JPH10297991A - 低残渣エアバッグ用ガス発生剤組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼の際に発生ガス量が大きく、且つ有毒性
のＣＯガス及びＮＯ_xガスの濃度が許容レベルになる、
固形及び液体粒子（残渣）の生成量が少なく、ガス発生
器自体の小型化・軽量化が可能な安定性能を持つエアバ
ッグ用ガス発生剤組成物の提供。 【解決の手段】 相安定化硝安を含む酸化剤と、シクロ
トリメチレントリニトラミン、シクロテトラメチレンテ
トラニトラミンなどのポリニトラミン化合物を含有する
低残渣ガス発生剤組成物。更に組成物全量に対し30重量
％以下のエネルギー性もしくは非エネルギー性の有機系
バインダーを含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エアバッグ用ガス
発生剤組成物に関する。詳しくは自動車などの交通機関
に搭載される、人体保護のためのエアバッグシステムに
おいて作動ガスとなる、低残渣エアバッグ用ガス発生剤
組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
自動車などの交通機関に搭載されたエアバッグシステム
用ガス発生剤組成物としては、アジ化ナトリウムを主剤
とするものが最も代表的である。しかしアジ化ナトリウ
ムは、例えば重金属不純物存在下で不安定性であるこ
と、それ自体極めて高い毒性を示すことなどの、いくつ
かの好ましくない特性を有している。このため、アジ化
ナトリウムを主剤とするエアバッグシステムにおいて
は、未使用のガス発生器の廃棄の際に危険であることば
かりでなく、廃棄により環境に悪影響をもたらすことが
懸念されている。

【０００３】アジ化ナトリウムのこれらの欠点のため
に、非アジド系ガス発生剤の開発が望まれているが、今
までにも多くの非アジド系の組成物が提案されてきてい
る。一般に非アジド系の化合物としては、窒素含有量の
多い有機化合物が用いられている。例えば、米国特許第
4,909,549 号明細書には水素を含むテトラゾール、トリ
アゾール化合物と酸素含有酸化剤との組成物が、米国特
許第4,369,079 号明細書には水素を含まないビテトラゾ
ールの金属塩と酸素含有酸化剤との組成物が、また特開
平６−239683号公報にはカルボヒドラジドと酸素含有酸
化剤との組成物が開示されている。

【０００４】また、シクロトリメチレントリニトラミン
（ＲＤＸ）とシクロテトラメチレンテトラニトラミン
（ＨＭＸ）は共に高エネルギー爆薬であり、高性能のロ
ケット用推進薬及び低感度の推進薬によく使用されてい
るものであるが、エアバッグ用ガス発生剤への応用も試
みられている。例えば、米国特許第5,125,684 号明細書
には、ＲＤＸ、ＨＭＸなどからなる群から選択したエネ
ルギー性成分10〜35重量％、酸化性塩45〜80重量％、セ
ルロース系バインダーとからなる組成物が開示されてい
る。

【０００５】しかし、これらの非アジド系燃料を用いる
場合、酸化剤や触媒として大量の金属塩、金属酸化物が
必須となる。このような組成物では、アジド系の組成物
と比べて毒性面での改善は見られるものの、イクゾース
ト生成物の中に大量の金属化合物の固体や液体の残渣が
形成されるため、ガス発生効率において満足できるもの
ではない。なぜならガス発生効率が低いとガス発生剤組
成物を大量にガス発生器に装填しなければならないから
である。

【０００６】また、燃焼直後の高い温度の固体及び液体
の残渣がバッグに直接接触すると、バッグを損傷する恐
れがあるため、そのような残渣を遮断するために、金属
網フィルターなどの付加の部品が必要となる。従って大
量の残渣を形成し、ガス発生効率が低いガス発生剤組成
物では、ガス発生器自体の軽量化及び小型化は不可能で
ある。

【０００７】一方、特開平６−219882号公報には、ＲＤ
Ｘ及び／又はＨＭＸを50〜90重量％、ニトロセルロース
を５重量％まで、及び可燃性のエネルギー性もしくは非
エネルギー性結合剤を５〜50重量％含有することを特徴
とするガス発生組成物が開示されている。このような組
成物では、燃焼の際に金属化合物のような残渣が生成し
ないため、ガス発生器の付加部品の省略に有利である
が、燃焼時に必要な酸素量が不足しているため、発生ガ
ス中には高い濃度のＣＯが存在する。

