CN106675749B - 一种全合成水基玻璃磨削液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全合成水基玻璃磨削液及其制备方法,所述玻璃磨削液包括如下重量百分比的组分:润滑剂5%~25%;防锈剂5%~15%;沉降剂0.25%~5%;杀菌剂1%~5%;络合剂0.25%~2%;表面活性剂0.05%~0.5%;pH值稳定剂4%~15%;余量为水。本发明所述的全合成水基玻璃磨削液采用低泡、无泡的原材料添加剂,从源头保证磨削液抗泡消泡性。避免传统磨削液中使用消泡剂造成体系不稳,同时不存在磨削液循环工作中消泡剂消耗而导致泡沫“回弹”现象。

Description

一种全合成水基玻璃磨削液及其制备方法
技术领域
本发明属于无机材料加工领域,尤其是涉及一种全合成水基玻璃磨削液及其制备方法。
背景技术
玻璃、石英等材料在热学上为热的不良导体,不容易导热,所以在磨削加工过程中所用玻璃磨削液一般选择导热系数大,冷却性好的水基液。同时由于玻璃本身的硬脆特性,容易产生裂纹,较难实现精密磨削。故要求玻璃磨削液应具备一定的碱腐蚀功能:即OH-的存在与玻璃缓慢反应,打断玻璃中硅氧四面体的桥氧键,生成硬度较低的硅酸盐,实现塑性磨削,减少裂纹。但磨削液pH值也不宜过高,因为玻璃磨削过程,操作人员一般直接用手接触工件,pH值过高容易造成皮肤烧伤。这就需要磨削液在保证合适pH值范围的同时,具有较高的碱储备值,能在磨削液工作过程中,持续稳定地释放OH-,实现硬脆玻璃稳定的化学减硬。
通常,用于玻璃磨削的砂轮、磨盘大都是金属基体的金刚石微粉块,在磨削过程中,镶嵌在基体中的金刚石颗粒会存在损耗剥离,造成后期磨削效率降低。因此玻璃磨削液中需加入一定量络合能力适中的络合剂,适当络合溶解砂轮表面的金属基体,让金刚石微粉颗粒及时裸露出来,形成一定的砂轮自锐性,保证稳定的磨削效率。
再者,玻璃磨削产品对表面光学精度要求较高,相应的磨削液粉末沉降性和抗泡消泡性要求也较一般金属加工液高。玻璃粉末沉降不明显,会因循环供液带上磨屑造成二次刮伤。泡沫量过大,除磨削液清洗性和沉降性会受影响外,磨削接触点因泡沫存在,产生“干摩擦”造成工件烧伤,严重影响磨削效率和表面加工精度。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种全合成水基玻璃磨削液,该磨削液经过添加剂筛选、配方优化、实验室试验验证等,得到一种pH值适中,碱储值高,防锈性能良好,起泡少,沉降明显,储存稳定,润滑和清洗性能优异,环境友好的全合成水基玻璃磨削液。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种全合成水基玻璃磨削液,包括如下重量百分比的组分:
Figure BDA0001139867030000021
进一步的,所述润滑剂为硼酸、四硼酸钠、反式聚醚、水溶性聚酯、聚乙二醇、乙二醇、二乙二醇、丙三醇、丙二醇中的一种或两种以上的混合物。
进一步的,所述防锈剂为碳酸钠、钼酸钠、植酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、有机三元聚羧酸、磷酸酯、苯并三氮唑、苯丙三氮唑钠盐、硼酸酯中的一种或两种以上的混合物。
进一步的,所述沉降剂为聚合硫酸铁、聚合氯化铁、水溶性聚丙烯酰胺、改性阳离子聚醚、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基溴化铵、十四烷基二甲基苄基溴化铵、聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、聚氧乙烯十二烷基二甲基溴化铵中的一种或两种以上的混合物。
进一步的,所述杀菌剂为烷基异噻唑啉酮、2-巯基吡啶-1-氧化钠盐、羟乙基六氢均三嗪、3-碘代-2-丙炔基-丁基甲氨酸酯中的一种或两种以上的混合物。
进一步的,所述络合剂为三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、EDTA、EDTA二钠、EDTA四钠、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸钠、海藻酸钠、乙二胺四甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸钠、聚丙烯酸中的一种或两种以上的混合物。
进一步的,所述表面活性剂为全氟辛基磺酸钾、全氟壬烯氧基苯磺酸钠、全氟十一碳酰基胺丙基三甲基碘化铵、全氟壬烯氧基苯磺酸聚乙二醇型氟碳表面活性剂中的一种或两种以上的混合物。
