本发明涉及一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法，属于防火涂料技术领域。
背景技术：
相对于混凝土，钢结构在材料性能、经济效益、环境保护上具有明显的优势，被广泛应用于大跨度结构、超高层建筑、普通住宅及办公楼等，正逐步成为建筑的主流材料。然而，钢结构的防火性能差，在很大程度上制约了其发展。理论上，钢结构在全负荷下无法保持静态平衡的临界温度是528℃。建筑物一旦发生火灾，10分钟内火场温度就可达到700℃以上，裸露的钢结构在火灾发生的10分钟内即达到临界温度，便会产生塑性形变而失去承重能力，进而引起钢结构建筑的迅速坍塌。防火涂料可对钢结构起到有效的防火保护作用，可延缓钢结构在火灾中的升温，延长其到达临界温度的时间，可以为消防人员灭火和人们逃生争取时间，具有重要的现实意义。
目前，市场上大力推广的钢结构防火涂料产品多为溶剂型，水性防火涂料产品少且价格昂贵。溶剂型防火涂料含有大量的有机挥发物，不仅污染环境、浪费能源、严重危害施工人员的身体健康，而且涂料成膜后残存的有机溶剂可能会降低防火效果。现有防火涂料产品所选用的原料，如经典的聚磷酸铵/季戊四醇/三聚氰胺膨胀阻燃体系，具有很大的水溶性，容易从涂层中析出，造成防火性能显著下降，仅适用于短期防火隔热。
本发明公开了一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料，具有膨胀迅速、炭层强度高、中长期防火隔热效果好、耐水性能强、安全环保等优点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料，由以下质量份的原料组成：
水性硅丙乳液：30～40份；
密胺包覆聚磷酸铵：20～30份；
双季戊四醇：5～10份；
三聚氰胺：10～20份；
膨胀珍珠岩：2～5份；
成膜助剂：1～5份；
润湿分散剂：0.5～1份；
防霉剂：0.1～0.5份；
消泡剂：0.1～0.5份；
防闪锈剂：0.1～1份；
pH调节剂：0.1～0.5份；
增稠剂：0.1～0.5份；
水：10～20份。
所述密胺包覆聚磷酸铵为三聚氰胺甲醛树脂包覆的结晶Ⅱ型聚磷酸铵。
所述成膜助剂为丙二醇苯醚、二丙二醇正丁醚、十二碳醇酯、甲氧基丁醇、乙二醇单丁醚、二丙二醇丙醚中的至少一种。
所述润湿分散剂为炔二醇类非离子表面活性剂、疏水改性聚丙烯酸钠盐分散剂中的至少一种。
所述防闪锈剂为亚硝酸钠水溶液。
所述pH调节剂为胺类化合物。
所述增稠剂为非离子型疏水改性聚氨酯嵌段聚合物。
上述水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将水、成膜助剂、润湿分散剂、防霉剂、防闪锈剂和pH调节剂加入分散罐，以300～800r/min的转速搅拌5～10min；
2)加入密胺包覆聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺和膨胀珍珠岩，以2000～3000r/min的转速搅拌20～40min；
3)加入水性硅丙乳液、消泡剂和增稠剂，以500～1000r/min的转速搅拌20～40min，出料，得到水性耐水膨胀型钢结构防火涂料。
本发明的有益效果是：
1)本发明的防火涂料中不含有机溶剂和重金属等有害物质，有机挥发物含量低，不易燃烧，可有效避免溶剂挥发不完全而引起的涂层防火性能下降问题，储存安全，性能稳定；
2)本发明所采用的阻燃体系为高耐水性的密胺包覆聚磷酸铵/双季戊四醇/三聚氰胺膨胀阻燃体系，体系中的双季戊四醇、三聚氰胺水溶性低，而聚磷酸铵被密胺树脂包覆成微胶囊结构，水溶性低，因此，该膨胀阻燃体系与基体树脂结合力强，不易析出，防火涂料的耐久性显著提高，中长期防火隔热效果好；
3)本发明选用无皂聚合的水性硅丙乳液作为基体树脂，成膜后基本没有乳化剂残留，耐水性好，且由于其结构中含有Si-O-Si交联链段，熔融黏度和热分解温度区间宽度均大于常用的叔醋乳液和醋丙乳液，其膨胀迅速、炭层强度高、中长期防火隔热效果好；
4)本发明将膨胀珍珠岩分散在涂料体系中，珍珠岩内部具有完整的多孔、中空空心结构，能够起到隔热耐火作用，可有效延缓热量向钢材的传播，且珍珠岩在高温条件下自身会发生膨胀，穿插在炭层结构中，增强了炭层内部的致密性，提高了炭层的强度，密实的炭质层能有效抵御外部火焰的冲击，表现出优异的耐火性能；
5)本发明的制备工艺简单，产品综合性能符合国家标准GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》，具有膨胀迅速、炭层强度高、中长期防火隔热效果好、耐水性能强、安全环保的特点。
具体实施方式
一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料，由以下质量份的原料组成：
水性硅丙乳液：30～40份；
密胺包覆聚磷酸铵：20～30份；
双季戊四醇：5～10份；
三聚氰胺：10～20份；
膨胀珍珠岩：2～5份；
成膜助剂：1～5份；
润湿分散剂：0.5～1份；
防霉剂：0.1～0.5份；
消泡剂：0.1～0.5份；
防闪锈剂：0.1～1份；
pH调节剂：0.1～0.5份；
增稠剂：0.1～0.5份；
水：10～20份。
优选的，所述水性硅丙乳液为有机硅氧烷改性丙烯酸乳液，固含量为45％～50％，通过无皂乳液聚合而得。
进一步优选的，所述水性硅丙乳液为巴德富实业有限公司的RS-996AD。
优选的，所述密胺包覆聚磷酸铵为三聚氰胺甲醛树脂包覆的结晶Ⅱ型聚磷酸铵，细度大于800目。
优选的，所述双季戊四醇的细度大于800目。
优选的，所述三聚氰胺的细度大于800目。