【０００８】同様に、酸化剤として過塩素酸アンモニウ
ムや硝酸アンモニウム（硝安）を用いた場合も、燃焼時
には全部がガスになるため残渣の低減及び発生ガス効率
の向上に有利である。しかし、多量の過塩素酸アンモニ
ウムを含有する組成物を燃焼させると、人及び環境に対
する許容値を遙かに超える量の塩酸ガスが発生する恐れ
がある。

【０００９】また、米国特許第5,507,891 号明細書で
は、ＲＤＸ及び／又はＨＭＸ40〜80重量％、硝安、トリ
アミノグアニジン硝酸塩、四硝酸ペンタエリスリットか
らなる群から選択した酸化剤０〜35重量％、不活性又は
エネルギー性の結合剤８〜30重量％、エネルギー性の可
塑剤０〜15重量％を必須成分とするプロペラント成分が
開示されている。しかし硝安は、その相転移温度の一つ
が常温領域（約32℃）にあり、当該転移点を通過する際
に大きな体積変化が発生する。成型体の大きな体積変化
は組成物の性能不安定を招くため、体積変化の大きい硝
安を含有する組成物は、さまざまな温度変化に晒される
自動車用エアバッグの使用環境には適当ではない。

【００１０】この硝安の欠点に対する一つの対策は、硝
安の相転移点のシフトと体積変化抑制ができる相安定化
剤を硝安に添加することである。ＷＯ95／04710 号明細
書には相安定化硝安（ＰＳＡＮ）、トリアミノグアニジ
ン硝酸塩のような含窒素化合物燃料と０〜12重量％の有
機ポリマーバインダーを含むガス発生剤組成物が開示さ
れている。また米国特許第5,545,272 号及びＷＯ96／27
574 号明細書には、35〜55重量％のニトログアニジンと
45〜65重量％のＰＳＡＮを必須成分として、組成物の融
点を 100℃以上にしたガス発生剤組成物が開示されてい
る。しかしこれらは、相安定性、残渣においての改善は
見られるものの、燃焼の際の発熱量がかなり大きく、高
い濃度のＣＯとＮＯ_x といった有毒ガス成分を発生する
ことが予想される。

【００１１】エアバッグ用ガス発生剤は人体や環境に対
して安全であるだけでなく、燃焼時に発生ガスの量が大
きく、発生ガス中の有毒ガス濃度が低く、固体及び液体
の粒子の生成量が小さく、かつ温度変化に対して安定で
あるという特性を持つものが望まれる。従って、上記の
ような公知のガス発生剤組成物は、エアバッグシステム
への応用に関してはまだ満足すべきものとはいえない。
本発明の目的は、エアバッグにとって好ましくない特性
を、実用レベルにまで低減したガス発生剤組成物を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決すべく鋭意研究の結果、本発明を完成するに到っ
た。即ち、本発明は、相安定化硝安（ＰＳＡＮ）を含む
酸化剤とポリニトラミン化合物を必須成分として含有す
ることを特徴とするガス発生剤組成物を提供するもので
ある。

【００１３】また本発明は上記ＰＳＡＮを含む酸化剤
が、ＰＳＡＮと、酸素含有酸塩及び金属酸化物から選ば
れる少なくとも１種との混合物からなる酸化剤であるガ
ス発生剤組成物を提供するものである。更に本発明は、
上記組成物全量に対し更にガス発生剤の成型性を改善す
るために30重量％以下のエネルギー性もしくは非エネル
ギー性有機系バインダーを含有するガス発生剤組成物、
またバインダーの流動性を促進するために10重量％以下
の可塑剤を含有するガス発生剤組成物、バインダーと他
の成分との結合を改善するために２重量％以下の表面調
整剤を含有するガス発生剤組成物、あるいは燃焼温度を
下げるために20重量％以下の冷却剤を含有するガス発生
剤組成物を提供するものである。