进一步的,所述pH值稳定剂为碳酸钠、磷酸一氢钠、乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺、正丙醇胺、异丙醇胺、乙二胺、己内酰胺中一种或两种以上的混合物。
本发明的另一目的在于提出一种全合成水基玻璃磨削液制备方法,包括以下步骤:
(1)称取润滑剂、防锈剂、沉降剂、杀菌剂、络合剂、表面活性剂、pH值稳定剂和水;
(2)将步骤(1)称取的水放入搅拌反应釜中,之后向其中加入pH值稳定剂,搅拌至混合均匀,再加入防锈剂,水浴加热至60℃并不断搅拌至釜内溶液透明均一后停止加热;
(3)向步骤(2)得到的溶液中依次加入润滑剂、沉降剂、杀菌剂、络合剂、表面活性剂,每加一种试剂需搅拌至混合均匀后再加入下一种试剂;所有试剂加入完后再搅拌20~40分钟至混合均匀后即得全合成水基玻璃磨削液。
上述全合成水基玻璃磨削液的使用方法,将磨削液用自来水或去离子水稀释为质量浓度为3%~20%、pH值范围8.5~9.5的稀释液后使用。
相对于现有技术,本发明所述的全合成水基玻璃磨削液具有以下优势:
(1)本发明所述的全合成水基玻璃磨削液采用低泡、无泡的原材料添加剂,从源头保证磨削液抗泡消泡性。避免传统磨削液中使用消泡剂造成体系不稳,同时不存在磨削液循环工作中消泡剂消耗而导致泡沫“回弹”现象;
(2)本发明所述的全合成水基玻璃磨削液中含氟表面活性剂与阳离子沉降剂的复配使用。一方面利用含氟表面活性剂的高表面活性显著降低溶液表面张力,快速润湿粉末颗粒并赶走气泡,增加单位体积密度以提高沉降速率;另一方面表面张力的降低有利于阳离子沉降剂在玻璃粉末表面的正电吸附,通过桥连作用使玻璃粉末凝聚、沉淀;合适比例的含氟表面活性剂和阳离子沉降剂的复配使用使得玻璃磨削液对玻璃粉体的沉降效果明显而持久,可有效减少加工过程中玻璃粉末悬浮造成加工表面二次刮伤,同时提高加工刀具使用寿命;
(3)本发明所述的全合成水基玻璃磨削液由于低泡和良好沉降性的保证,加上合适的润滑剂,本发明磨削液润滑性能优异,磨削加工表面粗糙度低,表面清洁,质量良好,崩边烧伤情况少,工厂试验也可将玻璃磨削加工成品率由92%提高至95%;
(4)本发明所述的全合成水基玻璃磨削液微生物稳定性良好,使用寿命长,稀释液循环工作3个月不换液,pH值稳定在8.5以上,不腐不臭。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为实验液2、实验液4与对照液1、对照液2玻璃粉沉降效果图
图2为实验液2、实验液4与对照液1、对照液2磨削表面三维形貌图。
图3为实验液2、实验液4与对照液1、对照液2磨削表面边缘扫描电镜图。
具体实施方式
除非另外说明,本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义,为了便于理解本发明,将本文中使用的一些术语进行了下述定义。
在说明书和权利要求书中使用的,单数型“一个”和“这个”包括复数参考,除非上下文另有清楚的表述。例如,术语“(一个)细胞”包括复数的细胞,包括其混合物。
所有的数字标识,例如pH、温度、时间、浓度,包括范围,都是近似值。要了解,虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解,虽然不总是明确的叙述,本文中描述的试剂仅仅是示例,其等价物是本领域已知的。
下面结合实施例及附图来详细说明本发明。
实施例1
一种全合成水基玻璃磨削液制备方法,包括以下步骤:
(1)称取8%的低分子反式聚醚、4%的丙三醇、5%的癸二酸、5%的硼酸酯、0.5%的苯并三氮唑、0.5%的改性阳离子聚醚、0.5%的烷基异噻唑啉酮、2%的羟乙基六氢均三嗪、0.5%的EDTA二钠、0.1%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂、2%的二甘醇胺、3%的碳酸钠和68.9%的水;
(2)将步骤(1)称取的68.9%的水放入搅拌反应釜中,之后向其中加入2%的二甘醇胺和3%的碳酸钠,搅拌至混合均匀,再加入5%的癸二酸、5%的硼酸酯和0.5%的苯并三氮唑,水浴加热至60℃并不断搅拌至釜内溶液透明均一后停止加热;
(3)向步骤(2)得到的溶液中依次加入8%的低分子反式聚醚、4%的丙三醇、0.5%的改性阳离子聚醚、0.5%的烷基异噻唑啉酮、2%的羟乙基六氢均三嗪、0.5%的EDTA二钠、0.1%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂,每加一种试剂需搅拌至混合均匀后再加入下一种试剂;所有试剂加入完后再搅拌30分钟至混合均匀后即得全合成水基玻璃磨削液。
