一种无取向硅钢涂料及其应用.pdf

本发明公开了一种无取向硅钢涂料及其应用，以涂料的总质量为基础计，其组分及相应的质量百分比为：有机硅树脂，10%~25%；磷酸二氢铝，10%~30%；磷酸二氢锌，6%~20%；二氧化硅胶体，4%~26%；丙二醇，1%~3%；余量为水。本发明的无取向硅钢涂料，不仅完全消除了铬元素带来的环保问题，而且具有良好的表面状态、高附着性、高绝缘性、高耐蚀、耐高温和高焊接性等特性，可广泛适用于制备无取向硅钢涂层，尤其适用于冷轧无取向电工钢板表面涂覆处理。

权利要求书
1.  一种无取向硅钢涂料，以涂料的总质量为基础计，其组分及相应的质量百分比为：
有机硅树脂，10％～25％；
磷酸二氢铝，10％～30％；
磷酸二氢锌，6％～20％；
二氧化硅胶体，4％～26％；
丙二醇，1％～3％；
余量为水。

2.  如权利要求1所述的无取向硅钢涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述有机硅树脂的质量百分比为15％～20％。

3.  如权利要求1所述的无取向硅钢涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述磷酸二氢铝的质量百分比为15％～25％。

4.  如权利要求1所述的无取向硅钢涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述磷酸二氢锌的质量百分比为10％～15％。

5.  如权利要求1所述的无取向硅钢涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述二氧化硅胶体的质量百分比为5％～20％。

6.  如权利要求1所述的无取向硅钢涂料，其特征在于，以涂料的总质量为基础计，所述丙二醇的质量百分比为1.5％～2.5％。

7.  如权利要求1～6中任一所述的无取向硅钢涂料，其特征在于，所述有机硅树脂是由质量百分比为60％～80％的甲基烷氧基硅烷和质量百分比为20％～40％的苯基烷氧基硅烷为原料，采用水解-缩聚的方法所得。

