CN107099253A - 一种纳米金刚石抛光皮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米金刚石抛光皮，其特征在于：由以下重量份数的原料组分制成：多官能异氰酸酯10～40份，多元醇10～60份，纳米金刚石5～80份，硅烷偶联剂3～60份，发泡剂5～30份，聚醚多元醇5～40份，聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物2～10份，催化剂1～10份，水10～50份。本发明的纳米金刚石抛光皮使用在机器设备上，散热性能好，且抛光皮的整体性佳，抛光皮表面磨料的逸出快慢适中，可以高效地从工件表面高效率除去玻璃、各种刀痕、浅擦痕等。

Description

一种纳米金刚石抛光皮及其制备方法
技术领域
本发明涉及研磨材料领域，具体涉及一种纳米金刚石抛光皮及其制备方法。
背景技术
普通砂纸等片状柔性基体的抛光研磨材料由于其形状不固定，通常只能用以手工抛光或者用以手动工具抛光操作，不能用在机器设备上，使用这种普通抛光研磨材料不能提高效率，而且散热不良，摩擦产生的热量可能或导致抛光产品灼伤变色而影响整体抛光效果。
而传统的化学机械抛光，包含磨料的抛光液，使用后的抛光液中含有大量磨料，磨料不能循环使用，导致整个化学机械抛光过程成本很高，因此出现了固结磨料化学机械抛光技术。与传统化学机械抛光技术相比，固结磨料化学机械抛光技术中抛光液不含磨料，磨料固结在抛光垫中，减少了抛光液中磨料的消耗，降低了成本。但是，目前固结磨料抛光垫中磨料与抛光垫基体之间的结合力不够，常常在抛光过程中抛光垫分离或磨料脱落进入抛光液中，大大降低了研磨效率和造成研磨效果的损失，甚至使抛光工件表面产生损伤。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种纳米金刚石抛光皮及其制备方法，该抛光皮使用在机器设备上，散热性能好，且抛光皮的整体性好，抛光皮表面磨料的逸出快慢适中，可以高效地从工件表面高效率除去玻璃、各种刀痕、浅擦痕等。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纳米金刚石抛光皮，其特征在于：由以下重量份数的原料组分制成：
本发明中，由多官能异氰酸酯和多元醇制备聚氨酯预聚体，聚氨酯预聚体与聚醚多元醇交联固化，而少量聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物的加入，在聚氨酯成型过程中与聚氨酯分子进行化学共混，两者协同形成具有一定网状结构的复合聚氨酯弹性体，对抛光皮的硬度和耐磨性、回弹性起到较大的改善，磨料为纳米金刚石保证其研磨硬度，通过硅烷偶联剂改性后，达到与聚氨酯弹性体的粘结性更佳的效果。最后制得的纳米金刚石抛光皮，不仅具有较好的研磨硬度，且整体性好，内部具有多孔，磨料纳米金刚石与聚氨酯弹性体的粘合性好，不易脱落，在使用过程中，得以具有适中的逸出速度，使抛光皮的的寿命延长。
进一步地，所述纳米金刚石的粒度为5～200nm。
进一步地，所述多官能异氰酸酯选自4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己基甲烷二异氰酸脂中的一种或几种；所述多元醇选自1,4- 丁二醇、1,3-丁二醇、1,6-己二醇、二甘醇、乙二醇、三丙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷和山梨糖醇中的一种或几种。
进一步地，所述发泡剂选自正戊烷、正己烷、正庚烷、异丁烷、异戊烷、四氢呋喃、石油醚、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一种或多种。
进一步地，所述聚醚多元醇是聚氧化丙烯多元醇。
作为一种实施方式，所述聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物由以下方法制得：
(1)将重量份重量比为87:65的甲苯二异氰酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯置于反应釜中加热搅拌，待温度升至70℃时，反应40min，再升温至80℃，反应2～3h；
(2)然后降温至50℃，向反应釜中加入2.72倍甲基丙烯酸羟乙酯重量的聚氧化丙烯三元醇，升温至70℃，反应40min，进一步升温至80℃，反应2～3h；
(3)最后再降温至50℃，向反应釜中加入偶氮二异丁腈，再向反应釜中加入3.23倍甲基丙烯酸羟乙酯重量的苯乙烯，升温至75℃，反应4h，所述偶氮二异丁腈的加入量为苯乙烯重量的0.3％，冷却后即得聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物。
