聚乳酸（PLA）来源于可再生资源，具有可生物降解性能与高力学强度等优势，在“双碳”背景下极具应用潜力。然而，其自身的可燃性易在使用过程中引发火灾，这将严重限制PLA的广泛应用，尤其是在纺织、电子电器及交通等高防火标准领域。磷氮复合型阻燃剂已被证明可有效阻燃PLA材料，显著降低其可燃性。但这些阻燃剂在合成上也存在重大缺陷，合成过程中往往涉及到副产物的生成，这不但降低了原子效率，产生工业废物，也增加了产物的提纯分离成本。因此，如何设计开发一种无副产物、原子经济型的磷氮复合型阻燃剂反应路线，且将阻燃剂用于PLA高效阻燃，成为亟待解决的问题。

  近日，嘉兴学院徐之光教授团队联合南昆士兰大学宋平安教授团队在材料领域知名期刊《Journal of Materials Science & Technology》发表了题为“Atom-economic synthesis of an oligomeric P/N-containing fire retardant towards fire-retarding and mechanically robust polylactide biocomposites”的论文。研究人员设计了一种温和且原子经济型的迈克尔聚加成反应用于新型磷氮复合型阻燃剂的合成。该反应以丙烯酸酯封端的苯基膦酸酯（DABP）与丙二腈（MN）为底物，在室温条件下通过迈克尔聚加成反应合成了一种含氰基的苯基膦酸酯齐聚物（APN，M_n=3000 g/mol），并且该反应无副产物生成，实现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垂直燃烧测试中通过V-0等级，并且极限氧指数（LOI）提升至36.7 vol%。此外，该PLA阻燃复合材料显示出优异的力学性能，相比纯PLA，其拉伸强度得到很大程度保留，且韧性提升85%。这项研究为磷氮复合型阻燃剂提供了一种绿色合成思路，并有助于促进高性能PLA阻燃材料的可持续发展。 

图1  APN阻燃剂的表征。a）合成路线示意图，b）红外光谱，c）¹H与¹³C核磁波谱，d）XPS光谱，e）XPS 碳元素精细谱和f）元素EDS mapping照片。

图2 PLA及其复合材料的燃烧性能。a）不同APN添加量下的LOI与UL-94等级，b）HRR曲线，c）THR曲线和d）不同APN添加量下的av-MLR。

图3 APN及PLA阻燃材料的气相裂解产物分析。a）热失重过程中APN气相裂解产物的红外光谱， b）550℃下APN气相裂解产物的气相色谱，c）气相产物-1的质谱，d）APN的裂解途径，e）PLA和PLA/3APN在最快热分解速率下的气相产物红外吸收，f）CO₂与g）C=O在PLA和PLA/3APN热失重过程中的红外吸收。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.04.003