JPH0660079B2 - アジドガス発生組成物 - Google Patents

アジドガス発生組成物

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JPH0660079B2
JPH0660079B2 JP2093825A JP9382590A JPH0660079B2 JP H0660079 B2 JPH0660079 B2 JP H0660079B2 JP 2093825 A JP2093825 A JP 2093825A JP 9382590 A JP9382590 A JP 9382590A JP H0660079 B2 JPH0660079 B2 JP H0660079B2
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    • C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
    • C06D5/06—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発火で多量の非毒性ガスを急に発生すること
ができる固体ペレット状の化学的ガス発生組成物に関す
る。本発明のガス発生組成物は、乗客乗り物のための受
動的拘束系(passive restraint system)の衝撃吸収安全
バッグを膨らませるのに特に使用される。
〔従来の技術〕
乗り物が衝撃で潰れるような状況の時に、乗っている人
が受ける衝撃を和らげるためにガスで膨らませる防護用
バッグを使用することは、現在広く知られており、文書
にもよく記載されている。この種の最初のころの系で
は、乗っている人と、風防ガラス、ハンドル及び乗り物
の計器盤との間に配置した衝撃吸収バッグを膨らませる
のに圧縮貯蔵ガスを用いている。乗り物の急速な減速で
ガスが瞬間作動弁を通って放出され、衝撃吸収バッグを
膨らませる。貯蔵加圧ガス系は、化学的ガス発生性火薬
(pyrotechics)物質の発火によって発生するガスを用い
た系によって現在大きく置き換わりつつある。そのよう
な系では、適切な検知機構に伴われた電気的に駆動され
る雷管(squib)の如き発火装置を用いてガス発生組成物
を点火させている。
膨張用ガスが非毒性であることに対する最近の厳しい要
請のため、現在使用されているガス発生組成物の全部で
はないとしても、その殆どは無機アジドに基づいてい
る。初期のアジド組成物は、発生するガスの毒性は問題
にしていなかった。なぜなら、その当時は発生したガス
が呼吸できるべきであると言うことは想定されていなか
ったからである。非毒性ガスを与えるガス発生組成物、
又は大きな燃焼速度で燃焼するものを調製することは容
易であるが、一つのガス発生組成物で速い燃焼速度と非
毒性ガスの発生との条件を満たすようにすることは困難
である。
無機金属アジドのための共反応剤として金属酸化物を用
いて、衝撃吸収バッグを膨らませるための非毒性窒素ガ
スを発生させるようにしてきた。無機アジドとの反応
で、金属酸化物はアジド中の無機金属を酸化物へ転化す
るための酸素を与える。更に金属酸化物は反応して焼結
凝集燃焼残渣を形成し、それは容易にろ過される。しか
し、無機アジドのための共反応剤として金属酸化物を用
いることは幾つかの問題を与え、その一つは、そのよう
な混合物は一般に燃焼が遅く、ペレットに形成しにく
く、打ち抜き、ダイス及び他の自動ペレット化機械の部
品を屡々速く摩耗させることである。
ガス発生粒状組成物をペレットへ形成すると、閉じられ
た用具を適切に膨らますのに必要な、均一に燃焼する推
進剤になることが一般に見出されている。ガス発生組成
物中無機アジドのための共反応剤として金属酸化物が用
いられた場合、合理的な燃焼速度を得るのに充分な表面
積を与えるために、組成物のペレットは非常に小さいか
又は非常に薄くしなければならない。そのようなペレッ
トは製造するのが難しく、大きなペレットよりも破壊さ
