本发明属于金属防腐领域，具体涉及一种硅基水性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约占全球gdp的4%，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方法之一。另一方面，随着人们对绿色高性能涂料的迫切需求，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，由于加入了多种树脂基材的成膜助剂、无机填料等，现在的硅烷化处理剂造成了成品涂料的贮存稳定性差，从而降低了涂膜对金属基材的保护效果。
技术实现要素：
针对现有技术硅烷化处理剂中含有多种树脂基材的成膜助剂、无机填料等造成涂料的贮存稳定性及附着力差而降低其对金属基材的保护效果，本发明提供一种硅基水性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：
一种硅基水性金属防腐剂，它是由下述重量份的原料组成的：
硅基成膜酯溶液13-20、分散剂1-2、十聚甘油单硬脂酸酯0.4-1、硅酸镁铝3-4、磷酸三钠2-4、棕榈酸钙0.7-1、γ-氨丙基三乙氧基硅烷20-30、均苯四甲酸二酐3-5。
所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钾、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基二甲基溴化铵中的一种。
所述的硅基成膜酯溶液是由下述重量份的原料组成的：
前驱体14-20、甲基丙烯酰氯10-12、2,2,2-三氟乙醇15-17、辛酸亚锡0.3-0.4、油酸二乙醇酰胺1-2、磷酸二氢铝2-3、辛基异噻唑啉酮0.4-1。
所述的前驱体为正硅酸乙酯。
所述的硅基成膜酯溶液的制备方法包括以下步骤：
（1）取辛基异噻唑啉酮，加入到2,2,2-三氟乙醇中，搅拌均匀，得醇溶液；
（2）取磷酸二氢铝，加入到其重量30-40倍的去离子水中，送入到90-95℃的水浴中，保温搅拌10-20分钟，出料，与上述醇溶液混合，搅拌至常温，得预处理醇溶液；
（3）取前驱体，加入到上述预处理醇溶液中，搅拌均匀，滴加氨水，调节ph为10-12，搅拌反应4-6小时，滴加盐酸，调节ph为4-5，加入甲基丙烯酰氯，升高温度为65-70℃，加入辛酸亚锡，保温反应7-8小时，出料，得酯化硅胶；
（4）取上述油酸二乙醇酰胺，加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀，加入酯化硅胶，超声3-5分钟，得基成膜酯溶液。
所述的氨水的浓度为16-20%、盐酸的浓度为1-2%。
一种硅基水性金属防腐剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十聚甘油单硬脂酸酯，加入到其重量13-20倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为50-60℃，加入硅酸镁铝、磷酸三钠，保温搅拌10-20分钟，得无机分散液；
（2）取棕榈酸钙，加入到其重量3-5倍的无水乙醇中，搅拌均匀，与上述硅基成膜酯溶液混合，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷重量的10-15%，在60-65℃下保温搅拌1-2小时，蒸馏除去乙醇，得溶胶硅烷溶液；
（3）取均苯四甲酸二酐，加入到其重量60-70倍的去离子水中，搅拌均匀，与上述溶胶硅烷溶液混合，升高温度为75-80℃，保温搅拌4-5小时，得酰胺硅烷溶液；
（4）取上述酰胺硅烷溶液，与剩余各原料混合，1000-1200转/分搅拌20-30分钟，即得所述硅基水性金属防腐剂。
本发明的优点：
本发明以正硅酸乙酯为前驱体，在含有辛基异噻唑啉酮、磷酸二氢铝的水溶液中水解，磷酸二氢铝可以改善硅基成膜酯的黏度和强度，从而提高涂膜对金属基材的附着力，辛基异噻唑啉酮则具有很好的抑菌防腐性能，对于提高成品防腐剂的贮存稳定性具有很好的促进效果；本发明将硅溶胶与甲基丙烯酰氯混合，在催化剂作用下酯化，有效的改善了硅溶胶与酯化料之间的相容性，提高了涂膜的均匀稳定性；
本发明采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷处理硅基成膜酯，然后将均苯四甲酸二酐水解后与共混，通过氨基与均苯四甲酸的反应，进一步改善了各原料间的相容性，从而提高了成品涂料的贮存稳定性，本发明的涂膜以硅基成膜酯为成膜助剂，与基材的成膜性好，附着力高。
具体实施方式
实施例1
一种硅基水性金属防腐剂，它是由下述重量份的原料组成的：
