專利名稱：可提高沖片性能的取向硅鋼絕緣涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涂料，尤其涉及一種取向硅鋼用涂料。
背景技術(shù)：
美國Armco公司最早提出了C-5涂層，這是一種無機磷酸鎂涂層。日本川崎制鐵又提出了在此基礎(chǔ)上加入硝酸鋁和鉻酸的D涂層。而后，日本新日鐵提出了應(yīng)力涂層T-2涂層(專利號昭48-39338，昭53-28043)，其成分為膠體二氧化硅、磷酸二氫鋁和鉻酸酐。
大多數(shù)取向硅鋼絕緣涂層都是采用純無機成份組成。無機涂層的優(yōu)點是耐高溫性、電絕緣性、附著性好。此外，熱膨脹系數(shù)小和拉應(yīng)力大使得鐵損進(jìn)一步降低。然而，現(xiàn)有涂液由于其組分都是無機物，導(dǎo)致涂層涂覆后硬度偏大，沖剪性能較差，只有1.5萬次左右(毛邊高度＜50μm)，不利于取向硅鋼在制造E-I型小變壓器時的沖剪加工，大大降低沖片次數(shù)，增加企業(yè)更換工件的頻率和生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率。
考慮到取向硅鋼表面絕緣涂層下方的玻璃狀底層(硅酸鎂薄膜)很硬，對沖片性有很大影響。所以，為了滿足取向硅鋼能很好的用在E-I型變壓器的制造，電工鋼生產(chǎn)廠家經(jīng)常將玻璃狀的硅酸鎂底層酸洗掉再涂無機絕緣膜。
美國Armco公司提出用酸洗去除硅鋼片表面的正硅酸鎂(Mg2SiO4)后，再涂覆絕緣涂層，這樣可以一定程度上提高取向硅鋼片的沖片次數(shù)(專利號US 5547519)。
因為Mg2SiO4是取向硅鋼高溫退火時MgO和SiO2形成的一層玻璃膜，此層玻璃膜非常堅硬，從而會減少硅鋼片的沖片次數(shù)。但是一旦去除后，又會影響到最終應(yīng)力涂層的耐蝕性、絕緣性以及在鋼中產(chǎn)生的拉應(yīng)力。所以這種方法在提高沖片性的同時，也損失了其它有益的涂層特性。此外，洗刷Mg2SiO4玻璃膜無疑增加了一道生產(chǎn)工序，致使操作復(fù)雜，生產(chǎn)成本提升而效率更低。
為了克服無機涂層的缺點，考慮加入部分有機物，增加涂層本身的自潤滑性，進(jìn)而提高取向硅鋼片的沖片性能。這種涂層除了具有原有無機涂層耐高溫、絕緣性好以及熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點外，更是顯著提高了沖片性能，并在一定程度上改善了滑動性、潤濕性、流平性，使涂層表面質(zhì)量也得以提高。
日本新日鐵提出在玻璃膜上涂覆一定量的有機樹脂(如聚乙烯胺、聚丙烯胺、環(huán)氧樹脂)，可使剪切性和滑動性明顯提高，產(chǎn)生的拉應(yīng)力更大，鐵損降低(專利號昭62-14405，平2-128405，平3-28321)。
這類涂層類似于無取向硅鋼用的半有機涂層，該涂層的確能提高沖剪次數(shù)，但是它的弊端在于經(jīng)濟上，聚乙烯胺等原料其本身生產(chǎn)成本工藝較高，產(chǎn)品價格居高不下，這大大限制了在實際的生產(chǎn)運用。工藝上，在涂覆、烘烤絕緣涂層后，還需經(jīng)過850℃高溫的涂層燒結(jié)，若使用上述一般的有機樹脂，在此高溫下有機物都會大量熱分解，使得有機成分失效，從而并不能起到原有期望的提高沖片性能的效果。
