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高分子材料广泛应用于各个领域,但其极易燃烧并引发火灾,因此提高材料的阻燃性能,对于保护人民的生命与财产安全具有重要作用,无毒、无污染、添加量少、与高分子相容性好成为阻燃领域阻燃剂合成的重要突破口。单质磷具有高效、无卤、低毒等优点,但目前使用较多的红磷由于难于纳米化,存在与高分子相容性差、易析出等缺点。黑磷是近年兴起的一种层状材料,容易被剥离为二维结构,即黑磷烯（BP）。本文利用黑磷烯具有的独特结构、与高分子材料复合界面作用强等特性,通过微观结构的设计,形成性能优良的黑磷烯基阻燃剂/水性聚氨酯复合材料,显著提高了高分子材料的阻燃性能。通过对中间产物、最终产物的捕获与分析,为黑磷基纳米阻燃材料的开发和应用奠定一定的理论基础。（1）通过液相剥离法得到BP,将BP直接添加到水性聚氨酯（WPU）中,合成含有0.2 wt%BP的黑磷烯/水性聚氨酯（BP/WPU）复合聚合物。用扫描电子显微镜（SEM）观察WPU中BP的形态,表明BP在WPU中分布均匀。BP/WPU与WPU相比,热流速率下降34.7%,热释放速率峰值（PHRR）下降10.3%,证明BP能够有效抑制WPU的热降解;极限氧指数（LOI）增加2.6%,表明BP具有良好的阻燃性能。热重-红外联用（TG-FTIR）分析材料热分解过程产生的气体成分,表明随着温度升高到240℃左右,BP开始促使WPU发生分解,催化炭层的生成。当温度达到420℃以上,大部分的BP开始进入气相形成含磷化合物,并促使材料释放更多不可燃气体,从而延缓燃烧。锥形量热（CC）测试的燃烧残炭中检测到P-C、P-O-C和P2O5键,表明BP具有催化成炭的作用。（2）针对BP加入WPU后出现的机械性能下降问题,以高压均质机设计并制备了黑磷烯/石墨烯（BP/G）复合阻燃剂,将BP/G添加到WPU中,形成BP/G/WPU复合材料,BP/G添加量为3.55%。通过X射线衍射测试（XRD）、拉曼光谱分析发现两种纳米片形成了少量P-C键。之后对材料进行微观结构分析、热分析、阻燃性能分析和机械性能分析。结果表明,BP/G复合材料由于较小的尺寸可以均匀分布在WPU中。BP/G复合阻燃剂的添加使WPU的残炭由0.96%提高到5.64%,显著抑制了WPU的热分解;与WPU相比,BP/G/WPU的PHRR和THR分别降低了48.18%和38.63%;BP/G/WPU的杨氏模量比BP/WPU的杨氏模量增加了7倍,表明石墨烯的引入可以进一步解决单一BP/WPU的力学性能降低问题。BP/G的阻燃机理为,BP主要进入气相发挥作用,9.8%的BP留在凝聚相中催化高分子成炭,G主要留在凝聚相中起到片层阻隔作用,因此BP/G起到了协同阻燃作用。（3）BP及BP/G添加到WPU中,LOI值有一定提升,但仍无法达到难燃材料级别,引入六方氮化硼（BN）以提高材料的LOI值。以液相剥离法制备得到BP和BN纳米片,添加到WPU中制备得到黑磷烯/氮化硼/水性聚氨酯（BP/BN/WPU）复合材料,其中BP质量分数为0.2%,BN质量分数为0.2%。用SEM观察BP/BN/WPU复合材料的断口形貌,显示BP和BN均匀分散在WPU基体中。分别对复合材料进行TG、LOI和CC测试,结果表明,BP/BN/WPU的LOI达到33.8%,PHRR下降50.94%,CC试验后BP/BN/WPU的残炭量约为WPU的10倍;研究表明:BP主要进入气相发挥作用,少量的BP留在凝聚相中催化高分子成炭,BN主要在凝聚相中起到片层阻隔作用,在CC试验的残炭量中检测到B-O-C键的存在,表明BN具有催化成炭的作用。（4）通过超声波使黑磷、氧化石墨烯和六方氮化硼剥离并形成BP-GO-BN三元复合阻燃剂,然后将其添加到WPU中,以期进一步提高其分散性和阻燃性能。原子力显微镜（AFM）结果表明BP-GO-BN呈薄片状,尺寸为200-500 nm,厚度为2-3 nm。SEM测试结果表明,BP-GO-BN三元复合材料均匀分散于WPU基体材料中。热分析结果表明热分解后的残炭量随着BP-GO-BN纳米片的添加量的上升而增加。CC试验表明,WPU/BP-GO-BN 1.2%的热释放速率峰值比WPU降低了48.49%,THR降低47.02%,形成的残炭块体较大且密实。由此可知BP-GO-BN三元阻燃剂具有良好的分散性和阻燃性性。研究表明,随着温度升高,GO在50℃之后开始发生分解并转化为稳定且自交联的石墨烯,从而使残炭更加密实。之后到240℃左右BP开始转化为磷酸酐,促进炭层的生成。到420℃之后,BP主要进入气相,生成不可燃气体延缓燃烧。氮化硼则留在凝聚相中起到片层阻隔作用,并催化WPU成炭,从而使材料形成紧密炭层。BP同时具备凝聚相和气相阻燃作用。