JPH09100192A

JPH09100192A - エアバッグ用ガス発生剤

Info

Publication number: JPH09100192A
Application number: JP7260334A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Honda; 田潔本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-15
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: JP3789527B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス発生率に優れ、有毒なシアンガスの発生
が抑制されたエアバッグ用ガス発生剤の提供。【解決手段】酸化されてガスを発生する還元剤、無機
酸化剤、およびバインダーを含んでなるガス発生剤であ
って、当該バインダーの主成分がイオウ含有ポリマーで
あり、当該バインダーが５〜３０重量％配合されてなる
ことを特徴とするエアバッグ用ガス発生剤。

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
グシステムおよびその他の瞬間的膨張システムに適用さ
れるガス発生器（インフレーター）に内蔵され、バッグ
などを膨張させるために燃焼させて、ガスを発生させる
ガス発生剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、特に自動車の衝突事故などの時に
発生しうる人体の負傷を軽減させる目的で、多くの自動
車にエアバッグシステムが取り付けられるようになって
きている。このようなエアバッグシステムは、例えば、
特開平５−１５５３０７号公報の図１に示されているよ
うに構成されている。このような装置では、自動車が衝
突すると点火器に電流が流れ、点火器内の火薬（または
その類似組成物）の燃焼が始まり、その燃焼により、あ
るいは着火薬を介してその燃焼によって、ガス発生剤が
燃焼して多量の燃焼または分解ガスを発生させる。この
発生ガスは燃焼室の内周に沿って配置される燃焼室フィ
ルターを通り、充気室内に流入して、例えば０．０３秒
以内という短時間にバッグを完全に膨張させることがで
きる。

【０００３】このようなガス発生器に使用されるガス発
生剤としては、多くの技術が知られている。その多く
は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のアジ化物お
よび無機酸化剤からなり、例えば特開平５−１７８６０
１号公報には次の組成を有する組成物が開示されてい
る。成分配合率（重量％）アジ化ナトリウム（ＮａＮ_３）５７．９±１０酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３) ３４．６±１０黒鉛３〜６ベントナイト０〜５硝酸ナトリウム０〜１０

【０００４】従来、このようなガス発生剤には、窒素発
生源としては、分解して、具体的には酸化されて分解し
て窒素ガスを発生する化合物、例えばアジ化ナトリウ
ム、アジ化カリウム、アジ化バリウム、アジ化ストロン
チウム等のアルカリ金属アジ化物またはアルカリ土類金
属アジ化物、アンモニウム塩、あるいはアゾール類など
が、またこの酸化のための酸化剤としては酸化鉄、硝酸
ナトリウム、過塩素酸カリウム、硝化モリブデン、酸化
銅等が用いられている。

【０００５】ところで、ガス発生剤の多くは、その原料
が加圧成形されてペレット（錠剤）形状に成形されてい
る。すなわち、ガス発生剤は外表面が加熱されることに
よって燃焼、分解してガスを発生するので、ガス発生剤
の外表面積はインフレーターのガス発生速度、すなわち
バッグ膨張速度、に大きな影響を持つのであるが、極端
な場合には、自動車の振動などによってガス発生剤が粉
化して外表面積が過大となって、粉体爆発が起きて、不
要なときにバッグが膨張するようなことも考えられるの
で、このような誤動作を防止するとともに信頼性よくバ
ッグを膨張させるように、ガス発生剤の表面積を安定に
する必要があるので、ペレット化が常用されている。ペ
レットの形状にするには、バインダーを用いて成形する
ことで比較的容易にできて、形状を安定に保つことがで
きる。

【０００６】そのような目的に用いるバインダーとして
は、従来、燃焼、分解によって人体に有害な分解ガスな
どを発生しない水ガラスが多く用いられているが、シリ
コンゴムを用い、バインダーの役割を持たせると共に、
燃焼してシリコンゴムから発生するガスをもバッグの膨
張に有効に利用し、さらに同時に発生する酸化ケイ素で
アルカリ金属またはアルカリ土類金属を中和する（詳細
後述）という改良もなされている。なお、バインダーを
配合しない組成物では、酸化剤やその他の成分で加圧成
形し易い原料を選択する等、成形条件を適正にすること
になろう。

