环氧树脂(EP)由于具有优异的物理性能和化学稳定性,以及易加工成型等优点而被广泛地用在建筑、交通、电子等领域。然而,其固有的易燃性严重地限制了它的应用范围。近几年,为了解决传统卤素阻燃剂对人体和环境的危害,以羟基锡酸锌(ZHS)为代表的无卤阻燃剂备受研究者关注。特别是,课题组制备的系列ZHS纳米杂化阻燃剂在EP和聚氯乙烯中显示出良好的阻燃性能。但是由于地壳中锡元素的含量较低,成为其大规模生产和使用的瓶颈。针对此问题,本论文选用储量丰富、原料价格相对便宜的铁元素替代锡元素,并通过条件控制制备具有介孔结构和一维结构的纳米铁酸锌替代锡酸锌纳米颗粒。本论文主要开展两方面研究工作:一、利用水热法在氧化石墨烯(GO)表面原位生长介孔纳米铁酸锌(MZF)颗粒,制备一种MZF-GO纳米阻燃剂。利用MZF的介孔限域作用提高EP的热稳定性和防止EP的熔滴产生;利用MZF介孔大的比表面积吸附易燃热解产物提高阻燃性能;利用GO独特的二维层状结构和大的比表面积促进聚合物形成致密连续的炭层,从而阻隔热量和气体的传递,协效提高阻燃剂的阻燃性能。二、制备一维铁酸锌纳米棒(R-ZFO)阻燃剂。利用一维材料在聚合物燃烧时形成网络结构可以增强炭层的强度从而增强阻燃性能;利用一维材料的纤维增强效应增强聚合物材料力学性能。分别通过X射线粉末衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、比表面及孔隙度分析仪(BET)、透射电子显微镜(TEM)等多种表征仪器对MZF-GO和R-ZFO两种阻燃剂进行结构和形貌的表征。利用热分析仪、氧指数仪(LOI)、锥形量热仪(CONE)、动态热机械分析仪、万能试验机等对阻燃剂在EP中的阻燃性能和力学性能进行研究。并且用场发射扫描电子显微镜(SEM)、激光显微拉曼光谱仪(Raman)和XRD表征燃烧过的炭渣的形貌和结构,探究其阻燃作用机理。主要内容如下:1.MZF-GO纳米阻燃剂的制备及其在EP中阻燃性能的研究通过水热法在GO表面原位生长MZF纳米颗粒,制备了MZF-GO纳米阻燃剂。从SEM和TEM照片可以看出MZF纳米颗粒均匀地分布在GO片层上,有效地抑制了GO的团聚和重新堆叠,其中MZF微球的平均直径约20 nm左右。BET测试结果表明MZF的孔径大小大约为3.9 nm。将MZF-GO、GO、ZHS-GO三种阻燃剂分别添加到EP中考察它们的阻燃性能。在3 wt.%添加量下,GO、ZHS-GO、MZF-GO分别将EP的LOI值由22.0提高到22.2、24.2、27.2。CONE结果表明:与纯EP相比,MZF-GO/EP的热释放速率峰值、总热释放量、总烟释放量分别降低了39.57%、22.69%、32.56%。MZF-GO在所有样品中表现出最好的阻燃性能。SEM、Raman和XRD对燃烧过的炭渣的结构和组成进行了表征,结果表明:MZF-GO能够促进EP形成更加致密连续高石墨化程度的炭渣,其可以阻隔热量、氧、热解气体的传递,从而显示出最佳的阻燃性能。此外,MZF的介孔结构能够防止EP熔滴的滴落从而阻碍火焰的蔓延,并吸附部分易燃挥发物提高阻燃性能。2.R-ZFO阻燃剂的制备及其在EP中阻燃性能及力学性能的研究通过简单的微乳液法和共沉淀法分别制备了R-ZFO和铁酸锌纳米颗粒(NP-ZFO)。TEM和SEM等表征手段证明制备的R-ZFO其直径大约为200 nm,长度主要分布在1μm~10μm左右范围内;NP-ZFO的直径大约为10 nm左右。在3 wt.%添加量下,R-ZFO对EP的阻燃性能最佳,其可以使EP的热释放速率峰值、一氧化碳释放速率、总烟释放量分别降低34.16%、23.21%、5.36%;并将EP达到热释放速率峰值的时间由135 s提高到195 s,将EP的残炭量由0.24%提高到10.27%,将LOI值由22.5提高到28.3。主要原因是R-ZFO在EP中可形成无规分布和相互纠缠的网络结构,其作为阻隔层可以减缓EP的热降过程。此外,残炭的SEM和Raman测试结果表明,R-ZFO能够促进形成高质量石墨化炭层,其可以起到更好的屏障保护作用,从而提高阻燃性能。力学性能测试表明,R-ZFO对EP拉伸性能的影响比NP-ZFO小,并能够提高EP的动态弹性模量。这主要归因于其在EP中形成的网络结构能够限制EP分子链的扩散。