CN106939145A - 一种水基研磨液悬浮添加剂 - Google Patents

一种水基研磨液悬浮添加剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水基研磨液悬浮添加剂。其主体成分包括：悬浮稳定剂SF‑1，增稠剂ACRYSOL TT‑935，保湿剂VK‑N80，聚磷酸铵，三丙二醇甲醚，润滑剂MPEG‑600，消泡剂Surfynol DF‑75，碱性电解水。本发明水基研磨液悬浮添加剂，可以均匀分散及悬浮多种类型未经处理的磨料颗粒，如氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化硼、天然或合成金刚石、石榴石等。具有优异的悬浮性能，可以节省多至50%磨料的使用，同时可以获得同等或更好的研磨速率和研磨质量。本发明水基研磨液悬浮添加剂具有较优的化学与物理性能，在工业研磨中获得了广泛的应用，适用于蓝宝石研磨领域。

Description

一种水基研磨液悬浮添加剂
技术领域
本发明涉及一种水基研磨液悬浮添加剂，属于研磨抛光领域。
技术背景
随着工业的发展，蓝宝石行业对于研磨精度的要求越来越高。常规落后的研磨工艺及研磨添加剂已经不能满足市场需求，现有市场需求不仅要求研磨液可以长时间完全分散并悬浮研磨粉颗粒并且要长时间保持研磨液物理、化学性质的稳定。这对现有研磨液添加剂市场提出了新的挑战。
目前市售的研磨液大多采用氧化铝、氧化铈、碳化硅、碳化硼、石榴石作为磨料，辅以其他油基分散助剂得到研磨液，该类研磨液抛光精度低，研磨速度慢，工件难以清洗，远远满足不了现有生产技术需求。也有少数厂家采用水基研磨液，但由于分散悬浮性能不佳，离子较易团聚，导致工件划伤，同时由于悬浮清洗性能不好，研磨液磨料损耗快，容易粘附在工件及机台表面，使磨料沉底结块，研磨抛光效率降低。研磨后，工件表面残留磨料多，难以清洗，为后段正常生产带来困难。未能达到标准化、系列化，还不能完全满足各种工业领域的研磨要求。因此开发一款研磨效率高，划伤少，分散悬浮稳定性好的水基研磨液悬浮添加剂具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有研磨液的诸多弊端，提供一种研磨效率高，无划伤，节省磨料，分散悬浮稳定性好的水基研磨液悬浮添加剂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水基研磨液悬浮添加剂，主体成分及用量包括：悬浮稳定剂SF-1 2-5份，保湿剂VK-N80 1-5份，三丙二醇甲醚5-10份，碱性电解水64-86份，聚磷酸铵5-10份，所述的三聚磷酸铵的聚合度为5-18。进一步优选为主体成分及用量包括：悬浮稳定剂SF-1 3份，保湿剂VK-N80 5份，三丙二醇甲醚8份，碱性电解水81份，聚磷酸铵8份，所述的三聚磷酸铵的聚合度为10。
该添加剂还包括三乙醇胺10-20份(进一步优选为三乙醇胺15份)，即在原有的成分上添加三乙醇胺。
该添加剂还包括增稠剂ACRYSOL TT-935 1-4份，润滑剂MPEG-600 0.1-1份，消泡剂Surfynol DF-75 0.05-1份，进一步优选为该添加剂还包括增稠剂ACRYSOL TT-935 2份，润滑剂MPEG-600 0.5份，消泡剂Surfynol DF-75 0.5份。一种水基研磨液悬浮添加剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将悬浮稳定剂SF-1加入到碱性电解水中，用组织匀浆机在4000r/min转速下充分搅拌溶胀，得到透明凝胶待用；
2)将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵用碱性电解水溶解，得溶液备用；
3)在常温下采用纳米分散机边加边分散的形式将步骤1)所得物料缓慢加入到三丙二醇甲醚中，充分搅拌分散；
