JPH08295590A

JPH08295590A - ガス発生組成物

Info

Publication number: JPH08295590A
Application number: JP8084127A
Authority: JP
Inventors: Ivan V Mendenhall; ブイ．メンデンハールイバン; Robert D Taylor; ディー．テイラーロバート
Original assignee: Morton Thiokol Inc; Morton International LLC
Current assignee: Morton International LLC; ATK Launch Systems LLC
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 1996-11-12
Anticipated expiration: 2016-04-05
Also published as: EP0736506A1; DE69609652T2; EP0736506B1; DE69609652D1; US5472535A; JP2796080B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安定なガス発生組成物を提供する。【解決手段】本発明のガス発生組成物は燃料成分およ
び酸化剤成分を含み、前記燃料成分が酸性水素を有する
テトラアゾール化合物および／または酸性水素を有する
トリアゾール化合物を含み、且つ、前記酸化剤成分が遷
移金属酸化物を含み、ここで、前記ガス発生組成物が前
記燃料成分および前記酸化剤成分の合計重量に対して約
0.05〜約5 重量％でキレート化剤を含むことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車用エアバッグ
および多量の気体の急速な製造を必要とする他の装置を
膨張させるためのガス発生組成物に関する。より詳細に
は、本発明は、テトラアゾールおよび／またはトリアゾ
ールが燃料成分であり、且つ、金属酸化物が酸化剤とし
て用いられているこのような組成物およびこのような組
成物の安定化に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在用いられている殆どのエアバッグ拘
束装置は、ナトリウムアジ化物を主燃料として用いるガ
ス発生組成物を用いる。ナトリウムアジ化物の欠点、特
に、金属不純物の存在下での不安定性および毒性のため
に、未燃焼のガス発生器の廃棄の問題が起こるので、非
アジ化物ガス発生装置を開発することが望まれており、
そして多くの非アジ化物配合剤が提案されている。しか
し、今日まで、非アジ化物ガス発生剤はあまり商業化さ
れていない。

【０００３】アジ化物の代替品は、例えば、米国特許第
5,035,757 号において提案されており、その教示を参照
により明細書中に取り入れる。このようなアジ化物は、
アゾール化合物、特にテトラアゾールおよびトリアゾー
ル化合物を含む。テトラアゾール化合物は、例えば、5-
アミノテトラアゾール（5-AT) 、テトラアゾールおよび
ビテトラアゾールを含む。トリアゾール化合物は、例え
ば、1,2,4-トリアゾール- 5-オンおよび3-ニトロ1,2,4-
トリアゾール-5- オンを含む。上記の全てのアゾール化
合物は本発明において有用な燃料であるが、5-ATはこれ
らの中で最も商業的に重要である。

【０００４】ガス発生薬品系は、燃料成分に加えて、酸
化剤成分を含む。アゾール燃料との組み合わせでの使用
のために提案される酸化剤はアルカリ金属およびアルカ
リ土類金属硝酸塩、塩素酸塩および過塩素酸塩を含む。
テトラアゾールおよびトリアゾールのための別のタイプ
の酸化剤は、例えば、米国特許第3,468,730 号において
教示されており、その教示を参照により明細書中に取り
入れる。このような酸化剤は、金属酸化物、特に遷移金
属酸化物である。酸化剤として適切な遷移金属酸化剤
は、制限するわけではないが、酸化第二銅、酸化第二
鉄、二酸化鉛、二酸化マンガンおよびそれらの混合物を
含む。金属酸化物は、酸化剤として望ましく、それは、
燃焼温度を下げる傾向があり、それにより、毒性酸化
物、例えば、COおよびNO_xのレベルを下げるからであ
る。

【０００５】幾つかのガス発生処理手順は水を用いる。
水処理はガス発生材料の危険性を低下する。それ故、ガ
ス発生組成物は水処理を容易にするように配合されるこ
とが望ましい。

【０００６】水処理の1 例は、米国特許第5,015,309 号
に教示されており、その教示を参照により明細書中に取
り入れる。このような処理の例は、下記工程、 1.水と発生剤成分のスラリーを形成させる工程、 2.直径100 〜300 ミクロンの球形プリルを形成するよう
にスプレー乾燥する工程、 3.高速ロータリープレス機に重力でプリルをフィードす
る工程、を含む。

【０００７】別の一般的な製造技術( 例えば、米国特許
第5,084,218 号) を参照により明細書中に取り入れ、前
記技術は次の工程、 1.発生剤成分と水とのスラリーを形成させる工程、 2.スパゲッティー状のストランドを形成するようにスラ
リーを押出する工程、 3.ストランドをプリルに切断し、そして球形化する工
程、 4.上記に記載のプリルをタブレット化する工程、を含
む。

