理论上极限氧指数测定的探讨

故事

- Q9 z. G, o/ ~' t! b　　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）。

　　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：
% C4 ~* m& r! F, h1 j; G
) V1 k. h! M- v- \# j3 H( X2 x4 V( }　　1. 按成炭率计算
7 P5 I& C2 A) W6 g* [  W& _) i# n
　　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

5 E) f* t- O$ Z　　式中 CR——高聚物加热至 85℃时的成炭率（%）

2 Q; O% u5 o$ Z　　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：

2 ~1 n8 N- {/ L1 z  r　　CR=λ∑（CFT）i×1200/M
  A% U& B, N' X
　　式中 M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）

/ F; D( ?" _, m$ P　　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
5 O1 t: B/ Z) C7 T
　　高聚物中的不同基团的 CFT 值可在专门的手册中查得。
1 B# R! h9 f, t3 n
　　2.按比燃烧焓计算

　　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：

　　LOI=-8×103/△ghb=-8×103M/△mHb（1 式）
8 j4 ~8 A+ v+ O4 r8 O+ Q
　　式中△ghb——高聚物比燃烧焓（J/g）
& _6 B8 r8 q% y: ?' y9 I5 W
　　△mHb——高聚物结构单元的摩尔燃烧焓（J/mol）
6 w; ?4 Z- q  F" P$ s5 t/ `* O
　　M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）

- m& B0 Y' e6 |& @+ h, J　　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
' g' y2 r/ n/ y) s! \
　　△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。

　　△mHb=-4.35×105mo（2 式）

4 V( u. [% B" A% [" e1 {　　式中 mo——高聚物结构单元完全燃烧需氧量（mol/mol）
' }7 x* V6 c* }6 w; ]- P) c! u8 g
　　合并 1 式和 2 式得：LOI=1.84×10-2M/m

　　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。
4 u( i/ d6 N8 z) ]6 b6 ]
$ E" f0 a' |7 O! P0 V　　3.按元素组成计算

: F* B/ [. H9 l6 O+ v0 l; x　　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。
- t, t% M3 z6 l* b4 S
% Q# ^0 P  M; j. Z8 k! v2 X# O  P　　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。
/ U# `# a: l, X" H2 L
# K. U$ `& R* p. A　　对大多数高聚物来说，可用下式计算其 LOI 值：

　　CP≥1 时，LOI≈0.175、CP≤1 时，LOI≈0.60～0.425
5 ^! V* b- u4 }) H2 O0 ?
　　CP 值可按下式计算：
                                    更多资料