CN103320201A - 用于切削硬脆材料的加工组成物及切削硬脆材料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于切削硬脆材料的加工组成物，包含至少一种杂环化合物、至少一种多元醇及水，该杂环化合物是由下式(I)所示，式(I)中各个代号的定义如说明书及权利要求所界定。本发明用于切削硬脆材料的加工组成物由于包含该杂环化合物，具备能有效提升该加工组成物的保湿性的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于切削硬脆材料的加工组成物，特别是涉及一种包含杂环化合物的加工组成物及其用于切削硬脆材料的方法。
背景技术
线锯切割技术为目前较为广泛被应用于切割硅晶棒的方法之一，用于切削的加工组成物的性质是影响切削质量的重要因素。用于切削的加工组成物依其特性大致可分为油溶性、水溶性、气态与半固体。良好的加工组成物应具备降低磨擦系数、减小切削阻力、渗透效果佳、对研磨粒子分散性佳、良好冷却能力及方便清洗等优异性能，且为因应环保需求的上升，良好的加工组成物也需要符合无毒、易溶于水、挥发性小及高生物可降解性等要求。
例如中国台湾专利公告I281495号公开一种用于切削的加工组成物，其包含极性非离子型溶剂、有机电解质(或聚电解质)及水，可增进研磨粒子在该加工组成物中的分散性。然而有机电解质却容易使得切削用的钢线受到腐蚀而耗损。
除了上述有机电解质的问题外，本案发明人更发现在切割硅晶棒的过程中，由于线锯切割处会产生局部高热，导致该加工组成物中的水分的散失，进而减低该加工组成物的冷却能力及切割后的硅晶片质量，因此需要频繁地补充水分，造成制程上的不便。本案发明人有鉴于此问题，发展出一种具有良好保湿性且不含有机电解质的加工组成物，有助于业界克服上述问题，提升加工组成物的应用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包含杂环化合物的加工组成物，可改善一般用于切削硬脆材料的加工组成物不易保湿的问题。本发明用于切削硬脆材料的加工组成物，包含：至少一种杂环化合物、至少一种多元醇及水，该杂环化合物是由下式(I)所示：
于式(I)中，
A表示
Z表示
其中R41、R42、R51、R52、R61及R62各自选自于氢或C1～C7烷基；
X1表示
或-O-，其中R11与R12分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
X2表示
或-O-，其中R21与R22分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
R31与R32分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
该A表示时，该X1与X2的至少一者表示-O-；该A表示
时，该X1表示
且该X2表示
本发明的另一目的在于提供一种切削硬脆材料的方法，是使该硬脆材料与如上所述的用于切削硬脆材料的加工组成物接触，并通过切削装置将该硬脆材料切削成多个具有切削面的硬脆片。
本发明的有益效果在于：本发明加工组成物通过其包含的杂环化合物，可提升其耐热性及稳定性，增进渗透效果及对研磨粒子的分散性，并具备能有效保湿与降粘的能力。本发明加工组成物在后续使用过程时，也不需频繁地添加水分以增进切削液的流动性，特别是在切削末期固含量极高时效果最为显著。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明：
本发明用于切削硬脆材料的加工组成物包含至少一种杂环化合物、至少一种多元醇及水，该杂环化合物是由下式(I)所示：
于式(I)中，
A表示
Z表示
其中R41、R42、R51、R52、R61及R62各自选自于氢或C1～C7烷基；
X1表示
或-O-，其中R11与R12分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
X2表示
或-O-，其中R21与R22分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
R31与R32分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
该A表示
时，该X1与X2的至少一者表示-O-；该A表示
时，该X1表示
且该X2表示
优选地，该Z表示
优选地，该R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42、R51、R52、R61及R62表示氢。
优选地，该杂环化合物是选自于