れ易い。アルカリ金属過塩素酸塩又はアルカリ金属硝酸
塩の如き一層効果的な酸化剤化合物をガス発生組成物に
添加して、金属酸化物・無機アジド ガス発生組成物の
燃焼速度を増大することも出来るが、これらの酸化剤化
合物は燃焼温度を上昇し、組成物が燃焼した時ろ過問題
を起こす残渣を与える結果になる。
衝撃吸収バッグを膨らます目的で従来多くの瞬間燃焼ガ
ス発生組成物が提案されている。誘導期間が短く、燃焼
速度が大きく、嵩密度が大きくそして非毒性ガスだけを
生ずると言う特徴を兼ね備えたガス発生組成物を開発す
ることが望ましい。更に、火薬物質の反応による燃え殻
である熱い固体残渣をガス流から容易に除去できるよう
に、反応生成物のろ過性がよいことが望ましい。
ウトラキ(Utracki)による米国特許第4,376,002号明細書
には、ガスバッグを膨らませるのに適した改良燃焼速度
火薬組成物が記載されており、そこでは酸化鉄の如き相
乗的第一酸化剤成分が、チタン、アルミニウム及び亜鉛
の酸化物の少なくとも一種類からなる残渣調節剤と組合
せて、アルカリ金属又はアルカリ土類金属アジドと一緒
に用いられている。
米国特許第4,547,235号明細書には、窒素源としてナト
リウムアジドを用いた衝撃吸収バッグの膨張に適した火
薬組成物が記載されており、この場合二酸化珪素及び硝
酸カリウムがそれらと組合せて用いられ、速い燃焼速度
を持つガス発生組成物を与えている。
ディバレンティン(DiValentin)による米国特許第3,996,
079号明細書には、自動車の受動的拘束系の空気バッグ
を膨らませるのに適した火薬ガス発生粒状組成物が記載
されており、この場合アルカリ金属又はアルカリ土類金
属のアジドが、酸化ニッケル又は酸化鉄と少量(0.5％〜
3.0％)の粘土と組合せて用いられている。粘土は、粒状
組成物の押し出し特性、燃焼過程、機械的強度及び充填
密度を改良するのに必要であると記載されている。ガス
発生組成物は比較的低い温度で反応し、反応の固体生成
物はろ過器によって容易に保持される焼結物を形成す
る。粘土の添加が火薬組成物の燃焼速度に影響を与える
ことについては何も示されていない。
ハミルトン(Hamilton)による米国特許第4,696,705号明
細書には、０〜５重量％のベントナイト粘土が用いられ
た火薬ガス発生組成物が記載されている。火薬組成物は
被覆された粒子として記載されており、その粒子は被覆
前の粒子の全重量の１〜４％の被覆重量を有する。そこ
には、ベントナイトの使用によって組成物にどのような
利点が与えられかについてはなにも示されていない。
〔本発明の要約〕
本発明のガス発生組成物は、(a) 約50〜約70重量％の割
合で、無機金属アジド、好ましくはアルカリ金属又はア
ルカリ土類金属アジド、(b) 約２〜約30重量％の割合の
第一金属酸化物酸化性化合物、及び(c) 約２〜約40重量
％の第二酸化性化合物・粘土燃焼速度制御混合物で、該
第二燃焼速度制御酸化性化合物対該粘土の比が、重量に
よる割合で一般に約１：１〜約１：８である混合物、か
らなる。
〔本発明の好ましい態様についての詳細な記述〕
第二の酸化及び燃焼速度制御に有効な量の無機硝酸塩と
組合せて粘土を用いることにより、第一酸化性化合物と
して金属酸化物を用いたペレット化した粒状の無機金属
アジド ガス発生組成物で起きる或る問題を解決するこ
とができることが判明した。火薬組成物中に少量の粘土
を用いることにより、火薬組成物の燃焼速度を増大する
ことの他に、圧搾成形後ダイスから火薬組成物ペレット
を取り出す際に起きる摩擦が著しく減少する。これによ
りペレットの品質が改良される。第二酸化性化合物とし
て無機硝酸塩を用いることと一緒に、火薬組成物に粘土
を用いると燃焼速度を増大すると言うことが見出された
ことは全く思いがけないことであった。粘土は本質的に
少量の鉄、マグネシウム、ナトリウム及びカルシウムの
珪酸塩を含む珪酸アルミニウムであり、珪酸アルミニウ
ムは酸化アルミニウムと二酸化珪素との相互作用により
