本发明涉及一种水性钢结构阻燃涂料及其制备方法。
背景技术：
目前，钢结构阻燃涂料按照机理可以分为膨胀型和非膨胀型，按照涂层厚度可分为厚涂型和薄涂型。现有的薄涂型防火涂料多为溶剂型，但由于当前市场对环保要求越来越严格，水性薄涂型钢结构膨胀阻燃涂料具有性能优越、成本较低、施工简便等优越性，逐渐受到研究人员的关注，并且在市场中的运用越发广泛。
市面上常见的水性膨胀型钢结构防火涂料主要由乳液、颜填料、成炭剂、发泡剂、脱水剂、助剂等部分组成，其中起到阻燃作用的主要是成炭剂、发泡剂和脱水剂。成炭剂主要为碳含量较高的化合物，发泡剂主要为能够在高温下分解产生气体的物质，脱水剂主要为能够在高温下提供磷酸的物质。
因此，市面上的水性薄涂型钢结构膨胀阻燃涂料具有耐水性较差、膨胀炭层强度低、防火性能差等缺陷。而且市面上该类涂料一般不具有抑菌性能，钢结构建筑使用时间过久、清洁程度不彻底以及环境影响，表面滋生大量致病细菌，影响使用者健康。
技术实现要素：
本发明提供一种水性钢结构阻燃涂料及其制备方法，本发明的水性钢结构阻燃涂料在高温下能起到膨胀阻燃的作用，而且具有较高的炭层强度以及耐水性能和抑菌性能。
一种水性钢结构阻燃涂料，主要由以下质量分数比的组分组成：乳液25-35份、颜填料9-26份、成炭剂8-15份、发泡剂8-15份、脱水剂10-20份、消泡剂0.1-0.5份、润湿剂0.1-0.5份、分散剂1-5份、防腐剂0.1-0.5份、抑菌剂0.1-0.5份，成膜助剂1-5份、无机增稠剂0.1-0.5份、ph调节剂0.1-1份、水5-20份。该涂料能够在高温下起到膨胀阻燃的作用，而且具有较高的炭层强度以及耐水性能。
进一步地，所述的乳液为丙烯酸乳液、环氧树脂乳液和氯偏乳液中的一种或两种以上按照任意比例混合而成。
进一步地，所述的颜填料由颜填料一和颜填料二按照质量比1-11:1混合而成，所述的颜填料一为金红石型钛白粉或者锐钛型钛白粉，所述的颜填料二为滑石粉或者硅酸盐。
进一步地，所述的成炭剂为季戊四醇或糊精。
进一步地，所述的脱水剂为聚磷酸铵或磷酸三聚氰胺，所述的聚磷酸铵聚合度大于1000。
进一步地，所述的发泡剂为三聚氰胺或者双氰胺。
进一步地，所述的消泡剂为油基消泡剂、有机硅消泡剂或乳液型消泡剂中的一种或两种以上的任意组合。
进一步地，所述的润湿剂为有机硅表面活性剂。
进一步地，所述的分散剂为聚丙烯酸钠盐分散剂或聚丙烯酸铵盐分散剂中的一种或两种以上的任意组合。
进一步地，所述的防腐剂为含稳定的二价金属盐的卡松类杀菌剂。
进一步地，所述的抑菌剂为壳寡糖。
进一步地，所述的成膜助剂为醇酯十二、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇乙醚中的一种或两种以上的任意组合。
进一步地，所述的无机增稠剂为黏土或者气相二氧化硅。
进一步地，ph调节剂助剂为氨水、am-95、ma-95、amp-95中的一种或两种以上的任意组合。
一种水性钢结构阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
在500-800r/min转速搅拌下，在分散釜中加入水、分散剂、消泡剂的一半、无机增稠剂、颜填料的90％、成炭剂、发泡剂和脱水剂，然后将转速提高至2000-3000r/min，接着搅拌15-20min制成防火涂料浆料；
然后将所述的防火涂料浆料加入与所述的防火涂料浆料等重量的玻璃珠中搅拌1-2h，搅拌速率为1500-2000r/min，然后过滤除掉玻璃珠，所述的玻璃珠的直径为1-3mm；
接着在搅拌速率为2000-2500r/min下，加入乳液、消泡剂的另一半、润湿剂、防腐剂、抑菌剂、成膜助剂、ph调节剂和颜填料的10％，搅拌10-30min，即得。
