CN109266140A - 一种电工钢用耐高温环保绝缘涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电工钢用耐高温环保绝缘涂料及其制备方法，各组分及其质量百分比为：5％～15％的磷酸二氢铝、1％～10％的云母粉、1％～10％的高岭土、3％～8％的钛酸酯偶联剂、1％～5％的烷氧基硅烷、1％～5％的硅烷偶联剂、1％～3％的乙醇、8％～25％的聚合物乳液、0.4％～0.6％的润湿剂、0.8％～1.2％的成膜助剂、0.8％～1.2％的咪唑啉缓蚀剂，余量为去离子水。本电工钢用耐高温环保绝缘涂料及其制备方法，不含具有环境危害性的铬酸盐及氟化合物，不仅具备良好的绝缘性，耐蚀性及加工性能，同时涂层结合力优于现有技术提供的无铬环保型绝缘涂层，并具备更佳的耐高温性能，涂料性能更加稳定。

Description

一种电工钢用耐高温环保绝缘涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及绝缘涂料，具体涉及一种电工钢用耐高温环保绝缘涂料及其制备方法。

背景技术

硅钢为含硅量在1％～4.5％之间的硅铁合金，是一种重要的软磁性金属电工材料，主要用于电子、电力行业制造变压器等；硅钢的铁损和磁感应强度等电磁性能是其重要的性能指标，为有效地将涡流限制到各叠片内，通常需要在硅钢片表面涂覆具有绝缘性能的表面涂层，使钢片之间相互绝缘。这一涂层一般在硅钢生产过程中即进行涂覆，即硅钢绝缘涂层。合格的绝缘涂层不仅应具备良好的绝缘性，同时还应具有良好的基材附着性、耐蚀性、可涂覆性、以及冲剪适应性、焊接适应性等加工性能，其性能要求大大高于普通绝缘漆。

无铬绝缘涂料配方大多以磷酸盐类无机-有机复合体系为主，包含磷酸二氢铝等酸性磷酸盐作为主要的无机成膜材料、聚丙烯酸树脂和环氧树脂等为有机基体，并为改善涂层的冲剪与附着性能，可选加入硅酸盐等无机颗粒作为无机填料以调节涂层的耐磨性和表面粗糙度，维持表面电阻率并减少焊接气泡的产生；但此类磷酸盐类无机-有机复合体系为提高涂料的致密性、附着性、冲剪加工性能及润滑性能，包含大量的有机树脂，导致涂层普遍具有硬度偏低易划伤，焊接气孔难以消除等缺陷；特别是在无取向硅钢实际使用中，用户往往会将组装后的铁芯进行二次退火以消除安装应力，此类有机绝缘涂层较高的树脂含量导致其对高温处理的耐受性不佳，大大影响最终成品的性能。

另外，现有技术中已有采用以质量比0.05～1.0的烷氧基硅烷和硅烷偶联剂为主体的绝缘膜形成方法，并加入鳞片状微米级或亚微米级二氧化硅粉末以改善涂层的均匀性，退火后绝缘性能和焊接性能。但由于此类无机填料尺寸较大，且与涂料中的其它组分，特别是有机组分间的相容性较弱，加入过多时涂料无法成膜，从而限制了其在涂料中的用量。此外，以硅烷为主剂成膜的技术虽可获得附着力良好的膜层，但用于连续线快速固化时极易因毛细作用引起表面微裂纹丧失阻隔作用，且硅烷为主剂的涂料原料价格十分昂贵，限制了其在实际工业生产中应用。

发明内容

本发明提供一种电工钢用耐高温环保绝缘涂料及其制备方法，不含具有环境危害性的铬酸盐及氟化合物，不仅具备良好的绝缘性，耐蚀性及加工性能，同时涂层结合力优于现有技术提供的无铬环保型绝缘涂层，并具备更佳的耐高温性能，涂料性能更加稳定。

为了实现上述目的，本电工钢用耐高温环保绝缘涂料，原料各组分质量百分比为：9％～12％的磷酸二氢铝、1.0％～7％的云母粉、2％～10％的高岭土、4％～6％的钛酸酯偶联剂、2％～3.5％的烷氧基硅烷、1.2％～5％的硅烷偶联剂、2.4％～4％的乙醇、13％～24.5％的聚合物乳液、0.4％～0.6％的润湿剂、0.8％～1.2％的成膜助剂、0.8％～1.2％的咪唑啉缓蚀剂，余量为去离子水。

