具有优良耐蚀性能的无取向电工钢半有机磷酸盐绝缘涂料

摘要

本发明公开了一种具有优良耐蚀性能的无取向电工钢半有机磷酸盐绝缘涂料，其主要组分包括水溶性磷酸盐、钨酸盐、有机树脂、水、钛酸酯偶联剂、有机溶剂等；以100重量份水溶性磷酸盐为基准，上述绝缘涂料中各组分的含量(重量份数)为：钨酸盐1－15，有机树脂20－200，水500－2000，钛酸酯偶联剂0.1－3，有机溶剂10－50，其它涂料助剂0.1－3。本发明所述的半有机磷酸盐绝缘涂料不含有欧盟RoHS指令所限用的有害成分，可以满足环保要求；同时所述涂层的耐蚀性比一般磷酸盐涂层更加优良，且具有良好的绝缘性、附着性、冲片性、焊接性、耐热性等，能够满足电机、变压器生产企业对电工钢涂层的使用要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无取向电工钢用绝缘涂料，特别是一种冷轧无取向电工钢用环保、具有优良耐蚀性能的半有机磷酸盐绝缘涂料。

背景技术

无取向电工钢广泛用作电机和变压器的铁芯材料。为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，需要在冷轧无取向电工钢板表面涂覆绝缘涂层。由于在制造电机、变压器铁芯时，需要将电工钢板冲制成铁芯形状的坯料，还要将叠片边缘固定以及适应不同种类铁芯的使用工况条件，因此无取向电工钢绝缘涂层不仅要有良好的绝缘性，而且还需有良好的冲片性、附着性、焊接性、耐热性、耐蚀性等。无取向电工钢绝缘涂层包括有机涂层、无机涂层和半有机涂层三大类。目前国内应用最多的电工钢绝缘涂层是半有机含铬涂层，如武钢T4、鞍钢TM4、宝钢A、太钢G2涂层，这些涂层的涂料组分主要为重铬酸盐水溶液、有机树脂乳液、助熔剂、还原剂(如乙二醇或甘油)、消泡剂等。半有机含铬涂层虽然兼顾了无取向电工钢涂层所要求的各种性能，但其涂料中含有剧毒的Cr6+。随着环保要求的日益严格，尤其是欧盟RoHS指令的实施，环保绝缘涂料成为国内外无取向电工钢绝缘涂料研发的热点。另外，在气候湿热的地区，下游用户也对电工钢的耐蚀性也提出了更高的要求。

为满足电工钢绝缘涂料的环保要求，国内外电工钢生产企业均大力开发半有机磷酸盐绝缘涂料。美国阿姆科公司在中国申请的专利98125437.3中披露了一种用于无取向电工钢的无机/有机绝缘涂层，其中每100份干基重中含有20-60份的磷酸铝，20-70份的至少一种无机硅酸盐微粒，以及10-25份的一种丙烯酸树脂；该固化涂层是由一种酸性水悬浮液形成的，对于每1份丙烯酸树脂至多含1份的一种水溶性有机溶剂；该水悬浮液的pH值大约为2.0-2.5，硅酸盐平均粒径为0.3-60μm，树脂粒径＜1μm，比重大约为1.0-1.3g/ml；该涂料(水悬浮液)在220-350℃板温下烘烤成膜，单面涂层厚度控制在0.5-8μm。

日本新日铁在中国申请的专利200310124259.9中披露了一种以金属磷酸盐(磷酸铝、磷酸钙、磷酸锌和磷酸镁)和有机树脂作为主要组分，还包含水溶性有机化合物的处理液，该有机化合物的沸点或升华点温度至少是100℃，且其添加量为100重量份的金属磷酸盐比5-50重量份有机化合物；有机树脂与磷酸盐的优选混和比例是5到300重量份的有机树脂成分比100重量份的磷酸盐；该涂层在去应力退火后具有高间隙系数、优良冲切性能、膜粘结性能和滑动性能。

日本JFE(原川崎制铁株式会社和日本钢管合并)在中国申请的专利95103838.9中披露了一种用于形成电工钢板绝缘涂层的处理液，其特征在于处理液中含有树脂微粒子乳液、还原剂及促进剂，并且树脂在微分热重分析中以一定的升温速度加热试样时，重量变化为极大的峰值温度是400℃以上，且具有耐磷酸性；还原剂是至少一种钠、钾、镁、钙、锰、钼、锌、铝的磷酸盐水溶液；促进剂则含有烷基苯磺酸钠、聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物、聚氧乙烯酚醚、硝酸铝、硝酸、杂钼酸、高锰酸钾中的至少一种。

