本發(fā)明涉及涂層材料，更具體地，涉及一種用于單組份涂料的聚氨酯及其制備方法。

背景技術(shù)：

電泳是涂裝金屬工件的最常用、也是最有效的方法之一。電泳涂裝是將具有導(dǎo)電性的被涂物浸在裝有電泳涂料的料槽中作為陰極/陽極，在料槽中另設(shè)置對應(yīng)的陽極/陰極，在兩極間接通電流一段時(shí)間，在被涂物表面沉積出均勻細(xì)密的涂膜。其中，電泳涂料，也稱為電泳漆，是電泳涂裝過程中影響最終涂膜質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

涂料是保護(hù)和裝飾物體表面的涂裝材料，將其涂于物體表面，能夠形成一層薄膜，賦予物體以保護(hù)、美化或其他所需的效果。聚氨酯樹脂是涂料用樹脂中較為常見的一種。

目前，制備封閉聚氨酯一般利用甘油、三羥甲基丙烷和季戊四醇、等對二官能度的多異氰酸酯進(jìn)行擴(kuò)鏈，增加封閉聚氨酯的反應(yīng)點(diǎn)，增加涂料涂膜的交聯(lián)密度；或者，也可以采用多異氰酸酯的三聚體作為原料合成封閉聚氨酯。

用甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇等試劑，則存在擴(kuò)鏈成本高，或反應(yīng)控制條件苛刻、粘度大、易出現(xiàn)凝膠等現(xiàn)象，特別是三羥甲基丙烷和季戊四醇為固體，需先用溶劑溶解后再加入，對反應(yīng)過程控制也需非常嚴(yán)格；多異氰酸酯三聚體合成的封閉聚氨酯價(jià)格偏高，必須再加入二元多異氰酸酯的封閉劑來調(diào)整涂料涂膜的性能，需要幾種原材料，對公司的倉儲和企業(yè)流動資金是一個(gè)考驗(yàn)。

目前常規(guī)方法制備封閉聚氨酯時(shí)，通常工藝過程較為復(fù)雜、控制條件較多，所用試劑種類多、成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種用于單組份涂料的聚氨酯及其制備方法，以解決聚氨酯制備過程復(fù)雜、較難控制和成本高的技術(shù)問題。

本發(fā)明中，份可以是μg、mg、g、kg等本領(lǐng)域公知的重量單位，也可以是其倍數(shù)，如1/10、1/100、10倍、100倍等。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種聚氨酯的制備方法，該聚氨酯用于單組份涂料，包括：

步驟s1、二元異氰酸酯與封閉劑反應(yīng)得到第一混合物，其中，所述二元異氰酸酯與封閉劑的摩爾比為0.9:1-1:1；

步驟s2、在所述第一混合物中加入水，擴(kuò)鏈反應(yīng)即得。

現(xiàn)有技術(shù)中的封閉聚氨酯一般是利用甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇等對二官能度的多異氰酸酯進(jìn)行擴(kuò)鏈，增加封閉聚氨酯的反應(yīng)點(diǎn)，增加涂料涂膜的交聯(lián)密度；或者，以多異氰酸酯的三聚體作為原料合成封閉聚氨酯。

由于三羥甲基丙烷、季戊四醇是固體，直接加入時(shí)其反應(yīng)過程的控制需非常嚴(yán)格，工藝過程控制復(fù)雜。此外，采用該種方法獲取封閉聚氨酯，其涉及的原材料種類繁多，價(jià)格成本高。

直接以水作為擴(kuò)鏈劑，在合適的控制條件下，由二元異氰酸酯中的部分-nco鍵與封閉劑發(fā)生封端反應(yīng)后，再在水的作用下，所得第一混合物中的-nco鍵再發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)即可得到封閉聚氨酯，能夠簡化工藝過程，有效降低成本。

可以理解的是，在制備過程中，即，在二元異氰酸酯與封閉劑發(fā)生封端反應(yīng)，和/或，所得第一混合物在水的作用下發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)的過程中，加入共溶劑，以使反應(yīng)更順利的進(jìn)行。共溶劑優(yōu)選為二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、丁酮、甲基異丁基酮中的一種或幾種；更優(yōu)選地，共溶劑可選用甲基異丁基酮、乙酸丁酯和/或丙酮。

具體地，在二元異氰酸酯與封閉劑反應(yīng)的過程中，先將二元異氰酸酯溶于共溶劑中，例如，將二元異氰酸酯溶于甲基異丁基酮中，或溶于甲基異丁基酮和乙酸丁酯中。然后，再將封閉劑加入到上述混合物中。則，二元異氰酸酯與封閉劑均能夠溶于共溶劑中，以更好的促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。可以理解的是，共溶劑的量可以根據(jù)二元異氰酸酯的量進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以使混合后所得的混合物中的固含量為70％-85％。