[以下称环丁砜(sulfolane)]、[以下称γ-丁内酯(γ-butyrolactone,GBL)]、
[以下称碳酸丙烯酯(propylene carbonate)]、
或它们的组合。
优选地，以该加工组成物的总重量为100wt%，该杂环化合物的含量范围为0.1～50wt%。更优选地，该杂环化合物的含量范围为0.1～10wt%，该加工组成物的流变特性可符合普遍切削环境以及参数设定。
当未添加该杂环化合物时，该加工组成物将会因水分失去速度快而导致切削液粘度剧烈改变，特别是在固含量高时更为显著；当该杂环化合物的含量大于50wt%时，将导致制作成本提高，且该加工组成物粘度过低易导致润滑及悬浮性不足，而难以符合一般切削条件。
该多元醇可使该加工组成物的流变特性符合普遍切削环境以及参数设定。优选地，该多元醇是选自于乙二醇、二乙二醇(diethanol glycol,DEG)、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、癸二醇、丙三醇、二丙三醇、己三醇、癸三醇、季戊四醇或它们的组合。
优选地，以该加工组成物的总重量为100wt%，该多元醇的含量范围为1～90wt%。
选择性地，本发明加工组成物还包含界面活性剂。该界面活性剂具有湿润、乳化及分散的效果，进而提升该加工组成物应用于线锯切割技术的切削效益。
优选地，该界面活性剂是选自于非离子型界面活性剂、阴离子型界面活性剂或它们的组合。
该非离子型界面活性剂是选自于聚乙二醇(polyethylene glycol，简称PEG)类化合物、聚丙二醇(polypropylene glycol，简称PPG)类化合物、聚氧乙烯-聚氧丙烯类共聚合物、聚氧乙烯醚类化合物或它们的组合。优选地，该聚氧乙烯醚类化合物是选自于烷基酚聚氧乙烯醚(alkylphenol ethoxylate，简称APE)化合物、直链状脂肪醇聚氧乙烯醚(polyethoxylated aliphatic linearalcohol，简称AE)化合物或它们的组合。该阴离子型界面活性剂包含烷基磷酸盐类化合物、烷基磺酸盐(alkyl sulfonate)类化合物、烷基芳基磺酸盐(alkylaryl sulfonate)类化合物或它们的组合。
在本发明的具体例中，该非离子型界面活性剂是聚氧乙烯-聚氧丙烯甘油醚(polyoxyethylene polyoxypropylene glyceryl ether)及二乙二醇单甲基醚(diethylene glycol monomethyl ether,MDG)，该阴离子型界面活性剂是壬基酚聚氧乙烯醚磷酸盐。
优选地，以该加工组成物的总重量为100wt%计算，该界面活性剂的含量范围为0.01～10wt%；更优选地，该界面活性剂的含量范围为0.01～5wt%。
选择性地，本发明加工组成物还包含添加剂，例如用于调整该加工组成物的酸碱度的pH值调整剂或防锈润滑剂等等。优选地，该pH值调整剂是选自于有机酸、醇胺类或它们的组合，其包含但不限于柠檬酸、单乙醇胺(monoethanolamine)、三乙醇胺或它们的组合。优选地，本发明加工组成物的pH值范围为5～9。该防锈润滑剂包含但不限于聚乙二醇(PEG，如PEG600)。
优选地，以该加工组成物的总重量为100wt%计算，该添加剂的含量范围为0.01～10wt%。
本发明切削硬脆材料的方法是使该硬脆材料与如上所述的用于切削硬脆材料的加工组成物接触，并通过切削装置将该硬脆材料切削成多个具有切削面的硬脆片。优选地，该切削硬脆材料的方法是将该硬脆材料浸入如上所述的加工组成物中，并通过切片机将该硬脆材料切削成多个具有切削面的硬脆片。
本发明将就以下实施例作进一步说明，但应了解的是，这些实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。
＜实施例1＞
取1wt%的环丁砜、89wt%的二乙二醇、9wt%的水、0.01wt%的PEG 600(购自于稳好高分子)、0.01wt%的FS-88(壬基酚聚氧乙烯醚磷酸盐，阴离子型界面活性剂，购自于稳好高分子)、0.5wt%的ENHOL GC-5026(聚氧乙烯-聚氧丙烯甘油醚，非离子型界面活性剂，购自于稳好高分子)、0.458wt%的二乙二醇单甲基醚(非离子型界面活性剂)、0.01wt%的柠檬酸及0.012wt%的单乙醇胺于室温下搅拌混合，即获得一加工组成物。
＜实施例2＞
除了将环丁砜改变为γ-丁内酯外，实施例2加工组成物的制法与实施例1相同。
＜实施例3＞
除了将环丁砜改变为碳酸丙烯酯外，实施例3加工组成物的制法与实施例1相同。
＜比较例＞
除了将1wt%的环丁砜及9wt%的水改变为10wt%的水外，比较例加工组成物的制法与实施例1相同。
