(57)【要約】グアニジンジニトロアミドを含有する気体発生組成物（ＧＤＮ）は、燃焼によって、実質的に完全に１００％不水溶性の微粒子を生成する。好ましい形態において、気体発生組成物は、燃料成分としてＧＤＮを、そして酸化剤成分としてアルカリ土類金属の硝酸塩を含んでいる。最も好ましくは、アルカリ土類金属の硝酸塩は、マグネシウム、カルシウム、およびストロンチウムの硝酸塩から選択される。低用量のバリウムを含む低毒性で高純度の硝酸ストロンチウムが特に好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料成分としてグアニジンジニトロアミドを、そして酸化剤成分として硝酸アルカリ土類金属を含有しており、１．０±０．１の酸化率を有する、気体発生組成物。
【請求項２】
上記酸化剤成分は、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、および硝酸ストロンチウムを含む群から選択された少なくとも１つの硝酸アルカリ土類金属である、請求項１に記載の気体発生組成物。
【請求項３】
上記酸化剤成分はストロンチウムの硝酸塩である、請求項１に記載の気体発生組成物。
【請求項４】
上記燃料成分は、組成物の総重量に対して約４０〜約９０重量％の量で存在する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の気体発生組成物。
【請求項５】
上記酸化剤成分は、組成物の総重量に対して約１０〜約６０重量％の量で存在する、請求項４に記載の気体発生組成物。
【請求項６】
上記酸化剤成分は、約１０重量％〜約４５重量％の量で存在する、請求項５に記載の気体発生組成物。
【請求項７】
結合剤を含有する、請求項６に記載の気体発生組成物。
【請求項８】
上記結合剤は、酢酸セルロース、酪酸酢酸セルロース、メチルセルロース、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアルコール、およびポリ炭酸アルキレンを含む群から選択された少なくとも１つの結合剤である、請求項７に記載の気体発生組成物。
【請求項９】
遊離した顆粒状の粉末の形態である、請求項１に記載の気体発生組成物。
【請求項１０】
圧縮成形構造または押し出し成形構造の形態である、請求項１に記載の気体発生組成物。
【請求項１１】
上記酸化剤は、低用量のバリウムを含む硝酸ストロンチウムである、請求項１に記載の気体発生組成物。
【請求項１２】
上記硝酸ストロンチウムは、約０．０５重量％未満の用量のバリウムを含んでいる、請求項１１に記載の気体発生組成物。
【請求項１３】
請求項１〜３および請求項１１〜１２のいずれか１つに記載の気体発生組成物を含む膨張装置。
【請求項１４】
請求項４に記載の気体発生組成物を含む膨張装置。
【請求項１５】
請求項５に記載の気体発生組成物を含む膨張装置。
【請求項１６】
請求項６に記載の気体発生組成物を含む膨張装置。
【請求項１７】
請求項７に記載の気体発生組成物を含む膨張装置。
【請求項１８】
請求項８に記載の気体発生組成物を含む膨張装置。
【請求項１９】
請求項９に記載の気体発生組成物を含む膨張装置。
【請求項２０】
請求項１０に記載の気体発生組成物を含む膨張装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、一般的に、自動車、脱出用スライド式シュート、および救命ボートなどに使用される防護用自動安全装置またはエアバッグのような装置に使用される気体発生組成物に関するものである。
【０００２】
［発明の背景および概要］
車両乗員用自動安全システム（ｐａｓｓｉｖｅ  ｒｅｓｔｒａｉｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）を膨張させるための様々な膨張器（当技術において口語的に「エアバッグ」として知られている）が公知である。様々なタイプの膨張器の中で、エアバッグを膨張させるために必要に応じて解放される多量の貯蔵圧縮気体を用いる膨張器が存在する。関連したタイプの膨張器は、点火によってエアバッグを膨張させるために十分な量を提供する可燃性気体発生材料から気体供給源を発生する。さらに別のタイプ（ハイブリッド式膨張器として知られている）において、エアバッグ用膨張気体は、貯蔵圧縮気体の燃焼および気体発生材料の燃焼産物によって提供される。