具體地，使所述二元異氰酸酯與封閉劑的摩爾比為0.9:1-1:1。將二元異氰酸酯與封閉劑的摩爾比例保持在合適的范圍，二元異氰酸酯與封閉劑在一定條件反應(yīng)時(shí)，使二元異氰酸酯的部分-nco鍵與封閉劑發(fā)生封端反應(yīng)，而不會全部與封閉劑反應(yīng)而使后續(xù)反應(yīng)無法正常進(jìn)行。

同時(shí)，控制二元異氰酸酯和封閉劑的比例，以控制所得第一混合物中的-nco鍵的數(shù)量，當(dāng)二元異氰酸酯的部分-nco鍵發(fā)生封端反應(yīng)后，再在擴(kuò)鏈劑水的作用下以發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)時(shí)，能夠更好的控制反應(yīng)的效率和產(chǎn)物，使所得封閉聚氨酯的鏈長或分子量保持在合適的范圍，以得到符合質(zhì)量要求的封閉聚氨酯。

優(yōu)選地，步驟s1還進(jìn)一步包括：檢測第一混合物的nco％含量，使所述第一混合物中的nco％值與所述二元異氰酸酯中的nco％值的比為48:100-52:100。如無特殊說明，本發(fā)明中的nco％是指-nco的質(zhì)量百分比含量。

通過控制反應(yīng)條件，檢測所得第一混合物中nco％含量，以控制反應(yīng)程度或進(jìn)度，確保后續(xù)反應(yīng)的順利進(jìn)行，以及最終產(chǎn)物的質(zhì)量。

優(yōu)選地，所述二元異氰酸酯與水的摩爾比為2:1-5:1。在控制二元異氰酸酯與封閉劑封端反應(yīng)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整所加入擴(kuò)鏈劑的用量，使二元異氰酸酯與作為擴(kuò)鏈劑的水的摩爾比保持在合適的范圍，控制擴(kuò)鏈反應(yīng)的程度，進(jìn)一步調(diào)控反應(yīng)進(jìn)行的程度，以控制最終所得產(chǎn)物的質(zhì)量。

優(yōu)選地，二元異氰酸酯與封閉劑混合后，其發(fā)生封端反應(yīng)的溫度為60-100℃；更優(yōu)選地，所述二元異氰酸酯與封閉劑反應(yīng)的溫度為50-80℃?？梢岳斫獾氖?，二元異氰酸酯與封閉劑的摩爾比保持在合理范圍的基礎(chǔ)上，二元異氰酸酯與封閉劑在該溫度下發(fā)生封端反應(yīng)，通過合理的監(jiān)控反應(yīng)的時(shí)間，以使第一混合物中nco％值與所述二元異氰酸酯中的nco％值的比保持在48:100-52:100，從而控制后續(xù)反應(yīng)的順利進(jìn)行。

封端反應(yīng)的溫度保持在合適的范圍，有利于控制反應(yīng)的過程，以控制最終產(chǎn)物的質(zhì)量。反應(yīng)溫度太高，反應(yīng)時(shí)-nco的含量減少愈快，反應(yīng)越難控制，副反應(yīng)程度也愈高，不利于聚氨酯的穩(wěn)定性；溫度過低，反應(yīng)速度緩慢，反應(yīng)放熱平緩，容易控制，但反應(yīng)周期太長，生產(chǎn)效率較低。反應(yīng)溫度保持在合適溫度范圍內(nèi)，副反應(yīng)少，反應(yīng)周期適中，反應(yīng)也易于控制。

優(yōu)選地，二元異氰酸酯的分子量在合適的范圍，即選用特定種類范圍內(nèi)的二元異氰酸酯，

優(yōu)選地，二元異氰酸酯具體為甲苯二異氰酸酯，六亞甲基二異氰酸酯，異佛爾酮二異氰酸酯，二苯基甲烷二異氰酸酯或甲烯雙(4－環(huán)已基異氰酸鹽)環(huán)已基甲烷二異氰酸鹽，能夠更有利于反應(yīng)程度的控制和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。

更優(yōu)選地，二元異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯。

優(yōu)選地，封閉劑為水楊酸甲酯、3，5-二甲基吡唑，乙酰苯胺，苯酚，已內(nèi)酰胺，乙二醇單乙醚，乙二醇單丙醚，乙二醇單丁醚或乙二醇單己醚；更優(yōu)選地，封閉劑為乙二醇單乙醚或乙二醇單己醚。

