專利名稱：：絕緣涂層溶液及其在硅鋼上的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于硅鋼的絕緣涂層溶液，具體涉及一種用于形成絕緣膜的環(huán)保型有機(jī)-無機(jī)混合涂層溶液組合物及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：硅鋼絕緣涂層是涂覆在硅鋼表面的一層很薄的由無機(jī)物/有機(jī)樹脂組成的絕緣涂層。它能保證硅鋼有較高的表面電阻f，使層間功率損失降為最??；同時保護(hù)硅鋼免受各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕和銹蝕。硅鋼表面絕緣涂層主要包括有機(jī)涂層、無機(jī)涂層和半無機(jī)涂層三大類，總的發(fā)展趨勢是有機(jī)涂層己被逐漸淘汰，無機(jī)涂層將逐漸代替半無機(jī)涂層。但是，由于受到各方面條件的限制和無機(jī)涂層本身的屬性，目前應(yīng)用較多的仍為半無機(jī)涂層。例如美國專利3793073披露了一種用于涂覆電工鋼的絕緣涂層。涂層的有機(jī)部分選自丙烯酸樹脂或共聚物，可以添加粒度大于2iun的有機(jī)顆粒物質(zhì)，例如酚醛樹脂，三聚氰胺樹脂等來提供表面不平度，以獲得良好的焊接性，涂層的無機(jī)部分可以包括磷酸類物質(zhì)或鉻酸類物質(zhì)中的一種或多種。磷酸類物質(zhì)可包括鈣、鎂、鋅的一種磷酸鹽，以及二氧化鈦、膠體二氧化硅、氧化鋁和硼酸。鉻酸類物質(zhì)可包括鈣、鎂、鋅的一種重鉻酸鹽，以及二氧化鈦，膠體氧化鋁和一種有機(jī)還原劑。這種用半無機(jī)涂層涂覆的電工鋼具有良好的沖剪加工性和防腐性。但是，在焊接加工過程中樹脂揮發(fā)可產(chǎn)生過多的氣孔，為了使此過程中因樹脂的揮發(fā)而產(chǎn)生的焊接氣孔降至最少，需在磷酸鹽、鉻酸鹽絕緣涂料中加入顆粒，但在沖剪加工過程中還會有粉化現(xiàn)象。再者，由于這類涂層含有可溶性六價鉻或鉻酸鹽，因而，在涂層的涂覆、涂覆鋼板的加工、使用和廢涂層液的處置過程中會產(chǎn)生安全和價昂的環(huán)境污染方面的問題。美國專利4496399涉及到一種涂覆無取向電工鋼片的無機(jī)磷酸鹽-有機(jī)絕緣涂層，組合物的無機(jī)部分是磷酸鋁鎂及或者是膠體二氧化硅和鉻酸酐，或者一種硅酸鋁微粒。組合物的有機(jī)部分含一種水懸浮液，懸浮液含有40-60%的一種丙烯酸或醋酸乙烯酯樹脂固體。這種涂層的一個缺點(diǎn)是其無機(jī)部分含有游離的磷酸，在高溫下必定會與鋼片發(fā)生反應(yīng)，并且還含有磷酸鎂化合物，這種化合物必須在高溫下使其固化，以預(yù)防因未反應(yīng)的磷酸或吸濕性的磷酸鹽化合物的存在而引起的粘性。然而在這樣高的固化溫度下，樹脂會發(fā)生降解，產(chǎn)生一種不均勻的褐色外觀，并使得涂層和鋼片的附著性變差。另一個缺點(diǎn)是由于出現(xiàn)薄涂層條紋，用槽軋橡皮劑量輥難以在鋼片的整個寬度上進(jìn)行均勻的涂覆。美國專利4618377披露了一種用來在電工鋼片上形成絕緣涂層的半無機(jī)涂料組合物，它包含一種有機(jī)樹脂乳液，用一種分散改進(jìn)劑進(jìn)行了表面處理的有機(jī)樹脂顆粒，和一種含有至少一種無機(jī)磷酸鹽或鉻酸鹽組分的溶液。經(jīng)表面處理的樹脂顆粒被用于控制固化涂層的表面粗糙度，從而改善了焊接性。樹脂乳液可以是單獨(dú)的丙烯酸系、醋酸乙烯酯、苯乙烯、丁二烯或者是醋酸乙烯酯，苯乙烯和丁二烯中的一種或多種的共聚物。經(jīng)表面處理的樹脂的粒度為2-50微米，可包括聚乙烯、聚丙烯、聚酞胺、丙烯酸樹脂、聚苯乙烯和苯并三聚氰胺中的一種或多種的共聚物或混合物。涂層的無機(jī)部分可包括鈣、鎂、鋁和鋅的磷酸鹽，鈣、鎂、鋅和鋁的氧化物，氫氧化物或碳酸鹽里的一種或多種。將涂層烘烤至半熔融，樹脂顆粒因而能在固化的絕緣層上提供0.5-1微米的表面粗糙度。鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的涂液含有鉻等元素，存在環(huán)保、均勻性等各種缺陷，現(xiàn)在特別需要研制一種用于冷軋無取向電工鋼的環(huán)保型半無機(jī)絕緣涂層。這種環(huán)保型涂層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，在從鋼板沖剪制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，能承受應(yīng)力退火和降碳處理，并且不產(chǎn)生過多的焊接氣孔，能與制造鐵芯時所使用的各種化學(xué)藥品及樹脂相容。并且，不含有可溶性六價絡(luò)或鉻酸鹽，以避免對環(huán)境的污染和電工鋼加工，使用過程中對操作工人身體的損害。特別是要得到與含鉻的半無機(jī)涂層等同的耐腐蝕性，沖剪性和耐退火性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種硅鋼用的絕緣涂層溶液，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、耐熱性等各項(xiàng)性能優(yōu)良。為了開發(fā)不含鉻化合物卻能獲得優(yōu)異膜性能的有機(jī)-無機(jī)混合涂層組合物，本發(fā)明研究出一種硅鋼用的絕緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，其化學(xué)組分及相應(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10-15%;磷酸二氫鋁，10-40°/。