【０００３】
全体的に、または部分的に、可燃性材料の燃焼による気体の発生に依存する膨張器は、いくつかの利点を有する。例えば、上記膨張器における推進薬（ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ）および起爆材料（ｉｎｉｔｉａｔｏｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ）の燃焼は、所望でない特定の粒状物質を生成する。従って、車両の自動安全システムの一部として、燃焼の際に特定のタイプの固形微粒子を生成する気体発生組成物を備える膨張器を使用することによって、上記の所望でない微粒子が車両の乗員領域に解放され、乗員に吸入される。特に、喘息反応は、水溶性粒状物質の吸入によって引き起され、乗員の健康危機を生じる。不水溶性微粒子は、水溶性粒子よりも好ましい。なぜなら、後者は、より深刻な喘息反応を引き起す可能性があると信じられているからである。
【０００４】
微粒子は、気体発生物質および発火システムを含むエネルギー成分から、および不活性膨張器成分の第二燃焼を介して生じる。１つ以上のこれらの成分からの微粒子による影響の低減は、膨張器組み立て品全体における微粒子の有利な低減につながる。
【０００５】
グアニジンジニトロアミド（ＧＤＮ）を含有する気体発生組成物は、一般的に、Ｂｌｏｍｑｕｉｓｔの米国特許第６，００４，４１０号（全体が参照として明確に本明細書に援用されており、「Ｂｌｏｎｑｕｉｓｔの’４１０特許」として言及される）から知られている。この点について、Ｂｌｏｎｑｕｉｓｔの’４１０特許は、気体発生組成物を開示している。当該気体発生組成物において、燃料成分は、化学式Ｘ＋［Ｎ（ＮＯ２）２］ｎ−を有するジニトロアミドであり、ｎは１以上であり、Ｘ＋は、１つ以上の４価窒素原子を有する有機成分のカチオン誘導体である。燃料成分はグアニジンジニトロアミド（ＧＤＮ）であり、好ましい酸化剤は硝酸アンモニウム（ＡＮ）である。不都合なことに、酸化剤としてＡＮが使用される場合、相安定剤（一般的にカリウム塩）が添加されなければならない。気体発生物質が燃焼されると、アルカリ水に高い溶解性を示す酸化カリウムが形成され、直ちに、高い腐食性かつ有毒な水酸化カリウムを形成する。また、ＧＤＮ／ＡＮの組み合わせに関して、Ｂｌｏｎｑｕｉｓｔの’４１０特許は、約２以下の燃焼速度指数が車両用気体発生組成物に所望であることを言及している。
【０００６】
しかし、一般的に、ＧＤＮ含有組成物および気体発生物質の改良がなお必要とされている。例えば、低い毒性および改善された弾道特性（ｂａｌｌｉｓｔｉｃｓ）を示し、比較的少ない量の実質的に不水溶性の燃焼産物を生成する、ＧＤＮ含有組成物が強く望まれている。本発明、このような改善されたＧＤＮ含有組成物を提供することである。
【０００７】
広義には、本発明は、アルカリ土類金属の硝酸塩との燃焼によって実質的に不水溶性微粒子を生成する、グアニジンジニトロアミド（ＧＤＮ）含有気体発生組成物に関するものである。最も好ましくは、アルカリ土類金属の硝酸塩は、マグネシウム、カルシウムおよびストロンチウムの硝酸塩から選択される。低用量のバリウムを含む低毒性かつ高純度の硝酸ストロンチウムが特に好ましい。
【０００８】
当然、定圧気体発生装置内での燃焼の際に、１未満の燃焼速度指数が必要とされる。
【０００９】
これらおよび他の特徴および利点は、下に記載される好ましい実施形態の詳細な説明を熟慮した後により明確となる。
【００１０】
［発明の詳細な説明］
本発明の組成物は、燃料成分としてグアニジンジニトロアミド（ＧＤＮ）を必ず含んでいる。この点について、本発明の気体発生組成物における燃料成分の量は、持続性の燃焼および酸化剤との酸素平衡（ｏｘｙｇｅｎ  ｂａｌａｎｃｅ）を達成するのに十分な量であり、基本的に１００％の燃焼気体が、二酸化炭素、窒素および水を含んでいる。好ましくは、燃焼成分は、約４０重量％〜約９０重量％の量で、本発明の組成物に含まれている。記述がない限り、本明細書中の全ての重量％は、組成物の総重量に基づいて表示される。
【００１１】
