无取向硅钢是广泛用作旋转机器和静电机器的铁芯材料，为减少电工钢板 涡流损失，须在钢板表面涂覆绝缘涂层。另外，在制造电机、家用电器和变压 器铁芯时，要连续地将电工钢板制成铁芯形状的坯料，将预定数量的坯料叠在 一起，用焊接法将叠好的芯片边缘固定。因此，绝缘涂层不仅需要有绝缘性， 而且还需要有其它一些必需的性能，诸如：冲制性、粘结性、叠层焊接性、耐 热性及抗油性。硅钢片的生产多采用连续快速辊涂工艺，这就要求涂料在300 ℃～700℃的炉腔内20S～30S内成膜固化。而目前无取向硅钢表面绝缘涂层， 主要包括无机涂层、有机涂层和半无机涂层三种类型：一类是无机涂层，无机 绝缘涂层的典型代表是磷酸盐涂料和磷酸铝基涂料，详见日本专利(昭 54-43823)，该涂层具有良好的耐热和焊接性能，但其冲制性和粘结性较差。 二类是有机涂层，目前应用最广的二甲苯改性醇酸漆，详见中国专利 CN1097785A，该涂层具有良好的成膜性能，但漆膜硬度低，受热后容易产生蠕 变，热收缩变形大，漆膜厚度和绝缘电阻将大幅度下降。因此，电机运行中遇 到铁芯长时间局部过热或温升时易发生铁芯松动，同时漆膜发生老化或炭化而 导致片间短路烧毁电机。另外该涂料最大的缺点是含有大量的甲苯、二甲苯等 有毒的有机溶剂对环境造成严重的污染。三类是水性半无机涂层，目前广泛应 用有两种，一种为含铬酸金属盐化合物的半无机涂料，详见U.S.Patent，NO4, 238,534(1980)，该涂料较无机涂料有良好的冲制性，粘结性，耐水性和焊接性 能，但因其含有大量的铬酸盐对生活环境造成严重污染，甚至能够诱发癌症； 二为水性涂料，该涂料使用丙烯酸树脂，有机硅树脂和氨基树脂三种树脂按一 定比例复配而成，详见中国专利CN1324902A，该涂料较无机涂料有良好的冲制 性，粘结性，耐水性和焊接性能，并较有机涂料虽降低了涂料中VOC的含量， 但因其使用了水性丙烯酸树脂，该树脂一般采用溶液聚合，溶剂的一般含量为 ≥30％，因此未能彻底的解决有机溶剂对环境的污染问题。另外该树脂在聚合的 过程中使用大量的丙烯酸等单体，并在聚合完全后用有机胺中和来增加其水溶 性，这就要求成膜的过程中有足够的时间和成膜温度来使这些有机胺挥发，否 则将影响涂膜的耐水性，耐油性和硬度等性能，因此该涂料要求有长的成膜时 间和高的烘烤温度，这样就大大的增大了无取向硅钢片生产设备投资和生产成 本，并局限其生产能力的扩大。该涂料虽有良好的成膜性能，但其存在成膜的 焊接性能差，叠合系数比较大和工艺复杂等缺点。

本发明主要解决现有水性无取向硅钢涂料存在的生产成本高，成膜时间长， 成膜温度高，涂层的焊接性能差，叠合系数大和工艺复杂以及环境污染的问题。 其目的是提供一种绿色的，环境友好的水性无取向硅钢涂料，该涂料的涂层能 够提供良好的表面电阻率，使层间功率损失降到最小，具有良好的机械加工性 能，硬度高、耐油性、耐水性和耐高温等性能均达到国家对无取向硅钢板涂层 的要求。
为了实现上述目的，本发明所研制的一种水性无取向硅钢片涂料，由五种 组分组成，各组分及含量按重量比为：
可交联型纯丙乳液：             10％～70％
氨基树脂：                     10％～40％
无机填料：                     5％～50％
水和成膜助剂：                 10％～60％
水性助剂：                     0.0％～15％
其中，可交联型纯丙乳液的各组分及含量按重量比为：
去离子水：                     25％～60％
可聚合性乳化剂：               0.0％～4.0％
阴离子或非离子乳化剂：         0.0％～2.0％
含活性基团的可聚合单体：       10％～50％
不含活性基团的可聚合单体：     25％～60％
上述含活性基团的可聚合单体可以是丙烯酸及羟脂，甲基丙烯酸及羟脂， 不含活性基团的可聚合单体可以是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯、 甲基丙烯酸异冰片脂、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸缩水甘 油酯、烯丙基脲单体、甲基丙烯酰胺乙基乙撑脲等中的一种或几种按任意比例 混合。其中可聚合乳化剂可以为甲基烯丙基磺酸钠，乙烯基磺酸钠和烯丙氧基 羟丙基磺酸钠中的一种或几种按任意比例混合。阴离子或非离子乳化剂为各种 烷基硫酸盐类、醚硫酸盐类、磷酸酯类、磺酸盐类、磺基琥珀酸盐类、脂肪醇 己氧基化物和烷基酚己氧基化物中的一种或几种按任意比例混合。
其中，氨基树脂为水溶性或水可分散性三聚氰胺—甲醛或脲醛树脂交联剂， 取其中的一种或几种按任意比例混合。见其结构(I)式如下：

