The purpose of this study is to develop an improved understanding of the thermal decomposition mechanism of ammonium nitrate (AN) and copper(II) oxide (CuO) mixtures. Analysis using differential scanning calorimetry (DSC) and evolved gas analysis based on thermogravimetry-differential thermal analysis-mass spectrometry (TG-DTA-MS) were carried out and decomposition behavior was observed using a hot stage with a CCD camera. DSC results showed that AN/CuO mixture had a higher exothermic onset temperature than pure AN and that CuO does not promote the decomposition of AN. From TG-DTA-MS results, the endothermic reaction of AN/CuO mixture has its onset after the AN melting point of 442 K and results in the evolution of H2O. At approximately 500 K or above, AN/CuO mixture generates significant quantities of N2 and H2O and an exothermic reaction begins to offset the endothermic processes. Above 510 K, AN/CuO mixture began to evolve NO2. Observations with a CCD camera have found that AN/CuO mixture transforms from a mixture of colorless liquid AN and black CuO powder into a blue-green liquid which is presumably a solution of copper (II) nitrate. Around 493 K, this liquid changes to a deep blue color due to the presence of a copper (II) amine complex. Finally, above 510 K, the deep blue liquid briefly turns blue-green, then changes into a black powder with the evolution of gas. Based on these results, a decomposition mechanism for AN/CuO mixture is proposed, in which the mixture reacts to form copper (II) nitrate and a copper (II) amine complex following melting and these species then undergo exothermic decomposition to generate N2, H2O, NO2 and CuO.
本研究は硝酸アンモニウム/酸化銅（II）混合系（AN/CuO）の熱分解機構を解明することが目的である。 DSCを用いた熱分解特性試験，TG-DTA-MSを用いた熱重量―生成ガス分析および加熱ホットステージとCCDカメラを用いた熱分解挙動の観察を行った。 DSCの結果より，AN/CuO混合物の発熱開始温度はAN単体よりも高く，CuOはANの初期分解を促進しなかった。 TG-DTA-MS結果より，AN/CuO混合物は融点442 Kから吸熱を開始し，水を生成した。 続いて，約500 K以上で発熱を伴い窒素と水を多量に生成し，510 Kからは二酸化窒素が生成した。 CCDカメラによる観察結果より，融点後に無色の液体ANと黒色粉末CuOの混合物は硝酸銅(II)と考えられる青緑色の液体に変化した。 続いて，約493KにおいてAN/CuO混合物はアンミン銅錯体と考えられる深青色の液体に変化した。 510 K以上でAN/CuO混合物はガス発生を伴い青緑色液体を経由し，最終的に黒色粉末に変化した。 これらの結果より，AN/CuO混合物はAN融解後に硝酸銅(II)およびアンミン銅(II)錯体を形成し，それらが発熱的に窒素，水，二酸化窒素およびCuOに分解生成する機構を提案した。
ammonium nitrate, copper (II) oxide, thermal decomposition, thermal analysis, evolved gas analysis