CN106497274B - 硅钢绝缘涂料、其制备方法及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了硅钢绝缘涂料、其制备方法及其使用方法，硅钢绝缘涂料含有：有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液、磷酸二氢盐、改性纳米二氧化硅、硼化合物、助溶剂、快干剂、助剂和溶剂。与现有技术相比，本发明具有稳定性好，常温储存6个月不变质，成膜工艺简单和生产操作方便等优点；有机硅烷双[γ‑(三乙氧基硅)丙基]‑四硫化物改性纳米二氧化硅，增加了硅钢绝缘涂层间各物质的交联作用，提高绝缘涂层的致密性，增大层间电阻；(3)使用该新型环保硅钢绝缘涂料涂覆到无取向硅钢板上制备的绝缘涂层，具有优良的冲片性、耐湿热性、耐溶剂性、焊接性、附着性、耐腐蚀性和高的层间电阻等优异性能，满足工业生产对硅钢绝缘涂层的要求。

Description

硅钢绝缘涂料、其制备方法及其使用方法

技术领域

本发明属于涂料领域，具体涉及一种新型环保无取向硅钢绝缘涂料、其制备方法及其使用方法。

背景技术

目前国内各大硅钢生产企业仍广泛使用含有Cr⁶⁺的半有机硅钢绝缘涂料，该硅钢绝缘涂料通过铬酐与氧化镁（或氧化锌）反应，添加一定量的水溶性丙烯酸乳液、甘油、硼酸和助剂等配制而成。虽然具有成本低、涂装工艺简单、焊接性能好以及优良的耐热性、耐腐蚀性能、附着性能、绝缘性能等优点，但是使用含有Cr⁶⁺的绝缘涂料不仅对环境有害，废液处理困难，而且对人体具有致癌作用。虽然硅钢绝缘涂料中的Cr⁶⁺在烘干固化过程中被乙二醇或甘油等还原成Cr³⁺，可以有效降低对环境和人体的危害，但是在电子电器设备报废之后，存在Cr³⁺氧化成Cr⁶⁺的风险，同样危害环境。

2006年RoHS指令的颁布之后，出口到欧盟的电子电器产品严禁使用含有六价铬的电子电器产品，因此环保型半有机绝缘涂料的研究将是硅钢绝缘涂层领域发展重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅钢绝缘涂料及其制备方法，替代目前使用的含有Cr⁶⁺的绝缘涂料，解决Cr⁶⁺造成的环保污染及对人体有害等问题，而且具有优良的冲片性、耐湿热性、耐溶剂性、焊接性、附着性、耐腐蚀性和高的层间电阻等涂层性能，满足高牌号无取向硅钢工业生产要求。

本发明还提供了硅钢绝缘涂料的使用方法，成膜工艺简单，现场生产操作方便。

本发明提供的硅钢绝缘涂料，含有以下组分：

有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液、磷酸二氢盐、改性纳米二氧化硅、硼化合物、助溶剂、快干剂、助剂和溶剂。

所述有机钠盐改性水性丙烯酸乳液制备方法为：

将水与水溶性丙烯酸乳液混合后，搅拌条件下加入有机钠盐，继续搅拌30～60min，即得有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液；其中，水、水溶性丙烯酸乳液和有机钠盐的质量比（350～450）:（450～550）:（30～50）；

所述有机钠盐为烯丙氧基羟丙基磺酸钠、十二烷基本磺酸钠、草酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠和葡萄糖酸钠中的一种或多种。所述水溶性丙烯酸乳液粒径要求≤100nm。

所述磷酸二氢盐为Al(H₂PO₄)₃、Zn(H₂PO₄)₂、Mg(H₂PO₄)₂、Ca(H₂PO₄)₂、NaH₂PO₄或KH₂PO₄中的一种或多种；

所述改性纳米二氧化硅采用有机硅烷双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物改性纳米二氧化硅，所述双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物为有机硅烷中的一种，所述纳米二氧化硅粒径要求10～20nm。