形成することができるので、粘土は熱い酸化ナトリウム
と反応し、それによって固体残渣(クリンカー)の形成に
関与すると予想されるであろう。実際には、本発明のガ
ス発生組成物を用いると一層容易にろ過することができ
る固体が得られる。
本発明の火薬組成物の成分として、第二酸化性化合物、
即ち金属硝酸塩又は金属過塩素酸塩と粘土との混合物を
用いることは、無機金属アジドと金属酸化物第一酸化性
化合物の燃焼速度を実質的に増大する手段を与える。本
発明の組成物は、第二酸化性化合物を添加しなくても燃
焼速度の幾らかの増大を示すが、燃焼速度の大きな増大
は、粘土と少量の金属硝酸塩酸化剤化合物との組合せを
使用することにより得ることができる。
ガスを発生させるための火薬組成物の燃焼速度を評価す
るために、混合した火薬粉末組成物の試料を1.27cm(0.5
in)直径のダイス中で約5695110g/cm2(81,000psi)の圧力
で圧縮成形し、約1.27cm(0.5in)長さの円柱に形成す
る。円柱の側面はエポキシ・二酸化チタン混合物被覆に
よってその燃焼を防ぐ。これらの円柱を窒素ガスで加圧
した閉じた容器中で一方の端に火を付けることにより燃
焼速度について試験する。ガス発生火薬組成物の燃焼速
度は、円柱の全長を燃焼するのに必要な時間である。通
常各試験は、平均燃焼速度を得るのに３〜６本の円柱を
燃焼することを含んでいる。
本発明の火薬組成物は、熱線(hot wire)又は雷管によっ
て発火させることができる。一般に、当分野でよく知ら
れているように、ガス発生組成物は、拘束系の膨張性バ
ッグに連通した容器中に閉じ込めて置くことができる。
固体生成物が袋の中に流れ込むのを制限するため通常ガ
ス発生容器と膨張性バッグとの間のガス導管中にバッフ
ル及び(又は)ろ過装置が配置されているであろう。
本発明のガス発生組成物に適した無機金属アジド成分
は、一般に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のアジ
ドの少なくとも一種類、好ましくはリチウムアジド、ナ
トリウムアジド、カリウムアジド、リビジウムアジド、
セシウムアジド、カルシウムアジド、マグネシウムアジ
ド、ストロンチウムアジド、及びバリウムアジドの少な
くとも一種類からなる。最も好ましくはナトリウムアジ
ドが用いられる。
適当な第一金属酸化物酸化性化合物は、一般に、鉄、珪
素、マンガン、アルミニウム、タンタル、ニオブ、錫及
びニッケルの酸化物の少なくとも一種類から選択するこ
とができる。好ましくは鉄とニッケルの酸化物が用いら
れる。
粘土と組合せて用いるための第二金属酸化性化合物は、
一般に、(１) リチウム、ナトリウム、カリウム、マグ
ネシウム、カルシウム、バリウム及びアルミニウムの金
属硝酸塩の少なくとも一種類、及び(又は)(２) リチウ
ム、ナトリウム、カリウム、カルシウム及びバリウムの
金属過塩素酸塩の少なくとも一種類、から選択すること
ができる。金属硝酸塩が好ましく、最も好ましくは硝酸
カリウムが用いられる。
本発明の火薬組成物の燃焼速度を増大するために、粘土
の種々の源を第二酸化性化合物と組合せて用いることが
できる。一般に、どんな粘土でも用いることができる。
少量の鉄、マグネシウム、ナトリウム、及びカルシウム
の珪酸塩を含むアルミニウム及び(又は)マグネシウム珪
酸塩からなる粘土が好ましい。
好ましい第二酸化性化合物金属硝酸塩と粘土との組合せ
は、約２〜約40重量％、好ましくは約５〜約30重量％、
最も好ましくは約10〜約25重量％の割合で用いられる。
一般に、金属硝酸塩対粘土の重量比は、約１：１〜約
１：８、好ましくは約１：１〜１：６、最も好ましくは
約１：２〜１：５である。第一金属酸化物酸化性化合物
は、本発明のガス発生火薬組成物中、約２〜約30重量％
の量で用いられる。好ましくは約８〜約28重量％、最も
好ましくは約10〜約25重量％の第一金属酸化物酸化性化
合物が用いられる。