优选的，所述膨胀珍珠岩的细度为400～600目。
优选的，所述成膜助剂为丙二醇苯醚、二丙二醇正丁醚、十二碳醇酯、甲氧基丁醇、乙二醇单丁醚、二丙二醇丙醚中的至少一种。
优选的，所述润湿分散剂为炔二醇类非离子表面活性剂、疏水改性聚丙烯酸钠盐分散剂中的至少一种。
优选的，所述防闪锈剂为亚硝酸钠水溶液。
优选的，所述pH调节剂为胺类化合物。
所述增稠剂为非离子型疏水改性聚氨酯嵌段聚合物。
上述水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将水、成膜助剂、润湿分散剂、防霉剂、防闪锈剂和pH调节剂加入分散罐，以300～800r/min的转速搅拌5～10min；
2)加入密胺包覆聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺和膨胀珍珠岩，以2000～3000r/min的转速搅拌20～40min；
3)加入水性硅丙乳液、消泡剂和增稠剂，以500～1000r/min的转速搅拌20～40min，出料，得到水性耐水膨胀型钢结构防火涂料。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的原料组成如表1所示：
表1一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的原料组成表
本实施例的水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的制备工艺如下：
按原料配比称取各组分，将水、成膜助剂、润湿分散剂、防霉剂、防闪锈剂和pH调节剂加入分散罐中，以300r/min的转速搅拌10分钟；加入密胺包覆聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺和膨胀珍珠岩，以2000r/min的转速高速分散30min；加入水性硅丙乳液、消泡剂和增稠剂，以500r/min的转速搅拌30min，出料，得到水性耐水膨胀型钢结构防火涂料，其性能测试数据如表5所示。
实施例2：
一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的原料组成如表2所示：
表2一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的原料组成表
本实施例的水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的制备工艺如下：
按原料配比称取各组分，将水、成膜助剂、润湿分散剂、防霉剂、防闪锈剂和pH调节剂加入分散罐中，以800r/min的转速搅拌5min；加入密胺包覆聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺和膨胀珍珠岩，以2000r/min的转速高速分散40min；加入水性硅丙乳液、消泡剂和增稠剂，以1000r/min的转速搅拌20min，出料，得到水性耐水膨胀型钢结构防火涂料，其性能测试数据如表5所示。
实施例3：
一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的原料组成如表3所示：
表3一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的原料组成表
本实施例的水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的制备工艺如下：
按原料配比称取各组分，将水、成膜助剂、润湿分散剂、防霉剂、防闪锈剂和pH调节剂加入分散罐中，以500r/min的转速搅拌7min；加入密胺包覆聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺和膨胀珍珠岩，以2500r/min的转速高速分散30min；加入水性硅丙乳液、消泡剂和增稠剂，以900r/min的转速搅拌20min，出料，得到水性耐水膨胀型钢结构防火涂料，其性能测试数据如表5所示。
实施例4：
一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的原料组成如表4所示：
表4一种水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的原料组成表
本实施例的水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的制备工艺如下：
按原料配比称取各组分，将水、成膜助剂、润湿分散剂、防霉剂、防闪锈剂和pH调节剂加入分散罐中，以300r/min的转速搅拌10min；加入密胺包覆聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺和膨胀珍珠岩，以2500r/min的转速高速分散20min；加入水性硅丙乳液、消泡剂和增稠剂，以800r/min的转速搅拌40min，出料，得到水性耐水膨胀型钢结构防火涂料，其性能测试数据如表5所示。
测试例：
对实施例1～4制备的水性耐水膨胀型钢结构防火涂料进行性能测试，性能测试结果如表5所示。
表5实施例1～4的水性耐水膨胀型钢结构防火涂料的性能测试结果
由表5可知：本发明的水性耐水膨胀型钢结构防火涂料综合性能优异，耐水性能远超国标技术指标(《钢结构防火涂料通用技术条件》GB14907-2002)要求，耐水性能强，中长期防火隔热效果好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。