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）。

( A# `$ g7 o6 _$ p+ \4 g　　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。
6 e$ D1 S8 m+ t7 G& k  l8 \
　　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：
  q; `, p0 c; u
' G' w* x3 H, H4 C% M4 Z2 h　　1. 按成炭率计算

　　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
' s; D$ K; Z$ i
2 a' z2 T* n9 Q, [# k! g+ B. s　　式中 CR——高聚物加热至 85℃时的成炭率（%）

　　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：
6 C, _4 R9 L: I, W3 z4 t
$ y) _  I2 E3 }) j  w3 g# z: i8 ^　　CR=λ∑（CFT）i×1200/M

　　式中 M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）
4 ~6 C4 C4 \6 ?5 n. _. |( L9 C5 G
　　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
" U# ^' c" q7 E& J, ~
- A! F6 V; S1 F$ J1 k　　高聚物中的不同基团的 CFT 值可在专门的手册中查得。

　　2.按比燃烧焓计算
4 ^' r- p4 t" A# [' t+ d
　　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：

/ Q/ I2 G& m# C7 x: u1 ]8 g　　LOI=-8×103/△ghb=-8×103M/△mHb（1 式）
, G/ w$ E! I' i$ J% _* B
　　式中△ghb——高聚物比燃烧焓（J/g）

　　△mHb——高聚物结构单元的摩尔燃烧焓（J/mol）

4 d! r) l6 H! G0 j3 ~$ t" K　　M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）

　　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

% J$ L2 W7 C- h) o　　△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）
& s- T! P6 n0 v% \) f
　　式中 mo——高聚物结构单元完全燃烧需氧量（mol/mol）
9 M3 l. k/ C8 p5 U( e
6 ^) O! b/ X/ ^9 \+ z0 n　　合并 1 式和 2 式得：LOI=1.84×10-2M/m
  O9 A8 j: f5 J) R: `; T
& {' _: b% W' c- [6 H# z$ k  q# p) I: k8 G　　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。
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　　3.按元素组成计算
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　　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。

　　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。
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7 i% U: C' n2 w) {7 L, T　　对大多数高聚物来说，可用下式计算其 LOI 值：
/ L% w5 b4 C# r: U/ L5 U
　　CP≥1 时，LOI≈0.175、CP≤1 时，LOI≈0.60～0.425
" H( E7 N* ~5 g1 R) L, d) x) V
4 T* F( \( Q3 X  B6 D' k9 |: ~8 E$ U0 O　　CP 值可按下式计算：
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