所述改性纳米二氧化硅的制备方法为：取双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物，在搅拌条件下溶解在水和乙醇体积比1：1的混合溶液中，添加乙酸促进水解，在1200r/min高速分散条件下添加粒径在10～20nm气相法制备的纳米SiO₂，经过45～65min反应后即生成有机硅改性纳米二氧化硅乳液；

其中，双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物、水和乙醇的混合溶液、乙酸、纳米SiO₂的质量比为（30～50）:（550～650）:（3～6）:（260～320）。

所述的硼化合物为硼酸或硼酸钠。

所述助溶剂为乙二醇、丙三醇、异丙醇、丁醇，1,4～二丁醇或1,3～二丁醇中的一种或多种；

所述的快干剂为乙二醇丁醚；

所述助剂选自分散剂、润湿剂、有机硅消泡剂、流平剂、增稠剂或杀菌剂；其中分散剂和润湿剂为必须添加的，有机硅消泡剂、流平剂、增稠剂和杀菌剂任意组合。

所述溶剂为去离子水。

进一步的，所述硅钢绝缘涂料，含有以下重量百分比的组分：

有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液：5%～35%；优选10%～20%；

磷酸二氢盐：5%～15%；优选8%～12%；

改性纳米二氧化硅：5%～15%；优选6%～8%；

硼化的合物：1%～8%；优选3%～5%；

助溶剂：1%～10%；优选3%～8%;

快干剂：1%～5%；优选2%～3%；

助剂：1%～10%；优选2%～5%；

余量为去离子水。

优选的，所述硅钢绝缘涂料，含有以下重量百分比的组分：

有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液：10%～20%；

磷酸二氢盐：8%～12%；

改性纳米二氧化硅：6%～8%；

硼化的合物：3%～5%；

助溶剂：3%～8%；

快干剂：2%～3%；

助剂：2%～5%；

余量为去离子水。

本发明提供的硅钢绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

取5～10%的去离子水于反应釜中，在450～600r/min高速分散条件下添加0.3～0.6%的助剂，搅拌均匀之后提高分散速度至1000～1200r/min，依次添加配方量磷酸二氢盐、改性纳米二氧化硅、硼的化合物、助溶剂和快干剂，搅拌均匀后降低分散速度至450～600r/min，添加配方量的有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液，继续搅拌5～10min，添加配方量剩余的助剂，最后加入配方量剩余的去离子水，搅拌均匀即得硅钢绝缘涂料。

其中,所加0.3～0.6%的助剂是指分散剂和润湿剂；最后加入的助剂为有机硅消泡剂、分散剂、润湿剂、流平剂、增稠剂和杀菌剂任意比例混合。

本发明提供的硅钢绝缘涂料的使用方法为：

硅钢绝缘涂料采用辊涂涂覆工艺，然后，进行干燥，最后烧结，使涂层固化成膜。

进一步的，所述辊涂涂覆工艺参数控制为：涂辊为聚氨酯型刻槽辊，涂覆过程中根据涂层厚度要求，压力控制在35～100N，涂覆过程中带钢速度控制在60～120m/min；

