本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料及其制备方法。
背景技术：
钢结构建筑具有重量轻、施工快、强度高、布置灵活等优点，被广泛应用于各种单多层厂房、商业高层建筑等，发展前景看好。
但是，钢材导热性强，耐火性能差，其力学性能如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。通常在450～650℃温度中就会失去承载能力，发生形变导致钢结构失去支撑而坍塌。一般不加保护的钢结构耐火极限为15分钟左右，而用防火涂料涂履于钢结构可将耐火极限延长至1h以上，是延长钢结构耐火极限最为经济、实用的方法之一。
目前，市场上销售的超薄型钢结构防火涂料多为溶剂型，普遍存在voc释放量大，对环境污染严重的问题，而水性超薄型钢结构防火涂料的市场化还不普遍，占比不到一成。
而且，现有超薄型钢结构防火涂料，不管是水性还是油性，由于粉体含量高，粘结基料比例相对较低，在施工时普遍存在不能厚涂的问题，容易流挂，即便厚涂也容易开裂，这是施工和验收所不允许的。为达到设计要求的1.5～2.0mm涂层膜厚，同时又避免流挂和开裂问题，超薄型钢结构防火涂料施工工艺通常要求做6～8道，每道膜厚不高于0.3mm，上一道涂层与下一道涂层施工要间隔6～24h，所以超薄型钢结构防火涂料施工与通常只需喷涂1～2道即可的普通涂料相比，存在施工费用高，耗费大量人力、物力，涂料损耗高等不足，其施工成本有时甚至超过涂料成本。
cn104829175a公开了一种厚涂抗裂聚合物水泥防水涂料及其制备方法，涂料包括液料组分和粉料组分，粉料组分包括特种水泥、活性填料、普通填料、水溶性纤维素、消泡剂；液料组分包括高分子乳液、分散剂、防腐剂、消泡剂；余量为水；液料组分和粉料组分按重量比计的混合比例为10∶8～12。该厚涂抗裂聚合物水泥防水涂料应用于厨房、卫生间、阳台、地下室等活动量较小的基层的防水，不适用于钢结构。
cn105838171b公开了一种超薄型钢结构防火涂料，由以下质量份数的组分构成：纳米二氧化硅气凝胶5～20份、丙烯酸乳液15～45份、三聚氰胺30～80份、季戊四醇30～60份、聚磷酸铵50～80份、钛白粉10～15份、海泡石纤维5～15份、滑石5～15份、可膨胀石墨5～15份、水性润湿分散剂0.2～0.8份、改性有机膨润土0.02～0.08份、水性流平剂0.05～0.2份。制备方法为：按照组分配比对各组分进行称量；将各组分依次加入高速分散机中进行混料分散；静置陈化10～15h；计量包装。该防火涂料没有涉及到单次厚涂、厚涂防裂的技术问题。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺点，提供一种厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料，采用超薄防火涂料专用喷涂设备喷涂，单次成膜可达干膜1.5mm以上不流挂、不开裂，可大幅提高涂料施工效率，降低施工成本，减少涂料损耗，耐火极限时间超过90min，全部技术指标均达到或超过gb14907-2002国标要求。
本发明进一步要解决的技术问题是，提供所述一种厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料，包括以下重量份的组分：乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液170～210份；阻燃乳胶30～60份；粉体复合阻燃剂300～450份；液体阻燃剂：20～50份；三聚氰胺：50～100份；钛白粉：70～110份；抗裂剂：5～10份；柔韧性增强剂30～60份；润湿分散剂3～6份；防腐剂1～3份；消泡剂1～3份；ph稳定剂1～3份；触变剂6～12份；去离子水125～160份。
进一步，所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液粘度为500～1000mpa•s，最低成膜温度≤1℃，粒径尺寸为≤2.0μm，质量固含为50%～60%，ph值为4.0～6.5，更进一步优选，所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液为cw-707、bj-707、红星-707中的一种，具有优良的粘结性、机械稳定性和耐水性；所述阻燃乳胶粘度为1000～20000mpa•s，最低成膜温度≤0℃，质量固含≥53%，ph值为4.0～7.0，热分解温度≥180℃，更进一步优选，所述阻燃乳胶为905，加入905后，防火涂料的膨胀炭质层更加致密，炭层强度更高。
