CN106010441A - 一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏及其制备方法 - Google Patents

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赵清国
刘永奇
杨晋中
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邵静茹
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Abstract

本发明公开一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶10‑25份、水1‑10份、油酸20‑30份、凡士林10‑20份、煤油15‑30份、花生油15‑25份、杀菌剂5‑15份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2‑2份、OP‑乳化剂0.2‑2份。还公开了该水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法。本发明制备出的研磨膏具有绿色、环保，无腐蚀性、成本低、研磨效果好的优点，适用于玻璃、陶瓷、硬质合金、天然钻石、宝石等高硬度材料制成的量具、刃具、光学仪器和其他高光洁度工件的加工。

Description

一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种研磨、抛光加工用的研磨膏，具体涉及一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏及其制备方法。
背景技术
研磨膏有油溶研磨膏和水溶研磨膏之分，油溶研磨膏润湿性好，磨削力、磨削热小、主要用于加工光洁度高的硬质合金等高硬合金材料的零件，仪器仪表、量具、刃具、磨具等。水溶研磨膏粘度小，易排削、加工效率高，主要用于加工稍腐蚀金属，线路板，玻璃、陶瓷、宝石、玛瑙等非金属硬脆材料制品。常用的研磨膏主要有刚玉类、碳化硅和碳化硼类、氧化铬类、金刚石类等不同类型的研磨膏。
随着现代各领域的不断发展，研磨膏的需求也是日益增强，研磨膏具有耐磨耐用的经济效应，但目前的研磨效果尚未发展到理想的状态，表面粗糙度达不到技术要求，产品率低。现有研磨膏微粉分散特性差，主要研磨材料的微观几何形态不理想，研磨材料微粒的粒度尺寸范围过宽，组分润滑特性不好，使得材料在研磨抛光后表面质量不理想，很难达到质量要求，研磨出的产品合格率低。大多数研磨膏和研磨液虽然能增强研磨效果，但在使用时易损坏研磨机械。另外由于研磨液属于液态形式，容易造成使用浪费，从而增加生产成本。而现有的研磨膏清洁度差，研磨膏容易被细菌腐蚀，失去原有的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研磨效果好的的水油两溶性纳米碳晶研磨膏及其制备方法。
基于上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶10-25份、水1-10份、油酸20-30份、凡士林10-20份、煤油15-30份、花生油15-25份、杀菌剂5-15份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2-2份、OP-乳化剂0.2-2份。
所述纳米碳晶的制备参考专利CN2015107503345，制备出的纳米碳晶为类球形形貌，C含量为99-100%，晶格间距为0.21nm；该纳米碳晶表面的C原子与内层金刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布；平均粒径为R，0＜R≤10nm。
进一步地，所述纳米碳晶经表面功能化处理，可以纳米碳晶颗粒完全分散开，不存在团聚现象，可以均匀稳定的分散在体系中，不会在工件表面产生划痕，提高抛光质量和表面平整度。
进一步地，所述杀菌剂为甜菜碱。
进一步地，所述甜菜碱从植物的根、茎、叶及果实中提取 ，或由氯乙酸与二甲胺季铵化而得。
上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米碳晶表面化功能化处理；
（2）将OP-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散20-40min，搅拌至完全分散均匀得混合液；
（3）将失水山梨醇脂肪酸酯、煤油、花生油、油酸和凡士林在40-60℃混合均匀后加入到步骤（2）所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
进一步地，米碳晶表面化功能化处理的步骤为：将纳米碳晶置于质量比为1﹕（2-5）的浓HNO3/浓H2SO4的混合液中，加热回流24h后离心沉淀；取沉淀物用去离子水洗涤至洗涤液pH为5.0-6.0，用0.1-0.5mol·L-1Na2SiO3•9H2O水溶液洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，然后用0.1-0.5mol·L-1HCL洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤后烘干。对纳米碳晶进行表面功能化处理，可以纳米碳晶颗粒完全分散开，不存在团聚现象，可以均匀稳定的分散在体系中，不会在工件表面产生划痕，提高抛光质量和表面平整度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明采用纳米碳晶为原料，纳米碳晶兼具纳米颗粒与碳晶的双重性质，具有超硬及高耐磨的特性。纳米碳晶为球形颗粒，用于研磨不会划伤被研磨体，被抛表面磨损小；其颗粒细小，粒径在20nm以下且粒度均匀，这保证了研磨体系的稳定性，并且使被研磨抛光表面粗糙度减小，磨削效果好且具有良好的润滑和冷却性能。
（2）由于纳米碳晶比表面积大、比表面能高，处于热力学不稳定状态，在介质中分散稳定性差，容易发生团聚，同时也易于对纳米碳晶进行表面功能化处理。纳米碳晶比表面积大，吸附能力强，润滑剂和分散剂被吸附到纳米碳晶表面，增强粒子之间排斥，减少范德华引力，使纳米碳晶均匀分布在膏状载体中，具有自润滑功能，适用于手动精抛光，可以对表面不规则的金相试样材料进行快速抛光，使用方便。能有效抑制细菌在物体表面的滋生，细小颗粒与物体在摩擦中不断清洁杀菌，研磨速度十分快捷。
（3）纳米碳晶是一种无污染的新型碳材料，无毒无害、耐高温、化学性质稳定；制备出的研磨膏具有绿色、环保，无腐蚀性、成本低、研磨效果好的优点，适用于玻璃、陶瓷、硬质合金、天然钻石、宝石等高硬度材料制成的量具、刃具、光学仪器和其他高光 洁度工件的加工。
（4）失水山梨醇脂肪酸酯能溶于热油和多种有机溶剂，不溶于水，具有优良的乳化能力和分散力，易生物降解、无毒无臭，可用作安全的食品添加剂，也可用作机械润滑剂。
（5）杀菌剂甜菜碱可从天然植物的根、茎、叶及果实中提取，也可由氯乙酸与二甲胺季铵化而得，具有杀菌消炎、渗透性好、中性稳定、不伤害肌肤、易溶于水、清洁污垢等功能。