【００１４】本発明のＰＳＡＮを含む酸化剤とポリニト
ラミン化合物を、ガス発生剤組成物の主剤として燃焼さ
せることにより、大量のガスを発生させ、かつ固形残渣
の生成をごく少量に抑えることができ、従来のガス発生
器より大幅に小型化、軽量化することが可能である。ま
た、ＰＳＡＮを含む酸化剤とポリニトラミン化合物を主
剤とする組成物では酸素バランスが著しく改善されてお
り、生成するＣＯガスの濃度を低レベルに抑えることが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。

【００１６】本発明に用いられるポリニトラミン化合物
は、分子中に二つ以上のニトラミン基（-NNO₂ ）を持つ
化合物である。ポリニトラミン化合物はニトラミン置換
基の数が多いほど窒素の含有量が高くエネルギーも高く
なる。本発明のポリニトラミン化合物としては、エチレ
ンジニトラミン、2,4,6 −トリニトロ−2,4,6 −トリア
ザヘプタンのような非環状化合物でも、ＲＤＸ、ＨＭ
Ｘ、トランス−1,4,5,8−テトラニトロ−1,4,5,8 −テ
トラアザデカリン、ヘキサニトロヘキサアザイソウルチ
タンのような環状化合物でも差し支えないが、好ましい
化合物はＲＤＸ又はＨＭＸであり、これらの少なくとも
１種を用いることができる。。

【００１７】ＰＳＡＮは、硝安と一定量の相安定化剤と
の混合物を適当な物理的方法、例えば、硝安と相安定化
剤の水溶液を加熱下で蒸発・乾燥させる等の処理により
得られる。相安定化剤としては熱水に溶けるカリウム塩
が挙げられ、このようなカリウム塩としては、硝酸カリ
ウム、過塩素酸カリウム、塩素酸カリウム、クロム酸カ
リウム、重クロム酸カリウム、過マンガン酸カリウム、
硫酸カリウム、塩化カリウム、弗化カリウムなどのカリ
ウム塩を例として挙げることができる。硝安と相安定化
剤の混合比は、燃焼時の残渣が実用上問題にならない範
囲で適宜設定できるが、硝安／相安定化剤（重量比）＝
約98／２〜約70／30の範囲であることが望ましい。

【００１８】本発明では、酸化剤として、ＰＳＡＮに更
に酸素含有酸塩及び金属酸化物から選ばれる少なくとも
１種を加えたものを用いることにより、組成物の燃焼速
度を広い範囲から適宜選択できる。酸素含有酸塩として
は、硝酸、過塩素酸又は塩素酸のアルカリ金属塩あるい
はアルカリ土類金属塩からなる群から選ばれる少なくと
も一種を挙げることができる。

【００１９】硝酸、過塩素酸又は塩素酸のアルカリ金属
塩あるいはアルカリ土類金属塩としては、過塩素酸カリ
ウム、塩素酸カリウム、硝酸カリウム、硝酸ナトリウ
ム、硝酸ストロンチウム等が挙げられる。金属酸化物と
しては、酸化銅、酸化コバルト、酸化鉄、酸化マンガ
ン、酸化ニッケル、酸化クロムなどを挙げることができ
る。

【００２０】酸素含有酸塩及び金属酸化物から選ばれる
少なくとも１種の配合量は、燃焼時の残渣が実用上問題
にならない範囲で燃料との組み合わせに応じ適宜設定で
きるが、通常ＰＳＡＮとポリニトラミン化合物の合計量
に対して、30重量％以下、好ましくは 0.1〜20重量％程
度であればよい。

【００２１】本発明の組成物中の、酸化剤とポリニトラ
ミン化合物の配合量は、添加物の性質や量に応じて適宜
設定できるが、酸化剤45〜95重量％、ポリニトラミン化
合物５〜55重量％の範囲であることが望ましい。

【００２２】本発明のガス発生剤組成物は、ペレット
状、フィルム状、円柱状、有孔円柱状といった形に成型
して使用される。ＰＳＡＮを含む酸化剤とポリニトラミ
ン化合物からなる組成物は、そのままでも成型体にする
ことができるが、エネルギー性もしくは非エネルギー性
有機系バインダーを添加することにより、成型体に更に
強度を持たせることも可能である。

【００２３】エネルギー性有機系バインダーとしては、
アジドメチルメチルオキセタン、グリシジルアジ化ポリ
マー、3,3 −ビス（アジドメチル）オキシメタンポリマ
ー、３−ナイトレートメチル−３−メチルオキシメタン
ポリマー、ニトロセルロースなどを挙げることができ
る。

