CN104736651A - 添加剂混合物和组合物以及用于抛光玻璃基底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种添加剂混合物，该添加剂混合物包括聚丙烯酸盐、酸酯、以及消泡剂。还提供了一种抛光组合物以及一种用于抛光玻璃基底的抛光方法。

Description

添加剂混合物和组合物以及用于抛光玻璃基底的方法
发明领域
本发明涉及一种添加剂混合物和一种用于抛光液晶显示器的薄膜晶体管(TFT)或超扭曲向列(super twisted nematic，STN)玻璃基底、光学玻璃基底、玻璃硬盘基底、石英玻璃等的抛光组合物。本发明进一步涉及一种使用所述抛光组合物用于抛光玻璃基底的方法。
发明背景
高精度抛光在电子领域变得越来越重要，如用于磁盘的玻璃基底、用于液晶显示器的玻璃基底如薄膜晶体管(TFT)LCD或扭曲向列(TN)LCD、用于液晶TV的滤色器、用于透镜的光学玻璃和用于光掩模的玻璃基底。
尤其迫切希望的是提供具有高平整度、极度降低的表面粗糙度、以及最小数目的微小划痕和微小凹坑的镜面抛光的表面。因此，要求以高度增强的精度抛光基底的表面。
对于使用磨料组合物表面抛光，要求兼具高精度表面抛光性能和高的抛光速率。
已提出各种建议来提高抛光速率。US2005/0287931A1披露了一种抛光浆料，该抛光浆料包括磨料和阴离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂并具有至少11的pH值。然而，表面精度对于某些应用仍然是不足的。
因此，对于开发一种具有改进的抛光性能的抛光组合物仍然存在需要。
发明概述
为了解决上述问题，本发明人进行了广泛且深入的研究，并出人意料地发现一种抛光组合物，该抛光组合物可以提高抛光速率并改进表面平滑度。
作为一个方面，本发明涉及一种添加剂混合物，该添加剂混合物包括聚丙烯酸盐、酸酯、以及消泡剂。
作为另一个方面，本发明涉及一种用于抛光玻璃基底的抛光组合物，该抛光组合物包括根据本发明的添加剂混合物和磨料。
作为又另一个方面，本发明涉及一种用于抛光玻璃基底的方法，该方法包括使用该抛光组合物抛光玻璃基底的表面。
发明的详细说明
除非另外说明，在本发明中的术语“聚丙烯酸盐”是指聚丙烯酸的盐，包括但不限于，聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵、以及聚丙烯酸钙。
总体而言，抛光组合物不同时满足表面平滑度和抛光速率两者的令人满意的水平。因此，非常重要的是提供一种装置，该装置能够以高抛光速率制造具有优异表面质量的基底，换句话说，一种能够满足经济优势和表面平滑度这两者的令人满意的水平的装置。
本发明涉及一种添加剂混合物(该添加剂混合物可用于生产玻璃基底的抛光组合物，该抛光组合物能够以高抛光速率制造具有优异质量的基底)、一种抛光剂组合物以及一种用于抛光玻璃基底的方法。
根据本发明，可以提供能够以高抛光速率制造具有优异表面质量的基底的、用于玻璃基底的抛光组合物，换句话说，能够满足经济优势和表面平滑度这两者的令人满意的水平的、用于玻璃基底的抛光组合物，以及一种用于抛光玻璃基底的方法。
本发明的这些和其他优点从下面的描述将是明显的。
添加剂混合物
本发明提供了一种添加剂混合物，该添加剂混合物包括聚丙烯酸盐、酸酯、消泡剂和任选的液体介质。
根据一些特定的实施方案，聚丙烯酸盐具有小于12，000，优选小于10，000，并且更优选在从3000至5000的范围内的重均分子量。
根据一些特定的实施方案，该聚丙烯酸盐选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵、以及聚丙烯酸钙组成的组。
根据一些特定的实施方案，该聚丙烯酸盐的量为聚丙烯酸盐、酸酯和消泡剂的总质量的从10质量％至70质量％，优选30质量％至50质量％。
根据一些特定的实施方案，该酸酯选自磷酸酯、硫酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯及其混合物组成的组。
