はじめに
熱重量測定(TGA)の方法は、燃焼プロセスの調査に特に適している。TGAは、固体燃料の熱安定性、反応温度、燃焼速度論を迅速に結論づけることができる。さらに、燃焼反応中の質量損失と不燃鉱物灰分含有量の両方を定量化することができる。分解反応や湿気や溶媒の放出といった他の反応とは異なり、燃焼は固体-気体反応である。そのため、試料質量、加熱速度、パージガス流量などの慣例的なパラメータをすべて一定に保つ必要があるだけでなく、測定結果は、反応ガスによる固体試料へのアクセスを制限する可能性のある試料表面、酸素濃度、および容器形状の影響を受けます。
この問題を追求するため、NETZSCH STA を用いて、異なる容器形状を用い、それ以外は同一の条件で一連の測定を実施した。異なる容器は図1と図3に示されています。その中には、図2に拡大図が示されているピアス型DTAるつぼもあります[1]。
調査したカーボンブラック試料は、NIST 2975、Printex 90、活性炭、カーボンボールなど、さまざまな標準試料である。これらは直径が約1mmから2mmで、無機質構造である。粉末試料の平均粒径は20 nm～50 nmである。
結果
カーボンブラックNIST 2975の調査には、図1に示した容器タイプを採用した。るつぼの直径と試料の充填度（同じ試料質量）の関係は、図3と表1に示す。
表1：図 1 に示す容器の寸法
寸法 (mm） | スリップオン プレート | ショートDTA 容器 | DTA 容器 | DTA 容器 ピアス | ミニ DTA |
|---|---|---|---|---|---|
| 外径 | 10 | 8 | 8 | 8 | 5 |
| Ø 内側 | 10 | 6 | 6 | 6 | 4 |
*この容器は、NETZSCH るつぼ製品の一部ではありません。
パージガスとして酸素を使用する場合、small 、燃焼温度と燃焼速度（DTG）に関して、さまざまな容器形状の違いがすでに見られる（図4）。
しかし、パージガス中の酸素濃度を20％（図5）または5％（図6）に下げると、るつぼの形状がますます重要な役割を果たすようになる。穴のあいたDTAるつぼとスリップオン・プレートは、明らかに試料への反応ガス酸素のアクセスを良くする。しかし、固体-気体試料への反応ガスのアクセスが悪いほど、反応が高温に移行する傾向が大きくなり、反応速度（DTG）が低下する。窒素と酸素のパージガス比が95:5の場合、穴あきDTA容器はスリップオンプレートとほぼ同等の「速さ」を示す。反応挙動に関しては、穴あき DTA るつぼ（図 2）と短い DTA るつぼがスリップオン・プレートに最も近く、これら 2 種類のるつぼの試料の取り扱いは、スリップオン・プレートよりもかなり簡単です。
パージガス中の酸素含有量に対する結果の依存性を図7に示す。
異なる種類のカーボンブラックを比較すると、熱安定性、燃焼温度、燃焼速度、残留質量など、測定するすべての特性値に大きな違いが見られた（図8および9）。
結論
測定結果は、容器形状が試料とパージガスの相互作用に大きな影響を与えることを示している。ここでは、カーボンブラックの燃焼反応を例として用いた。同じ測定条件下であれば、1つの試験シリーズ内で同じ容器タイプを採用する限り、試料の比較評価が可能である。るつぼの種類を含む基本的な測定条件が反応速度に及ぼす影響は、速度論的研究を行う際に常に考慮しなければならない。この場合、スリップオンプレートと穴あき容器が適していることが証明された。