本发明属于涂料领域，具体涉及一种抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物及其制备方法和应用。
背景技术：
：水性涂料作为防腐涂料使用，最大技术障碍就是耐腐蚀性能大幅降低。一般油性防腐涂料在盐雾实验中，很容易就能达到2000小时以上，然而一般水性涂料只能达到20-300小时，相差一个数量级甚至还多。当前，水性树脂及其它组合物制备的水性防腐涂料的耐腐蚀性难以满足现实防腐的需要。二氧化碳腐蚀是石油化工、油气工业等常常会遇到的腐蚀，溶于水的二氧化碳会对金属材料产生很强的腐蚀作用，二氧化碳的腐蚀直接影响到了安全生产。控制二氧化碳腐蚀一般实在金属表面涂刷一层涂层，但是由于二氧化碳的强烈的穿透性，所以通常的涂层不能阻挡其渗透与扩散。另外水性涂料中因为含有水，在于金属接触成膜的过程中，空气中的二氧化碳将会进入水中，加速金属材料的腐蚀。缓蚀剂是一种重要的控制二氧化碳腐蚀的防腐措施，但是目前使用的咪唑啉缓蚀剂在涂层缓蚀效果不能达到理想的防二氧化碳腐蚀的程度，尤其是在水性涂料组合物中，防腐效果更不理想。技术实现要素：本发明的目的之一是提供一种抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物。具体技术方案如下：一种抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物，所述水性涂料组合物按质量份由以下组分制备而成：水性树脂或乳液45～65份，缓蚀剂6～10份，缓蚀剂载体5～10份，助剂2～5份，无机片状填料20～30份，水5～7.5份；所述缓蚀剂的分子结构式如下式所示：其中，r是1-3的烷基。优选地，所述水性树脂或乳液为水性环氧酯树脂或苯乙烯-丙烯酸脂共聚乳液。优选地，所述缓蚀剂载体为粘土、蒙脱土、沸石或蛭石。优选地，所述助剂包括：成膜助剂、消泡剂、润湿剂、分散剂和增稠剂。更优选地，所述成膜助剂1.1～2.5质量份，是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:7～10:4～6的混合物；所述消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，0.3～1.2质量份；分散剂为磷酸酯，0.4～0.7质量份；增稠剂为乙氧基化醇，0.2～0.6质量份。优选地，所述无机片状填料为石墨、玻璃鳞片、云母或滑石。本发明的目的之二是提供所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物的制备方法。具体技术方案如下：一种抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物的制备方法，包括以下步骤：(1)按照摩尔比1:1，将水杨酸和羟基硅烷偶联剂混合，在70～80℃的水浴加热下以250～350r/min的速度均匀搅拌，反应2～4小时；(2)将步骤(1)获得的物质与四氮唑化合物按照摩尔比1:1混合，用三氯化铝为催化剂，在温度为75～90℃的水浴加热下反应3～5小时，得到所述缓蚀剂；(3)按照缓蚀剂:乙醇＝1:10的质量比，将步骤(2)所得缓蚀剂与乙醇混合，搅拌均匀后加入粒度≤15μm的缓蚀剂载体，缓蚀剂载体加入量以被溶液浸没为准，浸泡12小时以上后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂的载体；(4)将步骤(3)所得负载了缓蚀剂的载体与水性树脂或乳液、助剂、无机片状填料和水按照质量份配比混合，搅拌均匀后以1000～3000r/min的转速研磨1小时以上，即可得到所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物。本发明的目的之三是提供所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物的应用。具体技术方案如下：所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物应用于钢铁材料表面。优选地，将所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物涂覆或喷涂于钢铁材料表面，干膜后的涂层厚度≥20μm。有益效果：(1)本发明的缓蚀剂是以水杨酸和四氮唑化合物生成的类化合物连接在以羟基硅烷偶联剂上制备所得，其制备方法简单，反应条件方便易控而且对环境无害，大幅度提高了涂层的耐二氧化碳腐蚀性能。(2)本发明的水性涂料组合物所加的助剂成分使涂料组合物具有优良的疏水性能，防腐效果明显，以及增加了涂料组合物的润湿性，更便于涂刷。(3)本发明的水性涂料组合物不仅适用于金属表面如钢和铸铁上，而且我们发现，对于很多非金属表面的保护，也有非常显著的效果。具体实施方式通过以下实施例进一步阐述本发明，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明的方法，步骤和条件所做的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。缓蚀剂的制备路线如下：第一阶段，以水杨酸为原料，放入到烧瓶中，按照等摩尔比例加入羟基硅烷偶联剂，然后在温度为70～80℃的水浴加热下以250～350r/min的速度均匀搅拌，反应2～4小时。