説明

物質の熱安定性評価方法

【課題】断熱熱量計であるARCによる分析の実施を最小限に抑えながら、物質の発熱による危険性を正確に且つ効率よく評価することができる、物質の熱安定性評価方法を提供する。
【解決手段】物質の発熱による危険性を評価するにあたり、温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析を行い、該分析結果に基づき、断熱熱量計による分析の要否を判断する。詳しくは、前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)により分離された可逆熱流束と不可逆熱流束のうち、不可逆熱流束に発熱ピークが認められた場合に、断熱熱量計による分析を必要と判断する。また、前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析に先立ち、密封セル型示差走査熱量計(SC−DSC)による分析を行い、発熱ピークが認められた場合に前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析を行うこともできる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、物質の発熱による危険性を正確に且つ効率よく評価する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば新規な製造プロセスを開発する際や既知の製造プロセスを工業的にスケールアップする際などには、そのプロセスで取り扱う物質が該プロセスで取り扱う温度において熱分解してしまったり、あるいは爆発等が懸念される急激なガスの発生が起こったりしないよう、充分な熱安定性を有していることを事前に確認しておくことが求められる。このような場合、断熱熱量計であるARC(Accelerating Rate Calorimeter)を用いて物質の発熱開始温度および圧力発生の有無を調べることにより、物質の発熱による危険性が評価される。
【0003】
ところが、ARCによる分析は、1回の測定に非常に長時間を要するものであり、その所要時間は最大4日間程度に及ぶこともある。そのため、これまでから、発熱による危険性を評価するべくARCによる分析を行う際には、予め該分析を行う必要があるか否かをスクリーニングし、ARCの測定件数を低減しようとする試みがなされている。具体的には、まず、密封セル型示差走査熱量計(SC−DSC(Sealed Cell-Differential Scanning Calorimetry))を用いて分析し、発熱が検知されない場合(具体的には、発熱量QDSCが100J/g未満である場合)には、ARCによる分析を行うことなく、充分な熱安定性を有しているものと判断する手法が提案されている(非特許文献1)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】「安全工学」vol.43、No5(2004)、p318〜325
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来のSC−DSCによりスクリーニングする手法によれば、ARCによる分析の対象から除外できるのはSC−DSCで発熱が検知されない場合だけであり、ARCの測定件数は未だ充分に低減できていないのが現状であった。
【0006】
そこで、本発明の目的は、ARCによる分析の実施を最小限に抑えながら、物質の発熱による危険性を正確に且つ効率よく評価することができる、物質の熱安定性評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行なった。その結果、これまで主にガラス転移現象、融解、結晶化または構造相転移などの分析に利用されていた温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC(Temperature Modulated-Differential Scanning Calorimetry))を用いて、発熱による危険性を評価する際のARCによる分析の要否をスクリーニングすると、従来のSC−DSCを用いた場合に比べ、より細かく正確な要否の判断が可能になることを見出し、本発明を完成した。
【0008】
すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
(1)物質の発熱による危険性を評価するにあたり、温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析を行い、該分析結果に基づき、断熱熱量計による分析の要否を判断することを特徴とする物質の熱安定性評価方法。
(2)前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)により分離された可逆熱流束と不可逆熱流束のうち、不可逆熱流束に発熱ピークが認められた場合に、断熱熱量計による分析を必要と判断する前記(1)に記載の物質の熱安定性評価方法。
