＣＯ、ＮＨ_３の濃度（ppm；質量基準）を分析した。

（スラグ状態の評価）
表１に示す組成を有するガス発生剤組成物（粉末状）２ｇを用い、ストランドに成型した。このストランドを内容積１リットルの密閉ボンブに取り付け、ボンブ内を窒素で置換した後、更に窒素で６８６０ｋＰａまで加圧して、ストランドをニクロム線の通電により着火させ、完全に燃焼させた。燃焼後、ボンブ内から燃焼残渣（スラグ）を取り出し、それらの状態を、下記の基準で評価した。
○：塊状になっており、指で押しても崩壊しない。
△：塊状になっているが、指で押すと崩壊する。
×：粉状になっている。

（スラグ量の測定）
スラグ状態の評価試験後の密閉ボンブ内に残ったスラグを採取した後、目開き３．３ｍｍの篩にかけ、篩上に残ったものの質量を測定した。篩上の残ったスラグ量が多いものほど、ミストとフィルタの接触量乃至通過量が小さいことを意味する。

（表１、２の各成分の詳細）
Ｌａ（ＯＨ）_３：太陽鉱工社製，水酸化ランタン−１００
Ｎｄ（ＯＨ）_３：太陽鉱工社製，水酸化ネオジウム−９８
Ｌａ（ＮＯ_３）_３〔Ｌａ（ＮＯ_３）_３・６Ｈ_２Ｏ〕：高南無機社製，硝酸ランタン六水和物
Ｃｕ：電解銅粉，日鉱マテリアル社製，＃６
ガラス粉：リン酸塩ガラス〔Ｐ_２Ｏ_５（54-56質量％）、Ａｌ_２Ｏ_３（9-11質量％）、Ｎａ_２Ｏ（19-21質量％）、Ｋ_２Ｏ（14-16質量％），軟化点約４００℃〕
ＧＮ：硝酸グアニジン
ＢＣＮ：塩基性硝酸銅
Ｃｅ_２Ｏ_２：粒径０．６μm
Ｎｄ_２Ｏ_３：粒径６μm
Ｌａ_２Ｏ_３：粒径６μm
Ｐｒ_６Ｏ_１１：粒径１５μm
Ｌａ（ＯＨ）_３：粒径１．２μm
Ｎｄ（ＯＨ）_３：粒径１μm

表１、２から明らかなとおり、実施例のガス発生剤組成物は、ＮＯ等の発生が抑制されると共に、固い塊状のスラグが形成されていた。このようにミストが塊状のスラグとして残留していることから、ミストによるフィルタの損傷や、ミストがフィルタを通過するという問題が解決できるものであり、フィルタの厚み乃至は嵩密度を減少させることで、ガス発生器の軽量化にも寄与できるものである。

比較例のガス発生剤組成物では、スラグは粉末状態で残留しているため、同じ量のミストが発生した場合、実施例の場合と比べて、より多量のミストがフィルタと接触・通過することになる。

Claims (3)

1. 軽希土類化合物を含むガス発生剤組成物であって、軽希土類化合物が、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジムの水酸化物と三硝酸ランタン六水和物〔La（NO ₃ ） ₃ ・6H ₂ O〕から選ばれるものであるガス発生剤組成物。
2. 軽希土類化合物の含有量が０．５〜１５質量％である請求項１記載のガス発生剤組成物。
3. 前記軽希土類化合物が、平均粒径が０．５〜５００μmの範囲のものである、請求項１又は２に記載のガス発生剤組成物。