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聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是一种具有极好的光学性能的合成高分子材料,透光率高达93%,也被称之为“有机玻璃”。因其成本低、重量轻、良好的机械性能、化学稳定性和耐候性等诸多优点已经被广泛的应用于航空透明件、汽车车窗、建筑材料、电子电气和灯具装饰等领域。然而,PMMA十分容易燃烧,点燃后会持续分解出可燃气体并伴随着滴落现象加剧燃烧造成的危害,并且燃烧过程中会释放大量的毒性气体和烟雾。PMMA的易燃性使得其在实际应用中存在火灾安全隐患,因此对PMMA进行阻燃处理,提高其火安全性能具有十分重要的现实意义。针对PMMA易燃的问题,一般通过在基体中混合阻燃剂来解决,但是混合阻燃剂的方法阻燃效率不高,并且会显著降低PMMA的透明性。相比于混合阻燃剂的方法,使用透明阻燃涂层具有明显的优势,它具有较高的阻燃效率,并且不改变聚合物基体原有的性能,从而可以对PMMA进行阻燃改性的同时保持其透明性和力学性能。本文通过在PMMA表面构建阻燃涂层的方法,设计并制备一系列透明阻燃的PMMA涂层复合材料。主要研究内容如下:1.针对PMMA难以兼具透明性和阻燃性能的问题,基于含磷、氮聚丙烯酸酯涂层用以保持PMMA高透明性的同时提升其阻燃性能。首先以亚磷酸二甲酯、多聚甲醛和二乙醇胺的反应合成一种含有机磷结构的N,N-双（2-羟乙基）氨基亚甲基膦酸二甲酯（DNAP）,随后通过DNAP和甲苯2,4-二异氰酸酯（TDI）以及丙烯酸羟乙酯的反应合成一种含磷氮丙烯酸酯（LPU）。将LPU溶解在少量溶剂中并涂覆在PMMA表面,通过热交联处理得到阻燃透明PMMA涂层复合物。调控DNAP、TDI和丙烯酸羟乙酯得到不同结构的LPU,研究不同结构的LPU对相应PMMA涂层性能的影响。所有涂层在可见光范围内均可以保持与PMMA基本相同的透明性,并且涂层硬度均达到3H等级。锥形量热测试结果表明所有涂层对于PMMA的热释放速率（PHRR）和热释放总量（THR）都有显著的降低。其中PMMA-1.2（TDI对DNAP的比例为1.2）和PMMA-1.4对于PHRR的降低更明显,与纯PMMA相比分别降低了 55.4%和52.5%。而PMMA-1.6、PMMA-1.8和PMMA-2.0则更有利于点燃时间的提高,其中PMMA-1.6的点燃时间（TTI）延长至74 s,比纯PMMA提高了接近100%。模拟燃烧实验结果表明所有涂层都可以延长PMMA的耐火时间,其中PMMA-2.0可以在酒精灯持续燃烧下保持300 s。锥形量热测试结果说明涂层主要发挥气相阻燃效果,通过热重-红外分析（TG-IR）对涂层气相热解产物的研究结果表明,涂层通过在气相中生成含磷的自由基和不可燃气体发挥气相阻燃作用。2.针对前一章中聚丙烯酸酯类涂层气相阻燃效果导致的烟气毒性问题,以三羟甲基氧化膦（THPO）和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）为原料合成了一种含氧化膦超支化聚氨酯HPUPO,将其溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）后涂覆在PMMA上制备透明的阻燃涂层。改变THPO和MDI的比例得到不同结构的HPUPO,研究不同结构的HPUPO对涂层性能的影响。HPUPO涂层对PMMA的附着力达到5B等级,并且所有涂层的PMMA具有与纯PMMA相同的高透明度。在锥形量热测试中,所有PMMA涂层复合物的PHRR都明显降低,其中PMMA-0.8（THPO与MDI 比例为0.8）的PHRR和THR降低最多,比纯PMMA分别降低83.6%和33.0%。同时,PMMA-1.1和PMMA-1.25在降低热释放的同时对烟气毒性的降低效果也十分显著,其中PMMA-1.1的PHRR、THR、总烟量（TSP）和 CO 产率（COY）分别降低了 83.3%、11.0%、27.6%和 34.8%。此外,模拟燃烧试验表明PMMA-0.95和PMMA-1.1的耐火时间得到了极大的提升,可以在酒精灯持续燃烧下保持800 s。最后,采用TG-IR、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）对涂层的阻燃机理进行了研究,结果表明,涂层燃烧生成含磷自由基的同时生成膨胀且致密的保护炭层,在气相和凝聚相同时发挥阻燃作用。3.针对前一章中超支化聚合物涂层硬度低的问题,以二氯化磷酸苯酯（PDCP）和三（2-羟乙基）异氰尿酸酯（THEIC）为原料合成超支化聚苯基磷酸酯（PHP）,然后将PHP与3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷（ICPTMOS）反应引入聚硅氧烷结构,通过硅氧烷基团的水解交联提升涂层硬度。同时硅、磷元素发挥阻燃协效的作用,以增强涂层的阻燃效果。改变PHP和ICPTMOS的比例得到不同硅含量的涂层,研究涂层中硅含量对PMMA涂层复合物性能的影响。所有PMMA涂层复合物样品基本和纯PMMA一样透明,并且随着硅含量的增加,涂层的铅笔硬度相应增加,最高可达3H等级。锥形量热测试结果表明,涂层中较低的硅含量有利于同时降低PMMA涂层复合物的热释放和烟释放量。其中PMMA-20%（ICPTMOS 中-NCO 与 PHP 中-OH 的比例为 20%）和 PMMA-40%与纯 PMMA相比,PHRR分别降低了 71.4%和71.5%,TSP分别降低了 51.7%和59.0%。此外,该含磷硅涂层对PMMA基体具有良好的防火保护作用,当配方中只有3.2%的PHP被ICPTMOS（0.08 g）所替代时,相应的PMMA-20%样品的耐火时间从PMMA-PHP的400 s延长到1500 s。对涂层的阻燃机理研究表明,磷和硅元素阻燃协效作用能够增强凝聚相阻燃效果,有利于形成膨胀并且稳定的含磷硅炭层,在燃烧过程中具有优异的保护作用。