JP5058540B2 - ガス発生剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、エアバック用インフレータ等に使用できるガス発生剤組成物に関する。

ガス発生剤では、一般に、燃料、酸化剤と共にバインダが使用されており、成型性や燃焼性が良いことから、水溶性有機物系バインダ（カルボキシメチルセルロース、グアガム、デンプン、ポリビニルアルコール等）、有機溶剤系有機物バインダ（ＨＴＰＢ：末端水酸基ポリブタジエン、ＧAＰ：グリシジルアシドポリマー等）が使用されている。

しかし、有機物系のバインダを使用した場合には、バインダの構成元素である炭素や窒素に由来する人体に有害なガス（一酸化炭素、窒素酸化物、アンモニア等）を発生するという問題がある（特許文献１）。また、本来期待されるべき、発生する微量ガスの２次的化学反応による浄化作用が抑制されるため、生じる有害なガスの増加も懸念される。

有機物系バインダとして窒素を持たないものを使用した場合でも、炭素に由来する一酸化炭素の発生だけではなく、炭素の燃焼による二酸化炭素の発生（反応式Ｉ）に消費される酸素が多くなるため、燃料の燃焼を含めた発生ガス中での反応を考えた場合、一酸化窒素とアンモニアと酸素の反応による浄化作用（反応式II）が抑制され、一酸化窒素の発生が増加することも考えられる。

ＣＨ_Ｘ＋（１＋(ｘ／４)）Ｏ_２ → ＣＯ_２＋（ｘ／２）Ｈ_２Ｏ・・・（Ｉ）
２ＮＯ＋２ＮＨ_３＋（１／２）Ｏ_２ → ２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ・・・（II）
無機物系のバインダであれば、上記のような有機物系のバインダ使用に起因する問題はないが、有機物系のバインダを使用した場合と比べて、従来ガス発生剤組成物の製造において多く用いられている圧伸成型法による製造において、押出成型性が劣るという問題がある（特許文献２〜５）。
ＵＳＰ５，６０８，１８３ ＵＳＰ６，１４３，１０２ 特開平５−８７９号公報 ＷＯ９７／００５０８７ 特開平１１−３１０４９０号公報

本発明は、ガス発生剤組成物の成分として、有機物系のバインダを使用した場合の問題点を解決し、無機物系のバインダの利点を生かしたまま、押出成型性が改善されたガス発生剤組成物を提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
燃料、酸化剤及び無機物のゾルから選ばれるバインダを含有するガス発生剤組成物；
無機物のゾルが金属酸化物のゾルである請求項１記載のガス発生剤組成物；
金属酸化物のゾルが、酸化アルミニウムゾル、酸化ケイ素ゾル、酸化チタンゾル、酸化アンチモンゾルから選ばれる１種又は２種以上のものである請求項１又は２記載のガス発生剤組成物；
燃料１０〜７０質量％、酸化剤２５〜８５、バインダ０．１〜２０質量％を含有する請求項１〜３のいずれかに記載のガス発生剤組成物；
を提供する。

本発明のガス発生剤組成物は、バインダとして無機物のゾルから選ばれるものを含有しているため、有機物のバインダ使用したときのような人体に有害なガスが発生するという問題が解消され、公知の無機物のバインダを使用したときのような押出成型性が良くないという問題も解消される。

本発明で用いる燃料としては、公知のガス発生剤で使用しているものを挙げることができるが、それらの中でも含窒素有機化合物が好ましい。含窒素有機化合物としては、硝酸グアニジン、ニトログアニジン、５−アミノテトラゾール、硝酸アンモニウム、メラミンから選ばれる１種又は２種以上を挙げることができる。

本発明で用いる酸化剤としては、公知のガス発生剤で使用しているものを挙げることができるが、それらの中でも、塩基性硝酸銅、塩基性炭酸銅、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸ストロンチウム、過塩素酸カリウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウムから選ばれる１種又は２種以上を挙げることができる。