上式中的R可以相同，也可以不同，R代表基团为氢原子，甲基，正丁基， 异丁基中的一种或几种按任意比例混合。依据可交联性纯丙乳液羟值的多少， 来决定氨基树脂的用量，如果氨基树脂用量太大涂膜变脆使得涂膜的机械加工 性能和耐油性下降，用量太少涂膜的强度和耐水性达不到要求。
成膜树脂(乳液和氨基树脂)的用量占涂料总量的20％～80％，用量过多会 使涂膜的硬度和耐高温性能下降，用量太少会使涂膜的附着力下降，润滑性和 表面性能变差。
其中，无机填料是各组分的平均粒径在325目以上的超细粉体填料，可以 是聚磷酸铝、云母粉、高岭土、胶态SiO2、沉淀硫酸钡等无机填料的一种或多 种按任意比例混合的混合物。该组分的用量占涂料总量的1.0％～50％，用量太 多会造成涂膜的耐水性和冲制性能变差，用量太少会使涂膜的绝缘性，耐高温 性能变差。
其中，水和成膜助剂组分中的水是指去离子水，其成膜助剂可以是：乙醇、 丙醇、异丙醇、乙二醇、乙二醇单丁醚、乙二醇乙醚、甘油、醇酯12、二甘醇 乙醚、二甘醇丁醚、正丁醇、异丁醇中的一种或几种按任意比例混合。该组分 的用量可以依据涂料要求的黏度范围加入，占涂料总量的10％～60％。该组分的 用量太多使涂料的黏度下降，涂膜的厚度变薄，涂层的各种性能达不到要求， 用量太少，涂料的黏度太高施工困难，涂层的叠合系数变大。一般要求涂料的 黏度控制在涂4#杯20秒至60秒之间，可以用该组分的用量来调节。
其中，水性助剂组分为市售的各种用于水性涂料的消泡剂、分散剂、流平 剂、偶联剂、pH调节剂、增稠剂等表面活性剂中的一种或几种按任意比例混合。 其中消泡剂为矿物油系列、石蜡矿物油系列和乳化有机硅氧烷系列；分散剂为 聚磷酸盐，聚丙烯酸钠盐和聚丙烯酸胺盐；流平剂为非离子型的聚氨酯和高分 子量的丙烯酸的共聚物；偶联剂为硅烷和钛酸酯的；pH调节剂为G3；增稠剂 为阴离子缔合型，纤维素钠盐和聚氨酯型；该组分的用量可以根据实际情况加 入，坚持用量越少越好的原则，一般用量占涂料总量的0％～15％。
本发明所研制的水性无取向硅钢片涂料的制备工艺首先是在搅拌釜中加入 可交联性纯丙乳液和无机填料高速分散半小时，再加入氨基树脂搅拌均匀，然 后加入各种助剂来调节其流变性能和固含量，最后加入消泡剂消去泡沫后出料。
本发明由于采用了可交联性纯丙乳液与氨基树脂(固化剂)发生交联反应 作为涂料的主要成膜物质，减少了有机溶剂对环境的污染。其乳液聚合采用目 前比较先进的无皂或低皂种子乳液聚合，严格控制聚合过程中单体的比例和工 艺条件，制成核-壳结构胶粒使可参加交联反应的活性基团形成壳层(羧基，羟 基)，这样在成膜的过程中与氨基树脂交联反应形成了三维网状结构，使涂层的 各种性能得到提高。在乳液的聚合过程中，采用可聚合性乳化剂作为主体乳化 剂，提高了成膜耐水性和抗老化能力以及涂料的稳定性。聚合过程中使用少量 的阴离子或非离子型的乳化剂作为辅助乳化剂，解决了大量的活性单体使预乳 液的破乳的问题。乳化剂的用量对乳胶的粒径和粒径的分布有很大的影响，本 发明的用量为0.1％～5.0％。本发明的活性单体用量为10％～50％，活性单体的最 佳用量可以克服由于活性单体用量太大使乳液的水相聚合加大而凝胶，用量太 小使涂膜的耐水性及强度达不到要求的缺点。本发明的可交联性纯丙乳液和氨 基树脂的(固含量)质量比为：6∶1～2∶1，提高了涂膜的机械加工性能，耐油 性和耐水性。
在涂料的配制过程使用了聚磷酸铝和高岭土等无机超细粉体填料使涂层获 得了优异的电绝缘性、润滑性和良好的焊接性能。在耐水、防锈、耐高温、附 着力和硬度等性能上也均达到了国家对无取向硅钢片涂层的质量要求。同时涂 料的制造工艺简单，原料为市售的常规原料，对于设备没有特殊的要求，一般 的乳胶和涂料生产设备就可以满足要求。所得涂料适合于连续辊涂、刷涂、喷 涂等各中施工形式，涂料的黏度可以在涂4#杯20秒至60秒之间任意调节，在 300℃～700℃温度下干燥，干燥时间为20秒至40秒。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细说明：
首先进行种子乳液聚合。在体积为1500L的反应釜中，加入400L的去离子 水，加入0.2Kg的碳酸氢钠，在氮气的保护下升温到85℃，把甲基丙酸甲酯和 62.5Kg甲基丙烯酸丁酯加入到溶有5Kg非离子性乳化剂(NP-10)和5Kg过硫酸 铵的100Kg的去离子水中制成预乳液，在半小时内匀速滴加到反应釜中，然后 保温半小时后出料，得到固含量为20％的种子乳液，以下实施例中所使用种子 乳液都是由此工艺聚合而成。
实施例1
第一步，乳液聚合。在体积为2000L的反应釜中，加入种子乳液400L，在 氮气的保护下升温到80℃～85℃，把500Kg单体和乳化剂按下表1的比例和 260L的去离子水做成预乳液，在5个小时内滴加完毕，然后升温到90℃保温1 小时后过滤出料，得到固含量为50％纯丙乳液。
