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随着科技的进步,水性聚氨酯广泛应用于各类涂层整理剂,如皮革、木器、纺织品等,可以显著提高涂层的光泽度、硬度、柔韧性和防潮耐湿性等。近年来,研究者发现将水性聚氨酯阻燃功能化以后,应用于织物后整理中,还可以显著提高织物的阻燃性能。目前,市场上基本采用阻燃剂与水性聚氨酯复配的方式对织物进行阻燃整理,这种方法有阻燃剂添加量大、涂层不透明、耐水洗性差、易迁移的缺点。反应型阻燃水性聚氨酯可以克服上述缺点,在显著提高织物阻燃性的同时并不影响织物的其他应用性能。鉴于目前对涂层阻燃整理的高档化、系列化及绿色化的要求,本论文开展软、硬段共改性无卤本质阻燃水性聚氨酯的合成、性能及其应用的研究。首先,以三氯氧磷、二甲基盐酸盐和乙醇胺为主要原料,首次合成了一种分子结构为环状的磷酰胺型二元胺类磷-氮协效阻燃剂——2,7-二（N,N-二甲胺基）-1,6,3,8,2,7-八氢二恶二唑二次膦酸（ODDP）,并通过核磁氢谱、核磁碳谱、质谱、元素分析和红外光谱表征了ODDP的分子结构,通过TG分析了ODDP的热分解性能。以甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚醚多元醇（N-210）和二羟甲基丙酸（DMAP）为预聚物主要原料,以含磷多元醇（OP550）、P-N系阻燃剂N,N-二（2-羟乙基）氨甲基膦酸二乙酯（Fyrol-6）和ODDP为软、硬段阻燃剂,分别合成了不同阻燃剂含量的ODDP硬段阻燃改性水性聚氨酯（DPWPU）系列乳液,软、硬段共改性阻燃水性聚氨酯（DPOWPU和FOWPU）系列乳液以及两种软、硬段共改性阻燃水性聚氨酯乳液的系列共混物。通过红外光谱表征了DPWPU、DPOWPU和FOWPU的分子链结构,测定了各系列阻燃水性聚氨酯的乳液性能（粒度分布、粘度、稳定性、微观结构等）和乳胶膜性能（耐水性、力学性能、阻燃性、热分解行为等）。阻燃性测试结果表明,合成的各系列无卤本质阻燃改性水性聚氨酯中,阻燃成份含量相等的前提下,OP550和ODDP共改性的阻燃水性聚氨酯DPOWPU具有较优的阻燃效果,UL-94测试结果达到了v-0级（该测试标准下阻燃最高级）,且锥形量热测试的各项热释放参数显示,DPOWPU燃烧热释放量更低,残炭率更高。此外,将DPOWPU与FOWPU乳液共混后,共混乳液的阻燃性进一步提高,极限氧指数（LOI）最高达32.4%。TG测试结果表明,软、硬段共改性制备的阻燃水性聚氨酯,其热分解行为发生了显著变化,热分解过程较改性前更为复杂,且均随软、硬段阻燃剂（OP550和ODDPFyrol-6）含量增多,初始分解温度降低、主要分解阶段最大分解速率处温度降低,残炭率升高;DSC测试结果表明:硬段和软段的化学结构及阻燃剂含量的变化将影响水性聚氨酯的微相分离结构,进而影响水性聚氨酯的力学性能、耐水性和热分解性能。通过TG-IR,SEM,SEM–EDS等表征手段研究阻燃水性聚氨酯的热分解性能。FOWPU和DPOWPU热分解残留物的红外光谱图中均有不同强度的P-C、P=O、P-OH等含磷物质的特征吸收峰,说明高温分解后,含磷阻燃剂中的磷大部分残留在炭层中。残炭SEM-EDS测试结果显示,残炭中磷元素含量随阻燃剂含量增多而增多;扫描电镜照片显示,各本质阻燃体系中软、硬段阻燃剂含量越多,各样品残炭层越光滑、致密、平整,且无孔洞。综上,软、硬段本质阻燃改性水性聚氨酯FOWPU和DPOWPU均为凝聚相-气相协同阻燃机理:软、硬段同时嵌入含磷阻燃剂,使磷元素在聚氨酯大分子链上分布的更广泛,可高效催化聚氨酯分解成炭,且促进NH3的生成。致密炭层抑氧隔热,NH3不燃,从而在凝聚相和气相协同阻燃。采用动态热失重法研究了未阻燃改性水性聚氨酯（WPU）、阻燃改性水性聚氨酯DPWPU15、FOWPU713、DPOWPU513和共混乳液HDFWPU7的热分解动力学,求出各水性聚氨酯热分解的动力学三因子（n,E和A）。选择综合性能较好的DPWPU15、DPOWPU513、FOWPU713、HDFWPU7、HDFWPU4、HDFWPU3、HDFWPU2和HDFWPU1进行应用性能研究。结果表明:DPOWPU513、HDFWPU2、HDFWPU3、HDFWPU4和HDFWPU7整理后的涤纶布,阻燃性能测试评价可通过GB/T5455–1997 B1级标准;经上述本质阻燃水性聚氨酯织物涂层剂整理后的纯棉布的阻燃性（LOI）也有所提高。与市售的添加型溴锑系阻燃涂层胶（TF–680）相比,软、硬段共改性本质阻燃水性聚氨酯织物涂层剂具有涂层透明、牢度高、抗静电能力强、透气性小、力学性能优、燃烧时发烟量少等特点。