(3)前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析に先立ち、密封セル型示差走査熱量計(SC−DSC)による分析を行い、発熱ピークが認められた場合に前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析を行う前記(1)又は(2)に記載の物質の熱安定性評価方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、ARCによる分析の実施を最小限に抑えながら、物質の熱安定性を正確に且つ効率よく評価することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の評価方法における判断手順を示すフローチャートである。
【図2】実施例におけるTM−DSC分析で得られたチャートである。
【図3】実施例におけるARC分析で得られたチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明においては、物質の発熱による危険性を評価するにあたり、温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析を行い、該分析結果に基づき、断熱熱量計であるARCによる分析の要否を判断する。
【0012】
本発明で用いる温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)は、通常のDSCで用いられる定速昇温(降温)に周期的な温度変調を加えることにより、定速昇温(降温)に対する熱流の応答(Total Heat Flow:THFと略することもある)と、周期的変調に対する熱流の応答(Reversing Heat Flow:RHFと略することもある)とを同時に得るものである。ここで、温度変調一周期あたりの平均の熱流であるTHFは、周期的温度変調に敏感な可逆熱流束(すなわち、RHF)と、周期的温度変調に鈍感な不可逆熱流束(Non-Reversing Heat Flow:NRHFと略することもある)とに分離することができ、NRHFは、THFからRHFを差し引いた差分に相当する。なお、THFは、通常のDSC(例えば、後述するSC−DSC等)で得られる熱流と等価なものである。
かかるTM−DSCとしては、例えば、ティー・エイ・インスツルメント社製の「Q2000」、リガク社製の「Thermo plus DSC 8230L」などが市販されている。なお、TM−DSCの原理等の詳細については、例えば、「熱測定」vol.29、No1(2000)、p21〜26等に開示されている。
前記TM−DSCによって分析を行う際の分析条件等は、分析に供する試料に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされない。
【0013】
本発明においては、前記TM−DSCによる分析の結果に基づき、断熱熱量計であるARCによる分析の要否を判断する。具体的には、図1に示す手順で判断することができる。すなわち、
1)まず、得られたTHFに発熱ピークが認められなかった場合と発熱ピークが認められた場合とに分ける。ここで、発熱ピークが認められなかった場合(ケースI)は、充分な熱安定性を有していると言えるので、ARCによる分析は不要と判断する。
【0014】
2)上記1)でTHFに発熱ピークが認められた場合、次に、分離された可逆熱流束(RHF)と不可逆熱流束(NRHF)のうち、どちらに発熱ピークが認められるかを確認し、可逆熱流束(RHF)に発熱ピークが認められた場合(ケースII)には、ARCによる分析は不要と判断し、不可逆熱流束(NRHF)に発熱ピークが認められた場合(ケースIII)には、ARCによる分析が必要と判断する。ケースIIの如き可逆熱流束(RHF)における発熱は、可逆反応に伴う発熱であるので、通常、熱分解ガスが発生することはなく、圧力発生の有無を調べるためのARCによる分析は省略できる。一方、ケースIIIの如き不可逆熱流束(NRHF)における発熱は、不可逆反応に伴う発熱であり、熱分解ガスが発生する場合と発生しない場合とがある。よって、いずれかを見極めるためにARCによる分析が必要になる。例えば、従来のようにSC−DSCを用いたスクリーニングでは、ケースIの場合しかARCによる分析の対象から除外できなかったが、上述した本発明によれば、ケースIに加え、ケースIIの場合もARCによる分析の対象から除外することができる。
なお、上記1)および上記2)において、発熱ピークの有無は、具体的には、発熱量が100J/g未満である場合を発熱ピークが認められないものとし、発熱量が100J/g以上である場合を発熱ピークが認められるものとして、判定すればよい。
【0015】
本発明においては、前記TM−DSCによる分析に先立ち、密封セル型示差走査熱量計(SC−DSC)による分析を行い、発熱ピークが認められた場合にのみ前記TM−DSCによる分析を行うようにしてもよい。一般に、SC−DSCを用いた分析は、TM−DSCを用いた分析よりも簡便に行うことができる。したがって、例えば発熱ピークが検知されない場合(ケースI)であれば、先にSC−DSCを用いて分析することにより、TM−DSCによる分析を行うことなく、より簡便なSC−DSCによる分析のみで、ARCによる分析対象から除外してよいことを確認できる。
【0016】
