CN103865380B - 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、氧化剂、硅烷偶联剂、酸、水溶性硅酸盐和水，所述氧化剂为高氯酸钠、高锰酸钾、双氧水、氯酸钠、亚硝酸钠、硝酸锌、过硫酸钠、溴酸钠、过二硫酸铵、钼酸钠和硝酸钴中的至少一种。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固化后具有良好耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲剪加工性等性能。

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。

冷轧无取向电工钢表面涂层主要包括有机涂层、无机涂层和半无机涂层三大类。目前国内外应用较多的是半无机涂层，但是由于冷轧无取向电工钢板主要用于制作电机定/转子，在冲制叠片后，需经铸铝、浸漆或去应力退火等后续加工过程。为了确保成品电机性能，要求钢板上的涂层具有优异的耐热性，即在经受热后不被破坏，层间仍具有良好的绝缘性。无机涂层具有优异的耐热性、电绝缘性和焊接性，因此电工钢绝缘涂层的发展趋势为无机涂层取代半无机涂层和有机涂层。可是无机涂层同时也存在冲剪加工性和附着性差的缺陷。

因此需要提供一种电工钢无机绝缘涂层液，且该涂层液固化后仍具有优良的耐热性、绝缘性、耐蚀性、附着性、耐蚀性和冲剪加工性等性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有的电工钢所用有机绝缘涂层耐热性差的特点，提供一种固化后能够得到具有良好耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲剪加工性等性能的绝缘涂层液。

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、氧化剂、硅烷偶联剂、酸、水溶性硅酸盐和水，所述氧化剂为高氯酸钠、高锰酸钾、双氧水、次氯酸钠、亚硝酸钠、硝酸锌、过硫酸钠、溴酸钠、过二硫酸铵、钼酸钠和硝酸钴中的至少一种。

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150-250℃。

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150-250℃下快速固化得到的涂层具有优良的耐热性、耐蚀性、附着性、冲剪加工性、焊接性等、且绝缘性特别优异。

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、氧化剂、硅烷偶联剂、酸、水溶性硅酸盐和水，所述氧化剂为高氯酸钠、高锰酸钾、双氧水、氯酸钠、亚硝酸钠、硝酸锌、过硫酸钠、溴酸钠、过二硫酸铵、钼酸钠和硝酸钴中的至少一种。

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10-180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20-40重量份。

其中，相对于100重量份的水，所述氧化剂的含量可以为0.1-5重量份；优选为0.5-3重量份。

其中，相对于100重量份的水，所述硅烷偶联剂的含量可以为0.5-10重量份；优选为4-7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0.5-2重量份。

其中，相对于100重量份的水，所述水溶性硅酸盐的含量可以为0.1-8重量份；优选为1-5重量份。

根据本发明的绝缘涂料，其中，所述氧化剂为高氯酸钠、高锰酸钾、双氧水、氯酸钠、硝酸锌、过硫酸钠、溴酸钠、过二硫酸铵、钼酸钠、硝酸钴中的至少一种。为了进一步提高耐蚀性能，优选为氯酸钠、硝酸锌、钼酸钠、和亚硝酸钠中的至少一种。

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为磷酸二氢钠、磷酸二氢铝、磷酸二氢铵、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌、磷酸二氢镍和磷酸二氢锂中的至少一种。为了进一步提高耐热性、附着性等性能，优选为磷酸二氢镍、磷酸二氢锰、磷酸二氢锌、磷酸二氢钙和磷酸二氢钠中的至少一种。

根据本发明的绝缘涂料，其中，所述水溶性硅酸盐可以为硅酸钠和硅酸钾中的至少一种。

根据本发明的绝缘涂料，其中，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。

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0.05-2重量份；进一步优选为0.2-0.8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0.2-0.5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）。

其中，所述助剂中，相对于100重量份的水，助剂中流平剂的含量为0.10重量份、表面活性剂的含量为0.05重量份、消泡剂的含量为0.10重量份、分散剂的含量为0.15重量份。

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镍、磷酸二氢锰和磷酸二氢钠中的至少一种；所述氧化剂为氯酸钠、钼酸钠和硝酸锌中的至少一种；所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述酸为磷酸、硼酸和氟钛酸中的至少一种；所述水溶性硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾中的至少一种。在该优选情况下，所述绝缘涂料在150-250℃下固化后所得的涂层具有突出的耐热性、耐蚀性、附着性、冲片性、焊接性，其绝缘性能特别优异。

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1.5-2.5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150-250℃且固化时间为10-60s的固化条件下固化得到的，优选情况下，所述固化温度为180-210℃，固化时间为25-40s。

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150-250℃。

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180-210℃。

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5-15克，进一步优选为7.5-12.5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10-60s，进一步优选为25-40s。

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1-18

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1-18。

表1

实施例1-18中，各组分的具体选择如下：

实施例1-5中，磷酸二氢盐为磷酸二氢锰，氧化剂为钼酸钠，硅烷偶联剂选用的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，螯合剂为木质磺酸钙，酸为硼酸，硅酸盐为硅酸钠，相对于一百重量份的水，助剂中表面活性剂的含量为0.05重量份、流平剂的含量为0.10重量份、消泡剂的含量为0.10重量份、分散剂的含量为0.15重量份。