实施例2
一种全合成水基玻璃磨削液制备方法,包括以下步骤:
(1)称取4%的低分子反式聚醚、10%的聚乙二醇、7%的有机三元聚羧酸、5%的硼酸酯、0.5%的改性阳离子聚醚、0.5%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、1%的烷基异噻唑啉酮、2%的羟乙基六氢均三嗪、1%的EDTA二钠、0.05%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂、4%的二甘醇胺、1%的碳酸钠和54.95%的水;
(2)将步骤(1)称取的54.95%的水放入搅拌反应釜中,之后向其中加入4%的二甘醇胺和1%的碳酸钠,搅拌至混合均匀,再加入7%的有机三元聚羧酸和5%的硼酸酯,水浴加热至60℃并不断搅拌至釜内溶液透明均一后停止加热;
(3)向步骤(2)得到的溶液中依次加入4%的低分子反式聚醚、10%的聚乙二醇、0.5%的改性阳离子聚醚、0.5%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、1%的烷基异噻唑啉酮、2%的羟乙基六氢均三嗪、1%的EDTA二钠、0.05%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂,每加一种试剂需搅拌至混合均匀后再加入下一种试剂;所有试剂加入完后再搅拌30分钟至混合均匀后即得全合成水基玻璃磨削液。
实施例3
一种全合成水基玻璃磨削液制备方法,包括以下步骤:
(1)称取5%的低分子反式聚醚、10%的聚乙二醇、5%丙三醇、7%的有机三元聚羧酸、0.5%的苯丙三氮唑、0.5%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、2.5%的羟乙基六氢均三嗪、0.8%的二乙烯三胺五甲叉膦酸、0.1%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂、5%的二甘醇胺和63.6%的水;
(2)将步骤(1)称取的63.6%的水放入搅拌反应釜中,之后向其中加入5%的二甘醇胺,搅拌至混合均匀,再加入7%的有机三元聚羧酸和0.5%的苯丙三氮唑,水浴加热至60℃并不断搅拌至釜内溶液透明均一后停止加热;
(3)向步骤(2)得到的溶液中依次加入5%的低分子反式聚醚、10%的聚乙二醇、5%丙三醇、0.5%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、2.5%的羟乙基六氢均三嗪、0.8%的二乙烯三胺五甲叉膦酸、0.1%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂,每加一种试剂需搅拌至混合均匀后再加入下一种试剂;所有试剂加入完后再搅拌30分钟至混合均匀后即得全合成水基玻璃磨削液。
实施例4
一种全合成水基玻璃磨削液制备方法,包括以下步骤:
(1)称取15%的聚乙二醇、5%丙三醇、7%的有机三元聚羧酸、5%硼酸酯、0.25%的改性阳离子聚醚、0.25%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、1.5%的烷基异噻唑啉酮、1%的二乙烯三胺五甲叉膦酸、0.1%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂、5%的二甘醇胺和59.9%的水;
(2)将步骤(1)称取的59.9%的水放入搅拌反应釜中,之后向其中加入5%的二甘醇胺,搅拌至混合均匀,再加入7%的有机三元聚羧酸和5%硼酸酯,水浴加热至60℃并不断搅拌至釜内溶液透明均一后停止加热;
(3)向步骤(2)得到的溶液中依次加入15%的聚乙二醇、5%丙三醇、0.25%的改性阳离子聚醚、0.25%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、1.5%的烷基异噻唑啉酮、1%的二乙烯三胺五甲叉膦酸、0.1%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂,每加一种试剂需搅拌至混合均匀后再加入下一种试剂;所有试剂加入完后再搅拌30分钟至混合均匀后即得全合成水基玻璃磨削液。
实施例5
一种全合成水基玻璃磨削液制备方法,包括以下步骤:
