JPH0676272B2 - ５―ニトロバルビツル酸塩、ニトロオロチン酸塩、もしくは５―ニトロウラシルを含んでなる気体発生組成物 - Google Patents

５―ニトロバルビツル酸塩、ニトロオロチン酸塩、もしくは５―ニトロウラシルを含んでなる気体発生組成物

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JPH0676272B2
JPH0676272B2 JP2100533A JP10053390A JPH0676272B2 JP H0676272 B2 JPH0676272 B2 JP H0676272B2 JP 2100533 A JP2100533 A JP 2100533A JP 10053390 A JP10053390 A JP 10053390A JP H0676272 B2 JPH0676272 B2 JP H0676272B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、焼成し、自動車エアバッグ抑制システムおよ
び他の用途のための膨張を提供する気体発生組成物に関
する。
エアバッグ抑制システムは、激しい衝突の場合に乗車し
ている者を保護するために自動車内に取付けられてい
る。激しい衝突が感知されたとき、エアバッグは非常に
早く乗車している者の前でふくらむ。乗車している者
は、衝突により前方へ投げつけられたときに、ハンド
ル、ダッシュボード、フロントガラスもしくは自動車の
他の部品のかわりにふくらんだエアバッグにぶつかる。
したがって、ふくらんだエアバッグは車両の硬い部分と
乗車している者との“二次衝突”を防ぎあるいは和らげ
る（二次衝突は、衝突した車両の乗車している者の負傷
の最も直接的な原因である。
現在用いられている最も普通のエアバッグシステムには
板上衝突センサー、空気ポンプ、および空気ポンプの気
体出口に接続された、つぶれていてふくらむことのでき
るバッグを含んでいる。典型的には空気ポンプは、電気
誘導点火装置、固体相気体発生組成物、および気体ろ過
システムを含んでなる金属外被を有する。ガスが発生す
る前につぶれているバッグは自動車のハンドルもしくは
ダッシュボード中の保護カバーのうしろに備えられる。
車両が衝突に巻き込まれたとセンサーが決定したとき
は、気体発生組成物を着火する点火装置に電子的なシグ
ナルを送る。気体発生組成物は燃焼し、極めて短い時間
で大きな容積の比較的冷めたい気体燃焼生成物を生ず
る。燃焼生成物は空気ポンプによりろ過システムを通り
バッグの中に入るろ過システムは空気ポンプ中にすべて
の気体でない燃焼生成物を保ち、車両の乗客に耐えられ
る温度まで生成した気体を冷却する。空気ポンプの気体
出口から出てくるろ過された燃焼生成物で満たされたと
きに、バッグは、その保護カバーから展開し、ふくら
む。
自動車エアバッグ中に用いるのに適した気体発生組成物
の必要条件は極めてきびしい。気体発生組成物は約30ミ
リ秒でエアバッグをふくらませるため極めて早く焼けな
ければならないが、燃焼速度は、車両の乗客を傷つけず
バッグを損傷しないようにバッグを展開しふくらませる
ことを確実にするために、安定であり調節可能であり、
再現可能であるべきである。気体発生組成物の燃焼速度
はしたがって非常に重要である。
気体発生は、車両の寿命（10年以上）の間は極めて確実
であるべきである。点火が確実であり、そして気体発生
組成物の燃焼速度が老化並びに広範囲にわたる振動およ
び広範囲の温度に組成物をさらすことにもかかわらず一
定でなければならない。気体発生は、空気ポンプ中に封
止されたときに湿気から守られるが、製造ならびに気体
発生および空気ポンプ部品の貯蔵中に問題を最小限にす
るため、およびエアバッグシステムの寿命の間の信頼性
