环氧树脂具有良好的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学药品性能以及优异的粘结性能和尺寸稳定性,是应用最为广泛的热固性树脂之一。易燃性是环氧树脂的主要缺点之一,因此阻燃型环氧树脂的开发对于环氧树脂的应用和发展具有重要意义。近年来,随着人们环保意识的增强和环保法律法规的不断完善,无卤阻燃剂特别是磷系阻燃剂成为了研究的热点。9,10-二氢-9-氧-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)是一种高效环保的反应型阻燃剂,由于其分子结构中含有联苯环和菲环结构,因此比有机磷酸酯具有更高的热稳定性和化学稳定性。目前,DOPO已成为阻燃环氧树脂领域研究最为广泛且最具有应用前景的一种阻燃剂。含DOPO结构环氧树脂体系的制备以及DOPO结构在阻燃环氧树脂体系中的阻燃作用机理是当前该领域研究的热点,本文通过设计并合成不同结构固化剂制备了多种含DOPO结构的环氧树脂体系,详细测试和表征了各种含DOPO结构环氧树脂体系的阻燃性能,研究了环氧树脂体系中DOPO结构的阻燃机理以及DOPO结构与含氮结构的磷氮协同阻燃作用,主要研究内容包括以下几个方面:(1)通过DOPO与邻甲酚醛环氧树脂(CNE)合成了含磷环氧树脂DOPO-CNE,研究了催化剂三苯基膦对这一合成反应的催化作用。通过非等温DSC方法研究了DOPO与CNE的反应动力学,结果表明催化剂添加量为1.5 wt%时,反应活化能从162.2 kJ/mol降低到113.8kJ/mol。通过超高效聚合物液相色谱仪(APC)发现DOPO与CNE在130℃反应2h后反应完全。(2)合成线性酚醛树脂作为DOPO-CNE的固化剂,通过非等温DSC方法研究了固化反应过程,计算得到固化反应活化能为67.7kJ/mol。通过同步热分析、LOI和UL94垂直燃烧试验研究了环氧树脂的热稳定性、热分解机理和阻燃性能。结果表明DOPO结构在有氧氛围中发生热氧化分解生成磷酸,主要发挥凝聚相阻燃作用,而在缺氧或无氧氛围中发生热分解释放出磷氧自由基,主要发挥气相阻燃作用,DOPO-CNE(2%P)/PN环氧树脂体系可达到UL94 V-1等级(LOI=27%),DOPO-CNE(3%P)/PN环氧树脂体系可达到UL94 V-0等级(LOI=31%)。(3)合成三聚氰胺改性甲阶酚醛树脂作为DOPO-CNE的固化剂,通过非等温DSC方法研究了固化反应过程,计算得到固化反应活化能为62.6kJ/mol。通过热重分析、锥形量热仪、LOI、UL94垂直燃烧试验、扫描电镜、原子吸收光谱仪和元素分析仪等研究了环氧树脂的热稳定性、阻燃性能、残炭微观形貌特征和燃烧前后磷氮等元素含量的变化。结果表明磷元素阻燃效率大于氮元素阻燃效率,体系中氮元素主要发挥气相阻燃作用,磷元素主要发挥凝聚相阻燃作用,磷元素和氮元素的两种不同阻燃作用表现出协效阻燃效果,环氧树脂体系含磷量为1.4 wt%时,可达到UL94 V-1阻燃等级(LOI=26%);环氧树脂体系含磷量为1.4 wt%,含氮量为4.1 wt%时,可达到UL94 V-0阻燃等级(LOI=28%)。(4)通过DOPO和双氰胺(DICY)合成了阻燃性固化剂DOPO-DICY,通过红外光谱和核磁共振表征了DOPO-DICY的分子结构。通过DSC方法研究了DOPO与DICY的熔融反应,实验表明DOPO与DICY在200℃熔融反应3h可以合成DOPO-DICY。根据Ozawa方程计算得到双氰胺与DOPO-DICY固化邻甲酚醛环氧树脂的反应活化能分别为100 kJ/mol和74.5kJ/mol。通过热重分析、锥形量热仪、LOI、UL94垂直燃烧试验和扫描电镜研究了环氧树脂的热稳定性、阻燃性能和残炭的微观形貌特征。结果表明DOPO-DICY固化的邻甲酚醛环氧树脂热释放速率较低,燃烧后残炭表面形成一层具有一定强度和完整性的炭质保护层,DOPO-DICY固化的邻甲酚醛环氧树脂体系可达到UL94 V-0阻燃等级,LOI=30%。(5)通过双氰胺、苯酚、甲醛和DOPO合成了含磷氮酚醛树脂(DOPO-DICY-PF)。通过红外光谱和核磁共振表征了DOPO-DICY-PF的分子结构,通过APC研究了DOPO与含氮酚醛树脂的反应条件并确定合成条件为120℃反应2h,通过DSC方法计算得到DOPO-DICY-PF固化邻甲酚醛环氧树脂过程的反应活化能为84.3kJ/mol。通过同步热分析、锥形量热仪、LOI、UL94垂直燃烧试验和扫描电镜表征了环氧固化树脂的热稳定性、阻燃性能和残炭的微观形貌特征。结果表明环氧树脂燃烧时的热释放速率和释热量随着磷、氮元素含量的增加而降低,DOPO热氧化分解形成磷酸促进脱水成炭反应发挥凝聚相阻燃作用,而双氰胺热分解形成氨气等惰性气体发挥气相阻燃作用,磷氮元素的不同阻燃机理表现出协效阻燃效果,DOPO-DICY-PF固化的环氧树脂可达到UL94 V-0阻燃等级,LOI=29-32%。