本発明で用いるバインダは無機物のゾルであり、水を分散媒とするものでもよいし、有機溶媒を分散媒とするものでもよい。無機物のゾルとしては、金属酸化物のゾルが好ましく、金属酸化物のゾルとしては、酸化アルミニウムゾル、酸化ケイ素ゾル、酸化チタンゾル、酸化アンチモンゾルから選ばれる１種又は
２種以上を挙げることができる。

本発明では、バインダとして有機物のバインダは含まないことが望ましいが、ガス発生剤組成物を使用するインフレータとの関係や、押出成型性をより高める等の理由により、少量の有機物のバインダを含有させることもできる。その場合には、無機物のゾルの固形分量と有機物のバインダの合計量中、有機物のバインダを５質量％以下の割合で含有させることができる。

有機物のバインダとしては、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、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、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、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ものを挙げることができる。

本発明のガス発生剤組成物において、燃料、酸化剤及びバインダの含有割合は、以下のとおりである。なお、バインダである無機物のゾル（金属酸化物のゾル）は、分散媒を除いた固形分の質量を基準とする割合である。

燃料は１０〜７０質量％が好ましく、より好ましくは２０〜６０質量％であり、更に好ましくは３０〜５０質量％である。

酸化物は２５〜８５質量％が好ましく、より好ましくは３５〜７０質量％であり、更に好ましくは４０〜６０質量％である。

バインダは０．１〜２５質量％が好ましく、より好ましくは１〜２０質量％であり、更に好ましくは３〜１５質量％である。

本発明のガス発生剤組成物は、燃料、酸化剤、バインダに加えて、本発明の課題を損なわない範囲で、公知のガス発生剤に含まれている各種添加剤を含有することができる。この添加剤としては、酸化銅、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；炭酸コバルト、炭酸カルシウム、塩基性炭酸亜鉛、塩基性炭酸銅等の金属炭酸塩又は塩基性金属炭酸塩；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；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム；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、二硫化モリブデン、ステアリン酸カルシウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素から選ばれる１種又は２種以上を挙げることができる。

添加剤の含有量は、添加剤の種類に応じて適宜選択されるものであるが、燃料、酸化剤及びバインダの合計量１００質量部に対して、約０．１〜２０質量部が好ましい。

本発明のガス発生剤組成物の製造方法としては、燃料、酸化剤、バインダ及び必要に応じて添加剤を捏和機で混合して混合物を得た後、圧伸機により押出成型する方法を適用することができる。なお、本発明のガス発生剤組成物は、水又は有機溶媒を分散媒とする無機物のゾルを使用するため、捏和機で混合する際には、水や有機溶媒は必要に応じて添加すればよい。

本発明の製造方法の混合工程においては、ガス発生剤組成物の成分として、燃料、酸化剤、バインダ、１種又は２種以上の添加剤を使用する場合は、例えば捏和機にて、一部の成分とバインダを混合して一次混合物を得た後、更に残部の成分を添加混合して最終混合物を得る、二段階の混合方法を適用することもできる。

本発明のガス発生剤組成物は、所望の形状に成型することができ、単孔円柱状、多孔円柱状又はペレット状の成型体にすることができる。単孔円柱状、多孔円柱状のものは、孔が長さ方向に貫通しているもの、孔が貫通せずに窪みを形成しているもののいずれでもよい。

本発明のガス発生剤組成物は、例えば、各種乗り物の運転席のエアバック用インフレータ、助手席のエアバック用インフレータ、サイドエアバック用インフレータ、インフレータプルカーテン用インフレータ、ニーボルスター用インフレータ、インフレータプルシートベルト用インフレータ、チューブラーシステム用インフレータ、プリテンショナー用ガス発生器に適用できる。

また、本発明のガス発生剤組成物を使用するインフレータは、ガスの供給が、ガス発生剤組成物からだけのパイロタイプと、アルゴン等の圧縮ガスとガス発生剤組成物の両方であるハイブリッドタイプのいずれでもよい。

更に本発明のガス発生剤組成物は、雷管やスクイブのエネルギーをガス発生剤組成物に伝えるためのエンハンサ剤（又はブースター）等と呼ばれる着火剤として用いることもできる。