を確実にするために比較的湿気に対し鈍感であるべきで
ある。
気体発生組成物は、有効に冷えた無毒、無腐蝕性の気体
を製造するべきであり、この気体は容易に非気体粒子を
除去するためにろ過されるので、車両の乗車者を傷つけ
ることおよびバッグの損傷を防止する。バッグへ水蒸気
が発生し、バッグもしくは自動車の乗車者をやけどさせ
ることを避けるため、水の発生を最小限にしなければな
らない。
前述の段落の必要条件により、多くの明らかに適してい
る組成物をエアバッグ気体発生組成物として用いること
が妨げられていた。
現在エアバッグの膨張に有用な気体発生組成物は主にナ
トリウムアジ化物である。このような配合物は安全で効
果的なエアバッグ気体発生装置を提供するが、アジ化物
を含まない気体組成物が望ましいであろう。Portnoy に1982年11月23日に発布された米国特許、第4,3
60,394号には、５−ニトロバルビツル酸もしくはその３
水和物をトリニトロトルエン（TNT）組成物の0.5〜2.0
重量％として、注型した後に組成物中での結晶成長を抑
制するために用いることを開示している。以前のTNT組
成物とは異なり、この組成物は注型された後にも割れな
いと述べている。この特許組成物の他の無関係な使用法
も以前の技術に開示されている。
ここに記載されたものと最も近く関連している使用で出
願者に公知の組成物は次のものである。
特許番号 発 明 者 発 行 日 3,839,105 DeWittら 10−01−74 3,923,804 Sitzmanら 12−02−75 4,148,674 Kehrenら 04−10−79 4,369,079 Shaw 01−18−83 4,370,181 Lundstromら 01−25−83 これらの参考文献の中で、Sitzmanら、Kehrenら、Shaw
およびLundstromらは、還元素としての炭素および窒
素、ならびに比較的小量の水素を含んでなる複素還式化
合物を示している。
本発明のいくつかの他の目的は、次のようである。アジ
化物を含まない気体発生組成物は低い温度（約1400〜15
00°Ｋ）で焼け、確実にしかもほどよく早く焼け、破裂
せず、そして無毒なガスおよび最小限の水蒸気を発生す
ることが望まれている。第二の目的は、火炎温度近くも
しくはそれより高い温度の溶融点を有し、そのため、そ
れを非流動性に保つ焼塊の形態の固体燃焼製造を提供す
ることである。
本発明の第一の態様は、約25〜約75重量％の、好ましく
は約40〜約60重量％の、最も好ましくは約50重量％の無
水複素還式化合物と約25〜約75重量％の、好ましくは約
40〜約60重量％の、最も好ましくは約48重量％の無水酸
化塩を含んでなる組成物である。複素還式化合物は次の
構造を有する。
上式中、Ｒは水素、−CO2Xおよび−OXから選ばれ、Ｘは
無水塩を提供するカチオンである。無水酸化塩は、周期
表のIA族の金属（ナトリウムを除く）または次のIIA族
金属：カルシウム、ストロンチウムもしくはバリウムか
ら選ばれるカチオンを有する。無水酸化塩は、酸素もし
くは窒素を含み本質的に炭素、水素もしくはハロゲンを
含まないアニオンを有する。必要ならば組成物は０〜約
５重量％の結合剤を含んでもよい。
本発明の第二の態様は、自動エアバッグ空気ポンプであ
る。この空気ポンプは、気体出口を有する金属外被、外
被内の上記の組成物による気体発生組成物、および気体
燃焼製造物が通り組成物の液体もしくは固体の燃焼製造
物をとらえる気体ろ過システムを含んでなる。本発明の
第三の態様は、請求項１に記載の組成物を点火する工程
を含んでなる、気体発生方法である。
既に記した複素環合物にはいくつかの構造上の特徴があ
り、この特徴により化合物にふくらんだ自動エアバッグ
に気体発生組成物中で燃料として働く能力を与える。好
