理论上极限氧指数测定的探讨

故事

+ p/ U3 Y: u: r: r& F　　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）。
2 T6 @5 @2 x; z  i3 K$ U* f
　　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：
. G7 o/ Z# P- D$ s) @6 E
　　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
5 _9 j# A- p% i1 D* K
　　式中 CR——高聚物加热至 85℃时的成炭率（%）

- g: H. d; V5 z+ o+ c# {( I　　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：

' Y% O' R: |" N+ C8 ]  M6 C　　CR=λ∑（CFT）i×1200/M
7 k/ y" S" y9 K: r, x4 \  f3 A
　　式中 M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）

　　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

9 V& A, Y# `* p( m; X4 k  T　　高聚物中的不同基团的 CFT 值可在专门的手册中查得。
, ]% W. `- W5 R4 ~- U
　　2.按比燃烧焓计算
. ?4 a1 }( h: C0 |% y. ~
　　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：

2 z7 a- o4 |! x" x$ w　　LOI=-8×103/△ghb=-8×103M/△mHb（1 式）
. w  H$ i6 L# \8 ^' D
+ P* o1 h" V0 E1 `/ z3 ~# r' N　　式中△ghb——高聚物比燃烧焓（J/g）

$ O' w, Q* t! r4 ~7 O' Q　　△mHb——高聚物结构单元的摩尔燃烧焓（J/mol）

　　M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）

' b. L. a2 B' I& c8 i" V% [　　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。
# n4 V+ w+ Y' d) B3 H
3 B0 H" l, i' a$ a, e3 F　　△mHb=-4.35×105mo（2 式）

; ^/ J+ W5 u! R& ~8 h; W　　式中 mo——高聚物结构单元完全燃烧需氧量（mol/mol）
7 ^5 K* v& _' d
　　合并 1 式和 2 式得：LOI=1.84×10-2M/m
8 j% L1 ?" ], [' ~) s
% o# @  V* Y7 k　　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。
2 _* I% Q) V% Z; E2 }
- R" e8 o$ B6 x/ w1 M8 A　　3.按元素组成计算

4 \# d* M  D6 F' W: U1 U: ]　　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。
( s3 q+ t0 K! ^4 b- K% z
' e5 L. v" ~  G0 ?* Z! @. }! O6 ^　　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。
/ f' ?1 \" C/ E* F$ n) j
　　对大多数高聚物来说，可用下式计算其 LOI 值：
% Z  A; a0 Y3 C6 _: `/ r
* Y! `- X- b4 N* t% b) y& |" M　　CP≥1 时，LOI≈0.175、CP≤1 时，LOI≈0.60～0.425
" d( Y7 s, v& e, M
6 [+ C- y, K0 U3 |　　CP 值可按下式计算：
                                    更多资料