一種無取向矽鋼環保絕緣塗料的製備方法與流程
2023-10-19 16:21:52
本發明屬於無取向矽鋼生產技術領域，具體涉及一種無取向矽鋼環保絕緣塗料的製備方法。
背景技術：
無取向冷軋矽鋼塗層板作為電機和變壓器的鐵芯材料，廣泛應用於各種電氣設備的製造中，時至今日矽鋼表面塗覆的絕緣塗層廣泛採用鉻酸鹽塗料，鉻汙染存在於原料生產、塗料生產、塗層生產、三廢處理、用戶應用、廢品回收等各個環節，對社會環境和公眾健康造成了一定的危害。因此，從源頭上杜絕鉻的使用是最直接有效的手段，不含鉻的高性能絕緣塗層的製備對無取向矽鋼塗層板的製造具有挑戰性和重要性。
目前，無取向冷軋矽鋼表面的環保型絕緣塗層多數採用以丙烯酸樹脂為粘合主料，添加無機填料粉體及助劑的傳統制漆技術，無機粉體的超細化是技術關鍵，這種技術的引進是在現有技術的基礎上，不斷消化和改進而來，在塗層厚度相同的條件下具有高的表面電阻和良好的遮蓋力優勢，但存在高voc、粉體分散差、穩定性差、耐腐蝕性差等不足，不能完全滿足人們使用的要求。近年來，水分散型和水溶液型半有機塗料的研究受到重視。該塗料可以在無取向矽鋼表面形成半透明的銀灰色塗層，解決了voc和粉體分散問題，但仍存在耐熱性、穩定性差的問題，與鉻酸鹽塗層仍存在較大差距。同時所形成的塗層硬度低，受熱後易發生的蠕變。因此，研究開發一種耐熱性及穩定性良好，且塗層硬度高的絕緣塗料具有重要的現實意義。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對目前使用的絕緣塗料耐熱性、穩定性差，塗層硬度低的缺陷，提供了一種無取向矽鋼環保絕緣塗料的製備方法。
為解決上述技術問題，本發明採用如下所述的技術方案：
一種無取向矽鋼環保絕緣塗料的製備方法，其特徵在於具體製備步驟為：
（1）取160～190g丙烯酸丁脂和260～320g乙酸乙酯放入帶有攪拌器、溫度計、滴液漏鬥及回流裝置的四口燒瓶中，並將四口燒瓶置於油浴鍋，使用氮氣保護，設定溫度為80～85℃，保溫10～15min；
（2）在保溫結束後，分別向四口燒瓶中加入60～65g丙烯酸、30～35g甲基丙烯酸甲酯及10～30g丙烯酸異辛酯，再將320～380ml質量分數為10％的己二酸二醯肼溶液滴加入四口燒瓶中；
（3）在己二酸二醯肼滴加完成後，升溫至90～95℃，攪拌50～70min，再分別向四口燒瓶中加入50～60g甲苯二異氰酸酯、80～90g乙二酸、35～40g聚乙二醇及30～36g丙烯酸異辛酯攪拌反應20～25min；
（4）取40～45g甲基乙烯基二氯矽烷及2～3g三乙烯二胺混合均勻，得混合物，在上述攪拌反應結束後，將混合物滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，停止攪拌，靜置4～6h；
（5）待靜置結束後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的物質放入蒸餾裝置中，設定溫度為105～110℃，蒸餾1～2h，收集蒸餾剩餘物，使用氨水調節ph至7.5～8.0，得無取向矽鋼環保絕緣塗料基液，備用；
（6）取150～200g二氧化鈦、100～110g二氧化矽、80～90g氧化鋁及30～35g氧化鎂放入球磨機中，以300r/min球磨20～30min，收集球磨物放入電熔融爐中，使用氮氣將電熔融爐內的空氣排出，設定溫度為1250～1330℃，熔融1～2h；
（7）在熔融結束後，自然冷卻至室溫，收集熔融物，並對熔融物進行粉碎，過篩，收集過篩顆粒，按重量份數計，取70～75份步驟（5）備用的無取向矽鋼環保絕緣塗料基液、30～35份過篩顆粒、18～20份乙二醇、11～13份水及4～6份矽烷偶聯劑放入混合機中混合，收集混合物，即可得無取向矽鋼環保絕緣塗料。
