聚烯烃材料具有易加工、耐化学腐蚀、性价比高等优点,广泛应用于轨道交通、电线电缆、电子电器等领域。但聚烯烃易燃,赋予其优异的阻燃性能具有重要意义和价值。膨胀型阻燃剂(IFR)具有低烟、低毒、抑制熔滴等特点,广泛用于聚烯烃的阻燃。但传统IFR通过多种组分混合而成,且主要通过凝聚相发挥阻燃作用,对聚烯烃的阻燃效率有待提高。单组分IFR集酸源、碳源和气源于一体,组分间更利于发挥协同阻燃作用。因此,制备对聚烯烃材料具有优异阻燃效率的单组份膨胀型阻燃剂具有重要意义和应用价值。本文以甲基膦酸、哌嗪和硼酸为原料,首先制备了中间体甲基膦酸硼酸哌嗪,然后与新戊二醇进行酯化反应,通过调节甲基膦酸和硼酸的摩尔比,制备了系列含磷-氮-硼的单组份膨胀型阻燃剂聚甲基膦酸硼酸哌嗪新戊二醇酯(MBPNE)。通过红外光谱、固体核磁共振谱测试对其结构进行表征。该阻燃剂在加热过程中能发生完全熔融,继而膨胀形成表面致密、坚硬的炭层。热重分析(TGA)测试表明,MBPNE在800℃时的残余量为27.5 wt%,展现出优异的成炭性能。将合成的MBPNE添加到线性低密度聚乙烯(LDPE)中,当阻燃剂的添加量为18 wt%时,1.6 mm的样条在垂直燃烧测试时能通过UL-94 V-0级,极限氧指数(LOI)为25.2%。由于PE材料的熔体粘度大,达到同样的阻燃级别,往往需要添加25～30 wt%左右的IFR。样条在垂直燃烧过程中具有很好的自熄现象,且表面的炭层不明显,说明该阻燃剂在气相中具有很好的阻燃作用。热裂解-气相-质谱联用测试结果进一步表明,阻燃剂的分解产物具有捕捉自由基的作用,从而抑制了燃烧的链反应,发挥气相阻燃作用。锥形量热(CONE)测试表明,阻燃剂MBPNE的加入使得材料的热释放速率(HRR),总热释放量(THR)分别下降了 24.5%和24.4%,硼在燃烧过程中产生粘稠状并粘附在炭层表面,从而加固了炭层。因此材料在CONE测试后,形成了连续、致密、坚硬、多孔且部分石墨化的炭层,有效地抑制了氧气、热量和可燃物在燃烧区域和材料内部的传递,从而在凝聚相发挥了良好的阻燃作用。合成的MBPNE在凝聚相和气相中同时发挥了优异的阻燃作用,因此阻燃PE材料时,具有很高的阻燃效率。乙烯-辛烯共聚物(POE)材料为热塑性弹性体材料,燃烧时滴落严重,通常需要添加30～35 wt%阻燃剂才能获得理想的阻燃级别。本论文将合成的MBPNE添加到POE中,当添加量为22 wt%时,1.6 mm的样条达到了UL-94 V-0级,LOI达到了25.5%,表现出良好的阻燃效果。CONE测试表明,与纯POE相比,MBPNE的加入使POE材料的HRR、THR分别下降10.8%和26.6%,其残炭量为6.6%。阻燃机理研究表明,阻燃剂在凝聚性和气相都起到了良好的阻燃作用,赋予了 POE材料优异的阻燃性能。