本发明涉及一种高耐水钢结构水性防火涂料的制备方法，属于建筑涂料
技术领域：
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背景技术：
：随着社会的进步，科技的发展，越来越多的钢结构材料用在建筑领域，钢结构具有质量轻、机械强度高、抗震性好、可工厂预制、建筑工期短、安装方便等优点，是一种符合“绿色建筑”特征的建筑材料。在当代建筑中，包括商业楼宇、机场、火车站、运动场馆、桥梁、工业厂房、油井钻塔等，钢结构建筑地发展非常迅速。钢材虽然不燃，但具有耐热不耐高温的特性，易导热，常温热导率高达58.2w·(m·k)-1。钢结构受热可造成以下两方面的危害：一方面，因为钢材的热膨胀系数高，高温时易造成结构的变形或构件伸长，当钢材两侧受热不均时易引起构件弯曲；另一方面，钢材的力学性能，如：屈服应力、弹性模量等随温度地升高而逐渐降低。当达到临界温度（540℃）时，钢结构将失去支撑能力，造成建筑物坍塌等事故，因此，高层建筑尤其是高层钢结构建筑的防火保护是十分重要的工作。目前钢结构建筑防火保护最主要的方法是截流法。截流法是指在钢材表面包覆一层保护材料，阻滞或截断火灾中产生的热量向钢材传递，使钢材温度在一定时间低于其临界温度，为人员疏散和救火工作争取时间。截流法的防火措施主要有：外包混凝土、砌筑砌体、包敷防火板、喷涂防火涂料、复合防火保护（即在钢材表面先喷涂防火涂料或包敷柔性毡状隔热材料，再用防火板饰面）、包敷柔性毡状隔热材料。在以上防火措施中，喷涂防火涂料具有施工简单、方便、自重轻、防火效果好等特点，因而成为最理想、最可靠、最实用的防火保护方法。传统的钢结构防火涂料为溶剂型产品，挥发性有机物（voc）的含量高，毒性大，且容易造成环境污染。在节能减排、绿色环保等政策法规的指引下，钢结构防火涂料也在朝着水性化、超薄化等方向发展。当前水性超薄型钢结构防火涂料存在着耐水性的问题，在潮湿环境下或者雨季很容易脱落，从而失去防火作用，因此，制备一种高耐水钢结构水性防火涂料有助于提升防火涂料行业的技术水平和竞争力。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对当前水性超薄型钢结构防火涂料存在着耐水性不足，在潮湿环境下或者雨季很容易脱落，失去防火作用的问题，提供了一种高耐水钢结构水性防火涂料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：（1）将丙三醇、硬脂酸钠加入去离子水中，常温下以200~250r/min转速搅拌15~20min，得混合液；（2）将改性氢氧化镁粉末、聚磷酸铵粉末、三聚氰胺粉末、钛白粉、氯化石蜡、三羟甲基乙烷加入混合液中，置于行星式球磨机内，常温下以300~400r/min转速研磨分散1~2h，得混合浆料；（3）将有机硅改性苯丙乳液、聚二甲基硅氧烷加入混合浆料中，置于高剪切乳化机中，常温下以10000~12000r/min转速搅拌30~40min，得高耐水钢结构水性防火涂料。所述的有机硅改性苯丙乳液、改性氢氧化镁粉末、聚磷酸铵粉末、三聚氰胺粉末、钛白粉、氯化石蜡、三羟甲基乙烷、丙三醇、聚二甲基硅氧烷、硬脂酸钠、去离子水的重量份数分别为：25~30份有机硅改性苯丙乳液、10~12份改性氢氧化镁粉末、20~24份聚磷酸铵粉末、5~6份三聚氰胺粉末、5~6份钛白粉、2~3份氯化石蜡、10~12份三羟甲基乙烷、1~2份丙三醇、2~3份聚二甲基硅氧烷、1~2份硬脂酸钠、20~24份去离子水。步骤（2）所述的改性氢氧化镁粉末的具体制备步骤为：（1）将四甲基二乙烯基二硅氧烷、硬脂酸加入无水乙醇中，在40~50℃的水浴条件下以160~180r/min转速搅拌12~16min，保温，得乙醇混合液；（2）将去离子水加入乙醇混合液中，在40~50℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌15~20min，得混合改性液；（3）将氢氧化镁粉末加入混合改性液中，在85~95℃的水浴条件下以250~300r/min转速搅拌20~30min，得混合悬浮液；（4）将混合悬浮液置于超声波清洗机中，常温下超声处理20~30min，得分散液；（5）将分散液置于离心机中，常温下以4000~5000r/min转速离心分离12~16min，取下层固体，用去离子水洗涤3~5次，置于80~100℃的烘箱中干燥1~2h，得改性氢氧化镁粉末。