本发明属于精细高分子材料领域，尤其涉及一种组合物及其制备方法与在阻燃材料领域的应用。
背景技术：
目前，大部分的电缆材料主要是聚氯乙烯(PVC)为原料制备，PVC阻燃性能优良，生产成本低，能满足电线电缆产品的使用要求，因此广泛应用于各种电缆的制造。但是，PVC也存在一定问题，如耐老化性能差，老化后很容易发生漏电，产生安全隐患；同时，PVC在高温下容易释放有毒的氯化氢，造成二次污染。因此，含卤电缆料常常被禁止使用。同时，PVC还具有耐磨性、耐折叠性差问题。
为了解决PVC的上述缺陷，开发出多种PVC替代物，如：TPE和TPU等。然而，现有技术中，TPE的阻燃性能较差，为实现TPE的阻燃效果，需加入大量阻燃剂，不仅造成材料成本的上升，而且会导致产品耐候性、耐磨性、耐油性以及机械强度等大幅度下降。聚酯型TPU的强度高、容易实现阻燃，阻燃剂加入量一般也较低，阻燃剂的加入对产品性能影响不大，然而聚酯型TPU耐水解性能差，以其为原料制备的电缆使用范围受限。
因此，研发出一种物理性能优良，具有良好的耐水解、耐磨、耐候以及阻燃性能的电缆材料，用于解决现有技术中，电缆材料阻燃性能差、制造成本高以及性能低的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种组合物及其制备方法与在阻燃材料领域的应用，用于解决现有技术中，电缆材料阻燃性能差、制造成本高以及性能低的技术缺陷。本发明提供的技术方案制得的产品，物理性能优良，具有良好的耐水解、耐磨、耐候以及阻燃性能。
本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：聚碳酸亚丙酯二醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、阻聚剂和无卤阻燃剂。
优选地，以质量份计，所述组合物的原料包括：聚碳酸亚丙酯二醇100份、二异氰酸酯60～90份、扩链剂8～12份、催化剂0.01～1份、阻聚剂0.1～1份和无卤阻燃剂5～15份。
优选地，所述聚碳酸亚丙酯二醇的制备方法为：以二氧化碳为起始原料，在引发剂和催化剂的作用下，与环氧丙烷共聚合成制得；
所述聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为1000～8000，所述聚碳酸亚丙酯二醇的羟基官能度为2～6，所述聚碳酸亚丙酯二醇分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.25～0.45。
优选地，所述聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为2000～4000，所述聚碳酸亚丙酯二醇的羟基官能度为2～3，所述聚碳酸亚丙酯二醇分子内碳酸酯基团的摩尔分率为0.30～0.40。
优选地，所述二异氰酸酯选自：甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和液化二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。
优选地，所述扩链剂选自：乙二醇、1，4-丁二醇和一缩二乙二醇中的一种或多种。
优选地，所述催化剂选自：辛酸亚锡、异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种或多种。
优选地，所述无卤阻燃剂为：甲基磷酸二甲酯和/或双酚A双(二苯基磷酸酯)；
所述阻聚剂选自：甲基磷酸二甲酯和/或双酚A双(二苯基磷酸酯)。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述的组合物的制备方法，所述制备方法为：
步骤一、将聚碳酸亚丙酯二醇脱水后，与阻聚剂、二异氰酸酯和催化剂混合，搅拌后冷却，得第一产物；
步骤二、将脱水后的阻燃剂和扩链剂与所述第一产物后，真空脱气反应，得第二产物；
步骤三、所述第二产物倒入磨具中，依次经过固化、熟化、静置后，破碎造粒，得产品。
优选地，步骤一所述搅拌的温度为60～80℃，步骤一所述搅拌的时间为2～3h，步骤一所述冷却的温度为40～50℃；
步骤二所述真空脱气反应的时间为5～10min；
步骤三所述固化的时间为12h，步骤三所述固化的温度为80℃，步骤三所述熟化的时间为12h，步骤三所述熟化温度为100℃，步骤三所述静置的时间为24h，步骤三所述静置的温度为室温。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述的组合物或以上任意一项所述的制备方法得到的产品在阻燃材料领域的应用。
综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：聚碳酸亚丙酯二醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、阻聚剂和无卤阻燃剂。本发明还提供了一种上述组合物的制备方法，本发明还提供了一种上述组合物或上述制备方法得到的产品在阻燃材料领域的应用。本发明提供的技术方案中，阻燃剂的添加量少，所使用的制备材料之一是以二氧化碳为原料制得，成本比较低廉；同时，不添加有卤族元素，不会造成二次污染，符合当今社会环保可持续发展的要求。经实验检测可得，本发明提供的技术方案制得的产品，阻燃性能良好，机械强度高，具有良好的耐候性、耐磨性和耐油性。
具体实施方式
本发明提供了一种组合物及其制备方法与在阻燃材料领域的应用，用于解决现有技术中，电缆材料阻燃性能差、制造成本高以及性能低的技术缺陷。本发明提供的技术方案制得的产品，物理性能优良，具有良好的耐水解、耐磨、耐候以及阻燃性能。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种组合物及其制备方法与在阻燃材料领域的应用，进行具体地描述。
