專利名稱：：半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料及其應用的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于形成絕緣涂層的環(huán)保型有機-無機混合涂料組合物及其應用，用于硅鋼絕緣涂層制備
技術領域：
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背景技術：
：無取向硅鋼因其厚度均勻、尺寸精度高、表面光滑平整以及較高的填充系數(shù)和材料磁性能而被廣泛用作電機和變壓器的鐵芯材料。為減少無取向硅鋼渦流損失，保證無取向硅鋼有較高的表面電阻率，使層間功率損失降為最小，同時保護硅鋼免受各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕和銹蝕，需要在硅鋼表面進行絕緣層涂覆處理。無取向硅鋼絕緣涂層是涂覆在無取向硅鋼表面的一層由多種化學成分組成的絕緣涂層。它能保證無取向硅鋼有較高的表面電阻率，使層間功率損失降為最??；同時保護無取向硅鋼免受各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕和銹蝕。無取向硅鋼表面絕緣涂層主要包括有機涂層、無機涂層和半無機涂層三大類，總的發(fā)展趨勢是有機涂層己被逐漸淘汰，無機涂層將逐漸代替半無機涂層。但是，由于受到各方面條件的限制和無機涂層本身的屬性，目前應用較多的仍為半無機涂層。專利US484753提出了一種在無取向硅鋼片上形成一層絕緣涂層的方法。配方中主要包括丙烯酸樹脂、三聚氰二胺樹脂、鉻酸鹽、乳化劑及分散劑，形成抗爆孔性較好的絕緣涂層。專利US483087提出的無取向硅鋼片上絕緣涂層的涂料配方主要包括含有不飽和羧酸的(甲基)丙烯酸樹脂乳液，并采用粉末狀甲基丙烯酸甲酯以改善涂層的焊接性能。另外專利US5624749利用乳液聚合方法制備核殼型乳液，核為交聯(lián)的疏水性環(huán)氧樹脂，殼為親水性丙烯酸樹脂，制得的絕緣膜有很好的綜合性能。新日鐵公司、阿姆科公司為了克服含鉻半無機涂層的缺點，發(fā)明了不含鉻的環(huán)保型涂層。即無機溶液磷酸鋁/100份比溶液的八1203/貼04的物質(zhì)的量比為0.13-0.3。小于0.13，游離磷酸多，烘烤千燥時吸濕性不好；大于0.3時，磷酸鋁本身不穩(wěn)定，易從溶液中析出。多達6-50份的有機樹脂，有機樹脂在丙烯酸、苯乙烯、醋酸乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酞胺、聚碳酸酯、三聚氰胺、環(huán)氧樹脂中選用一種或兩種以上，這些物質(zhì)的聚合體，交聯(lián)體3都可使用，還可根據(jù)需要添加三氧化二鋁、二氧化鈦等物質(zhì)，亞磷酸、硅酸鈉等玻璃化劑和其它無機物添加劑，以確保耐高溫性、絕緣性。將配制好的半無機溶液，用帶槽的涂輥在退火線上控制涂覆量進行涂布烘烤干燥。硅鋼表面上形成的絕緣涂層重量適宜范圍為0.5-4.0g/m2之間，重量小于0.5g/m2時，沖剪性得不到保證；重量大于4.0g/m2時，在消除應力退火期間絕緣涂層有被剝離的危險。最佳使用范圍在1.0-2.5g/m2之間，在此范圍內(nèi)可得到涂層性能優(yōu)良、外觀光潔的涂膜。中國專利98125437.3所提及的涂層使用了商品化的酸性丙烯酸樹脂通過醇醚類有機溶劑分散在水中制備此類涂料，主要改進了涂料的吸水性能，使涂料在潮濕的大氣環(huán)境中不易發(fā)粘o通過對上述文獻的分析，得出這類半無機混合涂層配方可能具有優(yōu)良的綜合性能。雖然這類涂層排除了絡元素、揮發(fā)性有機物對環(huán)境和人體的危害的影響，但其在耐熱性和焊接性等性能上不理想。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，不僅完全消除了鉻元素帶來的環(huán)保問題，而且也能保證涂層的耐熱性、焊接性等各項性能優(yōu)良。為了開發(fā)不含鉻化合物但能獲得耐熱性、焊接性等各項性能優(yōu)良優(yōu)異的有機-無機混合涂料組合物，本發(fā)明研究出一種含有異丙醇鎂和乙酸鋅的半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，以涂料的總質(zhì)量為基礎計，其化學組分及相應的質(zhì)量百分比為異丙醇鎂，5-20%，優(yōu)選10-15%;聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂，5-25%，優(yōu)選5-10%;磷酸二氫鋁，5-40%，優(yōu)選25-35%;乙酸鋅，5-10%膠體二氧化硅，11-30%，優(yōu)選12-14%;非離子表面活性劑，1-5%;余量為去離子水。本發(fā)明使用的異丙醇鎂對改善涂層的耐熱性、焊接性起到重要的作用。若其含量過低，耐熱性和焊接性不強；若過高，則在釋放應力的熱處理之后對涂層的外觀性能受到影響。4本發(fā)明使用的異丙醇鎂用量應占涂料總質(zhì)量的5-20%。本發(fā)明使用的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，由質(zhì)量百分比20-50%的聚氨酯、25-50%的丙烯酸酯和10-30%的環(huán)氧乙垸反應所的，所得聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的分子量在1000-20000之間，它們的平均粒度應該在0.2-2um之間。