原理如下：使用无机增稠剂能提高涂料耐水和阻燃性能。由于水性涂料资深的特点，通常粘度低，流变性差，通常需要加入增稠剂改善流变性。市面上的水性涂料通常使用纤维素类作为增稠剂，但是纤维素本身耐水性能差，因此对涂层的耐水性能产生影响。本发明采用无机增稠剂替代常用的纤维素类增稠剂，不影响涂料的耐水性能，同时无机增稠剂不会影响涂料的防火性能。
加入颜填料一能提高涂料的炭层强度，从而提升阻燃性能。颜填料二属于无机矿物，具有润滑性、耐火性、抗酸性、熔点高、化学性不活泼等特性，作为填料可起到骨架作用，在膨胀阻燃涂料中能增强磷酸酯的交联反应，形成更多富含磷交联结构和芳香结构以提高涂层的热稳定性和成炭量，并生成更加致密和稳定的膨胀炭层。硅酸盐的加入能降低涂料的导热系数，在炭层形成时附着在炭层表面，提高隔热性能和燃烧后的炭层强度，从而提升涂料的阻燃性能。
壳寡糖，是由2～20个氨基葡糖通过β-1-4糖苷键连接而成的低聚糖，属于碱性氨基多糖，壳寡糖分子中的游离氨基质子化，质子化铵能与细菌带正电的细胞膜作用，干扰细菌细胞膜功能，造成细菌体内细胞质流失，对真菌和微生物的生长有抑制作用。壳寡糖对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌、枯草芽孢杆菌和白假丝酵母菌均有抑制作用，且能成膜、水溶性好，无毒害、不污染环境，作为涂料添加剂能防腐增稠，提高产品储存时间，同时提供抑菌效果。
较之前的现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的水性钢结构阻燃涂料在高温下能起到膨胀阻燃的作用，而且具有较高的炭层强度以及耐水性能和抑菌性能。
本发明使用的无机增稠剂能提高涂料的耐水和防火性能。
进一步加入的颜填料二滑石粉和硅酸盐，能提高炭层强度和阻燃性能。加入抑菌剂-壳寡糖不仅能提供抑菌性能，而且能提高储存稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步阐述
实施例1
一种水性钢结构阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
在500r/min转速搅拌下，在分散釜中加入水、分散剂、消泡剂的一半、无机增稠剂、钛白粉、滑石粉、成炭剂、发泡剂和脱水剂，然后将转速提高至2000r/min，接着搅拌15min制成防火涂料浆料；
然后将所述的防火涂料浆料加入与所述的防火涂料浆料等重量的玻璃珠中搅拌1h，然后过滤掉玻璃珠，搅拌速率为1500r/min，所述的玻璃珠的直径为1mm；
接着在搅拌速率为2000r/min下，加入乳液、消泡剂的另一半、润湿剂、防腐剂、抑菌剂、成膜助剂、ph调节剂(ma-95)和硅酸钠，搅拌10-30min，即得。
实施例2
一种水性钢结构阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
在800r/min转速搅拌下，在分散釜中加入水、分散剂、消泡剂、消泡剂的一半、无机增稠剂、钛白粉、滑石粉、成炭剂、发泡剂和脱水剂，然后将转速提高至3000r/min，接着搅拌20min制成防火涂料浆料；
然后将所述的防火涂料浆料加入与所述的防火涂料浆料等重量的玻璃珠中搅拌2h，然后过滤掉玻璃珠，搅拌速率为1500-2000r/min，所述的玻璃珠的直径为3mm；
接着在搅拌速率为2500r/min下，加入乳液、消泡剂的另一半、润湿剂、防腐剂、抑菌剂、成膜助剂、ph调节剂(氨水)和硅酸钾，搅拌30min，即得。
实施例3
一种水性钢结构阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