主要ＧＤＮ燃料成分に加えて補助燃料成分がまた、物理的特性および弾道特性を調整する（例えば、強度を高め、燃焼速度圧力指数を低減する）のに十分な量で使用される。本発明の組成物として、また、５−アミノテトラゾール（５ＡＴＺ）、ニトログアニジン（ＮＱ）（高いかさ密度のＮＱ（ＨＢＮＱ）を含む）、硝酸アミノグアニジン（ＡＧＮ）、硝酸グアニジン（ＧＮ）、および、２アンモニウム２テトラゾール（ｄｉａｍｍｏｎｉｕｍ  ｂｉｔｅｔｒａｚｏｌｅ（ＤＡＢＴ））のような補助燃料；ならびに炭酸リチウム（ＬＣ）のような冷却剤が挙げられる。補助燃料および／または冷却剤は、存在する場合、最大約６０重量％、より好ましくは約２重量％〜約２０重量％の量で、組成物に含まれている。
【００１２】
本発明の組成物はまた、酸化剤成分、特に硝酸アルカリ土類金属の酸化剤を必ず含有する。この点について、好ましい硝酸アルカリ土類金属は、マグネシウム、カルシウムおよびストロンチウムの硝酸塩を含む。低用量のバリウムを含む、低毒性かつ高純度の硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）が最も好ましい。酸化剤は、約１０重量％〜約６０重量％、最も好ましくは約２５重量％〜約４５重量％の量で、本発明の組成物に存在する。
【００１３】
追跡組成物（ｔｒａｃｅｒ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）に使用されたＢ級の標準級硝酸ストロンチウムは、本発明の使用に所望でない。なぜなら、バリウムの最大許容量は、１．５重量％であるからでる。従って、本発明の目的において、低毒性かつ高純度の硝酸ストロンチウムに含まれる「低用量のバリウム」は、０．０５重量％を超えてはならない。硝酸ストロンチウムに含まれるバリウムの代表的な用量は、約０．０１〜０．０３重量％である。最も好ましくは、Ｍｉｌ  Ｓｐｅｃ  Ｍｉｌ−Ｓ−２０３２２ＢのＡ級または同等の硝酸ストロンチウムが、本発明の実施に使用されている。
【００１４】
本発明の組成物は、粉末、顆粒、押し出し粒剤または圧縮成形粒剤、あるいは他の成形構造などの形態で使用される。組成物は、上記成分の固形圧縮成形混合物の形態で使用されることが最も好ましい。本発明の形態は、物理的一体性を損なわずに、起爆剤による衝撃または長期熱硬化（ｔｈｅｒｍａｌ  ａｇｉｎｇ）および／または熱サイクルによる力に抵抗するのに十分な強度を有することが重要である。従って、この点について、組成物は、圧縮構造または押し出し構造で、耐久性のある頑丈な固形（例えば、粒剤）に成分を固めるのに十分な量の高度に酸化された高分子結合剤を含有する。
【００１５】
高度に酸化された結合剤はまた、新しい自動車仕様書によって規定された低レベルの固形燃焼産物を達成するために使用される。特に水溶性の形態で喘息反応を引き起す風媒固形または浮遊固形に重点が置かれている。結合剤における高用量の酸素は、必須の酸化剤：燃料比（Ｏ：Ｆ）を維持するために必要な硝酸金属酸化剤の量を低減し、生成される固形灰の量に影響を与える。Ｏ：Ｆ比は、全ての炭素および水素を完全燃焼してＣＯ２およびＨ２Ｏをそれぞれ生成し、そして全ての他の要素を完全燃焼して対応する定常状態酸化形態を生成するために必要な酸素の量に対する、組成物中に存在する酸素の量の比として定義される。燃焼産物におけるＣＯおよびＮＯＸの無毒性レベルを維持するために、実質的に約１．０（例えば、１．０±０．１）の平衡Ｏ：Ｆ比が必要とされる。本発明の好ましい実施形態において、酸化剤は、固形灰の唯一の主要供給源であるため、酸化剤の含有量を最小限に抑えることによって、固形灰の量が最小限に維持される。例えば、本発明に存在する酸化剤の硝酸ストロンチウムは、酸化ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、および／または炭酸ストロンチウムの固形灰を生成する。この灰は、実質的に不水溶性（すなわち、多くとも最小の水溶性）である。結合剤の酸素含有量が増加するにつれ、酸化剤の量が低減され、従って固形灰の量が減少する。最も好ましくは、本発明の組成物の燃焼によって生成される実質的に不水溶性の灰は、約１５重量％未満、好ましくは約１０．０重量％未満である。
【００１６】
