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环氧树脂(EP)因其独特的力学性能、化学稳定性和抗潮湿性等优点被广泛应用于各行各业。但在一些关键领域，必须对EP进行阻燃处理。因此，研发出一种与EP相容性好的高效阻燃剂具有重要意义。磷腈类阻燃剂因其无毒高效、热稳定性高的优点被广泛应用在阻燃领域。因此，本文采用六氯环三磷腈(HCCP)、N-氨乙基哌嗪(AEP)作为反应原料，制备出一种含有活性氨基的反应型阻燃添加剂（PBFA）。将其添加到EP中，利用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL94）、锥形量热测试（CCT）和热重分析仪（TGA）分别研究其阻燃性能和热稳定性；对生成的气相物质和残炭进行分析来研究阻燃机理。将金属镍离子（Ni2+）通过活性氨基的螯合作用引入到PBFA表面制成PBFA-Ni2+阻燃剂，再把PBFA-Ni2+阻燃剂加入到EP中；通过与相同添加量的PBFA对比，探究Ni2+的阻燃消烟、催化成炭的效果。具体工作内容如下：
第一部分：通过亲核取代反应制备PBFA，通过傅里叶变换红外（FT-IR）、固态31P谱核磁（Solid-state31PNMR）、X射线光电子能谱（XPS）来表征分子结构。然后将其添加到EP基材中,发现当PBFA添加量达到9wt%时（命名为EP/PBFA-9.0），样品的阻燃效果最好。EP/PBFA-9.0样品的LOI值可达到29.0%；且样品可以通过UL94V-0级。TGA结果表明加入PBFA会降低EP的起始分解温度，而达到800℃时EP/PBFA-9.0的残炭量较纯EP提高了6.95%。CCT结果表明：与纯EP相比，EP/PBFA-9.0的热释放峰值（PHRR）、总热释放量（THR）、烟释放总量（TSP）分别下降了46.70%、29.30%和48.04%。通过对纯EP和EP/PBFA-9.0样品降解过程中释放的气体进行气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析，表明PBFA可以显著减少EP可燃性物质的释放量，从而降低燃烧强度。通过FT-IR、扫描电镜（SEM）对残炭进行分析说明PBFA可以催化EP形成致密的保护炭层，且PBFA中P=N双键结构仍存留在残炭中，表明PBFA可以在凝聚相中起阻燃作用。力学测试结果表明一定添加量的PBFA可以提高EP的拉伸强度。
第二部分：在第一部分合成的PBFA基础上，把Ni2+螯合到PBFA表面制得PBFA-Ni2+阻燃剂，通过能谱分析（EDS）来检测Ni2+的存在，用EDTA滴定实验来确定Ni2+的含量。将PBFA、PBFA-Ni2+分别以6wt%的量添加到EP中得到EP/PBFA-6.0和EP/PBFA-Ni2+-6.0，只有EP/PBFA-Ni2+-6.0通过了UL94V-0级，且LOI值达到了27.7%。CCT结果表明：与纯EP相比，引入Ni2+后，EP/PBFA-Ni2+-6.0的PHRR较纯EP降低了41.02%；就THR和TSP而言，EP/PBFA-Ni2+-6.0较纯EP降低了28.48%和22.74%。对于一氧化碳产生速率（COP）、二氧化碳产生速率（CO2P），EP/PBFA-Ni2+-6.0的峰值较纯EP分别降低了34.50%和45.60%。对于残炭质量，EP/PBFA-Ni2+-6.0样品比纯EP高出19.58%，以上结果充分说明了Ni2+的引入对EP具有较好的催化成炭效果。利用Raman光谱对残炭进行分析，表明EP/PBFA-Ni2+-6.0的石墨化程度最高，炭层更加致密。TGA结果表明Ni2+的引入导致样品达到最大分解速率的温度明显延后，从而在一定程度上提高了对基体的保护作用。
第一部分：通过亲核取代反应制备PBFA，通过傅里叶变换红外（FT-IR）、固态31P谱核磁（Solid-state31PNMR）、X射线光电子能谱（XPS）来表征分子结构。然后将其添加到EP基材中,发现当PBFA添加量达到9wt%时（命名为EP/PBFA-9.0），样品的阻燃效果最好。EP/PBFA-9.0样品的LOI值可达到29.0%；且样品可以通过UL94V-0级。TGA结果表明加入PBFA会降低EP的起始分解温度，而达到800℃时EP/PBFA-9.0的残炭量较纯EP提高了6.95%。CCT结果表明：与纯EP相比，EP/PBFA-9.0的热释放峰值（PHRR）、总热释放量（THR）、烟释放总量（TSP）分别下降了46.70%、29.30%和48.04%。通过对纯EP和EP/PBFA-9.0样品降解过程中释放的气体进行气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析，表明PBFA可以显著减少EP可燃性物质的释放量，从而降低燃烧强度。通过FT-IR、扫描电镜（SEM）对残炭进行分析说明PBFA可以催化EP形成致密的保护炭层，且PBFA中P=N双键结构仍存留在残炭中，表明PBFA可以在凝聚相中起阻燃作用。力学测试结果表明一定添加量的PBFA可以提高EP的拉伸强度。
第二部分：在第一部分合成的PBFA基础上，把Ni2+螯合到PBFA表面制得PBFA-Ni2+阻燃剂，通过能谱分析（EDS）来检测Ni2+的存在，用EDTA滴定实验来确定Ni2+的含量。将PBFA、PBFA-Ni2+分别以6wt%的量添加到EP中得到EP/PBFA-6.0和EP/PBFA-Ni2+-6.0，只有EP/PBFA-Ni2+-6.0通过了UL94V-0级，且LOI值达到了27.7%。CCT结果表明：与纯EP相比，引入Ni2+后，EP/PBFA-Ni2+-6.0的PHRR较纯EP降低了41.02%；就THR和TSP而言，EP/PBFA-Ni2+-6.0较纯EP降低了28.48%和22.74%。对于一氧化碳产生速率（COP）、二氧化碳产生速率（CO2P），EP/PBFA-Ni2+-6.0的峰值较纯EP分别降低了34.50%和45.60%。对于残炭质量，EP/PBFA-Ni2+-6.0样品比纯EP高出19.58%，以上结果充分说明了Ni2+的引入对EP具有较好的催化成炭效果。利用Raman光谱对残炭进行分析，表明EP/PBFA-Ni2+-6.0的石墨化程度最高，炭层更加致密。TGA结果表明Ni2+的引入导致样品达到最大分解速率的温度明显延后，从而在一定程度上提高了对基体的保护作用。