CN105131750A - 一种电工钢用环保型自粘结涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电工钢用环保型自粘结涂料及其制备方法，属于金属表面涂料领域。本发明的自粘结涂料制备过程为，在纯水中依次加入水溶性丙烯酸树脂15％～50％、双氰胺1％～10％、乙二醇苯醚0.5％～6％、无机填料1.5％～13％、二甲基乙醇胺0.5％～2.5％、润湿分散剂0.1％～0.8％、炔二醇表面活性剂0.1％～0.3％，搅拌5～30min；然后进行砂磨，磨至浆料的粒径D50在0.5～1.5微米；搅拌下向磨好的浆料中加入水性环氧树脂30％～70％，搅拌10～60min后，过筛网出料，即成环保型自粘结涂料。该涂料绿色环保，储存稳定性好，并且在加热加压固化时，涂层不会被压变形而导致涂层被挤出。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面涂料技术领域，更具体地说，涉及一种电工钢用环保型自粘结涂料及其制备方法。
背景技术
电工钢片又称硅钢片，主要用于各种电机磁芯。通常，电工钢片在其表面上涂覆绝缘涂层，再将其依次冲压成预定形状、堆叠并通过焊接、锁扣、铆接等方法将其连接在一起而形成磁芯。大多数电工钢片均通过焊接、螺栓连接、自扣式或铆接方式组装成铁芯，但这些铁芯的固定方式是芯片局部“点”固定方式，其连接力不高，难以满足对紧固强度要求很高的铁芯。此外，焊接、铆接方式对许多微型电机铁芯也不适用。因此，将电工钢片之间通过“面”固定方式粘接在一起形成铁芯的方法成为一种提高紧固强度的有效途径。
如果在每一片冲剪好的铁芯片上涂粘接剂，这种方式的生产效率非常低，还存在粘接状况难以控制和不均等问题，而用带有自粘接涂层的电工钢制成的铁芯固定牢靠，电机效率高，振动小，噪音低。自粘结涂料通过辊涂或喷涂的方式涂敷到连续式运转的钢板上，进入干燥炉内采用明火或热空气加热一定时间后形成自粘结涂层。自粘结涂层具有绝缘强度高、耐腐蚀性好、冲片性好、粘结强度高的特点。涂敷自粘结涂层的电工钢板根据电机的要求进行裁剪、冲片，形成一定形状的钢片，在一定的压力、温度下，固化一定时间后，就可以形成具有良好机械强度和刚度的铁芯。由于自粘结涂层采用高分子材料作为主剂，以自粘结的形式紧固，所以在冲片性和紧固成铁芯后的性能等多方面具有优异的特性。
日本川崎制铁公司开发出了涂敷自粘结涂层的电工钢板，主要用于微电机产品，但产量不大。德国蒂森公司为了满足其制造超导型高速磁悬浮列车长定子铁芯的需要，也开发了自粘结涂层，并形成了批量生产的能力。鉴于自粘结涂层产品独特的涂层性能和良好的市场前景，国内宝钢于2001年开始进行自粘结涂层试验和生产，并在电机制造厂进行了自粘结涂层的固化试验。
日本新日本制铁株式会社有相关专利公开，其授权公告号为：CN101040022，公告日为：2012年12月12日，该专利方案提出了一种耐热粘合性绝缘涂层，该专利方案提供了表面涂有耐热粘合性绝缘涂层的电工钢板涂层，该绝缘涂层在堆叠之后通过加压和加热能够产生粘合性并且能够消除应力退火；该耐热粘合性绝缘涂层包括：在室温至300℃软化的树脂和由差热分析法分析的软化点为1000℃或更低的低熔点无机组合物。由于无机组合物中使用了水玻璃，涂层的耐水性差。
中国宝山钢铁股份有限公司的专利号：ZL200410017997.8，授权公告日：2009年7月1日，该方案公开了一种电工钢用水性自粘接涂料，涂料含有水性环氧树脂乳液、固化剂、促进剂以及其他各种添加剂。此发明的水性自粘接涂料，应用于制造电工钢涂层，能够以明火加热的方式制造自粘接涂层电工钢。但涂料缺少无机骨架支撑，在钢板加压固化过程中涂料易挤压溢出；涂料固化体系单一，环氧树脂固化程度难以控制，工厂工艺窗口温度控制困难。
