聚丙烯（PP）是全球产量最大、应用最广的树脂之一。但是由于其碳氢结构其本身极易燃(极限氧指数仅约17．0)，极大地限制了其应用，因此，对PP的阻燃研究就显得尤为重要。随着目前阻燃领域绿色环保的呼声日益高涨且阻燃法规日益苛刻，开发无卤阻燃聚丙烯的任务迫在眉睫。膨胀型阻燃剂(IFR)是一种以磷氮碳为主要成分的“环境友好”的阻燃剂，用该阻燃剂阻燃PP时表面能生成膨胀炭层，该膨胀炭层隔热、隔氧、抑烟，并能防止产生熔滴，从而使PP具有较好的阻燃性能，越来越受到人们的青睐。本论文从当前研究比较活跃的膨胀型阻燃体系的阻燃化设计原理入手，对含磷腈环磷酸酯阻燃剂的合成、应用及阻燃机理等方面进行了较为系统而深入的研究和探讨，取得了一些创新性成果。本论文归纳起来主要分以下两个部分：第一部分：从分子结构设计出发，以季戊四醇和三氯氧磷为原料，合成了阻燃中间体1-氧代-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂-1-磷杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)。进而采用亲核取代的方法，以PEPA和六氯环三磷腈为原料，合成了一种全新（三源一体）以六氯环三磷腈为核的膨胀型阻燃剂六（1-氧代-1-磷杂-2,6,7-三氧杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）环三磷腈（PEPAP）。采用傅立叶红外（FT-IR）、核磁（NMR）等手段表征了其分子结构。热重分析表明PEPAP无论在空气还是氮气中都具有良好的热稳定性及膨胀成炭能力。第二部分：将膨胀型阻燃剂应用于PP中，制备了PEPAP/PP复合阻燃材料体系。极限氧指数（LOI）、垂直燃烧测试（UL94）研究结果表明膨胀阻燃PP的阻燃性能比纯PP显著增加，而且随添加量增加，材料表现出更高的耐火性。当添加量为25%时，阻燃PP的LOI值是29.5，达到UL-94V-2级。热重分析表明，不论是在空气中还是在氮气中，膨胀阻燃PP体系的初始热分解温度都不同程度提前了，但最终的残炭量都大于纯PP，这在一定程度上有利于提高阻燃性能。通过对膨胀阻燃PP体系热降解残余量的计算，发现实验值高于理论计算值，表明膨胀型阻燃剂与PP不是简单的复合，阻燃剂促进了PP基体的成炭。同时，利用热重-红外-质谱联用（TG-IR-MS）研究膨胀阻燃PP的热氧化分解行为，结果表明阻燃剂的加入能够提高材料的热稳定性。采用扫描电镜SEM、FT-IR等分析测试方法，对膨胀型阻燃PP燃烧后残余炭层形貌、组成进行表征，初步探讨了阻燃PP的阻燃机理。结果表明阻燃PP在燃烧时可以形成膨胀炭层，但致密的炭层是决定阻燃性能好坏的重要标准。残炭分析表明，残炭中有磷酸类物质能使成炭剂迅速脱水成炭形成膨胀炭层，覆盖于聚合物表面，延缓了聚合物的氧化和脱水速度，保护了基体。