进一步地，所述催化剂为辛酸亚锡、N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、三亚乙基二胺、羧酸钾、1,3,5-三(二甲氨丙基)-六氢化三嗪和二月桂酸二丁基锡中的一种或多种。
本发明还提供一种纳米金刚石抛光皮的制备方法，其特征在于步骤包括：
(1)按重量份称取上述的原料组分；
(2)制备聚氨酯预聚体：由10～40份多官能异氰酸酯和10～60份多元醇反应制得；
(3)改性纳米金刚石：将30～80份的纳米金刚石与3～60份硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，在沸点处冷凝回流反应5h，离心、洗涤；
(4)将聚氨酯预聚体、改性纳米金刚石和5～30份发泡剂、5～40份聚醚多元醇、5～40份聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物、1～10份催化剂和10～50份水的混合物倒入抛光皮模具中，混合搅拌均匀；
(5)将步骤(4)的模具及混合物置于烘箱中，在80～150℃下加热8～10h；
(6)脱模后即得纳米金刚石抛光皮。
进一步地，所述步骤(2)聚氨酯预聚体的制备条件是80～120℃下，反应2～3h。
优选地，所述步骤(4)将混合物倒入抛光皮模具前，在模具表面喷涂一层脱模剂。
本发明制备的纳米金刚石抛光皮具有以下优点：
(1)本发明的纳米金刚石抛光皮为一体成型，其使用过程中完整性保持较好，可以在中速至高速，轻荷重至中荷重以及有水的机器环境中使用而能保护其自身形体完整性不变；
(2)由于本发明的纳米金刚石抛光皮内部结合度适中，抛光磨粒不易脱落，为从工件表面高效率除去玻璃，抛光皮表面逸出抛光磨粒的速度不快不慢，不会因过快逸出而导致抛光皮的过量损耗，也不会因过慢逸出而导致抛光皮表面因有结合剂材料固态膜变成打滑的釉膜面；
(3)本发明的纳米金刚石抛光材料能精细地抛去铣磨产生的各种疵病(例如刀痕，浅擦痕等)，可以在合理时限内把表面微粗糙度均方根值减小至小于2nm；
(4)本发明的纳米金刚石抛光材料综合成本低，新型环保，无毒无害，便于使用及推广的特点，能够有效提升金刚玻璃的加工效率，降低加工成本，减少对环境的污染，满足高硬度材料研磨加工使用要求。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
实施例1
一种纳米金刚石抛光皮，其制备方法如下：
(1)称取以下重量份的原料：
(2)制备聚氨酯预聚体：由4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯和1,3-丁二醇混合，在80℃下，反应2～3h制得；
(3)改性纳米金刚石：将粒径为5nm的纳米金刚石与硅烷偶联剂KH550溶于无水乙醇中，在沸点处冷凝回流反应5h，离心、洗涤；
(4)将聚氨酯预聚体、改性纳米金刚石和发泡剂正戊烷、聚氧化丙烯二醇、聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物、N,N-二甲基环己胺和水的混合物倒入抛光皮模具中，混合搅拌均匀；
(5)将步骤(4)的模具及混合物置于烘箱中，在80℃下加热8h；
(6)脱模后即得本实施例的纳米金刚石抛光皮。
实施例2
一种纳米金刚石抛光皮，其制备方法如下：
(1)称取以下重量份的原料：
(2)制备聚氨酯预聚体：由异佛尔酮二异氰酸酯和山梨糖醇混合，在120℃下，反应2～3h制得；
(3)改性纳米金刚石：将粒径为100nm的纳米金刚石与硅烷偶联剂KH560溶于无水乙醇中，在沸点处冷凝回流反应5h，离心、洗涤；
(4)在抛光皮模具表面喷涂一层脱模剂，然后将聚氨酯预聚体、改性纳米金刚石和发泡剂石油醚、聚氧化丙烯三醇、聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物、三亚乙基二胺和水的混合物倒入抛光皮模具中，混合搅拌均匀；所述聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物由以下方法制得：①将重量份重量比为87:65的甲苯二异氰酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯置于反应釜中加热搅拌，待温度升至70℃时，反应40min，再升温至80℃，反应2～3h；②然后降温至50℃，向反应釜中加入2.72倍甲基丙烯酸羟乙酯重量的聚氧化丙烯三元醇，升温至70℃，反应40min，进一步升温至80℃，反应2～3h；③最后再降温至50℃，向反应釜中加入偶氮二异丁腈，再向反应釜中加入3.23倍甲基丙烯酸羟乙酯重量的苯乙烯，升温至75℃，反应4h，所述偶氮二异丁腈的加入量为苯乙烯重量的0.3％，冷却后即得聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物。
(5)将步骤(4)的模具及混合物置于烘箱中，在120℃下加热9h；
(6)脱模后即得本实施例的纳米金刚石抛光皮。
