CN103952225A

CN103952225A - 用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液及其制备方法

Info

Publication number: CN103952225A
Application number: CN201410075279.XA
Authority: CN
Inventors: 徐静; 房忠芳; 郭小娟; 李新家
Original assignee: XI'AN TONGXIN SEMICONDUCTOR ACCESSORY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: XI'AN TONGXIN SEMICONDUCTOR ACCESSORY MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: CN103952225B

Abstract

本发明公开了一种用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液及其制备方法，由合成高分子增稠剂、非离子表面活性剂、分散剂、消泡剂、和水组成。本发明含水率达到90份以上，大大降低了切割液的生产成本，但是在性能方面却有很大提高，切割液对SiC的分散悬浮性能更好，且该切割液具有更佳的冷却性和润滑性；针对水基切割液在线切割过程中易产生氢气的问题，本发明也有针对性措施，极大地减少了氢气产生量，使生产更加安全；同时由于含水量高有机物含量低，因此该切割液的COD值很低，是一种绿色环保的新型水基切割液。

Description

用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液及其制备方法

技术领域

本发明属于硅片切割技术领域，涉及一种切割液，特别涉及一种用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液及其制备方法。

背景技术

随着太阳能光伏产业的不断发展，对光伏转化效率和成本提出了更高的要求，这就要求光伏产业的每个环节都要不断提升技术水平。硅片作为光伏电池的核心部件，硅片质量的提高、生产成本的降低以及生产的绿色化都将为光伏产业提供更强大的发展动力。

硅片游离磨料线切割是将切割液与SiC混合后喷入钢丝与硅棒工件之间，从而在线切割过程中使硅棒产生微小裂纹、崩碎并形成切屑被去除，进给机构推动晶体硅棒向往复运动的钢丝移动，线轮上钢丝绕成多组可同时切割多片实现线切割。该方法是目前应用最广泛的硅片切割方式，但仍然存在切割液分散悬浮性较差、切割液成本高、切割液冷却润滑性差、环境污染严重等问题。现有的用于硅片游离磨料线切割的水基切割液或者含水量仍然偏低不能达到有效降低成本的目的，或者就是悬浮分散性和润滑性不够，且甚少有人提及水基切割液在线切割过程中易产生氢气的问题。

例如，申请号为201210397124.9，发明名称为“硬脆性材料的水基切割液及其制备方法”的中国专利和申请号为201110176262.X，发明名称为“一种硅片切割用水基切削液”的中国专利中均提到的水基切割液的含水量在40份及以下，虽然对生产成本有一定的节约但幅度并不大，且由于含水量低使切割液的COD值仍然很高，并不能做到真正的绿色环保；再有，在切割后的废砂浆分离过程中，SiC表面的有机物不易分离，且上述两篇专利中的有机物含量很高，导致SiC表面吸附的有机物多，进一步增加了废砂浆的处理难度。

其次，在申请号为201110174484.8，发明名称为“一种用于硅片的水基型线切割液"中公开的水基切割液含水量达到了89.95～98份，但是其中所提的主要成分聚乙烯醇在机器表面易成膜，会对生产的稳定性和连续性造成不便。

再有，申请号为US13139046，发明名称为“Cutting Fluid Composition ForWiresawing”的美国专利中的水基切割液虽然提到了水基切割液会在切割过程中产生氢气的问题，但其对氢气的抑制能力仍然很低。

针对现有的水基切割液，普遍存在含水量仍然低、忽略切割过程产生氢气、润滑性差等问题，未能综合水基切割液的各项指标，从而使得切割液生产成本高、COD值高污染严重、切割后硅片表面损伤严重等。因此研制低成本、高质量、环境友好的水基切割液是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种生产成本低、含水量高、切割效果好、环境友好的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，按照质量份数计，包括以下组分：

1～5份的合成高分子增稠剂、0.1～1份的非离子型高分子润湿剂、0.1～1.5份的助溶剂、0.05～0.5份的分散剂、0.01～0.1份的消泡剂以及91～99份的水。

还包括0.1～1份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.1～1.5份的聚乙二醇600单油酸酯。

所述的合成高分子增稠剂为聚乙二醇400单硬脂酸酯、聚乙二醇400双硬脂酸酯或聚乙二醇6000双硬脂酸酯。

所述的非离子型高分子润湿剂为吐温80或烷基酚聚氧乙烯醚。

所述的烷基酚聚氧乙烯醚由壬基酚与8至12分子的环氧乙烷加成制得。

所述的助溶剂采用椰子油脂肪酸二乙醇酰胺或AES。

所述的分散剂为分散剂Tamol或亚甲基双甲基萘磺酸钠。

所述的消泡剂为SRE消泡剂、二甲基硅油、DE889消泡剂中的一种或多种混合物。

一种用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液的制备方法，包括以下步骤：

1）将0.1～1份的非离子型高分子润湿剂、0.1～1.5份的助溶剂、0.1～1份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.1～1.5份的聚乙二醇600单油酸酯加入91～99份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.05～0.5份的分散剂和0.01～0.1份的消泡剂，充分混匀，得到混合液；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将1～5份的合成高分子增稠剂加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