进一步地，原料各组分质量百分比，所述润湿剂为0.5％、成膜助剂为1％、咪唑啉缓蚀剂为1％。

进一步地，所述烷氧基硅烷为二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷及正硅酸乙酯中的一种或多种混合物。

进一步地，所述的硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

进一步地，所述的聚合物乳液为固含量20％～50％之间的阳离子型聚丙烯酸酯乳液。

进一步地，所述的润湿剂为EO-PO嵌段共聚物类表面活性剂。

进一步地，所述成膜助剂为丙二醇苯醚。

进一步地，所述钛酸酯偶联剂为Dorf Ketal公司生产的，商品名Tyzor TE的产品。

一种电工钢用耐高温环保绝缘涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：按投料比将云母粉、高岭土混合研磨并过500目筛后进行搅拌，获得混合物；

步骤2)：向反应釜中按计量比依次投入去离子水、步骤1)中的混合物和钛酸酯偶联剂，在50～60℃下搅拌30～60min，获得钛酸酯改性无机填料水分散液；

步骤3)：再向步骤2)的分散液中按计量比加入磷酸二氢铝，并搅拌10～30min，获得混合浆料Ⅰ；

步骤4)：按计量比将烷氧基硅烷和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中，形成混合溶液；

步骤5)：将步骤3)中的混合浆料Ⅰ降温至室温，高速搅拌下，并缓慢泵入步骤4)的混合溶液中，控制在20～30min内投料完毕，然后再搅拌60～90min，获得混合浆料Ⅱ；

步骤6)：最后再向步骤4)的混合浆料Ⅱ中按计量比投入聚合物乳液、缓蚀剂、成膜助剂及润湿剂，搅拌30～60min后，过500目筛网出料，获得最终涂料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明以钛酸酯偶联剂的无机填料、磷酸二氢铝作为主要无机成膜组分，无机填料具备良好的尺寸稳定性及高温稳定性，可对腐蚀性离子起到明显的阻隔作用，显著提升涂层的耐蚀性能；经钛酸酯偶联剂改性后，无机填料表面羟基与钛酸酯偶联剂脱水缩合形成活性表面，在加热固化时相互交联形成网状结构，在涂层中起到稳定的骨架作用；无机成膜磷酸二氢铝可形成以磷酸盐为主的厚涂层，填充在无机填料骨架的空隙中，提高膜层的致密度及阻隔能力，采用上述以改性无机填料为主，磷酸盐为辅的成膜方式，能够承受900℃以上的高温退火工艺，耐蚀性、高温稳定性及绝缘性能优良，且成本较低。

2)本发明以阳离子型聚丙烯酸酯乳液，作为有机成膜组分，在涂料加热固化时，树脂颗粒熔融后与无机组分共同成膜，使得形成的有机-无机复合膜层具备优良的韧性、附着力、润滑性及耐冲剪加工性能。同时，阳离子型乳液中粒子带正电荷，可提升涂层对金属基材的附着力，且与无机成膜组分具备更好的相容性。

3)本发明添加烷氧基硅烷与硅烷偶联剂，通过水解缩合将涂料中各无机组分及基体表面的羟基相互连接，同时环氧基硅烷偶联剂与有机树脂产生次价作用，从而提高膜层各组分的相容性及膜层与基体间的结合力，并填充无机骨架及磷酸盐膜层上的孔隙，从而获得光滑致密，耐蚀性良好的涂层。

4)本发明添加有咪唑啉缓蚀剂，实现在酸性条件下可稳定存在，降低酸性涂料在涂层设备内对金属的腐蚀作用，避免由于涂料在循环使用时混入大量铁离子所造成的变色及性能劣化。

具体实施方式

实施例1

制备本专利所述电工钢用耐高温环保绝缘涂料，所需原料种类及用量如下所示：

磷酸二氢铝：90kg、云母粉：10kg、高岭土：100kg、钛酸酯偶联剂：60kg、二甲基二乙氧基硅烷：20kg、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷：12kg、乙醇：24kg、阳离子聚丙烯酸酯乳液(50％固含量)：160kg、润湿剂：4kg、丙二醇苯醚：12kg、咪唑啉缓蚀剂：8kg、去离子水500kg；

其具体制备方法包含如下步骤：

步骤1)：将10kg的云母粉、100kg的高岭土研磨，并过500目筛后进行搅拌，获得混合物；

步骤2)：向反应釜中依次投入500kg的去离子水、步骤1)中的混合物和60kg的钛酸酯偶联剂，并在温度50～60℃下进行搅拌30～60min，获得钛酸酯改性无机填料水分散液；