实施例3
一种纳米金刚石抛光皮，其制备方法如下：
(1)称取以下重量份的原料：
(2)制备聚氨酯预聚体：由1,4-环己基甲烷二异氰酸脂和三羟甲基丙烷混合，在120℃下，反应2～3h制得；
(3)改性纳米金刚石：将粒径为200nm的纳米金刚石与硅烷偶联剂KH570溶于无水乙醇中，在沸点处冷凝回流反应5h，离心、洗涤；
(4)在抛光皮模具表面喷涂一层脱模剂，然后将聚氨酯预聚体、改性纳米金刚石和发泡剂二氯四氟乙烷、聚氧化丙烯二醇、聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物、羧酸钾和水的混合物倒入抛光皮模具中，混合搅拌均匀；
(5)将步骤(4)的模具及混合物置于烘箱中，在150℃下加热1h；
(6)脱模后即得本实施例的纳米金刚石抛光皮。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种纳米金刚石抛光皮，其特征在于：由以下重量份数的原料组分制成：
2.如权利要求1所述的纳米金刚石抛光皮，其特征在于：所述纳米金刚石的粒度为5～200nm。
3.如权利要求1所述的纳米金刚石抛光皮，其特征在于：所述多官能异氰酸酯选自4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-环己基甲烷二异氰酸脂中的一种或几种；所述多元醇选自1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,6-己二醇、二甘醇、乙二醇、三丙二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷和山梨糖醇中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的纳米金刚石抛光皮，其特征在于：所述发泡剂选自正戊烷、正己烷、正庚烷、异丁烷、异戊烷、四氢呋喃、石油醚、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的纳米金刚石抛光皮，其特征在于：所述聚醚多元醇是聚氧化丙烯多元醇。
6.如权利要求1所述的纳米金刚石抛光皮，其特征在于：所述聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物由以下方法制得：
(1)将重量份重量比为87:65的甲苯二异氰酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯置于反应釜中加热搅拌，待温度升至70℃时，反应40min，再升温至80℃，反应2～3h；
(2)然后降温至50℃，向反应釜中加入2.72倍甲基丙烯酸羟乙酯重量的聚氧化丙烯三元醇，升温至70℃，反应40min，进一步升温至80℃，反应2～3h；
(3)最后再降温至50℃，向反应釜中加入偶氮二异丁腈，再向反应釜中加入3.23倍甲基丙烯酸羟乙酯重量的苯乙烯，升温至75℃，反应4h，所述偶氮二异丁腈的加入量为苯乙烯重量的0.3％，冷却后即得聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物。
7.如权利要求1所述的纳米金刚石抛光皮，其特征在于：所述催化剂为辛酸亚锡、N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、三亚乙基二胺、羧酸钾、1,3,5-三(二甲氨丙基)-六氢化三嗪和二月桂酸二丁基锡中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的纳米金刚石抛光皮的制备方法，其特征在于步骤包括：
(1)按重量份称取权利要求1所述的原料组分；
(2)制备聚氨酯预聚体：由10～40份多官能异氰酸酯和10～60份多元醇反应制得；
(3)改性纳米金刚石：将30～80份的纳米金刚石与3～60份硅烷偶联剂溶于无水乙醇中，在沸点处冷凝回流反应5h，离心、洗涤；
(4)将聚氨酯预聚体、改性纳米金刚石和5～30份发泡剂、5～40份聚醚多元醇、5～40份聚醚多元醇接枝苯乙烯共聚物、1～10份催化剂和10～50份水的混合物倒入抛光皮模具中，混合搅拌均匀；
(5)将步骤(4)的模具及混合物置于烘箱中，在80～150℃下加热8～10h；
(6)脱模后即得纳米金刚石抛光皮。
9.如权利要求8所述的纳米金刚石抛光皮的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)聚氨酯预聚体的制备条件是80～120℃下，反应2～3h。
10.如权利要求8所述的纳米金刚石抛光皮的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)将混合物倒入抛光皮模具前，在模具表面喷涂一层脱模剂。
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