【０００８】酸性水素を有するトリアゾールおよび／ま
たはテトラアゾール並びに金属酸化物の両方を含むガス
発生組成物で問題が判明し、特に見られる問題は、組成
物が水性処理されているならば、長期間安定性が低い(
加速熱老化実験により示して) ことである。経時ととも
に、燃料の量は低下し、そして性能が低下することが判
る。このように、このような発生剤が自動車のエアバッ
グインフレーターにおいて用いられるならば、インフレ
ーターは、時間とともに、有効性が不十分になるであろ
う。理論には固執するわけではないが、金属酸化物の金
属イオンがテトラアゾールおよび／またはトリアゾール
の水素原子を置換し、それにより、金属塩または錯体が
生じることが信じられる。これらの金属塩または錯体は
幾分、不安定であり、そして経時とともに分解する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的は
酸性水素を有するテトラアゾールおよび／またはトリア
ゾール並びに遷移金属酸化物酸化剤を含むガス発生組成
物を安定化させることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】燃料成分および酸化剤成
分を含み、そしてここで、燃料成分の少なくとも一部分
が酸性水素を有するテトラアゾール化合物および酸性水
素を有するトリアゾール化合物であり、且つ、燃料成分
の少なくとも一部分が遷移金属酸化物であるガス発生組
成物において、向上した安定性は、燃料成分の総量およ
び酸化剤成分の総量（燃料成分および酸化剤成分の合計
が100 重量％）に対して、約0.05重量％〜約５重量％の
キレート化剤を混入することにより付与される。好まし
いキレート化剤はアミノカルボン酸およびその塩、特
に、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）およびそ
の塩である。

【００１１】

【発明の実施の形態】トリアゾールまたはテトラアゾー
ル化合物上の酸性水素とは、明細書中、トリアゾール環
の窒素またはテトラアゾール環の窒素上にある水素を意
味する。トリアゾールまたはテトラアゾール化合物が金
属酸化物と配合されたときに、長期間不安定性が生じる
傾向がある。本発明によりキレート化剤を使用すること
は、この不安定性の問題を排除し、または最小にする。

【００１２】燃料成分のテトラアゾールおよび／または
トリアゾール化合物は上記に示したいずれかの化合物お
よびその混合物から選ばれることができる。本発明が取
り組む不安定性の問題は酸性水素を有するいずれのテト
ラアゾールまたはトリアゾールにも適用することができ
るが、入手容易性およびコスト的な観点から、5-アミノ
テトラアゾール（5-AT) は現在、アゾール化合物の１つ
の選択肢である。燃料は上記で参照した米国特許第3,46
8,730 号に記載されているように、全てテトラアゾール
であってよいが、テトラアゾールおよび／またはトリア
ゾール並びに別の燃料を含む燃料の混合物であってもよ
い。テトラアゾールおよび／またはトリアゾールが燃料
成分および酸化剤成分の合計重量の基準で10重量％以上
を占めるいずれかのこのようなガス発生剤においては、
重大な安定性の問題が起こる。同様に、酸化剤は全て金
属酸化物であっても、金属酸化物の混合物であっても、
または金属酸化物と非金属酸化物の混合物であってもよ
い。金属酸化物成分が燃料成分および酸化剤成分の合計
重量の基準で約５重量％以上を占めるいずれかのこのよ
うなガス発生剤においては、重大な安定性の問題が起こ
る。燃料の目標は、適切な酸化剤または酸化剤の組み合
わせとともに燃焼したときに、二酸化炭素、水および窒
素ガスを生じることである。このように製造されたガス
は、自動車用ガスバッグまたは他のこのような装置を膨
張させるために用いられる。例として、5-ATは下記式に
より二酸化炭素、水および窒素を生じるように燃焼す
る。２ＣＨ₃Ｎ₅＋7/2 Ｏ₂→２ＣＯ₂＋３Ｈ₂Ｏ＋５Ｎ₂

