專利名稱：一種環(huán)保半無機(jī)無取向硅鋼絕緣涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涉及一種用于無取向硅鋼的絕緣涂層溶液，具體為用于形成絕緣膜的 環(huán)保型有機(jī)-無機(jī)涂層溶液組合物及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
無取向硅鋼高磁感、低鐵損，故可作為電機(jī)和變壓器的鐵芯材料，近幾年快速發(fā) 展。為減少硅鋼板渦流損失，需要在鋼板表面涂覆絕緣涂膜，使得硅鋼片具有較高的層間 電阻率，層間功率損失降為最小，同時(shí)使硅鋼片在儲存、運(yùn)輸和使用過程中免受各種腐 蝕介質(zhì)的侵蝕，防止銹蝕。無取向硅鋼表面絕緣涂層不僅需要具有良好的絕緣性、附著性、耐蝕性，同時(shí)應(yīng) 具有良好的沖剪加工性、焊接性和應(yīng)力退火的耐溫性，主要包括有機(jī)涂層、無機(jī)涂層和半無 機(jī)涂層三大類。早期的國外研究集中在無機(jī)涂層上，這涂層由單一無機(jī)物形成絕緣涂層的 硅鋼片具有優(yōu)良的層間電阻率、防銹性和耐熱性，但是具有致命的缺陷，如涂層附著性 較差，表面硬度高，在沖片時(shí)對模具磨損嚴(yán)重。國內(nèi)傳統(tǒng)的絕緣涂料主要為有機(jī)涂層， 耐熱性與絕緣性較差。半無機(jī)涂層因?yàn)樗哂辛己玫臎_片性和附著性而在國內(nèi)外獲得了廣 泛的關(guān)注和應(yīng)用。專利US 3793073涉及了一種無機(jī)/有機(jī)絕緣涂層，其有機(jī)部分是由丙烯酸樹脂 或共聚物、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂等構(gòu)成，無機(jī)部分主要由鉻酸鹽或磷酸鹽等物質(zhì)組成，但 該涂料對金屬表面不平度要求較高，并且因?yàn)橥苛现泻幸环N粒度大于2 μπι的樹脂顆 粒，可能會使涂層在后加工過程中產(chǎn)生粉化。美國專利US 4618377介紹了一種硅鋼用絕 緣涂層無機(jī)/有機(jī)涂料組合物，該涂料由無機(jī)溶液、膠態(tài)樹脂、有機(jī)樹脂顆粒、分散促進(jìn)劑 等幾部分組成，無機(jī)溶液主要為鈣、鎂、鋁等的磷酸鹽、鉻酸鹽以及重鉻酸鹽；有機(jī)樹脂顆 粒是一種或幾種聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺聚丙烯樹脂等的共聚物或混合物。將有機(jī)樹脂顆粒 用分散到膠態(tài)樹脂溶液中，然后與無機(jī)溶液混合即可得到該涂料。這類絕緣涂層具有良好 的綜合性能如優(yōu)良的層間電阻率，良好的焊接性能、耐熱性能，優(yōu)良的耐水、絕緣、抗 沖擊性、粘附性和防銹性，加工過程中對模具的磨損低。但是相當(dāng)多的產(chǎn)品使用了鉻鹽， 會對人體和環(huán)境造成污染。無鉻環(huán)保涂層從大約上世紀(jì)90年代起，人們認(rèn)識到六價(jià)鉻離子會對人們的 身體健康產(chǎn)生危害并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，所以加強(qiáng)了對無鉻環(huán)保型無機(jī)/有機(jī)混合 涂料的研究并取得了一些成果，環(huán)保無鉻涂層將是今后主要的研究方向。日本專利JP 7268641涉及了一種耐蝕性好的磷酸鹽-有機(jī)樹脂絕緣涂層，無機(jī)部分是由一種或幾種金 屬磷酸鹽組成的水溶液，有機(jī)部分是一種核殼結(jié)構(gòu)的高分子樹脂乳液，此外還加入了適量 固化促進(jìn)劑。美國Armocol公司在歐洲和中國等地申請的硅鋼片無機(jī)/有機(jī)涂層發(fā)明專利 涉及了一種可以在無取向硅鋼片涂覆的半無機(jī)無鉻絕緣涂層水懸濁液，可以用于制造具 有高層間電阻率的絕緣層。