優選的，所述的步驟（2）中質量分數為10％的己二酸二醯肼溶液滴加速率為每秒1滴。
優選的，所述的步驟（4）中混合物滴加速率為每秒3滴。
優選的，所述的步驟（7）中矽烷偶聯劑為γ-(2,3-環氧丙氧基）丙基三甲氧基矽烷。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明以丙烯酸丁脂、乙酸乙酯、甲苯二異氰酸酯為原料，以己二酸二醯肼作為交聯劑，在水性聚氨酯合成過程中進行交聯改性，增加塗料的穩定性，再利用甲基乙烯基二氯矽烷對其進行封端改性，提高了膜的耐熱性；
（2）本發明通過將二氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁及氧化鎂在高溫熔融下，與氮氣進行接觸，形成氮化鎂、氮化鋁、氮化矽，並與二氧化鈦進行混熔，提高了絕緣塗料的耐熱性能，利用二氧化鈦的催化，在塗料成膜時進行催化，增加塗層的硬度；
（3）在製備過程中未加入鉻元素，不會對環境造成汙染，同時利用γ-（2,3-環氧丙氧基）丙基三甲氧基矽烷增加金屬化合物在基體上的附著力，增加膜的穩定性。
具體實施方式
取160～190g丙烯酸丁脂和260～320g乙酸乙酯放入帶有攪拌器、溫度計、滴液漏鬥及回流裝置的四口燒瓶中，並將四口燒瓶置於油浴鍋，使用氮氣保護，設定溫度為80～85℃，保溫10～15min；在保溫結束後，分別向四口燒瓶中加入60～65g丙烯酸、30～35g甲基丙烯酸甲酯及10～30g丙烯酸異辛酯，以180r/min攪拌，同時將320～380ml質量分數為10%的己二酸二醯肼使用滴液漏鬥以每秒1滴滴加入四口燒瓶中；在己二酸二醯肼滴加完成後，升溫至90～95℃，以200r/min攪拌50～70min，再分別向四口燒瓶中加入50～60g甲苯二異氰酸酯、80～90g乙二酸、35～40g聚乙二醇及30～36g丙烯酸異辛酯以120r/min攪拌反應20～25min；取40～45g甲基乙烯基二氯矽烷及2～3g三乙烯二胺混合均勻，得混合物，在反應結束後，使用滴液漏鬥將混合物以每秒3滴滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，停止攪拌，靜置4～6h，靜置結束後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的物質放入蒸餾裝置中，設定溫度為105～110℃，蒸餾1～2h，收集蒸餾剩餘物，使用質量分數為10%的氨水調節ph至7.5～8.0，得無取向矽鋼環保絕緣塗料基液；取150～200g二氧化鈦、100～110g二氧化矽、80～90g氧化鋁及30～35g氧化鎂放入球磨機中，以300r/min球磨20～30min，收集球磨物放入電熔融爐中，使用氮氣將電熔融爐內的空氣排出，設定溫度為1250～1330℃，熔融1～2h後，自然冷卻至室溫，收集熔融物，並放入粉碎機中進行粉碎，對粉碎物過300目篩，收集過篩顆粒，按重量份數計，取70～75份無取向矽鋼環保絕緣塗料基液、30～35份過篩顆粒、18～20份乙二醇、11～13份水及4～6份γ-（2,3-環氧丙氧基）丙基三甲氧基矽烷放入混合機中，以300r/min混合20～30min，收集混合物，即可得無取向矽鋼環保絕緣塗料。
實例1
