理论上极限氧指数测定的探讨

故事

$ d. b2 l5 a) a: j- _& c　　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）。
1 b6 z7 z, X0 m4 `) J
　　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。

　　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：
! H& V( C" i5 I
　　1. 按成炭率计算
& {7 a. ]( }4 L
　　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
& ]  Z2 l' {5 |4 a# F" z
　　式中 CR——高聚物加热至 85℃时的成炭率（%）
* y6 w0 s1 L) w5 q; P7 N
- F# _) m! r. g: k$ r, i1 Q9 \, W　　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：

* J3 Q6 D7 I# q: ~, J+ ]　　CR=λ∑（CFT）i×1200/M
& p, n; A1 ]( Z. _
　　式中 M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）
* a( P* P; H! i, j' _! j. [$ P3 ~+ u
/ Y$ I# ?  L+ Y3 r" d　　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

　　高聚物中的不同基团的 CFT 值可在专门的手册中查得。
# p8 Z% m% ?' R3 R- [/ V# d- s
　　2.按比燃烧焓计算

4 \; {1 P( T5 h: ~+ o! a+ r1 ~　　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：
4 W& S- J  R: M2 {, i: N0 {* n. W2 m2 q
　　LOI=-8×103/△ghb=-8×103M/△mHb（1 式）
; k0 v1 E2 b; [- z; [
4 v8 w$ M, H# O: t　　式中△ghb——高聚物比燃烧焓（J/g）

6 J& |& T: b& |　　△mHb——高聚物结构单元的摩尔燃烧焓（J/mol）
0 t9 x% R6 Z7 _
- E9 A/ [7 u- F) T, w% k. A　　M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）
/ r0 Z- z. C8 y  y; D% p
7 F+ {8 y0 ?" `5 o; B* {5 I　　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。
" ^2 D5 d+ I6 T
　　△mHb=-4.35×105mo（2 式）

- m  Z1 M7 |9 z' `: T  O2 j6 J　　式中 mo——高聚物结构单元完全燃烧需氧量（mol/mol）
1 q7 l5 M) g; L4 L( a- }% P
　　合并 1 式和 2 式得：LOI=1.84×10-2M/m
5 u, ]/ s/ \" o5 q  f
2 X( F4 e  }+ ^* l0 M. g" f　　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。

$ V' X% O' A7 I* @# Z" E$ a! ?　　3.按元素组成计算
8 z3 \. `' A- _1 r- b0 W
　　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。
9 K$ e' h* W2 F8 U( `
5 W# |0 E1 V' q0 B8 [　　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。

　　对大多数高聚物来说，可用下式计算其 LOI 值：

( n6 a2 @7 h# k. n　　CP≥1 时，LOI≈0.175、CP≤1 时，LOI≈0.60～0.425

　　CP 值可按下式计算：
) }  ?/ V, H/ B2 |                                    更多资料

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