（6）油酸是一种粘性较大，氧化作用较强的液体，它可加快研磨过程，缩短研磨时间，凡士林起到润滑剂的作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶10份、水1份、油酸30份、凡士林10份、煤油15份、花生油15份、甜菜碱（从植物的根、茎、叶及果实中提取）5份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2份、OP-乳化剂0.2份。
上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米碳晶表面化功能化处理，过程为：将纳米碳晶置于质量比为1﹕2的浓HNO3/浓H2SO4的混合液中，加热回流24h后离心沉淀；取沉淀物用去离子水洗涤至洗涤液pH为5.0-6.0，用0.1mol·L-1Na2SiO3•9H2O水溶液洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，然后用0.1mol·L-1HCL洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤后烘干。；
（2）将OP-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散20min，搅拌至完全分散均匀得混合液；
（3）将失水山梨醇脂肪酸酯、煤油、花生油、油酸和凡士林在40-60℃混合均匀后加入到步骤（2）所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
实施例2
一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶25份、水10份、油酸20份、凡士林20份、煤油30份、花生油25份、甜菜碱（由氯乙酸与二甲胺季铵化而得）15份、失水山梨醇脂肪酸酯2份、OP-乳化剂2份。
上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米碳晶表面化功能化处理，过程为：将纳米碳晶置于质量比为1﹕5的浓HNO3/浓H2SO4的混合液中，加热回流24h后离心沉淀；取沉淀物用去离子水洗涤至洗涤液pH为5.0-6.0，用0.5mol·L-1Na2SiO3•9H2O水溶液洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，然后用0.5mol·L-1HCL洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤后烘干。；
（2）将OP-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散40min，搅拌至完全分散均匀得混合液；
（3）将失水山梨醇脂肪酸酯、煤油、花生油、油酸和凡士林在40-60℃混合均匀后加入到步骤（2）所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
实施例3
一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶15份、水7份、油酸25份、凡士林25份、煤油20份、花生油20份、甜菜碱（从植物的根、茎、叶及果实中提取）10份、失水山梨醇脂肪酸酯1份、OP-乳化剂1份。
上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米碳晶表面化功能化处理，过程为：将纳米碳晶置于质量比为1﹕3的浓HNO3/浓H2SO4的混合液中，加热回流24h后离心沉淀；取沉淀物用去离子水洗涤至洗涤液pH为5.0-6.0，用0.3mol·L-1Na2SiO3•9H2O水溶液洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，然后用0.3mol·L-1HCL洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤后烘干。；
（2）将OP-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散30min，搅拌至完全分散均匀得混合液；
（3）将失水山梨醇脂肪酸酯、煤油、花生油、油酸和凡士林在40-60℃混合均匀后加入到步骤（2）所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
实施例4
一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶20份、水4份、油酸25份、凡士林15份、煤油25份、花生油20份、甜菜碱（由氯乙酸与二甲胺季铵化而得）10份、失水山梨醇脂肪酸酯1份、OP-乳化剂1份。
上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米碳晶表面化功能化处理，过程为：将纳米碳晶置于质量比为1﹕3的浓HNO3/浓H2SO4的混合液中，加热回流24h后离心沉淀；取沉淀物用去离子水洗涤至洗涤液pH为5.0-6.0，用0.4mol·L-1Na2SiO3•9H2O水溶液洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，然后用0.4mol·L-1HCL洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤后烘干。；
（2）将OP-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散30min，搅拌至完全分散均匀得混合液；
（3）将失水山梨醇脂肪酸酯、煤油、花生油、油酸和凡士林在40-60℃混合均匀后加入到步骤（2）所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
性能测试实验
选用实施例3中制备的产品进行实验，采用市售的普通金刚石研磨膏为对比对象。
一、研磨膏特征测试
研磨膏的特征参数及使用情况见表1。
由表1可知，本发明提供的研磨膏分散稳定性、润滑性都比较好，加工效率高且工件磨损比较稳定。这主要因为作为磨料的纳米碳晶颗粒是球形颗粒且粒径较小在20nm以下。
二、表面粗糙度值Ra检测方法
使用SJ-210型粗糙度仪测量钻石基片表面粗糙度值Ra，分别在其中心位置和离中心2cm圆周位置选取3点，共计测量3次，然后取其平均值作为该钻石表面粗糙度值Ra。表2为两种研磨膏在相同的研磨条件下，得出的钻石表面粗糙度值Ra。
由表2可知：使用本发明提供的研磨膏加工后，表面粗糙度值Ra比对比例降低46%。因为对比例的研磨膏中磨料颗粒粒径大，且分布宽，大颗粒磨粒会相应增大工件表面粗糙度值，对比例的研磨膏中磨料出现结块现象，会大大增加工件表面粗糙度值。本发明提供的研磨膏所使用的磨料为球形纳米碳晶颗粒，粒径在20nm以下且分散均匀，粗糙度Ra值比研磨膏1和研磨膏2小的多，说明加工后对工件表面的磨损很小。