水杨酸的分子结构式如下所示：反应3小时后，得到如下所示分子结构式的物质：第二阶段，将第一阶段获得的物质按照等摩尔的比例加入到四氮唑化合物(分子结构式如下所示)中，用三氯化铝为催化剂，在温度为75～90℃的水浴加热下反应3～5个小时，得到目标产物，即连接在偶联剂上的缓蚀剂。最终产物，即连接在偶联剂上的缓蚀剂分子结构式如下所示：实施例1一种抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物制备方法，具体步骤如下：步骤1，以水杨酸为原料，放入到烧瓶中，按照1:1摩尔比例加入羟基硅烷偶联剂，然后在温度为80℃的水浴加热下以250r/min的速度均匀搅拌，反应3.5个小时；步骤2，将步骤1获得的物质与四氮唑化合物按照1:1摩尔的比例加入到烧瓶中，用三氯化铝为催化剂，在温度为75℃的水浴加热下反应4个小时，得到所述缓蚀剂；步骤3，首先，将缓蚀剂加到烧杯中，然后加乙醇稀释，缓蚀剂与乙醇的质量比为1/10，搅拌均匀后，再加入无机载体颗粒粘土(一般颗粒的大小限定在15μm以下)，载体加入量以浸没颗粒为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂的载体；步骤4，称取助剂，其中成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，1.4质量份；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，0.6质量份；分散剂为磷酸酯，0.5质量份；增稠剂为乙氧基化醇；0.5质量份；称取石墨片状填料；步骤5，按照下表中的配方，将负载了缓蚀剂的载体、水性树脂或乳液、助剂(所有助剂形成1个添加剂包)和无机片状填料混合后，再加入水，然后加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到高速研磨分散机中进行研磨，转速为1500r/min，研磨4个小时，即可得到所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物。表1实施例1配方(单位：质量份)实施例1-1实施例1-2实施例1-3实施例1-4实施例1-5实施例1-6水性环氧酯树脂565656565656粘土888888添加剂包333333缓蚀剂666666石墨272727272727水6.756.756.756.756.756.75实施例2一种抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物制备方法，具体步骤如下：步骤1，以水杨酸为原料，放入到烧瓶中，按照1:1摩尔比例加入羟基硅烷偶联剂，然后在温度为75℃的水浴加热下以300r/min的速度均匀搅拌，反应3个小时；步骤2，将步骤1获得的物质与四氮唑化合物按照1:1摩尔的比例加入到烧瓶中，用三氯化铝为催化剂，在温度为80℃的水浴加热下反应4个小时，得到所述缓蚀剂；步骤3，首先，将缓蚀剂加到烧杯中，然后加乙醇稀释，缓蚀剂与乙醇的质量比为1/10，搅拌均匀后，再加入无机载体颗粒蒙脱土(一般颗粒的大小限定在15μm以下)，载体加入量以浸没颗粒为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂的载体；步骤4，称取助剂，其中成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:10:5的混合物，2质量份；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，0.8质量份；分散剂为磷酸酯，0.7质量份；增稠剂为乙氧基化醇，0.5质量份；称取云母片状填料；步骤5，按照下表中的配方，将负载了缓蚀剂的载体、水性树脂或乳液、助剂(所有助剂形成1个添加剂包)和无机片状填料混合后，再加入水，然后加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到高速研磨分散机中进行研磨，转速为1500r/min，研磨4个小时，即可得到所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物。表2实施例2配方(单位：质量份)实施例3一种抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物制备方法，具体步骤如下：步骤1，以水杨酸为原料，放入到烧瓶中，按照1:1摩尔比例加入羟基硅烷偶联剂，然后在温度为78℃的水浴加热下以320r/min的速度均匀搅拌，反应2个小时；步骤2，将步骤1获得的物质与四氮唑化合物按照1:1摩尔的比例加入到烧瓶中，用三氯化铝为催化剂，在温度为90℃的水浴加热下反应3个小时，得到所述缓蚀剂；步骤3，首先，将缓蚀剂加到烧杯中，然后加乙醇稀释，缓蚀剂与乙醇的质量比为1/10，搅拌均匀后，再加入无机载体颗粒沸石(一般颗粒的大小限定在15μm以下)，载体加入量以浸没颗粒为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂的载体；步骤4，称取助剂，其中成