WO2014061398A1 - ガス発生剤組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
ガス発生器の作動時の出力は、作動時の外部の環境温度により変動する。このような状況下でガス発生器の作動時間中に所望の範囲内に発生出力を安定させることは、安全装置であるエアバッグ用ガス発生器にとって重要な課題である。
本発明は、課題の解決手段として、(a)燃料、(b)酸化剤を含有しており、要件(I)および(II)を満たしているガス発生剤組成物を提供する。
(I)-40~85℃の範囲に含まれる環境温度の何れかの温度で着火燃焼したときの燃焼温度が燃焼残渣に含まれる物質の融点であること。
(II)-40℃および85℃の環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が125K未満であること。
また、本発明は、(a)燃料(但し、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないもの)15~30質量%、(b)(b-1)塩基性硝酸銅と(b-2)塩基性炭酸銅を含む酸化剤85~70質量%を含有しており、(b-1)と(b-2)の合計量中、(b-1)が60~70質量%、(b-2)が40~30質量%であり、金属水酸化物を含んでおらず、要件(I)および(II)を満たしているガス発生剤組成物を提供する:
(I)-40~85℃の範囲に含まれる環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度が銅の融点(1358K)であること。
(II)-40℃および85℃の環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が125K未満であること。
特開平8-175312号公報では、ガス発生器の大型化が避けられず、昨今のガス発生器小型化の要求に応じることが困難である。
特許第2989788号公報ではガス発生剤自体の性能を積極的に制御することでガス発生器の出力を安定化するものではなかった。
特許第3476771号公報、特許第4498927号公報では、燃焼時の温度や圧力の変化が起れば、ガス発生剤からのガス発生量自体は変動するため、より安定した出力性能を得るには更なる改良が必要であった。
<(a)燃料>
本発明のガス発生剤組成物に含まれる燃料としては、以下に挙げるものから選ばれる1又は2以上を用いることができる。
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、
メラミン、シアヌル酸、メラミンシアヌレート、アンメリン、アンメリドなどのトリアジン化合物、
トリメチレントリニトロアミン(RDX)、シクロテトラメチレンテトラニトラミン(HMX)、アゾジカルボンアミド(ADCA)、ジシアンジアミド(DCDA)などのニトロアミン類化合物、
5-アミノテトラゾール(5-AT)、5-アミノテトラゾール金属塩等のテトラゾール誘導体、
ビテトラゾール、ビテトラゾール金属塩、ビテトラゾールアンモニウム塩等のビテトラゾール誘導体。
さらに好ましくは、燃料は銅の融点よりも高い融点の金属を含まないものであり、メラミン、メラミンシアヌレートから選ばれる1種以上の第1燃料成分と、ニトログアニジン、5-アミノテトラゾールから選ばれる1種以上の第2燃料成分の組み合わせからなるものが好ましい。
これらの中でも、メラミンシアヌレートとニトログアニジンの組合せは、発熱量を低くできるとともに、酸化剤との組合せにより圧力指数も小さくすることができるため好ましい。
(b)酸化剤は、塩基性金属硝酸塩、塩基性炭酸塩、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種を含有することが好ましい。
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。
塩基性炭酸塩としては、塩基性炭酸コバルト、塩基性炭酸亜鉛、塩基性炭酸カルシウム、塩基性炭酸ニッケル、塩基性炭酸マグネシウム又は塩基性炭酸銅から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
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。
これらのうちでも酸化剤は、(b-1)塩基性硝酸銅と(b-2)塩基性炭酸銅を含む酸化剤が好ましい。
(b-1)と(b-2)の割合は、それらの合計量中、(b-1)が60~70質量%、(b-2)が30~40質量%が好ましい。
<(c)バインダ>
本発明の組成物は、さらにバインダを含有することができる。バインダは、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないものである。
バインダとしては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMCNa)、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(CAB)、メチルセルロース(MC)、エチルセルロース(EC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、エチルヒドロキシエチルセルロース(EHEC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、カルボキシメチルエチルセルロース(CMEC)、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1又は2以上が挙げられる。これらの中でも、バインダの粘着性能、価格、着火性等を考えると、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(CMCNa)が好ましい。
