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次膦酸盐阻燃剂是一种新型的有机磷系阻燃剂,以二乙基次膦酸铝(AlPi)为代表,在尼龙、聚酯等聚合物中阻燃效果显著。但是,由于德国克莱恩公司对其合成技术的垄断,国内使用的大部分AlPi仍依赖进口,并且价格昂贵。目前,国内虽然可以合成出AlPi,但是产率以及热稳定性和克莱恩公司的产品还有很大差距。另外,其他结构的次膦酸盐阻燃剂的合成虽然也见诸报道,但是大都处于实验室研究阶段。因此,研究次膦酸盐阻燃剂的合成及其应用具有重要的现实意义。本文尝试合成了四种新型结构的次膦酸盐阻燃剂：二-(羟基-苯基-甲基)-次膦酸镧(LaBPi)、(羟基-苯基-甲基)-次膦酸铝(AlHMPi)、对苯二甲醛-次磷酸共聚次膦酸铝(AITHCP)和二-(氨基-苯基-甲基)-次膦酸镧(LaBAPi)。使用核磁共振氢谱(1HNMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X射线能谱(EDS)等手段对阻燃剂的结构和组成进行了表征。然后将合成的阻燃剂分别应用于聚乳酸(PLA)中,对复合材料的阻燃性能、热稳定性和力学性能等进行了研究,并提出了相关的阻燃机理。具体包括以下四部分内容：1.LaBPi的合成及其应用。使用次磷酸(H3PO2)、苯甲醛(PhCHO).七水合氯化镧(LaCl·37H2O)合成了双取代的次膦酸镧LaBPi,发现LaBPi对PLA的垂直燃烧(UL-94)结果有所改善,纯PLA无等级,加入LaBPi后的PLA复合材料均通过了UL-94 V-2,但是LaBPi对PLA的极限氧指数(LOI)提高不明显。热重(TG)分析结果表明,LaBPi在250～270℃之间剧烈分解,而其分解产物能促进PLA的降解,因此,随着LaBPi添加量的增加,阻燃效果反而有所下降。2. AlHMPi的合成及其应用。使用H3PO2、PhCHO、十八水合硫酸铝(A12(SO4)3·18H2O)合成了单取代的次膦酸铝AlHMPi。AlHMPi对PLA的阻燃性能有明显提高,添加量为5～15wt%时,LOI均保持在27.0左右,并且都通过了UL-94 V-0,但是在锥形量热(CONE)测试指标中,AlHMPi的效果不佳。该体系的阻燃机理主要是融滴带走热量和气相自由基捕捉。另外,TG分析表明,AlHMPi可以促进PLA少量成炭,但是CONE测试中并无残炭生成。差示扫描量热(DSC)分析表明,AlHMPi对PLA的异相成核有一定的促进作用。AlHMPi对PLA力学性能影响较小,PLA/AlHMPi (5 wt%)复合材料可以保持PLA拉伸强度的85%。3. AITHCP的合成及其应用。使用H3PO2、对苯二甲醛、Al2(SO4)3·18H2O合成了聚合型次膦酸铝AITHCP。AITHCP添加量为10 wt%的情况下,PLA复合材料的阻燃效果最佳,LOI提高到了27.7,在UL-94测试中达到V-0等级。TG分析表明,AITHCP总体热稳定性较高,800℃时时还有63.6 wt%的残余,对PLA热稳定性影响较小。PLA/AITHCP的成炭量较多,但是炭层强度较差,因此在CONE测试中效果并不好,热释放量反而略有增加。该体系的阻燃机理主要是融滴带走热量和气相自由基捕捉。4. LaBAPi的合成及其应用。使用H3P02、三苯甲醛缩二氨、三甲基氯硅烷和LaCl3-7H2O合成了含氮的次膦酸镧LaBAPi。LaBAPi在PLA中的阻燃效果明显,PLA/LaBAPi (5 wt%)的LOI为29.1,达到了V-0等级。综合分析表明其阻燃机理主要是气相自由基捕捉和气相稀释。凝胶渗透色谱(GPC)分析表明,LaBAPi勺加入会促进PLA的氨解。