ましい複素環成物は気体燃焼製造物の窒素含量を最大限
にするために環構造中に窒素含んでなる。カルボニル官
能基は、有機構造中で水素を用いずに酸素を提供し、化
合物の生成熱を低くし、低い火炎温度を提供するので有
用である。環の炭素原子に結合した１個のニトロ置換基
を有することが望ましいが（燃焼速度を増加させるた
め）ニトロ置換基が１個より多いと化合物を活性にしす
ぎて不安定にする。燃焼製造物としての水の生成が望ま
しくないため、鉱物水素置換体が望まれている。水は高
い熱容量を有し、気体としてろ過装置から流れ出た後に
容易に凝縮し水を形成する。水はしたがって展開したエ
アバッグおよびエアバッグに触れる人に望ましくない多
量の熱を伝えてしまう。
本発明の範囲内にあるいくつかの好ましい複素環式化合
物は、Ｒが既に定義されたように−OXであるものであ
る。これらは５−ニトロバルビツル酸塩である。ここで
有用な他の複素環式化合物は、前述の式でＲが−CO2Xと
定義される、５−ニトロオチロン酸塩である。ここで有
用な複素環式化合物の第三の種類は前述の式でＲが水素
と定義される、５−ニトロウラシルである。この化合物
は塩ではない。塩は高いマイナスの生成熱を有するた
め、５−ニトロウラシルの方が好ましい。この特性は本
組成物の火炎温度を実質的に低くする。
上記の複素還塩のカチオン（Ｘ）は、それぞれ無水塩を
提供するように選ばれる。好ましいカチオンの酸化物
（燃焼中に形成する）は水素化物を形成するために存在
していたいくらかの水とも反応するので、燃焼生成物中
に存在する水と結合し、そして水蒸気としてのエアバッ
グ中への水の放出を防ぐ。したがって、それぞれの複素
環式塩としてここで考察された特定のカチオンは、周期
表のIA族金属（ナトリウムを除く）、カルシウム、スト
ロンチウム、もしくはバリウムである。ここで有用な他
のカチオンは容易に決定することができる。
ここで記した気体発生組成物の第二の必須の成分は無水
酸化塩である。塩のカチオンは複素環式塩のカチオンと
同じ族から同じ理由により選ばれる。典型的には酸化機
能を作用する無水酸化塩のアニオンは、窒素と酸素を含
み本質的に炭素、水素もしくはハゲロンを含まないもの
であると最も広く特徴づけられている。アニオンの例は
ニトレート、ニトリット、およびヘキサニトロコバルテ
ート−−Co(NO2)6 -3である。ニトレートとニトリットは
低い生成熱を有するため好ましく、安価であり、そして
無水塩の形態においてカチオンの変化体で利用できる。
最も好ましい複素環式化合物は５−ニトロバルビツル酸
と５−ニトロオチロン酸のカリウム塩である。ここで用
いる二種の最も好ましい無水酸化塩はカリウムニトレー
トおよびストロンチウムニトレートである。
複素環式化合物および酸化塩のいくつかの混合物をエア
バッグ気体発生器の使用に結合剤を用いずに十分強壮な
凝集ペレットにプレスすることができる。しかしなが
ら、組成物に少しの割合の結合剤を提供することが通常
必要である。この適用に周知のここで考察した１種の特
定の結合剤は二硫化モリブデンである。ここで有用な第
二の結合剤はポリプロピレンカーボネートである。（ポ
リプロピレンカーボネートは約50,000の平均分子量およ
び次の主鎖構造を有する化合物である。
発明者は末端基がアルキル基であると考えている。適し
たポリプロピレンカーボネートはEmmaus(Pennsylvania)
のjoint venture of Air Products and Chemicals,In
c.,Philadelphia(Pennsylvania)のARCO Chemical Co.,
および東京（日本）の三井石油化学工業、Ltd.,で市販
されている。）組成物中にカリウム塩が存在している場
