CN105349046A - 一种水包油乳化型金刚石研磨液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水包油乳化型金刚石研磨液及其制备方法，属于精密超精密研磨加工技术领域。该乳化型金刚石研磨液由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料0.1～5份，硅烷偶联剂0.1～3份，阴离子表面活性剂0.05～1.5份，两性离子表面活性剂0.05～1.5份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮1～5份，N-甲基吡咯烷酮0.1～0.5份，C12～C16的饱和烷烃5～10份，乙二醇和/或聚乙二醇10～30份，水43.5～83.6份。该研磨液同时具有水性研磨液良好的冷却性、清洗性以及油性研磨液优越的润滑性。

Description

一种水包油乳化型金刚石研磨液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金刚石研磨液，具体涉及一种水包油乳化型金刚石研磨液，同时还涉及该研磨液的制备方法，属于精密超精密研磨加工技术领域。
背景技术
金刚石研磨液按分散介质类型来分，通常可分为水性金刚石研磨液和油性金刚石研磨液两类。
水性金刚石研磨液虽具有良好的冷却性、清洗性，但是在润滑性方面存在不足，这一特性容易造成工件表面粗糙度值偏大的问题。
油性金刚石研磨液由于其润滑性好，能显著提高工件表面加工质量，但是在冷却性和清洗性方面存在不足。在具体的加工过程中，研磨液冷却性的不足会使得绝大部分磨削热聚集于工件表面并引起温度异常升高现象，导致工件发生一定的热变形；研磨液清洗性不足会使得工件表面残留物不易清洗干净。
因此，设计具备良好复合性能的研磨液产品，使其能集中水性金刚石研磨液和油性金刚石研磨液各自的优势，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好冷却性、清洗性及润滑性的水包油(O/W)乳化型金刚石研磨液。
同时，本发明还提供一种水包油乳化型金刚石研磨液的制备方法。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
乳化型金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料0.1～5份，硅烷偶联剂0.1～3份，阴离子表面活性剂0.05～1.5份，两性离子表面活性剂0.05～1.5份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮1～5份，N-甲基吡咯烷酮0.1～0.5份，C12～C16的饱和烷烃5～10份，乙二醇和/或聚乙二醇10～30份，水43.5～83.6份。
所述金刚石磨料的粒度为M0/0.25～M50/70，纯度为99.5％。
所述硅烷偶联剂可选自市售的有机硅烷偶联剂，优选型号为KH-550、KH-560、KH-570、A-151或A-171，纯度为98.5％。
所述阴离子表面活性剂为烷基羧酸钠、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钾中的一种或多种。烷基羧酸钠R-COONa中R可选自C12，即十二烷基羧酸钠；烷基磺酸钠R-SO3Na中R可选自C12～C16；烷基苯磺酸钾R-C6H4-SO3Na中R可选自C12，即十二烷基苯磺酸钾。
所述两性离子表面活性剂为2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉、N-十二烷基亚氨基二丙酸二钠中的一种或两种。
所述改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮为市售商品，购自广州易通高分子材料有限公司，纯度为95％。
所述水优选去离子水，去离子水的TDS值小于0.03mg/L。
一种水包油乳化型金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂加入金刚石磨料中混匀，再加入C12～C16的饱和烷烃混匀，得溶液A备用；其余组分混匀得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中混匀，即得。
所述混匀的方式优选超声分散，或者超声分散与搅拌相结合；超声分散的工艺参数优选为：功率500～1500W，频率40KHz，时间为5～20min。
本发明的有益效果：
本发明中所涉及的乳化型金刚石研磨液，集中了水性和油性金刚石研磨液各自的优势，具有水性金刚石研磨液良好的冷却性、清洗性以及油性金刚石研磨液优越的润滑性。在精密超精密研磨加工过程中，乳化型金刚石研磨液能解决单一的水性金刚石研磨液或油性金刚石研磨液所面临以上具体问题，满足精密超精密研磨加工工艺要求。
本发明主要应用特定类型乳化剂的乳化特性，在水相与油相混合过程中，使水与油形成稳定的水包油型乳化液。
具体实施方式
下述实施例仅对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1
本实施例中的水包油乳化型金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料(粒度M0/0.5，纯度99.5％)0.1份，硅烷偶联剂KH-550(纯度98.5％)0.1份，十二烷基羧酸钠0.05份，2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉0.05份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮1份，N-甲基吡咯烷酮0.1份，C12的饱和烷烃(纯度98.5％)5份，乙二醇(分析纯)10份，去离子水(TDS值小于0.03mg/L)83.6份。
水包油乳化型金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂KH-550加入金刚石磨料中，搅拌均匀并超声分散10min，超声功率500W，频率40KHz，再加入C12的饱和烷烃，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)15min，得溶液A备用；将十二烷基羧酸钠、2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮加入乙二醇和去离子水的混合液中，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)5min，得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中，边加边搅拌，混合均匀后超声分散(功率、频率同上)15min，即得。
实施例2