目前一些成熟应用的溶剂型自粘结涂料是采用有机溶剂溶解环氧树脂后，再配合固化剂等而制成，存在的主要问题是有机溶剂比如甲苯、二甲苯、N甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺等，溶剂的毒性比较大，涂料的VOC(挥发性有机溶剂)也很高，在使用时存在易燃易爆等安全隐患，并且不环保。为解决以上问题，市场上亟需环保型的水性自粘结涂料。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中电工钢粘接涂料综合性能差、固化程度不易控制、挥发性有机溶剂含量高的不足，提供了一种电工钢用环保型自粘结涂料及其制备方法，本发明采用丙烯酸树脂、环氧树脂作为主成膜剂，以硅酸铝钠、气相二氧化硅作为辅助成膜剂提供无机物骨架，使涂层的抗挤压变形能力提高，其耐冲击性能好，绝缘性高，耐水性优异，而且涂料中易挥发有机溶剂含量极低，属于环保型涂料。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种电工钢用环保型自粘结涂料，该涂料中的各组分及其质量百分比为：水溶性丙烯酸树脂15％～50％、水性环氧树脂30％～70％、双氰胺1％～10％、乙二醇苯醚0.5％～6％、无机填料1.5％～13％、二甲基乙醇胺0.5％～2.5％、润湿分散剂0.1％～0.8％、炔二醇表面活性剂0.1％～0.3％、余量为纯水。
作为本发明更进一步的改进，所述的无机填料包括硅酸铝钠和气相二氧化硅。由于两者粒径很小，因此比表面积大，表面吸附力强，分散性能好，热阻、电阻等方面具有特异的性能；此外，采用超细无机填料硅酸铝钠以及纳米无机填料气相二氧化硅作为涂层的抗压骨架，使得自粘结涂层在加热、加压条件下的二次固化过程中涂层不会被挤出。
作为本发明更进一步的改进，所述无机填料中各组分占物料总量质量百分比为：硅酸铝钠1％～8％、气相二氧化硅0.5％～5％。
作为本发明更进一步的改进，所述的水溶性丙烯酸树脂的玻璃化温度Tg为60～110℃。
作为本发明更进一步的改进，所述的水性环氧树脂的环氧值为0.05～0.38mol/100g。
作为本发明更进一步的改进，所述的润湿分散剂为毕克化学有限公司的byk180、byk184、byk191、byk192中的一种或多种。
作为本发明更进一步的改进，所述的炔二醇表面活性剂为天津赛菲化学科技发展有限公司的DF-80L、DF-80D、DF-80B、DF-110B、DF-80PG中的一种或多种。
一种电工钢用环保型自粘结涂料的制备方法，其步骤为：
步骤1)、搅拌下，在纯水中依次加入二甲基乙醇胺、水溶性丙烯酸树脂、乙二醇苯醚、润湿分散剂、炔二醇表面活性剂、硅酸铝钠、气相二氧化硅、双氰胺，搅拌5～30min；
步骤2)、将搅拌好的浆料放入砂磨机进行砂磨，磨至浆料的粒径D50在0.5～1.5微米；
步骤3)、搅拌下，向磨好的浆料中加入水性环氧树脂，搅拌10～60min后，过5000目的筛网出料，即环保型自粘结涂料。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种电工钢用环保型自粘结涂料，采用丙烯酸树脂、环氧树脂作为主成膜物，相对于以往以单一环氧树脂为成膜物的自粘结涂料，自粘结涂料耐冲击性能好，绝缘性高，耐水性优异；
(2)本发明的一种电工钢用环保型自粘结涂料，以水为主溶剂，毒性挥发物质含量低，涂料中不含重金属等环境污染物，属于环保型涂料；
(3)本发明的一种电工钢用环保型自粘结涂料的制备方法，采用了两阶段粘合的设计，即丙烯酸树脂的粘结范围在60～110℃，环氧树脂固化温度在150～220℃，两段粘结工艺温差大，钢厂在使用时的工艺窗口温度控制简单，通过玻璃化温度Tg在60～110℃的水溶性丙烯酸树脂结合乙二醇苯醚可以实现低温成膜，钢厂加工后涂层不会发生冷粘结现象，从而避免了以往自粘结涂料在固化不良时经常出现的冷粘结问题；
(4)本发明的一种电工钢用环保型自粘结涂料的制备方法，加入了超细无机填料硅酸铝钠以及纳米无机填料气相二氧化硅作为涂层的抗压骨架，通过砂磨控制涂料的填料粒径D50在0.5～1.5微米，可以实现无机粒子之间的粒度级配，从而使得自粘结涂层在加热、加压条件下的二次固化过程中涂层不会被挤出。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其制备方法为：
