關(guān)鍵詞： 鎂鋁水滑石；聚乙烯；抑爆特性；最低著火溫度

中圖分類號(hào)： O389; X937 國標(biāo)學(xué)科代碼： 13035 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

聚乙烯作為一種由乙烯聚合而成的高分子材料，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及日常生活中[1-4]。在聚乙烯生產(chǎn)過程中（如造粒、干燥、氣力輸送、卸料等環(huán)節(jié)）極易形成高濃度聚乙烯粉塵云[5]，存在較高爆炸風(fēng)險(xiǎn)。目前，國內(nèi)外學(xué)者們已對不同粒徑、質(zhì)量濃度以及可燃?xì)怏w等因素影響下的聚乙烯粉塵爆炸特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)聚乙烯粉塵爆炸機(jī)理復(fù)雜，爆炸危險(xiǎn)性高[6-10]，一旦發(fā)生爆炸事故將造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。例如，2002年遼陽石化烯烴廠聚乙烯裝置改擴(kuò)建過程中發(fā)生聚乙烯粉塵爆炸事故，導(dǎo)致8 人死亡、19人受傷。2003年美國北卡羅來納州一個(gè)生產(chǎn)合成橡膠藥物傳遞原件的制藥廠發(fā)生聚乙烯粉塵爆炸事故，造成6 人死亡、38人受傷。因此開展相應(yīng)的聚乙烯粉塵爆炸防治技術(shù)研究具有重要意義。

爆炸抑制技術(shù)因其積極、高效的爆炸防治效果，成為目前最為常用的爆炸防治技術(shù)之一。該技術(shù)的關(guān)鍵在于抑爆劑性能。粉體抑爆劑由于儲(chǔ)運(yùn)方便、經(jīng)濟(jì)高效而被廣泛關(guān)注[11-13]。目前，研究人員已經(jīng)開展了大量關(guān)于粉體抑爆劑抑制聚乙烯粉塵爆炸方面的研究。Zhang 等[14] 通過采用哈特曼管實(shí)驗(yàn)裝置對比研究了化學(xué)抑制劑（NH₄）₂CO₃ 和物理抑制劑SiC 對聚乙烯粉塵爆炸的抑制效果，并分析了兩者對聚乙烯粉塵爆炸的抑制機(jī)理。Wang 等[15] 實(shí)驗(yàn)研究了NaHCO₃對聚乙烯粉塵的爆炸特性參數(shù)以及火焰?zhèn)鞑バ袨榈挠绊?，發(fā)現(xiàn)NaHCO₃粉末能有效抑制聚乙烯粉塵爆炸。Lin 等[16] 采用立式透明石英管爆炸裝置，研究了Al（OH）₃ 粉末對聚乙烯粉塵爆炸火焰?zhèn)鞑サ囊种谱饔眉捌錂C(jī)理。Addai 等[17] 通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)物理抑制劑如MgO、沙子等可有效降低聚乙烯粉塵活性，MgO具有更好的惰化效果。上述抑爆劑均可在一定程度上抑制聚乙烯粉塵爆炸，但在使用過程中還存在性能有限、釋放有毒有害氣體[18]、易潮解團(tuán)聚等問題[19-20]。因此尋求新型、清潔、高效的粉體抑爆劑是目前研究的熱點(diǎn)。