4)将上述步骤3)中的所得物料采用微波预热至70-80℃，将步骤2)中的物料边加边搅缓慢加入到步骤3)中的物料中，得到透明凝胶状水基研磨液悬浮添加剂。
所述的水基研磨液悬浮添加剂的制备方法，其特征在于：步骤2)还可加入三乙醇胺充分搅拌。
所述的水基研磨液悬浮添加剂的制备方法，其特征在于：步骤1)还可以为将悬浮稳定剂SF-1、增稠剂ACRYSOL TT-935加入到碱性电解水中，用组织匀浆机在4000r/min转速下充分搅拌溶胀，得到半透明凝胶待用；
所述的步骤2)还可以为将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵用碱性电解水溶解，经添加润滑剂MPEG-600，消泡剂Surfynol DF-75后，充分搅拌得溶液备用。
上述的水基研磨液悬浮添加剂在蓝宝石研磨上的应用，具体使用方法为，将得到的水基研磨液悬浮添加剂与氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化硼、天然或合成金刚石或石榴石中的一种或两种进行混合，其中水基研磨液悬浮添加剂的添加量为5％，去离子水的添加量为80％，其余为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化硼、天然或合成金刚石或石榴石中的一种或两种。
本发明为了实现研磨液长期的悬浮稳定性，采用悬浮稳定剂SF-1、或悬浮稳定剂SF-1和增稠剂ACRYSOL TT-935通过碱性电解水溶胀后协同配合来提高
悬浮稳定性。悬浮稳定剂SF-1是阴离子轻度交联的丙烯酸脂类共聚物，ACRYSOLTT-935是疏水改性碱溶性乳液型增稠剂。因此将二者单独或结合使用，能够大大提高研磨液的悬浮稳定性。
本发明为了使研磨液在研磨过程减少水分挥发，维持系统的稳定性。采用氨基酸类VK-N80作为保湿剂，该保湿剂吸湿、放湿平稳，具有优越的保湿性。
本发明采用全新的碱性电解水作为载体，该碱性电解水采用电解设备通入纯水，经过电解后，制得pH值13以上的碱性电解离子水。其主要成为H2O及大量OH-离子，不含任何其他化工成分，并且离子团被细分化后，浸透性变良好，能迅速渗透到各界面，同时具有皂化、乳化分离，配料和使用过程中不需要额外添加乳化剂。且全程不产生泡沫，环保，无腐蚀性。即便pH值13的碱性电解离子水仍可以用人手搅拌或触碰，对人体皮肤没有任何伤害。后续工件清洗过程中漂洗用水少，由于成份本来就是水，相比传统化工研磨液，仅须少量的纯水就可以漂洗干净。对研磨机台防锈作用显著，碱性电解水内的OH-离子可促进碱性皮膜的形成，可防止金属机台表面的酸化腐蚀。本发明中使用的是碱性电解水，可以替代润滑剂及消泡剂的作用。
本发明开创性的添加了聚磷酸铵，意外的发现其在研磨液使用过程中能缓慢释放磷酸和氨，能提高磨料的刚度，锐化了磨料刃口，延长了磨料的研磨寿命，加快了研磨速度。
本发明为一种水基研磨液悬浮添加剂，与现有市售悬浮添加剂相比具有如下显著优点：
1.悬浮分散性能佳，保持均一悬浮状态，磨料不团聚，不沉淀结底。
2.没有划伤，减少磨料的浪费，提升研磨速率，易于研磨后清洗，不会对设备造成侵蚀。
具体实施方式
实施例1
悬浮稳定剂SF-1 3份，保湿剂VK-N80 5份，三丙二醇甲醚8份，碱性电解水76份，聚磷酸铵8份，其中选用聚合度为10的聚磷酸铵。
上述实施例的制备方法：
1)将悬浮稳定剂SF-1加入到碱性电解水中，用组织匀浆机在4000r/min转速下充分搅拌溶胀，得到透明凝胶待用；
2)将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵用碱性电解水溶解，得溶液备用；
3)在常温下采用纳米分散机边加边分散的形式将步骤1)所得物料缓慢加入到三丙二醇甲醚中，充分搅拌分散；
4)将上述步骤3)中的所得物料采用微波预热至78℃，将步骤2)中的物料边加边搅缓慢加入到步骤3)中的物料中，得到透明凝胶状水基研磨液悬浮添加剂。
实施例2
悬浮稳定剂SF-1 5份，保湿剂VK-N80 1份，三丙二醇甲醚7份，碱性电解水66份，聚磷酸铵6份，三乙醇胺15份。其中选用聚合度为6的聚磷酸铵。