步骤3)：再向步骤2)的分散液中加入90kg的磷酸二氢铝，并搅拌10～30min，获得混合浆料Ⅰ；

步骤4)：将步骤3)中的混合浆料Ⅰ降温至室温，并进行高速搅拌，在20min时间缓慢泵入20kg的二甲基二乙氧基硅烷、12kg的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和24kg的乙醇的混合液，投料完毕后，再搅拌60～90min，获得混合浆料Ⅱ；

步骤5)：最后再向步骤4)的混合浆料Ⅱ中依次投入160kg的阳离子聚丙烯酸酯乳液、8kg的咪唑啉缓蚀剂、12kg的丙二醇苯醚和4kg的润湿剂，搅拌30～60min后，过500目筛网出料，即本发明所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料。

实施例2

制备本专利所述电工钢用耐高温环保绝缘涂料，所需原料种类及用量如下所示：

磷酸二氢铝：105kg、云母粉：65kg、高岭土：45kg、钛酸酯偶联剂：50kg、甲基三乙氧基硅烷：15kg、正硅酸乙酯：10kg、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷：15kg、乙醇：30kg、阳离子聚丙烯酸酯乳液(20％固含量)：245kg、润湿剂：5kg、丙二醇苯醚：10kg、咪唑啉缓蚀剂：10kg、去离子水：395kg；

其具体制备方法包含如下步骤：

步骤1)：将105kg的云母粉、65kg的高岭土研磨，并过500目筛后进行搅拌，获得混合物；

步骤2)：向反应釜中依次投入395kg的去离子水、步骤1)中的混合物和50kg的钛酸酯偶联剂，并在温度50～60℃下进行搅拌60min，获得钛酸酯改性无机填料水分散液；

步骤3)：再向步骤2)的分散液中加入105kg的磷酸二氢铝，并搅拌15min，获得混合浆料Ⅰ；

步骤4)：将步骤3)中的混合浆料Ⅰ降温至室温，并进行高速搅拌，在25min时间缓慢泵入15kg的甲基三乙氧基硅烷、10kg的正硅酸乙酯、15kg的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和30kg的乙醇的混合液，投料完毕后，再搅拌90min，获得混合浆料Ⅱ；

步骤5)最后再向步骤4)的混合浆料Ⅱ中依次投入245kg的阳离子聚丙烯酸酯乳液、10kg的咪唑啉缓蚀剂、10kg的丙二醇苯醚及5kg的润湿剂，搅拌45min后，过500目筛网出料，即得本发明所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料。

实施例3

制备本专利所述电工钢用耐高温环保绝缘涂料，所需原料种类及用量如下所示：

磷酸二氢铝：90kg、云母粉：40kg、高岭土：80kg、钛酸酯偶联剂：55kg、甲基三乙氧基硅烷：12kg、正硅酸乙酯：8kg、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷：12kg、乙醇：24kg、阳离子聚丙烯酸酯乳液(40％固含量)：130kg、润湿剂：5kg、丙二醇苯醚：10kg、咪唑啉缓蚀剂：10kg、去离子水：524kg；

其具体制备方法包含如下步骤：

步骤1)：将40kg的云母粉、80kg的高岭土研磨，并过500目筛后进行搅拌，获得混合物；

步骤2)：向反应釜中依次投入524kg的去离子水、步骤1)中的混合物和55kg的钛酸酯偶联剂，并在温度50～60℃下进行搅拌60min，获得钛酸酯改性无机填料水分散液；

步骤3)：再向步骤2)的分散液中加入90kg的磷酸二氢铝，并搅拌15min，获得混合浆料Ⅰ；

步骤4)：将步骤3)中的混合浆料Ⅰ降温至室温，并进行高速搅拌，在25min时间缓慢泵入12kg的甲基三乙氧基硅烷、8kg的正硅酸乙酯、12kg的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和24kg的乙醇的混合液，投料完毕后，再搅拌90min，获得混合浆料Ⅱ；

步骤5)：最后再向步骤4)的混合浆料Ⅱ中依次投入130kg的阳离子聚丙烯酸酯乳液、10kg的咪唑啉缓蚀剂、10kg的丙二醇苯醚及5kg的润湿剂，搅拌45min后，过500目筛网出料，即得本发明所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料。