本発明の組成物は、さらに本発明の課題を解決できる範囲で燃焼改良剤を含有することができる。燃焼改良剤は、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないものである。
燃焼改良剤としては、酸化第二銅、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;水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化コバルト、水酸化鉄等の金属水酸化物;炭酸コバルト、炭酸カルシウム、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; 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;シリコーン、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、メタホウ酸、ホウ酸、無水ホウ酸から選ばれる1種以上が挙げられる。
なお、環境温度は、本発明の組成物をガス発生器内に充填したものをエアバッグ装置に組み込み、それを車両に取り付けた場合の温度であり、例えば夏季と冬季では環境温度は大きく異なり、また同じ季節であっても、車両を日向に置いたときと、日陰に置いたときでも大きく異なることになる。
要件(I)は、-40~85℃の範囲に含まれる環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度が銅の融点(1358K)±10Kの範囲であることである。
要件(I)は、-40~85℃の範囲に含まれる環境温度中の特定の温度および特定の温度範囲における本発明のガス発生剤組成物の燃焼温度が、銅の融点(1358K)±10Kの範囲であることである。
例えば、寒冷地域仕様の自動車に搭載するエアバッグ装置用ガス発生器に使用するときは、低い温度または温度範囲において要件(I)を満たすようにすることができ、逆に熱帯地域仕様の自動車に搭載するエアバッグ装置用ガス発生器に使用するときは、高い温度または温度範囲において要件(I)を満たすようにすることができる。
要件(II)は、-40℃および85℃の環境温度の何れかの温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が125K未満であることである。
要件(II)は、好ましくは122K以下であり、より好ましくは110K以下であり、さらに好ましくは105K以下である。
本発明において「燃焼温度」とは、使用したガス発生剤組成物から理論計算により求められる計算されるものである。
実施例および比較例
表1に示す組成を有するガス発生剤組成物を製造した。環境温度が変動したときの燃焼温度(要件(I))と燃焼温度差(要件(II))を表1、および、表1の各環境温度における燃焼温度をグラフにしたものを図1に示す。
実施例2の組成物は、-40℃~-20℃の温度範囲における燃焼温度が銅の融点(1358K)と一致している(要件(I))。
実施例3の組成物は、-40℃における燃焼温度が銅の融点(1358K)と一致している(要件(I))。
実施例4の組成物は、85℃における燃焼温度が銅の融点(1358K)と一致している(要件(I))。
このように、実施例1~4の組成物では、-10~40℃付近での環境温度の変化にも関わらず、燃焼温度の上昇はみられない(図1)。これにより、環境温度が85℃と-40℃における燃焼温度差が122K以下と小さくなっているため(要件(II))、環境温度の変化に拘わらず、安定した着火燃焼性能を維持することができる。
比較例2、3の組成物は、要件(I)、(II)とも満たしてない。
このため、比較例1~3は、環境温度が変化したとき、安定した着火燃焼性能を維持することができない。
Claims (4)
- (a)燃料、(b)酸化剤を含有しており、要件(I)および(II)を満たしているガス発生剤組成物。
(I)-40~85℃の範囲に含まれる環境温度の何れかの温度で着火燃焼したときの燃焼温度が燃焼残渣に含まれる物質の融点であること。
(II)-40℃および85℃の環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が125K未満であること。 - (a)燃料(但し、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないもの)15~30質量%、
(b)(b-1)塩基性硝酸銅と(b-2)塩基性炭酸銅を含む酸化剤85~70質量%を含有しており、
(b-1)と(b-2)の合計量中、(b-1)が60~70質量%、(b-2)が40~30質量%であり、
金属水酸化物を含んでおらず、要件(I)および(II)を満たしているガス発生剤組成物。
(I)-40~85℃の範囲に含まれる環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度が銅の融点(1358K)であること。
(II)-40℃および85℃の環境温度で着火燃焼したときの燃焼温度差が125K未満であること。 - (a)成分の燃料が、メラミン、メラミンシアヌレートから選ばれる1種以上の第1燃料成分と、ニトログアニジン、5-アミノテトラゾールから選ばれる1種以上の第2燃料成分の組み合わせからなるものである、請求項1または2記載のガス発生剤組成物。
- さらに(c)バインダー(但し、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないもの)および/または(d)燃焼改良剤(但し、銅の融点よりも高い融点の金属を含まないもの)を含有する、請求項1~3のいずれか1項記載のガス発生剤組成物。
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