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  聚乳酸（PLA）來源于可再生資源，具有可生物降解性能與高力學(xué)強(qiáng)度等優(yōu)勢，在“雙碳”背景下極具應(yīng)用潛力。然而，其自身的可燃性易在使用過程中引發(fā)火災(zāi)，這將嚴(yán)重限制PLA的廣泛應(yīng)用，尤其是在紡織、電子電器及交通等高防火標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域。磷氮復(fù)合型阻燃劑已被證明可有效阻燃PLA材料，顯著降低其可燃性。但這些阻燃劑在合成上也存在重大缺陷，合成過程中往往涉及到副產(chǎn)物的生成，這不但降低了原子效率，產(chǎn)生工業(yè)廢物，也增加了產(chǎn)物的提純分離成本。因此，如何設(shè)計(jì)開發(fā)一種無副產(chǎn)物、原子經(jīng)濟(jì)型的磷氮復(fù)合型阻燃劑反應(yīng)路線，且將阻燃劑用于PLA高效阻燃，成為亟待解決的問題。

  近日，嘉興學(xué)院徐之光教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南昆士蘭大學(xué)宋平安教授團(tuán)隊(duì)在材料領(lǐng)域知名期刊《Journal of Materials Science & Technology》發(fā)表了題為“Atom-economic synthesis of an oligomeric P/N-containing fire retardant towards fire-retarding and mechanically robust polylactide biocomposites”的論文。研究人員設(shè)計(jì)了一種溫和且原子經(jīng)濟(jì)型的邁克爾聚加成反應(yīng)用于新型磷氮復(fù)合型阻燃劑的合成。該反應(yīng)以丙烯酸酯封端的苯基膦酸酯（DABP）與丙二腈（MN）為底物，在室溫條件下通過邁克爾聚加成反應(yīng)合成了一種含氰基的苯基膦酸酯齊聚物（APN，M_n=3000 g/mol），并且該反應(yīng)無副產(chǎn)物生成，實(shí)現(xiàn)100%原子利用率。更重要的是，APN能高效阻燃PLA。3 wt%的APN添加量使PLA在UL-94垂直燃燒測試中通過V-0等級(jí)，并且極限氧指數(shù)（LOI）提升至36.7 vol%。此外，該PLA阻燃復(fù)合材料顯示出優(yōu)異的力學(xué)性能，相比純PLA，其拉伸強(qiáng)度得到很大程度保留，且韌性提升85%。這項(xiàng)研究為磷氮復(fù)合型阻燃劑提供了一種綠色合成思路，并有助于促進(jìn)高性能PLA阻燃材料的可持續(xù)發(fā)展。 

圖1  APN阻燃劑的表征。a）合成路線示意圖，b）紅外光譜，c）¹H與¹³C核磁波譜，d）XPS光譜，e）XPS 碳元素精細(xì)譜和f）元素EDS mapping照片。

圖2 PLA及其復(fù)合材料的燃燒性能。a）不同APN添加量下的LOI與UL-94等級(jí)，b）HRR曲線，c）THR曲線和d）不同APN添加量下的av-MLR。

圖3 APN及PLA阻燃材料的氣相裂解產(chǎn)物分析。a）熱失重過程中APN氣相裂解產(chǎn)物的紅外光譜， b）550℃下APN氣相裂解產(chǎn)物的氣相色譜，c）氣相產(chǎn)物-1的質(zhì)譜，d）APN的裂解途徑，e）PLA和PLA/3APN在最快熱分解速率下的氣相產(chǎn)物紅外吸收，f）CO₂與g）C=O在PLA和PLA/3APN熱失重過程中的紅外吸收。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.04.003