进一步，所述粉体复合阻燃剂，p2o5质量含量≥60%，n质量含量≥14%，粒径≤25μm，更进一步优选的，所述粉体复合阻燃剂为800，同时提供炭源和酸源，使膨胀炭层更加致密，炭层强度更高，耐温性更好。
进一步，所述液体阻燃剂，质量固含为≥30%，ph值为7.0～10.0，热分解温度≥230℃，更进一步优选的，所述液体阻燃剂为fr-l，与粉体复合阻燃剂配合，可达更佳的阻燃效果，同时该液体阻燃剂也有一定的增稠效果，可与触变剂达到复配增效的作用。
进一步，所述三聚氰胺纯度≥99.8%，粒径≤40μm，更进一步优选的，所述三聚氰胺为jlsmelamine；所述钛白粉晶型为金红石型，其中二氧化钛含量≥92%，平均粒径≤0.5μm，吸油量≤20g/100g，更进一步优选的，所述钛白粉为r902+。
进一步，所述抗裂剂为液体，过氧化值（mmol/100g）≤10，质量固含≥99%，能有效地减缓水性防火涂料在干燥过程中因体积收缩而产生的龟裂裂纹，提高单次涂刷的厚度，且无毒、无腐蚀性、不燃、不影响涂料的膨胀性能；所述柔韧性增强剂为液体，粘度为200～3300mpa•s，质量固含≥99%，更进一步优选的，所述柔韧性增强剂为qf-1，用来与抗裂剂配合，增加涂层的柔韧性，进一步提高抗裂效果，且无毒、无腐蚀性、不燃、能延长阻燃效果。
进一步，所述润湿分散剂为proxa987；所述防腐剂为polyphasepw40；所述消泡剂为open-breakairws2991，该消泡剂为有机硅和矿物油复配型，具有优异的动态消泡能力，出色的抑泡能力以及持久的消泡能力，加入时分粉料分散阶段和调浆阶段加入可取得最佳效果；所述ph值稳定剂为synthro-stab25b。
进一步，所述触变剂为改性脲触变剂，该触变剂是液体，易添加也可后添加，通过与涂料体系有选择地不相容，在合适的搅拌速度下，产生细小针状结晶，通过结晶间的键合力，形成三维网状结构，从而为体系提供了较强的触变性，也就提供了优越的防沉、防流挂性能。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
（1）在搅拌状态下，于容器内按顺序依次加入部分去离子水、润湿分散剂、ph值稳定剂、部分消泡剂，加完后仍继续搅拌；
（2）在搅拌状态下按顺序依次加入钛白粉、三聚氰胺，再加入部分去离子水冲洗容器内壁和搅拌轴，加完后，继续搅拌；
（3）在搅拌状态下加入粉体复合阻燃剂，再加入部分去离子水冲洗容器内壁和搅拌轴，加完后，继续搅拌；
（4）在搅拌状态下按顺序依次加入乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液、阻燃乳胶、液体阻燃剂、抗裂剂、柔韧性增强剂、防腐剂、剩余部分消泡剂、触变剂、剩余部分去离子水，加完后，继续搅拌，再过滤包装，即得成品。
进一步，步骤（1）中，所述搅拌的转速为400～600r/min，所述部分去离子水为其总重量的94～96%（优选95%），所述部分消泡剂为其总重量的45～55%（优选50%），所述继续搅拌的时间为4～6min（优选5min）。
进一步，步骤（2）中，所述转速为800～1000r/min，所述部分去离子水为其总重量的1.5～2.5%（优选2%），所述继续搅拌的转速为1500～2000r/min，继续搅拌的时间为15～20min。
进一步，步骤（3）中，所述搅拌的转速为800～1000r/min，所述部分去离子水为其总重量的1.5～2.5%（优选2%），所述继续搅拌的转速为1500～2000r/min，继续搅拌的时间为15～20min。
进一步，步骤（4）中，所述搅拌的转速为800～1000r/min，所述继续搅拌的时间为10～15min。