Claims (6)

1.一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，其特征在于，主要由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶10-25份、水1-10份、油酸20-30份、凡士林10-20份、煤油15-30份、花生油15-25份、杀菌剂5-15份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2-2份、OP-乳化剂0.2-2份。
2.根据权利要求1所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏，其特征在于，所述纳米碳晶经表面功能化处理。
3.根据权利要求2所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏，其特征在于，所述杀菌剂为甜菜碱。
4.根据权利要求3所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏，其特征在于，所述甜菜碱从植物的根、茎、叶及果实中提取 ，或由氯乙酸与二甲胺季铵化而得。
5.根据权利要求1-4任一所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将纳米碳晶表面化功能化处理；
（2）将OP-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散20-40min，搅拌至完全分散均匀得混合液；
（3）将失水山梨醇脂肪酸酯、煤油、花生油、油酸和凡士林在40-60℃混合均匀后加入到步骤（2）所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
6.根据权利要求5所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，其特征在于，米碳晶表面化功能化处理的步骤为：将纳米碳晶置于质量比为1﹕（2-5）的浓HNO3/浓H2SO4的混合液中，加热回流24h后离心沉淀；取沉淀物用去离子水洗涤至洗涤液pH为5.0-6.0，用0.1-0.5mol·L-1Na2SiO3•9H2O水溶液洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，然后用0.1-0.5mol·L- 1HCL洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤后烘干。
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