在过去的几十年里，阻燃行业得到了快速的发展，人们对于阻燃剂、阻燃方法和阻燃机理等方面的研究越来越深入和全面。一般来说，对聚合物进行阻燃的方法有两种：即“添加型”和“反应型”。然而，添加型阻燃剂与基材的相容性较差，导致材料的力学性能急剧恶化且阻燃剂易于迁出，因此，越来越多的研究集中在能够赋予聚合物永久阻燃和良好力学性能的反应型阻燃剂上，为阻燃聚氨酯的发展开辟了一个崭新的方向。本论文的选题是将均苯四甲酸酐（PMDA）作为反应型阻燃剂，制备一系列本质阻燃热塑性聚酰亚胺型聚氨酯（TPIUs），并对其结构、性能和阻燃机理进行了探讨。此外，为了提高TPIUs的阻燃性能，还在其主链上引入了其他类型的反应型阻燃剂。具体研究内容如下：采用聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）作为软段，4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和PMDA作为硬段，通过两步法合成了TPIUs。采用热失重仪（TG）、UL-94垂直燃烧仪（UL-94）、极限氧指数仪（LOI）、锥形量热仪（CONE）对其耐热性能和阻燃性能进行了研究，结果表明一定硬段含量的TPIUs具有很好的耐热性能和阻燃效果，以及抗熔滴性能。与传统的热塑性聚氨酯（TPU211，摩尔比MDI:PTMG:1,4-丁二醇=2:1:1）相比，相同摩尔组成的TPIU211（摩尔比MDI:PTMG:PMDA=2:1:1）显示了更加良好的热稳定性，TPIU211的初始热分解温度（T5%）和热失重最快对应的温度（Tmax）比TPU211分别高33.2°C和18.7°C，而且，TPIU211的总的热释放量（THR）和热释放速率峰值（p-HRR）分别比TPU211下降了64%和15%，说明酰亚胺基团具有良好的耐热性能和阻燃性能，有效地抑制了TPIUs的燃烧。此外，随着硬段含量的增加TPIUs的点燃时间（TTI）和极限氧指数（LOI）均增加，而总的热释放量（THR）和热释放速率峰值（p-HRR）逐渐降低。TPIUs的断裂强度可达23.1-37.6MPa，满足聚氨酯通常所需要的力学性能。炔基在高温条件下可以充分交联形成稳定的稠环结构，有利于提高含炔基聚合物的阻燃性能。PMAD和1,4-丁炔二醇（BTO）被用作扩链剂合成两种类型的TPIUs：（1）采用PMDA和BTO合成PBDCB，然后以PBDCB为扩链剂与MDI和PTMG反应制备PBDCB/TPIU;（2）采用PMDA和BTO作为扩链剂，与MDI和PTMG反应制备PMDA/BTO/TPIU。PMDA和BTO比PBDCB具有更高的反应性，有助于生成较长的聚合物主链，因而PMDA/BTO/TPIU的拉伸强度和数均分子量比PBDCB/TPIU要高得多。热失重表征发现相同配方的PBDCB/TPIU比PMDA/BTO/TPIU具有更好的热稳定性。阻燃测试结果表明PBDCB、PMDA和BTO均可有效地阻燃TPIUs，3.2mm厚度的PBDCB/TPIU和PMDA/BTO/TPIU的UL-94垂直燃烧均达到V-2级，然而，PBDCB/TPIU具有离火即熄现象，而PMDA/BTO/TPIU还持续燃烧小段时间。PBDCB/TPIU的LOI随着硬段含量的增加而增高，且在相同配方下， PBDCB/TPIU的LOI值比PMDA/BTO/TPIU要高，这表明PBDCB比PMDA和BTO表现出更优异的阻燃性能。聚二甲基硅氧烷（PDMS）是燃烧后在材料的表面留下Si-O结构的化合物而成为令人关注的阻燃剂。论文将PDMS作为一部分软段与PTMG、PMDA和MDI合成一系列本质阻燃TPIU/PDMS。与TPU211相比，TPIU/PDMS具有更加优异的力学性能和热稳定性。CONE测试结果证实PDMS的添加提升了材料的阻燃效果。采用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱仪（EDXS）对TPIU/12.4%PDMS进行CONE测试后剩下的残炭进行表征，结果表明，PDMS对TPIU的良好阻燃效果归因于燃烧生成的热稳定性较好的Si-O结构的炭层。9,10-二氢-9-氧杂-10-磷-10-氧化物（DOPO）是一种环状磷酸酯，其衍生物已广泛地引入到聚合物中以提高其阻燃性和热稳定性。论文将DOPO-NQ阻燃剂单独或与PMDA复配分别制备阻燃DOPO-NQ/TPU或DOPO-NQ/TPIU。TG分析表明，相同摩尔组成的DOPO-NQ/TPU和DOPO-NQ/TPIU的T5％和Tmax非常相近。3.2mm厚度的DOPO-NQ/TPU的UL-94垂直燃烧均达到V-2级，而且，DOPO-NQ/TPU具有离火即熄现象。P元素含量为1.08％时，DOPO-NQ/TPU211的LOI值最大，为28.2。采用PMDA与DOPO-NQ共同作为扩链剂时，3.2mm厚度的DOPO-NQ/TPIU321和DOPO-NQ/TPIU211的UL-94垂直燃烧均达到V-2级，当硬段含量增大到40.2%时，即DOPO-NQ/TPIU312，样品UL-94测试没有等级，且其LOI值随着硬段含量的增加而逐渐下降，这表明DOPO-NQ单独使用比与PMDA复配使用具有更好的阻燃效果。为了进一步提高TPIUs的阻燃效果，将聚磷酸铵（APP）单独或与双季戊四醇（DPER）复配制备阻燃TPIU/APP或TPIU/APP/DPER复合材料。力学性能测试结果表明复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随着阻燃剂添加量的增加而减小，并且TPIU/APP/DPER下降的幅度比TPIU/APP大。热失重分析发现TPIU填充复合物的热稳定性随着阻燃剂添加量的增加而变小，这是由于APP能够加速分解聚氨酯。阻燃测试结果表明在相同添加量的条件下，TPIU/APP的LOI值比TPIU/APP/DPER稍高，然而其UL-94垂直燃烧级别一样，且添加50%APP或APP/DPER以后，复合材料达到V-0级。复合材料的燃烧性能通过CONE进行表征，结果发现APP与DPER之间的酯化反应比单纯采用APP作阻燃剂更易于形成更强更致密的炭层，促使其具有更好的阻燃效果，为进一步解释其阻燃机理，同时利用SEM、FTIR和EDXS对复合材料的残炭进行了详细的研究。