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随着高分子材料的广泛应用,其易燃烧的缺点给人们的财产和生命安全带来了极大的隐患。因此,阻燃高分子材料已经成为功能高分子材料的重要种类。随着人们对环保问题的日益关注,阻燃剂产品结构正朝着高效、环保和低毒方向发展。其中无机阻燃剂作为无卤、低烟、低毒阻燃剂的代表,发展势头迅猛,市场潜力巨大。目前无机阻燃剂的超细化、微胶囊化、表面改性、复配协效、有机无机杂化与新种类的拓展成为无机阻燃剂的主要发展趋势。生物活性玻璃（Bioactive Glasses,BG）是一种基于Ca O-Si O2-P2O5三元系统的具有特殊组成和结构的微纳米粒子,作为一种可应用于体内的生物材料,它具有无毒和环保的特性。此外,生物活性玻璃本身的化学组成具有本质阻燃特性,再加上其形貌和粒径可调控、表面易于功能化、结构可掺杂等优点使其成为潜在的优秀阻燃剂。目前生物活性玻璃作为新型阻燃剂的研究报道还十分鲜见,因此,本文从分子结构设计出发,合成具有特定形貌的微纳米生物活性玻璃阻燃剂,并用阻燃金属离子对其进行掺杂,在此基础上利用环交联聚磷腈（PZS）对其进行表面包覆改性,实现有机无机杂化过程。最终得到一种兼具硅酸盐类无机阻燃剂和磷系阻燃剂双重优点的N-P-Si协同阻燃剂。将其应用于环氧树脂（EP）的阻燃并探讨阻燃机制。本文具体研究内容如下:第一部分:采用溶胶凝胶法结合模板法、水热法合成了多金属（Cu、Zn、Sr）掺杂介孔生物活性玻璃（M-m BG,M=Cu,Zn,Sr）和中空介孔生物活性玻璃（M-hm BG）微纳米球,并利用环交联聚磷腈（PZS）对M-hm BG进行包覆改性,得到一种具有核壳结构的有机无机杂化阻燃剂（PZS@M-hm BG）。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、热重分析（TGA）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（FTIR）、X-射线光电子能谱（XPS）和比表面积及孔隙度分析（BET）等手段对M-m BG、M-hm BG、PZS@M-hm BG进行表征。结果显示三种阻燃剂均为粒径均一的球形颗粒,M-m BG具有明显的介孔结构,M-hm BG具有明显的中空介孔结构,PZS@M-hm BG具有明显的核壳结构。三者比表面积各自分别为463.1 m~2/g、307.9 m~2/g和67.0 m~2/g。TEM结果显示PZS在包覆M-hm BG的同时还进入到其中空介孔空间,造成比表面积的降低。XRD和FTIR测试结果显示M-m BG与M-hm BG具有类似的化学结构,都表现出硅酸盐材料的化学特征,而PZS@M-hm BG兼具PZS与M-hm BG的双重特征,结合TEM结果表明PZS与M-hm BG在分子层级形成了有机无机杂化结构。TGA结果表明,三种阻燃剂都具有良好的热稳定性,PZS@M-hm BG的有机无机杂化结构中,生物活性玻璃对PZS有着显著的催化降解和催化成炭能力。第二部分:将M-m BG、M-hm BG和PZS@M-hm BG应用于环氧树脂（EP）的阻燃,并利用热重（TGA）、极限氧指数（LOI）、锥形量热（CONE）等手段表征EP阻燃材料的热稳定性和阻燃性能。与纯EP相比,添加5 wt%阻燃剂（M-m BG、M-hm BG与PZS@M-hm BG）后,EP复合材料在800℃下的残炭率由纯EP的10.7 wt%分别增加到16.5wt%、16.1 wt%与17.0 wt%;LOI值由纯EP的24.2%分别提升到25.8%、26.6%与29.5%。EP阻燃复合材料的热释放速率（PHRR）、总热释放量（THR）、总烟释放量（TSP）均有明显下降。综合EP复合材料的热稳定性、燃烧性能以及成炭化学、结构分析,探究阻燃机理如下:燃烧过程中,包覆层PZS中的N元素生成了不可燃气体N2和NH3来稀释基体周围的氧气,P元素会生成PO·捕捉EP高温裂解的H·和OH·自由基;内层中的M-hm BG主要在固相中催化EP形成致密的炭层,从而起到阻燃作用。第三部分:为进一步考察生物活性玻璃与其他磷系阻燃剂的协同阻燃效果,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）与M-hm BG复配应用于阻燃EP复合材料。表征结果显示当单独添加量≥6 wt%的DOPO时EP复合材料可以顺利通过UL-94测试的V-0等级,当分别用0.5份与1份M-hm BG替换等量DOPO后,EP复合材料仍可以保持V-0等级,且燃烧时间变短,LOI值提升,但当M-hm BG增加到2份替换DOPO时,UL-94测试降为V-1等级。说明M-hm BG和DOPO适当复配显示出一定的协同阻燃效果。锥形量热燃烧测试结果显示,M-hm BG和DOPO之间的协同阻燃效应主要体现在对烟气释放量的显著降低。M-hm BG和DOPO之间协同阻燃机理如下:燃烧过程中,生物活性玻璃受热产物中的Si O2等覆盖在残留凝聚相基体表面阻隔热传递,且包含的Cu、Zn和Sr等金属离子协同DOPO受热分解产生的PO·捕捉气相中的HO·和O·从而中断链式反应,起到阻燃作用。