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环氧树脂(EP)是一种应用广泛的热固性聚合物,应用于表面涂层、粘合剂、复合物等。EP的韧性好、固化收缩率小、附着力好,具有优越的机械性能。然而,EP的易燃性限制了其在一些领域的应用。因此,改善EP的阻燃性能引起了越来越多的关注。含卤阻燃剂因为在燃烧时会产生有毒,腐蚀性的气体,所以在EP中开始更多地使用无卤阻燃剂。含磷氮的阻燃剂是一种具有广阔应用前景的高效无卤阻燃剂。针对EP存在的缺点,本文通过分子设计合成了不同结构的DOPO-膦酰胺阻燃剂以提高EP的阻燃性能。考虑到二维材料石墨烯的优越性,制备了DOPO-膦酰胺功能化及磷酰胺包裹的石墨烯,实现EP的力学与阻燃性能的增强：结合纳米复合技术和DOPO-膦酰胺阻燃体系,制备了DOPO-膦酰胺／石墨烯杂化物,优化EP的阻燃性能与力学性能；为了降低EP在燃烧过程中的非热危害,制备了过渡金属钼酸盐高效抑烟减毒剂。主要研究工作如下：1.通过分子设计合成了三种DOPO-膦酰胺(DDM-DOPO、PiP-DOPO和EDA-DOPO),并将它们引入到EP中,比较研究了其对体系的阻燃效率,探讨了阻燃机理。结果表明DOPO-膦酰胺对EP表现优异的阻燃性能。低添加量PiP-DOPO(含磷量0.5%)的EP复合材料达到UL-94 V-0级别,极限氧指数(LOI)高达28.0%。EP复合材料的热释放速率峰值(PHRR)和热释放总量(THR)较纯EP有显著降低。热重分析(TGA)表明DOPO-膦酰胺热稳定性较高,而在800 ℃的成炭量较低,说明DOPO-膦酰胺主要在气相中通过抑制火焰实现阻燃,而PiP-DOPO在降解过程中短时间内快速释放出大量气体产物,使火焰发生熄灭,所以阻燃效率最高。2.通过分子设计合成了两种反应型DOPO-膦酰胺低聚物,包括支化(BFR)和线性(LFR)的结构,并以不同的比例添加到EP中制备阻燃复合材料.通过TGA、LOI、UL-94和锥形量热仪测试比较研究了体系的热性能和阻燃性能.结果表明,加入低聚物阻燃剂催化EP的分解,促进高热稳定性炭层的形成。燃烧性能研究表明,BFR和LFR的加入均可以显著增加EP体系的LOI值,并显著降低其PHRR和THR。含7% BFR的EP体系就足以达到UL-94 VO级别,而LFR仅需4%的添加量,表明LFR对EP表现更高的阻燃效率。此外,EP/LFR体系的PHRR和THR值相比纯EP显著减少了73.0%和72.0%,降幅高于EP/BFR体系。阻燃机理联合了气相火焰抑制效果和凝聚相炭层的阻隔效果,气相阻燃作用对EP的阻燃效率更显著,而LFR中所有磷的氧化态为+3,表现出更好的气相阻燃效果,因此获得更高的阻燃效率。3.以聚乙烯亚胺、DOPO和氧化石墨(GO)为原料制备了DOPO-膦酰胺功能化的石墨烯(f-rGO)；以三氯氧磷、GO和4’4-二氨基二苯甲烷为原料,制备了磷酰胺包裹的石墨烯(FRGO).然后,将f-rGO和FRGO分别以共价键形式引入.-EP中,形成较强的界面相互作用,促进其在基体中的分散。功能化的石墨烯均能提高体系的成炭量,且FRGO的效果优于f-rGO此外,3.0 wt% f-rGO/EP纳米复合材料的PHRR及THR分别比纯EP减少了31.0%和34.3%,而FRGO表现出更高的阻燃性能的提高,加入2wt%FRGO导致EP的PHRR相比纯EP减少了43.0%。EP纳米复合材料的火灾危险性显着降低主要是由于阻燃剂和石墨烯的协同作用：阻燃剂加速了EP基体的降解,促进更多炭渣的形成；阻燃剂提高了石墨烯的热氧化性能；由石墨烯片层组成的高热稳定性炭层可以延缓热传递和挥发性降解产物的逸出。4.以DOPO、哌嗪、GO为原料,通过原位反应制备了DOPO-膦酰胺/哌嗪改性的石墨烯杂化物(PD-rGO),然后将PD-rGO加入到EP中。PD-rGO降低了EP的降解速率,但对其成炭量影响较小,说明主要阻燃作用在气相。PD-rGO的加入使PHRR和THR值相比纯EP减少了43.0%和30.2%,且提高EP的LOI和UL-94等级。此外,石墨烯的加入提高了EP的力学性能。阻燃性能的提高主要是因为气相对火焰的抑制作用和石墨烯在凝聚相的阻隔效应,减少了可燃挥发性组分的释放并促进石墨化碳的形成,保护了火焰中的底层聚合物。5.通过稳态管式炉研究了DOPO-膦酰胺、LFR和FRGO阻燃EP复合材料的烟及有毒气体的释放。结果表明由于不完全燃烧,DOPO-膦酰胺和LFR显著增加EP体系的CO的产生和减少C02的释放。然而,FRGO则对CO和C02产量的影响甚微。通过水热法制备了三种不同类型的过渡金属钼酸盐(AMoO4)的纳米晶体,并将其作为抑烟减毒剂应用于EP中。AMoO4的加入加速了EP的早期分解,促进了成炭。TG-IR研究表明,EP的有机挥发物显著降低,加入MoO4催化氧化CO形成C02,降低了火灾危险性。CoMoO4和CUMoO4表现出较好的减毒效果。AMoO4催化CO的氧化和催化炭化是主要的抑烟减毒的机制。