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环氧树脂是目前最重要的热固性树脂之一,由于它成本低、固化过程方便,还表现出优异的耐化学溶剂、电绝缘和热稳定性,因此被广泛应用于粘合剂、涂料、电子电气和航空航天等领域。然而,传统的环氧树脂所使用的固化剂大多来源于石油资源,随之而来的是温室气体排放以及环境污染等问题。同时,环氧树脂还存在易燃、脆性大等缺点,限制了其应用领域。因此,开发新型环保生物基固化剂从而制备阻燃增韧的环氧树脂具有重要意义。本文在以腰果酚为原料的基础上引入了磷元素以及能与环氧基团反应的活性官能团,设计合成了一系列磷氧化态和官能团数目可调控的含磷腰果酚基固化剂,从而制备出具有自增韧和阻燃成炭的腰果酚基环氧体系。具体的研究内容如下:1.首先以苯酚、甲醛溶液和腰果酚为原料通过曼尼希反应合成了三种不同摩尔比例的腰果酚酚醛树脂（P1C1F、P2C1F和P3C1F）,然后以氯代磷酸二苯酯为原料通过部分取代反应合成了多种不同取代比例的含磷腰果酚基羟基型固化剂（P1C1F-0.5DCP、P1C1F-0.6DCP、P1C1F-0.7DCP、P2C1F-0.5DCP、P2C1F-0.6DCP、P2C1F-0.7DCP、P3C1F-0.5DCP、P3C1F-0.6DCP 和 P3C1F-0.7DCP）,将合成的固化剂分别固化DGEBA并且同DGEBA/DDM作对比,进而筛选出阻燃和增韧效果最好的三种环氧树脂。垂直燃烧和极限氧指数结果表明,DGEBA/P1C1F-0.6DCP、DGEBA/P1C1F-0.7DCP、DGEBA/P2C1F-0.6DCP、DGEBA/P2C1F-0.7DCP、DGEBA/P3C1F-0.6DCP 和 DGEBA/P3C1F-0.7DCP 均能通过V-0级别并且LOI值均在29%左右。锥形量热仪测试结果表明,DGEBA/P1C1F-0.6DCP、DGEBA/P2C1F-0.6DCP 和 DGEBA/P3C1F-0.6DCP 的热释放速率峰值（PHRR）分别比DGEBA/DDM降低了 68.4%、64.7%和70.7%。通过炭渣的形貌和结构分析,含磷腰果酚基羟基型固化剂的阻燃机理在于能够在燃烧过程中促进形成质量更高的炭渣,发挥更好的隔热、隔氧的效果。此外,拉伸测试结果表明 DGEBA/P1C1F-0.6DCP、DGEBA/P2C1F-0.6DCP 和DGEBA/P3C1F-0.6DCP 的断裂伸长率分别从 2.9%（DGEBA/DDM）提升至 54.5%、45.9%和27.1%,冲击测试结果进一步表明 DGEBA/P1C1F-0.6DCP、DGEBA/P2C1F-0.6DCP 和 DGEBA/P3C1F-0.6DCP 的冲击强度分别比DGEBA/DDM 提高了 42.2%、106.9%和 91.2%。2.以腰果酚、氯代磷酸二苯酯、二苯基次膦酰氯和马来酸酐为原料,设计合成了两种磷氧化态的含磷腰果酚基酸酐型固化剂（Car-DCP-MAH和Car-DPC-MAH）,并将其与DGEBA固化制备得到相应的环氧树脂体系。采用热重分析仪、极限氧指数、垂直燃烧和锥形量热仪测试了其热性能和阻燃性能。结果表明,DGEBA/Car-DCP-MAH和DGEBA/Car-DPC-MAH分解温度提前,但早期热解过程中产生的磷酸类物质促进了炭层的形成,故这两个体系在空气下的残炭率（800℃）分别达到7.0%和5.2%,远高于DGEBA/DDM的残炭率（0.2%）;燃烧测试结果表明,DGEBA/Car-DCP-MAH 和 DGEBA/Car-DPC-MAH 的 LOI 值分别为29%和28%,且在UL-94测试中均达到了 V-0级别,而DGEBA/DDM的LOI值仅为24.5%且UL-94测试没有级别;同时与DGEBA/DDM相比,DGEBA/Car-DCP-MAH 和 DGEBA/Car-DPC-MAH 的 PHRR 值分别降低了 42.3%和47.7%。通过热重-红外、扫描电镜以及拉曼光谱等测试手段分析了DGEBA/Car-DCP-MAH和DGEBA/Car-DPC-MAH的阻燃机理:由于形成了完整和致密的炭层抑制了可燃性气体的释放,并屏蔽热辐射以保护内部基体。此外,这两种体系的断裂伸长率分别从2.9%（DGEBA/DDM）提升至24.5%和11.7%,且冲击强度分别从10.2 kJ/m2（DGEBA/DDM）增加到了 14.5和11.4 kJ/m2,表明这两种树脂具有明显提升的韧性。3.以腰果酚、氯代磷酸二苯酯、二苯基次膦酰氯和二乙烯三胺为原料,通过曼尼希反应设计合成了两种磷氧化态的含磷腰果酚基胺基型固化剂（Car-DCP-DETA 和 Car-DPC-DETA）。采用1H NMR、31P NMR 和 FTIR 证实了 Car-DCP-DETA和Car-DPC-DETA的化学结构。将DGEBA/DDM作为对比样品,研究了DGEBA/Car-DCP-DETA 和 DGEBA/Car-DPC-DETA 体系的固化动力学、热稳定性、阻燃性和力学性能。锥形量热仪测试结果表明,DGEBA/Car-DCP-DETA和DGEBA/Car-DPC-DETA 的 PHRR 值比 DGEBA/DDM 分别降低了 76.8%和 44.8%,并且总热释放量（THR）分别降低了 21.3%和33.8%,同时DGEBA/Car-DCP-DETA和DGEBA/Car-DPC-DETA的平均有效燃烧热（av-EHC）分别从36.5 MJ/kg（DGEBA/DDM）降低至11.9和27.8 MJ/kg;此外,通过热重-红外研究了环氧树脂热分解过程中气相产物的组成,采用扫描电镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱分析了残炭的形貌组成,进而推断出其阻燃机理;拉伸和弯曲测试结果表明,DGEBA/Car-DCP-DETA 和 DGEBA/Car-DPC-DETA 具有与 DGEBA/DDM相当甚至更高的拉伸强度,且两种体系均表现出良好的增韧效果。