一種無鉻環保絕緣塗料的製作方法

2023-08-09 00:46:36 2

專利名稱：一種無鉻環保絕緣塗料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種絕緣塗料，尤其涉及一種可用於無取向矽鋼的無含鉻環保絕緣塗 料。
背景技術：
電動機和變壓器所用的無取向矽鋼片要有一層絕緣塗層，使得矽鋼片在衝片疊裝 成定子材料後，降低定子的渦流損耗。該矽鋼片還需要具有良好的附著性，以保證不會在衝 片時從矽鋼片邊緣脫落，同時絕緣塗層在衝壓、開槽或剪斷時不應過度粉化，以免堆積在進 料輥或其它設備上，磨損用於衝壓或剪切疊片的模具。絕緣塗層必須耐受消除應力退火，且 退火後的塗層應該具備烏黑髮亮的外觀。傳統的絕緣塗層往往採用鉻酸鹽作為組分，而鉻酸鹽由於具有致癌性，在環保要 求日益苛刻的今天，其使用受到越來越嚴格的限制。近年來，無鉻絕緣塗層得以快速的發展，目前通常使用磷酸鹽代替鉻酸鹽。磷酸鹽 塗層可以提供優良的絕緣性能和耐熱性，但是磷酸鹽中往往含有過量的殘餘磷酸，因此容 易產生吸溼發粘現象(粘片性)，需要添加殘餘磷酸的穩定劑。例如歐洲專利EP1208166B1 採用100份磷酸二氫鋁，觀 98份丙烯酸-苯乙烯乳液，6 18份硝酸鋅，4 13份矽 的化合物，18 35g乙二醇，以及3 Ilg非離子表面活性劑的絕緣塗料，由於沒有殘餘 磷酸的穩定劑，故表現出吸水和粘片性，同時由於採用了硝酸鋅，影響其耐蝕性；美國專利 5955201採用無機矽酸鹽顆粒作為殘餘磷酸的穩定劑，雖有效地避免了粘片性的問題，但無 機矽酸鹽顆粒與溶液體系不混溶，極易產生沉澱，在攪拌不均時其效果難以體現；PCT專利 申請W02008/016220A1採用氫氧化鈷和氫氧化鍶作為殘餘磷酸的穩定劑，也可以避免粘片 性問題，但兩者均為無機顆粒，難以混合均勻。同時，以上專利技術的無鉻塗層黑片均不具 備烏黑髮亮的外觀。總體來說，現有的磷酸鹽絕緣塗層還不能完全替代含鉻的絕緣塗層。2003年2月13日歐盟委員會和歐洲議會頒布了兩項標準指令，即電子電器設備 廢棄物的指令(WEEE)和電子電器設備中限制使用某些有害物質的指令(ROiB)。指令要求， 2006年7月1日起歐盟市場上銷售的電子電器產品中有害元素的指標必須符合規定，要限 制的有害物質有鎘、鉛、水銀、六價鉻、多溴聯苯、聚合溴化聯苯乙醚等。同時新日鐵、浦項 等公司均針對無鉻半有機塗層進行著研發，並積極嘗試替代含鉻半有機塗層。一旦無鉻塗 層的市場份額大幅提升，寶鋼無取向矽鋼則面對相當被動的局面。

發明內容
本發明的目的是提供一種無鉻環保絕緣塗料，無取向矽鋼塗覆該半有機無鉻塗 層，具有優良的外觀、耐腐蝕性、附著性，消除應力退火後塗層具有烏黑髮亮的外觀。為達到上述目的，本發明的技術方案是，一種無鉻環保絕緣塗料，其成分為金屬磷酸二氫鹽100質量份；
醋酸乙烯酯、丙烯酸、苯乙烯-丙烯酸共聚或環氧樹脂中的一種或多種，10 100 質量份；可溶性的金屬有機酸鹽1 40質量份；硼的化合物12 30份；純水200 5000質量份。進一步，還包括有機溶劑，其添加量相對於100質量份的金屬磷酸二氫鹽溶液不 超過50質量份，包括乙二醇、或丙三醇。又，所述的金屬磷酸二氫鹽為Al (H2PO4) 3、Mg (H2PO4) 2、Ca (H2PO4) 2 或 Zn (H2PO4) 2。所述的Al (H2PO4)3，其通過摩爾比為0. 14 0. 20的Al2O3和H3PO4混合獲得，也 可以通過摩爾比為0.沘 0. 40的Al (OH)3與H3PO4混合獲得；Mg (H2PO4) 2、Ca(H2PO4)2和 Si(H2PO4)2，通過摩爾比為0. 40 0. 6的金屬氧化物或氫氧化物和H3PO4混合獲得。所述的可溶性的金屬有機酸鹽為二價和三價金屬的有機酸鹽，包括Mg、Al、Ca、Zn、 Co、Ni和Sr等的乳酸鹽、醋酸鹽、葡萄糖酸鹽以及檸檬酸鹽。所述的硼的化合物包括硼酸、四硼酸鈉、四硼酸鋰、或四硼酸鉀。