反応に不活性な熱分析容器の開発

【背景・経緯】
　示差走査熱量測定(DSC) で得られる発熱量(発熱分解エネルギー)と化学物質の火災・爆発性とには相関性が認められています。DSCは、極めて少量の試料で簡便かつ安全に化学物質の危険性評価を行うのに有効な手段とされていますが、一方で、測定条件の影響をうけることが知られています。熱危険性評価を行う際には、容器としてはステンレス製耐圧容器を使用する場合が多いですが、ステンレスなどの金属と反応する物質を評価する場合、過大評価（あるいは過小評価）となる可能性があります。このため、現在、反応に不活性とされる金メッキ容器やガラス容器などが種々販売されていますが、各々欠点があります。我々は金属容器に不活性物質をコーティングさせた熱分析容器の開発を進めています。

 

【成果】
　DSC測定用耐圧ステンレス容器に、原子層堆積装置[FlexAl]を用いて、シリカ膜、アルミナ膜を各々7nmコーティングさせました。シリカ膜は反応物質の供給に低温プラズマ法を利用し、アルミナ膜では加熱法を利用しました。図にはネジ蓋式ステンレス容器(内蓋ステンレス)（以後、NS(lidSS) と略）に種々の不活性膜をコーティングした容器で得られた硝酸アンモニウムのDSC 曲線をまとめました。同図には、参考のためにガラス容器での評価結果も示します。シリカ膜を施した場合、ガラス容器相当の結果となっています。対して、アルミナ膜の場合は、ほとんど効果が認められません。両者は反応物質の供給方法が異なっており、これが結果に及ぼす可能性があります。又、薄膜と金属の界面では内部応力が発生しますが、シリカ膜は引張応力であるのに対し、アルミナ膜では圧縮応力であるため、この違いが影響するのかもしれません。

 

図　コーティング容器で得られた硝酸アンモニウムのDSC曲線

 

【成果の意義・今後の展開】
　ALD法を用いて市販のDSC容器に不活性物質を堆積させ、熱挙動への影響を調べました。現在、ALD法は室温で使用される半導体などに適用されており、加熱する反応容器への適用例はありません。このコーティングが成功すれば、現在市販されている金メッキ容器やガラス容器の欠点を補うことが期待されます。今後、より詳細に反応物質の供給方法や膜厚などの影響を検討します。

2023年01月24日