所述的氢氧化镁粉末、四甲基二乙烯基二硅氧烷、硬脂酸、无水乙醇、去离子水的重量份数分别为：20~30份氢氧化镁粉末、8~12份四甲基二乙烯基二硅氧烷、4~6份硬脂酸、40~60份无水乙醇、80~120份去离子水。步骤（4）所述的超声处理的功率为300~400w。步骤（3）所述的有机硅改性苯丙乳液的具体制备步骤为：（1）将十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚加入2/3质量的去离子水中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~15min，得乳化剂溶液；（2）将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷混合后置于搅拌机中，常温下以250~300r/min转速搅拌20~30min，得混合单体；（3）将混合单体加入乳化剂溶液中，在50~60℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌20~30min，保温，得预乳液；（4）将碳酸钠加入预乳液中，在60~70℃的水浴条件下以220~260r/min转速搅拌10~20min，得混合乳液；（5）将过硫酸钾加入剩余1/3质量的去离子水中，常温下以120~160r/min转速搅拌10~12min，得过硫酸钾溶液；（6）将过硫酸钾溶液缓慢加入混合乳液中，在80~90℃的水浴条件下以300~350r/min转速搅拌反应1~2h，调节ph至7.5~8.5，常温冷却，得有机硅改性苯丙乳液。所述的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、碳酸钠、十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、过硫酸钾、去离子水的重量份数分别为：30~40份苯乙烯、30~40份甲基丙烯酸甲酯、15~20份丙烯酸正丁酯、15~20份丙烯酸、6~8份乙烯基三甲氧基硅烷、6~8份乙烯基三乙氧基硅烷、6~8份碳酸钠、0.6~0.8份十二烷基苯磺酸钠、0.6~0.8份壬基酚聚氧乙烯醚、0.3~0.4份过硫酸钾、180~240份去离子水。步骤（6）所述的过硫酸钾溶液缓慢加入混合乳液中的加入速率为30~40ml/min。步骤（6）所述的ph调节采用的是质量分数1%的氨水。本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明以有机硅改性苯丙乳液为基体乳液，制备一种高耐水钢结构水性防火涂料，乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷主链上的硅氧键的键能高，键长值大，侧基甲基的排列规整度高等特点，这使得乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷拥有良好的耐水性、耐候性和柔顺透气性等优点，利用有机硅组分对苯丙乳液进行改性，可以将两者的优点结合起来，从而提高苯丙乳液的耐水性和耐候性，并且乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷的分子中含有烷氧基，容易发生水解缩合作用，以其为原料制备的防火涂料成膜后会变得更加致密，耐水性和力学性能得到了加强，（2）本发明以硬脂酸和四甲基二乙烯基二硅氧烷为改性剂，制备用于防火涂料的改性氢氧化镁阻燃剂，硬脂酸和四甲基二乙烯基二硅氧烷可以与氢氧化镁表面的羟基反应，在氢氧化镁表面形成一层致密的膜，使氢氧化镁具有良好的憎水性，可以有效防止防火涂料中的氢氧化镁接触水分，防止水分通过氢氧化镁进入涂层内部，并且硬脂酸可以与基体乳液中的聚合物反应，二者固化交联紧密粘结，形成连续致密涂层以防止水的渗透，可以有效提高防火涂料的附着力、力学强度和致密性，从而提高涂层的耐久度。