本發(fā)明屬于精細高分子材料領域，尤其涉及一種組合物及其制備方法與在阻燃材料領域的應用。
背景技術：
目前，大部分的電纜材料主要是聚氯乙烯(PVC)為原料制備，PVC阻燃性能優(yōu)良，生產(chǎn)成本低，能滿足電線電纜產(chǎn)品的使用要求，因此廣泛應用于各種電纜的制造。但是，PVC也存在一定問題，如耐老化性能差，老化后很容易發(fā)生漏電，產(chǎn)生安全隱患；同時，PVC在高溫下容易釋放有毒的氯化氫，造成二次污染。因此，含鹵電纜料常常被禁止使用。同時，PVC還具有耐磨性、耐折疊性差問題。
為了解決PVC的上述缺陷，開發(fā)出多種PVC替代物，如：TPE和TPU等。然而，現(xiàn)有技術中，TPE的阻燃性能較差，為實現(xiàn)TPE的阻燃效果，需加入大量阻燃劑，不僅造成材料成本的上升，而且會導致產(chǎn)品耐候性、耐磨性、耐油性以及機械強度等大幅度下降。聚酯型TPU的強度高、容易實現(xiàn)阻燃，阻燃劑加入量一般也較低，阻燃劑的加入對產(chǎn)品性能影響不大，然而聚酯型TPU耐水解性能差，以其為原料制備的電纜使用范圍受限。
因此，研發(fā)出一種物理性能優(yōu)良，具有良好的耐水解、耐磨、耐候以及阻燃性能的電纜材料，用于解決現(xiàn)有技術中，電纜材料阻燃性能差、制造成本高以及性能低的技術缺陷，成為了本領域技術人員亟待解決的問題。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種組合物及其制備方法與在阻燃材料領域的應用，用于解決現(xiàn)有技術中，電纜材料阻燃性能差、制造成本高以及性能低的技術缺陷。本發(fā)明提供的技術方案制得的產(chǎn)品，物理性能優(yōu)良，具有良好的耐水解、耐磨、耐候以及阻燃性能。
本發(fā)明提供了一種組合物，所述組合物的原料包括：聚碳酸亞丙酯二醇、二異氰酸酯、擴鏈劑、催化劑、阻聚劑和無鹵阻燃劑。
優(yōu)選地，以質量份計，所述組合物的原料包括：聚碳酸亞丙酯二醇100份、二異氰酸酯60～90份、擴鏈劑8～12份、催化劑0.01～1份、阻聚劑0.1～1份和無鹵阻燃劑5～15份。
優(yōu)選地，所述聚碳酸亞丙酯二醇的制備方法為：以二氧化碳為起始原料，在引發(fā)劑和催化劑的作用下，與環(huán)氧丙烷共聚合成制得；
所述聚碳酸亞丙酯二醇的分子量為1000～8000，所述聚碳酸亞丙酯二醇的羥基官能度為2～6，所述聚碳酸亞丙酯二醇分子內(nèi)碳酸酯基團的摩爾分率為0.25～0.45。
優(yōu)選地，所述聚碳酸亞丙酯二醇的分子量為2000～4000，所述聚碳酸亞丙酯二醇的羥基官能度為2～3，所述聚碳酸亞丙酯二醇分子內(nèi)碳酸酯基團的摩爾分率為0.30～0.40。
優(yōu)選地，所述二異氰酸酯選自：甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯和液化二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述擴鏈劑選自：乙二醇、1，4-丁二醇和一縮二乙二醇中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述催化劑選自：辛酸亞錫、異辛酸亞錫、二月桂酸二丁基錫中的一種或多種。
優(yōu)選地，所述無鹵阻燃劑為：甲基磷酸二甲酯和/或雙酚A雙(二苯基磷酸酯)；
所述阻聚劑選自：甲基磷酸二甲酯和/或雙酚A雙(二苯基磷酸酯)。
本發(fā)明還提供了一種包括以上任意一項所述的組合物的制備方法，所述制備方法為：
步驟一、將聚碳酸亞丙酯二醇脫水后，與阻聚劑、二異氰酸酯和催化劑混合，攪拌后冷卻，得第一產(chǎn)物；
步驟二、將脫水后的阻燃劑和擴鏈劑與所述第一產(chǎn)物后，真空脫氣反應，得第二產(chǎn)物；
步驟三、所述第二產(chǎn)物倒入磨具中，依次經(jīng)過固化、熟化、靜置后，破碎造粒，得產(chǎn)品。
優(yōu)選地，步驟一所述攪拌的溫度為60～80℃，步驟一所述攪拌的時間為2～3h，步驟一所述冷卻的溫度為40～50℃；
步驟二所述真空脫氣反應的時間為5～10min；
步驟三所述固化的時間為12h，步驟三所述固化的溫度為80℃，步驟三所述熟化的時間為12h，步驟三所述熟化溫度為100℃，步驟三所述靜置的時間為24h，步驟三所述靜置的溫度為室溫。
