熱分析アプリケーションマガジン Vol. 48 |メトラー・トレド

炭素材料と炭素質無機物材料の燃焼熱の測定
高分子マトリックスにおけるAPI溶解度測定の新しい予測的なマイクロスケールメソッド
積層電気鋼板上の接着ワニスの硬化
高い過冷却でのポリプロピレンの結晶化速度論に対する炭酸カルシウムの影響
TGA-FTIRの組み合わせによる不明なサンプルのプラスチックの特定

この記事では、TGAとDSCを同時に使用した炭素質材料の燃焼熱の測定方法について説明します。この方法では、通常気圧の空気中または酸素中で物質を900ºCに熱し、燃焼ガスの喪失による重量変化が完了し熱生成が停止するまで物質を等温に保持します。また重量損失のステップは、燃焼以外の他のプロセス、例えば蒸発などが発生したかどうか、および水分や灰などの組成が材料中にあるかどうかも示します。これにより、燃焼の発熱によるDSC測定を特定の重量損失に関連付けることができます。

はじめに

物質が燃焼するとき放出される熱は、燃焼熱といわれます。このプロセスでは酸化物が形成されますが、それらは通常の条件下で揮発性の物質で（CO2など）、凝集して液体（水など）になるかまたは固体の化合物を形成します（灰、金属酸化物など）。通常、燃焼熱はボンベ熱量計を使用して測定します。

材料は、定積圧力下の酸素過多の断熱状況で完全に酸化され、さらに室温に冷やされます。反応熱および考えられる形質転換が、測定された温度上昇から判断されます。それぞれのケースで、燃焼が完全かどうかをチェックすることが重要です。

加熱システムでは、燃焼の発生時に燃焼生成物の凝集（通常は水）をともなうか否かに応じて、高位発熱量または低位発熱量という用語が使われます。

低位発熱量（LHV）（または真発熱量）は、凝集が起こらず揮発性ガスの生成物のみが形成される場合の値です。

高位発熱量（HHV）（または上位発熱量）は、すべての燃焼生成物が燃焼前の元の温度25ºCにまで冷やされ、生成された蒸気が結露する時点で得られる値です。

高位発熱量は下位発熱量よりも高くなります。これは結露が生じるとき結露の熱が放出されるからです。

以下の測定は、少量の炭素質無機物材料の燃焼熱をTGA/DSCによって定量的に求める方法を示しています。

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この記事では、熱溶融成形による非晶質固体分散体（ASD）の形成を予測するための、新しい予測的なマイクロスケール溶解度メソッドについて解説します。このメソッドでは、ガラス遷移温度を使用した高分子マトリックスにおける活性医薬品成分（API）の温度依存溶解度の直接的な特性評価が可能になります（Tg）。複雑な算術モデル（BCKV式）を適用してAPI/ポリマー混合の分率に依存したTgの過程を表すことで、周囲条件（25ºC）におけるAPI溶解度を予測できます。これは、ポリ（ビニルピロリドン-co-酢酸ビニル）（コポビドン）におけるインドメタシンのボールミルによる物理的な混合を使用して示されます。

はじめに

ホットメルト成形は、非晶質固形分散（ASD）の調製に広く利用されており、溶解度の低い活性医薬品成分（API）の生物学的可用性（バイオアベイラビリティ）を高めます。示差走査熱量測定法（DSC）は、ASD形成に最適なポリマーを特定するためのスクリーニングツールとしてよく使われます。

この記事では、DSC測定を使用した高分子マトリックスにおけるAPIの温度依存相図を特定する迅速な新手法を紹介します。これには、ガラス転移温度（Tg）およびBCKVフィットを使用したAPI溶解度の直接的な測定が含まれます[1]。これにより、目的の温度でのAPIの溶解濃度を推定できます。

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電気モーターや変圧器の内部に使われる積層鉄芯は、接着ワニスまたはレジンで表面処理した電気鋼板から特定の形の薄板を打ち抜いて製造します。この薄板を重ねたものを、適切な温度で機械的な圧力を加えることで、まとめて「にかわづけ接着」します。ワニスが硬化して強固な積層金属芯ができます。この記事では、このプロセスをより良く理解する上で温度分析がどのように貢献するかについて解説します。

はじめに

電気モーターや変圧器では交流磁場が渦電流を生じて、この電流により電気性能が低下します。渦電流損失を最小化するために、絶縁薄板を重ねて接着し積層構造体を形成して製造した鉄芯を使用しています。個々の積層鋼板は、鉄シリコン合金製の冷延軟磁性鋼板から任意の形を打ち抜いて作られます。

鋼板は、その両面が特別なワニスまたはレジンで薄く表面処理されています。個々の表面処理済鋼板を重ねて特定の温度で機械的に加圧することで、3次元のコンポーネントが形成されます。

板と板の間のワニスが硬化して、それらが結着されます。このプロセスによって強固な積層鉄芯が出来上がり、その金属層は硬化したワニスの薄膜（通常約10μm厚）によって互いに絶縁されています（図1）。

図1.電気モーターの回転子鉄心。個々の金属板が明確に視認できます。これらは通常10μm厚の硬化したワニスの薄膜によって絶縁されています。出典：http://motorcorechina. de/1-motorstator/ 3-1-1b.jpg.