(1)称取5%的聚乙二醇、10%丙三醇、2%的有机三元聚羧酸、8%硼酸酯、0.5%的改性阳离子聚醚、0.5%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、1%的烷基异噻唑啉酮、1%的羟乙基六氢均三嗪、0.5%的二乙烯三胺五甲叉膦酸、0.05%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂、2%的乙醇胺、8%三乙醇胺和61.45%的水;
(2)将步骤(1)称取的61.45%的水放入搅拌反应釜中,之后向其中加入2%的乙醇胺和8%三乙醇胺,搅拌至混合均匀,再加入2%的有机三元聚羧酸和8%硼酸酯,水浴加热至60℃并不断搅拌至釜内溶液透明均一后停止加热;
(3)向步骤(2)得到的溶液中依次加入5%的聚乙二醇、10%丙三醇、0.5%的改性阳离子聚醚、0.5%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、1%的烷基异噻唑啉酮、1%的羟乙基六氢均三嗪、0.5%的二乙烯三胺五甲叉膦酸、0.05%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂,每加一种试剂需搅拌至混合均匀后再加入下一种试剂;所有试剂加入完后再搅拌30分钟至混合均匀后即得全合成水基玻璃磨削液。
实施例6
一种全合成水基玻璃磨削液制备方法,包括以下步骤:
(1)称取5%的低分子反式聚醚、5%的聚乙二醇、10%丙三醇、2%的癸二酸、8%硼酸酯、0.5%的改性阳离子聚醚、1%的烷基异噻唑啉酮、1.5%的羟乙基六氢均三嗪、1.5%的二乙烯三胺五甲叉膦酸、0.1%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂、3%的乙醇胺、7%三乙醇胺和54.4%的水;
(2)将步骤(1)称取的54.4%的水放入搅拌反应釜中,之后向其中加入2%的乙醇胺和8%三乙醇胺,搅拌至混合均匀,再加入2%的有机三元聚羧酸和8%硼酸酯,水浴加热至60℃并不断搅拌至釜内溶液透明均一后停止加热;
(3)向步骤(2)得到的溶液中依次加入5%的聚乙二醇、10%丙三醇、0.5%的改性阳离子聚醚、0.5%的聚二氯乙基醚四甲基乙二胺、1%的烷基异噻唑啉酮、1%的羟乙基六氢均三嗪、0.5%的二乙烯三胺五甲叉膦酸、0.05%的聚乙二醇型氟碳表面活性剂,每加一种试剂需搅拌至混合均匀后再加入下一种试剂;所有试剂加入完后再搅拌30分钟至混合均匀后即得全合成水基玻璃磨削液。
实施例1-6所得的全合成水基玻璃磨削实验液均为浅黄色透明均一液体,存储稳定,无相变和分层现象;pH值适中,在8.5~9.5之间,碱储值高(大于80mgKOH/g,标准SH/T0251-1993);防锈良好,铸铁屑防锈(标准IP287/94)均为0级无锈;表面张力均低于40mN/m(标准GB/T 6144-2010);消泡远优于2ml/10min(标准GB/T 6144-2010),动态循环抗泡测试(标准CNOMO D65 5212)30分钟,1000ml液体在流量250L/h高速下,起泡量小于100ml,停止循环消泡时间10s以内,优于市面多数商用玻璃磨削液;参照标准ASTM D3946-92关于金属加工液抗菌性能测试方法进行微生物稳定性评价,本发明玻璃磨削液微生物稳定性良好,工作液在恶化的微生物环境下连续3个月pH值维持在8.5以上,不腐不臭,细菌真菌含量不超标。
将实施例2得到的全合成水基玻璃磨削液用去离子水稀释得到质量浓度为5%的实验液2;将实施例4得到的全合成水基玻璃磨削液用去离子水稀释得到质量浓度为5%的实验液4;将市售的型号为Castrol SYNTILO 3的商用玻璃磨削液用去离子水稀释得到质量浓度为5%的对照液1;将市售的型号为Oemeta FRIGOMET DP 455V的商用玻璃磨削液用去离子水稀释得到质量浓度为5%的对照液2。将上述4种稀释液进行下列实验:
粉末沉降试验:
试验方法:
(1)将工厂取回的玻璃磨削沉积微粉用石油醚洗净烘干,各称取2g烘干后的玻璃磨削沉积微粉加入至4个100ml具塞量筒中;
(2)向量筒中分别加入稀释好的实验液2、实验液4、对照液1、对照液2,至液面到达100ml刻度线,盖上塞子;
(3)上下同时均匀摇晃量筒30s,使液体与粉末混合,轻轻放置在桌面,观察各量筒玻璃微粉沉降情况。
评价标准:以静置5分钟时沉降体积(上清液体积)大于20ml记录为好,小于20ml记录为一般。
粉末沉降试验结果如图1所示,实验液2和实验液4的沉降体积分别为43、41ml,远优于对照液1、对照液2的19、17ml,沉降性能显著。
润滑性能试验
试验条件具体如下:
(1)摩擦磨损试验机:美国CETR UMT-2多功能微摩擦磨损试验机;