具体实施方式按重量份数计，分别称量30~40份苯乙烯、30~40份甲基丙烯酸甲酯、15~20份丙烯酸正丁酯、15~20份丙烯酸、6~8份乙烯基三甲氧基硅烷、6~8份乙烯基三乙氧基硅烷、6~8份碳酸钠、0.6~0.8份十二烷基苯磺酸钠、0.6~0.8份壬基酚聚氧乙烯醚、0.3~0.4份过硫酸钾、180~240份去离子水，将十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚加入2/3质量的去离子水中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~15min，得乳化剂溶液，将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷混合后置于搅拌机中，常温下以250~300r/min转速搅拌20~30min，得混合单体，将混合单体加入乳化剂溶液中，在50~60℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌20~30min，保温，得预乳液，将碳酸钠加入预乳液中，在60~70℃的水浴条件下以220~260r/min转速搅拌10~20min，得混合乳液，将过硫酸钾加入剩余1/3质量的去离子水中，常温下以120~160r/min转速搅拌10~12min，得过硫酸钾溶液，将过硫酸钾溶液以30~40ml/min的滴加速率缓慢加入混合乳液中，在80~90℃的水浴条件下以300~350r/min转速搅拌反应1~2h，滴加质量分数1%的氨水调节ph至7.5~8.5，常温冷却，得有机硅改性苯丙乳液。再按重量份数计，分别称量20~30份氢氧化镁粉末、8~12份四甲基二乙烯基二硅氧烷、4~6份硬脂酸、40~60份无水乙醇、80~120份去离子水，将四甲基二乙烯基二硅氧烷、硬脂酸加入无水乙醇中，在40~50℃的水浴条件下以160~180r/min转速搅拌12~16min，保温，得乙醇混合液，将去离子水加入乙醇混合液中，在40~50℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌15~20min，得混合改性液，将氢氧化镁粉末加入混合改性液中，在85~95℃的水浴条件下以250~300r/min转速搅拌20~30min，得混合悬浮液，将混合悬浮液置于超声波清洗机中，常温下以300~400w的功率超声处理20~30min，得分散液，将分散液置于离心机中，常温下以4000~5000r/min转速离心分离12~16min，取下层固体，用去离子水洗涤3~5次，置于80~100℃的烘箱中干燥1~2h，得改性氢氧化镁粉末；再按重量份数计，分别称量25~30份有机硅改性苯丙乳液、10~12份改性氢氧化镁粉末、20~24份聚磷酸铵粉末、5~6份三聚氰胺粉末、5~6份钛白粉、2~3份氯化石蜡、10~12份三羟甲基乙烷、1~2份丙三醇、2~3份聚二甲基硅氧烷、1~2份硬脂酸钠、20~24份去离子水，将丙三醇、硬脂酸钠加入去离子水中，常温下以200~250r/min转速搅拌15~20min，得混合液，将改性氢氧化镁粉末、聚磷酸铵粉末、三聚氰胺粉末、钛白粉、氯化石蜡、三羟甲基乙烷加入混合液中，置于行星式球磨机内，常温下以300~400r/min转速研磨分散1~2h，得混合浆料，将有机硅改性苯丙乳液、聚二甲基硅氧烷加入混合浆料中，置于高剪切乳化机中，常温下以10000~12000r/min转速搅拌30~40min，得高耐水钢结构水性防火涂料。实施例1按重量份数计，分别称量30份苯乙烯、30份甲基丙烯酸甲酯、15份丙烯酸正丁酯、15份丙烯酸、6份乙烯基三甲氧基硅烷、6份乙烯基三乙氧基硅烷、6份碳酸钠、0.6份十二烷基苯磺酸钠、0.6份壬基酚聚氧乙烯醚、0.3份过硫酸钾、180份去离子水，将十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚加入2/3质量的去离子水中，常温下以180r/min转速搅拌10min，得乳化剂溶液，将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷混合后置于搅拌机中，常温下以250r/min转速搅拌20min，得混合单体，将混合单体加入乳化剂溶液中，在50℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌20min，保温，得预乳液，将碳酸钠加入预乳液中，在60℃的水浴条件下以220r/min转速搅拌10min，得混合乳液，将过硫酸钾加入剩余1/3质量的去离子水中，常温下以120r/min转速搅拌10min，得过硫酸钾溶液，将过硫酸钾溶液以30~40ml/min的滴加速率缓慢加入混合乳液中，在80~90℃的水浴条件下以300r/min转速搅拌反应1h，滴加质量分数1%的氨水调节ph至7.5，常温冷却，得有机硅改性苯丙乳液。