鎂鋁水滑石是一種具有層間離子的層狀雙金屬氫氧化物，如圖1 所示。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)[21]，鎂鋁水滑石在水處理、催化與光催化、生物、農(nóng)業(yè)、傳感[22-27] 等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。此外，高溫下鎂鋁水滑石受熱分解生成的金屬氧化物能促進(jìn)基體的催化碳化，形成物理屏障[28]，進(jìn)而起到隔絕空氣的目的，因此它還通常被用作固體材料的阻燃劑。粉塵爆炸的本質(zhì)是粉末狀固體材料的快速燃燒，因此從阻燃的角度分析，鎂鋁水滑石應(yīng)具有一定的粉塵爆炸抑制潛力。但是粉塵爆炸比固體材料燃燒更快速、更劇烈，鎂鋁水滑石抑制粉塵爆炸是否有效還有待驗(yàn)證。目前，已有研究人員開展了和鎂鋁水滑石相似分子組成的氫氧化鎂和氫氧化鋁對粉塵的抑爆實(shí)驗(yàn)。Huang 等[29] 研究了不同粒徑和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的超細(xì)氫氧化鎂對木粉爆炸火焰的抑制作用，發(fā)現(xiàn)氫氧化鎂粉體對木塵爆炸火焰有明顯的抑制作用。Zhang 等[30] 研究了納米氫氧化鋁泡沫的阻燃抑煙性能，闡明了納米氫氧化鋁泡沫的防火滅火機(jī)理。Wang 等[31] 研究了氫氧化鋁和氫氧化鎂對鎂鋁合金粉塵爆炸的抑制作用，發(fā)現(xiàn)提高氫氧化鋁和氫氧化鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以有效降低爆燃火焰高度、火焰?zhèn)鞑ニ俣群捅級(jí)毫?。另外，也有學(xué)者利用氫氧化鎂和氫氧化鋁對粉塵爆炸進(jìn)行了研究[32-34]。上述研究表明氫氧化鎂、氫氧化鋁具有良好的吸熱性能，而且分解產(chǎn)生的氧化物可以附著在粉塵顆粒表面阻礙熱傳導(dǎo)，進(jìn)而起到降低火焰溫度，削弱爆炸強(qiáng)度的作用，展現(xiàn)了良好的抑爆性能。由于鎂鋁水滑石的分子組成與氫氧化鎂和氫氧化鋁相似，且高溫下熱解也具有吸熱性能，并能熱解出MgO、Al₂O₃ 等氧化物[35]，因此從該角度分析，鎂鋁水滑石應(yīng)具有一定的粉塵爆炸抑制效果。但是目前關(guān)于鎂鋁水滑石抑制粉塵爆炸的研究較少，相關(guān)性能和機(jī)理還不清楚。

基于此，本文中以聚乙烯粉塵爆炸災(zāi)害防治為工業(yè)背景，開展鎂鋁水滑石抑制聚乙烯粉塵爆炸特性和機(jī)理研究，主要分析鎂鋁水滑石作用下聚乙烯粉塵爆炸最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率、最低著火溫度等參數(shù)變化規(guī)律，在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合鎂鋁水滑石的物理化學(xué)性質(zhì)來分析其抑爆機(jī)理，同時(shí)與相似分子組成的氫氧化鎂、氫氧化鋁抑制聚乙烯粉塵爆炸特性作對比。研究成果一方面可為聚乙烯粉塵爆炸災(zāi)害防治提供參考和依據(jù)，另一方面可為新型、清潔、高效抑爆劑的研發(fā)提供新思路。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與材料

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)20L球形爆炸裝置測試抑爆粉體作用下聚乙烯粉塵爆炸超壓，該裝置符合GB/T16426—1996《粉塵云最大爆炸壓力和最大壓力上升速率測定方法》標(biāo)準(zhǔn)的要求[36]。如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)20 L 球形爆炸裝置主要包括噴粉系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、球形爆炸室、控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。依據(jù)國標(biāo)要求[36]，實(shí)驗(yàn)采用10 kJ 化學(xué)點(diǎn)火能點(diǎn)火，點(diǎn)火延遲時(shí)間為60 ms，噴粉壓力為2 MPa。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，每組實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3次。

實(shí)驗(yàn)采用的粉塵云最低著火溫度測試裝置符合GB/T 16429—1996《粉塵云最低著火溫度測定方法》[37]，如圖3 所示，主要包括噴粉系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)。根據(jù)國標(biāo)要求[37]，實(shí)驗(yàn)設(shè)置噴粉壓力為0.05 MPa，溫度梯度設(shè)置為10 ℃。通過金屬拋光板觀察容器內(nèi)部點(diǎn)火的發(fā)生與否，發(fā)生點(diǎn)火的最低溫度被視為最低著火溫度。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)中使用的聚乙烯粉塵由江蘇豪勝塑料有限公司提供，鎂鋁水滑石、氫氧化鋁及氫氧化鎂均由山東優(yōu)索化工科技有限公司提供。選用的聚乙烯粉塵粒徑和工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中形成的聚乙烯粉塵粒徑一致。由于抑爆效果和抑爆粉體粒徑相關(guān)，為了避免粒徑差異對抑爆性能的影響，通過研磨調(diào)整粒徑并檢測粒徑分布；為進(jìn)一步觀察其表面形態(tài)，了解其結(jié)構(gòu)特征，對4 種粉體進(jìn)行掃描電鏡，其粒徑分布和掃描電鏡如圖4所示。由圖4可知，聚乙烯、鎂鋁水滑石和氫氧化鋁及氫氧化鎂的中位粒徑D₅₀分別為60.7、8.30、7.92 和8.32 μm。鎂鋁水滑石、氫氧化鋁、氫氧化鎂這3 種抑爆粉體的粒徑分布基本一致，進(jìn)而避免了粒徑差異對抑爆性能的影響。聚乙烯粉塵顆粒表面光滑，分散均勻。鎂鋁水滑石粉體為不規(guī)則的六邊形片狀結(jié)構(gòu)，分散性相對較差。氫氧化鋁和氫氧化鎂的結(jié)構(gòu)特征相似，都為塊狀結(jié)構(gòu)，表面粗糙，大小分布不均勻。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 抑爆劑對聚乙烯粉塵爆炸超壓的影響