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:8:6的混合物，1.1质量份；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，0.3质量份；分散剂为磷酸酯，0.4质量份；增稠剂为乙氧基化醇，0.2质量份；称取玻璃鳞片片状填料；步骤5，按照下表中的配方，将负载了缓蚀剂的载体、水性树脂或乳液、助剂(所有助剂形成1个添加剂包)和无机片状填料混合后，再加入水，然后加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到高速研磨分散机中进行研磨，转速为1500r/min，研磨4个小时，即可得到所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物。表3实施例3配方(单位：质量份)实施例3-1实施例3-2实施例3-3实施例3-4实施例3-5实施例3-6水性环氧酯树脂656565656565沸石555555添加剂包222222缓蚀剂888888玻璃鳞片202020202020水555555实施例4一种抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物制备方法，具体步骤如下：步骤1，以水杨酸为原料，放入到烧瓶中，按照1:1摩尔比例加入羟基硅烷偶联剂，然后在温度为70℃的水浴加热下以350r/min的速度均匀搅拌，反应4个小时；步骤2，将步骤1获得的物质与四氮唑化合物按照1:1摩尔的比例加入到烧瓶中，用三氯化铝为催化剂，在温度为78℃的水浴加热下反应5个小时，得到所述缓蚀剂；步骤3，首先，将缓蚀剂加到烧杯中，然后加乙醇稀释，缓蚀剂与乙醇的质量比为1/10，搅拌均匀后，再加入无机载体颗粒蛭石(一般颗粒的大小限定在15μm以下)，载体加入量以浸没颗粒为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，得到负载了缓蚀剂的载体；步骤4，称取助剂，其中成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:7:5的混合物，2.5质量份；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，1.2质量份；分散剂为磷酸酯，0.7质量份；增稠剂为乙氧基化醇，0.6质量份；称取滑石片状填料；步骤5，按照下表中的配方，将负载了缓蚀剂的载体、水性树脂或乳液、助剂(所有助剂形成1个添加剂包)和无机片状填料混合后，再加入水，然后加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到高速研磨分散机中进行研磨，转速为1500r/min，研磨4个小时，即可得到所述抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物。表4实施例4配方(单位：质量份)实施例5(空白对照例：无缓蚀剂)一种水性涂料组合物制备方法，具体步骤如下：步骤1，称取与以上实施例1缓蚀剂相同质量的羟基硅烷偶联剂备用；步骤2，首先，将羟基硅烷偶联剂加到烧杯中，然后加乙醇稀释，偶联剂与乙醇的质量比为1/10，搅拌均匀后，再加入无机载体颗粒粘土(一般颗粒的大小限定在15μm以下)，载体加入量以浸没颗粒为准，浸泡24小时后取出，晾干，去掉乙醇，获得负载了偶联剂的载体；步骤3，称取助剂，其中成膜助剂是乙二醇丁醚、乙醇、丁醇按照质量比1:9:4的混合物，1.4质量份；消泡剂和润湿剂为乙炔二醇，0.6质量份；分散剂为磷酸酯，0.5质量份；增稠剂为乙氧基化醇；0.5质量份；称取石墨片状填料；步骤4，按照下表中的配方，将负载了偶联剂的载体、水性树脂或乳液、助剂(所有助剂形成1个添加剂包)和无机片状填料混合后，再加入水，然后加入到搅拌釜中进行搅拌，搅拌速度为450r/min，搅拌均匀后，转入到高速研磨分散机中进行研磨，转速为1500r/min，研磨4个小时，即可得到所述水性涂料组合物。表5实施例5配方(单位：质量份)实施例5-1实施例5-2实施例5-3实施例5-4实施例5-5实施例5-6水性环氧酯树脂565656565656粘土888888添加剂包333333羟基硅烷偶联剂666666石墨272727272727水6.756.756.756.756.756.75将上述实施例1～5所得水性涂料组合物涂覆于冷轧钢板上，钢板大小为15×15×0.5mm，采用无气喷涂，喷涂厚度控制在100μm，干膜后漆膜厚度控制在75～80μm，干燥后将涂有含有缓蚀剂涂层的冷轧钢板放入到含有二氧化碳的反应釜中加速腐蚀实验，温度为35℃，压力为两个大气压，测定涂层面积，实验结果见表6：表6实施例耐腐蚀测试实验结果汇总实施例5的对比空白实验的涂层，涂层的保留面积一般在40％左右，而实施例1～4所得本发明抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物实验结果显示，涂层保留面积基本在60～90％之间。可见，与不含本发明所述缓蚀剂的水性涂料组合物相比，本发明的抗二氧化碳腐蚀的水性涂料组合物的耐二氧化碳腐蚀性能得到了大幅提高。当前第1页1 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