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高分子材料由于其优异的性能被应用到日常生活的各个方面,但是高分子材料阻燃性能薄弱,易燃烧,存在安全隐患。因此,对高分子材料进行改性,以期提高其阻燃性能的研究就显得十分重要。阻燃剂是能提升高分子材料阻燃性能的一类助剂。卤系阻燃剂是常用的一类阻燃剂,但其不仅易迁移且易在生物体内富集,而且其在燃烧时还会产生有毒物质。因此,研究和开发无卤、无毒或低毒和高效的阻燃剂是当今阻燃领域的发展方向。目前,有机磷-氮阻燃剂是研究较多的有机无卤阻燃剂,而关于有机硼-氮阻燃剂的研究还比较薄弱。硼系阻燃剂具有低毒、高效的特点,为了发展新型有机硼-氮和有机磷-氮阻燃剂,本论文中,作者合成了含硼-氮和磷-氮的有机物:环三磷腈衍生物六（4-硼酸-苯氧基）-环三磷腈（CP-6B）、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物衍生物（DOPO-N）和三聚氰胺衍生物三聚氰胺苯基次磷酸盐（MPHP）,利用核磁共振（NMR）、傅里叶红外光谱（FTIR）和高分辨质谱（HRMS）对其结构进行了表征确认。研究了其对环氧树脂（EP）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的阻燃性能。它们的分子结构式如下图所示。无机阻燃剂具有绿色环保、成本低廉和来源丰富的优势,但无机阻燃剂在使用时需要高的添加量才能达到较好的阻燃效果。为了降低无机阻燃剂和有机阻燃剂的添加量,本论文中,作者还分别将CP-6B、DOPO-N和MPHP与不同类型的无机阻燃剂进行复配,研究了有机硼-氮和磷-氮阻燃剂与无机阻燃剂的协同阻燃性能。本论文的具体研究结果如下:1)、合成了酸源、碳源和气源“三源一体”的膨胀型阻燃剂CP-6B。将CP-6B添加到EP中,利用热重分析、极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL 94）和锥型量热研究了其热性能和阻燃性能。当添加7%的CP-6B时,EP/7%CP-6B的LOI值达到32.3%,且达到了UL 94 V-0等级。与EP相比,EP/7%CP-6B的热释放速率峰值（pk-HRR）、总热释放量（THR）、平均有效燃烧热（av-EHC）和火势增长指数（FGI）等都得到了下降。这一结果表明,CP-6B具有良好的阻燃性能,能同时发挥凝聚相和气相阻燃作用。通过X射线衍射（XRD）和FTIR的分析,发现CP-6B最终分解生成了热稳定性高的磷酸硼（BPO4）。BPO4提高了炭层的耐热性,可以有效抑制可燃挥发物的逸出,起到隔绝保护作用。另外,对EP和EP/CP-6B的力学性能进行分析,EP的冲击功为0.31 J,冲击强度为7.7 k J·m-2;EP/3%CP-6B的冲击功为0.55 J,冲击强度为13.8 k J·m-2;EP/7%CP-6B的冲击功为0.31 J,冲击强度为7.8 k J·m-2,这个结果表明,添加少量CP-6B不会对EP的力学性能造成损害。2)、将有机CP-6B阻燃剂与无机阻燃剂氢氧化镁（MH）复配,研究了其对EP的阻燃性能。当同时添加3%的CP-6B和0.5%的MH时,EP/3%CP-6B/0.5%MH的LOI值达到31.9%,并达到UL 94测试的V-0等级。与EP相比,EP/3%CP-6B/0.5%MH的pk-HRR、THR、av-EHC和FGI值均得到下降。CP-6B/MH具有协同阻燃作用,其能形成耐热性高的连续性炭层和释放不可燃气体,降低了可燃挥发物的浓度,同时发挥了凝聚相和气相阻燃作用。另外,EP/3%CP-6B/0.5%MH的冲击功为0.39 J,冲击强度为9.7k J·m-2。力学性能的测试结果表明,CP-6B和少量MH的添加可以在不降低EP力学性能的情况下有效的提高其阻燃性能。3)、PE的阻燃性能薄弱,单独添加氢氧化铝（ATH）时,添加量一般需要达到50%以上才能达到较好的阻燃效果。向PE/ATH体系中添加CP-6B,以期降低阻燃剂的总添加量。当单独添加40%的ATH时,PE/40%ATH的LOI值为25.1%,UL 94等级为V-1级;而同时添加20%的ATH和20%的CP-6B时,PE/20%ATH/20%CP-6B的LOI值能达到27.0%,并且UL 94等级达到V-0级别。PE/20%ATH/20%CP-6B的pk-HRR、THR、av-EHC和FGI均低于PE/40%ATH的pk-HRR、THR、av-EHC和FGI,CP-6B的添加提高了PE/ATH的阻燃性能。通过XRD和FTIR的分析,发现ATH/CP-6B分解形成了含Al2O3,BPO4和Al PO4的炭层。ATH/CP-6B发挥了凝聚相和气相阻燃机理。拉伸性能的测试发现,PE/20%ATH/20%CP-6B的断裂伸长率为PE/40%ATH的224.1%,这个结果表明,添加CP-6B减少了ATH对PE断裂伸长率的影响。4)、合成了一种有机磷-氮阻燃剂DOPO-N。将有机DOPO-N阻燃剂和无机硼酸锌（ZB）复配,研究了其对PE的阻燃性能。当添加10%的DOPO-N和20%的ZB时,PE的LOI值从17.7%提高到24.6%。PE/10%DOPO-N/20%ZB的pk-HRR、THR、av-EHC和FGI值都比PE的pk-HRR、THR、av-EHC和FGI值低。ZB燃烧分解生成氧化锌和氧化硼,覆盖在基材表面,主要发挥了凝聚相阻燃作用。DOPO-N的添加补充了气相阻燃作用。DOPO-N/ZB同时具有凝聚相和气相阻燃作用。5)、合成了一种有机磷-氮阻燃剂MPHP,将有机MPHP与无机二氧化硅（Si O2）复配,研究了其对PP的阻燃性能。当添加30%的MPHP时,PP/30%MPHP的LOI值达到31.3%,达到UL 94 V-0等级,PP/30%MPHP的pk-HRR降低为737 k W/m~2。单独添加MPHP,提高了PP的LOI值,但是对热释放速率的改善有限。当同时添加27%的MPHP和3%的Si O2时,PP/27%MPHP/3%Si O2的LOI值达到28.7%,达到UL 94 V-0等级,PP/27%MPHP/3%Si O2的pk-HRR降低为578 k W/m~2。少量Si O2的添加,不仅能达到较高的LOI值,还同时降低了试样的热释放速率。通过对残炭的分析发现MPHP/Si O2燃烧分解在凝聚相中形成了含有磷酸硅（Si P2O7）的耐热炭层。MPHP/Si O2具有凝聚相和气相阻燃作用。