8.  如权利要求1～6中任一所述的无取向硅钢涂料，其特征在于，所述有机硅树脂的平均相对数均分子量为2000-10000。

9.  如权利要求1～6中任一所述的无取向硅钢涂料，其特征在于，所述有机硅树脂的平均粒度在0.3～1.5微米之间。

10.  如权利要求1～9中任一所述的无取向硅钢涂料用于制备无取向硅钢涂层的应用。

说明书一种无取向硅钢涂料及其应用
技术领域
本发明涉及一种无取向硅钢涂料及其应用，具体涉及一种用于无取向硅钢有机-无机环保型绝缘涂料及其应用，使其形成防腐绝缘涂层，用于硅钢绝缘涂层制备技术领域。
背景技术
无取向硅钢主要用做各种电动机、变压器及大部分的家用电器的电机铁芯材料，为了减少硅钢板涡流损失，保证无取向硅钢表面有较高的电阻率，使得层间功率损失降到最小，同时保护硅钢免受各种腐蚀介质腐蚀，故需在硅钢表层涂覆绝缘防腐涂层。
目前，无取向硅钢涂层主要有三种：有机涂层、无机涂层、有机-无机涂层(半无机涂层)。总的发展趋势是有机涂层已被逐渐淘汰，无机涂层将逐渐代替无机涂层。但受各方面条件的限制和无机涂层本身的属性，目前应用较多的仍是半无机涂层。同时，受到环保的要求，无铬涂层将逐步取代含铬涂层。
专利US4496399涉及到一种无机/有机磷酸盐绝缘涂层，此专利介绍了一种用于涂覆无取向硅钢的含水组合物，组合物的无机部分包含100份磷酸铝镁或者是33～250份胶体二氧化硅和10～25份铬酐，或者是30～250份的一种硅酸铝微粒。组合物的有机部分含15～1350份的一种水悬浮溶液。悬浮液含有40～60％的一种丙烯酸或醋酸乙烯树脂的固体。
专利CN101381579A介绍了一种硅钢片用无六价铬环保绝缘涂层材料的制备方法，即轻质镁化合物与磷酸反应生成磷酸镁溶液，调节溶液的酸度，再与水溶性环氧树脂溶液和纳米氧化钛、纳米氧化镁的混合粉体混合，搅拌均匀，得硅钢片用无六价铬环保绝缘涂层材料。
专利CN103555041A一种具有高冲片性能无取向电工钢环保绝缘涂料及其制备方法和应用，包括:磷酸二氢铝：20％～60％，有机树脂：2％～40％，硅溶胶：0.5％～5％，磷酸：1％～10％，硝酸：0.3～2％，氧化镁：1％～5％，稀土盐混合溶液：0.3％～5.5％，硅烷偶联剂：0.5％～5.5％，其余为溶剂水。
对上述涂层进行分析，这些涂层的一个缺点是其无机部分含有游离的磷酸，在高温下必定会与钢片发生反应，并且还含有磷酸镁化合物，这种化合物必须在高温下使其固化，以预防因未反应的磷酸或吸湿性的磷酸盐化合物的存在而引起的粘性。然而在这样高的固化温度下，树脂会发生降解，产生一种不均匀的褐色外观，并使得涂层和钢片的附着性变差。另一个缺点是由于出现薄涂层条纹，用槽轧橡皮剂量辊难以在钢片的整个宽度上进行均匀的涂覆。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无取向硅钢涂料，此涂料为单一组分的有机/无机水性环保涂料，不仅完全消除了铬元素带来的环保问题，而且具有良好的表面状态、高附着性、高绝缘性、高耐蚀、耐高温和高焊接性等特性，可广泛适用于制备无取向硅钢涂层，尤其适用于冷轧无取向电工钢板表面涂覆处理。
为了达到上述发明目的，本发明提供一种含有有机硅树脂、磷酸二氢铝、磷酸二氢锌和纳米级硅溶胶的新型环保无取向硅钢绝缘涂料，以涂料的总质量分数为基础计，其组分及相应的质量百分比为：
有机硅树脂，10％～25％，优选15％～20％；
磷酸二氢铝，10％～30％，优选15％～25％；
磷酸二氢锌，6％～20％，优选10％～15％；
二氧化硅胶体，4％～26％，优选5％～20％；
丙二醇，1％～3％，优选1.5％～2.5％；
余量为水。
有机硅树脂可为10％～14％、14％～15％、15％～17％、17％～18％、18％～20％、20％～23％或23％～25％；磷酸二氢铝可为10％～12％、12％～15％、15％～18％、18％～23％、23％～25％、25％～28％或28％～30％；磷酸二氢锌可为6％～7％、7％～8％、8％～10％、10％～12％、12％～15％、15％～16％或16％～20％；二氧化硅胶体可为4％～8％、8％～10％、10％～13％、13％～15％、15％～18％、18％～20％、20％～22％或22％～26％；丙二醇可为1％～1.2％、1.2％～1.5％、1.5％～1.8％、1.8％～2％、2％～2.2％、2.2％～2.5％、2.5％～2.8％或2.8％～3％。
本发明使用的有机硅树脂，是由质量百分比为60％～80％的甲基烷氧基硅烷和质量百分比为20％～40％的苯基烷氧基硅烷为原料，采用水解-缩聚的方法所得。优选的，有机硅树脂的平均相对数均分子量为2000-10000，平均粒度在0.3～1.5微米之间。有机硅树脂由于比普通的有机树脂的耐热性高，采用有机硅树脂可以防止高温情况下，树脂的分解对涂层产生的影响；同时有机硅树脂含有硅氧键，能和涂层这种的纳米二氧化硅在高温下产生交联，可以极大改善涂层的附着性。
磷酸二氢铝是一种新型的无机粘结材料，常温下可固化，可提高涂层的耐高温、抗震、抗剥落和绝缘性等。同时，在绝缘涂层中，又起粘结剂作用，改善绝缘涂层与硅钢玻璃底层的附着性。本发明中磷酸二氢铝的用量占涂料总质量的10％～30％。
磷酸二氢锌的加入可改善固化后涂层的外观性能，若加入的量少，则涂层的外观不理想； 若加入量过多，则附着性变差。本发明中磷酸二氢锌的用量占涂料总质量的6％～20％。
二氧化硅胶体是直径为纳米级的二氧化硅超微细颗粒分散在水中的乳白色胶体溶液,如直径为5-25纳米的二氧化硅超微细颗粒。二氧化硅胶体渗透力强，作为涂料的配合材料可以提高结合性、耐磨损性和耐污染性。本发明中二氧化硅胶体的用量占涂料总质量的4％～26％。
本发明中加入的丙二醇，可改善涂料的润湿性，加强涂料各组分间的相互协同作用，改善了涂层的耐腐蚀性。
主要制备步骤为：将有机硅树脂加入到烧瓶中，再分别依次加入磷酸二氢铝、磷酸二氢锌、二氧化硅胶体、丙二醇和水，均匀混合可得。
本发明的无取向硅钢涂料，完全消除了铬元素带来的环保问题，具有良好的表面状态，外观均一，溶液稳定无沉淀物；具有良好的附着性、表面力学性能和加工性能。固化后形成的涂层具有较高的层间电阻率，满足绝缘性的要求，有良好的耐化学品、耐腐蚀、耐高温和焊接性能。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
按如表1所示的配方制备出无取向硅钢涂料涂布在无取向硅钢板上，在550℃下进行30秒热处理，可得到1.5微米的绝缘涂膜的硅钢板。
具体制备步骤如下：按表1的配方比例，将有机硅树脂加入到500ml的三口烧瓶中，再分别依次加入相应量的磷酸二氢铝、磷酸二氢锌、二氧化硅胶体、丙二醇和水，均匀混合可得无取向硅钢涂料。
各组分的配方如表1所示(余量为水)：
表1无取向硅钢涂料成分的组成