实施例6

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6。

实施例7

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，将磷酸二氢盐替换为等重量的磷酸二氢镍，得到绝缘涂料8。

实施例9

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将磷酸二氢盐替换为等重量的磷酸二氢钠，得到绝缘涂料9。

实施例10

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将磷酸二氢盐替换为等重量的磷酸二氢钙，得到绝缘涂料10。

实施例11

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将氧化剂替换为等重量的氯酸钠，得到绝缘涂料11。

实施例12

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将氧化剂替换为等重量的硝酸锌，得到绝缘涂料12。

实施例13

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将氧化剂替换为等重量的高氯酸钠，得到绝缘涂料13。

实施例14

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将硅烷偶联剂替换为等重量的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，得到绝缘涂料14。

实施例15

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将硅烷偶联剂替换为等重量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷得到绝缘涂料15。

实施例16

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磷酸，得到绝缘涂料16。

实施例17

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氟钛酸，得到绝缘涂料17。

实施例18

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将水溶性硅酸盐替换为等重量的硅酸钾，得到绝缘涂料18。

对比例1

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19。

对比例2

按照实施例1的方法制备绝缘涂料，不同的是，将硅酸盐替换为等重量的水，得到绝缘涂料20。

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。然后用漂洗液清洗，漂洗液为去离子水，漂洗液的用量使得洗出的漂洗液的电导率小于9.3μS/cm。

将实施例1-18和对比例1-2的绝缘涂料1-20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200℃的固化温度（采用测温试纸测定固化温度）下固化35s得到电工钢涂层1-20。

测试实施例1

本测试实施例测定电工钢材料1-20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>5Ωcm²/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）。

表2

通过表2的数据，通过实施例1-18与对比例1和2的对比，可以看出，本发明提供的绝缘涂料在固化下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。

特别地，通过实施例1-3和实施例4-5的对比，可以发现，在优选相对于100重量份的水，所述磷酸二氢盐的含量为20-40量份；所述氧化剂的含量为0.5-3重量份；所述硅烷偶联剂的含量为4-7重量份；所述酸的含量为0.5-2重量份；所述水溶性硅酸盐的含量为1-5重量份的情况下，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。

特别地，通过实施例1-3和实施例6的对比，可以发现，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、附着性、耐蚀性和冲剪加工性。

特别地，通过实施例1-3和实施例7的对比，可以发现，在优选所述原料混合物还含有助剂的情况下，可以进一步提高所述涂层的耐热性、绝缘性、附着性、耐蚀性和冲剪加工性。

特别地，通过实施例1-3和实施例8-18的对比，可以发现，在优选所述磷酸二氢盐为磷酸二氢镍、磷酸二氢锰和磷酸二氢钠中的至少一种；所述氧化剂为氯酸钠、钼酸钠和硝酸锌中的至少一种；所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述酸为磷酸、硼酸和氟钛酸中的至少一种；所述水溶性硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾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 (11)

1.一种无铬型电工钢表面绝缘涂料，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、氧化剂、硅烷偶联剂、酸、水溶性硅酸盐和水；

其中，所述氧化剂为高氯酸钠、高锰酸钾、双氧水、氯酸钠、亚硝酸钠、硝酸锌、过硫酸钠、溴酸钠、过二硫酸铵、钼酸钠和硝酸钴中的至少一种；

其中，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢钠、磷酸二氢铝、磷酸二氢铵、磷酸二氢钙、磷酸二氢钾、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌、磷酸二氢镍和磷酸二氢锂中的至少一种；

其中，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；所述氧化剂的含量为0.1-5重量份；所述硅烷偶联剂的含量为0.5-10重量份；所述酸的含量为0.1-5重量份、所述水溶性硅酸盐的含量为0.1-8重量份。

2.根据权利要求1所述的绝缘涂料，相对于100重量份的水，所述磷酸二氢盐的含量为20-40量份；所述氧化剂的含量为0.5-3重量份；所述硅烷偶联剂的含量为4-7重量份；所述酸的含量为0.5-2重量份；所述水溶性硅酸盐的含量为1-5重量份。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘涂料，其中，所述氧化剂为氯酸钠、硝酸锌、钼酸钠和亚硝酸钠中的至少一种。

4.根据权利要求1或2所述的绝缘涂料，其中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。

5.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；相对于100重量份的水，所述螯合剂的含量为0.05-2重量份，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。

6.根据权利要求1或2所述的绝缘涂料，其中，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢镍和/或磷酸二氢钠；所述氧化剂为氯酸钠、钼酸钠和硝酸锌中的至少一种；所述酸为磷酸、硼酸和氟钛酸中的至少一种；所述水溶性硅酸盐为硅酸钠和硅酸钾中的至少一种。

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150-250℃。

10.根据权利要求9所述的制备方法，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为5-15克。

11.根据权利要求9或10所述的制备方法，其中，所述固化的固化时间为10-60s。