前記密封セル型示差走査熱量計(SC−DSC)は、特に制限されるものではなく、従来公知のものを適宜採用すればよい。かかるSC−DSCとしては、例えば、メトラー・トレド社製の「DSC1」、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製の「EXSTAR DSC 7020」などが市販されている。なお、SC−DSCの原理や装置の詳細については、例えば、「反応性化学物質と火工品の安全」大成出版社、1988年11月28日、p98〜116等に開示されている。
前記SC−DSCによって分析を行う際の分析条件等は、分析に供する試料に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされない。
【0017】
本発明においては、上述したスクリーニングによって必要と判断された場合にのみ、断熱熱量計による分析を行う。
前記断熱熱量計としては、物質の発熱反応による温度および圧力の時間変化を測定できるものであれば、特に制限されるものではなく、公知の断熱熱量計を用いることができる。かかる断熱熱量計としては、例えば、CSI(Columbia Scientific Industries)社製の「CSI−ARCTM」、THT(Thermal Hazard Technology)社の「ARCTM」や「ES−Accelerating Rate Calorimeter」、TIAX社製の「New ARCTM」、FAI(Fauske & Associates,Inc.)社製の「ARSSTTM (The Advanced Reactive System Screening Tool)」、HEL(Hazard Evaluation Laboratory Limited)社製の「TSU(Thermal Screening Unit)」や「PHITEC−II」、Systag社製の「RADEXTM」や「SEDEXTM」などが市販されている。なお、ARCの原理や装置の詳細については、例えば、特開2006−250771号公報等に開示されている。
前記断熱熱量計によって分析を行う際の分析条件等は、分析に供する試料に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされない。
【実施例】
【0018】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
(実施例1)
3−クロロ−6−イミノ−6H−ピリダジン−1−イル酢酸を試料とし、これをTM−DSC(ティー・エイ・インスツルメント社製「Q2000」)を用いて下記の条件で分析した。得られたチャートを図2に示す。
変調周期:47s
変調振幅:0.5℃
昇温速度:2℃/min
試料量:0.5700mg
試料容器:SUS製密封セル
【0019】
図2において、(a)はTotal熱流束(Heat Flow)を示し、(b)は分離した可逆熱流束(Rev Heat Flow)を示し、(c)は分離した不可逆熱流束(Nonrev Heat Flow)を示す。図2から分かるように、Total熱流束(a)に発熱ピークが認められ、しかも該発熱ピークは、分離すると不可逆熱流束(c)に認められる。したがって、前記試料の熱安定性を評価するにはARC分析が必要と判断した。
【0020】
次に、前記試料を、ARC(Thermal hazard technology社製「ES−Accelerating Rate Calorimeter」)を用いて下記の条件で分析した。得られたチャートを図3に示す。
探索開始温度:40℃
探索期間の昇温幅:5℃
探索期間の待ち時間:10min
発熱探知限界:0.02℃/min
試料量:2.50g
試料容器:ハステロイ(登録商標)製セル
【0021】
図3から、前記試料は約117℃から発熱を検知するとともに、熱分解ガスを発生することが分かる。したがって、TM−DSCの結果に基づいて、ARC分析が必要と判断した方法は適切であったと言える。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
物質の発熱による危険性を評価するにあたり、温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析を行い、該分析結果に基づき、断熱熱量計による分析の要否を判断することを特徴とする物質の熱安定性評価方法。
【請求項2】
前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)により分離された可逆熱流束と不可逆熱流束のうち、不可逆熱流束に発熱ピークが認められた場合に、断熱熱量計による分析を必要と判断する請求項1に記載の物質の熱安定性評価方法。
【請求項3】
前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析に先立ち、密封セル型示差走査熱量計(SC−DSC)による分析を行い、発熱ピークが認められた場合に前記温度変調型示差走査熱量計(TM−DSC)による分析を行う請求項1又は2に記載の物質の熱安定性評価方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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