【０００７】これらのガス発生剤の燃焼、分解によって
発生する燃焼残渣中には、アルカリ金属またはアルカリ
土類金属などが含まれるために、通常、燃焼残渣は非常
にアルカリ性が強く、人体に対する接触吸引などは好ま
しくないので、これらは通常はフィルターで濾過して除
去されている。しかし、非常に濾過しにくいもの、例え
ばナトリウム金属等、も含まれることがあり、このよう
な場合には、ケイ酸、アルミン酸、ベントナイト等を中
和剤としてガス発生剤中に配合しておき、アルカリ金属
などと反応させて濾過し易くし、また、濾過できなかっ
たアルカリ金属等をより中性にして、人体への悪影響を
防止することがよく行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においてはガス発生剤の単位重量から発生するガス量
すなわちガス発生率が少なく、１００ｇのガス発生剤か
らせいぜい１〜１．５モル程度であり、例えば７０リッ
トルの容積を持つバッグを膨張させるには、６０〜１０
０ｇものガス発生剤が必要である。特に運転席用のエア
バッグシステムの場合には、ステアリングホイール内に
エアバッグシステムが取り付けられることが多いため、
インフレーターの小型軽量化が重要であり、中でもガス
発生剤の使用量を低減させることが重要課題である。こ
のため、上記のようにバインダーとしてシリコンゴムを
用い、シリコンゴムの燃焼によって発生するガスをバッ
グの膨張に有効に利用すると共に、燃焼によって発生す
るケイ酸（二酸化ケイ素）を中和剤としても利用する改
良がなされたガス発生剤もあることは前記したところで
あるが、シリコンゴムの燃焼ガスには、有毒なシアンガ
ス（ＨＣＮ）を発生し易いため、シアンガス漏洩に対す
る対策も必要であり、シリコンゴムを使うことは装置を
小型化するという目的に対しては問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

［発明の概要］＜要旨＞本発明のエアバッグ用ガス発生剤は、酸化され
てガスを発生する還元剤、無機酸化剤、およびバインダ
ーを含んでなるガス発生剤であって、当該バインダーの
主成分がイオウ含有ポリマーであり、当該バインダーが
５〜３０重量％配合されてなること、を特徴とするもの
である。

【００１０】＜効果＞本発明のガス発生剤はガス発生率
が従来のガス発生剤に比べて、１０〜５０％大きい。ま
た濾過しにくい未反応の金属アルカリの発生が非常に少
なく、さらに、常識的には常に発生すると考えられてき
た有毒のシアン化水素の発生も抑制されている。

【００１１】［発明の具体的説明］本発明では、主たる
ガス発生物質として酸化されてガスを発生する還元剤を
用いる。これらの中で、アルカリ金属アジ化物および
（または）アルカリ土類金属アジ化物からなる群から選
ばれるアジ化物が好ましい。これらの物質は、後述する
酸化剤と反応して窒素ガスを放出する機能を有してい
る。具体的にはアジ化ナトリウム、アジ化カリウム、ア
ジ化バリウムまたはアジ化ストロンチウムなどを挙げる
ことができ、これらは単独または組み合わせて用いるこ
とができる。これらの中ではアジ化ナトリウムが好まし
い。アルカリ金属アジ化物またはアルカリ土類金属以外
のアジ化物も併用することが可能である。しかし、一般
に重金属やアンモニアのアジ化物は爆発性でありうるの
で、本発明の用途に多量に用いるのは好ましくないの
で、比較的緩慢に燃焼するアルカリ金属アジ化物および
（または）アルカリ土類金属アジ化物に混合して、補助
的に用いるべきである。

【００１２】また、還元剤として、（イ）アンモニウム
塩、例えば硝酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウムな
ど、（ロ）アゾール類、例えば置換または非置換のトリ
アゾールまたはテトラゾールなど、を用いることもでき
る。

【００１３】本発明で用いる無機酸化剤は、前記した還
元剤と反応してアジ化物からガスを発生させるものであ
ればいかなるものを用いてもよい。具体的には、一般に
使用されている酸化鉄、硝酸カリウム、過塩素酸カリウ
ム、硝化モリブデンまたは酸化銅など、およびこれらの
混合物を用いることができるが、アルカリ金属単体の発
生が大幅に少なくなるので、硝酸カリウムまたは過塩素
酸カリウム、あるいはその混合物、特に後者、が好まし
い。

