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本文合成了一种分子结构中含有磷元素的三嗪成炭剂,对比研究了三嗪成炭剂结构与性能的关系,在此基础上合成了一种单组分膨胀阻燃剂,并对聚丙烯(PP)进行阻燃改性。进一步地,使用SiO2以及OMMT插层杂化等方法提高了单组分膨胀阻燃剂的阻燃效率和综合性能。具体内容如下:1、以三嗪环和哌嗪为成炭剂单元,通过与苯基磷酰二氯反应,制备了一种具有超支化结构的含磷三嗪成炭剂(HPCFA)。通过红外光谱、元素分析表征了 HPCFA的化学结构。热重分析表明HPCFA具有较好的热稳定性,在N2氛围下Tonset为320℃。HPCFA具有较高的成炭能力,700℃时炭渣残余量为45.3%。HPCFA/APP在PP中阻燃效率高,20wt%的IFR添加量能使材料的LOI显著增加,HRR、THR值大幅降低。此外,当HPCFA/APP的质量比为1/2时,所制备的阻燃PP复合材料具有最好的阻燃性能,LOI高达31%。2、将HPCFA与具有类似结构的三嗪成炭剂HCFA进行对比研究,TGA表明HPCFA的起始热分解温度较低,分子内含磷结构具有催化降解的作用。APP/HPCFA具有成炭早、成炭效率高的优点。HPCFA与HCFA相比,前者需要复配的酸源更少,HPCFA分子结构中的含磷单元起到了补充酸源的作用,而且分子内酸源的催化作用导致阻燃效率更高。在对样品的阻燃测试结果表明20 wt%添加量的APP/HPCFA构成的复合阻燃体系即可使PP/IFR样品通过垂直燃烧UL 94 V-0级别,比APP/HCFA构成的IFR体系降低了 5 wt%的添加量。炭渣分析表明,20 wt%添加量的APP/HPCFA就能形成十分平整、致密的阻燃炭层,阻燃效率高于APP/HCFA体系。3、以三嗪结构为基础,通过焦磷酸结构连接,制备了一种具有超支化结构的磷氮大分子化合物HTPPP。通过FTIR、NMR、ICP-MS以及EA证明了HTPPP的化学结构。HTPPP具有较好的热稳定性,在空气条件下,HTPPP的Tonset和Tmax分别是275 ℃和414℃。HTPPP在500 ℃和700 ℃的残渣率分别是62.6%和18.3%。将HTPPP作为单组分膨胀阻燃剂对PP进行阻燃改性,当向PP基体中添加22 wt%的HTPPP时,PP复合材料可以通过垂直燃烧UL 94 V-1级,锥量实验结果表明材料的HRR、THR等明显降低;当向PP基体中添加25 wt%的HTPPP时,即可使得PP复合材料通过垂直燃烧UL 94 V-0级。炭渣分析表明HTPPP在燃烧过程中能够形成稳定的膨胀炭层。对HTPPP的凝聚相炭渣成分进行红外分析表明,HTPPP的热氧降解过程分三个阶段:脱水交联-裂解炭化-炭渣氧化降解。HTPPP形成的炭渣是包含C=C、PO3、P-C-N的多环芳烃化合物。4、以常规SiO2、FS和Hydrophobic FS为协效剂,对比研究了不同形态、不同表面性质的SiO2对PP/HTPPP体系阻燃协效作用及协效机理。阻燃测试(垂直燃烧、LOI)显示,Si02、FS和Hydrophobic FS都能提高PP/HTPPP体系的阻燃效率,尤以Hydrophobic FS的作用最明显,添加0.5 wt%的Hydrophobic FS,可使 PP/HTPPP 20 由 UL 94 NR 提高到V-0 级(3.2 mm),LOI从27%提高到31.5%。热分析结果表明,Si02类协效剂能够提高阻燃PP的热解温度、降低其裂解速率,此外使炭层在高温条件下的热氧降解速度降低,稳定性更好。对炭层的微观分析表明,Si02协效剂使炭层更加致密、平整,炭层的石墨化程度提高。对炭层的结构分析表明,协效剂能够促进形成Si-C键,提高了炭层的稳定性。5、通过将OMMT溶胀与HTPPP单体混合,再经过高温脱水制备了剥离OMMT插层分散的HTPPP-OMMT复合物。FTIR与NMR结果证明HTPPP的结构没有改变,XRD表明OMMT的层状结构被剥离,在HTPPP中分散良好。OMMT的插层降低了 HTPPP水溶性,提高其热稳定性。将HTPPP-OMMT作为单组分无卤膨胀阻燃剂应用于PP中发现,HTPPP-OMMT相对于HTPPP阻燃效率更高,这主要是在燃烧过程中能够形成更加优异的膨胀型发泡炭层,而且炭层在高温下的热氧稳定性更好。由于HTPPP的缩合程度增加,耐水性提高,再加上疏水的OMMT的高度分散,HTPPP-OMMT与PP的相容性得到改善,提高料材料的力学性能和耐析出性能。