松香及其树脂酸氧化与爆炸危险性的研究

The oxidation, combustion and explosion process of rosin or resin acids was determined by self-designed apparatus, and they are used to evaluate the combustion and explosion risk. Peroxides generation and thermal decomposition behavior of rosin and resin acid were investigated. Uncontrollable condition is explored about from the oxidation reaction and thermal decomposition into combustion and explosion. The oxidation reaction and explosion test of rosin were studied under the conditions of static electricity, light (including laser) and microwave irradiation. The main research contents are: (1) combustion and explosion of rosin vapor – air (or oxygen); (2) oxidation characteristics, peroxide formation, thermal decomposition characteristics and explosion risk of rosin and resin acids; (3) the reaction of rosin (or resin acid) with ammonium nitrate, and its reaction product at room temperature; (4) the relationship between the structure of resin acid and thermal oxidation, relationship between molecular structure of resin acid and explosion risk, and explosion mechanism exploration; (5) explosion model building by rosin or resin acid oxidation reaction. The research aims of this project are as follows: (1) the mechanism of rapid combustion and explosion was discussed by oxidation of rosin or resin acids; (2) to explore the relationship between the structure of resin acid and risk, and evaluation method was established on explosion of rosin or resin acids; (3) a laboratory test method for oxidation and explosion of rosin was established.

设计跟踪测定松香及其树脂酸氧化反应特性和燃烧爆炸危险性评价的试验装置，研究它们的氧化过程、燃烧和爆炸危险性，考察松香树脂酸过氧化物的生成和热分解行为，探索氧化反应和热分解反应转化为燃烧、爆炸不可控条件，研究在静电、光（包括激光）、微波引发下松香的氧化反应和爆炸试验方法。主要研究内容：(1) 松香蒸汽-空气的燃烧及其爆炸危险性；(2) 松香和树脂酸的氧化特性、过氧化物生成、热分解特性及其爆炸危险性；(3) 松香（或松香树脂酸）与硝酸铵作用、自氧化及其反应产物;（4）树脂酸结构与热氧化反应性、爆炸危险及其爆炸机理探索；(5) 松香和树脂酸氧化反应诱导爆炸的模型构建。研究目标：（1）阐明松香及其树脂酸氧化反应引发快速燃烧与爆炸机理；（2）探索树脂酸结构与危险性的关系，构建松香及其树脂酸燃烧爆炸危险性评价方法；（3）构建松香氧化燃烧和爆炸的实验室试验方法。

松香在工业上广泛应用于纸张施胶剂、印刷油墨、肥皂、化妆品、粘合剂、乳化剂、工业炸药和医疗用品等领域。松香存在的严重问题是它与空气接触时容易发生氧化反应，使产品变质，给生产过程带来安全隐患。松香主要由枞酸、左旋海松酸、新枞酸、脱氢枞酸等树脂酸组成，树脂酸是一类具有共轭双键的化合物，化学性质活泼，容易氧化。对树脂酸和松香改性树脂热稳定性的研究，对松香产业安全生产、贮存、运输和利用具有重要意义，为可再生资源热稳定性评价提供一种研究方法。项目主要研究内容：（1）松香蒸汽-空气的燃烧及其爆炸危险性；（2）松香和树脂酸的氧化特性、过氧化物生成、热分解特性及其爆炸危险性；（3）树脂酸结构与热氧化反应性、爆炸危险性及其爆炸机理探索；（4）构建松香和树脂酸氧化反应诱导爆炸模型；（5）抗氧化方法与抗氧剂的研究。项目取得的主要研究结果：（1）采用加速量热仪（ARC）和小型密闭压力容器试验（MCPVT）跟踪测定松香及其树脂酸氧化过程的特性，发现了氧化过程的主要步骤为：首先松香及其树脂酸吸收氧气，然后发生放热氧化反应。枞酸、左旋海松酸、新枞酸、脱氢枞酸和松香氧化反应的初始放热温度（T0）分别为308.9K、354.01 K、353.83 K、398.20 K和308.92K。（2）分离和表征松香树脂酸过氧化物，获得了一个新化合物（7-氢过氧基-13-枞-8（14）-烯酸），考察其热稳定性。（3）对松香及其树脂酸的氧化反应动力学和危险性进行了研究。它们的氧化动力学为二级反应，反应活化能（Ea）分别为35.88 kJ mol-1、42.90kJ/mol、58.05kJ/mol、46.60kJ/mol和59.13 kJ mol-1，枞酸过氧化物热分解的放热量是545.37 J•g-1，属于危险化学品。（4）探索了树脂酸结构与热氧化反应性的关系、爆炸危险性和爆炸机理，过氧化物是导致松香氧化反应失控和爆炸反应的重要原因。（5）考察了抗氧化和松香储存方法。. 项目共发表学术论文11篇（第一标注），其中SCI收录5篇，EI收录1篇。申请中国发明专利3件。