硅基成膜酯溶液20、分散剂2、十聚甘油单硬脂酸酯1、硅酸镁铝4、磷酸三钠4、棕榈酸钙1、γ-氨丙基三乙氧基硅烷30、均苯四甲酸二酐5。
所述的分散剂为十二烷基二甲基溴化铵。
所述的硅基成膜酯溶液是由下述重量份的原料组成的：
前驱体20、甲基丙烯酰氯12、2,2,2-三氟乙醇17、辛酸亚锡0.4、油酸二乙醇酰胺2、磷酸二氢铝3、辛基异噻唑啉酮1。
所述的前驱体为正硅酸乙酯。
所述的硅基成膜酯溶液的制备方法包括以下步骤：
（1）取辛基异噻唑啉酮，加入到2,2,2-三氟乙醇中，搅拌均匀，得醇溶液；
（2）取磷酸二氢铝，加入到其重量40倍的去离子水中，送入到90-95℃的水浴中，保温搅拌20分钟，出料，与上述醇溶液混合，搅拌至常温，得预处理醇溶液；
（3）取前驱体，加入到上述预处理醇溶液中，搅拌均匀，滴加氨水，调节ph为12，搅拌反应6小时，滴加盐酸，调节ph为5，加入甲基丙烯酰氯，升高温度为70℃，加入辛酸亚锡，保温反应8小时，出料，得酯化硅胶；
（4）取上述油酸二乙醇酰胺，加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌均匀，加入酯化硅胶，超声5分钟，得基成膜酯溶液。
所述的氨水的浓度为20%、盐酸的浓度为2%。
一种硅基水性金属防腐剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十聚甘油单硬脂酸酯，加入到其重量20倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为60℃，加入硅酸镁铝、磷酸三钠，保温搅拌20分钟，得无机分散液；
（2）取棕榈酸钙，加入到其重量3-5倍的无水乙醇中，搅拌均匀，与上述硅基成膜酯溶液混合，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷重量的15%，在65℃下保温搅拌2小时，蒸馏除去乙醇，得溶胶硅烷溶液；
（3）取均苯四甲酸二酐，加入到其重量70倍的去离子水中，搅拌均匀，与上述溶胶硅烷溶液混合，升高温度为80℃，保温搅拌5小时，得酰胺硅烷溶液；
（4）取上述酰胺硅烷溶液，与剩余各原料混合，1200转/分搅拌30分钟，即得所述硅基水性金属防腐剂。
实施例2
一种硅基水性金属防腐剂，它是由下述重量份的原料组成的：
硅基成膜酯溶液13、分散剂1、十聚甘油单硬脂酸酯0.4、硅酸镁铝3、磷酸三钠2、棕榈酸钙0.7、γ-氨丙基三乙氧基硅烷20、均苯四甲酸二酐3。
所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钾。
所述的硅基成膜酯溶液是由下述重量份的原料组成的：
前驱体14、甲基丙烯酰氯10、2,2,2-三氟乙醇15、辛酸亚锡0.3、油酸二乙醇酰胺1、磷酸二氢铝2、辛基异噻唑啉酮0.4。
所述的前驱体为正硅酸乙酯。
所述的硅基成膜酯溶液的制备方法包括以下步骤：
（1）取辛基异噻唑啉酮，加入到2,2,2-三氟乙醇中，搅拌均匀，得醇溶液；
（2）取磷酸二氢铝，加入到其重量30倍的去离子水中，送入到90℃的水浴中，保温搅拌10分钟，出料，与上述醇溶液混合，搅拌至常温，得预处理醇溶液；
（3）取前驱体，加入到上述预处理醇溶液中，搅拌均匀，滴加氨水，调节ph为10，搅拌反应4小时，滴加盐酸，调节ph为4，加入甲基丙烯酰氯，升高温度为65℃，加入辛酸亚锡，保温反应7小时，出料，得酯化硅胶；
（4）取上述油酸二乙醇酰胺，加入到其重量20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入酯化硅胶，超声3分钟，得基成膜酯溶液。
所述的氨水的浓度为16%、盐酸的浓度为1%。
一种硅基水性金属防腐剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十聚甘油单硬脂酸酯，加入到其重量13倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为50℃，加入硅酸镁铝、磷酸三钠，保温搅拌10分钟，得无机分散液；
（2）取棕榈酸钙，加入到其重量3倍的无水乙醇中，搅拌均匀，与上述硅基成膜酯溶液混合，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷重量的10%，在60℃下保温搅拌1小时，蒸馏除去乙醇，得溶胶硅烷溶液；
（3）取均苯四甲酸二酐，加入到其重量60倍的去离子水中，搅拌均匀，与上述溶胶硅烷溶液混合，升高温度为75℃，保温搅拌4小时，得酰胺硅烷溶液；
（4）取上述酰胺硅烷溶液，与剩余各原料混合，1000转/分搅拌20分钟，即得所述硅基水性金属防腐剂。
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。