典型阻燃剂抑制邻苯二甲酸酐粉尘爆炸机理的实验研究

为解决邻苯二甲酸酐(PA)粉尘在工业生产中的爆炸风险，研究人员通过20-L爆炸装置、1.2-L Hartmann管和G-G炉实验，系统评估了PA粉尘的爆炸特性（Pmax=7.83 bar，KSt=164.19 bar·m/s），并对比分析了聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)的抑制效果。研究发现，APP和MPP在40 wt%和50 wt%时可完全抑制爆炸，其双重作用机制（物理隔离与化学自由基捕获）显著优于MCA的气相抑制。该研究为工业粉尘防控提供了关键理论依据。

　　

在聚合物生产领域，邻苯二甲酸酐(PA)作为关键中间体，其粉尘因粒径细小、加工温度高而潜藏巨大爆炸风险。尽管PA广泛应用于增塑剂、涂料和医药生产，但对其粉尘爆炸特性的研究长期空白。更令人担忧的是，传统抑爆技术如惰性气体覆盖在实际生产中成本高昂，而常规抑爆剂又存在效率不足或环境危害问题。这一矛盾促使科学家们将目光转向环保型阻燃剂——能否用这类材料既实现高效抑爆，又避免二次污染？

为解决这一难题，中国矿业大学的研究团队在《Powder Technology》发表了一项开创性研究。他们通过标准化爆炸实验装置（20-L球形容器、1.2-L Hartmann管和G-G炉）系统测试了PA粉尘的爆炸参数，并首次对比了三种氮磷系阻燃剂（APP、MPP、MCA）的抑制效果。研究采用热重-红外联用(TG-FTIR)和扫描电镜(SEM)等技术，揭示了阻燃剂在气-固两相中的协同作用机制。

爆炸特性与抑制效果
实验发现PA粉尘在1400 g/m³浓度时爆炸最剧烈，P_max达7.83 bar，K_St值164.19 bar·m/s，属于St-I级爆炸危险。三种阻燃剂均呈现浓度依赖性抑制，但APP和MPP表现突出：APP在40 wt%时即实现完全抑爆，MPP需50 wt%，而MCA即使高浓度仍残留燃烧风险。

作用机制解析
TG-FTIR数据显示，APP/MPP能延缓PA热解并形成致密磷碳层，通过双重路径发挥作用：(1) 物理上吸收热量并隔离未燃颗粒；(2) 化学上捕获H•/OH•自由基并释放NH₃、H₂O稀释氧气。MCA则主要依赖气相反应释放HNCO，缺乏有效的固相残炭层，这解释了其效率劣势。

工业安全启示
该研究不仅填补了PA粉尘爆炸参数数据库，更确立了磷基阻燃剂在工业抑爆中的优势地位。特别是APP的经济性和环境友好性，为化工厂防爆设计提供了新选择。作者建议未来研究可探索纳米级阻燃剂的增效潜力，并开发复合抑爆体系以应对更复杂工况。

这项成果标志着粉尘爆炸防控从"被动减灾"向"主动抑爆"的重要转变，其提出的双重作用机制模型为新型抑爆剂研发树立了理论标杆。随着全球化工安全标准日益严格，此类研究将持续推动工业安全生产的技术革新。