【００２４】非エネルギー性有機系バインダーとして
は、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、酢酸
セルロース、酢酸酪酸セルロース、ポリアクリルアミ
ド、ポリアクリルヒドラジド、ヒドロキシ末端ポリブタ
ジエン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテ
ル、ポリスクシネート、ポリウレタン、熱可塑性ゴム類
などを挙げることができる。有機系バインダーの配合量
は、組成物のエネルギー含量及び成形性に応じて適宜設
定できるが、組成物全量に対して約30重量％以下、好ま
しくは５〜20重量％である。

【００２５】本発明の組成物に有機系バインダーを使用
する時には、バインダーの流動性及び成型性を促進する
ために、組成物全量に対して約10重量％以下、好ましく
は８重量％以下の可塑剤を添加させてもよい。添加でき
る可塑剤としてはトリメチルオルエタントリニトレー
ト、トリアセチン、ジイソオクチルアジペート、ペラル
ゴン酸イソデシル等が挙げられる。

【００２６】また、バインダーと他の成分との結合を改
善するために組成物全量に対して約２重量％以下の表面
調整剤を添加してもよい。表面調整剤としては、トリエ
タノールアミン、アジリジン化合物等が挙げられる。更
に本発明では、組成物の燃焼温度を下げるため、約20重
量％以下、好ましくは10重量％以下の冷却剤を添加して
もよい。冷却剤としては、しゅう酸アンモニウム、オキ
サミド等が挙げられる。

【００２７】

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具
体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定
されるものではない。なお、例中の％及び部は特記しな
い限り重量基準である。

【００２８】実施例１ 硝安（ＡＮ）90％と過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ₄)10％
の混合物（ＡＮ／ＫＰ（90／10）と記す）を、攪拌しな
がら充分量の蒸留水に溶解させて得た溶液を、約85℃の
熱乾燥器に入れて、水を蒸発させた。大部分の水が蒸発
したら、生成した固形分をステンレストレイに薄く分布
させて、約85℃でよく乾燥させた。乾燥したものを集め
て、 300μｍの篩を通るように乳鉢で粉砕し、相安定化
硝安を得た（ＰＳＡＮＫＰ10と記す）。

【００２９】ＡＮ、ＡＮ／ＫＰ（90／10）及びＰＳＡＮ
ＫＰ10の固体粉末をそれぞれハンドルプレスで 100kg/c
m²の圧力をかけることにより約径10mm、高さ12mmの円柱
体に成型した。成型した円柱体を熱サイクル試験に供
し、成型体の温度変化に対する安定性を調べた。

【００３０】熱サイクル試験は、室温で試料の寸法を測
定した後、試料を90℃の乾燥器に入れ２時間放置し、そ
の後試料を乾燥器から取り出し室温のデシケータ中で２
時間放置する操作を１サイクルとした。

【００３１】結果は、ＡＮの円柱体は２サイクル、ＡＮ
／ＫＰ（90／10）の円柱体は15サイクルで完全に崩れた
が、ＰＳＡＮＫＰ10の円柱体は26サイクル後も、体積は
わずか約 3.3％が増加した程度であった。

【００３２】実施例２ 実施例１に示した方法でＰＳＡＮＫＰ10を作成し、300
μｍの篩を通るように粉砕した。このＰＳＡＮＫＰ10
78.9部、ＲＤＸ（日本工機株式会社製、粒子７μｍ）9.
1 部、酢酸セルロース（ＣＡ、ダイセル化学工業株式会
社製）12.0部と酢酸エチル（和光純薬工業株式会社製、
溶剤用）24部を捏和機に仕込み、遠隔操作により捏和機
を１時間回転させ、含溶剤スラリー混合物を得た。この
スラリー混合物を成型機により成型し、80℃の熱風乾燥
機において乾燥して、ＲＤＸ／ＰＳＡＮＫＰ10／ＣＡ＝
9.1／78.9／12.0（重量比）の組成を有するガス発生剤
組成物を調製した。この組成物について理論燃焼計算を
行った結果を表１に示した。