同じ又は付加的利点を与えるため、本発明の組成物で金
属硝酸塩及び金属過塩素酸塩の代わりに付加的酸化性化
合物を用いることができることは、当業者に認められる
であろう。本発明のガス発生組成物の第二酸化性化合物
として適している酸化性化合物には、過酸化ナトリウム
及び過酸化カリウムの如き金属過酸化物が含まれる。
次の例は本発明の種々の態様を例示している。本明細書
及び特許請求の範囲中、特に規定しない限り、温度は℃
で、部、％及び割合は重量による。
次の例では、次のようにしてガス発生組成物を調製し
た。下の表に列挙したような重量％で、成分を110℃で
乾燥し、然る後、適切な割合で秤量し、それら成分を完
全に混合した。然る後、それら例の組成物を1.27cm(0.5
in)直径のダイス中で約5695110g/cm2(81,000)psiの圧力
で圧縮成形し、約1.27cm(0.5in)長さの円柱に形成し
た。その円柱を窒素ガスで加圧した閉じた容器中で火を
付けた後、円柱を燃焼するのに必要な時間を決定するこ
とにより燃焼速度の評価が行なわれた。燃焼速度cm/秒
(in/秒)について示された結果は、各組成を代表する３
〜６本の円柱を燃焼するのに必要な時間の平均値であ
る。
例１ (対照、本発明には入らない) 重量％で次のガス発生組成物を調製した：ナトリウムア
ジド62：黒鉛0.5；硝酸カリウム4.36；酸化第二鉄33.1
4。上述の如く燃焼速度について試験すると、それは1.9
8cm/秒(0.78in/秒)であった。
例２〜８ 本発明を例示するガス発生組成物２〜６を調製した。例
７は本発明の例である。例８は対照である。
ウトラキ(Utracki)による米国特許第4,376,002号明細書
には、酸化アルミニウムを含み、又はそれを含まず、鉄
及び珪素の酸化物を含むガス発生組成物が記載されてい
る。例９〜14では、ガス発生組成物は、粘土を入れた珪
素及びアルミニウムの酸化物の種々の組合せを用いて作
られている。これらの例、特にアルミニウムと珪素の酸
化物の混合物が粘土の元素組成に似ている例11は、その
発明のガス発生組成物中に粘土を使用すると発火性及び
燃焼速度に独特の利点を与えることを示している。
例９ (対照、本発明には入らない) 二酸化珪素をベントナイト粘土の代わりに用いた点を除
き、例５と同様な組成成分を用いてガス発生組成物を調
製した。上述の如く円柱状物を作り試験すると、測定さ
れた平均燃焼速度は0.81/秒(0.32in/秒)であることが分
かった。平均密度は2.08g/cm3であった。
例10 (対照、本発明には入らない) 同じ重量％の酸化アルミニウムを粘土の代わりに用いた
点を除き、例５と同様な組成及び割合でガス発生組成物
を調製した。上述の如く円柱状物を作り燃焼速度につい
て測定すると、平均燃焼速度は1.57cm/秒(0.62in/秒)で
あることが分かった。平均密度は2.06g/cm3であること
が分かった。
例11 (対照、本発明には入らない) 15重量％の量の二酸化珪素と５重量％の量の酸化アルミ
ニウムとの混合物を例５の粘土の代わりに用いた点を除
き、例５と同様な成分及び割合を有するガス発生組成物
を調製した。上述の如くこの組成物から円柱状物を作り
試験すると、測定された平均燃焼速度は1.12cm/秒(0.44
in/秒)であることが分かった。組成物の平均密度は2.02
/cm3であった。
例12〜14 (対照、本発明には入らない) 下の表(割合は全て重量％である)に記載されている如き
ガス発生組成物の例12〜14を調製した。これらの例は、
付加的(第二)酸化剤化合物がガス発生組成物中に存在し
ないと、ナトリウムアジドと完全に反応させるのに必要
な酸化鉄の通常の量の一部分を単に粘土で置換しただけ
では、例２〜６と比較して燃焼速度の大きな増大を生じ
ないことを示している。
例15 商標名マグナブライト(Magnabrite)Ｆという種類の粘土
をボルクレイＨＰＭ−20の代わりに用いた点を除き、例
２と同様な成分及び割合でガス発生組成物を調製した。