作為對照和參考，實(shí)驗(yàn)首先對不同質(zhì)量濃度聚乙烯粉塵爆炸超壓進(jìn)行了測量，結(jié)果如圖5所示。由圖5 可知，聚乙烯粉塵的最大爆炸壓力p_max 和爆炸壓力的最大上升速率（dp/dt）_max 均隨粉塵質(zhì)量濃度的提高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)聚乙烯粉塵質(zhì)量濃度為300 g/m³ 時(shí)，爆炸壓力和爆炸壓力上升速率均達(dá)到最大值， 分別為0.65 MPa 和22.46 MPa/s。因此，抑爆實(shí)驗(yàn)中均選用300 g/m³ 的聚乙烯粉塵作為抑爆對象。

以300 g/m³ 聚乙烯粉塵為抑爆對象，對不同抑爆粉體質(zhì)量濃度下聚乙烯粉塵的爆炸壓力和爆炸壓力上升速率進(jìn)行了測量。為了便于對比分析鎂鋁水滑石、氫氧化鋁和氫氧化鎂等3 種抑爆粉體對聚乙烯粉塵爆炸的抑制性能，特定義無量綱參數(shù)抑制比為抑爆粉體與抑爆對象聚乙烯粉體的質(zhì)量比，用符號(hào)λ 表示，得到聚乙烯粉塵爆炸超壓隨抑制比的變化規(guī)律，如圖6～7 所示。

圖6 為3 種抑爆粉體作用下聚乙烯粉塵最大爆炸壓力p_max 隨抑制比的變化規(guī)律。由圖6 可以看出，隨著抑制比的不斷增大，聚乙烯粉塵的最大爆炸壓力逐漸減小。當(dāng)抑制比為1 時(shí)，在鎂鋁水滑石、氫氧化鋁和氫氧化鎂作用下，聚乙烯粉塵的最大爆炸壓力分別為0.45、0.46 和0.49 MPa，較純聚乙烯粉塵最大爆炸壓力分別下降了30.13%、28.43%、24.62%。此時(shí)三者的抑爆性能差距較小，結(jié)合3種抑爆粉的掃描電鏡可知，這可能是因?yàn)殒V鋁水滑石相對較差的分散性影響了其與聚乙烯粉體的充分混合，阻礙了其抑制性能的發(fā)揮。依據(jù)EN 14034-3[38] 中規(guī)定容器中爆炸壓力p_ex≥p_ig+0.05 MPa 時(shí)，可認(rèn)為容器內(nèi)粉塵發(fā)生了爆炸，本實(shí)驗(yàn)中p_ig≈0.10 MPa，因此將0.15 MPa 設(shè)為臨界值，低于0.15 MPa 視為完全抑爆。由圖6 可知，隨著抑制比的不斷增大，鎂鋁水滑石的抑爆優(yōu)勢快速凸顯，并在抑制比為2 時(shí)實(shí)現(xiàn)完全抑爆，而氫氧化鋁和氫氧化鎂分別在抑制比為4 和5 時(shí)才能達(dá)到完全抑爆。由此可推斷，相同抑制比條件下鎂鋁水滑石對聚乙烯粉塵爆炸壓力的抑制性能優(yōu)于氫氧化鋁和氫氧化鎂。