所述的非离子型高分子润湿剂为吐温80或烷基酚聚氧乙烯醚；烷基酚聚氧乙烯醚为由壬基酚与8至12分子的环氧乙烷加成得到的；助溶剂采用椰子油脂肪酸二乙醇酰胺或AES；分散剂为分散剂Tamol或亚甲基双甲基萘磺酸钠；消泡剂为SRE消泡剂、二甲基硅油、DE889消泡剂中的一种或多种混合物；合成高分子增稠剂为聚乙二醇400单硬脂酸酯、聚乙二醇400双硬脂酸酯或聚乙二醇6000双硬脂酸酯。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液：

（1）含水量高。本发明主要组分为水，大大降低了生产成本，且由于含水量高有机物含量低使切割液的COD值很低，是真正意义上的绿色环保型切割液。

（2）比热容高。由于本发明含量最高组分为水，因此该切割液比热容高，因此切片的表面质量好、成品率高。

（3）润滑性好。本发明所制备出的切割液用于硅片的游离磨料线切割，具有极好的润滑性，可以加快切割速度，同时减小硅片切割后的表面损伤。

（4）分散、悬浮性好。本发明与现在工业生产中所用切割液相比具有更好的分散性，有助于SiC的均匀分散，从而提高切割线的携砂能力，提高硅片成品率。

（5）本发明所制备的切割液，在硅片切割过程中，能够很好的抑制氢气的产生速度，可达到0.0015～0.0018mL/min。

（6）本发明所制备的切割液，其黏度为52～58mPa·s，沉降速度为0.15～0.16mL/h，润滑性为1800～2000g，COD为90822～91900mg/L，表面张力为22～23mN/m。

本发明用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液的制备方法，先将非离子型高分子润湿剂、助溶剂、脂肪醇聚氧乙烯醚聚乙二醇600单油酸酯加入水中混合均匀，再依次向混合物中加入分散剂和消泡剂，带上述溶质完全溶解后在加入合成高分子增稠剂，能够快速有效的溶解各种溶质，且溶解效果好，不易析出，制备出的切割液性能良好，成品率高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明：

本发明包括以下步骤：

1）将0.1～1份的吐温80或烷基酚聚氧乙烯醚、0.1～1.5份的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺或AES、0.1～1份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.1～1.5份的聚乙二醇600单油酸酯加入91～99份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.05～0.5份的分散剂Tamol或亚甲基双甲基萘磺酸钠和0.01～0.1份的SRE消泡剂、二甲基硅油、DE889消泡剂中的一种或多种混合物，充分混匀，得到混合液；其中，烷基酚聚氧乙烯醚由壬基酚与8至12分子的环氧乙烷加成制得；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

本发明的原理：

水由于自身比热容较大，因此高含量水的加入使水基切割液具有更好的冷却性，使切割过程中产生的热量能够被及时导出，从而使硅片在切割过程中不易产生变形，同时高含量的水、低含量的有机物也大大降低了切割液的生产成本。

下面列举本发明的具体实施例：

实施例1

1）将0.1份的吐温80、0.1份的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、1.0份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.2份的聚乙二醇600单油酸酯加入91份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.05份的分散剂Tamol和0.01份的SRE消泡剂，充分混匀，得到混合液；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将1份的聚乙二醇400单硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

其性能指标参见下表1。

实施例2

1）将0.2份的烷基酚聚氧乙烯醚、0.3份的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.9份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及1.5份的聚乙二醇600单油酸酯加入93份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.1份的亚甲基双甲基萘磺酸钠和0.02份的二甲基硅油、二甲基硅油、DE889消泡剂中的一种或多种混合物，充分混匀，得到混合液；其中，烷基酚聚氧乙烯醚由壬基酚与8分子的环氧乙烷加成制得；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将1.5份的聚乙二醇400双硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。其性能指标参见下表1。

实施例3

1）将0.3份的吐温80或烷基酚聚氧乙烯醚、0.5份的AES、0.8份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及1.2份的聚乙二醇600单油酸酯加入95份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.15份的分散剂Tamol和0.03份的SRE消泡剂与DE889消泡剂的混合物，充分混匀，得到混合液；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将2份的聚乙二醇6000双硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。其性能指标参见下表1。

表1

编号	实施例1	实施例2	实施例3
				黏度（mPa·s）	58	52	56
沉降速度（mL/h）	0.16	0.15	0.15
				氢气产生速率（mL/min）	0.0018	0.0011	0.0015
润滑性（g）	1800	2000	1850
				COD（mg/L）	91900	90822	91088
表面张力（mN/m）	23	22	23

其中，黏度是在25℃下于黏度计下测量的。

沉降速度的计算，是将切割液与1500#SiC按1:1的比例混合均匀充分搅拌后倒入50mL量筒中，48h后记录上清液高度后换算为沉降高度。

氢气产生速率的计算，向切割液中加入Si粉和Fe粉混合物并搅拌均匀，用排水法于40℃下反应24h后记录气体产生量并换算为反应速度。

润滑性：取切割液10mL，利用摩擦机测量切割液卡死时的承重。

表面张力：取切割液20mL于25℃下测量表面张力。

实施例4

1）将0.4份的烷基酚聚氧乙烯醚、0.7份的AES、0.7份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及1.1份的聚乙二醇600单油酸酯加入97份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.2份的亚甲基双甲基萘磺酸钠和0.04份的SRE消泡剂与二甲基硅油的混合物，充分混匀，得到混合液；其中，烷基酚聚氧乙烯醚由壬基酚与9分子的环氧乙烷加成制得；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将2.5份的聚乙二醇400单硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

