CN105567022A - 一种无毒环保取向电工钢绝缘涂层 - Google Patents

一种无毒环保取向电工钢绝缘涂层 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种无毒环保取向电工钢绝缘涂层，该涂层由以质量百分比计的下列组份制得：金属磷酸二氢镁，15～40％；磷酸锌，25～45％；四硼酸钠，0.1～1％；胶体二氧化硅，3～10％；纳米TiO2，5～12％；有机树脂，15～35％；非离子表面活性剂，0.2～3％；其余为去离子水。本发明提供的绝缘涂层表面致密光亮，不含有害铬元素，同时具有良好的绝缘性、附着性、冲片性和焊接性，而且保证了涂层均匀、耐热耐蚀性好，叠片系数高于98.6％。

Description

一种无毒环保取向电工钢绝缘涂层
技术领域
本发明涉及一种取向电工钢涂料，具体涉及一种无毒环保取向电工钢绝缘涂层的配方。
背景技术
取向电工钢作为一种重要的磁性材料，因其具有高磁感、低铁损的性能，常广泛用于电力变压器的铁心材料。当今世界工业面临的重大任务就是降低电能耗，而钢板的表面涂层，涂层的种类、工艺和质量将对电工钢的绝缘、附着、冲片性及耐蚀耐锈性都有很大影响，进而影响电工钢本身的比总损耗及其他磁性能，这就迫切需要研发性能优异的绝缘涂料，不仅具有良好的附着性和电绝缘性，也要有较好的冲剪加工性和焊接性能，同时提高材料的叠装系数。
取向硅钢表面绝缘涂层主要包括有机涂层、半有机涂层和无机涂层三种。半无机涂层因其良好的冲片性和附着性，是当前国际电工钢厂商较为常用的涂层。但是电工钢表面绝缘涂层大多含有铬酸盐成分，对人体有很强的毒害作用，六价的铬甚至还有致癌风险，是欧盟环保标准严格限制的有害物质。国内外很多研究学者主张使用磷酸盐代替铬酸盐，但磷酸盐体系在潮湿环境下容易吸水，造成钢板表面发粘等问题，影响了硅钢片的冲片加工性。
CN101981228A号中国专利公开了一种具有不含铬的张力覆盖膜的方向性电磁钢板，发明披露了一种以磷酸盐和二氧化硅为主要构成成分的涂料，其中同时添加了含锰化合物及钾化合物，但这两种物质的存在并不利于钢板的加工性能。
发明内容
为了克服上述存在的问题，本发明提供一种无毒环保的取向电工钢绝缘涂层，所得涂层不含有害的六价铬元素，绝缘涂层表面致密光亮，同时具有良好的绝缘性、附着性、冲片性和焊接性，而且保证了涂层均匀、耐热耐蚀性好，叠片系数高。
为了达到上述目的，本发明提供了采用下述技术方案：
一种取向电工钢绝缘涂层，以质量百分比计，所述绝缘涂层组份由下列组份制得：
金属磷酸二氢镁，15～40％；
磷酸锌，25～45％；
四硼酸钠，0.1～1.0％；
胶体二氧化硅，5～10％；
纳米二氧化钛，5～12％；
有机树脂，15～35％；
非离子表面活性剂，0.2～3.0％；
余量为去离子水。
取向电工钢绝缘涂层的第一优选方案，金属磷酸二氢镁，20～30％；磷酸锌，30～40％；四硼酸钠，0.3～0.7％；胶体二氧化硅，6～8％；纳米二氧化钛，7～10％；有机树脂，20～27％；非离子表面活性剂，1.0～2.0％。
取向电工钢绝缘涂层的第二优选方案，细颗粒胶体二氧化硅的粒径小于10nm。
取向电工钢绝缘涂层的第三优选方案，纳米二氧化钛的粒径为10～30nm。
取向电工钢绝缘涂层的第四优选方案，有机树脂为苯乙烯-丙烯酸树脂酯或酚醛树脂中的一种或两种。
取向电工钢绝缘涂层的第五优选方案，非离子表面活性剂为嵌段聚醚非离子型表面活性剂：丙二醇聚环氧乙烷聚环氧丙烷醚，分子量为800～1600，其中环氧乙烷含量在10～90％。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1)本发明提供的取向电工钢绝缘涂层使用磷酸二氢镁代替铬酸盐，无毒环保；
2)本发明提供的取向电工钢绝缘涂层加入适量的磷酸锌，改善了表面绝缘涂层与玻璃膜底层之间的附着性。但其含量不宜过高，否则会影响涂层的电绝缘性；
3)本发明提供的取向电工钢绝缘涂层加入适量的四硼酸钠，提高了绝缘涂层的致密性和表面光亮度，增强焊接性；
4)本发明提供的取向电工钢绝缘涂层加入适量的细颗粒SiO2和纳米TiO2，提高了与有机树脂的相溶性，提高涂层的冲片性和叠装系数。