接着プロセスでワニスの層が硬化します。同時に、鋼板の重なりに機械的な圧力がかかります。このとき、場合により一定量のワニスが鋼板の間から搾り出されます。これが生じると、ワニスの滴が構成物の側面に付着して、機械的な後処理が必要になる原因になります。実際には、次の2点が重要な問題となります。

どの温度で硬化反応が生じて、どの程度の期間続くのか
加圧により生じるワニスの滴をどのように回避できるか

この記事では、熱分析でこれらの問題を解決できる方法について示します。

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この記事では、120ºC～0ºCの温度範囲で、充填ポリプロピレン（PP）の結晶化に対する炭酸カルシウムの影響を調べるために、どのようにしてFlash DSCを使用するかについて説明します。低い過冷却条件（80ºC以上）では、炭酸カルシウムが存在することでα-相の結晶化速度が低下し、45ºC～80ºCで
は、α-相の結晶化は加速します。低温での中間相の形成はフィラー（充填剤）の影響を受けません。

はじめに

非等温状態と等温状態でのポリプロピレン（PP）の結晶化について、詳しく調査しました[1]。

高い冷却率を有するFlash DSCの導入によって、特に高い冷却速度と高い過冷却における幅広い温度範囲での結晶化プロセスについて新たな情報を得られることが可能になりました[2]。

PPでは、2種類の結晶化メカニズムが発生することがよく知られています。60ºC以上では、非均質核形成によって単斜晶α-相が形成されます[3]。

低温では、主に均質核形成によって中間相と呼ばれる状態が形成されます[3]。この相は、立体構造的に不規則であると言われており、結晶状態と非
晶状態の間の性質を持っています[1]。フィラーはポリマーの結晶化に影響する可能性があり、核形成活動を考慮して活性または不活性に分類されています。

PPの結晶化プロセスに対するフィラーの影響は、多くの場合、低過冷却または低冷却速度における従来のDSC測定によって調べます。ポリマー加工（射出成形など）でも見られる結晶化温度でのDSC測定は、Flash DSCにより調べることができます。

生産プロセスに関連した過冷却での充填PPの結晶化挙動を対象にした調査は、現状他に例を見ません。この記事では、PPの結晶化プロセスに対する不活性フィラーである炭酸カルシウム（CaCO3）の影響を、DSCとFlash DSCを使用して検討しています。

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参考資料

[1] R. Androsch, M.L. Di Lorenzo, C. Schick, B. Wunderlich, Mesophases in polyethylene, polypropylene, and poly (1-butene), Polymer, 51 (2010) 4639–4662.
[2] J.E.K.Schawe, Influence of processing conditions on polymer crystallization measured by fast scanning DSC, J. Thermal. Anal. Calorim. 116 (2014) 1165–1173.
[3] C. Silvestre, S. Cimmino, D. Duraccio, C. Schick, Isothermal crystallization of isotactic poly (propylene) studied by superfast calorimetry, Macromol. Rapid Commun. 28 (2007) 871– 881.
[4] J.E.K. Schawe, P.A. Vermeulen, M. van Drongelen, A new crystallization process in polypropylene highly filled with calcium carbonate, Colloid and Polymer Science, 293 (2015) 1607–1614.

今日、不明な製品の成分を調べ、含有物を量的に特定することは大きな意味があります[1]。その際にTGA-MS（熱重量分析と質量分析）、TGA-FTIR（熱重量分析とフーリエ変換赤外分光分析の組み合わせ）[2]またはTGA-GC/MS（熱重量分析とガスクロマトグラフ分析および質量分析）[3]がよく使用されています｡

はじめに

この例では、TGA-FTIR調査法を使用して、不明なプラスチックの含有成分を調べ、成分の量と化学的な性質を見つけるのがどれくらい簡単かを示します。不明な材料の特性を評価するために、迅速な最初の分析として、ATR分光法を提供します。この方法により、わずか数分で、主要構成部品の定性的な評価が得られます。

詳細な分析のために、TGAを適切なガス分析と組み合わせて使用することをお勧めします。この論文では、不明な組成の白い成形部品を構成部品上で分析しました。このため、材料をさまざまな技術で調べました（ATR、TGAおよびTGA-FTIR）。

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