且涂料的pH值在2-5之間。本發(fā)明所使用的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂用量應占涂料總質(zhì)量的5-25%。為了使涂層環(huán)保且不含鉻元素，磷酸二氫鋁對提高涂層的耐高溫、抗震、抗剝落和絕緣性等有重要的作用。本發(fā)明所采用的磷酸二氫鋁的用量占涂料總質(zhì)量的5-40%。乙酸鋅的加入可使涂層的外觀發(fā)生變化，若加入的量少，則涂層的外觀不理想;若加入量過多，則在釋放應力的熱處理后該涂敷膜可能剝離。乙酸鋅的加入量占涂液總質(zhì)量的5-10%。膠體二氧化硅為直徑為納米級的二氧化硅超微細顆粒分散在水中的乳白色膠體溶液。在膠體二氧化硅粒子表面的離子為水合型，因水分子覆蓋而有親水性。作為涂料的配合材料以提高結(jié)合性、耐磨損性以及耐污染性。在連續(xù)的滾涂操作期間，輥之間的壓力引起溫度升高，從而使涂液溶液中的水組分蒸發(fā)。因此，無機鹽和有機物組分快速干燥，并會由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵Y(jié)果產(chǎn)生粘著性，并且其不可逆轉(zhuǎn)為水溶性。為了防止這種現(xiàn)象，添加非離子表面活性劑。但是，如果非離子表面活性劑含量過低，則涂料溶液的性能圍繞輥子改變，以致會導致產(chǎn)生粘著性，并會使固化的溶液粘著在輥表面上，形成厚層。若其含量過大，則在處理液中大量產(chǎn)生泡沫，造成涂敷膜的美感惡化。因此本發(fā)明中非離子表面活性劑的含量占涂液總質(zhì)量的1-5%。非離子表面活性劑可市購獲得，如TRIT0NX-407。主要制備步驟為將聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂和去離子水加入到反應容器中，再分別加入磷酸二氫鋁、異丙醇鎂、乙酸鋅、膠體二氧化硅和非離子表面活性劑，均勻混合即得。本發(fā)明的半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料可用作無取向硅鋼絕緣涂層。本發(fā)明的半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，不僅完全消除了鉻元素帶來的環(huán)保問題，而且能提供良好的表面電阻率，使層間功率損耗降至最小，有良好的抗水蒸汽吸收能力，能提供與鋼板表面優(yōu)良的附著性，制得涂層的均勻性、耐腐性、耐熱性、焊接性等各項性能優(yōu)良，達到與含鉻的涂層等同的耐腐蝕性、沖剪性和耐退火性。具體實施例方式按如表1所示的配方制備出的絕緣涂料涂布到無取向鋼板上，在650'C下進行30秒熱處理，可得到厚度為1.5um的絕緣涂膜的硅鋼板。具體制備步驟如下按表1的配方比例，將相應量的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂和去離子水加入到反應容器中，再分別依次加入相應量的磷酸二氫鋁、異丙醇鎂、乙酸鋅、膠體二氧化硅和非離子表面活性劑，攪拌均勻制得涂料。各組成的配方如表l所示(余量為去離子水)表1涂料成分的組成涂料組合物(質(zhì)量百分比)ABCDEF實施例152555301210535514131282761344151025101255119309134613212072537205401011581417168193.591218327.5213.210136319.212.54.5對比例1325553012294414733232021380.6421484.5118.50.8(注A為異丙醇鎂，B聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，C為磷酸二氫鋁，D為乙酸鋅，E為膠體二氧化硅，F(xiàn)為非離子表面活性劑，為美國聯(lián)合碳化物公司的商品TRITONX-407型。)6實施例1和3的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂為由質(zhì)量百分比40%的聚氨酯、50%的丙烯酸酯和10%的環(huán)氧乙垸經(jīng)聚合獲得，所得聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的分子量在1000-20000之間，它們的平均粒度在0.2nm，涂料溶液的pH值為3。實施例4-6的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂為由20%的聚氨酯、50%的丙烯酸酯和30%的環(huán)氧乙垸反應所的，所得聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的分子量在1000-20000之間，它們的平均粒度在2nm，涂料溶液的pH值為2。實施例7-10的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂為由50%的聚氨酯、27%的丙烯酸酯和23%的環(huán)氧乙烷反應所的，所得聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂的分子量在100Q-20000之間，它們的平均粒度在1.2um，涂料溶液的pH值為4。