本發明無鉻環保絕緣塗料的塗覆方法，將上述無鉻環保絕緣塗料在無取向矽鋼 表面塗覆，單位面積塗敷的塗層質量為0. 6g/m2 4g/m2，塗覆後烘烤，烘烤溫度為200 550 "C。在本發明中，金屬磷酸二氫鹽可以提高絕緣塗層的耐熱性和耐蝕性，優選的金屬磷酸二氫鹽有 Al (H2PO4) 3、Mg(H2PO4)2、Ca(H2PO4)2和Si(H2PO4)2等。在製備本發明塗料的過程中，這些金屬 磷酸二氫鹽可以是商品化的成品，也可以通過金屬氫氧化物或氧化物與磷酸混合的方式獲 得，例如對於Al (H2PO4) 3，其可以通過的摩爾比為0. 14 0. 20的Al2O3和H3PO4混合獲得，也 可以通過摩爾比為0. 28 0. 40的Al (OH) 3與H3PO4混合獲得，對於Mg (H2PO4) 2，Ca (H2PO4) 2 和Si (H2PCM)2等二價金屬，其可以通過摩爾比為0. 40 0. 6的金屬氧化物或氫氧化物和 H3PO4混合獲得。金屬氧化物或氫氧化物與磷酸的比值低於下限，則塗料中殘餘磷酸過多， 導致絕緣塗層粘片性惡化而不能使用；高於上限則造成塗料不穩定。金屬磷酸二氫鹽可以 單獨使用，也可以混合使用。醋酸乙烯酯、丙烯酸、苯乙烯-丙烯酸共聚或環氧樹脂樹脂在塗料中用以提高絕緣塗層的附著性和韌性，防止塗層與基板之間發生剝離 的現象。常用的這類樹脂為聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯酸共聚樹脂和環氧樹 脂中的一種或多種。相對於100質量份的金屬磷酸二氫鹽，樹脂的添加量為10 100質 量份。樹脂含量太少，則塗層表面變得過於粗糙、且塗層容易剝落和粉化，塗層的附著性難 以得到保證，而含量太多，則會降低絕緣塗層的耐熱性和焊接性。在製備本發明塗料的過程 中，這些樹脂也可以商品化的樹脂乳液形式提供。可溶性的金屬有機酸鹽本發明將選自乳酸鹽、醋酸鹽、葡萄糖酸鹽和檸檬酸鹽的金屬有機酸鹽引入到絕 緣塗料中，這些金屬有機酸鹽在水中具有一定的溶解度，可以實現將金屬以離子的形式引 入溶液體系中，而不引起溶液產生沉澱，保證塗料的均一性。申請人發現在塗料燒結過程 中，這類物質分解，金屬陽離子便會與殘餘的磷酸根發生反應，從而起到禁錮殘餘磷酸根的目的。這種金屬有機酸鹽可以是二價和三價金屬的有機酸鹽，包括Mg、Al、Ca、Zn、Co、Ni和 Sr等的乳酸鹽，醋酸鹽，葡萄糖酸鹽以及檸檬酸鹽等。相對於100質量份的金屬磷酸二氫鹽 溶液，這種金屬有機酸鹽的添加量為1 40質量份，如果低於1份，則塗層吸溼發粘的問題 沒有改善，但高於40份，則會顯著降低塗料體系的穩定性，甚至引起大量物質的析出。硼的化合物硼的化合物是塗層退火後具有烏黑光澤的關鍵物質。可選的硼化合物有硼酸、四 硼酸鈉和四硼酸鋰、四硼酸鉀等。這些硼的化合物可有效的提高塗層的透明性以及退火後 的塗層外觀，使之表現出有光澤的黑色外觀。相對於100質量份的金屬磷酸二氫鹽溶液，這 類物質的填加量為12 30份，如果低於12份，則塗層退火後的外觀呈現棕黃色，且沒有光 澤；如果高於30份，則塗層附著性變差，易於脫落。有機溶劑有機溶劑在本發明中屬於可選的成分，其可以提高塗層的均勻性，以適應高速塗 敷的無取向塗層生產線。優選的有機溶劑為乙二醇、丙三醇。相對於100質量份的金屬磷 酸二氫鹽溶液，有機溶劑的添加量應不超過50質量份，否則容易造成塗層的耐蝕性、焊接 性下降。純水添加一定量的純水，才能獲得穩定的塗覆性優良的塗液。本發明的塗料中還包括 200 5000質量份的水，如果水的質量份低於200，則塗料濃度過大，穩定性差，容易形成沉 澱，難以塗敷，如果超過5000，則塗料濃度過低，難以形成均勻塗膜。本發明的無鉻絕緣塗料可通過混合上述成分獲得，混合可在帶有攪拌裝置的反應 釜中進行。本發明的無鉻絕緣塗料加入塗層機供料系統就可進行塗覆，單位面積塗敷的塗層 質量為0. 