CN103045058B - 一种绝缘涂料和电工钢材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘涂料，该绝缘涂料由一种原料混合物混合均匀后得到，所述原料混合物含有磷酸二氢盐、水溶性成膜树脂、偶联剂、酸和水，所述酸为磷酸、硼酸、氟钛酸、乙酸、草酸、柠檬酸、马来酸、苯甲酸、单宁酸、酒石酸和植酸中的至少一种。本发明还提供了一种电工钢材料。本发明还提供了一种电工钢材料的制备方法。本发明还提供了根据如上所述的电工钢材料的制备方法制备得到的电工钢材料。本发明提供的绝缘涂料在较低温度下固化得到的涂层具有优良的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性等性能。

Description

一种绝缘涂料和电工钢材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘涂料和电工钢材料及该电工钢材料的制备方法。

背景技术

电工钢主要用作电机和变压器的铁芯材料。为减少涡流损失，需要在钢板表面附着绝缘涂层。

目前国内外电工钢涂层大多数是含铬的绝缘涂层，铬是对人体和环境有害的元素，随着全球对环保的日益重视，其使用受到严格地限制。

为满足环保要求，尤其是满足家电制造业所必须达到的RoHS指令要求，国内外也在研发电工钢环保绝缘涂层。

但是，目前现有的电工钢所用的绝缘涂料需要在300-500℃的较高温度下固化，因而需要较为复杂的固化设备并且消耗较多的能源，此外，如果强行降低绝缘涂料的固化温度，会导致绝缘涂层耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性的严重下降，因此需要提供一种能够在较低温度下固化并且能够获得性能良好的绝缘涂层的绝缘涂料。

发明内容

本发明的目的是克服现有的电工钢所用的绝缘涂料在较低固化温度下得到的绝缘涂层耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性较差的缺陷，提供一种在较低固化温度下能够得到具有较好耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性的绝缘涂层的绝缘涂料

为了实现上述目的，本发明提供一种绝缘涂料，该绝缘涂料由一种原料混合物混合均匀后得到，所述原料混合物含有磷酸二氢盐、水溶性成膜树脂、偶联剂、酸和水，所述酸为磷酸、硼酸、氟钛酸、乙酸、草酸、柠檬酸、马来酸、苯甲酸、单宁酸、酒石酸和植酸中的至少一种。

本发明还提供了一种电工钢材料，该电工钢材料包括电工钢基材和附着在该电工钢基材上的涂层，其特征在于，所述涂层为如上所述的绝缘涂料的固化产物。

本发明还提供了一种电工钢材料的制备方法，该方法包括：将如上所述的绝缘涂料附着到该电工钢基材上，然后将所述绝缘涂料进行固化，并且固化的温度为150-220℃。

本发明还提供了根据如上所述的电工钢材料的制备方法制备得到的电工钢材料。

通过上述技术方案，本发明提供的绝缘涂料不含铬，环保性满足RoHS指令要求，且在较低温度下固化得到的涂层具有优良的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性等性能，完全达到家电制造业用户生产电机铁芯的要求。此外，本发明提供的绝缘涂料可以在150-220℃下固化，因此可以使用较简易的固化设备，例如彩涂线上的烘烤固化炉进行固化，从而大幅度节省了设备投资，并有利于进一步统筹优化工艺流程，提高设备利用率和全生产线的生产效率，而且因为固化温度的降低，大幅度节省了能源的消耗量。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，气体和液体的体积数值均为标准状态下的数值。

本发明提供了一种绝缘涂料，该绝缘涂料由一种原料混合物混合均匀后得到，所述原料混合物含有磷酸二氢盐、水溶性成膜树脂、偶联剂、酸和水，所述酸为磷酸、硼酸、氟钛酸、乙酸、草酸、柠檬酸、马来酸、苯甲酸、单宁酸、酒石酸和植酸中的至少一种。

其中，为了进一步提高所述绝缘涂料的性能，所述酸优选为植酸、硼酸和酒石酸中的至少一种。

其中，该绝缘涂料为所述原料混合物混合均匀后得到，并且为较为稳定且均一的液体。优选情况下，所述原料混合物中的各组分在该金属防护涂料临用前1-20天混合均匀。其中，对各成分的混合顺序没有特别要求，可以直接将所述原料混合物中的各组分进行同时、分批或分步混合，只要能得到均匀的稳定相即可，优选通过搅拌使混合更加均匀。