【００１３】本発明によると、長期間安定性は燃料成分
および酸化剤成分の合計を基準に、約0.05〜５重量％、
好ましくは0.1 〜１重量％のレベルで金属キレート化剤
を混入させることにより付与される。好ましいキレート
化剤は、アミノカルボン酸およびその塩である。コスト
および入手容易性の観点から、好ましいキレート化剤は
EDTAおよびその塩であり、例えば、EDTAジナトリウム、
EDTAテトラナトリウムおよびEDTAのカリウム塩である。
他のアミノカルボン酸の例はヒドロキシエチルジアミン
トリ酢酸、ニトリロトリ酢酸、N-ジヒドロキシエチルグ
リセリンおよびエチレンビス( ヒドロキシフェニルグリ
セリン) である。適切な別のタイプのキレート化剤は、
ポリホスフェート、1,3-ジケトン、ヒドロキシカルボン
酸、ポリアミン、アミノアルコール、芳香族複素環塩
基、フェノール、アミノフェノール、オキシム、シッフ
塩基、テトラピロール、硫黄化合物、合成巨大環式化合
物および燐酸である。

【００１４】水との組み合わせで処理を促進するため
に、少量部分の燃料、即ち、約15〜約50重量％の燃料は
好ましくは水溶性である。硝酸ストロンチウムのような
水溶性の酸化剤も水処理を促進するが、水溶性酸化剤の
過度の依存は所望されない高燃焼温度を生じさせる傾向
がある。水溶性燃料の特定の望ましい特性は下記のとお
りである。燃料化合物は水中に容易に溶解しうるべきで
あり、即ち、25℃で少なくとも約30gm/100ml H₂Oである
べきである;燃料化合物はH 、C 、O およびN から選ば
れる元素のみを含むべきである;二酸化炭素、窒素およ
び水を理論量で生じるように酸化剤と配合されるとき
に、ガス発生量は100gの配合物に対して約1.8 モルより
多量のガスの量であるべきである; および、二酸化炭
素、水および窒素を理論量で生じるように酸化剤と配合
されるときに、1000psi における理論チャンバー温度は
低いべきであり、即ち、好ましくは約1800°K 未満であ
るべきである。

【００１５】上記の基準を理想的に満たす化合物はアミ
ン若しくは置換アミンの硝酸塩である。適切な化合物
は、制限するわけではないが、硝酸グアニジン、硝酸ア
ミノグアニジン、硝酸ジアミノグアニジン、硝酸セミカ
ルバジド、硝酸トリアミノグアニジン、二硝酸エチレン
ジアミン、二硝酸ヘキサメチレンテトラアミンおよびこ
れらの化合物の混合物を含む。硝酸グアニジンは現在好
ましい水溶性燃料である。

【００１６】一般に、あらゆる遷移金属酸化物は酸化剤
として作用することができる。好ましい遷移金属酸化物
は酸化第二銅であり、それは、ガス発生剤の燃焼時に、
スラグ成分として銅金属を生じる。酸化剤の目的は、燃
料を酸化するために必要な酸素を提供することであり、
例えば、CuO は下記式により5-ATを酸化する。４ＣＨ₃Ｎ₅＋14Ｏ₂→14Ｃｕ＋４ＣＯ₂＋６Ｈ₂Ｏ＋
10Ｎ₂

【００１７】遷移金属酸化物は単独の酸化物であること
も、または、それは他の酸化物、例えば、アルカリ金属
若しくはアルカリ土類金属の硝酸塩、塩素酸塩および過
塩素酸塩並びにこのような酸化剤の混合物との組み合わ
せで用いられてもよい。これらの中で、硝酸塩（アルカ
リ金属および／またはアルカリ土類金属塩）は好まし
い。硝酸塩酸化剤は気体発生量を若干増加させる。アル
カリ金属硝酸塩は点火促進剤として特に有用である。

【００１８】しばしば、ガス発生組成物をペレット化す
ることが望ましい。もし、それが望ましいならば、約５
重量％以下の、通常には0.2 〜５重量％のプレス成形助
剤またはバインダーが用いられてよい。これらは、この
目的で有用であることが知られている材料から選ばれる
ことができ、それは、二硫化モリブデン、ポリカーボネ
ート、グラファイト、ビトン(Viton) 、ニトロセルロー
ス、多糖類、ポリビニルピロリドン、珪酸ナトリウム、
ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、
ステアリン酸亜鉛、タルク、マイカ鉱物、ベントナイ
ト、モンモリロナイトおよび他の当業者に知られている
ものを含む。好ましいプレス成形助剤/ バインダーは二
硫化モリブデンである。二硫化モリブデンが用いられる
ならば、アルカリ金属硝酸塩が酸化剤の一部分として含
まれることが好ましい。二硫化モリブデンの存在下での
アルカリ金属硝酸塩は、毒性の硫黄種でなくアルカリ金
属硫酸塩を生成させることになる。従って、もし、二硫
化モリブデンが用いられるならば、二硫化モリブデンの
硫黄成分の実質的に全てをアルカリ金属硫酸塩に転化す
るために十分な量で、アルカリ金属硝酸塩が酸化剤の一
部分として用いられる。この量は、少なくとも二硫化モ
リブデンの理論当量であるが、通常、理論当量の数倍で
ある。重量基準で、アルカリ金属硝酸塩は、通常、用い
られる二硫化モリブデンの約3 〜約5 倍の量で用いられ
る。