6g/m2 4g/m2之間，塗敷太少則塗層的耐腐蝕性和絕緣性不合格，塗層太厚則塗 層附著性和焊接性變差；塗覆後的烘烤溫度為200 550°C，溫度太低則殘餘磷酸過多，溫 度太高則導致樹脂分解，塗層過燒。本發明的有益效果通過本發明的實施，可以獲得性能優異且外觀與含鉻塗層相近的無鉻絕緣塗層無 取向矽鋼產品，從而更加容易實現對含鉻塗層的替代，滿足歐盟等國家對矽鋼產品過程環 保的要求。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明。實施例1由磷酸二氫鋁、乙二醇、丙烯酸-苯乙烯共聚樹脂、金屬有機酸鹽、硼酸和水組成 的無取向矽鋼無鉻絕緣塗料配方見表1。該配方塗料在室溫下採用磁力攪拌裝置低速攪拌 30min後，採用輥塗機塗敷於厚0. 5mm無取向矽鋼板的表面，保持塗敷量為1. 8g/m2，採用明 火烘烤爐，在200 50(TC板溫條件下烘烤成膜。按照以下條件測試膜性能，塗層性能結果 如表2所示。焊接性測試條件惰性氣體鎢機保護焊(TIG)，電流值120A，電極材料Th_W，氬氣流量 6L/min，壓力 50kg/cm2。耐蝕性測試JIS Z2371 (鹽霧試驗方法，Methods of Salt Spray Testing)；層間電阻測試JIS C2550(磁鋼薄板和鋼帶的試驗方法，Test Methods for Magnetic Steel and Strip)；衝片性測試毛刺高度> 50 μ m時的衝片次數；附著性測試GB 2522-88 (電工鋼片(帶)層間電阻、塗層附著性、疊裝係數測試 方法)。表1單位質量份
權利要求
1.一種無鉻環保絕緣塗料，其成分為金屬磷酸二氫鹽100質量份；醋酸乙烯酯、丙烯酸、苯乙烯-丙烯酸共聚或環氧樹脂中的一種或多種，10 100質量份；可溶性的金屬有機酸鹽1 40質量份； 硼的化合物12 30份； 純水200 5000質量份。
2.如權利要求1所述的無鉻環保絕緣塗料，其特徵是，還包括有機溶劑，其添加量相對 於100質量份的金屬磷酸二氫鹽溶液不超過50質量份，包括乙二醇、或丙三醇。
3.如權利要求1或2所述的無鉻環保絕緣塗料，其特徵是，所述的金屬磷酸二氫鹽為 Al (H2PO4) 3、Mg (H2PO4) 2、Ca (H2PO4) 2 或 Zn (H2PO4) 2。
4.如權利要求3所述的無鉻環保絕緣塗料，其特徵是，所述的Al(H2PO4) 3,其通過摩爾 比為0. 14 0. 20的Al2O3和H3PO4混合獲得，也可以通過摩爾比為0. 28 0. 40的Al (OH) 3 與H3PO4混合獲得；Mg (H2PO4) 2、Ca (H2PO4) 2和Zn (H2P04) 2，通過摩爾比為0. 40 0. 6的金屬 氧化物或氫氧化物和H3PO4混合獲得。
5.如權利要求1所述的無鉻環保絕緣塗料，其特徵是，所述的可溶性的金屬有機酸鹽 為二價和三價金屬的有機酸鹽，包括Mg、Al、Ca、Zn、Co、Ni和Sr的乳酸鹽、醋酸鹽、葡萄糖 酸鹽以及檸檬酸鹽。
6.如權利要求1所述的無鉻環保絕緣塗料，其特徵是，所述的硼的化合物包括硼酸、四 硼酸鈉、四硼酸鋰、或四硼酸鉀。
全文摘要
一種無鉻環保絕緣塗料，其成分為金屬磷酸二氫鹽100質量份；醋酸乙烯酯、丙烯酸、苯乙烯-丙烯酸共聚或環氧樹脂中的一種或多種，10～100質量份；可溶性的金屬有機酸鹽1～40質量份；硼的化合物12～30份；純水200～5000質量份。本發明塗覆的半有機無鉻塗層，具有優良的外觀、耐腐蝕性、附著性，消除應力退火後塗層具有烏黑髮亮的外觀。
文檔編號C09D133/08GK102079922SQ20091019939
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月26日 優先權日2009年11月26日
發明者劉寶軍, 肖盼, 許雲鵬, 陳凌雲, 陳卓雷, 陳曉, 韓鵬鈞, 黃杰 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司