該涂層包括20-60份的磷酸單鋁、20-70份的至少一種無機(jī)硅酸鹽微粒、10-25份的丙烯酸樹脂及適量的水溶性有機(jī)溶劑。這類半無機(jī)絕緣涂層配方具 有優(yōu)良的綜合性能。但都是以磷酸鹽為主劑的體系，磷酸鹽體系在潮濕環(huán)境下容易吸水，造 成鋼板表面發(fā)粘。雖然這類涂層排除了鉻元素、揮發(fā)性有機(jī)物對環(huán)境和人體的危害影響，但 其在其他表面穩(wěn)定性等性能上不理想。同時(shí)，由于絕緣涂層溶液中的組成物質(zhì)相對復(fù)雜，而 各物質(zhì)之間對與涂層的性質(zhì)均能夠產(chǎn)生影響，且這些相互組成物質(zhì)之間也有可能會相互作 用，這些相互作用有可能是優(yōu)良的，也有可能是相互之間的不良影響。而如何提供一種能夠 同時(shí)滿足在絕緣性能、層間電阻率、良好附著性能、表面力學(xué)性能、耐熱性能和抗腐蝕性能 等各個(gè)方面對于絕緣涂層的要求，是本領(lǐng)域需要解決的技術(shù)問題。_

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不含有鉻元素和可揮發(fā)有機(jī)物的環(huán)保型無取硅鋼絕 緣涂層，使硅鋼產(chǎn)品對環(huán)境和人體沒有害處；并且本發(fā)明改善了單純磷酸鹽涂層吸潮發(fā)粘 的問題。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種以磷酸鹽和鉬酸鹽為主劑的無取向 硅鋼用的絕緣涂層溶液，以該絕緣涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計(jì)，其組分相應(yīng)的質(zhì)量百分比 為
聚氨酯_丙烯酸酯_環(huán)氧乙烷樹脂，5% 25%，優(yōu)選10% 22%，進(jìn)一步優(yōu)選為10
20% ；
磷酸二氫鋁，5% 40%，優(yōu)選25 35% ；進(jìn)一步優(yōu)選為25 30% ； 鉬酸鋅，5% 15% ；優(yōu)選為6 11% ； 膠體二氧化硅，11% 25% ；優(yōu)選為13 25% ； 非離子表面活性劑，1% 5% ；優(yōu)選為1. 6 3% ； 余量為去離子水。本發(fā)明使用聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，通過核殼聚合法聚合而成。由質(zhì)量 百分比25% 50%的聚氨酯、25% 50%的丙烯酸酯和10% 30%的環(huán)氧乙烷反應(yīng)通過常規(guī) 的聚合反應(yīng)制得，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過現(xiàn)有技術(shù)中的聚合反應(yīng)方法來選擇具體的制備 方法。所得到的聚氨酯_丙烯酸酯_環(huán)氧乙烷樹脂的平均分子量在1000 20000之間，平 均粒度在0.2μπι 2μπι之間。且涂層溶液的ρΗ值在2-5之間。聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán) 氧乙烷樹脂能改進(jìn)鋼板粘著性和改進(jìn)涂覆膜柔韌性。若固含量太低，則粘著性得不到強(qiáng)化 且降低美感；若其含量過高，則在釋放應(yīng)力的熱處理之后，絕緣性和耐熱性惡化。本發(fā)明中 聚氨酯_丙烯酸酯_環(huán)氧乙烷樹脂用量占涂料溶液總質(zhì)量的5% 25%。磷酸二氫鋁在常溫下固化，液體和固體化學(xué)結(jié)合力強(qiáng)，具有耐高溫、抗震、抗剝落 和絕緣性能良好的特點(diǎn)?？勺髋c有機(jī)涂料配合使用，在涂料中起粘結(jié)劑作用。本發(fā)明中采 用磷酸二氫鋁的用量占涂料溶液總質(zhì)量的5% 40%。鉬酸鋅在酸性條件下，可以和磷酸鹽形成強(qiáng)氧化性磷鉬雜多酸，形成較為致密的 絕緣涂膜，提高涂膜的耐腐蝕行能。解決了純磷酸鹽耐蝕性相對差，容易發(fā)生水解的問題。 若其含量過低，則不能很好改善磷酸鹽吸潮發(fā)粘問題；若其含量過高，則附著性變差。本發(fā) 明中鉬酸鋅的用量占涂料溶液總質(zhì)量的5% 15%。
