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近年來，隨著人們對(duì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注不斷增加，尋找石化塑料替代品的研究正如火如荼地進(jìn)行。聚乳酸（PLA）因其來源于可再生資源如玉米和甘蔗，并且具有可生物降解性，成為塑料行業(yè)中的有力競(jìng)爭(zhēng)者。然而，PLA的耐火性能一直是其廣泛應(yīng)用的制約因素。在一項(xiàng)令人矚目的創(chuàng)新研究中，來自荷蘭特溫特大學(xué)的科學(xué)家們通過開發(fā)一種全新的生物基阻燃PLA復(fù)合材料，成功突破了這一瓶頸。

隨著傳統(tǒng)鹵素阻燃劑因其環(huán)境和健康問題被逐步淘汰，市場(chǎng)對(duì)環(huán)保型阻燃劑的需求激增。本研究團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)了木質(zhì)素與DNA這兩種可再生資源，提出了一種全新的阻燃材料解決方案。木質(zhì)素作為造紙工業(yè)的副產(chǎn)品，具有較好的耐熱性，而DNA則因其磷酸鹽含量豐富，成為了一種潛在的阻燃材料。研究人員通過將DNA包裹在木質(zhì)素基納米載體中，成功制備出阻燃性能優(yōu)異的PLA泡沫材料。

這一研究的亮點(diǎn)在于，DNA在降解過程中形成穩(wěn)定的碳層，釋放二氧化碳和水，有效阻止了火焰的傳播。同時(shí)，木質(zhì)素作為生物質(zhì)材料，能夠與DNA協(xié)同作用，在燃燒過程中進(jìn)一步增強(qiáng)材料的阻燃效果。

本次研究采用了逆向微乳液技術(shù)，將DNA包裹在木質(zhì)素納米載體中，并通過交聯(lián)技術(shù)將這些載體引入到PLA基質(zhì)中。為了增強(qiáng)納米載體與PLA基質(zhì)的相容性，研究人員在木質(zhì)素納米載體表面接枝了羥基末端的PLA鏈。通過控制納米載體的濃度，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從1%到20%不同含量的PLA復(fù)合材料的制備，并采用二氧化碳加壓發(fā)泡技術(shù)成功制備了輕質(zhì)泡沫材料。

在實(shí)驗(yàn)中，PLA復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性顯著提升，添加了木質(zhì)素納米載體的PLA材料的熱釋放量明顯降低。同時(shí)，隨著DNA含量的增加，材料的阻燃性能進(jìn)一步提高。研究表明，與未發(fā)泡的復(fù)合材料相比，發(fā)泡PLA的氧指數(shù)（LOI）值從25上升到30，表現(xiàn)出更高的阻燃性能。

該研究的結(jié)論表明，木質(zhì)素與DNA的協(xié)同作用為生物基阻燃材料的開發(fā)提供了全新思路。這種新型PLA復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的阻燃性能，還能通過二氧化碳發(fā)泡技術(shù)制備輕質(zhì)泡沫，適用于包裝材料和建筑保溫等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的化學(xué)阻燃劑不同，這種基于生物質(zhì)的阻燃技術(shù)更加環(huán)保，并為未來的生物基材料應(yīng)用提供了新的可能。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.4c05886

盡管本研究的結(jié)果令人振奮，但研究團(tuán)隊(duì)指出，未來仍需進(jìn)一步探索其他生物基阻燃材料的可能性，并針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化材料的性能。此外，隨著全球范圍內(nèi)對(duì)可持續(xù)材料的需求增加，木質(zhì)素和DNA等生物質(zhì)材料的商業(yè)化潛力也將進(jìn)一步得到挖掘(SpringerLink)(MDPI)。

總之，這項(xiàng)創(chuàng)新研究不僅為環(huán)保型阻燃材料的發(fā)展提供了新的思路，也展示了生物基材料在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)方面的巨大潛力。