圖7 所示為3 種抑爆粉體作用下聚乙烯粉塵最大爆炸壓力上升速率（dp/dt）_max 隨抑制比變化規(guī)律。從圖7 可以看出，抑爆粉體作用下聚乙烯粉塵最大爆炸壓力上升速率呈現(xiàn)與爆炸壓力相似的規(guī)律，即聚乙烯粉塵最大爆炸壓力上升速率隨抑制比的增大逐漸減小。當(dāng)抑制比為1 時(shí)，在鎂鋁水滑石、氫氧化鋁、氫氧化鎂作用下聚乙烯粉塵的最大爆炸壓力的上升速率分別為7.08、9.68 和10.37 MPa/s，較純聚乙烯粉塵最大爆炸壓力上升速率分別下降了68.46%、56.92% 和53.85%，下降幅度高于最大爆炸壓力降幅，即3 種抑爆粉體對聚乙烯粉塵爆炸壓力上升速率的抑制效果優(yōu)于爆炸壓力的抑制效果。相同抑制比下，鎂鋁水滑石導(dǎo)致聚乙烯粉塵的最大爆炸壓力上升速率降幅最大，即鎂鋁水滑石對聚乙烯粉塵最大爆炸壓力上升速率的抑制性能同樣優(yōu)于氫氧化鋁和氫氧化鎂的。

2.2 抑爆劑對聚乙烯粉塵最低著火溫度的影響

根據(jù)GB/T 16429—1996《粉塵云最低著火溫度測定方法》[37] 要求及相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，以200 g/m³的質(zhì)量濃度跨度對聚乙烯粉塵最低著火溫度ti，min 進(jìn)行測試，結(jié)果如圖8 所示。由圖8 可知，隨著聚乙烯粉塵質(zhì)量濃度從600 g/m³ 增大到1 400 g/m³，聚乙烯粉塵的最低著火溫度先減小后增大。當(dāng)聚乙烯粉塵質(zhì)量濃度為1 000 g/m³ 時(shí)，聚乙烯粉塵的最低著火溫度最小，為460 ℃。因此，選取質(zhì)量濃度為1000g/m³的聚乙烯粉塵作為試驗(yàn)介質(zhì)，對不同抑制比下聚乙烯粉塵的最低著火溫度進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖9 所示。由圖9 可知，3種不同抑爆粉作用下，聚乙烯粉塵的最低著火溫度均隨著抑制比的增大呈線性增大。當(dāng)抑制比為1 時(shí)，在鎂鋁水滑石、氫氧化鋁和氫氧化鎂作用下聚乙烯的最低著火溫度分別從460 ℃增大至750 、720 和710℃，增幅分別為63.04%、56.52% 和54.34%，即鎂鋁水滑石對聚乙烯粉塵的最低著火溫度具有最優(yōu)的抑制性能。但是這3 種抑爆粉體對聚乙烯粉塵的最低著火溫度的抑制性能差異不大，這可能是由于最低著火溫度測試系統(tǒng)為半開放空間，鎂鋁水滑石熱解生成的二氧化碳?xì)怏w無法積聚，從而使得其抑爆優(yōu)勢不太明顯。

2.3 抑爆機(jī)理分析

由上述分析可知，鎂鋁水滑石對聚乙烯粉塵爆炸具有良好的抑制性能，且優(yōu)于氫氧化鋁和氫氧化鎂，其原因和機(jī)理可以從物理作用和化學(xué)作用兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.3.1 物理作用

圖10 中給出了氫氧化鋁、氫氧化鎂和鎂鋁水滑石粉體的熱重TG（thermo gravimetric）測試曲線和DSC（differential scanning calorimetry）曲線。如圖10（a）～（b） 所示，氫氧化鋁、氫氧化鎂分別在303 ℃ 和412 ℃ 出現(xiàn)1 個(gè)主要吸熱峰，且在該溫度區(qū)間都有較大的失重。氫氧化鋁在225 ℃ 開始熱解，533 ℃ 結(jié)束，失重率為32.35%。氫氧化鎂在330 ℃ 開始熱解，702 ℃ 結(jié)束，失重率為29.15%。氫氧化鋁、氫氧化鎂都熱解生成水和高溫氧化物：

圖10（c） 所示為鎂鋁水滑石粉體熱重分析圖，與氫氧化鎂粉體和氫氧化鋁粉體不同，鎂鋁水滑石粉體在234 、320 和418 ℃ 呈現(xiàn)3個(gè)主要的吸熱峰。鎂鋁水滑石的熱解分為2 個(gè)質(zhì)量損失階段，第1 個(gè)階段為102～242 ℃，失重率為13.46%，層間結(jié)合水和物理吸附水脫除[39]。第2 個(gè)階段為242～518 ℃，失重率為27.8%，該階段鎂鋁水滑石層間的碳酸根受熱分解產(chǎn)生二氧化碳，層板上羥基逐漸脫除，剩余相為氧化鋁和氧化鎂[40]。具體的分解產(chǎn)物：