具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步详细说明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
涂层配比组成见表1，对比测试性能结果见表2。
表1涂料成分配比组成
单位，质量百分比％
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
磷酸二氢镁 40 30 25 20 15 25 25
磷酸锌 45 40 35 30 25 35 35
四硼酸钠 1.0 0.7 0.5 0.3 0.1 0 0.5
粒胶体SiO2 12 8 7 6 5 7 7
纳米TiO2 12 10 8 7 5 8 0
有机树脂 35 27 23 20 15 23 23
表面活性剂 3.0 2.0 1.5 1.0 0.2 1.5 1.5
注：质量百分比剩余量为去离子水。
金属磷酸二氢镁Mg(H2PO4)2，可通过摩尔比为0.4～0.6的MgO或Mg(OH)2与H3PO4混合获得。
有机树脂为苯乙烯-丙烯酸树脂共聚或酚醛树脂中的一种或两种。
按照以下方法制备上述各实施例及对比例的产品：
1)以适当的摩尔比将镁的氧化物或氢氧化物与磷酸混合，搅拌使其充分反应完全，配置Mg(H2PO4)2溶液，待用；
2)将有机树脂与去离子水加入到反应器中，搅拌后加入纳米TiO2粉末，混合搅拌均匀；
3)向步骤2)中的溶液中依次加入适量的Mg(H2PO4)2、磷酸锌、四硼酸钠、胶体二氧化硅，混合成胶体；
4)最后加入少量的非离子表面活性剂，混合均匀，静置1～2h。
对上述各实施例和对比例所得绝缘涂层进行性能测试，测试结果见表2。
表2涂层性能结果测试对比
注：“√”表示性能很好；
“◇”表示性能一般；
“×”表示性能较差。
从表2可以看出，在实施例1～5条件下，取向硅钢涂层具有良好的表面质量，其涂层附着性、焊接性、耐蚀耐热性均较好，同时冲片性能、表面绝缘电阻和叠装系数也都能满足国标要求。可见，根据本发明提供的合适的成分配比，能够得到性能优良的绝缘涂层。通过对比例1和2可明显看出，四硼酸钠的含量能够显著的影响涂层的表面质量和焊接性能，过高的磷酸锌含量，反而对涂层电绝缘性产生不利的影响。由于细颗粒胶体二氧化硅和纳米二氧化钛的含量过少，能显著影响涂层附着性和硅钢的冲片性能，也会降低材料的叠装系数。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种取向电工钢绝缘涂层，其特征在于，所述绝缘涂层包括以质量百分比计的下列组份：
金属磷酸二氢镁，15～40％；
磷酸锌，25～45％；
四硼酸钠，0.1～1.0％；
胶体二氧化硅，5～10％；
纳米二氧化钛，5～12％；
有机树脂，15～35％；
非离子表面活性剂，0.2～3.0％；
余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述的取向电工钢绝缘涂层，其特征在于，所述金属磷酸二氢镁，20～30％；磷酸锌，30～40％；四硼酸钠，0.3～0.7％；胶体二氧化硅，6～8％；纳米二氧化钛，7～10％；有机树脂，20～27％；非离子表面活性剂，1.0～2.0％。
3.根据权利要求1所述的取向电工钢绝缘涂层，其特征在于，所述胶体二氧化硅的粒径小于10nm。
4.根据权利要求1所述的取向电工钢绝缘涂层，其特征在于，所述纳米二氧化钛的粒径为10～30nm。
5.根据权利要求1所述的取向电工钢绝缘涂层，其特征在于，所述有机树脂为苯乙烯-丙烯酸树脂酯或酚醛树脂中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的取向电工钢绝缘涂层，其特征在于，所述非离子表面活性剂为嵌段聚醚非离子型表面活性剂：丙二醇聚环氧乙烷聚环氧丙烷醚，分子量为800～1600，其中环氧乙烷含量在10～90％。
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