根据本发明的绝缘涂料，其中，相对于100重量份的水，所述磷酸二氢盐的含量可以为5-50重量份；优选为10-25重量份。

其中，相对于100重量份的水，以固含量计，所述水溶性成膜树脂的含量可以为0.5-10重量份；优选为4-8重量份。

其中，相对于100重量份的水，所述偶联剂的含量可以为0.1-2重量份；优选为0.5-1.2重量份。

其中，相对于100重量份的水，所述酸的含量可以为0.1-5重量份；优选为1-3重量份。

根据本发明的绝缘涂料，其中，所述水溶性成膜树脂可以为各种水溶性的且能够用于成膜的改性的或未改性的树脂，例如，所述水溶性成膜树脂水溶性醇酸成膜树脂(例如水溶性醇酸树脂，购自科耀化工公司，牌号为MA-1626)、水溶性聚酯成膜树脂(例如水溶性聚酯树脂，购自杭州鑫铭化工有限公司，牌号为XM-4000)、水溶性苯丙成膜树脂(例如水溶性苯丙乳液，购自广州市奇盛化学公司，牌号为K167)、水溶性环氧成膜树脂(例如水溶性环氧树脂，购自上海绿嘉水性涂料有限公司，牌号为G08)、水溶性酚醛成膜树脂(例如水溶性酚醛树脂，购自成都恒裕化工贸易有限公司，牌号为RS-518)、水溶性聚氨酯成膜树脂(例如水溶性聚氨酯树脂，购自烟台才华聚氨酯科技有限公司，牌号为S52-1)、水溶性有机硅成膜树脂(例如水溶性有机硅树脂，购自枣阳四海化工有限公司，牌号为SH-9502)、水溶性氟碳成膜树脂(例如水溶性氟碳乳液，购自上海向岚化工有限公司，牌号为SRC-220)和水溶性三聚氰胺成膜树脂(例如水性三聚氰胺树脂，购自潍坊市金水源化工有限公司，牌号为MF)中的至少一种。为了进一步提高所述绝缘涂料的性能，优选为水溶性苯丙成膜树脂、水溶性环氧成膜树脂、水溶性醇酸成膜树脂和水溶性有机硅成膜树脂中的至少一种。所述水溶性成膜树脂可以通过购买市售的水溶性成膜树脂(例如树脂乳液)获得。

根据本发明的绝缘涂料，其中，所述磷酸二氢盐可以为各种可溶性的含有磷酸二氢根的盐类物质，例如所述磷酸二氢盐可以为磷酸二氢钙、磷酸二氢镁、磷酸二氢锰、磷酸二氢镍、磷酸二氢锌和磷酸二氢铝中的至少一种；为了进一步提高所述绝缘涂料的性能，优选为磷酸二氢锌、磷酸二氢钙、磷酸二氢镁和磷酸二氢铝中的至少一种。

根据本发明的绝缘涂料，其中，所述偶联剂可以为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂，优选为硅烷偶联剂。所述硅烷偶联剂包括但不限于γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的至少一种。所述钛酸酯偶联剂可以为市售的各种钛酸酯偶联剂，例如购自泰昌化工的牌号为TC-F的钛酸酯偶联剂。

根据本发明的绝缘涂料，其中，为了进一步提高所述绝缘涂料的性能，优选情况下，所述原料混合物还含有螯合剂；所述螯合剂为木质磺酸钙、六偏磷酸钠和三聚磷酸钠中的至少一种。

其中，所述绝缘涂料中，相对于100重量份的水，所述螯合剂的含量可以为0.1-2重量份；进一步优选为0.5-1.5重量份。

根据本发明的绝缘涂料，其中，为了进一步提高所述绝缘涂料的性能，所述原料混合物还可以含有助剂；所述助剂为表面活性剂、流平剂、消泡剂和分散剂中的至少一种。

其中，所述绝缘涂料中，相对于100重量份的水，所述助剂的含量可以为0.1-5重量份；进一步优选为0.1-0.5重量份。

其中，所述助剂中，所述助剂为表面活性剂、流平剂、消泡剂和分散剂的选择可以为常规的选择，本发明没有特别的要求，例如，所述表面活性剂可以为烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种；所述流平剂可以为聚氨酯流平剂(例如购自广州宣宁化工有限公司，牌号为2200的聚氨酯流平剂)；所述消泡剂可以为聚醚改性有机硅消泡剂(宿州市华润化工有限公司，牌号为SXP-107的聚醚改性有机硅消泡剂)；所述分散剂可以为水性阴离子型分散剂(例如购自泰和水处理公司，牌号为TH-904的水性阴离子型分散剂)。