实施例1
称取100g聚碳酸亚丙酯二醇，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，120℃抽真空脱水2小时，降到常温后，与0.01g阻聚剂、60g二异氰酸酯和0.02g催化剂混合，在80℃搅拌反应3h后，冷却至40℃，得第一产物1。
称取5g阻燃剂和8.5g扩链剂，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，抽真空脱水后，与第一产物1混合后，真空脱气反应5min，得第二产物1。
第二产物1立即倒入预热好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室温静置24h后破碎造粒，得产品1。
本实施例中，聚碳酸亚丙酯二醇由二氧化碳为起始原料，在引发剂和催化剂的作用下，与环氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为3000，聚碳酸亚丙酯二醇的羟基官能度为2，聚碳酸亚丙酯二醇分子内碳酸酯基团的摩尔分率为30％。二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为1，4-丁二醇，催化剂为辛酸亚锡，阻聚剂为磷酸，无卤阻燃剂为甲基磷酸二甲酯。
实施例2
称取100g聚碳酸亚丙酯二醇，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，120℃抽真空脱水2小时，降到常温后，与0.01g阻聚剂、70g二异氰酸酯和0.02g催化剂混合，在80℃搅拌反应3h后，冷却至40℃，得第一产物1。
称取10g阻燃剂和9.9g扩链剂，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，抽真空脱水后，与第一产物1混合后，真空脱气反应5min，得第二产物1。
第二产物1立即倒入预热好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室温静置24h后破碎造粒，得产品2。
本实施例中，聚碳酸亚丙酯二醇由二氧化碳为起始原料，在引发剂和催化剂的作用下，与环氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为3000，聚碳酸亚丙酯二醇的羟基官能度为2，聚碳酸亚丙酯二醇分子内碳酸酯基团的摩尔分率为30％。二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为1，4-丁二醇，催化剂为辛酸亚锡，阻聚剂为磷酸，无卤阻燃剂为甲基磷酸二甲酯。
实施例3
称取100g聚碳酸亚丙酯二醇，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，120℃抽真空脱水2小时，降到常温后，与0.01g阻聚剂、80g二异氰酸酯和0.02g催化剂混合，在80℃搅拌反应3h后，冷却至40℃，得第一产物1。
称取10g阻燃剂和10.5g扩链剂，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，抽真空脱水后，与第一产物1混合后，真空脱气反应5min，得第二产物1。
第二产物1立即倒入预热好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室温静置24h后破碎造粒，得产品3。
本实施例中，聚碳酸亚丙酯二醇由二氧化碳为起始原料，在引发剂和催化剂的作用下，与环氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为3000，聚碳酸亚丙酯二醇的羟基官能度为2，聚碳酸亚丙酯二醇分子内碳酸酯基团的摩尔分率为30％。二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为1，4-丁二醇，催化剂为辛酸亚锡，阻聚剂为磷酸，无卤阻燃剂为甲基磷酸二甲酯。
实施例4
称取100g聚碳酸亚丙酯二醇，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，120℃抽真空脱水2小时，降到常温后，与0.01g阻聚剂、60g二异氰酸酯和0.02g催化剂混合，在80℃搅拌反应3h后，冷却至40℃，得第一产物1。
称取10g阻燃剂和8.5g扩链剂，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，抽真空脱水后，与第一产物1混合后，真空脱气反应5min，得第二产物1。
第二产物1立即倒入预热好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室温静置24h后破碎造粒，得产品4。
本实施例中，聚碳酸亚丙酯二醇由二氧化碳为起始原料，在引发剂和催化剂的作用下，与环氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为3000，聚碳酸亚丙酯二醇的羟基官能度为2，聚碳酸亚丙酯二醇分子内碳酸酯基团的摩尔分率为30％。二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为1，4-丁二醇，催化剂为辛酸亚锡，阻聚剂为磷酸，无卤阻燃剂为双酚A双(二苯基磷酸酯)。
实施例5
