JP6501207B2 - 絶縁被膜付き電磁鋼板およびその製造方法、ならびに絶縁被膜形成用被覆剤 - Google Patents
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Description
[1]溶剤に、下記成分(A)〜(C)含有することを特徴とする絶縁被膜形成用被覆剤:
(A)水系カルボキシル基含有樹脂:固形分換算で100質量部、
(B)アルミニウム(Al)含有酸化物:上記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で40質量部超300質量部未満、および
(C)メラミン、イソシアネートおよびオキサゾリンから選ばれる1種または2種以上の架橋剤:上記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で100質量部以上300質量部未満。
[2]前記絶縁被膜形成用被覆剤に、さらに下記成分(D)を含有する[1]に記載の絶縁被膜形成用被覆剤:
(D)Ti含有酸化物:上記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で10質量部超300質量部未満。
[3]前記成分(A)水系カルボキシル基含有樹脂の酸価が15〜45mgKOH/gである[1]または[2]に記載の絶縁被膜形成用被覆剤。
(A)水系カルボキシル基含有樹脂:固形分換算で100質量部、
(B)アルミニウム(Al)含有酸化物:上記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で40質量部超300質量部未満、および
(C):メラミン、イソシアネートおよびオキサゾリンから選ばれる1種または2種以上の架橋剤:上記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で100質量部以上300質量部未満。
(D)Ti含有酸化物:上記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で10質量部超300質量部未満。
[6]前記成分(A)水系カルボキシル基含有樹脂の酸価が15〜45mgKOH/gである[4]または[5]に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
[7]前記絶縁被膜の片面当たりの付着量が0.9g/m2以上20g/m2以下である上記[4]ないし[6]のいずれか1に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
[8]上記[4]ないし[7]のいずれか1に記載の製造方法によって形成された絶縁被膜を具える絶縁被膜付き電磁鋼板。
ただし、本発明の製造方法によって形成される絶縁被膜を具える絶縁被膜付き電磁鋼板は、特許請求の範囲の記載として「物の請求項に製造方法が記載されるので請求項が不明確である」とされる場合でも、特許法第2条第1項第3号に記載される物を生産する方法の発明であり、その方法により生産された電磁鋼板に権利が及ぶ。
まず、本発明で絶縁被膜形成用として使用する被覆剤について説明する。
本発明で絶縁被膜形成用として使用する被覆剤は、(A)基本樹脂と、(B)無機成分と、(C)架橋剤とを含む。本発明で絶縁被膜形成用として使用する被覆剤は、溶剤に(A)水系カルボキシル基含有樹脂と、該樹脂固形分100質量部に対し、(B)Al含有酸化物:固形分換算で40質量部超300質量部未満、(C)メラミン、イソシアネートおよびオキサゾリンから選ばれる1種または2種以上の架橋剤:固形分換算で100質量部以上、300質量部未満とを含有することを特徴とする。また、無機成分として、上記(B)に加えて更に(D)Ti含有酸化物を上記樹脂固形分換算100質量部に対し、固形分換算で10質量部超、300質量部未満を含有してもよい。更に、(A)水系カルボキシル基含有樹脂の酸価を15〜45mgKOH/gとすることが好ましい。
本発明で使用する被覆剤では、含まれる有機成分を水系樹脂とする。水系樹脂とは水分散するエマルションと水溶性樹脂の総称である。水系樹脂を含有する半有機被膜を絶縁被膜として形成した場合、これにより被覆剤中の揮発性有機溶剤含有量を極力低減することができる。これにより、絶縁被膜形成中の揮発性有機溶剤発生量を極力低減できる。また、有機成分がカルボキシル基を含有する水系カルボキシル基含有樹脂とすることにより、後述するAl含有酸化物とともに強固な架橋構造を有する反応体を形成することができる。
