本文在对阻燃剂的研究现状及归纳总结的基础上,针对当前在火灾现场中造成严重损失的聚苯乙烯材料极易燃烧、燃烧烟气毒性大等缺点,从分子设计的角度设计合成了添加型、反应型阻燃剂,研究合成的新型高效含磷阻燃剂对聚苯乙烯阻燃效率及热稳定性的影响；同时结合纳米复合技术,合成制备层状有机膦酸铝以及超支化阻燃修饰的石墨烯两种层状纳米材料,添加至聚苯乙烯中制备纳米复合材料,研究聚苯乙烯纳米复合材料的热性能和火灾安全性能,探讨其热解机理和阻燃机制。具体工作如下：1、结合文献成功合成了分别具有气相阻燃机理和凝聚相阻燃机理的阻燃单体ODOMP和PEPA,随后以ODOMP、PEPA、MDCP为原料,通过一步法脱氯酯化反应,成功合成出BDMP和BPMP两种不同结构的高含磷量的添加型阻燃剂,并通过FTIR、NMR等测试方法对阻燃剂的结构进行了表征。TGA分析可看出两种阻燃剂的热稳定性均能够满足聚苯乙烯的加工工艺条件,同时两种阻燃剂的添加降低了材料的初始分解温度,但是显著提高材料的最大热分解温度和成炭量,延长了热分解历程,有效地提高了材料的阻燃性能。2、对比研究添加型阻燃剂与反应型阻燃剂对聚苯乙烯的阻燃效率及燃烧行为的区别,选用ODOMP或PEPA、MDCP和NMA为原料,成功合成DMPMA和PMPMA两种不同阻燃机理的反应型阻燃剂,并通过FTIR、NMR等测试方法对阻燃剂的结构进行了表征。将DMPMA和PMPMA两种反应型阻燃剂共聚到聚苯乙烯分子链中,热分析表明DMPMA和PMPMA的引入会导致聚苯乙烯的提前降解,但是都延迟了聚苯乙烯的热降解历程,提高了共聚物的最大热分解温度以及裂解后的成炭量。通过阻燃测试研究表明,由于DMPMA和PMPMA引入聚苯乙烯分子链中能够明显地降低材料的热释放峰值和热释放总量,延缓燃烧的进行,提高材料的阻燃性能,且与相同共聚比例的PS-DMPMA对比,能够体现出更好的阻燃性能。当30%的PMPMA共聚到聚苯乙烯链中能够提高聚苯乙烯共聚的LOI达到28.5%且能够通过UL-94测试V-0级别。裂解机理研究表明两种反应型阻燃剂的引入降低了聚苯乙烯材料裂解时的溢出气体的总量,提高了石墨化炭层的产生,增强了聚苯乙烯材料的热稳定性和阻燃性能。3、选用成炭型前驱体SPDPC与二羟甲基膦酸制备聚合性膦酸酯,随后水解制备层状有机膦酸铝盐片层状纳米材料,并通过FTIR、NMR、XRD、XPS、SEM、 TEM、TGA等测试方法研究了层状有机膦酸铝的结构特征、形貌及热稳定性。将层状有机膦酸铝盐添加到聚苯乙烯中制备纳米复合材料,研究结果表明层状有机膦酸铝显著提高了聚苯乙烯的热稳定性,延迟了聚苯乙烯的热降解历程,提高了共聚物的最大分解温度以及裂解后的成炭量,有效地提高了纳米复合材料的阻燃性能。裂解机理分析同样表明聚苯乙烯/层状膦酸铝纳米复合材料降低了聚苯乙烯裂解时的溢出气体的总量,提高了燃烧后炭层的有序性。4、从分子设计和纳米复合的角度出发,以SPDPC和HEA制备A2基团,选用氨乙基哌嗪作为B3基团,成功制备了A2B3型超支化阻燃改性剂改性氧化石墨烯,并通过FTIR、NMR、XRD、XPS、SEM、TEM、TGA等测试方法研究超支化改性石墨烯的结构特征、形貌及热稳定性。通过原位聚合法制备聚苯乙烯/超支化改性石墨烯纳米复合材料,结果显示超支化改性石墨烯的添加能够显著提高聚苯乙烯纳米复合材料的热稳定性,同时少量的超支化改性石墨烯的添加能够显著提高纳米复合材料的阻燃性能。超支化改性石墨烯的引入降低了聚苯乙烯纳米复合材料裂解时的溢出气体的总量以及有毒气体的释放,提高了燃烧后炭层的有序性,增强了聚苯乙烯材料的火灾安全性。5、按照ISO19700国际标准,利用稳态管式炉烟气毒性试验平台(SSTF)研究了反应型阻燃剂PS-DMPMA、PS-PMPMA,聚苯乙烯/层状有机膦酸铝和聚苯乙烯/超支化改性石墨烯纳米复合材料的烟气毒性。研究表明：DMPMA和PMPMA反应型阻燃剂的添加,促进了阻燃聚苯乙烯材料的不完全燃烧,降低了C02的释放量,却提高了CO的释放,DMPMA由于较低的成炭量导致裂解后烟颗粒的提高,而PMPMA由于其高效的成炭性抑制了烟颗粒的产生：OAHPi纳米材料的添加能够提高聚苯乙烯/层状有机膦酸铝纳米复合材料的CO的释放,降低了C02的释放,同时对烟颗粒的产生具有抑制作用；超支化改性石墨烯制备聚苯乙烯纳米复合材料后,能够显著降低CO、CO2及烟颗粒的产生,降低燃烧时产生的毒性,显著提高材料的火灾安全性能。阻燃剂和纳米材料的添加都能够有效地提高聚苯乙烯裂解后炭渣中聚磷酸类和稠环状化合物的产生,提高材料的热稳定性和阻燃性能。