CN107142083A - 一种纤维素纳米纤维基研磨液及其制备方法 - Google Patents

一种纤维素纳米纤维基研磨液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纤维素纳米纤维基研磨液及其制备方法，按质量百分比计算，所述研磨液的组份为：研磨料0.1~40%，纤维素纳米纤维0.05%~1%，pH调节剂0.0~1.0%，防腐剂0.0~1.0%，有机溶剂0.0~10%和去离子水47~98.5%;通过在研磨液的组份中采用纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤维同时具有分散、悬浮和触变性能，是研磨液的理想悬浮分散触变剂，纤维素纳米纤维既可制备大颗粒磨料的研磨液，也可以制备纳米级抛光液。

Description

一种纤维素纳米纤维基研磨液及其制备方法
技术领域
本发明涉及研磨、抛光加工领域，具体来说，涉及一种纤维素纳米纤维基研磨液及其制备方法。
背景技术
聚晶金刚石复合片是将聚晶金刚石层通过高温高压方法烧结在硬质合金基底上的一种超硬复合材料，其兼具有金刚石的极高耐磨性和硬质合金的高抗冲击性能，因而广泛应用于汽车、航空、航天、建材等领域的精密加工。然而聚晶金刚石层的高硬度给其本身加工带来了很大困难。目前，聚晶金刚石复合片的表面精整加工主要是以研磨为主。粗磨一般用大颗粒金刚石研磨料研磨精整，金刚石的粒度约为180微米。为了达到研磨的精度，以及生产方便，要求研磨液对磨料具有良好的悬浮分散能力，目前普通的研磨液达不到对大粒度磨料能真正地长时间悬浮起来的要求。
随着通讯高频化、存储超大容量化、信息材料及元件的表面粗糙度要求达到1nm左右或以下，这就对磨料及研磨抛光液提出了更高的要求。纳米金刚石以及纳米磨料对于提高工件的加工效率以及表面光洁度方面有着极为重要的优势，特别是纳米金刚石的球形与椭球形外貌决定了抛光时不会对工件产生划痕，这是其他抛光液难以达到的。然而纳米级较小的颗粒容易团聚，这是制备纳米级研磨抛光液的难点，目前研制的纳米金刚石研磨抛光液及其制造方法，组份多，制备工艺复杂，仍然限制其使用。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种纤维素纳米纤维基研磨液及其制备方法，能够使大粒度研磨料和纳米级抛光料稳定均匀分散，组份简单，制备工艺简单。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种纤维素纳米纤维基研磨液，按质量百分比计算，所述研磨液由以下组分制成：研磨料0.1~40%，纤维素纳米纤维0.05~1%，pH调节剂0.0~1.0%，防腐剂0.0~1.0%，有机溶剂0.0~10%和去离子水47~98.5%。
进一步地，所述纤维素纳米纤维直径为5~10纳米，长度为1~3微米。
进一步地，所述研磨料包括以下物质中的一种或几种：氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化铬、氮化硅、碳化硼、氧化锆、金刚石。
进一步地，所述防腐剂选自以下中的一种：BIT-20、卡松、苯甲酸钠、氯化钠、碳酸钠。
进一步地，所述金刚石的粒度为0.01 ~200微米。
进一步地，所述氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化铬、碳化硼、氧化锆、氮化硅的粒度为0.01 ~50微米。
进一步地，所述pH值调节剂选自以下中的一种或多种：氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、三乙醇胺、盐酸、硫酸、硼酸。
一种纤维素纳米纤维基研磨液的制备方法，包括如下步骤：
S1. 按照以下质量组分准备原材料：研磨料0.1~40%，纤维素纳米纤维0.05~1%，pH调节剂0.0~1.0%，防腐剂0.0~1.0%，有机溶剂0.0~10%和去离子水47~98.5%；
S2. 取一部分所述的去离子水，按照每100质量份的去离子水加入1~5质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶；
S3.将步骤S1和步骤S2中除pH调节剂和防腐剂以外的材料充分混合均匀；
S4. 加入pH调节剂调节研磨液pH值，调节范围2~12，并加入防腐剂。
进一步地，所述步骤S3中充分混合均匀的方式是使用超声波分散。
进一步地，所述步骤S3中充分混合均匀的方式是搅拌混合均匀。
本发明的有益效果：通过在研磨液的组份中采用纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤维同时具有分散、悬浮和触变性能，是研磨液的理想悬浮分散触变剂，纤维素纳米纤维既可制备大颗粒磨料的研磨液，也可以制备纳米级抛光液。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入5质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶静止待用；
S2.取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶20克，加入去离子水40克，粒度为200微米金刚石40克，充分搅拌混合均匀，即制备得到高溶度大颗粒金刚石研磨液。此研磨液可用于聚晶金刚石复合片研磨精整。
实施例2：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶50克，加入去离子水10克，乙二醇10克，粒度为70微米金刚石30克，充分搅拌混合均匀，即制备得到高溶度大颗粒金刚石研磨液。此研磨液可用于聚晶金刚石复合片研磨精整。
实施例3：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入5质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2.取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶10克，加入去离子水60克，丙二醇10克，粒度为45微米金刚石20克，利用超声波分散均匀，即制备得到高溶度大颗粒金刚石研磨液。此研磨液可用于聚晶金刚石复合片研磨精整。
实施例4：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶30克，加入去离子水49克，乙二醇10克，粒度为15微米金刚石5克，粒度为15微米氧化铝3克，粒度为15微米碳化硅2克，充分搅拌混合均匀，然后加入质量分数为5%的氢氧化钠水溶液0.5克，调节pH值为10，最后加入0.5克卡松，然后充分搅拌均匀,即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
实施例5：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶5克，加入去离子水83.9克，乙二醇10克，粒度为0.01微米金刚石0.1克，充分搅拌混合均匀。然后加入质量分数为5%的氢氧化钾水溶液0.5克，调节pH值为9，最后加入0.5克BIT-20，然后充分搅拌均匀即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液，BIT-20是一种新一代广谱型防腐剂，主要有效成份是BIT ，BIT 的化学名称是1,2-苯并异噻唑-3-酮。
实施例6：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶15克，加入去离子水73克，乙二醇10克，粒度为6微米金刚石1克，充分搅拌混合均匀。然后加入质量分数为5%的氢氧化钾水溶液0.5克，调节pH值为9，最后加入0.5克BIT-20，然后充分搅拌均匀,即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
实施例7：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶10克，加入去离子水78.5克，乙二醇10克，粒度为3微米金刚石0.5克，充分搅拌混合均匀,然后加入质量分数为5%的氢氧化钾水溶液0.5克，调节pH值为9，最后加入0.5克BIT-20，然后充分搅拌均匀,即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
实施例8：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶20克，加入去离子水68克，乙二醇10克，粒度为2微米氧化铝1克，充分搅拌混合均匀,然后加入质量分数为5%的氢氧化钾水溶液0.5克，调节pH值为10，最后加入0.5克BIT-20，然后充分搅拌均匀，即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
实施例9：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶20克，加入去离子水49克，乙二醇10克，粒度为0.1微米氧化硅20克，充分搅拌混合均匀，然后加入质量分数为5%的氢氧化钾水溶液0.5克，调节pH值为10，最后加入0.5克BIT-20，然后充分搅拌均匀，即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
实施例10：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶20克，加入去离子水49克，乙二醇10克，粒度为0.5微米氧化铈20克，充分搅拌混合均匀，然后加入质量分数为5%的盐酸水溶液0.5克，调节pH值为4，最后加入0.5克苯甲酸钠，然后充分搅拌均匀，即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
实施例11：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶20克，加入去离子水59克，乙二醇10克，粒度为0.5微米氧化锆10克，充分搅拌混合均匀，然后加入质量分数为5%的氢氧化钾水溶液0.5克，调节pH值为10，最后加入0.5克BIT-20，然后充分搅拌均匀，即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
实施例12：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶，静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶20克，加入去离子水68克，乙二醇10克，粒度为2微米氧化铬1克，充分搅拌混合均匀，然后加入质量分数为5%的氢氧化钾水溶液0.5克，调节pH值为10之间，最后加入0.5克BIT-20，然后充分搅拌均匀,即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
实施例13：S1.配制纤维素纳米纤维溶胶：采用自制的纤维素纳米纤维,直径为5~10纳米，长度为1~3微米，按照每100质量份的去离子水加入1质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶,静止待用；
S2. 取S1配制的纤维素纳米纤维溶胶20克，加入去离子水68克，乙二醇10克，粒度为2微米氮化硅1克，充分搅拌混合均匀,然后加入质量分数为5%的氢氧化钾水溶液0.5克，调节pH值为9，最后加入0.5克BIT-20，然后充分搅拌均匀,即制备得到纤维素纳米纤维基研磨液。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在研磨液的组份中采用纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤维同时具有分散、悬浮和触变性能，是研磨液的理想悬浮分散触变剂，纤维素纳米纤维既可制备大颗粒磨料的研磨液，也可以制备纳米级抛光液。
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 (10)

