專利名稱：一種有機(jī)-無機(jī)環(huán)保絕緣涂層溶液及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硅鋼絕緣涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種絕緣涂層溶液，具體涉及用于 硅鋼表面的環(huán)保型有機(jī)-無機(jī)涂層溶液及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，硅鋼的生產(chǎn)與電器行業(yè)有著密切關(guān)系，無論是大型發(fā)電 機(jī)組，還是各種電動機(jī)，變壓器，包括所有的家用電器都需要大量地使用硅鋼片。我國已成 為全球硅鋼最大消費(fèi)國，2010年我國硅鋼片消耗總量將近600萬噸。為減少硅鋼板渦流損 失，需要在鋼板表面涂覆絕緣涂膜，使得硅鋼片具有較高的層間電阻率，層間功率損失降為 最小，同時使硅鋼片在儲存、運(yùn)輸和使用過程中免受各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，防止銹蝕。一直以來，硅鋼生產(chǎn)所用的涂料大多含有六價鉻。上世紀(jì)90年代起，人們認(rèn)識到 六價鉻離子會對人們的身體健康產(chǎn)生危害并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。近幾年，一些發(fā)達(dá)國家 對環(huán)保的重視程度越來越高，他們對進(jìn)口產(chǎn)品環(huán)保要求日趨嚴(yán)格，并設(shè)定了進(jìn)口產(chǎn)品的綠 色“門檻”。歐盟議會及歐盟委員《廢舊電子電氣》設(shè)備指令(簡稱《WEEE指令》)和《電子 電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》明確要求六價鉻元素含量小于1000PPM。因此，無 鉻環(huán)保絕緣涂層產(chǎn)品，成為硅鋼涂層的發(fā)展趨勢。國內(nèi)外加強(qiáng)了對無鉻環(huán)保型無機(jī)/有機(jī)混合涂料的研究并取得了 一些成果，環(huán)保 無鉻涂層將是今后主要的研究方向。日本專利JP 2005M0125報道了一種水系絕緣涂層， 該涂層無鉻環(huán)保并且有優(yōu)異的防銹性、附著性和絕緣性。該涂層由100份粒徑小于30nm的 膠體二氧化硅、10-100份水溶性樹脂和0. 01-10份的鈦酸酯偶聯(lián)劑組成，水溶性樹脂主要 是含有硅氧基、羥基等基團(tuán)的丙烯酸樹脂。該類涂層中含有膠體二氧化硅，在涂覆到鋼板的 后續(xù)加工過程中，納米二氧化硅易團(tuán)聚，造成硅鋼表面粗糙，有細(xì)小顆粒，影響硅鋼外觀。佐 志一道等人在其專利JP 2008127664、JP 2008127674涉及到了幾種相似的半無機(jī)絕緣涂 層，無機(jī)部分主要有P、Zr, P/Zr約0. 4-4. 0，另外還可以加入Ca、Mg等，有機(jī)樹脂主要為丙 烯酸樹脂及其共聚物。該涂層中有機(jī)樹脂在較高的固化溫度下，易產(chǎn)生一種不均勻的褐色 外觀，使涂層和鋼片的附著性變差。國內(nèi)無鉻環(huán)保涂層也有不少的研究，但成果較少。其中， 南京大學(xué)在其專利CN 1151212中涉及了一種具有高層間電阻率、優(yōu)良的附著性、焊接性等 性能的水性無鉻涂料。該涂料的有機(jī)部分為丙烯酸樹脂共聚物，無機(jī)部分包括磷酸鹽類和 硅酸鹽類等，通過對無機(jī)填料進(jìn)行了超細(xì)粉碎處理和表面改性，使填料粒徑小并且與樹脂 相容性好，涂覆時比較均勻，固化后不掉粉。但該涂料中，硅酸鹽的添加，使涂料的表面硬度 變大，對沖切的模具磨損加大，表面加工性能不佳。CN1887987涉及了一種水性熱固化絕緣 涂料，由40-45份水性聚醋酸乙烯乳液、45-50份的無機(jī)溶液和10-12份的交聯(lián)劑組成。無 機(jī)溶液中主要含有磷酸鹽(鎂、鋁)、硼酸、硅溶膠等。該涂料在焊接加工過程中，樹脂揮發(fā) 會產(chǎn)生過多的氣孔，在沖切過程中會發(fā)生粉化現(xiàn)象。鑒于現(xiàn)有的技術(shù)中絕緣涂料，存在外觀性、附著性、表面加工性等方面的缺陷，現(xiàn) 在特別需要研制一種硅鋼上的環(huán)保絕緣涂層。