根据一些特定的实施方案，该酸酯的量为聚丙烯酸盐、酸酯和消泡剂的总质量的从3质量％至25质量％，优选从5质量％至10质量％。当本发明的添加剂混合物包含液体介质时，基于添加剂混合物的总质量，聚丙烯酸盐、酸酯和消泡剂的总量可以是从20％至100％。
根据一些特定的实施方案，该消泡剂选自硅烷氧基化的聚醚(siloxylated polyethers)、矿物油、聚硅氧烷、改性聚硅氧烷共聚物及其混合物组成的组。
根据一些特定的实施方案，该消泡剂的量为聚丙烯酸盐、酸酯和消泡剂的总质量的从20质量％至85质量％，优选从40质量％至60质量％。
尽管本发明的添加剂混合物可以由聚丙烯酸盐、酸酯和消泡剂组成，它可以进一步包括其他组分，包括诸如例如，液体介质作为溶剂、表面活性剂或其他功能组分。根据一些特定的实施方案，该添加剂混合物进一步包括液体介质。优选地，使用水作为液体介质。作为在本发明中所用的水，可有利地使用离子交换水、蒸馏水、超纯水或类似物。当本发明的添加剂混合物包括液体介质时，基于该添加剂混合物的总质量，液体介质的量可以是从0％至80％。
本发明的添加剂混合物可以通过已知的方法混合各上述组分来制备。在此，各上述组分的浓度可以是在制备过程中的任何浓度以及使用时的浓度。
添加剂混合物和抛光组合物的使用方法
本发明提供了一种用于抛光玻璃基底的抛光组合物，该抛光组合物包括根据本发明的添加剂混合物和磨料。
根据一些特定的实施方案，相对于抛光组合物的总质量，该磨料的量为从1质量％至30质量％。
根据一些特定的实施方案，该磨料是含铈磨料。优选地，该含铈磨料选自氧化铈、镧铈氧化物、镧铈镨氧化物、镧铈镨钕氧化物或其他掺杂的铈氧化物组成的组。
根据一些特定的实施方案，相对于该抛光组合物的总质量，该聚丙烯酸盐的量为从0.01质量％至1.4质量％，优选0.25质量％至1质量％。
根据一些特定的实施方案，相对于该抛光组合物的总质量，该酸酯的量为从0.003质量％至0.5质量％，优选从0.01质量％至0.1质量％。
根据一些特定的实施方案，相对于该抛光组合物的总质量，该消泡剂的量为从0.02质量％至1.7质量％，优选从0.4质量％至1质量％。
根据一些特定的实施方案，该抛光组合物进一步包括pH调节剂。优选地，该pH调节刑选自有机酸、无机酸、有机碱和无机碱组成的组。从提高抛光速率的观点来看，本发明的抛光组合物具有的pH为从6至12，优选从7至9。pH可以根据酸或碱的含量进行调整。优选地，使用酸来调节pH值。该酸包括无机酸和有机酸。无机酸包括盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、多磷酸、酰胺硫酸、等等。此外，有机酸包括羧酸、有机膦酸、氨基酸、等等。羧酸包括，例如，一元羧酸如乙酸、羟基乙酸、以及抗坏血酸；二元羧酸如草酸和酒石酸；三元羧酸如柠檬酸。有机磷酸包括2-氨基乙基膦酸、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸(HEDP)、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)和类似物。此外，氨基酸包括甘氨酸、丙氨酸和类似物。其中，从减少刮痕的观点来看，无机酸、羧酸、以及有机膦酸是优选的。例如，盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、多磷酸、羟基乙酸、草酸、柠檬酸、HEDP、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、或二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)是适宜使用的。用于调节pH的这些酸可以单独使用或以两种或更多种的混合物使用。
根据一些特定的实施方案，该组合物进一步包括液体介质。本发明的添加剂混合物可以在搅拌下制成抛光浆料。在所生成的抛光浆料中，将抛光磨料分散在液体介质中。液体介质的量取决于预期的应用。然而，从经济优势的观点出发，该添加剂混合物可以用液体介质部分地稀释，并在许多情况下在使用之前用液体介质进一步稀释。