通過對國內(nèi)外取向硅鋼產(chǎn)品的調(diào)研，對專利、文獻(xiàn)等的查詢，可以發(fā)現(xiàn)具有良好沖片性能的取向硅鋼絕緣涂層在國內(nèi)還是一個空白；國外為了提高沖片次數(shù)采取了許多方法美國專利依靠去除堅硬的玻璃膜(Mg2SiO4)來提高沖片性，但是這種方法犧牲了其他重要的涂層性能。日本專利用添加有機樹脂改進(jìn)取向電工鋼的剪切性，但這種方法存在涂層耐熱性差、提高剪切性程度小的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過開發(fā)摻雜有聚醚改性硅油的絕緣涂層，然后把它涂覆于取向電工鋼上，依靠有機硅自身的潤滑性，顯著地提高取向硅鋼片加工時的沖片次數(shù)，從而很大程度上提升了生產(chǎn)效率。此外，由于聚醚改性硅油具有良好的水溶性以及有機硅產(chǎn)品普遍具有的耐高溫性，使得涂液調(diào)配過程簡便，分散性好，涂層均勻，涂覆后表面質(zhì)量好，能經(jīng)受高溫?zé)Y(jié)而不熱分解。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是該取向硅鋼絕緣涂層有以下幾部分構(gòu)成
1.聚醚改性硅油涂料中加入聚醚改性硅油，即可在涂料和空氣界面上形成一層聚硅氧烷薄膜。后者既可阻止或減緩?fù)苛现腥軇┑膿]發(fā)，還可減少干燥過程中因溫度梯度及表面張力變化引起涂膜內(nèi)部流動對涂層表面的影響，從而改善表面流動性，防止或減少涂料在干燥過程中起泡及形成凹穴。由于具有低表面張力、優(yōu)良的潤滑性(金屬對金屬)、良好的分散性和熱穩(wěn)定性、低毒或無毒性、生產(chǎn)成本低等特點，使側(cè)基聚醚硅油非常適用于水基涂料。
聚醚改性硅油，系由性能差別很大的聚醚鏈段與聚硅氧烷鏈段，通過化學(xué)鍵連結(jié)而成。聚醚鏈段與硅氧烷鏈段之間的連結(jié)又有兩種方式，即通過Si-O-C鍵或Si-C鍵連結(jié)。由于后者對水穩(wěn)定，我們選擇Si-C類側(cè)鏈型的聚醚硅油。其典型的分子結(jié)構(gòu)式如下 親水性的聚醚鏈段賦予其水溶性，疏液疏水性的聚二甲基硅氧烷鏈段賦予其低表面張力。聚醚硅油的具體結(jié)構(gòu)及組成主要取決于用途。已知，聚醚的結(jié)構(gòu)(包括摩爾質(zhì)量，親水鏈節(jié)(C2H4O)和憎水鏈節(jié)(C3H6O)的比例、含量及封端基種類(烷基、烷氧基及酰氧基))。聚二甲基硅氧烷規(guī)格(包括摩爾質(zhì)量，Me2SiO鏈節(jié)與MeHSiO鏈節(jié)的比例等)以及聚醚與聚硅氧烷的連結(jié)方式和比例等都對共聚物的水溶性、醇溶性及表面活性等有重要影響。
因而，改變m，n，x，y及R，就可得到不同性能的聚醚硅油，選擇合適的聚醚硅油可以滿足涂層的所需性能。
本發(fā)明所使用的聚醚改性硅油(聚醚改性硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～2％的水溶液，即含有1％～2％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚醚改性硅油的水溶液)的親水鏈節(jié)(C2H4O)和憎水鏈節(jié)(C3H6O)的比例范圍在20/80～100/0，考慮到涂液有起泡作用以30/70～90/10為好，。
市場出售的具有代表性的聚醚改性硅油，如德國畢克化學(xué)公司生產(chǎn)的BYK-301、307、331、333、335、341、345、346、348；德國拜耳公司生產(chǎn)的Baysilone OL 17、OL 31、OL 44；德國迪高化工公司的Wet KL 245、Wet 250、Glide ZG 400、410、435、440、；日本東振化學(xué)公司的PolyflowKL-245、Glanol 115；臺灣三化實業(yè)有限公司的WREAMA等都可以使用。
聚醚改性硅油(不揮發(fā)分)用量一般占配方總質(zhì)量的0.01％～2.0％，以0.025％～1.0％為好。
2.磷酸二氫鋁磷酸二氫鋁是一種新型的無機合成材料，常溫下固化，液體和固體化學(xué)結(jié)合力強，具有耐高溫、抗震、抗剝落和絕緣性能良好的特點。主要用于電氣工業(yè)、熱處理電阻爐和電氣絕緣，可作為無機涂料與有機涂料配合使用。在此涂液中起粘接劑作用，改善絕緣涂層與玻璃膜底層的附著性。