這種絕緣涂層能提供良好的表面電阻率，是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，在 從鋼板沖剪疊片的過程中所造成的模具磨損最小，在疊片沖壓過程中不產(chǎn)生過量的粉化或 不在沖壓設(shè)備上造成涂層的堆積，并且不產(chǎn)生過多的焊接氣孔。并且，不含有鉻元素和揮發(fā) 性有機(jī)物，避免對環(huán)境和人體的危害影響。但，得到與含鉻的半無機(jī)涂層等同的耐腐蝕性， 沖剪性、耐退火性和良好的外觀性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不含有鉻元素和可揮發(fā)性有機(jī)物的環(huán)保型無取向硅 鋼用絕緣涂層，使硅鋼產(chǎn)品對環(huán)境和人體沒有害處；并且本發(fā)明解決了以下問題以兩種 磷酸鹽為主劑的涂層溶液體系，解決了鉻元素造成的環(huán)境毒害問題，也調(diào)節(jié)了所制得的涂 層的吸收應(yīng)力和應(yīng)變能力，并與硅鋼相一致，保證了絕緣涂層涂敷后的綜合性能，如外觀 性、附著性、焊接性、耐熱性、絕緣性以及防腐蝕性等性能。本發(fā)明的有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，其組 份及相應(yīng)的質(zhì)量百分比為聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，5% 25%，優(yōu)選8% 22% ；磷酸二氫鋁，10% 40%，優(yōu)選15% 38% ；磷酸二氫鋅，5% 15%，優(yōu)選6% 11% ；乙酸銨，3% 12%，優(yōu)選4% 10% ；氧化鎂， 10%，優(yōu)選1.5% 8% ；非離子型表面活性劑， 5%，優(yōu)選 3% ；余量為去離子水。本發(fā)明的涂層溶液的pH值在2-5之間。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25 % 50 %的聚 氨酯、25 % 50 %的丙烯酸酯和10 % 30 %的環(huán)氧乙烷反應(yīng)聚合，所得到的聚氨酯-丙烯 酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的平均分子量在1000 20000之間，平均粒度在0. 2 μ m 2 μ m之間。所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂通過核殼聚合法聚合而成，如采用以下的 制備方法制得將含濃度為0. 01g/ml乳化劑十二烷基苯磺酸鈉的去離子水溶液加入到反 應(yīng)釜中，通入氮?dú)?，攪拌升溫?0 120°C。將質(zhì)量百分比25 % 50 %的聚氨酯、25 % 50%的丙烯酸酯單體和10% 30%的環(huán)氧乙烷單體混合后得到混合單體，并加入混合單 體總量的1 %的自由基引發(fā)劑偶氮二異丁腈，然后加入到反應(yīng)釜中，保溫40 60分鐘，補(bǔ)加 混合單體總量的0. 5%的引發(fā)劑偶氮二異丁腈，再保溫120 150分鐘，冷卻，過濾，用去離 子水多次洗滌后，球磨后備用。所得到的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，其平均分子量 在1000 20000之間，平均粒度為0. 2μπι 2μπι。所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂能改進(jìn)鋼板粘著性和改進(jìn)涂覆膜柔韌性。 若固含量太低，則粘著性得不到強(qiáng)化且降低美感；若其含量過高，則在釋放應(yīng)力的熱處理之 后，絕緣性和耐熱性惡化。本發(fā)明的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂用量占涂層溶液總 質(zhì)量的5% 25%。磷酸二氫鋁在常溫下固化，液體和固體化學(xué)結(jié)合力強(qiáng)，具有耐高溫、抗震、抗剝落 和絕緣性能良好的特點(diǎn)。鋁的原子半徑較小，故以磷酸二氫鋁為主體的絕緣涂層對硅鋼的附著力較好，易于得到無序的固化體，更易吸收應(yīng)力和應(yīng)變而提高涂層的性能。本發(fā)明中采 用磷酸二氫鋁的用量占涂層溶液總質(zhì)量的10% 40%。磷酸二氫鋅為輔助成膜物質(zhì)，磷酸鹽與硅鋼底材粘結(jié)，具有優(yōu)秀的耐高溫、抗震、 抗剝落作用。