上述实施例的制备方法：
1)将悬浮稳定剂SF-1加入到碱性电解水中，用组织匀浆机在4000r/min转速下充分搅拌溶胀，得到透明凝胶待用；
2)将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵、三乙醇胺用碱性电解水溶解，得溶液备用；
3)在常温下采用纳米分散机边加边分散的形式将步骤1)所得物料缓慢加入到三丙二醇甲醚中，充分搅拌分散；
4)将上述步骤3)中的所得物料采用微波预热至75℃，将步骤2)中的物料边加边搅缓慢加入到步骤3)中的物料中，得到半透明凝胶状水基研磨液悬浮添加剂。
实施例3
悬浮稳定剂SF-1 2份，保湿剂VK-N80 4份，三丙二醇甲醚5份，碱性电解水81份，聚磷酸铵5份，增稠剂ACRYSOL TT-935 2份，润滑剂MPEG-600 0.5份，消泡剂Surfynol DF-750.5份。其中选用聚合度为18的聚磷酸铵。
上述实施例的制备方法：
1)将悬浮稳定剂SF-1、增稠剂ACRYSOL TT-935加入到碱性电解水中，用组织匀浆机在4000r/min转速下充分搅拌溶胀，得到透明凝胶待用；
2)将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵、润滑剂MPEG-600，消泡剂Surfynol DF-75用碱性电解水溶解，得溶液备用；
3)在常温下采用纳米分散机边加边分散的形式将步骤1)所得物料缓慢加入到三丙二醇甲醚中，充分搅拌分散；
4)将上述步骤3)中的所得物料采用微波预热至75℃，将步骤2)中的物料边加边搅缓慢加入到步骤3)中的物料中，得到半透明凝胶状水基研磨液悬浮添加剂。
实施例4
悬浮稳定剂SF-1 3份，保湿剂VK-N80 3份，三丙二醇甲醚5份，碱性电解水71份，聚磷酸铵6份，三乙醇胺10份，增稠剂ACRYSOL TT-935 1份，润滑剂MPEG-600 1份，消泡剂Surfynol DF-75 1份。其中选用聚合度为15的聚磷酸铵。
1)将悬浮稳定剂SF-1、增稠剂ACRYSOL TT-935加入到碱性电解水中，用组织匀浆机在4000r/min转速下充分搅拌溶胀，得到透明凝胶待用；
2)将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵、三乙醇胺、润滑剂MPEG-600，消泡剂Surfynol DF-75用碱性电解水溶解，得溶液备用；
3)在常温下采用纳米分散机边加边分散的形式将步骤1)所得物料缓慢加入到三丙二醇甲醚中，充分搅拌分散；
4)将上述步骤3)中的所得物料采用微波预热至80℃，将步骤2)中的物料边加边搅缓慢加入到步骤3)中的物料中，得到半透明凝胶状水基研磨液悬浮添加剂。
上述实施例的使用方法：
按以下比例配置：去离子水：磨料：水基研磨液悬浮添加剂＝80％：15％：5％。
将磨料和去离子水混合并使搅拌器在1000rpm的转速下搅拌5分钟，使得研磨粉颗粒充分分散；添加水基研磨液悬浮添加剂，持续搅拌约10分钟。得到悬浮稳定的研磨液供研磨设备使用。
为了验证本发明的使用效果，取上述实施例1制备的水基研磨液悬浮添加剂在蓝宝石晶片上进行验证。另取国外某公司(Intersurface Dynamics,Inc.)进口水基研磨液悬浮添加剂A和市售某品牌国产(北京国瑞升科技股份有限公司)水基研磨液悬浮添加剂B进行性能对比。
按重量份计，实施例1中水基研磨液悬浮添加剂5份，磨料碳化硼15份，去离子水80份，将磨料碳化硼和去离子水混合并使搅拌器在1000rpm的转速下搅拌5分钟，使得研磨粉颗粒充分分散；添加本发明水基研磨液悬浮添加剂，持续搅拌约10分钟。得到悬浮稳定的蓝宝石晶片研磨液。采用上述同样的方法制备A和B的研磨液。对比如下：
表1研磨液特征参数对比
通过表1可知，本发明使用本发明水基研磨液悬浮添加剂制备的研磨液特征参数明显优于A和B。
将所制得样品在将所制得样品在日本SPEEDFAM创技16B双面研磨机上研磨，研磨液供液采用蠕动泵循环供液。