對比例1-4與實施例1-3的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂相同。表2是表示按表1的方法得到的涂層的各種性能。對耐腐蝕性的劃分為在絕緣涂層表面上不生銹的情形時用O表示，部分生銹的情形時用O表示，大范圍生銹的情形時用x表示；對于涂層的焊接性，很好時用O表示，一般時用O表示，不好時用x表示；涂層外觀美感用O表示，一般用O，不美感用x表示；附著性良好用O表示，一般用O，差用x表示；耐熱性好時用O表示，一般用O，差用x表示。絕緣性是通過測量其層間電阻來評定的，優(yōu)良時用O表示，一般用O表示，差時用x表示。附著性測定參考GB2522-88,耐腐蝕性測定參考GB3826-1999，GB5944-86,絕緣性的測定是采用Frankin測試儀，涂層外觀性能的評價是通過SEM來判斷的。表2涂層性能的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表2可得知，在實施例1-10的條件下，涂層的特性如美感、絕緣強度、耐腐蝕性、涂層剝離性以及可焊接性均優(yōu)異。這是由于在磷酸鹽晶體之間填充了樹脂和無機添加劑，從而使涂層的結(jié)構致密。對比例2和實施例2相比，異丙醇鎂含量過高，涂層的各項性能相比實施例2較差。對比例1中，異丙醇鎂含量偏低，絕緣性、耐熱性和焊接性都不能令人滿意。而在其它對比例中，因其它含量不符合要求而使膜的性能受到影響。8權利要求1.一種半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，以涂料的總質(zhì)量為基礎計，其組分及相應的質(zhì)量百分比為異丙醇鎂，5-20％；聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，5-25％；磷酸二氫鋁，5-40％；乙酸鋅，5-10％膠體二氧化硅，11-30％；非離子表面活性劑，1-5％；余量為去離子水。2.如權利要求l所述半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，其特征在于，以涂料的總質(zhì)量為基礎計，所述異丙醇鎂的質(zhì)量百分比為10-15%。3.如權利要求l所述半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，其特征在于，以涂料的總質(zhì)量為基礎計，所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂的質(zhì)量百分比為5-10%。4.如權利要求1所述半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，其特征在于，以涂料的總質(zhì)量為基礎計，所述磷酸二氫鋁的質(zhì)量百分比為25-35%。5.如權利要求l所述半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，其特征在于，以涂料的總質(zhì)量為基礎計，所述膠體二氧化硅的質(zhì)量百分比為12-14%。6.如權利要求l-5中任一權利要求所述半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂是由質(zhì)量百分比20-50%的聚氨酯、25-50%的丙烯酸酯和10_30%的環(huán)氧乙烷反應所的。7.如權利要求l-5中任一權利要求所述半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂的平均分子量在1000-20000之間。8.如權利要求l-5中任一權利要求所述半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的平均粒度在0.2-2um之間。9.如權利要求1-8中任一權利要求所述半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料用作無取向硅鋼絕緣涂層。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于無取向硅鋼的絕緣涂料，公開了一種半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料及其應用，以涂料的總質(zhì)量為基礎計，本發(fā)明涂料的化學組分及相應的質(zhì)量百分比為異丙醇鎂，5-20％；聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，5-25％；磷酸二氫鋁，5-40％；乙酸鋅，5-10％；膠體二氧化硅，11-30％；非離子表面活性劑，1-5％；余量為去離子水。本發(fā)明的半無機型環(huán)保無取向硅鋼絕緣涂料，不僅完全消除了鉻元素帶來的環(huán)保問題，而且也能保證涂層的均勻性、耐腐性、耐熱性、焊接性等各項性能優(yōu)良。文檔編號C09D175/04GK101643625SQ200910194759公開日2010年2月10日申請日期2009年8月28日優(yōu)先權日2009年8月28日發(fā)明者晨王,陳正中,齊素芳申請人:上海迪升防腐新材料科技有限公司