取160g丙烯酸丁脂和260g乙酸乙酯放入帶有攪拌器、溫度計、滴液漏鬥及回流裝置的四口燒瓶中，並將四口燒瓶置於油浴鍋，使用氮氣保護，設定溫度為80℃，保溫10min；在保溫結束後，分別向四口燒瓶中加入60g丙烯酸、30g甲基丙烯酸甲酯及10g丙烯酸異辛酯，以180r/min攪拌，同時將320ml質量分數為10%的己二酸二醯肼使用滴液漏鬥以每秒1滴滴加入四口燒瓶中；在己二酸二醯肼滴加完成後，升溫至90℃，以200r/min攪拌50min，再分別向四口燒瓶中加入50g甲苯二異氰酸酯、80g乙二酸、35g聚乙二醇及30g丙烯酸異辛酯以120r/min攪拌反應20min；取40g甲基乙烯基二氯矽烷及2g三乙烯二胺混合均勻，得混合物，在反應結束後，使用滴液漏鬥將混合物以每秒3滴滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，停止攪拌，靜置4h，靜置結束後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的物質放入蒸餾裝置中，設定溫度為105℃，蒸餾1h，收集蒸餾剩餘物，使用質量分數為10%的氨水調節ph至7.5，得無取向矽鋼環保絕緣塗料基液；取150g二氧化鈦、100g二氧化矽、80g氧化鋁及30g氧化鎂放入球磨機中，以300r/min球磨20min，收集球磨物放入電熔融爐中，使用氮氣將電熔融爐內的空氣排出，設定溫度為1250℃，熔融1h後，自然冷卻至室溫，收集熔融物，並放入粉碎機中進行粉碎，對粉碎物過300目篩，收集過篩顆粒，按重量份數計，取70份無取向矽鋼環保絕緣塗料基液、30份過篩顆粒、18份乙二醇、11份水及4份γ-（2,3-環氧丙氧基）丙基三甲氧基矽烷放入混合機中，以300r/min混合20min，收集混合物，即可得無取向矽鋼環保絕緣塗料。
首先將無取向矽鋼片放入溫度為70℃，質量分數為5%的硫酸溶液中酸洗25s，接著用清水將酸洗後的矽鋼片清洗3次，並瀝乾矽鋼片表面的水分，然後將本發明製備的無取向矽鋼環保絕緣塗料均勻塗覆於矽鋼片表面，控制塗覆厚度為0.5μm，將塗覆完成的矽鋼片在溫度為75℃條件下乾燥8min後，再於溫度為480℃條件下固化20s即可，經檢測，使用本發明製備的無取向矽鋼環保絕緣塗料製備的絕緣塗層附著力為a級，硬度為9h，在780℃條件下退火2h不掉粉，在溫度為35℃條件下，用質量分數為5%的鹽水溶液連續噴霧5h，鏽蝕面積僅為3%，在氮氣保護狀態下，在溫度為860℃條件下，連續加熱2h，塗層的光澤為深灰色，耐熱性能佳。
實例2
取190g丙烯酸丁脂和320g乙酸乙酯放入帶有攪拌器、溫度計、滴液漏鬥及回流裝置的四口燒瓶中，並將四口燒瓶置於油浴鍋，使用氮氣保護，設定溫度為85℃，保溫15min；在保溫結束後，分別向四口燒瓶中加入65g丙烯酸、35g甲基丙烯酸甲酯及30g丙烯酸異辛酯，以180r/min攪拌，同時將380ml質量分數為10%的己二酸二醯肼使用滴液漏鬥以每秒1滴滴加入四口燒瓶中；在己二酸二醯肼滴加完成後，升溫至95℃，以200r/min攪拌70min，再分別向四口燒瓶中加入60g甲苯二異氰酸酯、90g乙二酸、40g聚乙二醇及36g丙烯酸異辛酯以120r/min攪拌反應25min；取45g甲基乙烯基二氯矽烷及3g三乙烯二胺混合均勻，得混合物，在反應結束後，使用滴液漏鬥將混合物以每秒3滴滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，停止攪拌，靜置6h，靜置結束後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的物質放入蒸餾裝置中，設定溫度為110℃，蒸餾2h，收集蒸餾剩餘物，使用質量分數為10%的氨水調節ph至8.0，得無取向矽鋼環保絕緣塗料基液；取200g二氧化鈦、110g二氧化矽、90g氧化鋁及35g氧化鎂放入球磨機中，以300r/min球磨30min，收集球磨物放入電熔融爐中，使用氮氣將電熔融爐內的空氣排出，設定溫度為1330℃，熔融2h後，自然冷卻至室溫，收集熔融物，並放入粉碎機中進行粉碎，對粉碎物過300目篩，收集過篩顆粒，按重量份數計，取75份無取向矽鋼環保絕緣塗料基液、35份過篩顆粒、20份乙二醇、13份水及6份γ-（2,3-環氧丙氧基）丙基三甲氧基矽烷放入混合機中，以300r/min混合30min，收集混合物，即可得無取向矽鋼環保絕緣塗料。