所述干燥具体为：采用热电阻加热，温度控制在380～550℃，时间控制在10～30s，促进绝缘涂料水分的蒸发和绝缘涂料各物质与基板的反应；

所述烧结具体为：采用明火加热，促进绝缘涂层的固化和绝缘涂料各物质间的交联反应，温度控制在320～500℃，时间控制在5～20s。

本发明中，各原料作用如下：有机钠盐改性水性丙烯酸乳液中有机钠盐的加入可以提高水溶性丙烯酸乳液与无机盐的有效结合，增加绝缘涂料的稳定性和成膜性能；改性纳米二氧化硅的添加可以有效提高水溶性丙烯酸乳液的成膜性能，在硅钢绝缘涂层中起交联和骨架作用，增加绝缘涂层的致密性，提高绝缘涂层层间电阻；硼化合物以三配位B-O平面三角形或四配位B-O四面体结构与Al³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Ca2+、Na⁺和K⁺离子通过O连接脱水缩合，形成链、层或三维网状结构的稳定聚合体，增加膜层的致密性，达到提高层间电阻目的；助溶剂作用是提高乳液和无机盐的结合能力，增加绝缘涂料的稳定性；快干剂在绝缘涂层烘干固化过程中可以有效降低干燥和烧结段温度，降低能源的消耗，达到节能环保目的；助剂用来改善绝缘涂料在硅钢薄板表面的综合性能

本发明采用有机钠盐改性水性丙烯酸乳液，经过反应之后形成的阳离子型水溶性丙烯酸乳液稳定性增加，有机酸的生成可以增加绝缘涂料的缓蚀性能，减少绝缘涂料对硅钢基板表面的过渡腐蚀，提高绝缘涂料的成膜性。采用有机硅烷双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物改性纳米二氧化硅，提高成膜过程中各物质的交联性能，从而达到提高绝缘涂层的致密性，增加层间电阻的目的。添加磷酸二氢盐、硼的化合物、助溶剂、快干剂和其他助剂等配制的硅钢绝缘涂料不仅成膜工艺简单，现场生产操作方便，而且具有优良的冲片性、耐湿热性、耐溶剂性、焊接性、附着性、耐腐蚀性和高的层间电阻等涂层性能，满足工业生产要求。

与现有技术相比，本发明具有以下突出效果：（1）有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液与磷酸二氢盐、改性纳米二氧化硅、硼化合物、助溶剂、快干剂和助剂复配制备的硅钢绝缘涂料，具有稳定性好，常温储存6个月不变质，成膜工艺简单和生产操作方便等优点；（2）有机硅烷双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物改性纳米二氧化硅，增加了硅钢绝缘涂层间各物质的交联作用，提高绝缘涂层的致密性，增大层间电阻；（3）采用乙二醇、丙三醇和丁醇等为助溶剂，提高了绝缘涂料的稳定性及成膜性能。使用该新型环保硅钢绝缘涂料涂覆到无取向硅钢板上制备的绝缘涂层，具有优良的冲片性、耐湿热性、耐溶剂性、焊接性、附着性、耐腐蚀性和高的层间电阻等优异性能，满足工业生产对硅钢绝缘涂层的要求。总之，本发明提供的环保型无取向硅钢绝缘涂料绝缘涂层成膜工艺简单，并具有优良的冲片性、耐湿热性、耐溶剂性、焊接性、附着性、耐腐蚀性和高的层间电阻等涂层性能，满足高牌号无取向硅钢工业生产要求。

具体实施方式

实施例1

硅钢绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液：取450g水放入反应釜中，，搅拌条件下添加水溶性丙烯酸乳液500g，继续搅拌均匀后添加有机钠盐50g，继续搅拌30min,即得有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液；

2）改性纳米二氧化硅：取50g双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物，在搅拌条件下溶解在650g水和乙醇的混合溶液中（水：乙醇体积比为1:1），添加5g质量浓度36%的乙酸促进水解，在1200r/min高速分散条件下添加300g粒径在10～20nm气相法制备的纳米SiO₂，反应60min后即生成有机硅改性纳米二氧化硅乳液；

3）新型环保硅钢绝缘涂料的制备：按各组分配比要求，取300g去离子水添加到反应釜中，600r/min高速分散条件下添加分散剂和润湿剂各3g，搅拌均匀之后提高分散速度至1200r/min，依次添加100g磷酸二氢盐、70g改性纳米SiO₂、50g硼的化合物、60g助溶剂和30g快干剂，搅拌均匀后降低分散速度至600r/min，添加180g有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液，继续搅拌5～10min，添加有机硅消泡剂、分散剂、润湿剂、流平剂、增稠剂和杀菌剂各5g，最后补充去离子水至1000g，搅拌均匀即得新型环保硅钢绝缘涂料。