韩国浦项在中国申请的专利00807715.0中披露了一种无取向电工钢板用的形成绝缘涂层的涂料组合物，该涂料组合物对磷酸二氢铝溶液中每100克磷酸，包括28-98克(固体重量)酸溶性乳液型丙烯酸酯-苯乙烯共聚物树脂，6-18克硝酸锌，4-13克硅添加剂，18-35克乙二醇和3-11克非离子表面活性剂；该涂料组合物在辊涂加工性方面以及在涂层性能方面表现出色，另外，涂层环保且很美观。

上述这些无取向电工钢用的半有机绝缘涂料虽然不含有毒的铬酸盐，但均是选择磷酸盐作为防锈处理剂，其在耐蚀性方面还有待提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优良耐蚀性能的无取向电工钢半有机磷酸盐绝缘涂料，所述涂料中不含有RoHS指令所限用的有毒物质，同时其涂层具有良好的绝缘性、附着性、冲片性、焊接性，耐热性，特别是耐蚀性得到了很大提高。

为解决上述技术问题，本发明提供的具有优良耐蚀性能的无取向电工钢半有机磷酸盐绝缘涂料，包括水溶性磷酸盐、钨酸盐、有机树脂、水、有机溶剂、钛酸酯偶联剂。

本发明所述涂料各组分的含量(重量份数)为：以100重量份水溶性磷酸盐为基准，钨酸盐1-15份，有机树脂20-200份，水500-2000份，有机溶剂10-50份，钛酸酯偶联剂0.1-3份。

本发明所述涂料各组分的含量(重量份数)优选为：以100重量份水溶性磷酸盐为基准，钨酸盐2-8份，有机树脂30-100份，水800-1500份，有机溶剂20-40份，钛酸酯偶联剂0.5-1份。

上述方案中，所述的磷酸盐为水溶性磷酸二氢铝、磷酸二氢钙、磷酸二氢锌、磷酸二氢镍、磷酸二氢镁、磷酸二氢锰中的一种或数种的混合物。

所述的钨酸盐为钨酸钠、钨酸钾、钨酸铵中的一种或数种的混合物。

所述的有机树脂为丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚树脂、醋酸乙烯-丙烯酸共聚树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、苯乙烯树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂、氟碳树脂中的一种或数种的混合物。

所述的有机溶剂为乙二醇、丙三醇、环氧丙烷、乙二醇单丁醚的一种或数种的混合物。

钛酸酯偶联剂可改善涂料的涂敷性能及涂层外观，为进一步改善涂料的涂敷性能及涂层外观还可以添加0.1-3重量份(相对于100重量份的水溶性磷酸盐)的润湿剂、流平剂、消泡剂中的一种或数种的混合物，其中消泡剂必须添加。

本发明涂料中添加了钨酸盐，由于PO₄^3-与WO₄^2-在酸性条件可形成强氧化性磷钨杂多酸，从而形成较为致密的绝缘涂层，并提高涂层的耐蚀性。涂料中添加钛酸酯偶联剂可改善涂料的涂敷性能及涂层外观。以0.5mm厚的无取向电工钢板作为基板，用特殊刻槽橡胶辊涂层机涂覆本发明所述的半有机磷酸盐涂料，然后在300℃钢板温度下烘烤30s，涂层为银白色，涂层完整，且均具有良好的绝缘性，层间电阻均在150Ω·mm²以上，5hr中性盐雾试验后的锈蚀面积在20％以下，说明本发明涂料具有极好的耐蚀性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细的说明。本发明实施例中层间电阻的检测按照GB/T 2522-2007《电工钢片(带)表面绝缘电阻、涂层附着性测试方法》进行；耐蚀性则是通过5小时中性盐雾试验进行表征，测试条件为：室温、NaCl水溶液、喷雾、5hr，然后根据试样的锈蚀面积进行判定。