根据本发明的绝缘涂料，其中，特别优选的情况下，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢锌、磷酸二氢钙、磷酸二氢镁和磷酸二氢铝中的至少一种；所述成膜树脂为水溶性苯丙成膜树脂、水溶性环氧成膜树脂、水溶性醇酸成膜树脂和水溶性有机硅成膜树脂中的至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述酸为植酸、硼酸和酒石酸中的至少一种。在该优选情况下，所述绝缘涂料在150-220℃下固化后所得的涂层具有突出的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性。

本发明还提供了一种电工钢材料，该电工钢材料包括电工钢基材和附着在该电工钢基材上的涂层，其特征在于，所述涂层为如上所述的绝缘涂料的固化产物。

根据本发明的电工钢材料，其中，所述涂层的厚度可以为1-3微米，优选为1.5-2.3微米。

根据本发明的电工钢材料，其中，所述固化产物是将所述绝缘涂料附着在所述电工钢基材上，并且在固化温度为150-220℃且固化时间为20-50s的固化条件下固化得到的，优选情况下，所述固化温度为165-195℃，固化时间为30-40s。

本发明还提供了一种电工钢材料的制备方法，该方法包括：将如上所述的绝缘涂料附着到该电工钢基材上，然后将所述绝缘涂料进行固化，并且固化的温度为150-220℃。

根据本发明的电工钢材料的制备方法，其中，所述固化温度进一步优选为165-195℃。

根据本发明的电工钢材料的制备方法，其中，相对于每平方米的电工钢基材表面，所述绝缘涂料的用量可以为3-6克，进一步优选为4.0-5.0克。

根据本发明的电工钢材料的制备方法，其中，所述固化的固化时间可以为20-50s，进一步优选为30-40s。

根据本发明提供的上述电工钢材料的制备方法，其中，在附着所述绝缘涂料前，用碱性脱脂清洗液清洗所述电工钢基材。脱脂清洗液的游离碱度可以为8-15Pt，脱脂清洗液的温度为45-65℃。优选再用漂洗液漂洗碱性脱脂清洗液清洗后的电工钢基材，漂洗液的用量使得漂洗后的漂洗液的电导率小于10μS/cm。所述碱性脱脂清洗液和漂洗液使用本领域公知的方法制备，例如所述碱性脱脂清洗液为采用市售PA50-A1脱脂剂配成浓度为5-15重量％的水溶液，所述漂洗液为去离子水。

其中，所述附着可以为将所述绝缘涂料辊涂涂覆在所述电工钢基材的表面，或者将所述绝缘涂料辊涂喷淋在所述电工钢基材的表面。

其中，对所述绝缘涂料附着的温度，本发明没有特别的限制，本领域技术人员可以在所述绝缘涂料不结冰或汽化的温度范围内自行选择，例如，可以选择10-60℃。

其中，所述固化的加热方式，可以为热风加热、感应加热和红外辐射加热中的一种或多种。优选情况下，可以使用彩涂线上的固化炉进行。

本发明还提供了根据如上所述的电工钢材料的制备方法制备得到的电工钢材料。

本发明中，所有液体和气体的体积均指20℃，1标准大气压下的体积。

实施例1-6

按照表1列出的组分含量，将各组分在搅拌条件下混合均匀，分别得到绝缘涂料1-6。

表1

实施例1-6中，各组分的具体选择如下：

实施例1中，磷酸二氢盐为磷酸二氢锌；水溶性成膜树脂为水溶性苯丙树脂(水溶性苯丙树脂，购自广州市奇盛化学公司，牌号为K167)、水溶性环氧成膜树脂(水溶性环氧树脂，购自上海绿嘉水性涂料有限公司，牌号为G08)和水溶性有机硅成膜树脂(水溶性有机硅树脂，购自枣阳四海化工有限公司，牌号为SH-9502)的等重量(以固含量计)混合物；偶联剂选用的硅烷偶联剂(硅烷偶联剂，购自南京向前化工有限公司，牌号为KH560)；螯合剂为木质磺酸钙(分析纯)；酸为植酸；助剂为0.05重量份的流平剂(购自广州宣宁化工有限公司，牌号为2200)、0.02重量份的消泡剂(购自宿州市华润化工有限公司，牌号为SXP-107)和0.13重量份的分散剂(购自泰和水处理公司，牌号为TH-904)混合得到。