合では、二硫化モリブデンが好ましい結合剤である。ポ
リプロピレンカーボネートはナトリウム塩が用いられた
ときに結合剤であるのが好ましい。添加剤の成分は最小
限であるべきであり、特に、組成物から発生した気体の
体積に作用せずあるいは有害な燃焼生成物を導入してし
まう不活性な成分は最小限であるべきである。ひとつの
例外は、組成物の燃焼速度を増加し、燃焼中に熱を運
ぶ、約１％のグラファイトファイバーか鉄ファイバーの
ごとき、熱導電ファイバーである。
ここで用いる１種の好ましい組成物は本質的に複素環式
化合物としての５−ニトロバルビツル酸の無水塩、無水
酸化塩としてのストロンチウムニトレート、および結合
剤としてのポリプロピレンカーボネートからなる。特に
好ましい組成物は約48％の複素環式化合物としてのカリ
ウム５−ニトロバルビツレート、約50重量％の無水酸化
塩としてのストロンチウムニトレート、および約２重量
％の結合剤としてのポリプロピレンカーボネートを含ん
でなる。この組成物の燃焼ガスは約65％の二酸化炭素、
約27％の窒素ガスおよび約８％の水である。ほぼ同じ燃
焼生成物を提供する、ここで有用な第二の特定の組成物
は、約50重量％のカリウム−ニトロバルビツレート、約
48重量％のカリウムニトレートおよび約２重量％の二硫
化モリブデンである。前述の好ましい組成物をほぼ同じ
割合でニトロオロチン酸のカリウム塩と作ることもでき
る。ニトロオロチン酸塩組成物は約13％〜14％の水およ
びニトロバルビツル酸塩組成物よりも少ないつりあった
他の燃焼生成物を燃焼生成物として提供する。他方、ニ
トロオロチン酸塩組成物はいくらか低い温度で焼ける。
組成物を製造するために、水中で約40重量％の濃度でス
ラリーにした。このスラリーを完全に混合し、それから
約２ミリメートルの直径のプリルを形成するように噴霧
乾燥する。プリルはそれから離散したペレットにするよ
うに組成物の部分に均一に重みを加えプレスする、ペレ
ット形成機に入れる。
本発明の他の態様は、気体出口を有する金属外被、外被
内に配置した前記のような粒状気体発生組成物、気体発
生組成物に適合する外被内に配置した点火装置および組
成物と金属外被の出口の間に配置した気体ろ過システム
を含んでなる自動エアバック空気ポンプである。ここで
考察した空気ポンプの種類のより特別な詳細および実例
はAdamsらに1985年10月15日に発布された米国特許第4,5
47,342号に示されている。この特許は全てここに参考文
献として引用されている。
本発明の最後の態様は、請求項１に記載の組成物を点火
する工程を含んでなる、気体発生方法である。気体が加
圧下において出された場合、組成物は前の段落で記した
ように点火される前に外被内に配置されるべきである。
例１ 25gの５−ニトロバルビツル酸を11gのカリウム塩化物と
水中で反応させ、不溶性の５−ニトロバルビツル酸のカ
リウム塩を沈殿させるために一昼夜貯蔵した。生成物を
溶液からろ過し、100℃で１時間乾燥した。
例２ 表Ｉの配合物Ａの成分を乾燥状態で混合し、それから水
中でスラリーにし、真空下140°Ｆ（60℃）で乾燥し
た。名目上約1/2インチの長さで1/2インチの直径のペレ
ットを製造した。ペレットの実際の長さはそれぞれデー
ターに報告している。ペレットのサイドをそれぞれゴム
を基剤とする接着剤により封止した。個々のペレットを
それぞれ１リットルのボンベに配置し、室温で10分間浴
槽にボンベを置くことにより温度を調節した。ボンベに
は圧力変換器が備えられている。ボンベの内容物を点火
し、圧力一時間をプロットした。燃焼時間をボンベ中の
圧力が増加している間隔を決定することにより計算し
た。燃焼速度は燃焼時間により燃焼したペレットの長さ
をそれぞれ分割することにより決定した。ボンベ中の初
