壳聚糖/ZIF-8界面修饰聚磷酸铵核壳结构协同增强聚乳酸的阻燃与降解性能

　　为解决聚乳酸（PLA）易燃性和自然降解缓慢的瓶颈问题，研究人员通过有机-无机杂化技术设计了一种多层核壳阻燃剂ZIF-8@CH@APP。该添加剂以聚磷酸铵（APP）为核，壳聚糖（CH）为界面功能层，并通过原位生长金属有机框架（ZIF-8）构建三维网络。添加7 wt% ZIF-8@CH@APP的PLA复合材料表现出优异的阻燃性能（UL-94 V-0级，总烟释放量降至0.2 m2 ），同时在温和条件下加速降解为DL-乳酸。该研究为PLA材料的循环利用提供了创新解决方案。

　　

聚乳酸（PLA）作为生物基可降解材料的明星选手，却因“遇火即燃”的暴脾气和“躺平式”降解速度，让应用前景大打折扣。传统阻燃剂要么用量大伤机械性能，要么与PLA“水土不服”；而自然降解需高温长耗时，违背环保初衷。如何让PLA既防火又快速降解？北京化工大学的研究团队脑洞大开，将三种材料玩出了新高度——用海鲜壳提取的壳聚糖（CH）包裹聚磷酸铵（APP），再让锌基MOF材料ZIF-8在表面“野蛮生长”，最终制得核壳结构ZIF-8@CH@APP。这项发表于《International Journal of Biological Macromolecules》的研究显示，仅添加7%该添加剂，PLA就能通过UL-94最高阻燃等级V-0测试，烟量减少八成；更神奇的是，锌离子协同壳聚糖的吸水特性，让PLA在常温下加速水解为高价值DL-乳酸。

关键技术包括：FTIR验证核壳结构界面相互作用、锥形量热仪测试阻燃性能、热重分析（TGA）评估热稳定性、水解实验监测降解速率，以及NMR确认终产物结构。

【研究结果】

1. 材料表征：FTIR显示CH成功接枝APP，ZIF-8特征峰（422 cm^-1
   ）证实原位生长；SEM观察到APP表面形成均匀ZIF-8纳米晶（~100 nm）。

2. 阻燃性能：PLA/7% ZIF-8@CH@APP的热释放速率峰值（pHRR）降低8.4%，残炭量提升3倍；UL-94测试中熔滴自熄，归因于ZIF-8催化成炭与APP/CH气固相协同阻燃。

3. 降解机制：40°C碱性条件下，含ZIF-8@CH@APP的PLA7天失重率达78%，比纯PLA快4倍。NMR证实产物为DL-乳酸，锌离子（Zn²⁺
   ）催化酯键断裂是关键。

4. 机理创新：ZIF-8的多孔结构吸附燃烧气体；CH的羟基增强PLA界面水解；Zn²⁺
   与APP的磷氮组分形成物理-化学双重协同效应。

【结论】该研究开创性地将MOFs材料应用于PLA全生命周期调控：前端阻燃通过ZIF-8@CH@APP的“装甲防护”，后端降解依赖锌离子“分子剪刀”，且降解产物可直接用于PLA再生产。这种“一箭双雕”的设计范式，为生物基材料的绿色制造-使用-回收闭环提供了教科书级案例。尤其值得注意的是，团队利用海鲜加工废料CH和生物相容性Zn²⁺
，完美契合欧盟REACH法规对无害化添加剂的要求，具有工业化推广潜力。