实施例5

1）将0.5份的吐温80、0.9份的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.6份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及1.4份的聚乙二醇600单油酸酯加入99份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.25份的分散剂Tamol和0.05份的二甲基硅油与DE889消泡剂的混合物，充分混匀，得到混合液；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将3份的聚乙二醇400双硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

实施例6

1）将0.6份的烷基酚聚氧乙烯醚、1.0份的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.5份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及1.0份的聚乙二醇600单油酸酯加入98份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.3份的亚甲基双甲基萘磺酸钠和0.06份的SRE消泡剂与DE889消泡剂的混合物，充分混匀，得到混合液；其中，烷基酚聚氧乙烯醚由壬基酚与10分子的环氧乙烷加成制得；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将3.5份的聚乙二醇6000双硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

实施例7

1）将0.7份的吐温80、1.1份的AES、0.4份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.8份的聚乙二醇600单油酸酯加入96份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.35份的分散剂Tamol和0.07份的SRE消泡剂与二甲基硅油的混合物，充分混匀，得到混合液；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将4份的聚乙二醇400单硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

实施例8

1）将0.8份的烷基酚聚氧乙烯醚、1.3份的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.3份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.6份的聚乙二醇600单油酸酯加入94份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.4份的亚甲基双甲基萘磺酸钠和0.08份的SRE消泡剂与DE889消泡剂的混合物，充分混匀，得到混合液；其中，烷基酚聚氧乙烯醚由壬基酚与11分子的环氧乙烷加成制得；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将4.5份的聚乙二醇400双硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

实施例9

1）将0.9份的吐温80、1.5份的AES、0.2份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.4份的聚乙二醇600单油酸酯加入92份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.45份的分散剂Tamol和0.09份的二甲基硅油与DE889消泡剂的混合物，充分混匀，得到混合液；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将3份的聚乙二醇6000双硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

实施例10

1）将1.0份的烷基酚聚氧乙烯醚、0.8份的椰子油脂肪酸二乙醇酰胺、0.1份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.1份的聚乙二醇600单油酸酯加入91份的水中，混合后，再向该体系中依次加入0.5份的亚甲基双甲基萘磺酸钠和0.1份的SRE消泡剂、二甲基硅油以及DE889消泡剂的混合物，充分混匀，得到混合液；其中，烷基酚聚氧乙烯醚由壬基酚与12分子的环氧乙烷加成制得；

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

3）将5份的聚乙二醇400单硬脂酸酯加入步骤2）得到的混合溶液中，在加入合成高分子增稠剂时保温并不断搅拌至合成高分子增稠剂完全溶解，得到用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，其特征在于：按照质量份数计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，其特征在于：还包括0.1～1份的脂肪醇聚氧乙烯醚以及0.1～1.5份的聚乙二醇600单油酸酯。

3.根据权利要求1或2所述的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，其特征在于：所述的合成高分子增稠剂为聚乙二醇400单硬脂酸酯、聚乙二醇400双硬脂酸酯或聚乙二醇6000双硬脂酸酯。

4.根据权利要求1或2所述的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，其特征在于：所述的非离子型高分子润湿剂为吐温80或烷基酚聚氧乙烯醚。

5.根据权利要求4所述的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，其特征在于：所述的烷基酚聚氧乙烯醚由壬基酚与8至12分子的环氧乙烷加成制得。

6.根据权利要求1或2所述的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，其特征在于：所述的助溶剂采用椰子油脂肪酸二乙醇酰胺或AES。

7.根据权利要求1或2所述的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，其特征在于：所述的分散剂为分散剂Tamol或亚甲基双甲基萘磺酸钠。

8.根据权利要求1或2所述的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液，其特征在于：所述的消泡剂为SRE消泡剂、二甲基硅油、DE889消泡剂中的一种或多种混合物。

9.一种用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2）将混合液加热并搅拌至溶质完全溶解，得混合溶液；

10.根据权利要求9所述的用于切割太阳能硅片的水性游离磨料切割液的制备方法，其特征在于：所述的非离子型高分子润湿剂为吐温80或烷基酚聚氧乙烯醚；烷基酚聚氧乙烯醚为由壬基酚与8至12分子的环氧乙烷加成得到的；助溶剂采用椰子油脂肪酸二乙醇酰胺或AES；分散剂为分散剂Tamol或亚甲基双甲基萘磺酸钠；消泡剂为SRE消泡剂、二甲基硅油、DE889消泡剂中的一种或多种混合物；合成高分子增稠剂为聚乙二醇400单硬脂酸酯、聚乙二醇400双硬脂酸酯或聚乙二醇6000双硬脂酸酯。