磷酸二氫鋁(Al(H2PO4)3)用量一般占涂液總質(zhì)量的3％～24％。
3.膠體二氧化硅膠體二氧化硅為直徑數(shù)納米至百納米的超微細(xì)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、堅牢性、耐磨損性以及耐污染性。
膠體二氧化硅(SiO2)用量一般占涂液總質(zhì)量的4％～16％。
4.鉻酸酐鉻酸酐改進(jìn)涂液的潤滑性和使磷酸鹽中自由磷酸更穩(wěn)定。
鉻酸酐(CrO3)用量一般占涂液總質(zhì)量的0.15％～4.50％。
將以上4種主要成分或需要的輔助組分進(jìn)行混合，就得到了所需的具有良好沖片性能的取向硅鋼絕緣涂層?；旌峡稍趲в袛嚢璧姆磻?yīng)釜中進(jìn)行。涂料加入涂層機供料系統(tǒng)就可進(jìn)行涂覆。
本發(fā)明是以上述四種成份為主要成份并根據(jù)需要配上稀釋劑、填料、增韌劑、著色劑、阻燃劑、防銹劑、防沉劑、觸變劑或消泡劑、表面調(diào)整劑、增粘劑、顏料分散劑、防腐劑等的各種添加劑組成。
采用該涂液對取向硅鋼板進(jìn)行涂覆，再對涂層進(jìn)行烘烤和高溫?zé)Y(jié)，就可獲得各項性能優(yōu)良，尤其是沖片性良好的取向硅鋼板。
具有提高沖片性能的涂液在取向硅鋼涂層領(lǐng)域的應(yīng)用目前世界上取向硅鋼絕緣涂層絕大多數(shù)都是用純無機涂料，本發(fā)明首次提出用有機硅添加入無機涂液中進(jìn)行取向硅鋼涂層的生產(chǎn)，主要指將水溶性良好的聚醚改性硅油應(yīng)用于取向電工鋼，制造沖片性能優(yōu)異的取向硅鋼。
選用聚醚改性硅油既能與水性涂料很好的相溶，方便制備涂液，又能利用其耐高溫的特性使涂層能經(jīng)受850℃高溫的燒結(jié)。最終憑借聚醚改性硅油自身的潤滑性大大提升取向硅鋼的沖片次數(shù)。
該涂液的檢驗分析方法對于摻雜有聚醚改性硅油的涂液，最好先用4倍量的二甲苯稀釋攪拌后，離心分離，分去所含的無機組分(磷酸二氫鋁、膠體二氧化硅和鉻酐)。無機組分干燥后可用EI，X衍射或電子顯微鏡確定其組成。取部分有機硅二甲苯溶液，在KBr晶體上流延成膜，干燥后測IR確定聚硅氧烷的結(jié)構(gòu)。具體IR光譜分析如表2所示在分析出涂液中含有聚醚改性硅油后，還需進(jìn)一步對有機硅中親水鏈節(jié)(C2H4O)和憎水鏈節(jié)(C3H6O)的比例進(jìn)行檢驗，分析采用濁點法和HLB值。測定濁點可在試管中加入1％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的聚醚硅油溶液15ml，升溫至渾濁后停止加熱，攪拌下觀察溶液由渾濁變清亮?xí)r的溫度即為濁點。通過查表可以找到對映濁點的C2H4O/C3H6O比例范圍，濁點愈高，表明親水性愈大，C2H4O/C3H6O比例越高。
HLB值是分子中親水基與親油基的平衡值，可在0～40間變化，值越大，表示親水性越好，C2H4O/C3H6O比例越高。測定HLB值簡單的一種方法是與已知HLB值的表面活性劑配制的乳液對比而得。
表1.聚醚改性硅油的主要紅外特征吸收頻率


我們通過研究和實踐，決定采用具有良好水溶性的聚醚改性硅油為有機組分添加入無機涂液中。這樣制備的涂液涂覆后，不僅能提高硅鋼片的沖片次數(shù)，而且由于有機硅的本身特性還依舊能保持涂層的耐高溫性，并提高涂層表面的潤滑性。
表2.現(xiàn)有配方和本發(fā)明的比較

本發(fā)明的有益效果開發(fā)的這種摻雜有聚醚改性硅油的絕緣涂層，將它涂覆于取向電工鋼上后，依靠有機硅自身的潤滑性，顯著地提高取向硅鋼片加工時的沖片次數(shù)，從而大大提升了生產(chǎn)效率。此外，由于聚醚改性硅油具有良好的水溶性以及有機硅產(chǎn)品普遍具有的耐高溫性，使得涂液調(diào)配過程簡單，分散性好，涂層均勻，涂覆后表面質(zhì)量好，能經(jīng)受高溫?zé)Y(jié)而不熱分解。