再按重量份数计，分别称量20份氢氧化镁粉末、8份四甲基二乙烯基二硅氧烷、4份硬脂酸、40份无水乙醇、80份去离子水，将四甲基二乙烯基二硅氧烷、硬脂酸加入无水乙醇中，在40℃的水浴条件下以160r/min转速搅拌12min，保温，得乙醇混合液，将去离子水加入乙醇混合液中，在40℃的水浴条件下以180r/min转速搅拌15min，得混合改性液，将氢氧化镁粉末加入混合改性液中，在85℃的水浴条件下以250r/min转速搅拌20min，得混合悬浮液，将混合悬浮液置于超声波清洗机中，常温下以300w的功率超声处理20min，得分散液，将分散液置于离心机中，常温下以4000r/min转速离心分离12min，取下层固体，用去离子水洗涤3次，置于80~100℃的烘箱中干燥1h，得改性氢氧化镁粉末；再按重量份数计，分别称量25份有机硅改性苯丙乳液、10份改性氢氧化镁粉末、20份聚磷酸铵粉末、5份三聚氰胺粉末、5份钛白粉、2份氯化石蜡、10份季戊四醇、1份丙三醇、2份聚二甲基硅氧烷、1份硬脂酸钠、20份去离子水，将丙三醇、硬脂酸钠加入去离子水中，常温下以200r/min转速搅拌15min，得混合液，将改性氢氧化镁粉末、聚磷酸铵粉末、三聚氰胺粉末、钛白粉、氯化石蜡、季戊四醇加入混合液中，置于行星式球磨机内，常温下以300r/min转速研磨分散1h，得混合浆料，将有机硅改性苯丙乳液、聚二甲基硅氧烷加入混合浆料中，置于高剪切乳化机中，常温下以10000r/min转速搅拌30min，得高耐水钢结构水性防火涂料。实施例2按重量份数计，分别称量35份苯乙烯、35份甲基丙烯酸甲酯、17份丙烯酸正丁酯、17份丙烯酸、7份乙烯基三甲氧基硅烷、7份乙烯基三乙氧基硅烷、7份碳酸钠、0.7份十二烷基苯磺酸钠、0.7份壬基酚聚氧乙烯醚、0.35份过硫酸钾、210份去离子水，将十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚加入2/3质量的去离子水中，常温下以190r/min转速搅拌12.5min，得乳化剂溶液，将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷混合后置于搅拌机中，常温下以270r/min转速搅拌25min，得混合单体，将混合单体加入乳化剂溶液中，在55℃的水浴条件下以220r/min转速搅拌25min，保温，得预乳液，将碳酸钠加入预乳液中，在65℃的水浴条件下以240r/min转速搅拌15min，得混合乳液，将过硫酸钾加入剩余1/3质量的去离子水中，常温下以140r/min转速搅拌11min，得过硫酸钾溶液，将过硫酸钾溶液以35ml/min的滴加速率缓慢加入混合乳液中，在85℃的水浴条件下以325r/min转速搅拌反应1.5h，滴加质量分数1%的氨水调节ph至8，常温冷却，得有机硅改性苯丙乳液。再按重量份数计，分别称量25份氢氧化镁粉末、10份四甲基二乙烯基二硅氧烷、5份硬脂酸、50份无水乙醇、100份去离子水，将四甲基二乙烯基二硅氧烷、硬脂酸加入无水乙醇中，在45℃的水浴条件下以170r/min转速搅拌14min，保温，得乙醇混合液，将去离子水加入乙醇混合液中，在45℃的水浴条件下以190r/min转速搅拌17min，得混合改性液，将氢氧化镁粉末加入混合改性液中，在90℃的水浴条件下以270r/min转速搅拌25min，得混合悬浮液，将混合悬浮液置于超声波清洗机中，常温下以350w的功率超声处理25min，得分散液，将分散液置于离心机中，常温下以4500r/min转速离心分离14min，取下层固体，用去离子水洗涤4次，置于90℃的烘箱中干燥1.5h，得改性氢氧化镁粉末；再按重量份数计，分别称量27份有机硅改性苯丙乳液、11份改性氢氧化镁粉末、22份聚磷酸铵粉末、5.5份三聚氰胺粉末、5.5份钛白粉、2.5份氯化石蜡、11份三羟甲基乙烷、1.5份丙三醇、2.5份聚二甲基硅氧烷、1.5份硬脂酸钠、22份去离子水，将丙三醇、硬脂酸钠加入去离子水中，常温下以225r/min转速搅拌17min，得混合液，将改性氢氧化镁粉末、聚磷酸铵粉末、三聚氰胺粉末、钛白粉、氯化石蜡、三羟甲基乙烷加入混合液中，置于行星式球磨机内，常温下以350r/min转速研磨分散1.5h，得混合浆料，将有机硅改性苯丙乳液、聚二甲基硅氧烷加入混合浆料中，置于高剪切乳化机中，常温下以11000r/min转速搅拌35min，得高耐水钢结构水性防火涂料。