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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強度等優勢，在“雙碳”背景下極具應用潛力。然而，其自身的可燃性易在使用過程中引發火災，這將嚴重限制PLA的廣泛應用，尤其是在紡織、電子電器及交通等高防火標準領域。磷氮復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物的生成，這不但降低了原子效率，產生工業廢物，也增加了產物的提純分離成本。因此，如何設計開發一種無副產物、原子經濟型的磷氮復合型阻燃劑反應路線，且將阻燃劑用于PLA高效阻燃，成為亟待解決的問題。

  近日，嘉興學院徐之光教授團隊聯合南昆士蘭大學宋平安教授團隊在材料領域知名期刊《Journal of Materials Science & Technology》發表了題為“Atom-economic synthesis of an oligomeric P/N-containing fire retardant towards fire-retarding and mechanically robust polylactide biocomposites”的論文。研究人員設計了一種溫和且原子經濟型的邁克爾聚加成反應用于新型磷氮復合型阻燃劑的合成。該反應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），并且該反應無副產物生成，實現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，并且極限氧指數（LOI）提升至36.7 vol%。此外，該PLA阻燃復合材料顯示出優異的力學性能，相比純PLA，其拉伸強度得到很大程度保留，且韌性提升85%。這項研究為磷氮復合型阻燃劑提供了一種綠色合成思路，并有助于促進高性能PLA阻燃材料的可持續發展。 

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 碳元素精細譜和f）元素EDS mapping照片。

圖2 PLA及其復合材料的燃燒性能。a）不同APN添加量下的LOI與UL-94等級，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物分析。a）熱失重過程中APN氣相裂解產物的紅外光譜， b）550℃下APN氣相裂解產物的氣相色譜，c）氣相產物-1的質譜，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