(2)摩擦副:直径5mm K9光学玻璃球对磨800目金刚石微粉磨盘;
(3)载荷:10N;
(4)往复行程:2mm;
(5)频率:3Hz;
(6)温度:30℃;
(7)试验时间:5min。
(8)利用Talysurf PGI 1230轮廓仪对光学玻璃球磨削表面进行取点粗糙度测试,测试结果见表1;利用AEP MicroXAM-3D三维表面形貌仪对磨削表面三维形貌拍照,磨削表面三维形貌图见图2,利用扫描电镜对磨削边缘崩边烧边现象进行观察,磨削表面边缘扫描电镜图见图3。
表1实验液2、4与对照液1、2的UMT试验表面粗糙度试验结果
Figure BDA0001139867030000111
注:单位为um,平均值为除去最大最小值后的平均值。
由表1可知,本发明玻璃磨削液润滑性能较两种商用的玻璃磨削液好,所得磨削表面粗糙度更低。由图2可知,本发明玻璃磨削液润滑性能较两种商用的玻璃磨削液三维表面形貌更平整。由图3可知,本发明玻璃磨削液润滑性能较两种商用的玻璃磨削液磨削面清洁,边缘崩边情况较少。另外,本发明玻璃磨削液用于手机盖板玻璃加工厂厂试时,能有效减少手机玻璃磨边,开槽过程中的裂边,孔裂报废,成品率由原来的92%提高到95%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全合成水基玻璃磨削液,其特征在于:所述玻璃磨削液包括如下重量百分比的组分:
Figure FDA0002274108250000011
其中,所述沉降剂为聚合硫酸铁、聚合氯化铁、水溶性聚丙烯酰胺、改性阳离子聚醚、聚二氯乙基醚四甲基乙二胺中的一种或两种以上的混合物;
所述表面活性剂为全氟辛基磺酸钾、全氟壬烯氧基苯磺酸钠、全氟十一碳酰基胺丙基三甲基碘化铵、全氟壬烯氧基苯磺酸、聚乙二醇型氟碳表面活性剂中的一种或两种以上的混合物;
所述络合剂为三聚磷酸钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、EDTA、EDTA二钠、EDTA四钠、酒石酸、柠檬酸、葡萄糖酸钠、海藻酸钠、乙二胺四甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸钠、二乙烯三胺五甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸钠、聚丙烯酸中的一种或两种以上的混合物;
所述润滑剂为硼酸、四硼酸钠、反式聚醚、水溶性聚酯、聚乙二醇、乙二醇、二乙二醇、丙三醇、丙二醇中的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的全合成水基玻璃磨削液,其特征在于:所述防锈剂为碳酸钠、钼酸钠、植酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、有机三元聚羧酸、磷酸酯、苯并三氮唑、苯丙三氮唑钠盐、硼酸酯中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的全合成水基玻璃磨削液,其特征在于:所述杀菌剂为烷基异噻唑啉酮、2-巯基吡啶-1-氧化钠盐、羟乙基六氢均三嗪、3-碘代-2-丙炔基-丁基甲氨酸酯中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的全合成水基玻璃磨削液,其特征在于:所述pH值稳定剂为碳酸钠、磷酸一氢钠、乙醇胺、二乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二甘醇胺、正丙醇胺、异丙醇胺、乙二胺、己内酰胺中一种或两种以上的混合物。
5.权利要求1-4任一所述的全合成水基玻璃磨削液的制备方法,其特征在于:所述制备方法包括以下步骤:
(1)称取润滑剂、防锈剂、沉降剂、杀菌剂、络合剂、表面活性剂、pH值稳定剂和水;
(2)将步骤(1)称取的水放入搅拌反应釜中,之后向其中加入pH值稳定剂,搅拌至混合均匀,再加入防锈剂,水浴加热至60℃并不断搅拌至釜内溶液透明均一后停止加热;
(3)向步骤(2)得到的溶液中依次加入润滑剂、沉降剂、杀菌剂、络合剂、表面活性剂,每加一种试剂需搅拌至混合均匀后再加入下一种试剂;所有试剂加入完后再搅拌20~40分钟至混合均匀后即得全合成水基玻璃磨削液。
6.权利要求1-4任一所述的全合成水基玻璃磨削液的使用方法,其特征在于:将磨削液用自来水或去离子水稀释为质量浓度为3%~20%、pH值范围8.5~9.5的稀释液后使用。
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