实施例2中，磷酸二氢盐为磷酸二氢铝和磷酸二氢钙的等重量混合物，水溶性成膜树脂为水溶性醇酸成膜树脂(水溶性醇酸树脂，购自科耀化工公司，牌号为MA-1626)，偶联剂为硅烷偶联剂(硅烷偶联剂，购自南京向前化工有限公司，牌号为KH570)，螯合剂为三聚磷酸钠，酸为硼酸，助剂为0.05重量份的表面活性剂(OP-10，购自广州洪都化工公司)、0.05重量份的流平剂(购自广州宣宁化工有限公司，牌号为2200，以下同)、0.02重量份的消泡剂(购自宿州市华润化工有限公司，牌号为SXP-107，以下同)和0.18重量份的分散剂(购自泰和水处理公司，牌号为TH-904，以下同)。

实施例3中，磷酸二氢盐为磷酸二氢锌和磷酸二氢镁的等量混合物，水溶性成膜树脂为水溶性有机硅成膜树脂(水溶性有机硅树脂，购自枣阳四海化工有限公司，牌号为SH-9502)，偶联剂为硅烷偶联剂(购自南京向前化工有限公司，牌号为KH550)，螯合剂为六偏磷酸钠，酸为酒石酸，助剂为0.05重量份的表面活性剂、0.05重量份的流平剂和0.02重量份的消泡剂和0.18重量份的分散剂混合得到。

实施例4中，磷酸二氢盐为磷酸二氢镍和磷酸二氢锰的等重量混合物，其它与实施例1相同。

实施例5中，水溶性成膜树脂为水溶性水溶性聚酯成膜树脂(水溶性聚酯树脂，购自杭州鑫铭化工有限公司、，牌号为XM-4000)、水溶性酚醛成膜树脂(水溶性酚醛树脂，购自成都恒裕化工贸易有限公司，牌号为RS-518)、水溶性聚氨酯成膜树脂(水溶性聚氨酯树脂，购自烟台才华聚氨酯科技有限公司，牌号为S52-1)、水溶性氟碳成膜树脂(水溶性氟碳乳液，购自上海向岚化工有限公司，牌号为SRC-220)和水溶性三聚氰胺成膜树脂(水性三聚氰胺树脂，购自潍坊市金水源化工有限公司，牌号为MF)的等重量(以固含量计)混合物，其它与实施例1相同。

实施例6中，偶联剂为钛酸酯偶联剂(购自泰昌化工公司，牌号为TC-WT)，其它与实施例1相同。

实施例7

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将螯合剂替换为等重量的水，得到绝缘涂料7。

实施例8

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将助剂替换为等重量的水，得到绝缘涂料8。

对比例1

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将偶联剂替换为等重量的水，得到绝缘涂料9。

对比例2

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将酸替换为等重量的水，得到绝缘涂料10。

制备实施例1

在55℃下用碱性脱脂清洗液清洗冷轧无取向电工钢带(攀枝花钢铁集团有限公司生产的50PW800)。碱性脱脂清洗液为浓度15重量％的PA50-A1脱脂液，每平方米钢带的碱性脱脂清洗液的用量为30kg。然后用去离子水清洗，使得清洗后水的电导率小于9.3μS/cm。

将实施例1-8和对比例1-2得到的绝缘涂料1-10分别辊涂涂覆在上述清洗后的冷轧无取向电工钢带上(涂覆量为4.5g/平方米)，在180℃的固化温度(采用测温试纸测定固化温度)下固化35s得到电工钢材料1-10。

制备实施例2

采用制备实施例1的方法制备电工钢材料，不同的是，固化温度为165℃，得到电工钢材料11-20。

制备实施例3

采用制备实施例1的方法制备电工钢材料，不同的是，固化温度为195℃，得到电工钢材料21-30。

测试实施例1

本测试实施例测定电工钢材料1-30的涂层的膜厚、耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性。结果见表2。

其中，膜厚按照GB1767的方法进行测定。耐热性按照GB1735的方法进行测试。绝缘性用层间电阻仪测定层间电阻，层间电阻>10Ω·cm²/片视为合格。附着性按照GB/T2522-2007的方法测定附着力(按附着力由强到弱分为A-F级)、耐蚀性按照耐腐蚀性按照GB/T10125-1997中规定的方法和条件进行腐蚀试验，然后按照GB12335-90的规定对腐蚀结果进行评价(以8小时后的腐蚀面积占总面积的百分比表示)，冲片性按照GB1732的方法测定冲击强度(以漆膜无剥落、皱纹和裂纹的最大重锤高度表示)。

