JP6970190B2 - ガス発生組成物ならびにそれらの製造方法及び使用方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2016年5月23日出願の米国仮出願第62/340,177号の優先権を主張し、該出願はその全体が参照により本明細書に援用される。
本明細書では、1種または複数種の酸化剤及び1種または複数の燃料を含有する、「推進剤」とも呼ばれるガス発生組成物が開示される。特定の例において、本開示の組成物は、酸化剤としての金属硝酸塩を主燃料としての硝酸メラミンと共に含有する。この組み合わせは、ガス発生器としても知られるインフレータにおける低圧での燃焼を可能にし、同時に清浄な燃焼放出ガスを生成することが見出された。これにより、インフレータを設計する際の多能性が向上し、より強度が低くより軽量の鋼材の使用が可能になり、重量及びコストの低減につながる。上記補助燃料の導入により自己点火性能を向上させることができ、インフレータならびに補完的ブースタ及び自己点火組成物を設計する際のより高い多能性も可能になる。本開示の組成物はまた、補助酸化剤も含有していてよく、この補助酸化剤は、上記補助酸化剤を含まない類似の処方と比較して、CO、NOx、及びNH3などの望ましくない放出ガスの生成を制限することができる。また、本明細書に開示されるように、本開示の組成物中には種々の添加剤が存在していてもよい。
本開示の組成物の特定の例において、上記酸化剤は金属硝酸塩である。更なる特定の例において、上記金属硝酸塩は塩基性金属硝酸塩である。好適な塩基性金属硝酸塩は、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択することができる。好適な金属硝酸塩の特定の例は、Cu2(NO3)(OH)3、Cu3(NO3)(OH)5・2H2O、Co2(NO3)(OH)3、Zn2(NO3)(OH)3、Mn(NO3)(OH)2、Fe4(NO3)(OH)11.2H2O、MoO2(NO3)2、Bi(NO3)(OH)2、及びCe(NO3)3(OH).3H2Oである。これらの中でも、塩基性硝酸銅が好ましい。
本開示の組成物において、上記主燃料は硝酸メラミンである。上記硝酸メラミンは本組成物中に25〜30重量%で存在してもよい。例えば、上記硝酸メラミンは、25、26、27、28、29、または30重量%の量で本開示の組成物中に存在してもよく、記載の値のいずれもが範囲の上端値または下端値であってもよい。特定の例において、上記硝酸メラミンは、26〜29重量%または27〜28重量%で存在してもよい。主燃料として硝酸メラミンを使用することにより、低圧での(特に低温において)燃焼を可能にできることが見出された。
本開示の組成物はまた、任意選択で更なる添加剤も含有していてよい。例えば、ガス温度をより低温にすることを可能にし、スラグ化を改善し、放出ガスを改善し、結合を改善し、粉体流動を改善するための添加剤を添加してもよい。
本開示のガス発生組成物は、本明細書に開示される種々の成分を記載された量で混合することによって調製することができる。例えば、上記成分は、ピンミル、振動ミル、またはジェットミル中で、別個にまたは共に摩砕してもよい。上記成分の粒径は、1〜20μm(例えば1、5、10、15、または20μm、記載の値のいずれもが範囲の上端値または下端値を形成してもよい)の範囲であってよく、特定の粒径は、所望の性能に応じて変えてもよい。上記摩砕した粉末をリボンブレンダでブレンドしてもよい。ブレンドされた粉末を、ロール圧縮機(例えば、102〜103MPaの圧力)及びそれに続くインライン造粒機で圧縮及び造粒し、該顆粒は従来の打錠機で圧縮成形してもよい。
本開示の組成物は粉末形態または成形した形態で使用してもよい。上記成形物品は、適宜の耐圧容器中にばら置きしたまたは方向性のある形式で導入してもよい。上記成形物品は、開始剤の投入または熱の投入の支援による従来の方法に従って点火され、そのようにして形成されたガスが、任意選択で適宜のフィルタを通過した後、1秒未満の時間内にエアバッグシステムを膨張させる。本明細書に開示の組成物は、搭乗者の保護用に自動車に利用されるいわゆるエアバッグである衝撃バッグに特に適する。車両の衝突の際には、エアバッグは、システム及び自動車の大きさに応じて、約20〜200リットルのガス量で最小限の時間内に充満されなければならない。本開示の組成物は同様に、シートベルト締め付け装置、例えばリトラクタまたはプリテンショナに用いるのに適する。
表1に詳述した成分を有する組成物を調製した。粉末を混合し、振動ミル中でブレンドした。このブレンドした粉末を圧縮成形して造粒した。次いでこの顆粒を打錠機で圧縮成形した。ポリエチレンは造粒の前に0.1%、造粒の後に0.1%添加した。
表2に詳述した成分を有する組成物を調製した。粉末を混合し、振動ミル中でブレンドした。このブレンドした粉末を圧縮して造粒した。次いでこの顆粒を打錠機で圧縮成形した。ポリエチレンは造粒の前に0.1%、造粒の後に0.1%添加した。
表3に詳述した成分を有する組成物を調製した。粉末を混合し、振動ミル中でブレンドした。このブレンドした粉末を圧縮して造粒した。次いでこの顆粒を打錠機で圧縮成形した。ポリエチレンは造粒の前に0.1%、造粒の後に0.1%添加した。
表4に詳述した成分を有する組成物を調製した。粉末を混合し、振動ミル中でブレンドした。このブレンドした粉末を圧縮して造粒した。次いでこの顆粒を打錠機で圧縮成形した。ポリエチレンは造粒の前に0.1%、造粒の後に0.1%添加した。