根据一些特定的实施方案，液体介质可以选自水和有机溶剂组成的组。优选地，液体介质是选自乙醇、丙酮和四氢呋喃(THF)组成的组中的有机溶剂。液体介质可以是市售的抛光液体组合物。
根据一些特定的实施方案，使用水作为液体介质。作为在本发明中所用的水，可有利地使用离子交换水、蒸馏水、超纯水或类似物。
从维持抛光组合物的流动性和提高抛光速率的观点来看，可以优选按重量计从70％至99％，更优选按重量计从80％至95％的量包含液体介质。
本发明的抛光组合物可以通过已知的方法混合各上述组分来制备。在此，各上述组分的浓度可以是在制备过程中的任何浓度以及使用时的浓度。从经济优势的观点来看，在许多情况下抛光组合物通常制备成浓缩物并在使用时稀释。
抛光过程
本发明提供了一种用于抛光玻璃基底的方法，该方法包括使用根据本发明的抛光组合物抛光玻璃基底的表面。
因为本发明的抛光组合物是用在抛光玻璃基底的步骤中，可以实现经济上有利的抛光速率并且抛光的基底被赋予优异的表面平滑度，并且由此可以经济地制造具有优异的表面特性的高质量玻璃基底。
没有阐明通过使用本发明的抛光组合物减少在基底上的表面粗糙度的机制，但据推测如下。包含在抛光组合物内的聚丙烯酸盐、酸酯、以及消泡剂在磨料颗粒和/或抛光碎片的表面上的吸附所引起的空间位阻效应通过分散所吸收的物质导致表面粗糙度的减小。
用于抛光本发明的玻璃基底的方法的特征之一在于，该方法包括用从2.5至15kPa的抛光载荷来抛光待抛光的基底，同时允许上述抛光组合物存在于抛光垫和待抛光的基底之间的步骤(以下也称为“抛光步骤A”)。通过使用用于抛光具有该特征的玻璃基底的方法，可以在经济上有利的抛光速率下获得具有优异的表面平滑度的玻璃基底。
一种用于在抛光步骤A抛光的过程包括使用抛光机的抛光过程。具体而言，该抛光过程包括将由夹持器夹持的待抛光的基底放在抛光压板(其上附接有抛光垫)之间，将本发明的抛光组合物供给到抛光垫与待抛光的基底之间，并移动该抛光压板和/或待抛光的基底，同时施加一个给定的压力，从而在与本发明的抛光组合物接触时抛光待抛光的基底的步骤。
没有特别限定使用本发明的抛光组合物的玻璃基底的抛光机，并且可以使用包括用于夹持待抛光的基底的夹具(夹持器，由聚芳酰胺或类似物制成)和抛光布(抛光垫)的抛光机。
从提高抛光速率和改善表面质量的观点来看，在抛光步骤A中的抛光载荷为从2.5至15kPa，优选从2.5至15kPa。
玻踽基底
例如，玻璃基底可以是用于液晶显示器的薄膜晶体管(TFT)或超扭曲向列(STN)玻璃基底、光学玻璃基底、玻璃硬盘基底、石英和类似物。
基底的形状不受特别地限制。例如，也可以使用具有含有平面部分的形状的那些(诸如盘、板、厚板和棱镜)，或含有弯曲部分的形状的那些(诸如透镜)。其中，本发明的抛光组合物在抛光具有盘形或板状物体的待抛光的那些基底时是优异的。
根据本发明的抛光组合物示出了抛光效率的高的改进并能够获得抛光玻璃基底的高的抛光速率。
提供以下实例和对比实例来帮助理解本发明，并且不应当被解释为限制其范围。除非另外说明，所有的份数和百分数均以重量计，并且分子量是重均分子量(Mw)。
实例
下列实例中所使用的材料总结于表1中。
表1用于实例的添加剂混合物的物质
添加剂 主要组分 生产商 生产区域
SN-5027 聚丙烯酸铵Mw-6000 潍坊恒海 中国
Rhodoline226/40 聚丙烯酸钠Mw-5000 罗地亚 新西兰
Rhodoline111 聚丙烯酸钠Mw-10000 罗地亚 中国
Rhodoline226/35 聚丙烯酸钠Mw-4000 罗地亚 新西兰
Rhodafac RS410 磷酸酯 罗地亚 中国
Rhodafac RS610 磷酸酯 罗地亚 中国
Rhodafac RE610 磷酸酯 罗地亚 美国
FB-50 聚硅氧烷 道康宁 德国
Rhodoline DF691 矿物油 罗地亚 中国
BYK1660 硅烷氧基化聚醚 BYK 美国
抛光速率评价的过程：
制备抛光组合物：
将磨料分散到水中并搅拌30min，并在搅拌额外30min下加入该添加剂混合物以形成抛光浆料。添加pH调节剂以调节pH值(如果必要的话)。
抛光条件：