【００３３】実施例３〜４及び比較例１〜２ 実施例２と同様にして表１に示す組成を有するガス発生
剤組成物を調製した。得られた組成物について理論燃焼
計算を行った結果を表１に示した。また比較のためＰＳ
ＡＮを含有しない組成物についての結果も表１に示し
た。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【発明の効果】本発明は、ＲＤＸ、ＨＭＸなどのポリニ
トラミン化合物を燃料に選び、相安定化硝安（ＰＳＡ
Ｎ）を含んだ混合物を酸化剤に使用し、更に好ましくは
バインダーを加えることにより、有毒ガスであるＣＯガ
ス及びＮＯ_x ガスの発生を少なくし、且つ、金属化合物
の生成（固形残渣）量を小さくし、性能が安定するガス
発生剤組成物を実現している。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相安定化硝安を含む酸化剤とポリニトラ
   ミン化合物を必須成分として含有することを特徴とする
   ガス発生剤組成物。
2. 【請求項２】 ポリニトラミン化合物がシクロトリメチ
   レントリニトラミン、シクロテトラメチレンテトラニト
   ラミン又はそれらの混合物から選ばれる少なくとも一種
   である請求項１記載のガス発生剤組成物。
3. 【請求項３】 相安定化硝安を含む酸化剤が、相安定化
   硝安と、酸素含有酸塩及び金属酸化物から選ばれる少な
   くとも１種との混合物である請求項１又は２記載のガス
   発生剤組成物。
4. 【請求項４】 酸素含有酸塩が、硝酸、過塩素酸又は塩
   素酸のアルカリ金属塩あるいはアルカリ土類金属塩から
   なる群から選ばれる少なくとも一種である請求項３記載
   のガス発生剤組成物。
5. 【請求項５】 金属酸化物が酸化銅、酸化コバルト、酸
   化鉄、酸化マンガン、酸化ニッケル及び酸化クロムから
   なる群から選ばれる少なくとも一種である請求項３記載
   のガス発生剤組成物。
6. 【請求項６】 相安定化硝安が、硝安98〜70重量％と相
   安定化剤２〜30重量％との混合物である請求項１〜５の
   いずれか一項に記載のガス発生剤組成物。
7. 【請求項７】 相安定化剤が熱水に溶けるカリウム塩で
   ある請求項６記載のガス発生剤組成物。
8. 【請求項８】 熱水に溶けるカリウム塩が、硝酸カリウ
   ム、過塩素酸カリウム、塩素酸カリウム、クロム酸カリ
   ウム、重クロム酸カリウム、過マンガン酸カリウム、硫
   酸カリウム、塩化カリウム及び弗化カリウムからなる群
   から選ばれる少なくとも一種である請求項７記載のガス
   発生剤組成物。
9. 【請求項９】 更に組成物全量に対して30重量％以下の
   エネルギー性もしくは非エネルギー性有機系バインダー
   を含有する請求項１〜８のいずれか一項に記載のガス発
   生剤組成物。
10. 【請求項１０】 エネルギー性有機系バインダーが、ア
    ジドメチルメチルオキセタン、グリシジルアジ化ポリマ
    ー、3,3 −ビス（アジドメチル）オキシメタンポリマ
    ー、３−ナイトレートメチル−３−メチルオキシメタン
    ポリマー及びニトロセルロースからなる群から選ばれる
    少なくとも一種である請求項９記載のガス発生剤組成
    物。
11. 【請求項１１】 非エネルギー性有機系バインダーが、
    カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、酢酸セル
    ロース、酢酸酪酸セルロース、ポリアクリルアミド、ポ
    リアクリルヒドラジド、ヒドロキシ末端ポリブタジエ
    ン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテル、
    ポリスクシネート、ポリウレタン及び熱可塑性ゴム類か
    らなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項９記
    載のガス発生剤組成物。
12. 【請求項１２】 更に組成物全量に対し10重量％以下の
    可塑剤を含有する請求項９〜11のいずれか一項に記載の
    ガス発生剤組成物。
13. 【請求項１３】 更に組成物全量に対し２重量％以下の
    表面調整剤を含有する請求項９〜12のいずれか一項に記
    載のガス発生剤組成物。
14. 【請求項１４】 更に組成物全量に対し20重量％以下の
    冷却剤を含有する請求項１〜13のいずれか一項に記載の
    ガス発生剤組成物。