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环氧树脂从二十世纪三十年代首次被合成至今,已经有近百年的历史。得益于优异的综合性能,环氧树脂的应用领域十分广泛。随着工业的发展,高性能环氧树脂逐渐受到人们的关注。然而简单的环氧树脂配方往往不能使环氧树脂具有优异的综合性能。通过加入不同环氧树脂的添加剂,可以在不改变基体树脂的情况下,提高环氧树脂的一种或多种性能,从而改善环氧树脂的综合性能,使其适用于不同的领域。六氯环三磷腈（HCCP）是一种无机六元环状小分子由于其具有六个反应活性位点、独特的磷氮环状结构及理化性质（如良好的阻燃性、光学透明性和热稳定性等）,HCCP在合成功能化合物方面吸引了研究者的极大兴趣。基于HCCP设计合成功能磷腈衍生物,将其应用于环氧树脂改性,将有望获得一类性能优异的环氧树脂添加剂。基于此,本论文以六氯环三磷腈为内核,设计合成了三种不同的环三磷腈衍生物,并将其分别用作环氧树脂的增韧剂、固化剂和固化促进剂。具体研究内容及结果如下:1.基于环三磷腈的六臂星形聚己内酯的合成及其增韧环氧树脂的研究以六氯环三磷腈和对羟基苯甲醛为原料,合成了末端为醛基的星形小分子六（对醛基苯氧基）环三磷腈;再将其末端的醛基还原为羟基,得到了六（对羟甲基苯氧基）环三磷腈;然后将其作为引发剂,引发e-己内酯开环,通过控制投料比,合成了四种不同分子量的六臂星形聚己内酯（s-PCL）,并利用核磁共振、红外光谱和GPC对其结构进行了表征。进一步将所合成的s-PCL作为环氧树脂添加剂,加入到双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂-酸酐固化体系中,研究了星形聚己内酯的添加量及分子量对环氧树脂热固化物的热机械性能和热性能的影响。红外、核磁和GPC表明成功合成了四种分子量不同的六臂星形聚己内酯（s-PCL-10、s-PCL-20、s-PCL-30和s-PCL-40）,其分子量分布较窄。以s-PCL-30为例,研究了不同添加量的s-PCL对环氧树脂性能的影响。结果表明,当添加量为3 wt%时,固化物的综合性能最佳。相比于纯环氧,其冲击强度增加了150%,拉伸强度提高了30%,玻璃化转变温度无明显变化。加入星形聚己内酯后,环氧树脂的热稳定性无明显影响。这主要是因为内部刚性的磷腈环和外部柔性的聚己内酯链段共同作用的结果。此外,研究了在相同添加量下,不同分子量的s-PCL对环氧树脂性能的影响。结果表明,s-PCL-10、s-PCL-20和s-PCL-30的加入对环氧树脂抗冲击强度的提升影响更大,约为纯环氧树脂的250%,而s-PCL-40对环氧树脂抗冲击强度的提升影响较小,但仍优于纯环氧树脂。此外,四种不同分子量s-PCL的加入均提高了环氧树脂的拉伸强度和断裂伸长率。2.基于环三磷腈的杂臂星形低聚物的合成及其增韧环氧树脂的研究以六氯环三磷腈和对羟基苯甲醛为原料,通过亲核取代反应合成了六（对醛基苯氧基）环三磷腈;再将其与油胺通过席夫碱反应合成了具有柔性脂肪链的六臂星形化合物;最后将该星形化合物的亚胺还原为仲胺,与环氧树脂低聚物反应得到了一种杂臂星形低聚物。红外光谱和核磁共振表明了杂臂星形低聚物的成功合成。进一步将该杂臂星形低聚物作为添加剂加入到双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂-酸酐固化体系中,通过差示扫描量热分析考察了其对环氧树脂热固化过程的影响,并研究了不同低聚物添加量对环氧树脂热固化物的力学性能及热性能的影响。结果表明,杂臂星形低聚物的加入不会显著影响环氧树脂的固化过程以及固化物的玻璃化转变温度;加入杂臂星形低聚物可显著提升环氧树脂的耐冲击性,当添加量为5 wt%时,固化物的冲击强度最佳,相比原始环氧树脂固化物提升约150%,且拉伸强度、热稳定性和耐水性均得到一定程度上的提高。这主要是因为杂臂星形低聚物的加入,提高环氧树脂固化物的交联密度,刚性的磷腈环内核和柔性的脂肪链段共同作用,提高了环氧树脂的力学性能。此外,低极性的脂肪链段有利于对水分子的阻隔。3.基于环三磷腈的咪唑羧酸盐的合成及其作为环氧树脂潜伏型固化剂和固化促进剂的研究以六氯环三磷腈和对羟基苯甲醛为原料,合成了末端带有醛基的星形环三磷腈衍生物（N3P3-PHBA）;再利用高锰酸钾将末端的醛基氧化为羧基,得到了一种基于环三磷腈的有机羧酸（N3P3-COOH）;然后利用N3P3-COOH与2-甲基咪唑发生成盐反应,合成了一种基于环三磷腈的咪唑羧酸盐。通过红外光谱、核磁共振氢谱和磷谱对产物的分子结构进行了表征。进一步将不同含量的咪唑羧酸盐添加至双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂中,研究了其作为固化剂的固化行为以及固化物的玻璃化转变温度和热稳定性。结果表明,当咪唑羧酸盐的添加量为20 wt%时,环氧树脂的固化反应完全,且固化物的玻璃化转变温度和热稳定性最佳。利用DMA测定了固化后的环氧树脂的动态热机械性能,固化物在40°C下的模量为2500 MPa。利用流变仪测定了环氧树脂和咪唑羧酸盐混合物在室温下的粘度变化,结果表明混合物在室温下能保持较长时间的流动性,具有良好的室温储存期。这主要是因为N3P3-COOH的引入降低了2-甲基咪唑三号位氮原子的反应活性,提高了其室温储存期。此外,将不同含量的咪唑酸酸盐添加至环氧树脂/酸酐体系中,研究了其作为固化促进剂,对环氧树脂/酸酐体系固化行为的影响,并考察了体系的室温储存期。结果表明,咪唑羧酸盐的加入可降低环氧树脂/酸酐体系的固化温度,使其固化温度由280°C降至140°C左右,实现中温固化。并且,混合物在室温下能保持较长时间的流动性,具有较长的室温储存期。