本发明所述的半有机磷酸盐绝缘涂料实施例1-10中涂料组分的含量如表1所示。

表1实施例中涂料组分的含量

上述实施例1-10中：

实施例1中所述的磷酸盐为磷酸二氢铝、磷酸二氢镁的混合物；钨酸盐为钨酸钠；有机树脂为苯乙烯-丙烯酸共聚树脂，有机溶剂为乙二醇；所述其他助剂为润湿剂、消泡剂。

实施例2中所述的磷酸盐为磷酸二氢铝、磷酸二氢镍的混合物；钨酸盐为钨酸钾；有机树脂为丙烯酸树脂、聚氨酯树脂，有机溶剂为乙二醇；所述其他助剂为流平剂、消泡剂。

实施例3中所述的磷酸盐为磷酸二氢镁、磷酸二氢锰；钨酸盐为钨酸钠、钨酸钾的混合物；有机树脂为有机硅树脂、苯乙烯树脂，有机溶剂为丙三醇；所述其他助剂为消泡剂。

实施例4中所述的磷酸盐为磷酸二氢镁、磷酸二氢钙、磷酸二氢锌的混合物；钨酸盐为钨酸铵、钨酸钾的混合物；有机树脂为氟碳树脂，有机溶剂为环氧丙烷；所述其他助剂为润湿剂、流平剂、消泡剂的混合物。

实施例5中所述的磷酸盐为磷酸二氢锌；钨酸盐为钨酸铵、钨酸钠的混合物；有机树脂为环氧树脂和有机硅树脂的混合物，有机溶剂为乙二醇和丙三醇的混合物；所述其他助剂为润湿剂、消泡剂的混合物。

实施例6中所述的磷酸盐为磷酸二氢铝；钨酸盐为钨酸铵、钨酸钠、钨酸钾的混合物；有机树脂为醋酸乙烯-丙烯酸共聚树脂与醇酸树脂的混合物；有机溶剂为乙二醇单丁醚；所述其他助剂为流平剂、消泡剂的混合物。

实施例7中所述的磷酸盐为磷酸二氢锌、磷酸二氢铝、磷酸二氢镁的混合物；钨酸盐为钨酸铵；有机树脂为丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂、酚醛树脂的混合物，有机溶剂为乙二醇单丁醚和丙三醇的混合物；所述其他助剂为润湿剂、流平剂、消泡剂的混合物。

实施例8中所述的磷酸盐为磷酸二氢铝、磷酸二氢钙的混合物的混合物；钨酸盐为钨酸铵、钨酸钠的混合物；有机树脂为聚酯树脂；有机溶剂为环氧丙烷、乙二醇的混合物；所述其他助剂为润湿剂、消泡剂。

实施例9中所述的磷酸盐为磷酸二氢钙、磷酸二氢锌的混合物；钨酸盐为钨酸钠、钨酸钾的混合物；有机树脂为聚氨酯树脂；有机溶剂为乙二醇、丙三醇、环氧丙烷的混合物；所述其他助剂为流平剂、消泡剂的混合物。

实施例10中所述的磷酸盐为氢镍、磷酸二氢镁的混合物的混合物；有机树脂为聚氨酯树脂、聚酯树脂的混合物；不添加钨酸盐；有机溶剂为乙二醇单丁醚、丙三醇、环氧丙烷的混合物；所述其他助剂为润湿剂、消泡剂。

以0.5mm厚的无取向电工钢板作为基板，用特殊刻槽橡胶辊涂层机涂覆实施例1-10所示成分的半有机磷酸盐涂料，然后在300℃钢板温度下烘烤30s；剪取层间电阻与中性盐雾试验测试样板进行检测，测试结果如表2所示。

表2实施例1-10中所述涂层的层间电阻与耐蚀性

  实施例编号  层间电阻/Ω·mm²  耐蚀性(锈蚀面积)/％  1  ＞150  15  2  ＞150  20  3  ＞150  10  4  ＞150  10  5  ＞150  15  6  ＞150  20  7  ＞150  8  8  ＞150  8  9  ＞150  20  10  ＞150  90

实施例1-10说明：实施例1-10中所述的涂层为银白色，涂层完整，且均具有良好的绝缘性，层间电阻均在150Ω·mm2以上；实施例1-9中所述的涂层耐蚀性较好，5hr中性盐雾试验后的锈蚀面积在20％以下，而未添加钨酸盐的实施例10的耐蚀性相对较差，涂层样板的锈蚀面积达到了90％。