從氫氧化鎂、氫氧化鋁和鎂鋁水滑石粉體的熱重分析中能夠發(fā)現(xiàn)，3種粉體的失重率由低到高依次為氫氧化鎂粉體、氫氧化鋁粉體、鎂鋁水滑石粉體。

鎂鋁水滑石一方面可以通過自身分解吸收聚乙烯粉塵爆炸過程中的熱量，另一方面熱解過程中產(chǎn)生的高溫氧化物會(huì)吸附在聚乙烯粉塵顆粒表面，隔離熱量傳遞，這和氫氧化鋁和氫氧化鎂的抑制過程一致。鎂鋁水滑石、氫氧化鋁和氫氧化鎂的初始分解溫度分別是102、225 和330 ℃，即鎂鋁水滑石具有最低的初始分解溫度。這表明鎂鋁水滑石能夠更加快速地分解出惰性物質(zhì)，及時(shí)抑制聚乙烯粉塵爆炸火焰的發(fā)展。鎂鋁水滑石、氫氧化鋁和氫氧化鎂的總質(zhì)量損失分別為42.04%、33.18%、29.61%，其中鎂鋁水滑石的質(zhì)量損失最多，即鎂鋁水滑石可以分解出更多的惰性物質(zhì)阻礙燃燒爆炸反應(yīng)進(jìn)行。用Origin 軟件計(jì)算3 種粉體的吸熱量，得到鎂鋁水滑石、氫氧化鋁和氫氧化鎂的吸熱量分別為1578、1104和872 J/g，其中鎂鋁水滑石的吸熱量最多，即鎂鋁水滑石可以更為有效的吸收反應(yīng)體系的熱量，降低反應(yīng)體系溫度，有效抑制反應(yīng)進(jìn)行。此外，鎂鋁水滑石獨(dú)特的二維層狀分子結(jié)構(gòu)可以有效地阻隔熱量和可燃?xì)怏w的傳遞[41]。熱解出的二氧化碳還可以稀釋反應(yīng)體系中的氧氣和可燃?xì)怏w，使得反應(yīng)更難進(jìn)行。

為了明確鎂鋁水滑石粉體對聚乙烯粉塵爆炸過程的影響，分別對抑制比為0（純聚乙烯）、0.6、1.0、1.5 和∞（純抑爆劑）的混合粉體進(jìn)行了熱重測試，結(jié)果如圖11 所示。從圖11 中可以看出隨著抑制比的增大，混合粉體的熱解速率減小，粉體殘余率增加。鎂鋁水滑石的初始熱解溫度低于聚乙烯粉體的初始熱分解溫度，即在不同抑制比的混合粉體中，鎂鋁水滑石優(yōu)先發(fā)生熱解，吸收反應(yīng)熱量，降低反應(yīng)溫度，減緩聚乙烯燃燒爆炸發(fā)生，從而達(dá)到抑爆目的。

2.3.2 化學(xué)作用

粉塵爆炸機(jī)理復(fù)雜，目前學(xué)者們對聚乙烯粉塵爆炸機(jī)理已進(jìn)行的研究[42-44] 認(rèn)為，聚乙烯粉塵爆炸反應(yīng)包括均相反應(yīng)和非均相反應(yīng)。均相反應(yīng)主要是指聚乙烯熱解生成的可燃性氣體發(fā)生的燃燒爆炸反應(yīng)。聚乙烯熱解生成的可燃性氣體主要包括乙烯、甲烷、乙烷和氣態(tài)烷烴等，這些可燃性氣體遇氧反應(yīng)。非均相反應(yīng)主要是指在聚乙烯粉塵顆粒表面直接發(fā)生的燃燒爆炸反應(yīng)。在高溫以及均相反應(yīng)產(chǎn)生熱量的共同作用下，小的聚乙烯粉塵顆粒表面直接發(fā)生燃燒爆炸反應(yīng)。因此，阻斷聚乙烯粉塵爆炸均相反應(yīng)和非均相反應(yīng)進(jìn)程即可有效抑制聚乙烯粉塵爆炸?；阪?zhǔn)椒磻?yīng)，高溫條件下，聚乙烯分子中的碳?xì)滏I先發(fā)生斷裂，形成大分子自由基，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)開始。之后大分子自由基產(chǎn)生過氧化自由基和大分子過氧化物，過氧化物分解產(chǎn)生的自由基又與聚合物發(fā)生反應(yīng)，使得整個(gè)反應(yīng)過程不斷進(jìn)行。聚乙烯燃燒爆炸由許多基元反應(yīng)組成，在這些基元反應(yīng)中，O·、OH·和H·作為高能自由基，在聚乙烯粉塵爆炸火焰?zhèn)鞑ブ杏葹橹匾猍14-15]。因此，阻斷這些高能自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是抑制聚乙烯粉塵爆炸的理想途徑。