实施例3按重量份数计，分别称量40份苯乙烯、40份甲基丙烯酸甲酯、20份丙烯酸正丁酯、20份丙烯酸、8份乙烯基三甲氧基硅烷、8份乙烯基三乙氧基硅烷、8份碳酸钠、0.8份十二烷基苯磺酸钠、0.8份壬基酚聚氧乙烯醚、0.4份过硫酸钾、240份去离子水，将十二烷基苯磺酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚加入2/3质量的去离子水中，常温下以200r/min转速搅拌15min，得乳化剂溶液，将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷混合后置于搅拌机中，常温下以300r/min转速搅拌30min，得混合单体，将混合单体加入乳化剂溶液中，在60℃的水浴条件下以240r/min转速搅拌30min，保温，得预乳液，将碳酸钠加入预乳液中，在70℃的水浴条件下以260r/min转速搅拌20min，得混合乳液，将过硫酸钾加入剩余1/3质量的去离子水中，常温下以160r/min转速搅拌12min，得过硫酸钾溶液，将过硫酸钾溶液以40ml/min的滴加速率缓慢加入混合乳液中，在90℃的水浴条件下以350r/min转速搅拌反应2h，滴加质量分数1%的氨水调节ph至8.5，常温冷却，得有机硅改性苯丙乳液。再按重量份数计，分别称量30份氢氧化镁粉末、12份四甲基二乙烯基二硅氧烷、6份硬脂酸、60份无水乙醇、120份去离子水，将四甲基二乙烯基二硅氧烷、硬脂酸加入无水乙醇中，在50℃的水浴条件下以160~180r/min转速搅拌16min，保温，得乙醇混合液，将去离子水加入乙醇混合液中，在50℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌20min，得混合改性液，将氢氧化镁粉末加入混合改性液中，在95℃的水浴条件下以300r/min转速搅拌30min，得混合悬浮液，将混合悬浮液置于超声波清洗机中，常温下以400w的功率超声处理30min，得分散液，将分散液置于离心机中，常温下以5000r/min转速离心分离16min，取下层固体，用去离子水洗涤5次，置于100℃的烘箱中干燥2h，得改性氢氧化镁粉末；再按重量份数计，分别称量30份有机硅改性苯丙乳液、12份改性氢氧化镁粉末、24份聚磷酸铵粉末、6份三聚氰胺粉末、6份钛白粉、3份氯化石蜡、12份三羟甲基乙烷、2份丙三醇、3份聚二甲基硅氧烷、2份硬脂酸钠、24份去离子水，将丙三醇、硬脂酸钠加入去离子水中，常温下以250r/min转速搅拌20min，得混合液，将改性氢氧化镁粉末、聚磷酸铵粉末、三聚氰胺粉末、钛白粉、氯化石蜡、三羟甲基乙烷加入混合液中，置于行星式球磨机内，常温下以400r/min转速研磨分散2h，得混合浆料，将有机硅改性苯丙乳液、聚二甲基硅氧烷加入混合浆料中，置于高剪切乳化机中，常温下以12000r/min转速搅拌40min，得高耐水钢结构水性防火涂料。对照例：广东某公司生成的防火涂料将实施例制备得到的防火涂料及对照例进行检测，具体检测如下：按照gb/t1733-1993《漆膜耐水性测定法》进行检测，采用石蜡与松香（1:1，质量比）熔融封底、封边放置24h后，将测试样板2/3质量的浸泡于蒸馏水中24h。取出试板后先用蒸馏水冲洗干净，甩掉板上的水珠，用滤纸吸干，立即观察涂层表面，是否有明显变色、起泡、掉粉等现象，具体测试结果如表1。表1性能表征对比表检测项目实施例1实施例2实施例3对照例耐水性轻微起泡，不脱落轻微起泡，不脱落轻微起泡，不脱落严重起泡，但不脱落由表1可知，本发明制备的高耐水钢结构水性防火涂料具有良好的耐水性。当前第1页12