(注：A有机硅树脂，B为磷酸二氢铝，C为磷酸二氢锌，D为二氧化硅胶体，E为丙二醇)
实施例1～3、实施例7的有机硅树脂为由质量百分比为80％的甲基氧基硅烷和20％的苯基氧基硅烷为原料，采用水解-缩聚的方法所得，平均相对数均分子量为2000-10000，平均粒度为0.3～1.5微米。实施例4～5、实施例8的有机硅树脂为由质量百分比为70％的甲基氧基硅烷和30％的苯基氧基硅烷为原料，采用水解-缩聚的方法所得，平均相对数均分子量为2000-10000，平均粒度为0.3～1.5微米。实施例6、实施例9的有机硅树脂为由质量百分比为60％的甲基氧基硅烷和40％的苯基氧基硅烷为原料，采用水解-缩聚的方法所得，平均相对数均分子量为2000-10000，平均粒度为0.3～1.5微米。对比例2～4、对比例7与实施例1～3的有机硅树脂相同，对比例5～6、对比例8与实施例4～5的有机硅树脂相同，对比例9与实施例9的有机硅树脂相同。
表2是表示按表1的方法得到的涂层的各种性能。
涂层的外观性能评价通过SEM来判断，涂层美感用√表示，一般用o，不美感用×表示；
绝缘性的测定采用Frankin测试仪测定(通过层间电阻评定)；
耐蚀性测定参考QB/T3832-1999，测试结果用耐腐蚀等级1～10表示，其中10级为最好，0级为最差；
附着性测定参考GB/T2522-2007，测试结果中A表示无脱落，B表示稍有脱落，C表示 脱落；
焊接性，优良用√表示，一般用o表示，差时用×表示；
耐热性，优良用√表示，一般用o表示，差时用×表示。
表2涂层性能的比较

从表2可知，在实施例1-9的条件下，涂层的外观美观，绝缘性、耐腐蚀性、附着性、焊接性和耐热性均优良。
与实施例1相比，对比例1中不含有机硅树脂，涂层的附着性和焊接性能均较实施例1差，不令人满意。对比例2相较于实施例1，有机硅树脂的含量偏高，则涂层的耐热性较实施例1差，不令人满意。
与实施例2相比，对比例3中不含磷酸二氢铝，则涂层的绝缘性、附着性和耐热性差。
与实施例3相比，对比例4中不含磷酸二氢锌，则涂层的外观和附着性差。
与实施例4相比，对比例5中不含二氧化硅胶体溶液，则涂层的耐腐蚀性和附着性差。
与实施例5相比，对比例6中不含丙二醇，涂层的外观不美观。
对比例7-9中，因为各组分的含量不符合要求而使涂膜的性能受到影响，而不能达到各种性能优异的目的。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。