＜热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)＞
分别将实施例1～3及比较例制得的加工组成物置于一热重分析仪(购自于TA仪器，型号为Q500)，将温度以10℃/min的速率从25℃升高至300℃，测量其最低沸点，结果如表1所示。
＜测量重量变化率＞
分别将实施例1～3及比较例制得的加工组成物称重(W1)，于25℃开放环境下静置24小时，分别再次称量其重量(W2)，并根据下式计算重量变化率，结果如表1所示。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 比较例 | |
| 最低沸点(℃) | 178 | 178 | 180 | 174 |
| 重量变化率 | +5% | -3% | -2% | -6% |
由表1的结果可知，实施例1～3制得的加工组成物具有较比较例制得的加工组成物高的最低沸点，显示包含该杂环化合物的加工组成物的挥发性较不包含该杂环化合物低。此外，实施例1～3制得的加工组成物在经过24小时后，其重量损失明显较比较例制得的加工组成物少，显示其包含的杂环化合物能有效减少该加工组成物中水分的散失。
此外，本发明加工组成物也具有良好的渗透效果及对研磨粒子的分散能力。
综上所述，本发明用于切削硬脆材料的加工组成物由于包含该杂环化合物，具备能有效提升该加工组成物的保湿性的能力。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例与具体例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于其包含：
至少一种杂环化合物；
至少一种多元醇；及
水，
该杂环化合物是由下式(I)所示：
于式(I)中，
A表示
Z表示
其中R41、R42、R51、R52、R61及R62各自选自于氢或C1～C7烷基；
X1表示
或－O－，其中R11与R12分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
X2表示
或－O－，其中R21与R22分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
R31与R32分别相同或不同地表示氢或C1～C7烷基；
该A表示
时，该X1与X2的至少一者表示－O－；该A表示
时，该X1表示
且该X2表示
2.根据权利要求1所述的用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于：该Z表示
3.根据权利要求1所述的用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于：该R11、R12、R21、R22、R31、R32、R41、R42、R51、R52、R61及R62表示氢。
4.根据权利要求1所述的用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于：该杂环化合物是选自于
或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于：以该加工组成物的总重量为100wt%，该杂环化合物的含量范围为0.1～50wt%。
6.根据权利要求5所述的用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于：以该加工组成物的总重量为100wt%，该杂环化合物的含量范围为0.1～10wt%。
7.根据权利要求1所述的用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于：该多元醇是选自于乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、癸二醇、丙三醇、二丙三醇、己三醇、癸三醇、季戊四醇或它们的组合。
8.根据权利要求1所述的用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于：以该加工组成物的总重量为100wt%，该多元醇的含量范围为1～90wt%。
9.根据权利要求1所述的用于切削硬脆材料的加工组成物，其特征在于：该用于切削硬脆材料的加工组成物还包含非离子型界面活性剂。
10.一种切削硬脆材料的方法，其特征在于：其是使该硬脆材料与根据权利要求1至9中任一权利要求所述的用于切削硬脆材料的加工组成物接触，并通过切削装置将该硬脆材料切削成多个具有切削面的硬脆片。
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