本发明属于金属防腐领域，具体涉及一种碳层硅烷金属防腐剂及其制备方法。
背景技术：
金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故；
据统计，全球每年因钢铁的腐蚀而造成的经济损失占全球gdp的4%左右，因此，如何有效地防腐一直是业界研究的热点和难点。当前，人们已通过各种不同的方式对钢铁进行防腐蚀保护，涂覆防锈涂料是防止钢铁腐蚀的主要保护方法之一。面对世界防腐涂料工业朝着高性能和“绿色化”的发展方向，水性防腐涂料已逐渐成为涂料发展的主要方向；
随着金属表面处理工艺的成熟，传统的磷酸盐转化和铬酸盐钝化表面处理技术因为污染环境、容易对人体造成危害等因素而逐渐被环保节能的硅烷化处理技术替代，但是现在的硅烷化处理大多只是单纯的依靠硅烷的成膜性能，使得硅烷溶液处理过的金属工件表面形成的膜层稳定性不好，容易破损、与金属体的附着力不强。
技术实现要素：
针对现有技术中硅烷溶液处理过的金属工件表面形成的膜层稳定性不好、容易破损及与金属体的附着力不强等问题，本发明提供一种碳层硅烷金属防腐剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳层硅烷金属防腐剂，它是由下述重量份的原料组成的：
甲基丙烯酰氯16-20、2,2,2-三氟乙醇20-25、辛酸亚锡0.08-0.1、十二烯基丁二酸3-4、蓖麻油酸锌2-3、硼酸三丁酯5-7、硬脂酸1-2、聚山梨酯800.1-0.2、亚硫酸钠1-2、硅烷偶联剂kh57030-40、碳粉分散液20-30。
所述的碳粉分散液是由下述重量份的原料组成的：
碳粉17-20、二丙酮醇4-7、甲酰胺10-14、引发剂0.4-0.5、肉豆蔻酸钠皂1-2、2,2-二羟甲基丙酸2-3。
所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的一种。
所述的碳粉分散液的制备方法包括以下步骤：
（1）取肉豆蔻酸钠皂，加入到其重量30-40倍的去离子水中，搅拌均匀，加入二丙酮醇，升高温度为85-90℃，保温搅拌10-20分钟，得醇分散液；
（2）取碳粉、2,2-二羟甲基丙酸混合，加入到混合料重量10-16倍的去离子水中，加入甲酰胺，在30-40℃下超声1-2小时，得单体分散液；
（3）取引发剂，加入到其重量20-25倍的去离子水中，搅拌均匀；
（4）取上述单体分散液，送入到反应釜中，与醇分散液混合，搅拌均匀，通入氮气，调节反应釜温度为70-75℃，滴加上述引发剂水溶液，滴加完毕后保温搅拌4-5小时，出料，得碳粉分散液。
一种碳层硅烷金属防腐剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取蓖麻油酸锌，加入到其重量15-17倍的、15-20%乙醇溶液中，搅拌均匀，加入碳粉分散液，搅拌均匀，得预处理分散液；
（2）取硅烷偶联剂kh570重量的3-5%，加入到其重量10-15倍的去离子水中，加入辛酸亚锡，超声3-5分钟，得催化硅烷溶液；
（3）取硼酸三丁酯、聚山梨酯80混合，加入到混合料重量30-40倍的去离子水中，在50-60℃下保温搅拌10-20分钟，得酯分散液；
（4）取甲基丙烯酰氯，加入到上述预处理分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，滴加2,2,2-三氟乙醇，滴加完毕后调节反应釜温度为65-70℃，加入上述催化硅烷溶液，保温搅拌6-8小时，出料，得酯改性硅烷分散液；
（5）取上述酯分散液、酯改性硅烷分散液混合，超声10-20分钟，与剩余各原料混合，搅拌均匀，即得所述碳层硅烷金属防腐剂。
本发明的优点：
本发明首先通过2,2-二羟甲基丙酸处理碳粉，然后与甲酰胺混合，在引发剂作用下聚合，不仅有效的改善了碳粉与聚合物间的相容性，甲酰胺通过酸掺杂聚合，赋予了聚合物很好的导电性，作为金属防腐涂料的添加剂可以明显提高成品涂膜的防腐蚀效果；
本发明以甲基丙烯酰氯、2,2,2-三氟乙醇为原料，碳粉的醇溶液为反应溶剂，辛酸亚锡为催化剂进行反应，将反应产物与硼酸三丁酯的聚山梨酯水分散液共混，起到了很好的分散均匀性，有效的改善了酯化料、碳粉在水溶液中的分散性，从而提高了涂膜的均匀稳定性；
本发明加入的硼酸三丁酯、硬脂酸、十二烯基丁二酸、亚硫酸钠、蓖麻油酸锌都具有很好的防腐蚀性能，采用碳粉掺杂，可以在金属表面形成碳层沉积涂膜，对提高涂膜的稳定性强度具有很好的促进效果。
具体实施方式
实施例1
一种碳层硅烷金属防腐剂，它是由下述重量份的原料组成的：
甲基丙烯酰氯20、2,2,2-三氟乙醇25、辛酸亚锡0.1、十二烯基丁二酸4、蓖麻油酸锌3、硼酸三丁酯7、硬脂酸1-2、聚山梨酯800.2、亚硫酸钠2、硅烷偶联剂kh57040、碳粉分散液30。