                      表1
可聚合乳化剂(SVS)：                  6.00Kg
阴离子或非离子乳化剂(NP-10)：        4.00Kg
甲基丙烯酸(MAA)：                    50.00Kg
甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)：             75.00Kg
甲基丙酸甲酯(MMA)：                  250.00Kg
甲基丙烯酸丁酯(BA)：                 100.00Kg
甲基丙烯酸异冰片脂：                 25Kg
去离子水：                           260.00Kg
NaHCO3：                            2.00Kg
(NH4)2S2O8：                    2.00Kg
第二步，无机填料的分散。取高岭土100Kg和云母粉100Kg加入到200L的 去离子水中，然后加入0.4Kg的分散剂LOPON ST，混合后经砂磨机研磨1小时 后得到固含量为50％的无机分散液400Kg。
第三步，涂料的配制。在体积为1000L的混合釜中，加入200Kg以上的纯 丙乳液，加入50Kg以上的无机分散液，加入固含量为50％的水性氨基树脂 (Maprenal VMF3935)90Kg搅拌，再加入去离子水45Kg，乙二醇3.0Kg，异丙 醇3.0Kg，搅拌半小时，加增稠剂(Acrysol ASE-60)0.5Kg，消泡剂 (CF481)0.5Kg，低速搅拌半小时后过滤，出料得到黏度为23S(涂4#杯)的涂 料。所得涂料在硅钢连轧连涂装置中使用，在炉腔温度为300℃～700℃下烘烤， 钢片移动速度60m/min，干燥时间为28S。得到半透明平整的涂层，膜厚为1.0μm， 层间电阻值为1500Ω，涂膜经耐水性试验72小时后不生锈，附着力为A级， 硬度为6H以上(铅笔硬度)，涂层的机械加工性能，耐油性和叠合系数均达到 了硅钢片的性能要求。
实施例2
该实施例与实施例1相比，其不同在于乳液聚合过程中其聚合过程中使用 了不同功能单体，其单体和用量见表2：
                     表2
可聚合乳化剂(SVS)：                6.00Kg
阴离子或非离子乳化剂(NP-10)：      4.00Kg
甲基丙烯酸(MAA)：                  50.00Kg
甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)：           75.00Kg
甲基丙酸甲酯(MMA)：                250.00Kg
甲基丙烯酸丁酯(BA)：               100.00Kg
甲基丙烯酸缩水甘油酯：             25Kg
去离子水：                         260.00Kg
NaHCO3：                          2.00Kg
(NH4)2S2O8：                  2.00Kg
所得涂料的黏度为23S(涂4#杯)，并在硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温 度为300℃～700℃下烘烤，钢片移动速度60m/min，干燥时间为28S。得到半 透明平整的涂层，膜厚为1.0μm，层间电阻值为1500Ω，涂膜经耐水性试验72 小时后不生锈，附着力为B级，硬度为6H以上(铅笔硬度)，涂层的机械加工 性能，耐油性和叠合系数达到了硅钢片的性能要求。
实施例3
该实施例与实施例1相比，其不同在于使用了不同聚合单体，其单体和 泳联见表3：
                      表3
可聚合乳化剂(SVS)：                  6.00Kg
阴离子或非离子乳化剂(NP-10)：        4.00Kg
丙烯酸(MAA)：                        50.00Kg
甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)：             75.00Kg
苯乙烯：                             250.00Kg
甲基丙烯酸丁酯(BA)：                 100.00Kg
甲基丙烯酸异冰片脂：                 25Kg
去离子水：                           260.00Kg