本发明产品防火隔热的基本原理为：本发明摒弃现有防火涂料常用的经典阻燃体系，即（聚磷酸铵+季戊四醇+三聚氰胺）粉体三剑客，重新设计新的阻燃体系，即（粉体复合阻燃剂+液体阻燃剂+三聚氰胺+阻燃乳胶+抗裂剂+柔韧性增强剂）多相复合体系，涂层受热熔融变软，其中的酸源热分解生成酸类物质，催化碳源发生酯化反应，生成粘稠态的酯化产物，聚合物载体融化成薄膜覆盖并抑制三聚氰胺（mel）热分解产生的氨气等不燃性气体逃逸，使得熔融态聚合体载体和粘稠态酯化产物的混合体膨胀形成致密的均匀海绵状炭化层，减缓热量向内传递，起到防火隔热作用。此外，高温燃烧时聚磷酸铵与钛白粉反应生成焦磷酸钛等白色无机物，覆盖在炭层表面，抵御火力对炭层冲击，延缓热量向炭层内传递速度，在火场后期支撑炭层，起到重要的防火隔热作用。根据反应历程也可以分为熔融阶段、膨胀发泡阶段、热分解反应阶段、炭层成型阶段。根据该反应机理可以得知，参与反应的各组分最好保持在同一粒径水平，并粒径保持在较小范围为佳，这样有利于各组分在微观分子水平上的均匀混合和快速充分反应，便于生成均匀致密、隔热防火性能好的高强度炭层。
本发明产品达到厚涂防裂效果的基本原理为：通过所选的成膜基料、阻燃乳胶与抗裂剂、柔韧性增强剂、粉体材料一起共混物理改性，得到坚韧的涂膜，避免干燥过程中因体积收缩、应力收缩而产生开裂，解决了厚涂流挂问题。同时，粉体复合阻燃剂中含有的丝状短纤维物质可均匀分布在涂膜中，为水分挥发提供微观通道，并可有效缓解应力收缩、体积收缩，通过触变剂、具有增稠作用的液体阻燃剂复配，进一步解决了厚涂流挂问题。此外，本涂料质量固体份超过72%，属于高固体分水性涂料，可供挥发的水分含量较少，也有利于涂料厚涂不开裂。
值得一提的是，本发明产品在贮存或运输时，组分中所使用的触变剂，即改性脲触变剂能够利用三维网状结构将各组分托住，有效防止颜、填料的沉降，同时维持涂料的黏度基本保持不变。而当使用本发明施工时，给予本发明一定的剪切力，体系的网状结构被破坏，黏度迅速下降，达到施工要求。当剪切力消失后，均匀涂抹于钢结构的涂料层网状结构在几秒内便可重新建立，从而防止湿漆膜的流挂，更进一步实现本发明产品可一次厚涂，且厚涂防止开裂的效果。
本发明所述厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料的施工方法，包括如下步骤：
（1）前处理：如在可直接覆涂时间间隔范围内，则只需将前道底漆漆膜表面的灰尘、油污、颗粒清理干净；如超过最大可直接覆涂时间间隔，则需进行拉毛处理，将前道底漆漆膜表面用200～400目砂纸进行打磨，增加粗糙度，再进行除尘清理；
（2）喷涂；用超薄防火涂料专用喷涂设备将本发明所述厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料喷涂于底漆漆膜上，形成厚膜型快干中间涂层，喷涂时注意调节压力和流量，控制喷涂距离和速度，匀速移动；
（3）后处理：检查漆膜表面，将颗粒、流挂除去，对局部涂层进行喷涂修补；
（4）检验：检查漆膜厚度、表观效果，检验合格进行下一道工序。
本发明的有益效果：（1）本发明采用超薄防火涂料专用喷涂设备喷涂，一次成膜可达干膜1.5mm以上不流挂、不开裂，可大幅提高涂料施工效率，降低施工成本，减少涂料损耗，耐火极限时间超过90min，全部技术指标均达到或超过gb14907-2002国标要求；（2）本发明防火涂料的制备方法从原材料入手，粉体组分选用超细粒径，无需砂磨工序，生产过程友好，工艺简单，只需分散即可，节约能源和人力，所用设备成本低，利于工业规模化生产。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明内容中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例所使用的部分原材料来源如下：
乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液：北京东方石油化工有限公司有机化工厂，型号为bj-707；重庆川维化工有限公司，型号为cw-707；北京新达世纪树脂有限责任公司，型号为红星-707。阻燃乳胶：上海贸东实业有限公司，型号为905。
粉体复合阻燃剂：上海乾岳实业有限公司，型号为800。液体阻燃剂：上海贸东实业有限公司，型号为fr-l。
三聚氰胺：杭州捷尔思，型号为jlsmelamine。钛白粉：科慕化学，型号为r902+。
柔韧性增强剂：上海乾岳实业有限公司，型号为qf-1。润湿分散剂：先创化学，型号为proxa987。防腐剂：特洛伊，型号为polyphasepw40。消泡剂：广州欧朋化工，型号为open-breakairws2991。ph稳定剂：先创化学，型号为synthro-stab25b。
其他组分亦均为常规市售商品，亦均可通过常规商业途径获得。