鋅離子調(diào)節(jié)涂層的厚度，并使涂層吸收應(yīng)力和應(yīng)變能力與硅鋼相一致，改善了 絕緣涂層涂敷后外觀性能。若其含量過低，則不能提高涂層的外觀性能；若其含量過高，則 附著性變差。本發(fā)明的磷酸二氫鋅的用量占涂層溶液總質(zhì)量的5% 15%。乙酸銨的加入可使涂層的外觀發(fā)生變化，若加入的量少，涂層的外觀不理想；若加 入的量過多，則在釋放應(yīng)力的熱處理后涂覆膜可能剝離。本發(fā)明的乙酸銨的加入量占涂層 溶液總質(zhì)量的4% 10% ；氧化鎂為添加劑，在磷酸二氫鹽溶液中，發(fā)生中和反應(yīng)溶解。調(diào)節(jié)涂層的酸堿性， 作為涂料的配合材料以提高結(jié)合性、監(jiān)牢性、耐磨損性以及耐污染性。若含量過低，則對各 項(xiàng)綜合性能改善不明顯；若含量過高，則涂料不穩(wěn)定。本發(fā)明的氧化鎂的用量占涂層溶液總 質(zhì)量的 10% ；非離子型表面活性劑可以改善樹脂在涂層中的分散性及粘合力，也改善涂層的機(jī) 械、耐油、耐腐蝕等性能。另外，非離子型表面活性劑可以防止涂層溶液在滾涂過程中粘著 在滾輥表面。若含量過低，則涂層溶液的性能圍繞輥?zhàn)痈淖儯a(chǎn)生粘著性，固化后會附著在 輥?zhàn)颖砻妫蝗艉窟^大，在處理過程中會產(chǎn)生泡沫，影響滾涂性能。本發(fā)明中非離子型表面 活性劑的含量占涂層溶液總質(zhì)量的 5%。所述非離子型表面活性劑選自美國陶氏公 司的產(chǎn)品NP-10型非離子表面活性劑和美國氣體化工有限公司的產(chǎn)品SURFYN0L-465型非 離子表面活性劑。本發(fā)明的有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液主要制備步驟為按照所述涂層溶液中 各組分的配比將聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂和去離子水加入到反應(yīng)容器中，再依次 加入磷酸二氫鋁、磷酸二氫鋅、乙酸銨和氧化鎂，最后加入非離子型表面活性劑，均勻混合 即得。本發(fā)明的有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，不僅具有較高的層間電阻率，滿足絕 緣性能的要求，而且還具有良好的附著性、表面力學(xué)性能和加工性能，外觀均一，表面硬度 適中，在后加工過程中涂層不剝落、不粉化，對加工模具磨損??；具有良好的耐熱性能，經(jīng)高 溫退火以及發(fā)藍(lán)后仍具有較高的層間電阻率；有良好的耐化學(xué)藥品性能和抗腐蝕。更重要 的是，該絕緣涂層完全消除了鉻元素帶來的環(huán)保問題，并保證了鋼片涂覆涂層后的外觀美 觀，表面均勻不粗糙。本發(fā)明的有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液可用于制備無取向硅鋼環(huán)保絕緣涂層， 應(yīng)用于硅鋼表面，所得具有環(huán)保絕緣涂層的無取向硅鋼可廣泛應(yīng)用于大型發(fā)電機(jī)組、各種 電動機(jī)和變壓器中。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。按如表1所示的配方制備出絕緣涂層溶液涂布到硅鋼板上，在550°C下進(jìn)行30秒 熱處理，可得到1. 5μπι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(yīng)量的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷 樹脂和去離子水加到反應(yīng)容器中，再分別依次加入相應(yīng)量的磷酸二氫鋁、磷酸二氫鋅、乙酸 銨、氧化鎂和非離子型表面活性劑，攪拌均勻制得涂層溶液。各組分的配方如表1所示(余量為去離子水)表1涂層溶液成分的組成
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，其組份及相 應(yīng)的質(zhì)量百分比為聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，5% 25% ；磷酸二氫鋁，10% 40% ；磷酸二氫鋅，5% 15% ；乙酸銨，3% 12% ；氧化鎂， 10% ；非離子型表面活性劑， 5% ；余量為去離子水。