NaHCO3：                            2.00Kg
(NH4)2S2O8：                    2.00Kg
所得涂料的黏度为23S(涂4#杯)，并在硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温 度为300℃～700℃下烘烤，钢片移动速度60m/min，干燥时间为28S。得到半 透明平整的涂层，膜厚为1.0μm，层间电阻值为1500Ω，涂膜经耐水性试验72 小时后生锈，附着力为A级，硬度为6H以上(铅笔硬度)，涂层的机械加工性 能，耐油性和叠合系数达到了硅钢片的性能要求。
实施例4
该实施例与实施例1相比，其不同在于在涂料的配制过程中使用了固含量 为50％的水性氨基树脂(Resimene R755)90Kg，所得涂料的黏度为23S(涂4#杯)， 并在硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢片移动速 度60m/min，干燥时间为28S。得到半透明平整的涂层，膜厚为1.0μm，层间电 阻值为1500Ω，涂膜经耐水性试验72小时后生锈，附着力为B级，硬度为6H 以上(铅笔硬度)，耐油性和叠合系数也有所下降。
实施例5
该实施例与实施例1相比，其不同在于在涂料的配制过程中加入了固含量 为50％的水性氨基树脂(Maprenal VMF3935)196Kg，所得涂料的黏度为24S(涂 4#杯)，并在硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢 片移动速度60m/min，干燥时间为28S。得到半透明平整的涂层，膜厚为1.0μm， 层间电阻值为1600Ω，涂膜经耐水性试验72小时后不生锈，附着力为A级， 硬度为6H以上(铅笔硬度)，但涂层的机械加工性能变差而且有严重的边缘剥 离现象。
实施例6
该实施例与实施例5相比，其不同在于在涂料的配制过程中加入了固含量 为50％的水性氨基树脂(Maprenal VMF3935)40Kg，所得涂料的黏度为22S(涂 4#杯)，并在硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢 片移动速度60m/min，干燥时间为28S。得到半透明平整的涂层，膜厚为0.9μm， 层间电阻值为1400Ω，涂膜经耐水性试验72小时后生锈，附着力为B级，硬 度为5H(铅笔硬度)，涂层的耐油性和叠合系数达不到硅钢片涂层的要求。
实施例7
该实施例与实施例1相比，其不同在于在无机填料的分散德过程中使用了 加入0.4Kg的分散剂LOPON N来代替分散剂LOPON ST，所得涂料的稳定性变差， 在室温下贮存一周后分层，上层为乳液，下层为无机填料。
实施例8
该实施例与实施例1相比其不同在于在涂料的配制过程中加入了加入固含 量为50％的无机填料300Kg，所得涂料的黏度为23S(涂4#杯)，并在硅钢连轧 连涂装置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢片移动速度60m/min， 干燥时间为28S。得到涂层的膜厚为1.0μm，层间电阻值为1800Ω，涂膜经耐 水性试验72小时后生锈，附着力为A级，硬度为6H以上(铅笔硬度)，涂层的 机械加工性能变差，并且涂层的表面不光滑。
实施例9
该实施例与实施例8相比，其不同在于加入了固含量为50％的无机填料 37Kg。所得涂料的黏度为23S(涂4#杯)，并在硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔 温度为300℃～700℃下烘烤，钢片移动速度60m/min，干燥时间为28S。得到 涂层的膜厚为1.0μm，层间电阻值为500Ω，涂膜经耐水性试验72小时后不生 锈，附着力为A级，硬度为6H以上(铅笔硬度)，涂层的耐高温性能差。
实施例10
该实施例与实施例1相比，不同在于在聚合过程中使用了乳化剂NP-10来 代替可聚合乳化剂SVS，其单体和比例见下表(4)：在聚合的过程中有10％的凝 胶量，并且所得涂料经24小时后凝固，不能使用。
                         表4
阴离子或非离子乳化剂(NP-10)：               10.00Kg
甲基丙烯酸(MAA)：                           50.00Kg
甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)：                    75.00Kg
甲基丙酸甲酯(MMA)：                     250.00Kg