本实施例中的水包油乳化型金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料(粒度M1/2，纯度99.5％)0.3份，硅烷偶联剂KH-570(纯度98.5％)0.3份，十四烷基磺酸钠0.1份，N-十二烷基亚氨基二丙酸二钠0.1份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮1.5份，N-甲基吡咯烷酮0.2份，C14的饱和烷烃(纯度98.5％)7份，聚乙二醇(分析纯)15份，水75.5份。
水包油乳化型金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂KH-570加入金刚石磨料中，搅拌均匀并超声分散15min，超声功率600W，频率40KHz，再加入C14的饱和烷烃，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)15min，得溶液A备用；将十四烷基磺酸钠、N-十二烷基亚氨基二丙酸二钠、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮加入聚乙二醇和水的混合液中，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)10min，得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中，边加边搅拌，混合均匀后超声分(功率、频率同上)散20min，即得。
实施例3
本实施例中的水包油乳化型金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料(粒度M4/8，纯度99.5％)1份，硅烷偶联剂KH-560(纯度98.5％)1份，十二烷基苯磺酸钾0.5份，十六烷基磺酸钠0.5份，N-十二烷基亚氨基二丙酸二钠0.5份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮2份，N-甲基吡咯烷酮0.2份，C14的饱和烷烃(纯度98.5％)8份，聚乙二醇(分析纯)8份，乙二醇(分析纯)8份，去离子水(TDS值小于0.03mg/L)70.3份。
水包油乳化型金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂KH-560加入金刚石磨料中，搅拌均匀并超声分散15min，超声功率1000W，频率40KHz，再加入C14的饱和烷烃，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)15min，得溶液A备用；将十二烷基苯磺酸钾、十六烷基磺酸钠、N-十二烷基亚氨基二丙酸二钠、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮加入聚乙二醇、乙二醇和去离子水的混合液中，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)10min，得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中，边加边搅拌，混合均匀后超声分散(功率、频率同上)25min，即得。
实施例4
本实施例中的水包油乳化型金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料(粒度M10/20，纯度99.5％)2份，硅烷偶联剂A-151(纯度98.5％)2份，十四烷基磺酸钠1份，2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉1份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮3份，N-甲基吡咯烷酮0.3份，C15的饱和烷烃(纯度98.5％)10份，聚乙二醇(分析纯)10份，去离子水(TDS值小于0.03mg/L)70.7份。
水包油乳化型金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂A-151加入金刚石磨料中，搅拌均匀并超声分散15min，超声功率1500W，频率40KHz，再加入C15的饱和烷烃，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)20min，得溶液A备用；将十四烷基磺酸钠、2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮加入聚乙二醇和去离子水的混合液中，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)10min，得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中，边加边搅拌，混合均匀后超声分散(功率、频率同上)25min，即得。
实施例5
本实施例中的水包油乳化型金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料(粒度M20/30，纯度99.5％)2份，硅烷偶联剂A-171(纯度98.5％)2份，十二烷基苯磺酸钾1.5份，十二烷基磺酸钠0.5份，2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉1份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮4份，N-甲基吡咯烷酮0.5份，C16的饱和烷烃(纯度98.5％)10份，聚乙二醇(分析纯)15份，去离子水(TDS值小于0.03mg/L)63.5份。
水包油乳化型金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂A-171加入金刚石磨料中，搅拌均匀并超声分散15min，超声功率500W，频率40KHz，再加入C16的饱和烷烃，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)20min，得溶液A备用；将十二烷基苯磺酸钾、十二烷基磺酸钠、2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮加入聚乙二醇和去离子水的混合液中，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)10min，得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中，边加边搅拌，混合均匀后超声分散(功率、频率同上)30min，即得。
实施例6
本实施例中的水包油乳化型金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料(粒度M30/40，纯度99.5％)5份，硅烷偶联剂A-171(纯度98.5％)3份，十二烷基苯磺酸钾1份，十四烷基磺酸钠1份，2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉0.5份，N-十二烷基亚氨基二丙酸二钠0.5份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮5份，N-甲基吡咯烷酮0.5份，C16的饱和烷烃(纯度98.5％)10份，聚乙二醇(分析纯)30份，去离子水(TDS值小于0.03mg/L)43.5份。