後述のとおり、本発明は(A)水系カルボキシル基含有樹脂のカルボキシル基と(B)Al含有酸化物のアルミナやアルミナコートシリカ表面に配位する水酸基のエステル結合により、有機成分である水系カルボキシル基含有樹脂と無機成分であるAl含有酸化物との間で強固なネットワーク構造(架橋構造)を有する反応体を形成することを最大の特徴とする。そのため、本発明の被覆剤に含まれる水系カルボキシル基含有樹脂は、Al含有酸化物との反応に寄与する所望のカルボキシル基を有することが好ましい。
本発明の被覆剤は、無機成分としてAl含有酸化物を含むものとする。Al含有酸化物は、前記した(A)水系カルボキシル基含有樹脂とともに強固な架橋構造を有する反応体を形成し、形成される絶縁被膜の耐熱性の向上を図るうえで極めて重要な成分である。また、Al含有酸化物は一般的に安価で優れた絶縁性を有し、形成される絶縁被膜の絶縁性を高める作用を有する。Al含有酸化物の種類は特に限定されず各種公知のものを使用することができ、例えばアルミナ(アルミナゾル)、アルミナコートシリカ、カオリナイト等が好適に使用される。また、これらのAl含有酸化物1種を単独で使用できることは勿論のこと、2種以上を適宜複合して使用することもできる。
上記アルミナ(アルミナゾル)は、粒状の場合には平均粒径5nm以上100nm以下、また、粒状ではなく繊維状の場合には長さ50nm以上200nm以下であることが、被覆剤の混合性および外観の観点から好ましい。上記範囲を外れると、アルミナ(アルミナゾル)を被覆剤中に均一に混合し難くなり、該被覆剤により形成される絶縁被膜の外観に悪影響を及ぼすことが懸念される。なお、アルミナ(アルミナゾル)の場合は、pHが8を超えるとゾルの分散安定性が低下するため、pHに留意して使用する必要がある。
架橋剤は、(A)水系カルボキシル基含有樹脂を架橋させて絶縁被膜と電磁鋼板の密着性を高める目的で被覆剤に含有されるが、本発明の被覆剤では、メラミン、イソシアネートおよびオキサゾリンから選ばれる1種または2種以上の架橋剤を適用する。メラミン、イソシアネートおよびオキサゾリンは熱硬化性を有するため、これらの架橋剤を適用することにより絶縁被膜に所望の耐熱性を付与することができる。
一方、水系カルボキシル基含有樹脂固形分換算100質量部に対して、上記架橋剤が固形分換算で300質量部以上である場合、形成される絶縁被膜中に架橋剤が残留するおそれがあり、さらに耐傷つき性ならびに耐熱圧縮性が不十分となる。絶縁被膜中に架橋剤が残留すると沸水性(耐沸騰水蒸気暴露性)が劣化し、錆が発生し易くなるため好ましくない。更に、架橋密度増大により加工性や密着性も低下するため好ましくない。したがって、水系カルボキシル基含有樹脂固形分換算100質量部に対して、上記架橋剤を固形分換算で100質量部以上300質量部未満の範囲で含むものとする。好ましくは100質量部以上200質量部以下、より好ましくは100質量部以上150質量部以下である。
なお、イソシアネートについては、水系被覆剤中での反応性の問題があるため、イソシアネートを架橋剤として用いる場合には、被覆剤を使用する直前に混合することが好ましい。
絶縁被膜の耐傷つき性を確保するうえでは、(D)Ti含有酸化物を含む被覆剤とすることが有効である。被覆剤にTi含有酸化物を含有させると、硬質な絶縁被膜を形成することが可能となる。そのため、Al含有酸化物に加えて更にTi含有酸化物を含む被覆剤とすることにより、従来、電磁鋼板を手作業で積層して鉄心を組み立てる際に見られた問題、すなわち絶縁被膜にハンドリング時に傷が生じて電磁鋼板の層間抵抗が低下する問題が解消される。
本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法は、電磁鋼板表面の片面または両面に上記した被覆剤を塗布して絶縁被膜を形成することを特徴とする。
以下に述べる方法により試験板を作製し、絶縁被膜の分析、および絶縁被膜付き電磁鋼板としての絶縁性、耐熱性、耐湿潤性、耐食性、密着性、打ち抜き加工性および塗装外観性について評価した。
(1.1) 供試材
JIS C 2552(2000)に規定された板厚:0.5mmの無方向性電磁鋼板50A230から、幅:150mm、長さ:300mmの大きさに切り出し、供試材とした。
素材である電磁鋼板を、常温のオルトケイ酸ナトリウム水溶液(濃度0.8質量%)に30秒間浸漬後、水洗および乾燥した。