抛光测试机：LM-15，从Baikowski有限公司可商购的。
抛光垫：LP66，从通用光电公司(Universal PhotonicsIncorporated)
可商购的。
压板的旋转速度：90r/min
流速：1L/min
抛光时间段：60min
抛光载荷：10-15kPa
基底：平坦，尺寸：100mm*100mm
抛光的基底的评价
(1)抛光速率
抛光速率(μm/min)是从玻璃基底在抛光之后和之前所测量的重量损失计算的。
(2)表面质量
a.表面粗糙度(Ra)
玻璃基底表面的表面粗糙度(Ra)是通过原子力显微镜(AFM型：Multimode Nanoscope IIIa)测量的。
b.表面缺陷
玻璃基底表面是在200，0001ux的卤素灯下通过视觉检测(反射+透射)观察的。表面缺陷的评价根据以下三个等级来表示。
质量评价：
A：粗糙度：在10μm*10μm区域内Ra＜1nm或未观察到任何明显程度的凹坑的出现并且表面状态良好。
B：粗糙度：在10μm*10μm内1nm＜Ra＜3nm或观察到一定程度的凹坑并且抛光的基底是实际上可接受的。
C：粗糙度：在10μm*10μm内Ra＞3nm或观察到凹坑并且表面状态差，并且抛光的基底是不可接受的。
实例1
将100g磨料分散到396g水中，并且然后在保持搅拌30min的同时加入添加剂混合物。该添加剂混合物由1.00g SN-5027、0.98g Rhodafac226/40和2.0g FB-50组成。使用10％的硝酸来调节pH值从10至7.2。根据上述方法评价抛光结果。该磨料是来自罗地亚科技有限公司(Rhodia Co.LTD)的2822。
对比实例1
与上述实例1相同的抛光条件，除了不加入添加剂混合物。
实例2
将75g磨料分散到420g水中，并且然后在保持搅拌30min的同时加入添加剂混合物。该添加剂混合物由1.88g Rhodoline226/40、0.15gRhodafac RE610和2.5g BYK1660组成。根据上述方法评价抛光结果。该磨料是来自昭和电工株式会社(Showa Denko K.K.)的SHOROXTMA10。
对比实例2
对比实例2是与上述实例2相同的，除了不加入添加剂混合物。
实例3
将50g磨料分散到447g水中，并且然后在保持搅拌30min的同时加入添加剂混合物。该添加剂混合物由1.70g Rhodoline226/40、0.24gRhodafac RE610和0.49g Rhodoline DF691组成。根据上述方法评价抛光结果。该磨料是来自昭和电工株式会社的SHOROXTM V3106。SHOROXTM V3106是市售的抛光浆料(用DI水稀释至磨料浓度的10％)。
对比实例3
对比实例3是与上述实例3相同的，除了不加入添加剂混合物。
实例4
将125g磨料分散到371g水中，并且然后在保持搅拌30min的同时加入添加剂混合物。该添加剂混合物由0.39g Rhodo1ine111、0.20gRhodafac RS610和3.16g BYK1660组成。根据上述方法评价抛光结果。
该磨料是来自罗地亚科技有限公司的2815。
对比实例4
对比实例4是与上述实例4相同的，除了不加入添加剂混合物。
实例5
将25g磨料分散到474g水中，并且然后在保持搅拌30min的同时加入由0.25g Rhodoline226/35、0.03Rhodafac RS410和Rhodoline DF691组成的添加剂混合物。根据上述方法评价抛光结果。该磨料是来自罗地亚科技有限公司的1650。
对比实例5
对比实例5是与上述实例5相同的，除了不加入添加剂混合物。
对比实例6
对比实例6是与上述实例5相同的，除了使用十二烷基硫酸钠代替添加剂混合物中的聚丙烯酸钠。
对比实例7
对比实例7是与上述实例5相同的，除了在添加剂混合物中不加入聚丙烯酸钠。
实例1至5和对比实例1至7的抛光组合物和它们的特性总结于下表2中。
表2
注：
实例1至5的去除速率比值是实例1至5的去除速率与对比实例1至5的去除速率的比值(实例1相对于对比实例1；实例2相对于对比实例2；实例3相对于对比实例3；实例4相对于对比实例4；实例5相对于对比实例5)；对比实例6至7的去除速率比值是对比实例6至7的去除速率与对比实例5的去除速率的比值(对比实例6相对于对比实例5；对比实例7相对于对比实例5)。