称取100g聚碳酸亚丙酯二醇，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，120℃抽真空脱水2小时，降到常温后，与0.01g阻聚剂、60g二异氰酸酯和0.02g催化剂混合，在80℃搅拌反应3h后，冷却至40℃，得第一产物1。
称取两种阻燃剂各5g和8.5g扩链剂，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，抽真空脱水后，与第一产物1混合后，真空脱气反应5min，得第二产物1。
第二产物1立即倒入预热好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室温静置24h后破碎造粒，得产品5。
本实施例中，聚碳酸亚丙酯二醇由二氧化碳为起始原料，在引发剂和催化剂的作用下，与环氧丙烷共聚合成制得；聚碳酸亚丙酯二醇的分子量为3000，聚碳酸亚丙酯二醇的羟基官能度为2，聚碳酸亚丙酯二醇分子内碳酸酯基团的摩尔分率为30％。二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为1，4-丁二醇，催化剂为辛酸亚锡，阻聚剂为磷酸，无卤阻燃剂为甲基磷酸二甲酯、双酚A双(二苯基磷酸酯)。
对比例1
称取100g取聚醚二元醇(220)，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，120℃抽真空脱水2小时，降到常温后，与0.01g阻聚剂、70g二异氰酸酯和0.02g催化剂混合，在80℃搅拌反应3h后，冷却至40℃，得第一产物1。
称取5g阻燃剂和9g扩链剂，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，抽真空脱水后，与第一产物1混合后，真空脱气反应5min，得第二产物1。
第二产物1立即倒入预热好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室温静置24h后破碎造粒，得产品6。
本实施例中，二元醇为聚醚二元醇，聚醚二元醇的分子量为2000，羟基官能度为2，二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为1，4-丁二醇，催化剂为辛酸亚锡，阻聚剂为磷酸，无卤阻燃剂为甲基磷酸二甲酯。
对比例2
称取100g取聚醚二元醇(220)，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，120℃抽真空脱水2小时，降到常温后，与0.01g阻聚剂、70g二异氰酸酯和0.02g催化剂混合，在80℃搅拌反应3h后，冷却至40℃，得第一产物1。
称取15g阻燃剂和9g扩链剂，在带有抽真空装置的玻璃反应釜中，抽真空脱水后，与第一产物1混合后，真空脱气反应5min，得第二产物1。
第二产物1立即倒入预热好的磨具中，在烘箱中以80℃固化12h后，再在100℃熟化12h，室温静置24h后破碎造粒，得产品7。
本实施例中，二元醇为聚醚二元醇，聚醚二元醇的分子量为2000，羟基官能度为2，二异氰酸酯为液化二苯基甲烷二异氰酸酯，扩链剂为1，4-丁二醇，催化剂为辛酸亚锡，阻聚剂为磷酸，无卤阻燃剂为甲基磷酸二甲酯。
实施例6
本实施例为测定产品1～产品7阻燃性能和力学性能的具体实施例，所测定的力学性能包括：拉伸强度、断裂伸长率和硬度。
6.1阻燃性能测定
垂直燃烧实验按防火等级UL-94测试。
6.2拉伸强度测定
拉伸强度按GB/T528-2009测试。
6.3断裂伸长率测定
断裂伸长率按GB/T528-2009测试。
6.4硬度测定
邵A硬度按GB/T6031-1998测试。
将上述实验所得的结果整理于表1。
表1：产品性能测定结果
从表1中可以得出，与聚醚型产品相比，通过本发明制得的产品，阻燃性能良好，同时还具有良好的力学性能。
从上述技术方案可以得出，本发明提供的技术方案，具有以下优点：
第一，本发明提供的技术方案中，原料选用的聚碳酸亚丙酯二醇分子内含有大量的碳酸酯键及醚键，这些键使得聚碳酸亚丙酯二醇在制备成聚氨酯时，不仅在其分子之间，而且在其和氨基甲酸酯之间均容易形成较强的分子内及分子间氢键，同时具有软硬段相微分离结构，使得聚碳酸亚丙酯二醇型聚氨酯弹性体具有强度高、耐磨性的特性，材料拉伸强度高，各项性能优异，具有广阔的市场前景。
第二，本发明提供的技术方案中，聚氨酯弹性体受热初始分解温度相比于传统的聚氨酯弹性体较低，受热分解产生的二氧化碳能够稀释材料表面的氧气浓度，抑制材料的进一步燃烧，从而提高材料的阻燃性能，与其他阻燃材料相比，阻燃剂的加入量也显著减少，成本降低。
第三，本发明提供的技术方案中，选用高效的无卤含磷阻燃剂，其特点含磷量高，阻燃性能优良，在聚氨酯中添加量少；具有阻燃和降低粘度的双重作用。
第四，本发明使用的聚碳酸亚丙酯二醇是以二氧化碳为原料制得的，成本比较低廉，产业化后对环境保护、节能减排均具有重要意义。
综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：聚碳酸亚丙酯二醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、阻聚剂和无卤阻燃剂。本发明还提供了一种上述组合物的制备方法，本发明还提供了一种上述组合物或上述制备方法得到的产品在阻燃材料领域的应用。本发明提供的技术方案中，阻燃剂的添加量少，所使用的制备材料之一是以二氧化碳为原料制得，成本比较低廉；同时，不添加有卤族元素，不会造成二次污染，符合当今社会环保可持续发展的要求。经实验检测可得，本发明提供的技术方案制得的产品，阻燃性能良好，机械强度高，具有良好的耐候性、耐磨性和耐油性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。