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膠體二氧化硅為直徑為納米級的二氧化硅超細(xì)顆粒分散在水中的乳白色膠體溶 液。在膠體二氧化硅粒子表面的粒子為水合型，因水分子覆蓋而有親水性。優(yōu)選的，本發(fā)明 中所使用的膠體二氧化硅中SiO2的固含量為30 50%。作為涂料的配合材料以提高結(jié)合 性、監(jiān)牢性、耐磨損性以及耐污染性。若含量過低，則對各項(xiàng)綜合性能改善不明顯；若含量過 高，則影響涂料粘度，密度各個(gè)指標(biāo)，涂料不穩(wěn)定。使用本發(fā)明中采用膠體二氧化硅的用量 占涂料溶液總質(zhì)量的11% 25%。非離子表面活性劑可以防止涂料溶液在滾涂過程中粘著在滾輥表面。若含量過 低，則涂料溶液的性能圍繞輥?zhàn)痈淖?，產(chǎn)生粘著性，固化后會附著在輥?zhàn)颖砻?；若含量過大， 在處理過程中會產(chǎn)生泡沫，影響滾涂性能。本發(fā)明中非離子表面活性劑的含量占涂料總質(zhì) 量的1% 5%;優(yōu)選的，所述非離子表面活性劑選自美國聯(lián)合碳化物公司的產(chǎn)品TRITON X-407型非離子表面活性劑和美國氣體化工有限公司的產(chǎn)品SURFYN0L-465型非離子表面 活性劑。本發(fā)明提供的上述涂料組合物的主要制備步驟為將聚氨酯_丙烯酸酯_環(huán)氧乙 烷樹脂、和去離子水加入到反應(yīng)容器中，再分別依次加入磷酸二氫鋁、鉬酸鋅、膠體二氧化 硅，最后加入非離子表面活性劑，均勻混合即得。本發(fā)明通過在涂料中加入磷酸二氫鋁、鉬酸鋅、膠體二氧化硅等組分間的相互協(xié) 同作用，極大的改善了涂層的絕緣性能，并且在此基礎(chǔ)上，絕緣涂層具有較高的層間電阻 率。本發(fā)明的絕緣涂層溶液，不僅具有較高的層間電阻率，滿足絕緣性能的要求，而且還具 有良好的附著性、表面力學(xué)性能和加工性能，外觀均一，表面硬度適中，在后加工過程 中涂層不剝落、粉化，對加工模具磨損小；具有良好的耐熱性能，經(jīng)高溫退火以及發(fā)藍(lán)后 仍具有較高的層間電阻率；有良好的耐化學(xué)藥品性能和抗腐蝕。更重要的是，該絕緣涂層完 全消除了鉻元素帶來的環(huán)保問題，解決了單一磷酸鹽引起的吸潮發(fā)粘的難題。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于 說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。按如表1所示的配方制備出絕緣涂層溶液涂布到硅鋼板上，在550°C下進(jìn)行30秒 熱處理，可得到1. 5μπι的絕緣涂膜的硅鋼板。具體制備步驟如下按表1的配方比例，講相應(yīng)量的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷 樹脂和去離子水加到反應(yīng)容器中，再分別依次加入相應(yīng)量的磷酸二氫鋁、鉬酸鋅、膠體二氧 化硅和非離子表面活性劑，攪拌均勻制得涂層溶液。各組分的配方如表1所示(余量為去離子水)
表1涂層溶液成分的組成
權(quán)利要求
一種無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，以所述絕緣涂層溶液的總質(zhì)量計(jì)，其組分相應(yīng)的質(zhì)量百分比為聚氨酯 丙烯酸酯 環(huán)氧乙烷樹脂， 5%～25%；磷酸二氫鋁， 5%～40%；鉬酸鋅，5%～15%；膠體二氧化硅，11%～25%；非離子表面活性劑，1%～5%；余量為去離子水。