圖12為鎂鋁水滑石吸光度隨波數(shù)變化規(guī)律圖。3452 cm^?1 處的吸收峰對應(yīng)于層表面/或?qū)娱g水中的?OH 伸縮振動(dòng)，而在1562 cm^?1 處的吸收峰是水中的?OH 彎曲振動(dòng)[45-46]。1 367 cm^?1 附近出現(xiàn)的強(qiáng)特征吸收峰是由層間CO2/3的拉伸振動(dòng)引起的[47]。400～800 cm^?1 波段對應(yīng)的吸收峰歸因于鎂鋁水滑石層板上金屬氧晶格振動(dòng)（Al?O、Mg?O、Mg?O?Al），證明了其為層狀結(jié)構(gòu)[48-49]。其中水分子參與了聚乙烯熱解產(chǎn)生可燃性氣體的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，阻斷了聚乙烯均相爆炸反應(yīng)：

這個(gè)抑制效應(yīng)同氫氧化鋁和氫氧化鎂熱解產(chǎn)生的水的抑制效應(yīng)相同。不同的是，鎂鋁水滑石熱解產(chǎn)生的CO₂ 能夠參與或阻斷聚乙烯爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程。一方面，CO₂ 捕捉H·、OH·自由基后減少了聚乙烯爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的關(guān)鍵自由基，使鏈分支反應(yīng)速率下降；另一方面，當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)中CO₂ 的濃度增高時(shí)，反應(yīng)向生成CO 的方向移動(dòng)，這使得聚乙烯的氧化過程不完全，導(dǎo)致燃燒釋放出的熱量減少，減緩了熱量累積速率，一定程度上阻斷了聚乙烯粉塵爆炸均相反應(yīng)和非均相反應(yīng)的進(jìn)程，相關(guān)反應(yīng)方程為：

因此，鎂鋁水滑石粉體對聚乙烯粉塵爆炸有更好的抑制作用，具體抑爆過程如圖13 所示。

3 結(jié)論

本文中基于鎂鋁水滑石對聚乙烯粉塵爆炸的抑制特性，并與氫氧化鎂和氫氧化鋁粉體進(jìn)行對比。結(jié)合3種抑爆粉體的理化性質(zhì)，分析了其抑制聚乙烯粉塵爆炸機(jī)理，得到如下結(jié)論。

（1） 鎂鋁水滑石對聚乙烯粉塵的爆炸超壓和最低著火溫度均有顯著的抑制效果，當(dāng)抑制比為1 時(shí)可使聚乙烯粉塵的最大爆炸壓力和最大爆炸壓力上升速率分別下降30.13%、68.46%，最低著火溫度提高63.04%；當(dāng)抑制比為2 時(shí)即可實(shí)現(xiàn)對聚乙烯爆炸的完全抑制。

（2） 相同抑制比下，鎂鋁水滑石具有顯著優(yōu)于氫氧化鎂和氫氧化鋁的抑制聚乙烯爆炸的性能，且抑爆分解產(chǎn)物主要為MgO、Al₂O₃、H₂O、CO₂ 等無毒害產(chǎn)物，是一種性能優(yōu)異、環(huán)保高效的聚乙烯爆炸抑制劑。

（3） 鎂鋁水滑石粉體對聚乙烯粉塵爆炸的抑制機(jī)理是物理作用和化學(xué)作用耦合效應(yīng)。物理作用方面，鎂鋁水滑石較低的初始分解溫度、較大的質(zhì)量損失和較高的吸熱量展現(xiàn)了優(yōu)勢，且其獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)有利于阻隔熱量和可燃?xì)怏w的傳遞；化學(xué)作用方面，鎂鋁水滑石能夠熱解出水以及二氧化碳?xì)怏w，這些氣體可以參與聚乙烯爆炸鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，阻斷聚乙烯爆炸反應(yīng)進(jìn)程，使得反應(yīng)不完全，從而達(dá)到抑爆目的。

（責(zé)任編輯 王易難）