CN101857761A

CN101857761A - 一种环保无取向硅钢绝缘涂料及其应用

Info

Publication number: CN101857761A
Application number: CN201010189174A
Authority: CN
Inventors: 王晨; 齐素芳; 陈正中
Original assignee: SHANGHAI DISHENG ANTICORROSION NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI DISHENG ANTICORROSION NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2010-10-13

Abstract

本发明公开了一种新型环保无取向硅钢绝缘涂料及其应用，以涂料的总质量为基础计，本发明涂料的化学组分及相应的质量百分比为：硼酸3～20％；异丙醇镁5～20％；聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂5～25％；磷酸二氢铝5～40％；乙酸锌5～10％；胶体二氧化硅11～30％；余量为去离子水。本发明的新型环保无取向硅钢绝缘涂层，不仅完全消除了铬元素带来的环保问题，而且也能保证涂层的均匀性、耐腐性、耐热性、焊接性、附着性等各项性能优良。

Description

一种环保无取向硅钢绝缘涂料及其应用

技术领域

本发明涉及一种用于形成绝缘涂层的环保型有机-无机混合涂料组合物及其应用，用于硅钢绝缘涂层制备技术领域。

背景技术

随着时代的发展，能源日益紧张，节能已成为机电行业进行产品设计开发所必须考虑的因素之一，降低电能消耗已成为当今世界所面临的重大课题。无取向硅钢被广泛用作电机及中小型变压器铁芯的原材料，在全球减少能源浪费，提高能源利用率的浪潮中扮演着重要角色。

无取向硅钢绝缘涂层是涂覆在无取向硅钢表面的一层由多种化学成分组成的绝缘涂层。它能保证无取向硅钢有较高的表面电阻率，使层间功率损失降为最小；同时保护无取向硅钢免受各种腐蚀介质的侵蚀和锈蚀。无取向硅钢表面绝缘涂层主要包括有机涂层、无机涂层和半无机涂层三大类，总的发展趋势是有机涂层己被逐渐淘汰，无机涂层将逐渐代替半无机涂层。但是，由于受到各方面条件的限制和无机涂层本身的属性，目前应用较多的仍为半无机涂层。

日本公开特许公报昭54243823介绍了一种在无取向硅钢板上使用磷酸铝镁溶液就能形成性能极好的绝缘涂层。该溶液含有的Al³⁺、Mg²⁺、H₂PO₄ ^-，浓度符合下列范围(干基，按wt％计)：Al³⁺(用Al₂O₃进行计算)：3％～11％、Mg²⁺(用MgO进行计算)：3％～15％、H₂PO₄-(用H3PO4进行计算)：78％～87％，三种成分总重量百分比为100％(干基)。磷酸铝镁溶液中还可以加入胶态SiO₂，如果Al³⁺、Mg²⁺和H₂PO₄ ^-浓度分别以Al₂O₃、MgO和H₃PO₄的wt％计，(干基)算作100份，则加入的胶态SiO₂(干基)的含量可以是0～150份，这四种物质之和为100％(干基)，所形成的溶液中水分含量不得少于45％。这种溶液可用任何合适的常规方法涂到电工钢板(带或不带玻璃底涂层)上，然后将硅钢板进行加热处理，使溶液干燥，从而得到所需要的绝缘玻璃膜涂层。针对涂层附着性不佳的问题，特开平4-110476，提出在半有机涂液中加一种钛的螯和物，涂敷在电工钢基板表面并形成绝缘膜后，可有效提高在消除应力退火后的附着性和绝缘性。特开平2-38582中提出，在电工钢表面先涂敷一种硅酸盐，进行干燥固化形成硅酸盐底层膜，然后再涂敷含有铬酸或者磷酸盐，再次干燥固化形成上层涂层，并且要在二层涂层液中至少一层中加有有机树脂和硅烷偶合剂，最终形成具有绝缘涂层附着性能优良的电工钢板。该种方法需要涂敷烘烤二次，制作成本高，生产效率低。US 3793073介绍了一种用于涂覆电工钢的绝缘涂层。涂层的有机部分是由选自丙烯酸树脂或共聚物，无水马来酸、聚乙烯醇缩醛、氨基树脂、木素磺酸钙、酚醛树脂、醋酸乙烯酯、氯乙烯和环氧树脂的一种或多种。可以添加粒度大于2μm的有机颗粒物质，例如：酚醛树脂，三聚氰胺树脂等来提供表面不平度，以获得良好的焊接性，涂层的无机部分可以包括磷酸类物质或铬酸类物质中一种或多种。US 4496399涉及到一种无机/有机磷酸盐绝缘涂层，此专利介绍了一种用于涂覆无取向硅钢的含水组合物，组合物的无机部分包含100份磷酸铝镁或者是33～250份胶体二氧化硅和10～25份铬酐，或者是30～250份的一种硅酸铝微粒。组合物的有机部分含15～1350份的一种水悬浮溶液。悬浮液含有40～60wt％的一种丙烯酸或醋酸乙烯树脂的固体。US 4844753介绍了一种用于无取向硅钢上形成绝缘涂层的含水涂料组合物，它包括了一种无机铬酸盐成膜组分和一种树脂组分。树脂组分是一种丙烯酸或丙烯酸-苯乙烯乳液和粒度为0.2～1μm的三聚氰胺树脂的混合物。在US 4618377的无机/有机涂料中，有机乳液树脂用一种分散改进剂进行了表面处理的有机树脂颗粒，和一种含有至少一种无机磷酸盐或铬酸盐组分的溶液，经表面处理的树脂颗粒被用于控制固化涂层的表面粗糙度。乳液树脂可以是单独的丙烯酸系、醋酸乙烯酯、苯乙烯、丁二烯，或者是醋酸乙烯酯、苯乙烯和丁二烯中的一种或多种共聚物。无机部分可包括钙、铝、镁和锌的磷酸盐或钙、镁、锌或铝的铬酸盐或重铬酸盐。