研磨参数为：研磨盘的转速为80r/min，研磨压力为25kpa，加液速度为400mL/min，研磨时间为8min。研磨盘为铸铁盘，研磨晶片为蓝宝石片。使用olympus公司CX21型光学显微镜，放大600倍对蓝宝石基片表面划痕进行检测。去除速率检测使用日本三丰BY-4031C测厚仪。
通过验证发现，本发明自制的水基研磨液悬浮添加剂制备的研磨液，使用性能明显优于现有产品，蓝宝石表面去除率达到了2.2μm/min，抛光速度快，表面无划痕，并且对设备机台无腐蚀，后期工件易清洗。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种水基研磨液悬浮添加剂，其特征在于，主体成分及用量包括：悬浮稳定剂SF-12-5份，保湿剂VK-N80 1-5份，三丙二醇甲醚5-10份，碱性电解水64-86份，聚磷酸铵5-10份，所述的多聚磷酸铵的聚合度为5-18。
2. 权利要求1所述的水基研磨液悬浮添加剂，其特征在于，主体成分及用量包括：悬浮稳定剂SF-1 3份，保湿剂VK-N80 5份，三丙二醇甲醚8份，碱性电解水76份，聚磷酸铵8份，所述的三聚磷酸铵的聚合度为10。
3.权利要求1或2所述的水基研磨液悬浮添加剂，其特征在于，该添加剂还包括三乙醇胺10-20份。
4.权利要求1或2所述的水基研磨液悬浮添加剂，其特征在于，该添加剂还包括三乙醇胺15份。
5.权利要求1或2所述的水基研磨液悬浮添加剂，其特征在于，该添加剂还包括增稠剂ACRYSOL TT-935 1-4份，润滑剂MPEG-600 0.1-1份，消泡剂Surfynol DF-75 0.05-1份。
6.权利要求1或2所述的水基研磨液悬浮添加剂，其特征在于，该添加剂还包括增稠剂ACRYSOL TT-935 2份，润滑剂MPEG-600 0.5份，消泡剂Surfynol DF-75 0.5份。
7.权利要求1或2所述的水基研磨液悬浮添加剂的制备方法，其特征在于：
将悬浮稳定剂SF-1加入到碱性电解水中，用组织匀浆机在4000r/min转速下充分搅拌溶胀，得到透明凝胶待用；
将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵用碱性电解水溶解，得溶液备用；
在常温下采用纳米分散机将步骤1）所得物料加入到三丙二醇甲醚中，充分搅拌分散；
将上述步骤3）中的所得物料采用微波预热至70-80℃，将步骤2）中的溶液边加边搅加入到步骤3）中的物料中，得到透明凝胶状水基研磨液悬浮添加剂，即为水基研磨液悬浮添加剂。
8.权利要求7所述的水基研磨液悬浮添加剂的制备方法，其特征在于：步骤1）还可以为将悬浮稳定剂SF-1、增稠剂ACRYSOL TT-935 加入到碱性电解水中，用组织匀浆机在4000r/min转速下充分搅拌溶胀，得到半透明凝胶待用。
9.权利要求7所述的水基研磨液悬浮添加剂的制备方法，其特征在于：步骤2）还可以为将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵用碱性电解水溶解，经添加润滑剂MPEG-600、消泡剂SurfynolDF-75后，充分搅拌得溶液备用；或者将保湿剂VK-N80、聚磷酸铵用碱性电解水溶解，经添加三乙醇胺后，充分搅拌得溶液备用。
10.权利要求1-6任一项所述的水基研磨液悬浮添加剂在蓝宝石研磨上的应用，具体使用方法为，将得到的水基研磨液悬浮添加剂与氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化硼、天然或合成金刚石或石榴石中的一种或两种进行混合，其中水基研磨液悬浮添加剂的添加量为1-5%，去离子水的添加量为70-80%，其余为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化硼、天然或合成金刚石或石榴石中的一种或两种。
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