水包油乳化型金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂A-171加入金刚石磨料中，搅拌均匀并超声分散15min，超声功率1000W，频率40KHz，再加入C16的饱和烷烃，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)20min，得溶液A备用；将十二烷基苯磺酸钾、十四烷基磺酸钠、2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉、N-十二烷基亚氨基二丙酸二钠、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮和N-甲基吡咯烷酮加入聚乙二醇和去离子水的混合液中，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)10min，得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中，边加边搅拌，混合均匀后超声分散(功率、频率同上)30min，即得。
对比例1
本对比例中的金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料(粒度M0/0.5，纯度99.5％)0.1份，硅烷偶联剂KH-550(纯度98.5％)0.1份，十二烷基羧酸钠0.05份，2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉0.05份，C12的饱和烷烃(纯度98.5％)97份。
金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂KH-550加入金刚石磨料中，搅拌均匀并超声分散10min，超声功率500W，频率40KHz，再加入C12的饱和烷烃，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)15min，得溶液A备用；将十二烷基羧酸钠、2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉加入到A溶液中，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)15min，即得。
对比例2
本对比例中金刚石研磨液，由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料(粒度M0/0.5，纯度99.5％)0.1份，硅烷偶联剂A-151(纯度98.5％)0.1份，十二烷基羧酸钠0.05份，2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉0.05份，乙二醇(分析纯)10份，去离子水(TDS值小于0.03mg/L)83.6份。
金刚石研磨液的制备方法，包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂A-151加入金刚石磨料中，搅拌均匀并超声分散10min，超声功率500W，频率40KHz，得溶液A备用；将十二烷基羧酸钠、2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉加入乙二醇和去离子水的混合液中，搅拌均匀并超声分散(功率、频率同上)15min，得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中，边加边搅拌，混合均匀后超声分散(功率、频率同上)30min，即得。
试验例
取实施例1及对比例1～2制备的金刚石研磨液，对二者的冷却性、清洗性、润滑性进行测试，结果见下表1。备注：研磨液润滑性通过其自身摩擦系数的数值大小进行评价。摩擦系数的数值越小，表明研磨液自身的润滑性越好。
表1研磨液性能比较结果

Claims (8)

1.水包油乳化型金刚石研磨液，其特征在于：由以下质量份数的组分制成：金刚石磨料0.1～5份，硅烷偶联剂0.1～3份，阴离子表面活性剂0.05～1.5份，两性离子表面活性剂0.05～1.5份，改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮1～5份，N-甲基吡咯烷酮0.1～0.5份，C12～C16的饱和烷烃5～10份，乙二醇和/或聚乙二醇10～30份，水43.5～83.6份。
2.根据权利要求1所述的乳化型金刚石研磨液，其特征在于：所述金刚石磨料的粒度为M0/0.25～M50/70。
3.根据权利要求1所述的乳化型金刚石研磨液，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570、A-151或A-171。
4.根据权利要求1所述的乳化型金刚石研磨液，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为烷基羧酸钠、烷基磺酸钠、烷基苯磺酸钾中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的乳化型金刚石研磨液，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为十二烷基羧酸钠、C12～C16的烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钾中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的乳化型金刚石研磨液，其特征在于：所述两性离子表面活性剂为2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉、N-十二烷基亚氨基二丙酸二钠中的一种或两种。
7.如权利要求1～6中任一项所述乳化型金刚石研磨液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：按照质量份数准确取各组分，将硅烷偶联剂加入金刚石磨料中混匀，再加入C12～C16的饱和烷烃混匀，得溶液A备用；其余组分混匀得溶液B备用；将溶液A加入溶液B中混匀，即得。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述混匀的方式为超声分散，或者超声分散与搅拌相结合；超声分散的工艺参数为：功率500～1500W，频率40KHz，时间10～30分钟。
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