首先將無取向矽鋼片放入溫度為70℃，質量分數為5%的硫酸溶液中酸洗25s，接著用清水將酸洗後的矽鋼片清洗3次，並瀝乾矽鋼片表面的水分，然後將本發明製備的無取向矽鋼環保絕緣塗料均勻塗覆於矽鋼片表面，控制塗覆厚度為0.5μm，將塗覆完成的矽鋼片在溫度為75℃條件下乾燥8min後，再於溫度為480℃條件下固化20s即可，經檢測，使用本發明製備的無取向矽鋼環保絕緣塗料製備的絕緣塗層附著力為a級，硬度為9h，在800℃條件下退火3h不掉粉，在溫度為35℃條件下，用質量分數為5%的鹽水溶液連續噴霧6h，鏽蝕面積僅為4%，在氮氣保護狀態下，在溫度為880℃條件下，連續加熱2h，塗層的光澤為深灰色，耐熱性能佳。
實例3
取175g丙烯酸丁脂和240g乙酸乙酯放入帶有攪拌器、溫度計、滴液漏鬥及回流裝置的四口燒瓶中，並將四口燒瓶置於油浴鍋，使用氮氣保護，設定溫度為83℃，保溫12min；在保溫結束後，分別向四口燒瓶中加入63g丙烯酸、32g甲基丙烯酸甲酯及20g丙烯酸異辛酯，以180r/min攪拌，同時將350ml質量分數為10%的己二酸二醯肼使用滴液漏鬥以每秒1滴滴加入四口燒瓶中；在己二酸二醯肼滴加完成後，升溫至92℃，以200r/min攪拌60min，再分別向四口燒瓶中加入55g甲苯二異氰酸酯、85g乙二酸、38g聚乙二醇及33g丙烯酸異辛酯以120r/min攪拌反應23min；取43g甲基乙烯基二氯矽烷及2g三乙烯二胺混合均勻，得混合物，在反應結束後，使用滴液漏鬥將混合物以每秒3滴滴加入四口燒瓶中，待滴加完成後，停止攪拌，靜置5h，靜置結束後，自然冷卻至室溫，將四口燒瓶中的物質放入蒸餾裝置中，設定溫度為108℃，蒸餾1.5h，收集蒸餾剩餘物，使用質量分數為10%的氨水調節ph至7.7，得無取向矽鋼環保絕緣塗料基液；取175g二氧化鈦、105g二氧化矽、85g氧化鋁及32g氧化鎂放入球磨機中，以300r/min球磨25min，收集球磨物放入電熔融爐中，使用氮氣將電熔融爐內的空氣排出，設定溫度為1275℃，熔融1.5h後，自然冷卻至室溫，收集熔融物，並放入粉碎機中進行粉碎，對粉碎物過300目篩，收集過篩顆粒，按重量份數計，取73份無取向矽鋼環保絕緣塗料基液、33份過篩顆粒、19份乙二醇、12份水及5份γ-（2,3-環氧丙氧基）丙基三甲氧基矽烷放入混合機中，以300r/min混合25min，收集混合物，即可得無取向矽鋼環保絕緣塗料。
首先將無取向矽鋼片放入溫度為70℃，質量分數為5%的硫酸溶液中酸洗25s，接著用清水將酸洗後的矽鋼片清洗3次，並瀝乾矽鋼片表面的水分，然後將本發明製備的無取向矽鋼環保絕緣塗料均勻塗覆於矽鋼片表面，控制塗覆厚度為0.5μm，將塗覆完成的矽鋼片在溫度為75℃條件下乾燥8min後，再於溫度為480℃條件下固化20s即可，經檢測，使用本發明製備的無取向矽鋼環保絕緣塗料製備的絕緣塗層附著力為a級，硬度為9h，在790℃條件下退火3h不掉粉，在溫度為35℃條件下，用質量分數為5%的鹽水溶液連續噴霧6h，鏽蝕面積僅為3%，在氮氣保護狀態下，在溫度為870℃條件下，連續加熱2h，塗層的光澤為深灰色，耐熱性能佳。