理论上极限氧指数测定的探讨

故事

　　塑料的极限氧指数（LOI）定义为在规定的条件下，试样在氮、氧混合气体中，维持平衡燃烧的最低氧浓度（体积百分含量）。
  E" W& c5 e8 S
7 {# g2 ^# M% Y9 i$ t( p0 Q1 m( C　　LOI 测定是由美国人 1966 年提出，并在 1970 年制订了第一个 LOI 测定标准，即ASTMD2863-1970。其后许多国家都制定了相关的标准。如日本的 HSK7201-1976、英国的BS2782.1/141-1978 、 前苏联的 TOCT21793-76 、 国 际 标 准 化 组 织 的 ISO4589-1984 及ISO4589-1981、国际电工委员会的IEC1144-1992、中国的 GB2406-80 及 GB/T2406-93 等。GB/T2406-93 参照 ISO4589-1984 的技术条件，适用于均质固体材料、层压材料、泡沫材料、软片和薄膜材料等。
+ _. ?8 j* o* s" Q
　　聚合物的氧指数与其燃烧时的成炭率、比燃烧焓及元素组成等因素有关，可按下述诸术计算：
5 F* C2 n# r; f. J) P& H
' b9 f! s  c2 J2 X　　1. 按成炭率计算

0 F1 D: e4 A& I3 K( F) v　　1974 年 P.W.Wan Krevelen 在大量试验基础上，提出了不含卤高聚物 LOI 与成炭率的下述线性关系： LOI=（17.5+0.4CR）/100

　　式中 CR——高聚物加热至 85℃时的成炭率（%）
1 m' n7 O2 v8 w9 {9 X
　　高聚物的 CR 值具有基团加和性，是分子中各基团对成炭率贡献的总和，如下式所示：
+ I* G8 b5 {" G& \$ P( g
! j$ }$ M5 X9 m+ Q" D* c1 K# N　　CR=λ∑（CFT）i×1200/M
  o3 w2 `* E# l6 G( M% o
% A& b/ V2 e2 q) d. E/ [! T　　式中 M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）
- r$ ~$ j+ U. k* ^! X  |3 x4 u
　　CFT——每摩尔结构单元的成炭量与碳的摩尔质量（12g/mol）之比，即每摩尔结构单元的成炭量中所含碳物质的量
  K* M7 R0 x1 b/ x: t$ V6 @
& O+ x" d# \# Z( I( q, E6 N5 _5 s　　高聚物中的不同基团的 CFT 值可在专门的手册中查得。
( _# F0 @/ D/ U. L' o9 L! m  _
　　2.按比燃烧焓计算
4 V* a! v" }5 v5 q
　　很多高聚物的燃烧焓、氧化焓及起始分解温度与它们的 LOI 间存在一定的对应关系，特别是一些高聚物的 LOI 的倒数与它们的燃烧焓/氧化焓比值之间具有较好的线性关系。LOI 可按下式计算：

8 B: a4 R) d) W7 _　　LOI=-8×103/△ghb=-8×103M/△mHb（1 式）

3 H" Z. H/ k+ h6 B　　式中△ghb——高聚物比燃烧焓（J/g）
- l- ~5 M! R( {& N# X! G
8 Y. M% l" O8 U- V6 @; [　　△mHb——高聚物结构单元的摩尔燃烧焓（J/mol）
  ^9 i( q% X5 Z. k. e3 N
　　M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）

; z1 W2 v, x  w$ g　　但上式对 C/O 或 C/N 物质的量之比小于 6 的高聚物不适用

　　△mHb可根据完全燃烧产物（CO2和 H2O）的生成焓及被燃烧高聚物的生成焓求的，也可根据高聚物完全燃烧需氧量按下式计算。
& z5 ]" F3 W% `! \8 ]
& |/ z! M# `0 x　　△mHb=-4.35×105mo（2 式）
  K9 s, Z) ~4 a  Z
　　式中 mo——高聚物结构单元完全燃烧需氧量（mol/mol）

　　合并 1 式和 2 式得：LOI=1.84×10-2M/m

$ E8 Q  w" R- w　　注：△ghb值越小（即燃烧时放出的热量越大）或 mo值越大的高聚物，其 LOI 值越低。

　　3.按元素组成计算

　　一般说来，高聚物中的氧含量降低和卤素含量增高，可提高材料的 LOI。

8 d" u9 Q5 }3 n6 a  O　　高聚物中起重要作用的还是组成中各元素的相对含量。如 H/C、F/C、Cl/C 等的物质的量比，较小的 H/C 值和较大的 F/C 和 Cl/C 值（即按小的 CP 值），可赋予物质较大的 LOI。
, b% b$ o6 ^4 f) g5 w1 p2 k
, v' q' H9 o6 ?2 O　　对大多数高聚物来说，可用下式计算其 LOI 值：

, V- t" U8 g: s% I3 C( z　　CP≥1 时，LOI≈0.175、CP≤1 时，LOI≈0.60～0.425

( K$ \4 N. H8 s1 |8 v0 x; M　　CP 值可按下式计算：
8 F, P! @# U6 p; v" i2 I                                    更多资料

2 x" r6 F1 G! c: i+ O