表1に示す成分を有する(A)水系カルボキシル基含有樹脂を、以下の手順で調製した。エポキシ樹脂(a1)を、100℃で溶解したのち、アミン類(a2)を加えて5時間反応させ、重合性アミン変性エポキシ樹脂とした。次いで、得られた重合性アミン変性エポキシ樹脂に、カルボキシル基含有ビニル単量体(a3)、溶剤(イソプロピルセロソルブ)および重合開始剤の混合物を1時間かけて添加したのち、4時間、130℃に保温した。その後80℃に冷却し、中和剤(ジエタノールアミン)、親水性溶剤(ブチルセロソルブ)、および水を順次添加混合することにより固形分が30質量%の(A)水系カルボキシル基含有樹脂とした。得られた(A)水系カルボキシル基含有樹脂の固形分酸価(mgKOH/g)およびpHは表1のとおりである。なお、表1中、アミン類(a2)の質量部、カルボキシル基含有ビニル単量体(a3)の質量部は、それぞれエポキシ樹脂(a1)100質量部に対する質量部である。
上記(1.3)で得られた各種(A)水系カルボキシル基含有樹脂と、(B)Al含有酸化物、(C)架橋剤、或いは更に(D)Ti含有酸化物を以下の手順にしたがい混合し、表3に示す組成(固形分換算)の被覆剤を調製した。
(A)水系カルボキシル基含有樹脂の一部を仕込み、(B)Al含有酸化物や(D)Ti含有酸化物と水、被覆剤全体の10質量%となる親水性溶剤(ブチルセロソルブ)および被覆剤全体の0.3質量%となる消泡剤(サンノプコ社製SNデフォーマー777)を添加し分散機に入れ均一に分散させ、ツブゲージにて(B)Al含有酸化物或いは更に(D)Ti含有酸化物の粒子径を20μm以下にした。次いで、(A)水系カルボキシル基含有樹脂の残部と(C)架橋剤を追加して分散させ、分散体を得た。さらに成膜性を向上させるため、得られた分散体に被覆剤全体の0.3質量%となるレベリング剤(ビックケミージャパン社製byk348)を添加し、中和剤としてジエタノールアミンを用い、水を添加して固形分量を調整した。得られた被覆剤の固形分は45質量%、pHは8.5に調整した。
なお、(B)Al含有酸化物としては、表2に示すカオリナイトとアルミナコートシリカを用いた。これらの一次粒径は1〜5μm程度である。
(C)架橋剤のメラミンとしては三和ケミカル社製メチル化メラミンMX−035(固形分70質量%)、混合エーテル化メラミン樹脂MX−45(固形分100%)、イソシアネートとしては旭化成社製デュラネートWB40−80D(固形分80質量%)、オキサゾリンとしては日本触媒社製オキサゾリン含有樹脂WS−500(固形分40質量%)を用いた。
(D)Ti含有酸化物としては、石原産業社製酸化チタン(R930、一次粒径:250nm)を用いた。
(A)〜(D)の種類および配合比は表3のとおりである。なお、表3中、(B)Al含有酸化物、(C)架橋剤、(D)Ti含有酸化物の各々の質量部は、(A)水系カルボキシ基含有樹脂100質量部(固形分換算)に対する質量部(固形分換算)である。
上記(1.1)および(1.2)により得られた前処理を施した供試材表面(両面)に、表3に示す各種被覆剤をロールコーターで塗布し、熱風焼付け炉により、焼付けしたのち、常温に放冷して絶縁被膜を形成し、試験板を作製した。用いた被覆剤の種類、焼付け温度(到達供試材温度)、焼付け温度までの加熱時間は表4に示すとおりである。
(2.1) 水系カルボキシル基含有樹脂、Al含有酸化物、Ti含有酸化物の質量比
上記(1.5)で得られた各種試験板を用いて、乾燥後の絶縁被膜に含まれる水系カルボキシル基含有樹脂、Al含有酸化物、Ti含有酸化物の質量比を、絶縁被膜を構成する特定元素の蛍光X線分析によるカウントと重量法(アルカリ剥離法)との検量線から測定し確認した。その結果を表4に示す。
上記(1.5)で得られた各種試験板の絶縁被膜の付着量(片面あたり)は重量法(アルカリ剥離法)により求めた。
測定結果を表4に示す。
評価結果を表5に示す。
(3.1) 耐熱性(高温保持後の層間抵抗試験)
上記(1.5)で得られた各種試験板を、100℃の大気中で5日間保持した後、JIS C 2550(2000)に規定された層間抵抗試験(A法)に準拠して層間抵抗値を測定した。評価基準は以下のとおりである。なお、本発明例の常温での層間抵抗値は、JIS C 2550(2000)層間抵抗試験(A法)に準拠して測定し、約300Ω・cm2/枚超であった。
<評価基準>
H1:層間抵抗値200[Ω・cm2/枚]以上
H2:層間抵抗値50[Ω・cm2/枚]以上、200[Ω・cm2/枚]未満
H3:層間抵抗値30[Ω・cm2/枚]以上、50[Ω・cm2/枚]未満
H4:層間抵抗値30[Ω・cm2/枚]未満
上記で得られた各種試験板を、沸騰水蒸気中に15分間暴露させ、外観変化を目視により観察した。評価基準は以下のとおりである。
<評価基準>
J1:変化なし
J2:目視で若干の変色が認められる程度