对比例1，涂料成品，购自江苏某涂料公司，根据产品说明书介绍，其主要组分包括：单组分丙烯酸树脂、多聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、钛白粉、溶剂。
对比例2，涂料成品，购自湖北某涂料公司，根据产品说明书介绍，其主要组分包括：乳液、多聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、钛白粉、水。
厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料实施例1～5
各实施例中组分的质量份如表1所示：
表1本发明所述实施例1～5中各组分的质量份表
注：“-”表示未添加，表中“******”表示对型号无要求。
厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料制备方法实施例1～5
制备方法包括以下四个步骤：
（1）500r/min搅拌状态下，按顺序依次加入部分去离子水（总量的95%）、润湿分散剂、ph值稳定剂、部分消泡剂（总量的50%），注意不要让物料飞溅到缸壁和搅拌轴上，然后搅拌5min；
（2）将转速提高至900r/min，搅拌状态下按顺序依次加入钛白粉、三聚氰胺，注意不要引起严重的扬尘和粉料堆积，加入部分去离子水（总量的2%）冲洗缸内壁和搅拌轴，加完后提高转速至1800r/min，继续搅拌15min；
（3）将转速降至900r/min，搅拌状态下加入粉体复合阻燃剂，注意不要引起严重的扬尘和粉料堆积，加入部分去离子水（总量的2%）冲洗缸内壁和搅拌轴，加完后提高转速至1500r/min，继续搅拌15min；。
（4）将转速降至1000r/min，搅拌状态下按顺序依次加入乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液、阻燃乳胶、液体阻燃剂、抗裂剂、柔韧性增强剂、防腐剂、剩余部分消泡剂（总量的50%）、触变剂、剩余部分去离子水（总量的1%），加完后继续搅拌15min后进行检测，过滤包装，即得成品。
将实施例1～5制得的厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料，进行耐火性能测试，按一下方法进行：
（1）样板制备
将长度为500mm的i16工字钢去锈，除油，刷涂一层约50μm的环氧富锌防锈底漆，实干后将水性防火涂料涂在已处理过的工字钢受火面上，具体操作是：刮涂一道涂层，使涂层干膜厚度控制在(2.0±0.2)mm。将工字钢水平放置，恒温恒湿室干燥养护20d，进行耐火测试。
（2）耐火时间测定
耐火时间用dx8418钢结构防火涂料耐火特性试验炉测定，该设备是根据国家标准gb14907-2002、gb/t9978中所规定的技术指标研制生产的一种针对钢结构防火涂料耐火性能的测试设备。测试方法为：将已涂刷防火涂料并养护好的长度为500mm的i16工字钢水平放入炉内支撑架上，调整好三个热电偶的检测位置，分别用来实时检测炉内温度、工字钢背面温度及工字钢内部温度，以液化石油气作为燃烧气源，工字钢三面受火，按gb/t9978规定的标准升温曲线升温，以工字钢内部温度达到400℃所用的时间即为防火涂料的耐火时间。实验结束待炉内温度降至室温后，将工字钢轻轻取出，再判断炭层致密度、强度、膨胀倍率。本装置及测试方法所获得的耐火时间与按照国家标准gb14907-2002、gb/t9978的测定结果是一致的。
按国家标准gb14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》进行性能检测，并与市售对比例进行对比，结果如表2所示。
表2实施例1～5性能指标检测结果
由表2可知，实施例1～5所得可厚涂不开裂水性超薄型钢结构防火涂料一次厚涂1.5mm以上不开裂、不流挂，耐火时间超过90min，全部技术指标均达到或超过了gb14907-2002国标强制要求，而两个对比例无法一次厚涂，开裂、流挂，耐水均较差，24h即起泡，耐火时间勉强达到国标60min的要求。
因此，本发明所述的厚涂防裂的水性超薄型钢结构防火涂料，解决现有技术上存在的不能一次厚涂，厚涂容易开裂的缺陷，其制备方法简单，能适应市场实际施工需要，大幅提高涂料施工效率，降低施工成本，减少涂料损耗，另外，由于本发明的基于防火隔热实现厚涂防裂的设计，本发明的施工性能佳，市场前景广阔，无毒环保，耐火性能好，在保护人们生命财产安全方面亦可产生良好的社会效益。