近年来,膨胀型阻燃剂由于具有阻燃性能高、排烟少和无毒环保等优点,已经成为取代高毒性含卤阻燃剂的无卤阻燃剂中最典型代表之一,是目前最有发展潜力的阻燃剂。一般来说,化学膨胀阻燃体系是由酸源、炭源和气源组成,在这其中,使用最多的炭源是季戊四醇及其衍生物,但这类炭源大多是来自石油裂解的产物,随着石化资源的日益消耗,使得这类炭源变得愈加昂贵并且不可再生。因而,寻找清洁、廉价和可持续的炭源成为阻燃领域的新挑战和研究热点。淀粉,作为一种可再生且来源丰富的天然高分子碳水化合物,是由多羟基结构的α-D-吡喃葡萄糖单元组成。通过对淀粉结构重组和修饰,构筑可持续使用的绿色炭源,成为摆脱传统膨胀型阻燃体系中炭源对石化资源依赖的有效途径。本论文针对聚丙烯(PP)的易燃性和传统炭源的不可持续性,以可溶性淀粉(SS)作为炭源,通过化学反应将酸源和气源与淀粉进行化合,进而制备出三源一体型淀粉基无卤膨胀型阻燃剂。与此同时,通过对淀粉基阻燃剂的疏水表面改性,进一步提高阻燃剂与聚丙烯的相容性和阻燃效率。除此之外,本论文将改性的淀粉基阻燃剂与可膨胀石墨进行复配,创建生物质基协同膨胀阻燃体系,并且研究阻燃体系在聚丙烯中的阻燃性能和机理。本论文的主要研究内容如下:1、首先采用水热法和中和法制备了三源一体型淀粉基阻燃剂(SSPM),并通过熔融共混的方式引入到聚丙烯中。淀粉基阻燃剂具有优异的成炭效率,成炭温度集中在350-400℃。相比于纯PP和PP/30 phr SS,PP/30 phr SSPM的阻燃性能和热稳定性明显加强,极限氧指数(LOI)为26.4%,垂直燃烧实验达到UL-94 V-1级,说明淀粉基阻燃剂的引入可以有效提高聚丙烯的阻燃性能和抗熔滴能力。除此之外,对聚丙烯复合材料燃烧残余物的系统分析,结果表明,燃烧残余物为具有P-O-C交联结构的致密连续炭层,这成为聚丙烯阻燃性能提高的关键原因。基于这些事实,进一步推断出淀粉阻燃剂在聚丙烯中的凝聚相阻燃机理。2、为了提高淀粉基阻燃剂在聚丙烯中的分散性和相容性,同时降低淀粉基阻燃剂的团聚和迁出问题,本论文采用有机硅树脂对淀粉基阻燃剂进行疏水表面改性。实验表明,改性后的淀粉基阻燃剂粒子表面更加粗糙、粒径分布明显变小,接触角达到128°;并且水溶解度大幅度降低;除此之外,MSSPM在700℃时残余率高达37.5%。相比于SSPM,MSSPM与聚丙烯的相容性更好,这归因于MSSPM与PP间相近的表面能。通过阻燃性能测试可以看出,PP/30 phr MSSPM的LOI值达到27.8%,垂直燃烧实验获得UL-94 V-1级。在此基础上,为了进一步提高聚丙烯复合材料的阻燃性能并解决其存在的熔滴问题,将MSSPM与可膨胀石墨(EG)进行复配,构建化学-物理协同膨胀阻燃聚丙烯体系。阻燃测试结果表明,当总添加量为30份,MSSPM/EG的比例为1:3时,阻燃效果最佳,LOI值高达33.5%,并通过垂直燃烧测试中的UL-94V-0级。热失重分析表明,PP/MSSPM/EG 1-3体系在700℃下的成炭率高达25.9%;通过对比拟合曲线与实验曲线,进一步证实MSSPM与EG在聚丙烯复合材料中的协同成炭作用。基于对燃烧残余物的系统分析,推断MSSPM/EG体系的协同互补成炭阻燃机理。本论文通过以可持续使用的淀粉为炭源,制备三源一体型无卤阻燃剂,构筑化学-物理协同膨胀的阻燃体系,旨在有效提高聚丙烯的阻燃性能。本论文的开展,有望进一步拓宽聚丙烯材料的应用范围,同时也为生物质基膨胀阻燃体系的研究和开发奠定了实验基础和理论依据。