具體實施例方式
具體實施例參見表3、表4。
從表4中可以看出，在實際例1～8中，隨著聚醚改性硅油加入量的增多，沖片次數(shù)顯著的提升，最高可達(dá)30萬次。而在比較例1和3中，由于涂液未添加有機硅成分，導(dǎo)致涂覆純無機涂層的取向硅鋼片沖片次數(shù)只有1.5萬次。當(dāng)然，聚醚改性硅油添加量也不是越多越好，如比較例2和4中，雖然更多的有機成分使得沖片次數(shù)提高到45萬次，但是卻導(dǎo)致涂膜外觀變差。
本發(fā)明實施用輥涂機將涂液涂覆到冷軋電工鋼基板上進(jìn)行烘烤和高溫?zé)Y(jié)即可，因此可向國內(nèi)取向硅鋼的生產(chǎn)廠家推廣應(yīng)用。
含有機硅類聚醚改性硅油的絕緣涂層主要用途是顯著提高E-I型變壓器用取向硅鋼板的沖片性。在不增加生產(chǎn)工序，不降低生產(chǎn)效率的前提下，憑借其特有的水溶性、耐熱性、分散性以及潤滑性等優(yōu)點，使得涂液調(diào)配工藝簡便、涂層表觀良好、材料沖片性能顯著提高，零配件的成本大大降低。由此可見，鑒于該絕緣涂層諸多的優(yōu)點以及被生產(chǎn)廠家所看重的成本與效益兩方面，市場對具有良好沖片性的取向硅鋼的需求會變得十分迫切，而且用于取向硅鋼上的半有機涂層也是在國內(nèi)首創(chuàng)。
表3.市售的聚醚改性硅油

表4.涂層組成對性能的影響

注質(zhì)量百分比剩余量為純水。
權(quán)利要求
1.可提高沖片性能的取向硅鋼絕緣涂層，其成分質(zhì)量百分比為，聚醚改性硅油，0.01％～2.0％；其中，聚醚改性硅油為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％～2％的水溶液，其中親水鏈節(jié)(C2H4O)和憎水鏈節(jié)(C3H6O)的比例范圍在20/80～100/0；磷酸二氫鋁，3％～24％；膠體二氧化硅，4％～16％；鉻酸酐，0.15％～4.50％；其余為水。
2.如權(quán)利要求1所述的可提高沖片性能的取向硅鋼絕緣涂層，其特征是，所述的聚醚改性硅油含量為0.025％～1.0％，質(zhì)量百分比計。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可提高沖片性能的取向硅鋼絕緣涂層，其特征是，所述的聚醚改性硅油中親水鏈節(jié)(C2H4O)和憎水鏈節(jié)(C3H6O)的比例范圍在30/70～90/10。
4.如權(quán)利要求1或2所述的可提高沖片性能的取向硅鋼絕緣涂層，其特征是，所述的聚醚改性硅油選用德國畢克化學(xué)公司生產(chǎn)的BYK-301、307、331、333、335、341、345、346、348；德國拜耳公司生產(chǎn)的BaysiloneOL17、OL31、OL44；德國迪高化工公司的Wet KL245、Wet250、Glide ZG400、410、435、440、；日本東振化學(xué)公司的Polyflow KL-245、Glanol 115；臺灣三化實業(yè)有限公司的WREAMA。
全文摘要
可提高沖片性能的取向硅鋼絕緣涂層，其成分質(zhì)量百分比為聚醚改性硅油，0.01％～2.0％，其中，聚醚改性硅油為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的水溶液，其中親水鏈節(jié)(C
文檔編號C09D5/25GK1978569SQ20051011090
公開日2007年6月13日 申請日期2005年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者沈侃毅, 黃昌國, 路林林 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司