，優(yōu)選28-38%;硝酸鎂，5-20%,優(yōu)選8_9%;膠體二氧化硅，10-30%，優(yōu)選13-14%;非離子表面活性劑，1-5%;余量為去離子水。本發(fā)明使用的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，是通過核殼聚合法聚合而成。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(yīng)該在0.2-2nm之間。且涂層溶液的pH值在2-5之間。在本發(fā)明中，聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂起改進(jìn)對鋼板粘著性和改進(jìn)涂敷膜柔韌性的作用。然而，如果固含量太低，則涂層粉末化加劇且表面粗糙度惡化，從而降低美感等級。另外，粘著性不能得到強(qiáng)化，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)附加的效果。若其含量過高，則在釋放應(yīng)力的熱處理之后，絕緣性能和耐熱性惡化。因此本發(fā)明所使用的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂用量應(yīng)占涂層溶液總質(zhì)量的5-25%。磷酸二氫鋁是一種新型的無機(jī)合成材料，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)。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(jī)涂料與有機(jī)涂料配合使用。在此涂液中起粘結(jié)劑作用，改善絕緣涂層與玻璃膜底層的附著性。本發(fā)明所采用的磷酸二氫鋁可為磷酸和氫氧化鋁反應(yīng)所得，磷酸二氫鋁的用量占涂料總質(zhì)量的10-40%。硝酸鎂的加入可使涂層的外觀發(fā)生變化，若加入的量少，則涂層的色澤和光澤等美學(xué)特征惡化；若加入量過多，則在釋放應(yīng)力的熱處理后該涂敷膜可能剝離。硝酸鎂的加入量占涂液總質(zhì)量的5-20%。膠體二氧化硅為直徑為納米級的二氧化硅超微細(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、監(jiān)牢性、耐磨損性以及耐污染性。在連續(xù)的輥涂操作期間，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，磷酸鹽和樹脂組分快速干燥，并會由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?，結(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?zhàn)痈淖?，以致會?dǎo)致產(chǎn)生粘著性，并以至于會使固化的溶液粘著在輥表面上，形成厚層，厚到不能作業(yè)的程度。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%。主要制備步驟為將聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂加入到燒瓶中，再分別依次加入磷酸二氫鋁、硝酸鎂、膠體二氧化硅、非離子表面活性劑和去離子水，均勻混合即得。本發(fā)明的絕緣涂層溶液，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，在從鋼板沖剪制疊片的過程中所造成的模具磨損小，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，能承受應(yīng)力退火和降碳處理，并且不產(chǎn)生過多的焊接氣孔，能與制造鐵芯時所使用的各種化學(xué)藥品及樹脂相容，制得涂層的均勻性、耐腐性、耐熱性等各項(xiàng)性能優(yōu)良，達(dá)到與含鉻的半無機(jī)涂層等同的耐腐蝕性，沖剪性和耐退火性。具體實(shí)施例方式按如表1所示的配方制備出的絕緣涂層溶液涂布到鋼板上，在55(TC下進(jìn)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(yīng)量的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂加入到500ml的三口燒瓶中，再分別依次加入相應(yīng)量的磷酸二氫鋁、硝酸鎂、膠體二氧化硅、非離子表面活性劑和去離子水，攪拌均勻制得涂層溶液。各組成的配方如表1所示表1涂層溶液成分的組成<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(注A聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂，B為磷酸二氫鋁，C為硝酸鎂，D為膠體二氧化硅，E為非離子表面活性劑，為美國聯(lián)合碳化物公司的商品TRIT0NX-407型。)實(shí)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、40%的丙烯酸酯和20%的環(huán)氧乙烷經(jīng)聚合獲得，所得聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂的分子量在1000-20000之間，它們的平均粒度應(yīng)該在0.2um，涂層溶液的pH值為4。