在600r/min转速搅拌下，在分散釜中加入水、分散剂、消泡剂的一半、无机增稠剂、钛白粉、滑石粉、成炭剂、发泡剂和脱水剂，然后将转速提高至2500r/min，接着搅拌18min制成防火涂料浆料；
然后将所述的防火涂料浆料加入与所述的防火涂料浆料等重量的玻璃珠中搅拌1.5h，然后过滤掉玻璃珠，搅拌速率为1600r/min，所述的玻璃珠的直径为2mm；
接着在搅拌速率为2200r/min下，加入乳液、消泡剂的另一半、润湿剂、防腐剂、抑菌剂、成膜助剂、ph调节剂(amp-95)和硅酸钠，搅拌20min，即得。
实施例4
一种水性钢结构阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
在700r/min转速搅拌下，在分散釜中加入水、分散剂、消泡剂的一半、无机增稠剂、钛白粉、滑石粉、成炭剂、发泡剂和脱水剂，然后将转速提高至2300r/min，接着搅拌16min制成防火涂料浆料；
然后将所述的防火涂料浆料加入与所述的防火涂料浆料等重量的玻璃珠中搅拌1.2h，然后过滤掉玻璃珠，搅拌速率为1800r/min，所述的玻璃珠的直径为1.6mm；
接着在搅拌速率为2300r/min下，加入乳液、消泡剂的另一半、润湿剂、防腐剂、抑菌剂、成膜助剂、ph调节剂(ma-95)和硅酸钾，搅拌15min，即得。
实施例5
一种水性钢结构阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
在700r/min转速搅拌下，在分散釜中加入水、分散剂、消泡剂的一半、无机增稠剂、钛白粉、滑石粉、成炭剂、发泡剂和脱水剂，然后将转速提高至2000r/min，接着搅拌16min制成防火涂料浆料；
然后将所述的防火涂料浆料加入与所述的防火涂料浆料等重量的玻璃珠中搅拌1.2h，然后过滤掉玻璃珠，搅拌速率为1800r/min，所述的玻璃珠的直径为1.6mm；
接着在搅拌速率为2000r/min下，加入乳液、消泡剂的另一半、润湿剂、防腐剂、抑菌剂、成膜助剂、ph调节剂(ma-95)和硅酸钠，搅拌15min，即得。
实施例6
一种水性钢结构阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
在700r/min转速搅拌下，在分散釜中加入水、分散剂、消泡剂的一半、无机增稠剂、钛白粉、滑石粉、成炭剂、发泡剂和脱水剂，然后将转速提高至2200r/min，接着搅拌16min制成防火涂料浆料；
然后将所述的防火涂料浆料加入与所述的防火涂料浆料等重量的玻璃珠中搅拌1.2h，然后过滤掉玻璃珠，搅拌速率为1800r/min，所述的玻璃珠的直径为1.6mm；
接着在搅拌速率为2300r/min下，加入乳液、消泡剂的另一半、润湿剂、防腐剂、抑菌剂、成膜助剂、ph调节剂(ma-95)和硅酸钠，搅拌15min，即得。
将实施例1-6和对比例1-3的水性薄涂型钢结构阻燃涂料的成分如表1所示(按重量计)，然后按照gb14907-2018规定条件制备漆膜，并按照gb14907-2018的要求进行测试，测试结果如表2所示，抗菌使用测试如表3所示。
其中消泡剂为byk-8820，润湿剂为迪高4100，分散剂为byk-190，防腐剂为罗门哈斯athonlxe，抑菌剂为壳寡糖，成膜助剂为十二醇酯。
表1
表2
表3
从表2中可以看出，本发明水性超薄型钢结构防火涂料的耐火性能和耐水性能较好，对比实施例1和对比例2可以看出，添加硅酸盐的样品耐火时间更长，证明硅酸盐的加入能提高涂料的阻燃性能，对比实施例3和对比例1可以看出使用无机增稠剂的样品耐水性能更好，证明无机增稠剂能提高涂料的耐水性能。
表3中可以看出，对比例3由于没有添加壳寡糖抑菌剂，其有害菌抑制率明显较低，证明本发明水性超薄型钢结构防火涂料具有优秀的抑菌性能。