纤维素固态磷酸化新见解：开发生物基阻燃剂的石墨化路径

这篇研究通过机械化学法（mechanochemistry）实现了微晶纤维素（MCC）的高效固态磷酸化，创新性地利用过量P2O5与水触发反应，使纤维素石墨化并嫁接17.5 wt.%磷，显著提升聚丙烯（PP）的阻燃性能（pHRR降低55%），同时保持材料延展性，为绿色阻燃剂开发提供了新策略。

　　

亮点

通过机械化学法（ball milling），我们观察到传统溶剂反应无法实现的独特现象：当过量P₂O₅与纤维素混合物接触微量水分时，会触发剧烈反应，导致纤维素膨胀并转化为石墨结构，同时实现高达17.5 wt.%的磷嫁接率。

材料

研究采用高抗冲聚丙烯（PP 402 CB12）和微晶纤维素（MCC），P₂O₅（纯度99%）作为磷酸化试剂。

磷酸化纤维素制备

通过行星式球磨机（Retsch PM 400）对MCC与P₂O₅进行固态反应，不同配比下获得三种产物：MCC-P1/P2保持白色，而高P₂O₅比例的MCC-P3迅速变黑并膨胀（见图1），表明石墨化转变。

结构表征

XRD和FTIR分析显示，MCC-P3的结晶度显著降低，且出现石墨特征峰；TGA证实其热稳定性提升，残炭率增加。

结论

该工艺不仅简化了磷酸化流程（无需溶剂），还赋予纤维素独特的石墨/磷协同阻燃效应，在PP中添加12.5%即可降低55%热释放率（pHRR），为生物基阻燃剂设计开辟了新途径。