甲基丙烯酸丁酯(BA)：                    100.00Kg
甲基丙烯酸异冰片脂：                    25Kg
去离子水：                              260.00Kg
NaHCO3：                               2.00Kg
(NH4)2S2O8：                       2.00Kg
实施例11
该实施例与实施例1相比，其不同在于在聚合过程中使用了COPS-1来代替 可聚合乳化剂SVS，在乳液的聚合过程中有少量的凝胶。所得涂料贮存一个月 后其表层有部分水析出，乳液与无机填料的相容性差。
实施例12
该实施例与实施例1相比，其不同在于在涂料的配制过程中使用了乙二醇 单丁醚来代替乙二醇，所得涂料的黏度为23S(涂4#杯)，并在硅钢连轧连涂装 置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢片移动速度60m/min，干燥时 间为28S。得到半透明涂层，膜厚为1.0μm，层间电阻值为1500Ω，涂膜经耐 水性试验72小时后不生锈，附着力为A级，硬度为6H以上(铅笔硬度)，但涂 料的流平性能差，涂层不平整。
实施例13
该实施例与实施例1相比，其不同在于在涂料的配制过程中加入去离子水 65Kg，乙二醇5.0Kg和异丙醇5.0Kg，所得涂料的黏度为19S(涂4#杯)，并在 硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢片移动速度 60m/min，干燥时间为28S。得到半透明平整的涂层，膜厚为0.8μm，层间电阻 值为1000Ω，涂膜经耐水性试验72小时后不生锈，附着力为A级，硬度为6H 以上(铅笔硬度)，涂层的机械加工性能，耐油性和叠合系数达到了硅钢片的性 能要求。
实施例14
该实施例与实施例13相比，其不同在于在涂料的配制过程中加入去离子水 20Kg，乙二醇1.5Kg和异丙醇1.5Kg，所得涂料的黏度为29S(涂4#杯)，并在 硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢片移动速度 60m/min，干燥时间为28S。得到半透明平整的涂层，膜厚为1.4μm，层间电阻 值为1700Ω，涂膜经耐水性试验72小时后不生锈，附着力为A级，硬度为6H 以上(铅笔硬度)，涂层的机械加工性能，耐油性和叠合系数达到了硅钢片的性 能要求。
实施例15
该实施例与实施例1相比其不同在于在乳液的聚合过程中使用了少量的含 活性基团的可聚合单体，其单体和比例见表(5)。所得涂料的黏度为23S(涂4# 杯)，并在硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢片 移动速度60m/min，干燥时间为28S。得到半透明平整的涂层，膜厚为1.0μm， 层间电阻值为1500Ω，涂膜经耐水性试验72小时后生锈，附着力为B级，硬 度为4H(铅笔硬度)，涂层的耐油性和叠合系数达不到硅钢片的性能要求
                         表5
可聚合乳化剂(SVS)：                       6.00Kg
阴离子或非离子乳化剂(NP-10)：             4.00Kg
甲基丙烯酸(MAA)：                         20.00Kg
甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)：             25.00Kg
甲基丙酸甲酯(MMA)：                  250.00Kg
甲基丙烯酸丁酯(BA)：                 180.00Kg
甲基丙烯酸异冰片脂：                 25Kg
去离子水：                           260.00Kg
NaHCO3：                            2.00Kg
(NH4)2S2O8：                    2.00Kg
实施例16
该实施例与实施例1相比其不同在于在无机填料的分散过程中用100Kg的 沉淀硫酸钡来代替云母粉加入到200L的去离子水中，所得涂料的黏度为23S(涂 4#杯)，并在硅钢连轧连涂装置中使用，炉腔温度为300℃～700℃下烘烤，钢 片移动速度60m/min，干燥时间为28S。得到半透明平整的涂层，膜厚为1.0μm， 层间电阻值为500Ω，涂膜经耐水性试验72小时后生锈，附着力为A级，硬度 为6H以上(铅笔硬度)，涂层的机械加工性能，耐油性和叠合系数达到了硅钢 片的性能要求。