本發(fā)明還提供了一種包括以上任意一項所述的組合物或以上任意一項所述的制備方法得到的產(chǎn)品在阻燃材料領域的應用。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種組合物，所述組合物的原料包括：聚碳酸亞丙酯二醇、二異氰酸酯、擴鏈劑、催化劑、阻聚劑和無鹵阻燃劑。本發(fā)明還提供了一種上述組合物的制備方法，本發(fā)明還提供了一種上述組合物或上述制備方法得到的產(chǎn)品在阻燃材料領域的應用。本發(fā)明提供的技術方案中，阻燃劑的添加量少，所使用的制備材料之一是以二氧化碳為原料制得，成本比較低廉；同時，不添加有鹵族元素，不會造成二次污染，符合當今社會環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的要求。經(jīng)實驗檢測可得，本發(fā)明提供的技術方案制得的產(chǎn)品，阻燃性能良好，機械強度高，具有良好的耐候性、耐磨性和耐油性。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種組合物及其制備方法與在阻燃材料領域的應用，用于解決現(xiàn)有技術中，電纜材料阻燃性能差、制造成本高以及性能低的技術缺陷。本發(fā)明提供的技術方案制得的產(chǎn)品，物理性能優(yōu)良，具有良好的耐水解、耐磨、耐候以及阻燃性能。
下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
為了更詳細說明本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的一種組合物及其制備方法與在阻燃材料領域的應用，進行具體地描述。
實施例1
稱取100g聚碳酸亞丙酯二醇，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，120℃抽真空脫水2小時，降到常溫后，與0.01g阻聚劑、60g二異氰酸酯和0.02g催化劑混合，在80℃攪拌反應3h后，冷卻至40℃，得第一產(chǎn)物1。
稱取5g阻燃劑和8.5g擴鏈劑，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，抽真空脫水后，與第一產(chǎn)物1混合后，真空脫氣反應5min，得第二產(chǎn)物1。
第二產(chǎn)物1立即倒入預熱好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室溫靜置24h后破碎造粒，得產(chǎn)品1。
本實施例中，聚碳酸亞丙酯二醇由二氧化碳為起始原料，在引發(fā)劑和催化劑的作用下，與環(huán)氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亞丙酯二醇的分子量為3000，聚碳酸亞丙酯二醇的羥基官能度為2，聚碳酸亞丙酯二醇分子內(nèi)碳酸酯基團的摩爾分率為30％。二異氰酸酯為液化二苯基甲烷二異氰酸酯，擴鏈劑為1，4-丁二醇，催化劑為辛酸亞錫，阻聚劑為磷酸，無鹵阻燃劑為甲基磷酸二甲酯。
實施例2
稱取100g聚碳酸亞丙酯二醇，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，120℃抽真空脫水2小時，降到常溫后，與0.01g阻聚劑、70g二異氰酸酯和0.02g催化劑混合，在80℃攪拌反應3h后，冷卻至40℃，得第一產(chǎn)物1。
稱取10g阻燃劑和9.9g擴鏈劑，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，抽真空脫水后，與第一產(chǎn)物1混合后，真空脫氣反應5min，得第二產(chǎn)物1。
第二產(chǎn)物1立即倒入預熱好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室溫靜置24h后破碎造粒，得產(chǎn)品2。
本實施例中，聚碳酸亞丙酯二醇由二氧化碳為起始原料，在引發(fā)劑和催化劑的作用下，與環(huán)氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亞丙酯二醇的分子量為3000，聚碳酸亞丙酯二醇的羥基官能度為2，聚碳酸亞丙酯二醇分子內(nèi)碳酸酯基團的摩爾分率為30％。二異氰酸酯為液化二苯基甲烷二異氰酸酯，擴鏈劑為1，4-丁二醇，催化劑為辛酸亞錫，阻聚劑為磷酸，無鹵阻燃劑為甲基磷酸二甲酯。
實施例3