【００１４】本発明で使用するバインダーは、主鎖にイ
オウ原子（１個または数個の連続）を有するイオウ含有
ポリマー、すなわちポリスルフィドポリマー、である。
このポリマーは、バインダーとして金属アジド等の粉体
成分を固定して、しかるべき形状、たとえばペレットあ
るいは顆粒状、を保持させるためには適当な硬度ないし
「かたさ」を有しているべきであるが、一方粉体成分を
分散させるのに充分な流動性を持つものであるべきであ
る。後者の流動性は溶液の形にすることによっても実現
されるが、人体ないし環境に有毒であることが多い溶剤
を使用する場合は、その処理が厄介であるので、粉体成
分分散時には充分な流動性を有する比較的低分子量のも
のを使用して、架橋ないし硬化によってバインダーとし
ての硬度ないし「かたさ」を発現させることが好まし
い。

【００１５】従って、本発明でのイオウ含有ポリマーバ
インダーの典型的なものは、比較的低分子量のポリスル
フィドを硬化ないし架橋させたものである。粉体成分分
散時のポリスルフィドは、従って、その硬化物ないし架
橋物に対してプレポリマーということができ、またポリ
スルフィドプレポリマーの硬化ないし架橋はチオエーテ
ル部分を介して行われることが普通であるから、本発明
でのイオウ含有ポリマーは架橋点にイオウ原子を有する
ものと言うこともできる。

【００１６】このような硬化ないし架橋可能なイオウ含
有ポリマーは既に各種のものが知られていて、その代表
的なものは「多硫化系合成ゴム」として周知である（た
とえば、共立出版（株）、「化学大辞典」、第５巻、朝
倉書店刊、「合成ゴムハンドブック」）。多硫化系合成
ゴムは、一般に（−ＲＳ_ｘ−）_ｎ［ｘ＝１〜４］で表さ
れており、Ｒが炭化水素残基、特にポリメチレン、の外
に、エーテル酸素を含んだもの、が代表的である。

【００１７】粉体成分分散後は硬化ないし架橋させて所
定の硬度ないしかたさを持たせればよいのであるから、
粉体成分分散時に使用する状態のもの、すなわちオリゴ
マー、は流動性の大きいもの、すなわち分子量の小さい
もの（極端な場合は二量体）、（末端は、例えば−ＳＨ
である）であることがふつうである。

【００１８】そのようなプレポリマー、特に液状ポリス
ルフィド、としては、具体的には、モートンインターナ
ショナル社より市販されているＬＰ−３３［構造式：Ｈ
Ｓ−（Ｃ_２Ｈ_４−Ｏ−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ_２Ｈ_４−Ｓ−Ｓ）
_６−Ｃ_２Ｈ_４−Ｏ−ＣＨ_２−Ｏ−Ｃ_２Ｈ_４−ＳＨ］が挙
げられる。

【００１９】なお、本発明で使用するバインダーが従来
のポリマー状バインダー、たとえばシリコンゴム、に比
べてすぐれているのは、それがイオウ含有ポリマーない
しポリスルフィドポリマーであることにその理由の少な
くとも一部を負うものと考えられるので、溶剤の使用が
許容されるのであれば、最初から充分に分子量の大きい
ポリスルフィドを使用して、その場合に欠ける流動性を
溶液化によって実現することも可能である。

【００２０】これらのイオウ含有ポリマーを主成分とし
て所定硬度ないしかたさのバインダーにするには、一般
に硬化剤が必要であるが、一般には酸化クロム等の酸化
金属、重クロム酸カリウム、過酸化ナトリウムなど過酸
化金属、パラキノンジオキシム等の還元性有機化合物、
ジグリシジルエーテル−ビスフェノールＡ等からなるエ
ポキシ化合物がこの硬化剤として利用できる。

【００２１】本発明のバインダーの添加量は混合物の総
重量を基準にして５〜３０％であり、特に１０〜２０％
であることが好ましい。５％より少ない場合はガス発生
率が低下し、目的を達成できない。また、３０％を越え
ると有毒なシアン化水素ガスが多量に発生する可能性が
ある。特に１０〜２０％の範囲では、シアン化水素の発
生が事実上認められないので好ましい（実施例参照）。

【００２２】本発明によるガス発生剤には、二酸化ケイ
素をさらに配合することが好ましい。これはガス発生剤
であるアジ化物と無機酸化剤の反応により生じるアルカ
リ金属酸化物および（または）アルカリ土類金属酸化物
と反応させて無害化するためである。具体的には、例え
ばアジ化物としてアジ化ナトリウムを用いると、ガス発
生の際にはＮａ_２Ｏが生じるが、ガス発生剤に二酸化ケ
イ素（ＳｉＯ_２）を混合しておくことでＮａ_２ＯはＳｉ
Ｏ_２と反応してＮａ_２ＳｉＯ_３となって無害化されると
同時に、濾過による除去が容易になる。また、イオウ含
有ポリマーの燃焼により生じうる二酸化炭素も同様の効
果を有する。