結合剤は、一般的に、１〜１５％、好ましくは３〜７％の、組成物の総重量に対する量で存在する。好ましい結合剤は、一般的に高度に酸化されており、酢酸セルロース、酪酸酢酸セルロース、メチルセルロース、ポリメタクリル酸メチル（約３２重量％の酸素を含むＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（約３６重量％の酸素を含むＰＶＡ）および／またはポリ炭酸アルキレンが挙げられる。本発明に使用され得るポリ炭酸アルキレンの例は、ポリ（炭酸プロピレン）コポリマー（例えば、約４７重量％の酸素を含むＱＰＡＣ−４０）およびポリ（炭酸エチレン）コポリマー（例えば、約５４重量％の酸素を含むＱＰＡＣ−２５）として、ＰＡＣポリマーズ株式会社（ＰＡＣ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，Ｉｎｃ．）から市販されているものである。
【００１７】
また、本発明の組成物として、黒鉛粉末の形態の点火用促進剤（ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）／補強剤（ａｕｇｍｅｎｔｏｒ）が挙げられる。好ましい黒鉛粉末は、約４０ミクロンの平均粒子サイズを有する。特に好ましい黒鉛粉末の１つとして、ジャージーシティー（ニュージャージー州）のジョセフディクソンクルーシブル会社（Ｊｏｓｅｐｈ  Ｄｉｘｏｎ  Ｃｒｕｃｉｂｌｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されているマイクロファイングラファイト（Ｍｉｃｒｏｆｙｎｅ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ）が挙げられる。黒鉛促進剤／補強剤は、使用される場合、約０．１重量％〜約２．０重量％、より好ましくは約０．２５重量％〜約０．５重量％の量で、本発明の組成物に含まれる。
【００１８】
従来から気体発生組成物に含まれている実質的に任意の添加剤、例えば、結合剤、コーティング剤、安定剤、加工助剤、弾道添加剤、燃焼速度触媒、冷却剤、スラグ形成剤、共酸化剤、複合燃料などは、本発明の組成物に使用されている。従って、本発明の組成物は、触媒されなくてもよいし（すなわち、組成物は、燃焼触媒を含まなくてもよい）、触媒されてもよい。つまり、組成物は、燃焼を触媒するのに効果的な量の燃焼触媒を含有してもよい。
【００１９】
本発明は、下の非限定的な例を参照することによってさらに理解される。
【００２０】
［実施例］
下の表１で特定した組成物を、様々な性能特性（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）について論理的に評価した。より詳細には、酸化剤成分として硝酸ストロンチウム（Ｓｒ（ＮＯ３）２）を、そして燃料成分としてグアニジンジニトロアミド（ＧＤＮ）を含んでいる本発明の組成物（組成物「Ｆ１」として識別）について、論理的性能特性を計算した。比較のために、他の燃料成分（すなわち、ウレアグアニルジニトロアミド（ＵＧＤＮ）（比較対照の組成物「ＣＦ１」として識別）またはシクロトリメチレントリニトロアミド（ＲＤＸ）（比較対照の組成物「ＣＦ２」として識別）のいずれか）と硝酸ストロンチウムとの併用について評価した。各組成物の酸素比（ＯＲ）は１とした。
【００２１】
【表１】
2006502067.tif 000002
上の表１のデータから、本発明の組成物は、実質的に少量の不水溶性の灰を生成することが理解できる。理論的には、燃焼産物が大気圧に膨張すると、全てのストロンチウムは、実質的に不水溶性のＳｒＯ（ｃ）として存在する。燃焼産物がさらに常温に冷却されると、ＳｒＯ（ｃ）は、実質的にまた不水溶性のＳｃＣＯ３（ｃ）に変換される。
【００２２】
現在最も実用的で好ましいとみなされる実施形態と関連させて本発明を記述したが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、一方で、添付された請求項の精神および範囲内に含まれる様々な改変や同等のアレンジにも及ぶことを意図していることが理解されるべきである。
【国際調査報告】
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