稱取100g聚碳酸亞丙酯二醇，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，120℃抽真空脫水2小時，降到常溫后，與0.01g阻聚劑、80g二異氰酸酯和0.02g催化劑混合，在80℃攪拌反應3h后，冷卻至40℃，得第一產(chǎn)物1。
稱取10g阻燃劑和10.5g擴鏈劑，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，抽真空脫水后，與第一產(chǎn)物1混合后，真空脫氣反應5min，得第二產(chǎn)物1。
第二產(chǎn)物1立即倒入預熱好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室溫靜置24h后破碎造粒，得產(chǎn)品3。
本實施例中，聚碳酸亞丙酯二醇由二氧化碳為起始原料，在引發(fā)劑和催化劑的作用下，與環(huán)氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亞丙酯二醇的分子量為3000，聚碳酸亞丙酯二醇的羥基官能度為2，聚碳酸亞丙酯二醇分子內(nèi)碳酸酯基團的摩爾分率為30％。二異氰酸酯為液化二苯基甲烷二異氰酸酯，擴鏈劑為1，4-丁二醇，催化劑為辛酸亞錫，阻聚劑為磷酸，無鹵阻燃劑為甲基磷酸二甲酯。
實施例4
稱取100g聚碳酸亞丙酯二醇，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，120℃抽真空脫水2小時，降到常溫后，與0.01g阻聚劑、60g二異氰酸酯和0.02g催化劑混合，在80℃攪拌反應3h后，冷卻至40℃，得第一產(chǎn)物1。
稱取10g阻燃劑和8.5g擴鏈劑，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，抽真空脫水后，與第一產(chǎn)物1混合后，真空脫氣反應5min，得第二產(chǎn)物1。
第二產(chǎn)物1立即倒入預熱好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室溫靜置24h后破碎造粒，得產(chǎn)品4。
本實施例中，聚碳酸亞丙酯二醇由二氧化碳為起始原料，在引發(fā)劑和催化劑的作用下，與環(huán)氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亞丙酯二醇的分子量為3000，聚碳酸亞丙酯二醇的羥基官能度為2，聚碳酸亞丙酯二醇分子內(nèi)碳酸酯基團的摩爾分率為30％。二異氰酸酯為液化二苯基甲烷二異氰酸酯，擴鏈劑為1，4-丁二醇，催化劑為辛酸亞錫，阻聚劑為磷酸，無鹵阻燃劑為雙酚A雙(二苯基磷酸酯)。
實施例5
稱取100g聚碳酸亞丙酯二醇，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，120℃抽真空脫水2小時，降到常溫后，與0.01g阻聚劑、60g二異氰酸酯和0.02g催化劑混合，在80℃攪拌反應3h后，冷卻至40℃，得第一產(chǎn)物1。
稱取兩種阻燃劑各5g和8.5g擴鏈劑，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，抽真空脫水后，與第一產(chǎn)物1混合后，真空脫氣反應5min，得第二產(chǎn)物1。
第二產(chǎn)物1立即倒入預熱好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室溫靜置24h后破碎造粒，得產(chǎn)品5。
本實施例中，聚碳酸亞丙酯二醇由二氧化碳為起始原料，在引發(fā)劑和催化劑的作用下，與環(huán)氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亞丙酯二醇的分子量為3000，聚碳酸亞丙酯二醇的羥基官能度為2，聚碳酸亞丙酯二醇分子內(nèi)碳酸酯基團的摩爾分率為30％。二異氰酸酯為液化二苯基甲烷二異氰酸酯，擴鏈劑為1，4-丁二醇，催化劑為辛酸亞錫，阻聚劑為磷酸，無鹵阻燃劑為甲基磷酸二甲酯、雙酚A雙(二苯基磷酸酯)。
對比例1
稱取100g取聚醚二元醇(220)，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，120℃抽真空脫水2小時，降到常溫后，與0.01g阻聚劑、70g二異氰酸酯和0.02g催化劑混合，在80℃攪拌反應3h后，冷卻至40℃，得第一產(chǎn)物1。
