植物基苯并咪唑植酸盐的可回收合成及其在抗滴落阻燃PA6长丝中的应用研究

针对聚酰胺6(PA6)易燃且熔滴严重的问题，研究人员通过植物源植酸与苯并咪唑衍生物反应合成新型阻燃剂PMI，制备的PA6/PMI-9复合材料LOI达29.3%、通过UL-94 V-0级认证，热释放率(p-HRR)降低40.4%，并实现62%的阻燃剂闭环回收，为开发可持续阻燃聚酰胺提供了新思路。

　　

聚酰胺6(PA6)作为工程塑料界的"全能选手"，在汽车零部件和电子器件等领域大显身手，却有个致命弱点——遇火即燃且会产生"熔融滴泪"现象，这种燃烧时产生的熔滴不仅助长火势，更可能引发二次伤害。传统阻燃剂面临合成复杂、成本高昂的困境，而天然植酸(PA)虽含磷量高达28%，却因耐热性差难以直接应用。如何打造既环保又高效的阻燃PA6，成为材料科学家亟待破解的难题。

上海现代纺织前沿科学研究中心的研究团队独辟蹊径，从植物中提取植酸与苯并咪唑"联姻"，通过盐形成策略合成出新型PMI阻燃剂。这项发表于《Polymer Degradation and Stability》的研究，采用熔融共混法制备系列阻燃PA6复合材料(FR-PA6s)，通过TGA、LOI、锥形量热等测试系统评估性能，并创新性地建立了阻燃剂闭环回收流程。

关键技术方法
研究通过FT-IR、核磁共振(¹H/³¹P NMR)和XPS确认PMI结构；采用熔融共混制备不同PMI含量的FR-PA6s；通过TGA分析热稳定性，LOI和UL-94测试阻燃等级，锥形量热仪测定热释放参数；建立酸解-沉淀法回收PMI，并测试再生阻燃剂(R-PMI)性能；成功将PA6/PMI-9熔融纺丝成连续长丝。

研究结果

1. 化学结构表征：FT-IR显示1695 cm^-1处-OH和3371 cm^-1处N-H键消失，2623-3330 cm^-1出现NH₃⁺特征峰，证实盐形成反应成功。

2. 热稳定性提升：TGA显示PMI使PA6在空气中的残炭量从0%跃升至7.3%，且最大分解温度仅降低8.3°C，证明其"既阻燃又保热"的特性。

3. 卓越阻燃性能：含9 wt% PMI的复合材料LOI达29.3%，通过UL-94 V-0认证，锥形量热测试显示p-HRR和THR分别降低40.4%和33.1%，并呈现独特的"抗滴落平台"现象。

4. 可回收性突破：通过pH调控实现62%的PMI回收率，再生阻燃剂(R-PMI)制备的复合材料仍保持V-0等级，LOI仅下降1.2%。

5. 纺丝应用验证：PA6/PMI-9成功纺制连续长丝，断裂强度保持率>85%，证实其纺织加工可行性。

作用机制
研究发现PMI通过"三相协同"发挥作用：凝聚相中磷酸基团催化形成膨胀炭层，气相中苯并咪唑释放NH₃稀释可燃气体，而分子间交联形成的芳香结构增强炭层稳定性。这种"固相屏障+气相灭火"的双重机制，使材料在燃烧时形成蜂窝状炭层，有效隔绝热量与氧气。

该研究不仅开发出首例可回收的植物基PA6阻燃剂，更开创性地解决了阻燃剂回收技术难题。相比传统阻燃剂，PMI的植物来源特性使其碳足迹降低30%，闭环回收工艺可节约42%原料成本。特别值得注意的是，研究中观察到的"自增强炭层"现象为设计新型阻燃体系提供了理论依据，而成功纺丝则打通了从实验室到纺织产业的转化路径。这项成果为发展可持续高分子材料提供了教科书级的范例，其"天然来源-高效阻燃-绿色回收"三位一体的设计理念，或将重塑阻燃材料的发展范式。