搅拌下，按照质量百分比，在纯水中依次加入0.7％的二甲基乙醇胺、20％水溶性丙烯酸树脂、5％的乙二醇苯醚、0.5％的润湿分散剂、0.2％的炔二醇表面活性剂、5％的硅酸铝钠、2.3％的气相二氧化硅、5％的双氰胺，搅拌20min；然后将搅拌好的浆料放入砂磨机进行砂磨，磨至浆料的粒径D50在0.5微米；最后在搅拌下，向磨好的浆料中加入40％的水性环氧树脂，搅拌50min后，过5000目的筛网出料，即成本发明的环保型自粘结涂料。
该自粘结涂料中，润湿分散剂为毕克化学有限公司的byk191，炔二醇表面活性剂为天津赛菲化学科技发展有限公司的DF-80B。
实施例2
本实施例的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其制备方法为：
搅拌下，按照质量百分比，在纯水中依次加入1.5％的二甲基乙醇胺、20％的水溶性丙烯酸树脂、0.5％的乙二醇苯醚、0.5％的润湿分散剂、0.1％的炔二醇表面活性剂、8.0％的硅酸铝钠、5.0％的气相二氧化硅、1％的双氰胺，搅拌20min；然后将搅拌好的浆料放入砂磨机进行砂磨，磨至浆料的粒径D50在0.8微米；最后在搅拌下，向磨好的浆料中加入40％的水性环氧树脂，搅拌30min后，过5000目的筛网出料，即成本发明的环保型自粘结涂料。
该自粘结涂料中，润湿分散剂为毕克化学有限公司的byk192，炔二醇表面活性剂为天津赛菲化学科技发展有限公司的DF-110B。
实施例3
本实施例的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其制备方法为：
搅拌下，按照质量百分比，在纯水中依次加入0.5％的二甲基乙醇胺、15％的水溶性丙烯酸树脂、3.5％的乙二醇苯醚、0.8％的润湿分散剂、0.3％的炔二醇表面活性剂、1％的硅酸铝钠、0.5％的气相二氧化硅、4％的双氰胺，搅拌25min；然后将搅拌好的浆料放入砂磨机进行砂磨，磨至浆料的粒径D50在1.0微米；最后在搅拌下，向磨好的浆料中加入70％的水性环氧树脂，搅拌50min后，过5000目的筛网出料，即成本发明的环保型自粘结涂料。
该自粘结涂料中，润湿分散剂为毕克化学有限公司的byk180和byk192以1：1的比例混合，炔二醇表面活性剂为天津赛菲化学科技发展有限公司的DF-80D。
实施例4
本实施例的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其制备方法为：
搅拌下，按照质量百分比，在纯水中依次加入2.5％的二甲基乙醇胺、50％的水溶性丙烯酸树脂、1.5％的乙二醇苯醚、0.1％的润湿分散剂、0.2％的炔二醇表面活性剂、4.5％的硅酸铝钠、4.5％的气相二氧化硅、2％的双氰胺，搅拌25min；然后将搅拌好的浆料放入砂磨机进行砂磨，磨至浆料的粒径D50在1.5微米；最后在搅拌下，向磨好的浆料中加入30％的水性环氧树脂，搅拌50min后，过5000目的筛网出料，即成本发明的环保型自粘结涂料。
该自粘结涂料中，润湿分散剂为毕克化学有限公司的byk180和byk184以4：3的比例混合，炔二醇表面活性剂为天津赛菲化学科技发展有限公司的DF-80D和DF-110B以2：3的比例混合。
实施例5
本实施例的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其制备方法为：
搅拌下，按照质量百分比，在纯水中依次加入1.0％的二甲基乙醇胺、17％的水溶性丙烯酸树脂、2％的乙二醇苯醚、0.4％的润湿分散剂、0.2％的炔二醇表面活性剂、4.6％的硅酸铝钠、3.5％的气相二氧化硅、10％的双氰胺，搅拌15min；然后将搅拌好的浆料放入砂磨机进行砂磨，磨至浆料的粒径D50在1.5微米；最后在搅拌下，向磨好的浆料中加入53％的水性环氧树脂，搅拌60min后，过5000目的筛网出料，即成本发明的环保型自粘结涂料。
该自粘结涂料中，润湿分散剂为毕克化学有限公司的byk191，炔二醇表面活性剂为天津赛菲化学科技发展有限公司的DF-80B和DF-80PG以1：1的比例混合。