2.如權(quán)利要求1中所述的無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，以所述絕緣涂 層溶液的總質(zhì)量計(jì)，所述聚氨酯_丙烯酸酯_環(huán)氧乙烷樹脂的質(zhì)量百分比為10% 22%。
3.如權(quán)利要求1所述的無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，以所述絕緣涂層 溶液的總質(zhì)量計(jì)，所述磷酸二氫鋁的質(zhì)量百分比為25% 35%。
4.如權(quán)利要求1所述的無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，以所述絕緣涂層 溶液的總質(zhì)量計(jì)，所述鉬酸鋅的質(zhì)量百分比為6% 11%。
5.如權(quán)利要求1所述的無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，以所述絕緣涂層 溶液的總質(zhì)量計(jì)，所述膠體二氧化硅的質(zhì)量百分比為13% 25%。
6.如權(quán)利要求1所述的無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，以所述絕緣涂層 溶液的總質(zhì)量計(jì)，所述非離子表面活性劑的質(zhì)量百分比為1. 6% 3%，且所述非離子表面活 性劑選自TRITON X-407型非離子表面活性劑或SURFYN0L-465型非離子表面活性劑。
7.如權(quán)利要求廣6中任一權(quán)利要求中所述的無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在 于，所述聚氨酯-丙烯酸酯_環(huán)氧乙烷樹脂是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比25% 50%的聚氨酯、25% 50%的丙烯酸酯和10% 30%的環(huán)氧乙烷經(jīng)核殼聚合法聚合反應(yīng)聚合而成。
8.如權(quán)利要求廣6中任一權(quán)利要求中所述的無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在 于，所述聚氨酯_丙烯酸酯_環(huán)氧乙烷樹脂的平均分子量在1000 20000之間。
9.如權(quán)利要求廣6中任一權(quán)利要求中所述的無取向硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在 于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的平均粒度在0. 2 μ m 2 μ m之間。
10.權(quán)利要求廣9中任一所述的硅鋼用的絕緣涂層溶液的制備方法，包括如下步驟將 聚氨酯_丙烯酸酯_環(huán)氧乙烷樹脂、和去離子水加入到反應(yīng)容器中，再分別依次加入磷酸二 氫鋁、鉬酸鋅、膠體二氧化硅，最后加入非離子表面活性劑，均勻混合即得。
全文摘要
本發(fā)明涉及無取向硅鋼用涂料，公開了一種無鉻環(huán)保半無機(jī)無取向硅鋼絕緣涂層。其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，5%～25%；磷酸二氫鋁，5%～40%；鉬酸鋅，5%～15%；膠體二氧化硅，11%～25%；非離子表面活性劑，1%～5%；余量為去離子水。本發(fā)明的絕緣涂層不僅具有良好的絕緣性，附著性，耐蝕性，耐熱性，焊接性等各項(xiàng)優(yōu)良性能，并且完全消除了鉻元素和有機(jī)溶劑帶來的環(huán)保問題。
文檔編號C09D151/08GK101974279SQ20101055415
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者王晨, 韓家佳 申請人:上海迪升防腐新材料科技有限公司