上述の如くこの組成物から円柱状物を作り試験すると、
測定された平均燃焼速度は2.29cm/秒(0.90in/秒)である
ことが分かった。組成物の平均密度は2.06g/cm3である
ことが分かった。この例は、異なった種類の粘土、マグ
ナブライトＦを使用した場合を例示しており、それは白
色スメクタイト粘土の混合物であり、主にマグネシウム
アルミニウム珪酸塩からなつている。
例16〜20 下の表(割合は全て重量％である)に記載されている如き
ガス発生組成物の例16〜20を調製した。これらの例は、
第二酸化剤化合物(硝酸カリウムによって例示されてい
る)の量を増大した時のガス発生燃焼速度に及ぼす影響
を示している。
本発明を或る特定の態様に関して記述してきたが、本発
明の範囲及び本質から離れることなく、多くの変更を行
なえることは、当業者には認められるであろう。また、
本発明は、本発明の本質及び範囲から離れることなく例
示の目的でここに記載した本発明の全ての変化及び修正
を全て含むものであることは理解されるであろう。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼速度が増大したガス発生組成物におい
    て、 (a) 50〜70重量％の無機金属アジド、 (b) 2〜30重量％の第一金属酸化物酸化性化合物、及び (c) 2〜40重量％の第二金属酸化性化合物・粘土燃焼速
    度制御混合物で、該第二酸化性化合物対該粘土の重量比
    が1:1〜1:8である混合物、 の混合物からなるガス発生組成物。
  2. 【請求項２】無機金属アジドがアルカリ金属アジド及び
    アルカリ土類金属アジドの少なくとも一種類から選択さ
    れ、第二酸化性化合物が金属硝酸塩又は金属過塩素酸塩
    である請求項1に記載のガス発生組成物。
  3. 【請求項３】第一金属酸化物酸化性化合物が、鉄、ニッ
    ケル、珪素、マンガン、アルミニウム、タンタル、ニオ
    ブ及び錫の酸化物の少なくとも一種類からなる群から選
    択される請求項2に記載のガス発生組成物。
  4. 【請求項４】第二酸化性化合物が、リチウム、ナトリウ
    ム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチ
    ウム及びバリウムの硝酸塩、又はリチウム、ナトリウ
    ム、カリウム及びバリウムの過塩素酸塩の少なくとも一
    種類からなる群から選択される請求項3に記載のガス発
    生組成物。
  5. 【請求項５】アルカリ金属アジドがナトリウムアジドで
    あり、第一金属酸化物酸化性化合物が酸化第二鉄であ
    り、第二金属硝酸塩酸化性化合物が硝酸カリウムであ
    り、粘土がベントナイト粘土である請求項4に記載のガ
    ス発生組成物。
  6. 【請求項６】非毒性のガスだけを生じて大きな燃焼速度
    で火薬材料の燃焼により自動車又は航空機の衝撃吸収安
    全バッグを膨らませる方法において、 (a) 50〜70重量％の無機金属アジド、 (b) 2〜30重量％の第一金属酸化物酸化性化合物、及び (c) 2〜40重量％の第二金属酸化性化合物・粘土燃焼速
    度制御混合物で、該第二金属酸化性化合物対該粘土の重
    量比が1:1〜1:8である混合物、 からなる粒子混合物を用いることによって増大した燃焼
    速度が得られている安全バッグ膨らまし方法。
  7. 【請求項７】無機アジドがアルカリ金属アジド及びアル
    カリ土類金属アジドの少なくとも一種類からなる群から
    選択され、第一金属酸化性化合物が酸化鉄であり、第二
    金属酸化性化合物が硝酸カリウムであり、粘土がベント
    ナイト粘土であるペレット化した混合物を用いることに
    より、増大した燃焼速度が得られている請求項6に記載
    の方法。
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