實(shí)施例4-6的聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂為由20%的聚氨酯、50%的丙烯酸酯和30%的環(huán)氧乙垸反應(yīng)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(yīng)該在2um，涂層溶液的pH值為2。實(shí)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、25%的丙烯酸酯和25%的環(huán)氧乙垸反應(yīng)所的，所得聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂的分子量在1000-20000之間，它們的平均粒度應(yīng)該在lPm，涂層溶液的pH值為3。對比例11-17與實(shí)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膜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A表示。對于膜的剝離，不剝離時用O表示，剝離時用A表示。膜外觀美感用O表示，不美感用A表示。表2涂層性能的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表2可得知，在實(shí)施例1-10的條件下，膜的特性如美感、絕緣強(qiáng)度、粘著性、耐腐蝕性以及耐熱性均優(yōu)異。這是由于在磷酸鹽晶體之間填充了樹脂和無機(jī)添加劑，從而使涂層的結(jié)構(gòu)致密。于此相反，在對比例ll中，聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂的含量偏低時，膜的美感和粘著性低劣。例13中，樹脂的含量過高時，當(dāng)進(jìn)行釋放應(yīng)力的加熱后，絕緣強(qiáng)度和耐熱性不能令人滿意。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。權(quán)利要求1.一種硅鋼用的絕緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，其組分及相應(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％；硝酸鎂，5-20％；膠體二氧化硅，10-30％；非離子表面活性劑，1-5％；余量為去離子水。2.如權(quán)利要求l所述硅鋼用的絕緣涂層溶液，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)氧乙垸樹脂的質(zhì)量百分比為10-15%。3.如權(quán)利要求1所述硅鋼用的絕緣涂層溶液，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28-38%。4.如權(quán)利要求1所述硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，所述硝酸鎂的質(zhì)量百分比為8-9%。5.如權(quán)利要求l所述硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，所述膠體二氧化硅的質(zhì)量百分比為13-14%。6.如權(quán)利要求l-5中任一權(quán)利要求所述硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙烷樹脂是通過核殼聚合法聚合而成。7.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述硅鋼用的絕緣涂層溶液，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。'8.如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述硅鋼用的絕緣涂層溶液，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。9.如權(quán)利要求l-5中任一權(quán)利要求所述硅鋼用的絕緣涂層溶液，其特征在于，所述聚氨酯-丙烯酸酯-環(huán)氧乙垸樹脂的平均粒度應(yīng)該在0.2-2um之間。全文摘要本發(fā)明涉及一種絕緣涂層溶液及其在硅鋼上的應(yīng)用。公開了一種硅鋼用的絕緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計，本發(fā)明涂層溶液的化學(xué)組分及相應(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％；硝酸鎂，5-20％；膠體二氧化硅，10-30％；非離子表面活性劑，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、耐熱性等各項(xiàng)性能優(yōu)良。文檔編號C09D151/08GK101407645SQ20081004403公開日2009年4月15日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者波廖,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