US 5945212中采用的无机成分为磷酸铝、磷酸钙、磷酸锌并加入颗粒度为0.3～3.0μm的粗粒树脂乳液作为有机部分。阿姆科公司在US 3994387专利中发明了一种固化后包括按每100份干基重量计算20～60份的磷酸铝，20～70份的至少一种无机硅酸盐颗粒和10～25份的一种丙烯酸树脂。形成该涂层的酸性水悬浮液对每1份树脂可包含按重量计至多1份的一种水溶性有机溶剂。水悬浮液的pH值大约为2～2.5，可能由硅酸铝、硅酸镁中的一种或几种组成的硅酸盐颗粒大小为0.3～60μm，树脂颗粒小于1μm，含有低于大约0.5wt％的未反应的磷酸。

韩国科学家开发了一种新的用于半有机涂层树脂体系，并指出电工钢的树脂不是单体树脂，而是一种树脂单体体系。包含各种丙烯酸单体、苯乙烯单体，这两个作为基本的材料，阴离子或阳离子的乳化剂作为稳定剂，多官能团的单体作为交联剂。最佳的乳液体系为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯体系，羟基甲胺和二乙烯基苯作为交联剂。但由于上述涂层多含有六价铬(Cr⁶⁺)等强致癌性的重金属元素和对环境有害的成分，这将会对现场使用环境及操作者的健康带来不可预计的损害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半无机型环保无取向硅钢绝缘涂料组合物，不仅完全消除了铬元素带来的环保问题，而且还改善了涂层的附着性、焊接性等各项性能。

为了达到上述发明目的，本发明提供一种含有硼酸、异丙醇镁和乙酸锌的新型环保无取向硅钢绝缘涂料，以涂料的总质量为基础计，其化学组分及相应的质量百分比为：

硼酸，3～20％，优选6～10％；

异丙醇镁，5～20％，优选9～13％；

聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂，5～25％，优选5～10％；

磷酸二氢铝，5～40％，优选27～35％；

乙酸锌，5～10％；

胶体二氧化硅，11～30％，优选11～15％；

余量为去离子水，水的最低含量为10％。

本发明提供的上述涂料组合物中，使用的硼酸对改善涂层的附着性起到了重要的作用。若其含量过低，附着性不强，易脱落；若其含量过高，则在释放应力的热处理之后对涂层的外观性能受到影响。本发明使用的硼酸应占涂料总质量的3～20％。

本发明使用的异丙醇镁对改善涂层的耐热性、焊接性起到重要的作用。其用量应占涂料总质量的5～20％。

本发明使用的聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂，由质量百分比20～50％的聚氨酯、25～50％的丙烯酸酯和10～30％的环氧乙烷通过常规的聚合反应制得，所得聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂的分子量在1000～20000之间，它们的平均粒度应该在0.2～2μm之间，且其pH值在2～5之间。本发明所使用的聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂用量应占涂料总质量的5～25％。

为了使涂层环保且不含铬元素，磷酸二氢铝对提高涂层的耐高温、抗震、抗剥落和绝缘性等有重要的作用。本发明所采用的磷酸二氢铝的用量占涂料总质量的5～40％。

乙酸锌的加入可使涂层的外观发生变化，若加入的量少，则涂层的外观不理想；若加入量过多，则在释放应力的热处理后该涂敷膜可能剥离。本发明所采用的乙酸锌的加入量应占涂料总质量的5～10％。

