2019 Fiscal Year Annual Research Report
Stability evaluation method of nitric acid esters
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19H02390
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| Research Institution | Fukuoka University |
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Principal Investigator |
加藤 勝美 福岡大学, 工学部, 准教授 (50470042)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 賢 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80356683)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自然発火 / 自然分解 / 爆発事故 / ニトロセルロース / 自己反応性物質 / 熱分析 / 危険性評価 / 耐熱試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニトロセルロース(NC)は、室温でも自然分解し、その反応熱により自然発火する。自然発火による爆発事故を防ぐため、NC を貯蔵 する際には、定期的にABEL 試験による安定度評価を実施し、自然分解時に発生するNOx 発生量を測定することが法令で定められている。 本研究では、様々なNC のABEL 試験結果と発熱挙動の相関性を検討し、ABEL 試験の安定度評価試験としての妥当性を検証すること、および、ABEL 試験の安定度評価方法としての問題点を明らかにし、新しい試験方法を提案することを目的としている。
各種試料 (安定剤種類等が異なるNC)を酸素存在下(100-135°C)で等温貯蔵し、大気酸化に伴う微弱な発熱を、高感度熱量測定(セタラム製C80、以下、熱分析と表記)により測定した。測定結果に対してFriedman法等の速度論解析を行い、発熱誘導時間を予測した。予測された発熱誘導時間は、試料中に含まれる安定剤の量と相関があったこと、および、貯蔵温度に近い温度(65°C)における実測値と概ね合致したことから、NCの安定度を反映していると判断した。
また、JIS K4810 に準拠したABEL 試験を実施し、ABEL 耐熱時間および熱分析による発熱誘導時間を比較したところ、両者の間に相関がないことがわかった。ABEL試験における試験温度は、65°Cと低く、かつ、実験時間も8分と非常に短いため、自然分解の反応率が極めて低い段階において安定度を評価していることが要因と考えた。また、特に綿状の試料に関しては相関から大きく外れることが明らかになった。ABEL試験実施時の状況から、原因の一つとして、綿状の試料については含まれる水分量が多いため、水分による発生NOxの溶解が影響して相関が得られなかったと推察した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の研究実施計画として、以下の2点を挙げた。
1. 65-135 °C の温度にて各種試料 を酸素 存在下で等温貯蔵し、大気酸化に伴う微弱な発熱を高感度熱量測定により実測する。測定結果に対して数値解析を行い、実際に近い温度条件下における発熱誘導時間および安定度評価を実施すべき適切な周期を明らかにする。
2. JIS K4810 に準拠したABEL 試験を実施する。ABEL 耐熱時間および熱分析による発熱誘導時間の相関性を調査し、ABEL 試験の安定度評価方法としての妥当性を検証する。また、安定度が過大評価される試料を特定し、物性との比較から相関が得られない原因を解明する。
上記、研究実績の概要に記載したように概ねこの計画に沿った成果が得られている。一方、実施計画1の中の「安定度評価を実施すべき適切な周期を明らかにする」については、より定量的な解析が必要であることが分かり、今年度解析を進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の成果において、ABEL試験は、ニトロセルロースの安定度を適切に反映していない可能性が示唆されたため、代替法の開発が急務である。
国連では、ニトロセルロースの安定度評価方法として、メチルバイオレット試験が採用されている。これらは、ABEL試験に類似したNOx測定試験であるが、測定温度がABEL試験(65°C)よりも高い120-135°Cで実施される。高温下の試験では、試料の分解が促進して熱分解由来のNOx発生がより主体的になるため、正確に安定度を評価できる可能性がある。一方、それを検証した研究はないことから、各種試料に対して国連提案試験を実施し、発熱誘導時間との比較から安定度評価方法としての妥当性を検証する。なお、その一部は昨年度実施済みであり追加の実験および解析を実施する。
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