如从表2可以看出，实例1至5的本抛光组合物可大大改进抛光性能。

Claims (26)

1.一种添加剂混合物，该添加剂混合物包含聚丙烯酸盐、酸酯、消泡剂和任选的液体介质。
2.根据权利要求1所述的添加剂混合物，进一步包含按该添加剂混合物的重量计0％至80％的液体介质。
3.根据权利要求1或2所述的添加剂混合物，其中该聚丙烯酸盐具有小于12，000的重均分子量。
4.根据权利要求1或2所述的添加剂混合物，其中该聚丙烯酸盐具有在从3000至5000范围内的重均分子量。
5.根据权利要求1或2所述的添加剂混合物，其中该聚丙烯酸盐选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵、以及聚丙烯酸钙组成的组。
6.根据权利要求1或2所述的添加剂混合物，其中该聚丙烯酸盐的量为该聚丙烯酸盐、酸酯和消泡剂的总质量的从10质量％至70质量％，优选30质量％至50质量％。
7.根据权利要求1或2所述的添加剂混合物，其中该酸酯选自磷酸酯、硫酸酯、聚氧乙烯脂肪酸酯及其混合物组成的组。
8.根据权利要求1或2所述的添加剂混合物，其中该酸酯的量为该聚丙烯酸盐、酸酯和消泡剂的总质量的从3质量％至25质量％，优选从5质量％至10质量％。
9.根据权利要求1或2所述的添加剂混合物，其中该消泡剂选自硅烷氧基化的聚醚、矿物油、聚硅氧烷、改性聚硅氧烷共聚物及其混合物组成的组。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的添加剂混合物，其中该消泡剂的量为该聚丙烯酸盐、酸酯和消泡剂的总质量的从20质量％至85质量％，优选从40质量％至60质量％。
11.一种用于抛光玻璃基底的抛光组合物，该抛光组合物包括根据权利要求1至10中任一项所述的添加剂混合物和磨料。
12.根据权利要求11所述的抛光组合物，其中相对于该抛光组合物的总质量，该磨料的量为从1质量％至30质量％。
13.根据权利要求11所述的抛光组合物，其中该磨料是含铈磨料。
14.根据权利要求13所述的抛光组合物，其中该含铈磨料选自铈氧化物、镧铈氧化物、镧铈镨氧化物、或镧铈镨钕氧化物组成的组。
15.根据权利要求11所述的抛光组合物，其中相对于该抛光组合物的总质量，该聚丙烯酸盐的量为从0.01质量％至1.4质量％，优选0.25质量％至1质量％。
16.根据权利要求11所述的抛光组合物，其中相对于该抛光组合物的总质量，该酸酯的量为从0.003质量％至0.5质量％，优选从0.01质量％至0.1质量％。
17.根据权利要求11所述的抛光组合物，其中相对于该抛光组合物的总质量，该消泡剂的量为从0.02质量％至1.7质量％，优选从0.4质量％至1质量％。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的抛光组合物，进一步包括pH调节剂。
19.根据权利要求18所述的抛光组合物，其中该pH调节剂选自有机酸、无机酸、有机碱和无机碱组成的组。
20.根据权利要求11所述的抛光组合物，其中该抛光组合物的pH为6-12，优选7-9。
21.根据权利要求11所述的抛光组合物，其中它是进一步包括至少一种液体介质的抛光浆料。
22.根据权利要求21所述的抛光组合物，其中该液体介质选自水和有机溶剂组成的组。
23.根据权利要求22所述的抛光组合物，其中该有机溶剂选自醇、丙酮和四氢呋喃组成的组。
24.根据权利要求22所述的抛光组合物，其中该液体介质是水，优选去离子水。
25.一种用于抛光玻璃基底的方法，该方法包括使用根据权利要求11至24中任一项所述的抛光组合物来抛光玻璃基底的表面。
26.根据权利要求25所述的方法，其中该玻璃基底选自薄膜晶体管、超扭曲向列玻璃基底、光学玻璃基底、玻璃硬盘基底、以及石英玻璃组成的组。
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