実施例及び比較例
表１に示す実施例及び比較例の各成分と外割１６質量％の水を、捏和機を用いて混合した。次に、得られた混合物（塊状のガス発生剤組成物）を用い、圧伸機にて８０kg／cm^２の圧力で押出成型し、正常に押出できたものについては、さらに裁断、乾燥を経て、外径６．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ（内径孔無しペレット状）のガス発生剤組成物を得た。

（１）押出成型性の評価
上記方法により押出成型する際の押出されるガス発生剤組成物成型体の状態を目視により観察し、以下の評価基準により判定した。
○：ガス発生剤組成物成型体の強度が十分であり、安定して押出成型可能なレベル（上記押出成型で、１ｍ以上の長さにわたり押出成型体が切れずに安定して押出成型できるレベル）
×：ガス発生剤組成物成型体の強度が不十分であり、安定した押出成型が不可能なレベル（上記押出成型で、１ｍ未満の長さで押出成型体が切れてしまい、安定した押出成型ができなくなるレベル）
（２）ガス濃度測定試験用ストランドの調製
上記の（１）で得られた実施例及び比較例のガス発生剤組成物を１１０℃で１６時間乾燥した。その後、粉砕し、更に３００μｍの網目にSUS製篩に２回通して粒子径を揃えた。この粒子径が調整された混合物２．００ｇを所定の金型の臼側に充填し、杵側端面から油圧ポンプで圧力１４．７ＭＰａにて５秒間圧縮保持させた後に取り出し、外径９．５５ｍｍの円柱状ストランドを成型して試験用サンプルとした。なお、押出成型性の評価で×評価のものについてはガス濃度測定を実施していない。

（３）ガス濃度の測定
試験用サンプルの円柱状ストランドを内容積１ＬのＳＵＳ製密閉ボンブ内に設置して、ボンブ内を完全に窒素置換しながら、７ＭＰａにまで加圧安定させた。その後、ストランド端面に接触させたニクロム線に所定の電流を流し、そのエネルギーにより着火、燃焼させた。６０秒待機し、ボンブ内のガスが均一になってから、所定の栓付きテドラーバッグの開栓部をボンブガス排出部に連結し、ボンブ内の燃焼ガスを移入させることでサンプリングし、ガステック（株）製の気体検知管（ＮＯ_２及びＮＯ検知用：Ｎｏ．１，ＮＨ_３検知用：Ｎｏ．３Ｌ，ＣＯ検知用：Ｎｏ．１Ｌ）により、ＮＯ_２、ＮＯ、ＮＨ_３、ＣＯ濃度を測定した。結果を表１に示す。実施例１のガス濃度については、比較例１のガス濃度を１００％としたときの相対表示とした。結果を表１に示す。

＊各成分の含有量は質量％表示
＊実施例１及び比較例１、２の原料組成比についてはガス発生剤組成物の酸素バランスがほぼ同じ値になるように決定した（ここでの酸素バランスとは、ガス発生剤組成物を完全に酸化するのに必要な酸素の過不足量のことである）。

表１から明らかな通り、酸化アルミニウムゾルバインダを用いた実施例１の押出成型性は、有機物系バインダを用いた比較例１と同等であり、また酸化アルミニウム粉末を添加した比較例２と比較した場合、明らかに優れていることが分かった。即ち、本発明の金属酸化物のゾルをバインダとして用いた場合でも、従来の有機物系バインダを用いた場合と同様に、押出成型法によりガス発生剤組成物を製造することが可能であることが分かった。

実施例１のガス濃度は、比較例２と比較して、ＮＯ、ＣＯガス濃度が顕著に抑制されていた。即ち、ガス発生剤組成物燃焼時の人体に有害なガスの発生抑制に効果があることが分かった。

Claims (2)

1. 燃料、酸化剤及び無機物のゾルから選ばれるバインダを含有しており、
   前記無機物のゾルから選ばれるバインダが酸化アルミニウムゾルであり、バインダの含有量が１〜２０重量％であるガス発生剤組成物。
2. 燃料１０〜７０質量％、酸化剤２５〜８５質量％、バインダ１〜２０質量％を含有する請求項１記載のガス発生剤組成物。