【００２３】二酸化ケイ素を配合するときは、その配合
量は、一般にガス発生剤総重量を基準として０．０１〜
３０重量％、好ましくは２〜２０重量％、である。

【００２４】本発明によるガス発生剤には、必要に応じ
て、その他の安定剤、可塑剤または効果促進剤等をさら
に混合しても良い。

【００２５】本発明のガス発生剤は燃焼速度が遅く、比
較的緩慢に燃焼するので、多くのこの種のガス発生剤の
ように過早燃焼防止のためペレットの形状に圧搾成形し
なくてもよい。従って加工製造工程が短縮される特徴が
ある。しかしながら本発明のガス発生剤は、燃焼が緩慢
であるのでガス発生剤の表面積が大きい方が有利である
ために、顆粒状にして用いるのが好ましい。本発明のガ
ス発生剤を顆粒状とするには、組成物混合後に顆粒状に
成形して硬化させるか、もしくは、硬化後顆粒状に粉砕
切削しても良い。本発明によるガス発生剤において、一
般に顆粒は不定形であるが、概略直径は１／１０００〜
３ｍｍ程度の分布を持つものが好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】

【実施例】市販のポリスルフィド樹脂（ＬＰ−３３、モ
ートン・インターナショナル社製）１００ｇにパラキノ
ンジオキシム７ｇ、酸化マグネシウム５ｇ、イオウ１
ｇ、エポキシ樹脂（Ｅ−８２８、シェル化学製）５ｇの
割合で混合してバインダーを製作した。なお、比較例と
して室温硬化型シリコンゴムＫＥ４５ＲＴＶ（信越化学
製）をバインダーとして用いた。このバインダーにアジ
化ナトリウム（ＮａＮ_３）、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）
を配合して表１に示すとおりの組成のガス発生剤組成と
し、この混合物を３０メッシュの金網を通して顆粒状と
して７０℃で３日間硬化させた。このガス発生剤約１０
ｇをアルゴン充填した容積５００ｍｌの密閉容器に入
れ、容器内に設置したニクロム線に通電することによっ
て燃焼させ、密閉容器内の温度と圧力を測定した。この
データから温度１５０℃におけるガス圧力をとり、理想
ガスの状態方程式から、次の式の通りにガス発生剤１０
０ｇあたりの発生ガスモル数Ｍ（以下これをＭｇとす
る）を計算した。Ｍ＝（ＰＶ）／（ＲＴ）×１００／Ｗ

【００２７】ここでＰは測定ゲージ圧力（単位ａｔ
ｍ）、Ｖは密閉容器の内容積で０．５（単位リット
ル）、Ｒは０．０８２（一般にガス定数と呼ばれる）、
Ｔは絶対温度で４２３（単位Ｋ、１５０℃を絶対温度に
換算）、Ｗは密閉容器に入れたガス発生剤の重量（単位
ｇ、従って約１０ｇであり、精秤値を代入する）であ
る。この測定の後、室温まで冷却して密閉容器内のガス
を取り出し、北川式ガス検知器によってシアン化水素を
測定した。さらにガスを放出後、窒素ボックス中で密閉
容器を開き、約２０ｍｌの純水を入れたステンレス皿を
容器内に置き、再び密閉しアルゴン置換した後、容器を
横倒しとして密閉容器内の発生残渣中のアルカリ金属と
水を接触させて反応させた。このとき、２モルのアルカ
リ金属は１モルの水素を発生させるので、再び圧力を測
定して上記数式にこの圧力を入れて（Ｔは室温の測定値
を絶対温度に換算）Ｍ（以下このＭをＭｈとする）を求
め、このＭｈを発生水素モル数とし、この値の２倍を未
反応の金属アルカリモル数（以下２Ｍｈとする）とし
た。これらの測定結果は表１に示すとおりである。な
お、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４は比較例である。この結果、本
発明の範囲内において、同一配合率でシリコンバインダ
ーをポリスルフィドバインダーに代えるといずれの組成
でも発生シアン化水素（ＨＣＮ）が激減している。ま
た、ガス発生モル数（Ｍｇ）も本発明の方が大きい。し
かし、ポリスルフィドバンダーが３０％を越えると急激
にシアン化水素が増加している。また、ポリスルフィド
バインダーが５％程度になるとガス発生モル数が従来の
ガス発生剤に近くなってしまう。