【００１９】ガス発生組成物は、所望により、約3 重量
% 以下、通常、約1 〜約2 重量% の触媒を含む。水素化
ほう素およびフェリシアン化鉄はこのような燃焼触媒で
ある。クロム酸銅、酸化クロムおよび酸化マンガンのよ
うな特定の遷移金属酸化物は、酸化作用に加えて、更に
燃焼を触媒するように作用する。

【００２０】反応温度を更に下げるために、冷却剤も、
所望により、約10重量% 以下、通常、約1 〜約5 重量%
で含まれてよい。適切な冷却剤はグラファイト、アルミ
ナ、シリカ、金属炭酸塩およびそれらの混合物を含む。
冷却剤は、供給される繊維の形態、例えば、グラファイ
ト、アルミナおよびアルミナ/ シリカ繊維が好ましい
が、粒状の形態であってもよい。

【００２１】

【実施例】本発明は特定の実施例で更に詳細に説明され
るであろう。例1 15重量% の5-アミノテトラアゾール(5-AT)と85重量% の
酸化第二銅とを混合することによりガス発生組成物を調
製した。水性スラリー中で成分を調合し、よく混合し、
そして真空炉内で乾燥することにより2 つの混合物を調
製した。対照試料はCuO および5-ATのみを含んだ。実験
試料には0.1%のNa₂-EDTAを加えた。対照試料および実験
試料の各々に100 時間にわたって107 ℃の熱を加えるこ
とにより加速老化を行った。結果は下記の通りである。

【００２２】試料重量％5-AT* 燃焼速度 in/sec 外観対照/ 老化なし 15.08 .420 ネービーブルー対照/ 老化あり 12.88 .421 ネービーブルー実験/ 老化なし 14.21 .520 グレー/ 黒実験/ 老化あり 14.92 .660 グレー/ 黒 * 分析結果。

【００２３】実験試料( 老化なし) の5-AT含有分が低い
のは、実験試料中の初期湿分が高いこと、および、加え
られたNa₂EDTA による少量の希釈によるものであった。
実験試料の加熱老化は過剰の水を除去し、そして5-ATの
含有分は対照( 加熱老化なし) 試料の含有分と比較して
同等の混合物の百分率に増加した。しかし、対照試料で
は、加熱老化時に、5-AT含有分は12.8% に減少し、5-AT
が損失したことを示した。対照試料で得られる燃焼速度
が低いのは5-ATの銅塩若しくは錯体の生成および製造加
工の間のその分解によるものと信じられる。また、塩ま
たは錯体の生成は対照試料において観測される青色の原
因であると信じられる。スラリー化の前に混合物にEDTA
を添加すると、この塩の生成を抑制し、この為、実験試
料においては燃焼速度がより高く、そして青色がないも
のと信じられる。加熱老化していない実験試料に対し
て、加熱老化した実験試料で観測される燃焼速度の増加
は熱老化の間の過剰の湿分の除去によるものと信じられ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料成分および酸化剤成分を含むガス発
生組成物であって、前記燃料成分が酸性水素を有するテ
トラアゾール化合物および／または酸性水素を有するト
リアゾール化合物を含み、且つ、前記酸化剤成分が遷移
金属酸化物を含み、ここで、前記ガス発生組成物が前記
燃料成分および前記酸化剤成分の合計重量に対して0.05
〜5 重量％でキレート化剤を含むことを特徴とするガス
発生組成物。
【請求項２】前記テトラアゾール化合物および／また
は前記トリアゾール化合物が前記燃料成分および前記酸
化剤成分の合計量の少なくとも10重量％で存在する請求
項１記載のガス発生組成物。
【請求項３】前記遷移金属酸化物が前記燃料成分およ
び前記酸化剤成分の合計量の少なくとも5 重量％で存在
する請求項１記載のガス発生組成物。
【請求項４】前記キレート化剤がアミノカルボン酸ま
たはその塩である請求項１記載のガス発生組成物。
【請求項５】前記キレート化剤がエチレンジアミンテ
トラ酢酸またはその塩である請求項１記載のガス発生組
成物。