采用测温试纸测定其固化温度(PMT)，然后检测其表面质量、附着性、表面绝缘电阻系数、耐热性、耐蚀性，其结果见表2。

表2

通过表2的数据可以看出，本发明提供的绝缘涂料在较低温度下固化得到的涂层具有优良的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性等性能。

并且，在优选所述水溶性成膜树脂为水溶性醇酸成膜树脂、水溶性苯丙成膜树脂、水溶性环氧成膜树脂和水溶性有机硅成膜树脂中的至少一种的情况下，可进一步提高所述涂层的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性。

并且，在优选所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钙、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌和磷酸二氢铝中的至少一种的情况下，可以进一步提高所述涂层的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性。

并且，在优选所述偶联剂为硅烷偶联剂的情况下，可以进一步提高所述涂层的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性。

并且，在优选所述原料混合物还含有螯合剂的情况下，可以进一步提高所述涂层的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性。

特别地，在优选所述磷酸二氢盐为磷酸二氢盐为磷酸二氢锌、磷酸二氢钙、磷酸二氢镁和磷酸二氢铝中的至少一种；所述成膜树脂为水溶性苯丙成膜树脂、水溶性环氧成膜树脂、水溶性醇酸成膜树脂和水溶性有机硅成膜树脂中的至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述酸为植酸、硼酸和酒石酸中的至少一种的情况下，所述涂层具有突出的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲片性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (12)

1.一种用于电工钢材料的绝缘涂料，该绝缘涂料由一种原料混合物混合均匀后得到，所述原料混合物含有磷酸二氢盐、水溶性成膜树脂、偶联剂、酸和水，所述酸为磷酸、硼酸、氟钛酸、乙酸、草酸、柠檬酸、马来酸、苯甲酸、单宁酸、酒石酸和植酸中的至少一种；所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钙、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌和磷酸二氢铝中的至少一种；所述水溶性成膜树脂为水溶性醇酸成膜树脂、水溶性苯丙成膜树脂、水溶性环氧成膜树脂和水溶性有机硅成膜树脂中的至少一种；

相对于100重量份的水，所述磷酸二氢盐的含量为5-50重量份；以固含量计，所述水溶性成膜树脂的含量为0.5-10重量份；所述偶联剂的含量为0.1-2重量份；所述酸的含量为0.1-5重量份。

2.根据权利要求1所述的绝缘涂料，其中，相对于100重量份的水，所述磷酸二氢盐的含量为10-25重量份；以固含量计，所述水溶性成膜树脂的含量为4-8重量份；所述偶联剂的含量为0.5-1.2重量份；所述酸的含量为1-3重量份。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘涂料，其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。

4.根据权利要求1所述的绝缘涂料，其中，所述原料混合物还含有螯合剂；所述螯合剂为木质磺酸钙、六偏磷酸钠和三聚磷酸钠中的至少一种。

5.根据权利要求1或4所述的绝缘涂料，其中，所述原料混合物还含有助剂；所述助剂为表面活性剂、流平剂、消泡剂和分散剂中的至少一种。

6.根据权利要求1、2和4中任意一项所述的绝缘涂料，其中，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢锌、磷酸二氢钙、磷酸二氢镁和磷酸二氢铝中的至少一种；所述成膜树脂为水溶性苯丙成膜树脂、水溶性环氧成膜树脂、水溶性醇酸成膜树脂和水溶性有机硅成膜树脂中的至少一种；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述酸为植酸、硼酸和酒石酸中的至少一种。

7.一种电工钢材料，该电工钢材料包括电工钢基材和附着在该电工钢基材上的涂层，其特征在于，所述涂层为权利要求1-6中任意一项所述的绝缘涂料的固化产物。

8.根据权利要求7所述的电工钢材料，其中，所述涂层的厚度为1-3微米。

9.一种电工钢材料的制备方法，该方法包括：将权利要求1-6中任意一项所述的绝缘涂料附着到该电工钢基材上，然后将所述绝缘涂料进行固化，并且固化的温度为150-220℃。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，相对于每平方米的电工钢基材表面，所述绝缘涂料的用量为3-6克。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述固化的固化时间为20-50s。

12.根据权利要求9-11中任意一项所述的电工钢材料的制备方法制备得到的电工钢材料。