【００２８】表１ No. PSB SIB NaN₃ KNO₃ Mg 2Mh HCN (%) (%) (%) (%) mol/100g mol/100g ppm 1 0 30 50 20 2.59 10.14 430 2 0 25 50 25 2.52 9.88 390 3 0 20 50 30 2.62 8.82 80 4 0 10 50 40 2.03 10.74 10 5 35 0 45 20 3.97 1.97 680 6 30 0 50 20 3.70 5.83 60 7 25 0 50 25 3.24 7.21 20 8 20 0 50 30 2.73 7.47 0 9 10 0 50 40 2.15 4.80 0 10 5 0 50 45 1.70 0.03 0 PSB ：ポリスルフィドバインダー SIB ：シリコンバインダー Mg ：ガス発生剤１００ｇあたりの発生ガスモル数 2Mh ：ガス発生剤１００ｇあたりの燃焼残渣中の未反応アルカリ金属のモル数

【００２９】実施例２ポリサルファイド樹脂（ＬＰ−３３）１００ｇに対し、
エポキシ樹脂（Ｅ８２８）３５ｇおよびジメチルベンジ
ルアミン０．５ｇの割合で混合してバインダーとし、こ
のバインダーを用いて表２に示す配合比でアジ化ナトリ
ウム、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、過塩素酸カリウム
（ＫＣｌＯ_４）、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）を混合して
ガス発生剤組成とし、実施例１と同様な方法で顆粒成形
した。顆粒状のガス発生剤について実施例１と同様にガ
ス発生モル数、シアン化水素および未反応の金属アルカ
リを測定した。得られた結果は表２に示したとおりであ
る。実施例１に比べて過塩素酸カリウムを入れると濾過
しにくい未反応のアルカリ金属が激減している。また、
更に二酸化ケイ素を少量加えると更に未反応のアルカリ
が減少している。

【００３０】表２ No. PSB SiO₂ NaN₃ KNO₃ KClO₄ Mg 2Mh HCN (%) (%) (%) (%) (%) mol/100g mol/100g ppm 1 30 0 50 10 10 3.54 0.53 70 2 30 5 45 10 10 3.35 0.16 30 3 25 0 50 12.5 12.5 3.30 2.82 20 4 25 5 45 12.5 12.5 3.13 1.88 30 5 20 0 50 15 15 2.72 1.25 0 6 20 5 45 15 15 2.53 1.05 0 7 15 0 50 25 10 2.27 1.14 0 8 15 5 45 25 10 2.24 0.94 0 9 10 0 50 20 20 1.85 0.76 0 10 5 5 45 20 20 1.61 0.03 0

【発明の効果】本発明により、ガス発生率に優れ、有毒
なシアンガスの発生が抑制されたガス発生剤が提供され
ることは［発明の概要］の項に前記したとおりである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化されてガスを発生する還元剤、無機酸
化剤、およびバインダーを含んでなるガス発生剤であっ
て、当該バインダーの主成分がイオウ含有ポリマーであ
り、当該バインダーが５〜３０重量％配合されてなるこ
とを特徴とするエアバッグ用ガス発生剤。
【請求項２】還元剤が、アルカリ金属アジ化物、アルカ
リ土類金属アジ化物、アンモニウム塩、アゾール類から
なる群から選ばれる、請求項１に記載のガス発生剤。
【請求項３】還元剤が、過塩素酸アンモニウム、硝酸ア
ンモニウム、またはテトラゾールである、請求項１また
は２に記載のガス発生剤。
【請求項４】二酸化ケイ素をガス発生剤総重量基準で２
〜２０重量％、さらに含有してなる請求項１〜３のいず
れか１項に記載のガス発生剤。
【請求項５】イオウ含有ポリマーが液状ポリスルフィド
である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス発生
剤。
【請求項６】無機酸化剤が、硝酸カリウムまたは過塩素
酸カリウム、あるいはそれらの混合物である、請求項１
〜５のいずれか１項に記載のガス発生剤。
【請求項７】各原料が混合後、顆粒状に成形されてなる
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス発生剤。