实施例4

制备本专利所述电工钢用耐高温环保绝缘涂料，所需原料种类及用量如下所示：

磷酸二氢铝：120kg、云母粉：70kg、高岭土：20kg、钛酸酯偶联剂：40kg、甲基三乙氧基硅烷：21kg、正硅酸乙酯：14kg、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷：20kg、乙醇：40kg、阳离子聚丙烯酸酯乳液(40％固含量)：135kg、润湿剂：6kg、丙二醇苯醚：8kg、咪唑啉缓蚀剂：12kg、去离子水：494kg；

其具体制备方法包含如下步骤：

步骤1)：将70kg的云母粉、20kg的高岭土研磨，并过500目筛后进行搅拌，获得混合物；

步骤2)：向反应釜中依次投入494kg的去离子水、步骤1)中的混合物和40kg的钛酸酯偶联剂，并在温度50～60℃下进行搅拌60min，获得钛酸酯改性无机填料水分散液；

步骤3)：再向步骤2)的分散液中加入120kg磷酸二氢铝，并搅拌15min，获得混合浆料Ⅰ；

步骤4)：将步骤3)中的混合浆料Ⅰ降温至室温，并进行高速搅拌，在30min时间缓慢泵入21kg的甲基三乙氧基硅烷、14kg的正硅酸乙酯、20kg的3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和40kg的乙醇的混合液，投料完毕后，再搅拌90min，获得混合浆料Ⅱ；

步骤5)：最后再向步骤4)的混合浆料Ⅱ中依次投入135kg的阳离子聚丙烯酸酯乳液、12kg的咪唑啉缓蚀剂、8kg的丙二醇苯醚及6kg的润湿剂，搅拌45min后，过500目筛网出料，即得本发明所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料。

为实现涂料更好效果，所述钛酸酯偶联剂均为Dorf Ketal公司生产的，商品名Tyzor TE的产品；所述润湿剂为EO-PO嵌段共聚物类表面活性剂，如Clariant公司生产的，商品名为Genapol ED 3060的产品。

Claims (9)

1.一种电工钢用耐高温环保绝缘涂料，其特征在于，原料各组分质量百分比为：9％～12％的磷酸二氢铝、1％～7％的云母粉、2％～10％的高岭土、4％～6％的钛酸酯偶联剂、2％～3.5％的烷氧基硅烷、1.2％～2％的硅烷偶联剂、2.4％～4％的乙醇、13％～24.5％的聚合物乳液、0.4％～0.6％的润湿剂、0.8％～1.2％的成膜助剂、0.8％～1.2％的咪唑啉缓蚀剂，余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料，其特征在于，原料各组分质量百分比，所述润湿剂为0.5％、成膜助剂为1％、咪唑啉缓蚀剂为1％。

3.根据权利要求1或2所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料，其特征在于，所述烷氧基硅烷为二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷及正硅酸乙酯中的一种或多种混合物。

4.根据权利要求3所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求4所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料，其特征在于，所述的聚合物乳液为固含量20％～50％之间的阳离子型聚丙烯酸酯乳液。

6.根据权利要求5所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料，其特征在于，所述的润湿剂为EO-PO嵌段共聚物类表面活性剂。

7.根据权利要求6所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇苯醚。

8.根据权利要求7任意一项所述的电工钢用耐高温环保绝缘涂料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为DorfKetal公司生产的，商品名TyzorTE的产品。

9.一种电工钢用耐高温环保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：

步骤1)：按投料比将云母粉、高岭土混合研磨并过500目筛后进行搅拌，获得混合物；

步骤2)：向反应釜中按计量比依次投入去离子水、步骤1)中的混合物和钛酸酯偶联剂，在50～60℃下搅拌30～60min，获得钛酸酯改性无机填料水分散液；

步骤3)：再向步骤2)的分散液中按计量比加入磷酸二氢铝，并搅拌10～30min，获得混合浆料Ⅰ；

步骤4)：按计量比将烷氧基硅烷和硅烷偶联剂加入乙醇溶液中，形成混合溶液；

步骤5)：将步骤3)中的混合浆料Ⅰ降温至室温，高速搅拌下，并缓慢泵入步骤4)的混合溶液中，控制在20～30min内投料完毕，然后再搅拌60～90min，获得混合浆料Ⅱ；

步骤6)：最后再向步骤4)的混合浆料Ⅱ中按计量比投入聚合物乳液、缓蚀剂、成膜助剂及润湿剂，搅拌30～60min后，过500目筛网出料，获得最终涂料。