J3:目視で変色がはっきり認められる程度
J4:被膜溶解
(3.3) 耐傷つき性(被膜硬度)
幅:100mm、長さ:200mmの大きさに調整した上記試験板を各種2枚ずつ用意し、2枚の試験板を圧力490kPa(5kg/cm2)、相対速度2cm/sで10秒間摺動させて、試験板の表面傷を目視により観察し、傷発生面積率を評価した。評価基準は以下のとおりである。
<評価基準>
O1:傷発生面積率が0%
O2:傷発生面積率が0%超え5%以下
O3:傷発生面積率が5%超え10%以下
O4:傷発生面積率が10%超え50%以下
O5:傷発生面積率が50%超え
各種試験板を複数枚(約200枚)用意し、試験板から100mm×100mmサイズにせん断した圧縮試験用試験片を作製した。ついで、同種の試験板から作製した圧縮試験用試験片を積層し、高さ(積層方向の寸法):100mm±0.5mmの積層材とした。このようにして得られた積層材に、室温状態(23±2℃)で1MPaの圧縮圧力を積層方向に負荷し、圧縮応力を負荷した状態で積層材の高さd0を測定した。
圧縮応力を負荷した状態での積層材の高さd0を測定した後、上記圧縮応力を負荷した状態の積層材を、加熱炉(炉内雰囲気:大気)に装入して加熱し、積層材に180℃で200時間保持する熱処理を施した。熱処理後、積層材を加熱炉から取り出し、室温(23±2℃)まで冷却した後、上記圧縮応力を負荷したままの状態で積層材の高さd1を測定した。
圧縮率(%)=[(d0−d1)/d0]×100
評価基準は以下のとおりである。
Q1:圧縮率0.5%未満
Q2:圧縮率0.5%以上、1.0%未満
Q3:圧縮率1.0%以上、1.5%未満
Q4:圧縮率1.5%以上、2.0%未満
Q5:圧縮率が2.0%以上
Claims (6)
- 溶剤に、下記成分(A)〜(D)を含有し、前記(A)〜(D)以外の成分が、乾燥被膜中の配合割合で10質量%以下であることを特徴とする絶縁被膜形成用被覆剤:
(A)水系カルボキシル基含有樹脂:固形分換算で100質量部、
(B)アルミニウム含有酸化物:上記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で40質量部超300質量部未満、
(C)メラミン、イソシアネートおよびオキサゾリンからなる群から選択される少なくとも一つの架橋剤:前記(A)の固形分換算100質量部分に対し、固形分換算で100質量部以上、300質量部未満、および
(D)Ti含有酸化物:前記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で10質量部超300質量部未満である。 - 前記(A)の水系カルボキシル基含有樹脂の酸価が15〜45mgKOH/gである請求項1に記載の絶縁被膜形成用被覆剤。
- 電磁鋼板表面の片面または両面に、溶剤に下記(A)〜(D)を含有し、前記(A)〜(D)以外の成分が、乾燥被膜中の配合割合で10質量%以下である被覆剤を塗布して絶縁被膜を形成することを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法:
(A)水系カルボキシル基含有樹脂:固形分換算で100質量部、
(B)アルミニウム含有酸化物:上記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で40質量部超300質量部未満、
(C)メラミン、イソシアネートおよびオキサゾリンからなる群から選択される少なくとも一つの架橋剤:前記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で100質量部以上300質量部未満、および
(D)Ti含有酸化物:前記(A)の固形分換算100質量部に対し、固形分換算で10質量部超300質量部未満である。 - 前記成分(A)水系カルボキシル基含有樹脂の酸価が15〜45mgKOH/gである請求項3に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
- 前記絶縁被膜の片面当たりの付着量が0.9g/m2以上20g/m2以下である請求項3または4に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板の製造方法。
- 請求項3ないし5のいずれか1項に記載の製造方法によって形成された絶縁被膜を具えることを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板。
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