理论上极限氧指数测定的探讨

故事

3 ~1 n% w3 n/ [: B! u; B( v　　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）。
4 I  l0 B5 R1 s& h- k& s* W
- n) Y1 v4 s# [. Z+ e　　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。
( I0 l* ?$ T- e  L/ X4 w
* Z4 R5 U  ?. \7 v. R3 z　　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：

' }- w1 B. l# G1 T. |5 a  l　　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
" C1 x) N# ~+ q1 J6 m& M
9 \) j& a- ^  l' Q2 v$ o　　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：

$ d' K& F% ~$ j1 t1 E$ i7 ~/ ?　　CR=λ∑（CFT）i×1200/M
/ G' x7 R$ F$ z* T
　　式中 M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）

  o1 P  Y* t9 e, w3 Y. K$ ~　　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。
( P( c4 f7 z; r/ n7 w0 ]; P
　　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：

/ d1 l0 N& o( Y* M, m　　LOI=-8×103/△ghb=-8×103M/△mHb（1 式）
  W: \4 B% t/ M+ M
　　式中△ghb——高聚物比燃烧焓（J/g）
1 L  D; L0 L/ Y0 C
　　△mHb——高聚物结构单元的摩尔燃烧焓（J/mol）
$ n) b! n% G- H  N+ w! u5 n
3 @% m$ H7 o4 o3 D% O2 O　　M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）
7 k  q( F' v' p0 s
' s/ }  |" L2 ~5 c, [# f　　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

5 h3 g  q# Q4 p. ^8 e5 l# t　　△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。

7 h# Z/ G8 Q. u' }# a3 G　　△mHb=-4.35×105mo（2 式）
9 P$ Y* V9 ^, l9 R
) a7 b' @' m/ R- w4 W& W　　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

　　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。
" s$ i& @) A+ W+ s- d  A0 L
% P# ~  ]9 e- _8 G) i　　3.按元素组成计算
) ~) _" a7 x+ R
7 v# k; ^# F) S$ c# K1 f+ K) 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。

. H1 \- d. S4 J6 B　　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：
. `& x9 n6 |  ?3 s
　　CP≥1 时，LOI≈0.175、CP≤1 时，LOI≈0.60～0.425
. Q! q3 z# M. d' g4 D0 j
$ E& r8 A5 n  ~# ?. D　　CP 值可按下式计算：
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