硅钢绝缘涂料使用方法为：

以无取向硅钢50W800为基板，采用辊涂涂覆工艺，涂辊为聚氨酯型刻槽辊，压力控制在55N，涂覆过程中带钢速度控制在80m/min；干燥段采用热电阻加热，温度控制在480℃，时间控制在25s；烧结段采用明火加热，温度控制在420℃，时间控制在15s。经过涂覆、干燥和烧结工艺之后，即得新型环保硅钢绝缘涂层。

实施例2～10的绝缘涂料制备方法及绝缘涂层制备方法与实施例1相同，各物质的使用量如表1，绝缘涂层性能测试结果如表2。

对比例1

1）有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液：取450g水放入反应釜中，搅拌条件下添加水溶性丙烯酸乳液500g，继续搅拌均匀后添加有机钠盐50g，即得有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液；

2）改性纳米二氧化硅：取50g双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物，在搅拌条件下溶解在650g水和乙醇的混合溶液中（水：乙醇的比例为1:1），添加5g的36%的乙酸促进水解，在1200r/min高速分散条件下添加300g粒径在10～20nm气相法制备的纳米SiO₂，经过60min反应后即生成有机硅改性纳米二氧化硅乳液；

3）新型环保硅钢绝缘涂料的制备：按各组分配比要求，取350g去离子水添加到反应釜中，600r/min高速分散条件下添加分散剂和润湿剂各2g，搅拌均匀之后提高分散速度至1200r/min，依次添加40g磷酸二氢盐、100g改性纳米SiO₂、20g硼的化合物、60g助溶剂和10g快干剂，搅拌均匀后降低分散速度至600r/min，添加150g有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液，继续搅拌5～10min，依次添加有机硅消泡剂、分散剂、润湿剂、流平剂、增稠剂和杀菌剂各5g，最后补充去离子水196g，搅拌均匀即得新型环保硅钢绝缘涂料。

4）以无取向硅钢50W800为基板，采用辊涂涂覆工艺，涂辊为聚氨酯型刻槽辊，压力控制在55N，涂覆过程中带钢速度控制在80m/min；干燥段温度控制在480℃，时间控制在25s；烧结段温度控制在420℃，时间控制在15s。经过涂覆、干燥和烧结工艺之后，即得新型环保硅钢绝缘涂层。

对比例2～4的绝缘涂料制备方法及绝缘涂层制备方法与对比例1相同，各物质的使用量如表1，绝缘涂层性能测试结果如表2。

表1实施例和对比例中各组分的添加比例

注：绝缘涂料各物质对应编号及采购厂家

1）表1中A为有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液；B为磷酸二氢盐；C为改性纳米SiO₂；D为硼的化合物；E为助溶剂；F为快干剂；G为助剂；H为去离子水；

2）采购厂家：有机钠盐采购于南京化学试剂股份有限公司；水溶性丙烯酸乳液采购于常州广树化工有限公司；磷酸二氢盐采购于重庆市品誉化工有限公司；双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物采购于南京联硅化工有限公司；纳米二氧化硅采购于上海晶纯生化科技股份有限公司代理阿拉丁试剂；硼的化合物采购于上海宜鑫化工有限公司；助溶剂采购于广州市西陆化工有限公司；快干剂乙二醇丁醚采购于苏州市永迈物质有限公司；助剂采购于日本诺普科助剂有限公司和德国BYK公司。

表2绝缘涂层性能测试结果

注：绝缘涂层评价方法

1）耐油性：电气绝缘油100～120℃浸泡8h，颜色无变化，重量变化≤8mg/m2；

2）铅笔硬度：按照GB/T6739-2006在QHQ型铅笔划痕硬度仪上测试；

3）层间电阻：按照GB/T2522-2007规定的方法测定；

4）湿热试验：温度为50℃，时间为15天，相对湿度80%，腐蚀面积≤40%；

5）盐雾试验：温度为35℃，腐蚀介质为5%的NaCl溶液，时间为8h腐蚀面积≤20%；

6）附着性：按照GB/T9286-1998规定要求测试评定。

Claims (9)