稱取5g阻燃劑和9g擴鏈劑，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，抽真空脫水后，與第一產(chǎn)物1混合后，真空脫氣反應5min，得第二產(chǎn)物1。
第二產(chǎn)物1立即倒入預熱好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室溫靜置24h后破碎造粒，得產(chǎn)品6。
本實施例中，二元醇為聚醚二元醇，聚醚二元醇的分子量為2000，羥基官能度為2，二異氰酸酯為液化二苯基甲烷二異氰酸酯，擴鏈劑為1，4-丁二醇，催化劑為辛酸亞錫，阻聚劑為磷酸，無鹵阻燃劑為甲基磷酸二甲酯。
對比例2
稱取100g取聚醚二元醇(220)，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，120℃抽真空脫水2小時，降到常溫后，與0.01g阻聚劑、70g二異氰酸酯和0.02g催化劑混合，在80℃攪拌反應3h后，冷卻至40℃，得第一產(chǎn)物1。
稱取15g阻燃劑和9g擴鏈劑，在帶有抽真空裝置的玻璃反應釜中，抽真空脫水后，與第一產(chǎn)物1混合后，真空脫氣反應5min，得第二產(chǎn)物1。
第二產(chǎn)物1立即倒入預熱好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室溫靜置24h后破碎造粒，得產(chǎn)品7。
本實施例中，二元醇為聚醚二元醇，聚醚二元醇的分子量為2000，羥基官能度為2，二異氰酸酯為液化二苯基甲烷二異氰酸酯，擴鏈劑為1，4-丁二醇，催化劑為辛酸亞錫，阻聚劑為磷酸，無鹵阻燃劑為甲基磷酸二甲酯。
實施例6
本實施例為測定產(chǎn)品1～產(chǎn)品7阻燃性能和力學性能的具體實施例，所測定的力學性能包括：拉伸強度、斷裂伸長率和硬度。
6.1阻燃性能測定
垂直燃燒實驗按防火等級UL-94測試。
6.2拉伸強度測定
拉伸強度按GB/T528-2009測試。
6.3斷裂伸長率測定
斷裂伸長率按GB/T528-2009測試。
6.4硬度測定
邵A硬度按GB/T6031-1998測試。
將上述實驗所得的結果整理于表1。
表1：產(chǎn)品性能測定結果
從表1中可以得出，與聚醚型產(chǎn)品相比，通過本發(fā)明制得的產(chǎn)品，阻燃性能良好，同時還具有良好的力學性能。
從上述技術方案可以得出，本發(fā)明提供的技術方案，具有以下優(yōu)點：
第一，本發(fā)明提供的技術方案中，原料選用的聚碳酸亞丙酯二醇分子內(nèi)含有大量的碳酸酯鍵及醚鍵，這些鍵使得聚碳酸亞丙酯二醇在制備成聚氨酯時，不僅在其分子之間，而且在其和氨基甲酸酯之間均容易形成較強的分子內(nèi)及分子間氫鍵，同時具有軟硬段相微分離結構，使得聚碳酸亞丙酯二醇型聚氨酯彈性體具有強度高、耐磨性的特性，材料拉伸強度高，各項性能優(yōu)異，具有廣闊的市場前景。
第二，本發(fā)明提供的技術方案中，聚氨酯彈性體受熱初始分解溫度相比于傳統(tǒng)的聚氨酯彈性體較低，受熱分解產(chǎn)生的二氧化碳能夠稀釋材料表面的氧氣濃度，抑制材料的進一步燃燒，從而提高材料的阻燃性能，與其他阻燃材料相比，阻燃劑的加入量也顯著減少，成本降低。
第三，本發(fā)明提供的技術方案中，選用高效的無鹵含磷阻燃劑，其特點含磷量高，阻燃性能優(yōu)良，在聚氨酯中添加量少；具有阻燃和降低粘度的雙重作用。
第四，本發(fā)明使用的聚碳酸亞丙酯二醇是以二氧化碳為原料制得的，成本比較低廉，產(chǎn)業(yè)化后對環(huán)境保護、節(jié)能減排均具有重要意義。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種組合物，所述組合物的原料包括：聚碳酸亞丙酯二醇、二異氰酸酯、擴鏈劑、催化劑、阻聚劑和無鹵阻燃劑。本發(fā)明還提供了一種上述組合物的制備方法，本發(fā)明還提供了一種上述組合物或上述制備方法得到的產(chǎn)品在阻燃材料領域的應用。本發(fā)明提供的技術方案中，阻燃劑的添加量少，所使用的制備材料之一是以二氧化碳為原料制得，成本比較低廉；同時，不添加有鹵族元素，不會造成二次污染，符合當今社會環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的要求。經(jīng)實驗檢測可得，本發(fā)明提供的技術方案制得的產(chǎn)品，阻燃性能良好，機械強度高，具有良好的耐候性、耐磨性和耐油性。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。