圧と最終圧も記録した。このデーターは表IIIに示して
いる。
配合物Ｂ〜Ｈを用いた例を、配合物Ｄで用いた浴槽の温
度条件を100°Ｆ（38℃）にしたことを除き同様に行っ
た。データーは配合物Ｈを除き表III〜IXに示してい
る。
配合物Ａと配合物Ｂは、同じ成分を有するが、割合が異
なる。混合物はそれぞれ燃料としてカリウム５−ニトロ
バルビツレートを用いる。データーに示されているよう
に、等しい割合の二種の主な成分を含む配合物Ａは配合
物Ｂよりも高い燃焼速度を提供した。したがって配合物
Ａが好ましい。
表ＶおよびVIの配合物ＣおよびＤはそれぞれニトロオロ
チン酸のカリウム塩を含んだ。配合物Ｄに関するデータ
ーは限られているが、配合物Ｃが実質的に高い燃焼速度
を有し、したがって好ましいことは明らかである。
配合物Ｅは燃料としてのカリウム５−ニトロバルビツレ
ートを酸化剤としてのカリウムニトレートと用いる。こ
の配合物は酸化剤としてストロンチウムニトレートを用
いた配合物であるよりもいくらか高い燃焼速度（7.00cm
/sec以上）示す。
５−ニトロウラシルを用いて作った配合物ＦおよびＧの
結果を表VIIおよびIXに示す。配合物Ｈの結果は表には
ない。配合物Ｈの平均燃焼速度は1.796cm/secであり、
三種の５−ニトロウラシル配合物の中で最も良好であ
る。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】A.次の構造、 〔上式中、Ｒは水素、−CO2X、および−OXからなる群か
    ら選ばれ、Ｘは周期表のIA族金属（ナトリウムを除く）
    カルシウム、ストロンチウムもしくはバリウムから選ば
    れるカチオンである〕を有する、25重量％〜75重量％の
    複素環式化合物、 B.周期表のIA族金属（ナトリウムを除く）カルシウム、
    ストロンチウム、もしくはバリウムから選ばれるカチオ
    ンを有し、ニトレート、ニトリットおよびヘキサニトロ
    コバルテートからなる群から選ばれるアニオンを有す
    る、25重量％〜75重量％の無水酸化塩、および C.0〜５重量％の結合剤 を含む、気体発生組成物。
  2. 【請求項２】Ｒが−OXである、請求項１に記載の組成
    物。
  3. 【請求項３】Ｒが−O-K+である、請求項１に記載の組成
    物。
  4. 【請求項４】前記結合剤がポリプロピレンカーボネート
    である、請求項１に記載の組成物。
  5. 【請求項５】前記結合剤が二硫化モリブデンである、請
    求項１に記載の組成物。
  6. 【請求項６】前記複素環式化合物として５−ニトロバル
    ビツル酸塩、前記無水酸化塩としてストロンチウムニト
    レート、および前記結合剤とポリプロピレンカーボネー
    トを含んでなる、請求項１に記載の組成物。
  7. 【請求項７】前記複素環式化合物として５−ニトロバル
    ビツル酸塩、前記無水酸化塩としてカリウムニトレー
    ト、および前記結合剤として二硫化モリブデンを含んで
    なる、請求項１に記載の組成物。
  8. 【請求項８】40重量％〜60重量％の前記複素環式化合物
    および40重量％〜60重量％の前記酸化塩を含んでなる、
    請求項１に記載の組成物。
  9. 【請求項９】請求項１に記載の組成物を点火する工程を
    含んでなる、気体発生方法。
JP2100533A 1989-05-04 1990-04-18 ５―ニトロバルビツル酸塩、ニトロオロチン酸塩、もしくは５―ニトロウラシルを含んでなる気体発生組成物 Expired - Fee Related JPH0676272B2 (ja)

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