聚丙烯(PP)以其优良的物理、化学性能成为现代生活中用途最广的通用高分子材料。但是PP易燃的特性限制了它在多个领域的应用。近些年,材料的环保与安全成为人们关注的焦点,因此开发环保型阻燃PP一直是研究热点。以生物基原料制备阻燃剂正好满足了安全环保和可持续的趋势,相关研究受到了广泛关注,但是大多数生物基材料耐热性能差,应用领域受到限制,而且大多生物基阻燃剂效率较低,无法作为优异的阻燃剂使用。因此必须通过物理或化学的方法进行合理的处理,赋予其作为阻燃剂的特性,这也是生物基阻燃技术发展的必然措施。本文选用具有阻燃作用的植酸和胞嘧啶(Cy)作为原料,分别制备了植酸金属盐、植酸哌嗪盐(PA-Pi)以及三嗪成炭剂CC-Cy,研究了它们作为阻燃剂组分与商品阻燃剂复合使用在PP中的协同阻燃作用。具体包括以下三部分:1.以具有催化作用的金属离子锌(Zn2+)、镍(Ni2+)、钴(Co2+)为阳离子分别制备了植酸锌(PA-Zn)、植酸镍(PA-Ni)、植酸钴(PA-Co)等植酸金属盐。将其作为协效剂与商品膨胀型阻燃剂(IFR)复合,通过熔融共混法制备了PP复合材料。研究结果表明,PP复合材料中添加2 wt%PA-Zn和17 wt%IFR可以使氧指数达到29.2 vol%,比单独添加19 wt%IFR的氧指数提高5.1 vol%。同样添加1 wt%的PA-Ni与17 wt%IFR可以使PP复合材料氧指数达29.5 vol%,同样含量的PA-Co则使PP复合材料氧指数达28.6 vol%,并且两者均通过了UL-94 V-0级别的测试。这些结果表明,PA-Ni与PA-Co的对阻燃效率的提升作用略优于PA-Zn。通过热失重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱等分析了阻燃机理,结果发现植酸金属盐有助于提高IFR在高温下的交联度及稳定性,提高成炭率。而且植酸金属盐的加入改善了炭层质量,使残炭膨胀并产生很多褶皱,更好地阻隔气体和热量的交换,但是炭层中并未观察到新结构的形成,故这些植酸金属盐应该主要改变了成炭速度和质量,因而提高了阻燃效率。2.以哌嗪作为阳离子与植酸反应制备了PA-Pi,将其作为酸源与炭源双季戊四醇(DPER)复配,通过熔融共混法制备了阻燃PP复合材料。改变阻燃剂体系的复合比例和添加量,发现总添加量为25 wt%,PA-Pi:DPER为3:1时,PP复合材料的氧指数为28.1 vol%,达到了UL-94 V-0级别。通过TGA、SEM、Raman光谱等分析了阻燃机理,TGA研究发现PA-Pi与DPER之间的化学反应比较复杂,前期催化提前降解,后期则促进交联成炭。SEM及Raman光谱分析表明,随着阻燃剂添加量的增加,炭层更完整致密,缺陷明显减少并且规整度提高,炭层质量变好,因而获得了更高的阻燃效率。3.采用胞嘧啶与三聚氯氰反应制备了三嗪成炭剂CC-Cy,将其与聚磷酸铵(APP)和双酚A双(二苯基磷酸酯)(BDP)组成IFR体系,并用来提高PP的阻燃性能。结果显示PP中含20 wt%APP与5 wt%CC-Cy可以达到UL-94 V-2级别。而含18 wt%的APP/CC-Cy复合物APP:CC-Cy=4:1)与3 wt%BDP时,PP复合材料就可以达到UL-94 V-0级别,这说明三者间存在明显的协同作用,使阻燃效率得到提高。阻燃机理分析表明,APP与CC-Cy的反应促进了残炭的生成,BDP的加入进一步提高了成炭性能。红外热成像发现BDP可以降低样品点燃后表面的温度,而且还发现BDP不仅在气相中发挥作用,同时促进了固相中的成炭反应。APP、CC-Cy、BDP三者之间的良好协同,促进了有效的保护炭层的形成,提高了阻燃效率。