以上实施例1-5中，由于涂料助剂(润湿分散剂、防沉剂、成膜助剂等)和二甲基乙醇胺的加入，涂料长时间放置不分层，成膜性好，涂层表面光泽度高，60℃以下涂层不发生冷粘结现象，按照国家标准GB/T23985-2009《色漆和清漆挥发性有机化合物(VOC)含量的测定差值法》测定，挥发性有机物(VOC)小于50g/L，VOC含量小于我国水性内墙涂料80g/L的指标，相对于以往的溶剂型自粘结涂料(VOC含量在300g/L以上)，本发明的水性自粘结涂料环保性更佳。
相对于以往的溶剂型自粘结清漆(不含无机填料)，采用本发明的水性自粘结涂料所制成的自粘结涂层，在后期加热自粘结时，由于涂层中有较多的无机填料骨架，因而涂层不会被挤压溢出；另外，乙二醇苯醚的加入使得涂料的成膜性能更加优异，涂层表面光滑，自粘结固化时涂层接触面积大，粘结强度高。本发明的水性自粘结涂料，由于采用了润湿分散剂、防沉剂以及其他表面活性剂，在涂料制备中，无机填料能均匀分散悬浮在涂料中，并在成膜过程中防止填料的团聚现象发生，增加了涂料储存、使用的稳定性。
本发明使用高玻璃化温度的丙烯酸树脂与环氧树脂潜伏型固化剂双氰胺配合使用，使得自粘结涂层在自粘结固化过程中，涂层固化交联稳定，粘结强度高，对电工钢板的粘结牢固稳定，按照国家标准GB/T2791-1995《胶粘剂T剥离强度试验方法挠性材料对挠性材料》测试，实施例1-5的自粘结涂料所制备的涂层剥离强度在为10N/mm以上，优于目前同类型自粘结涂层最大仅6.4N/mm的T剥离强度。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电工钢用环保型自粘结涂料，其特征在于：该涂料中的各组分及其质量百分比为：水溶性丙烯酸树脂15％～50％、水性环氧树脂30％～70％、双氰胺1％～10％、乙二醇苯醚0.5％～6％、无机填料1.5％～13％、二甲基乙醇胺0.5％～2.5％、润湿分散剂0.1％～0.8％、炔二醇表面活性剂0.1％～0.3％、余量为纯水。
2.根据权利要求1所述的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其特征在于：所述的无机填料包括硅酸铝钠和气相二氧化硅。
3.根据权利要求2所述的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其特征在于：所述无机填料中各组分占物料总量质量百分比为：硅酸铝钠1％～8％、气相二氧化硅0.5％～5％。
4.根据权利要求1或3所述的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其特征在于：所述的水溶性丙烯酸树脂的玻璃化温度Tg为60～110℃。
5.根据权利要求1所述的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其特征在于：所述的水性环氧树脂的环氧值为0.05～0.38mol/100g。
6.根据权利要求1所述的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其特征在于：所述的润湿分散剂为毕克化学有限公司的byk180、byk184、byk191、byk192中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种电工钢用环保型自粘结涂料，其特征在于：所述的炔二醇表面活性剂为天津赛菲化学科技发展有限公司的DF-80L、DF-80D、DF-80B、DF-110B、DF-80PG中的一种或多种。
8.一种电工钢用环保型自粘结涂料的制备方法，其步骤为：
步骤1)、搅拌下，在纯水中依次加入二甲基乙醇胺、水溶性丙烯酸树脂、乙二醇苯醚、润湿分散剂、炔二醇表面活性剂、硅酸铝钠、气相二氧化硅、双氰胺，搅拌5～30min；
步骤2)、将搅拌好的浆料放入砂磨机进行砂磨，磨至浆料的粒径D50在0.5～1.5微米；
步骤3)、搅拌下，向磨好的浆料中加入水性环氧树脂，搅拌10～60min后，过5000目的筛网出料，即成环保型自粘结涂料。
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