優(yōu)選地，在水的作用下，其發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)的溫度為50-120℃；更優(yōu)選地，所述擴(kuò)鏈反應(yīng)的溫度為70-120℃。在控制反應(yīng)物的比例的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步控制擴(kuò)鏈反應(yīng)的溫度，以更好的控制反應(yīng)的程度?？梢岳斫獾氖?，當(dāng)?shù)谝换旌衔锱c水在該溫度下發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)，適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控反應(yīng)的時(shí)間，以使最終產(chǎn)物中的nco％<8×10^-3％，即可得到滿足質(zhì)量要求的封閉聚氨酯產(chǎn)物。

具體地，步驟s2中，在第一混合物中加入擴(kuò)鏈劑水時(shí)，將水與共溶劑一起加入到第一混合物中，例如，將水與丙酮一起加入到第一混合物中。第一混合物與水均能夠溶于共溶劑中，以更好的促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。

優(yōu)選地，一種聚氨酯的制備方法，包括：

步驟s1、二元異氰酸酯與封閉劑反應(yīng)得到第一混合物，其中，所述二元異氰酸酯與封閉劑的摩爾比為0.9:1-1:1，所述二元異氰酸酯與水的摩爾比為3:1-5:1；

步驟s2、在所述第一混合物中加入水，擴(kuò)鏈反應(yīng)即得；

所述二元異氰酸酯與封閉劑混合后反應(yīng)的溫度為60-100℃，所述擴(kuò)鏈反應(yīng)的溫度為50-120℃。

通過控制二元異氰酸酯、封閉劑和水之間的相對用量，以控制反應(yīng)進(jìn)行的程度，避免擴(kuò)鏈反應(yīng)難于控制而使最終產(chǎn)物易于固化，或達(dá)不到聚合的要求。

本發(fā)明還提供一種封閉聚氨酯，采用上述方法制備，該封閉聚氨酯用于單組份涂料的原材料。直接以水作為擴(kuò)鏈劑，在二元異氰酸酯與封閉劑的合適的摩爾比例范圍內(nèi)，并在合適的溫度下分別發(fā)生封端反應(yīng)和擴(kuò)鏈反應(yīng)，既能夠合理的控制反應(yīng)進(jìn)度，又能夠盡力減少副反應(yīng)的產(chǎn)生，能夠提高所得聚氨酯的質(zhì)量。

本發(fā)明的有益效果主要如下：

(1)在二元異氰酸酯與封閉劑的摩爾比例保持在合適的范圍下，直接以水作為擴(kuò)鏈劑，發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)即可得到封閉聚氨酯，不僅有效降低了成本，還簡化了工藝過程；

(2)二元異氰酸酯與水的摩爾比例保持在合適的范圍，能夠進(jìn)一步控制反應(yīng)的程度，保證最終產(chǎn)品質(zhì)量；

(3)制備過程中反應(yīng)溫度保持在合適的范圍，既能夠有效減少副反應(yīng)，且反應(yīng)周期適中，反應(yīng)也易于控制。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

以下實(shí)施例中份數(shù)均以重量份計(jì)。

實(shí)施例1

將504份六亞甲基二異氰酸酯(hdi)，150份甲基異丁基酮放入反應(yīng)釜底，升溫至70℃，滴加270份的乙二醇單乙醚，溫度保持在70-80℃，檢測nco％＝13.64±0.1％，滴加18份的去離子水與50份的丙酮，溫度保持在70-80℃，待放熱反應(yīng)消失后，溫度升溫至110-120℃，檢測nco％＜8×10^-3％，即得到封閉聚氨酯。

實(shí)施例2

將890份異佛爾酮二異氰酸酯(ipdi)，150份甲基異丁基酮，100份醋酸丁酯放入反應(yīng)釜底，升溫至70℃，滴加360份的乙二醇單乙醚，溫度保持在70-80℃，檢測nco％＝18.75±0.1％，滴加18份的去離子水與50份的丙酮，溫度保持在70-80℃，待放熱反應(yīng)消失后，溫度升溫至110-120℃，檢測nco％＜8×10^-3％，即得到封閉聚氨酯。

實(shí)施例3

將696份甲苯二異氰酸酯(tdi)，150份甲基異丁基酮，150份醋酸丁酯放入反應(yīng)釜底，升溫至50℃，滴加730份乙二醇單己醚，溫度保持在50-60℃，檢測nco％＝7.99±0.1％，滴加18份的去離子水與50份的丙酮，溫度保持在70-80℃，待放熱反應(yīng)消失后，溫度升溫至100-110℃，檢測nco％＜8×10^-3％，即得到封閉聚氨酯。

最后，本發(fā)明的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。