1.硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述硅钢绝缘涂料含有以下组分：

有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液、磷酸二氢盐、改性纳米二氧化硅、硼化合物、助溶剂、快干剂、助剂和溶剂；

所述有机钠盐改性水性丙烯酸乳液制备方法为：

将水与水溶性丙烯酸乳液混合后，搅拌条件下加入有机钠盐，继续搅拌30~60min，即得有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液；

所述改性纳米二氧化硅的制备方法为：取双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物，在搅拌条件下溶解在水和乙醇体积比1：1的混合溶液中，添加乙酸促进水解，在1200r/min高速分散条件下添加粒径在10~20nm气相法制备的纳米SiO₂，经过45~65min反应后即生成有机硅改性纳米二氧化硅乳液。

2.根据权利要求1所述的硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述有机钠盐改性水性丙烯酸乳液制备方法中，水、水溶性丙烯酸乳液和有机钠盐的质量比（350~450）:（450~550）:（30~50）；所述有机钠盐为烯丙氧基羟丙基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、草酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠和葡萄糖酸钠中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述磷酸二氢盐为Al(H₂PO₄)₃、Zn(H₂PO₄)₂、Mg(H₂PO₄)₂、Ca(H₂PO₄)₂、NaH₂PO₄或KH₂PO₄中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的硅钢绝缘涂料，其特征在于，双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物、水和乙醇的混合溶液、乙酸、纳米SiO₂的质量比为（30~50）:（550~650）:（3~6）:（260~320）。

5.根据权利要求1所述的硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述的硼化合物为硼酸或硼酸钠；所述助溶剂为乙二醇、丙三醇、异丙醇、丁醇，1,4~二丁醇或1,3~二丁醇中的一种或多种，所述的快干剂为乙二醇丁醚，所述助剂选自分散剂、润湿剂、有机硅消泡剂、流平剂、增稠剂或杀菌剂；其中分散剂和润湿剂为必须添加的，有机硅消泡剂、流平剂、增稠剂和杀菌剂任意组合；所述溶剂为去离子水。

6.根据权利要求1-5任一项所述的硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述硅钢绝缘涂料，含有以下重量百分比的组分：

有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液： 5%～35%；

磷酸二氢盐：5%～15%；

改性纳米二氧化硅：5%～15%；

硼化合物：1%～8%；

助溶剂：1%～10%；

快干剂：1%~5%；

助剂：1%～10%；

余量为去离子水。

7.根据权利要求1-5任一项所述的硅钢绝缘涂料，其特征在于，所述硅钢绝缘涂料，含有以下重量百分比的组分：

有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液：10%～20%；

磷酸二氢盐：8%～12%；

改性纳米二氧化硅：6%～8%；

硼化合物：3%～5%；

助溶剂：3%～8%；

快干剂：2%～3%；

助剂：2%～5%；

余量为去离子水。

8.权利要求1-7任一项所述的硅钢绝缘涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

取5~10%的去离子水于反应釜中，在450~600r/min高速分散条件下添加0.3~0.6%的助剂，搅拌均匀之后提高分散速度至1000~1200r/min，依次添加配方量磷酸二氢盐、改性纳米二氧化硅、硼化合物、助溶剂和快干剂，搅拌均匀后降低分散速度至450~600r/min，添加配方量的有机钠盐改性水溶性丙烯酸乳液，继续搅拌5~10min，添加配方量剩余的助剂，最后加入配方量剩余的去离子水，搅拌均匀即得硅钢绝缘涂料。

9.权利要求1-7任一项所述的硅钢绝缘涂料的使用方法，其特征在于，所述使用方法具体为：

硅钢绝缘涂料采用辊涂涂覆工艺，然后，进行干燥，最后烧结，使涂层固化成膜。