胶体二氧化硅为直径为纳米级的二氧化硅超微细颗粒分散在水中的乳白色胶体溶液。在胶体二氧化硅粒子表面的离子为水合型，因水分子覆盖而有亲水性。胶体二氧化硅作为涂料的配合材料可以提高结合性、耐磨损性以及耐污染性。

本发明提供的上述涂料组合物的主要制备步骤为：将聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂和去离子水加入到反应容器中，再分别依次加入磷酸二氢铝、异丙醇镁、乙酸锌、胶体二氧化硅，最后加入硼酸，均匀混合即得。

本发明的新型环保无取向硅钢绝缘涂料可用作无取向硅钢绝缘涂层。

本发明通过在涂料中加入硼酸，以及硼酸、异丙醇镁和乙酸锌等组分间的相互协同作用，极大的改善了涂层的附着性。此外，本发明的新型环保无取向硅钢绝缘涂料，不仅完全消除了铬元素带来的环保问题，还能提供良好的表面电阻率，使层间功率损耗降至最小，有良好的抗水蒸汽吸收能力，能提供与钢板表面优良的附着性，制得涂层的均匀性、耐腐性、耐热性、焊接性等各项性能优良，达到与含铬的涂层等同的耐腐蚀性、冲剪性和耐退火性。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。

按如表1所示的配方制备出的绝缘涂料涂布到无取向钢板上，在650℃下进行30秒热处理，可得到厚度为1.5μm的绝缘涂膜的硅钢板。

具体制备步骤如下：按表1的配方比例，将相应量的聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂和去离子水加入到反应容器中，再分别依次加入相应量的磷酸二氢铝、异丙醇镁、乙酸锌、胶体二氧化硅，最后加入硼酸，搅拌均匀制得涂料。

各组成的配方如表1所示：

表1涂料成分的组成

(注：A为异丙醇镁，B聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂，C为磷酸二氢铝，D为乙酸锌，E为胶体二氧化硅，F为硼酸。)

表2是表示按表1的方法得到的涂层的各种性能。

对涂层外观美感用○表示，一般用◇，不美感用△表示。

对耐腐蚀性的测试方法为：将涂覆好涂膜的硅钢板分成两组，一组搁置于室内(90天)，一组暴露于户外(90天)，检查绝缘涂层表面上的生锈情况，以未生锈部分面积占总面积的百分比表示。

对于涂层的附着性，按《涂层附着力的测定法》GB/T 2522-2007测试其附着力，其中A表示无脱落，B表示稍有脱落，C表示脱落。

可焊接性，良好用○表示，一般用◇，差用△表示。

表2涂层性能的比较

从表2可得知，在实施例1-12的条件下，涂层的特性如美感、绝缘强度、耐腐蚀性、涂层附着性以及可焊接性均优异。

实施例1和对比例5相比，由于增加了硼酸组分，使得涂层的附着性大大改善；对比例1与实施例1相比，硼酸含量偏低，涂层的附着性相比实施例1较差。对比例3中，硼酸含量过高，其绝缘强度、附着性和焊接性都不能令人满意。而在其它对比例中，因其它含量不符合要求而使膜的性能受到影响。

Claims

1.一种环保无取向硅钢绝缘涂料，以涂料的总质量为基础计，其组分及相应的质量百分比为：

硼酸 3～20％；

异丙醇镁 5～20％；

聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂 5～25％；

磷酸二氢铝 5～40％；

乙酸锌 5～10％；

胶体二氧化硅 11～30％；

余量为去离子水。

2.如权利要求1所述环保无取向硅钢绝缘涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述硼酸的质量百分比为6～10％。

3.如权利要求1所述环保无取向硅钢绝缘涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述异丙醇镁的质量百分比为9～13％。

4.如权利要求1所述环保无取向硅钢绝缘涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂的质量百分比为5～10％。

5.如权利要求1所述环保无取向硅钢绝缘涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述磷酸二氢铝的质量百分比为27～35％。

6.如权利要求1所述环保无取向硅钢绝缘涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述胶体二氧化硅的质量百分比为11～15％。

7.如权利要求1-6中任一权利要求所述环保无取向硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂是由质量百分比20～50％的聚氨酯、25～50％的丙烯酸酯和10～30％的环氧乙烷通过聚合反应制得。

8.如权利要求1-6中任一权利要求所述环保无取向硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂的分子量在1000～20000之间。

9.如权利要求1-6中任一权利要求所述环保无取向硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-环氧乙烷树脂的平均粒度应该在0.2～2μm之间。

10.如权利要求1-9中任一权利要求所述环保无取向硅钢绝缘涂料用作无取向硅钢绝缘涂层。