実施例1の代理となる組成物を調製し、該組成物は、65.4重量%の塩基性硝酸銅、34.4重量%の硝酸メラミン及び、0.2重量%のポリエチレンを含んでいた。そのインフレータ性能を比較例3及び4の組成物と比較した。このように、上記実施例1の代理と比較例3及び4との間の主たる相違点は主燃料である。上記成分の百分率は酸素バランスを0%に維持するためにわずかに変化させた。それぞれメラミン及びシアヌル酸を主燃料として用いた比較例3及び4は、これらの主燃料がインフレータ内で燃焼を持続しようとしなかったため、インフレータ性能を達成不能であった。メラミン硝酸塩を用いると、当該試験の燃焼圧力が低い場合であっても良好に機能した。図1を参照されたい。従って、上記硝酸メラミンを含む組成物は、満足のいくインフレータ性能の結果をあたえる唯一の組成物であった。
Claims (21)
- 45〜55重量%の金属硝酸塩と、
25〜30重量%の硝酸メラミンと、
5〜15重量%の窒素含有有機化合物であって、グアニジン、ニトログアニジン、硝酸グアニジン、アミノグアニジン、アミノグアニジン硝酸塩、及びアミノグアニジン炭酸水素塩からなる群から選択される前記窒素含有有機化合物と
を含むガス発生組成物。 - 前記組成物は、
1〜10重量%の、過塩素酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩及び炭酸塩から選択される補助酸化剤と、
任意選択で、1〜3重量%のヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせと、
任意選択で、0.1〜0.3重量%のポリエチレンと
をさらに含む、請求項1に記載の組成物。 - 前記金属硝酸塩が、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択される、請求項1または2に記載の組成物。
- 前記金属硝酸塩が塩基性硝酸銅である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記窒素含有有機化合物が硝酸グアニジンである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 1〜10重量%の過塩素酸のアルカリ金属塩または過塩素酸のアルカリ土類金属塩を更に含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記過塩素酸のアルカリ金属塩が過塩素酸カリウムである、請求項2または6に記載の組成物。
- 1〜10重量%の炭酸塩を更に含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記炭酸塩が、炭酸アンモニウム、炭酸カルシウム、塩基性炭酸銅、炭酸マグネシウム、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項2または8に記載の組成物。
- 前記炭酸塩が、塩基性炭酸銅または塩基性炭酸ビスマスである、請求項2、8または9に記載の組成物。
- 前記硝酸メラミンの粒径が10μm未満である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 圧縮操作中の潤滑のための添加剤を更に含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記添加剤が0.1〜0.5重量%の量のポリエチレンである、請求項12に記載の組成物。
- 1〜3%のヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせを更に含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の組成物。
- 45〜55重量%の塩基性硝酸銅と、
25〜30重量%の硝酸メラミンと、
5〜15重量%の硝酸グアニジンと、
5〜7重量%の塩基性炭酸銅または塩基性炭酸ビスマスと、
1〜5重量%の過塩素酸カリウムと、
1〜3重量%のヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせと、
0.1〜0.3重量%のポリエチレンと
を含むガス発生組成物。 - 燃焼室内で1〜20MPaの圧力範囲にわたって燃焼させたときの圧力指数が0.5未満である請求項1〜15のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1〜16のいずれか1項に記載の組成物を含む成形物品。
- 45〜55重量%の金属硝酸塩と、
25〜30重量%の硝酸メラミンと、
5〜15重量%の窒素含有有機化合物であって、グアニジン、ニトログアニジン、硝酸グアニジン、アミノグアニジン、アミノグアニジン硝酸塩、及びアミノグアニジン炭酸水素塩からなる群から選択される前記窒素含有有機化合物と、
1〜10重量%の、過塩素酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩及び炭酸塩から選択される補助酸化剤と、
任意選択で、1〜3重量%のヒュームドシリカ、ヒュームドアルミナ、水酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウム、アルミン酸マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせと、
任意選択で、0.1〜0.3重量%のポリエチレンと
を混合して、ブレンド物を形成するステップと、
前記ブレンド物を造粒するステップと、
前記ブレンド物を成形物品へと圧縮成形するステップと
を含む成形物品の形成方法。 - 前記硝酸メラミンを前記金属硝酸塩及び窒素含有有機化合物と混合する前に、前記硝酸メラミンをジェットミリングするステップを更に含む、請求項18に記載の方法。
- ガス発生器中で、請求項1〜16のいずれか1項にガス発生組成物に点火するステップを含むエアバッグの膨張方法であって、前記ガス発生器の内圧が20MPa未満である、前記方法。
- 前記内圧が15MPa未満である、請求項20に記載の方法。
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