2.如權(quán)利要求1所述有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，其特征在于，以涂層溶液的總質(zhì) 量為基礎(chǔ)計，所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的質(zhì)量百分比為8% 22%。
3.如權(quán)利要求1所述有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，其特征在于，以涂層溶液的總質(zhì) 量為基礎(chǔ)計，所述磷酸二氫鋁的質(zhì)量百分比為15 38%。
4.如權(quán)利要求1所述有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，其特征在于，以涂層溶液的總質(zhì) 量為基礎(chǔ)計，所述磷酸二氫鋅的質(zhì)量百分比為6 11%。
5.如權(quán)利要求1所述有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，其特征在于，以涂層溶液的總質(zhì) 量為基礎(chǔ)計，所述乙酸銨的質(zhì)量百分比為4 10%。
6.如權(quán)利要求1所述有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，其特征在于，以涂層溶液的總質(zhì) 量為基礎(chǔ)計，所述氧化鎂的質(zhì)量百分比為1.5 8%。
7.如權(quán)利要求1所述有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，其特征在于，以涂層溶液的總質(zhì) 量為基礎(chǔ)計，所述非離子型表面活性劑的質(zhì)量百分比為1 3%。
8.如權(quán)利要求1-7中任一所述的有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，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(yīng)所得。
9.如權(quán)利要求1-7中任一所述的有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，其特征在于，所述聚 氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的平均分子量在1000 20000之間；所述聚氨酯-丙烯酸 酯-環(huán)氧乙烷樹脂的平均粒度在0. 2 μ m 2 μ m之間。
10.如權(quán)利要求1-9中任一所述的有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液用于制備無取向硅 鋼環(huán)保絕緣涂層的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明硅鋼絕緣涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種安全環(huán)保和性能優(yōu)異的有機(jī)-無機(jī)絕緣涂層溶液及其應(yīng)用。本發(fā)明有機(jī)-無機(jī)環(huán)保型絕緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，其組份及相應(yīng)的質(zhì)量百分比為聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，5%～25%；磷酸二氫鋁，10%～40%；磷酸二氫鋅，5%～15%；乙酸銨，3%～12%；氧化鎂，1%～10%；非離子型表面活性劑，1%～5%；余量為去離子水。本發(fā)明的絕緣涂層溶液不含鉻等重金屬元素，安全、無毒、環(huán)保，具有優(yōu)秀的絕緣性、成膜性、耐腐蝕性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和表面加工性能，應(yīng)用在硅鋼表面，起絕緣保護(hù)和裝飾的作用。
文檔編號C09D7/12GK102101961SQ201010617690
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者王晨, 韓家佳 申請人:上海迪升防腐新材料科技有限公司