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）。

　　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。

* n9 a8 n1 r, c: j- v9 D7 W　　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：

　　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

　　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：

　　CR=λ∑（CFT）i×1200/M

　　式中 M——高聚物结构单元的摩尔质量（g/mol）
) p& Z$ d& u: 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

2 |  m* p) k( s+ t% l  |$ v　　高聚物中的不同基团的 CFT 值可在专门的手册中查得。
3 a# }, K5 U5 L8 R0 F2 y9 p
　　2.按比燃烧焓计算

2 |1 O% N( h0 z　　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：

' l9 Z% v+ q- g3 `$ H* }- X　　LOI=-8×103/△ghb=-8×103M/△mHb（1 式）
) a  K" J* j, c( v9 Z
. D! R- `* q6 i. o2 B1 ]　　式中△ghb——高聚物比燃烧焓（J/g）

( K. C$ I4 I+ |! o' D$ k! a, `/ a　　△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）
7 Y# G* Q+ i# 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

　　△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。
4 [5 }4 b$ J9 i9 y6 j' ~/ K
1 e( W( F' v0 d2 E; E! e　　△mHb=-4.35×105mo（2 式）

　　式中 mo——高聚物结构单元完全燃烧需氧量（mol/mol）

0 q3 @% P4 I4 K- x4 b　　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。
: N* c2 a4 l/ r- _
: B5 F( q8 q% s; C8 o　　3.按元素组成计算
7 {6 p" F/ I/ Y, W' k' p2 W# q
　　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。

+ f% s9 k+ @  N$ n6 E　　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

( D' V7 j* }5 l/ J* d　　CP 值可按下式计算：
  S3 W0 ~4 m) z                                    更多资料
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