所述的碳粉分散液是由下述重量份的原料组成的：
碳粉20、二丙酮醇7、甲酰胺14、引发剂0.5、肉豆蔻酸钠皂2、2,2-二羟甲基丙酸3。
所述的引发剂为过硫酸铵。
所述的碳粉分散液的制备方法包括以下步骤：
（1）取肉豆蔻酸钠皂，加入到其重量40倍的去离子水中，搅拌均匀，加入二丙酮醇，升高温度为90℃，保温搅拌20分钟，得醇分散液；
（2）取碳粉、2,2-二羟甲基丙酸混合，加入到混合料重量16倍的去离子水中，加入甲酰胺，在40℃下超声2小时，得单体分散液；
（3）取引发剂，加入到其重量25倍的去离子水中，搅拌均匀；
（4）取上述单体分散液，送入到反应釜中，与醇分散液混合，搅拌均匀，通入氮气，调节反应釜温度为75℃，滴加上述引发剂水溶液，滴加完毕后保温搅拌5小时，出料，得碳粉分散液。
一种碳层硅烷金属防腐剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取蓖麻油酸锌，加入到其重量17倍的、20%乙醇溶液中，搅拌均匀，加入碳粉分散液，搅拌均匀，得预处理分散液；
（2）取硅烷偶联剂kh570重量的5%，加入到其重量15倍的去离子水中，加入辛酸亚锡，超声5分钟，得催化硅烷溶液；
（3）取硼酸三丁酯、聚山梨酯80混合，加入到混合料重量40倍的去离子水中，在60℃下保温搅拌10-20分钟，得酯分散液；
（4）取甲基丙烯酰氯，加入到上述预处理分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，滴加2,2,2-三氟乙醇，滴加完毕后调节反应釜温度为70℃，加入上述催化硅烷溶液，保温搅拌8小时，出料，得酯改性硅烷分散液；
（5）取上述酯分散液、酯改性硅烷分散液混合，超声20分钟，与剩余各原料混合，搅拌均匀，即得所述碳层硅烷金属防腐剂。
实施例2
一种碳层硅烷金属防腐剂，它是由下述重量份的原料组成的：
甲基丙烯酰氯16、2,2,2-三氟乙醇20、辛酸亚锡0.08、十二烯基丁二酸3、蓖麻油酸锌2、硼酸三丁酯5、硬脂酸1、聚山梨酯800.1、亚硫酸钠1、硅烷偶联剂kh57030、碳粉分散液20。
所述的碳粉分散液是由下述重量份的原料组成的：
碳粉17、二丙酮醇4、甲酰胺10、引发剂0.4、肉豆蔻酸钠皂1、2,2-二羟甲基丙酸2。
所述的引发剂为过硫酸钾。
所述的碳粉分散液的制备方法包括以下步骤：
（1）取肉豆蔻酸钠皂，加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌均匀，加入二丙酮醇，升高温度为85℃，保温搅拌10分钟，得醇分散液；
（2）取碳粉、2,2-二羟甲基丙酸混合，加入到混合料重量10-16倍的去离子水中，加入甲酰胺，在30℃下超声1小时，得单体分散液；
（3）取引发剂，加入到其重量20倍的去离子水中，搅拌均匀；
（4）取上述单体分散液，送入到反应釜中，与醇分散液混合，搅拌均匀，通入氮气，调节反应釜温度为70℃，滴加上述引发剂水溶液，滴加完毕后保温搅拌4小时，出料，得碳粉分散液。
一种碳层硅烷金属防腐剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取蓖麻油酸锌，加入到其重量15倍的、15%乙醇溶液中，搅拌均匀，加入碳粉分散液，搅拌均匀，得预处理分散液；
（2）取硅烷偶联剂kh570重量的3%，加入到其重量10倍的去离子水中，加入辛酸亚锡，超声3分钟，得催化硅烷溶液；
（3）取硼酸三丁酯、聚山梨酯80混合，加入到混合料重量30倍的去离子水中，在50℃下保温搅拌10分钟，得酯分散液；
（4）取甲基丙烯酰氯，加入到上述预处理分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，滴加2,2,2-三氟乙醇，滴加完毕后调节反应釜温度为65℃，加入上述催化硅烷溶液，保温搅拌6-8小时，出料，得酯改性硅烷分散液；
（5）取上述酯分散液、酯改性硅烷分散液混合，超声10分钟，与剩余各原料混合，搅拌均匀，即得所述碳层硅烷金属防腐剂。
性能测试：
耐酸性（5%的硫酸溶液、25℃、50h）：漆膜无起泡、无脱落、无锈蚀；
耐碱性（5%的氢氧化钠溶液、25℃、600h）：漆膜无起泡、无脱落、无锈蚀；
耐盐水性（5%的氯化钠溶液、25℃、800h）：漆膜无起泡、无脱落、无锈蚀；
对比性能测试：
耐剥离性：
用本发明的碳层硅烷金属防腐剂、市售硅烷防腐剂分别处理实验钢板，然后在钢板涂面上涂上一层2-3mm的浆糊，放到温度为50℃，相对湿度96%的密封箱中，实验时间24小时，取出后用清水洗净，本发明碳层硅烷金属防腐剂处理的钢板涂膜表面无起泡、无脱落、无破损，而市售硅烷防腐剂处理的钢板涂膜出现了轻微的起泡现象。