1.一种纤维素纳米纤维基研磨液，其特征在于，按质量百分比计算，所述研磨液由以下组分制成：研磨料0.1~40%，纤维素纳米纤维0.05~1%，pH调节剂0.0~1.0%，防腐剂0.0~1.0%，有机溶剂0.0~10%和去离子水47~98.5%。
2.根据权利要求1所述一种纤维素纳米纤维基研磨液，其特征在于，所述纤维素纳米纤维直径为5~10纳米，长度为1~3微米。
3.根据权利要求1所述一种纤维素纳米纤维基研磨液，其特征在于，所述研磨料包括以下物质中的一种或几种：氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化铬、氮化硅、碳化硼、氧化锆、金刚石。
4.根据权利要求1所述一种纤维素纳米纤维基研磨液，其特征在于，所述防腐剂选自以下中的一种：BIT-20、卡松、苯甲酸钠、氯化钠、碳酸钠。
5.根据权利要求3所述一种纤维素纳米纤维基研磨液，其特征在于，所述金刚石的粒度为0.01 ~200微米。
6.根据权利要求3所述一种纤维素纳米纤维基研磨液，其特征在于，所述氧化铝、氧化硅、氧化铈、氧化铬、氮化硅、碳化硼、氧化锆的粒度为0.01 ~50微米。
7.根据权利要求1所述一种纤维素纳米纤维基研磨液，其特征在于，所述pH值调节剂选自以下中的一种或多种：氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、三乙醇胺、盐酸、硫酸、硼酸。
8.一种纤维素纳米纤维基研磨液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 按照以下质量组分准备原材料：研磨料0.1~40%，纤维素纳米纤维0.05~1%，pH调节剂0.0~1.0%，防腐剂0.0~1.0%，有机溶剂0.0~10%和去离子水47~98.5%；
S2. 取一部分所述的去离子水，按照每100质量份的去离子水加入1~5质量份的纤维素纳米纤维配制纤维素纳米纤维溶胶；
S3.将步骤S1和步骤S2中除pH调节剂和防腐剂以外的材料充分混合均匀；
S4. 加入pH调节剂调节研磨液pH值，调节范围2~12，并加入防腐剂。
9.根据权利要求8所述一种纤维素纳米纤维基研磨液的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中充分混合均匀的方式是使用超声波分散。
10.根据权利要求8所述一种纤维素纳米纤维基研磨液的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中充分混合均匀的方式是搅拌混合均匀。
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