CN110528287B - 一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法 - Google Patents

一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法，由无纺布、多官能异氰酸酯、预聚物多元醇以及耐磨无机材料作为原材料，以无纺布为基底材料，通过湿法六辊强制挤压含浸聚氨酯浆料，有效增加基底材料的聚氨酯含浸量，经过凝聚、水洗、烘干得到化学机械抛光聚氨酯材料坯革；然后经过正反两面打磨，表面平整，得到一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料。可用于半导体材料、光学器件、电子显示器件以及贵重金属材料中的切口或者圆弧状断面进行化学机械抛光，解决了现有的平面磨抛光技术不能够解决半导体材料切口或者圆弧状断面等的抛光问题，填补了水平面抛光技术上的不足，进一步切口或者圆弧状断面等抛光加工的技术问题。

Description

一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯材料技术领域，尤其涉及一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法。
背景技术
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)可以提供集成电路、半导体材料以及光学玻璃制造过程中表面平坦化，可实现超精密无损伤表面加工。当前，常用的化学机械抛光聚氨酯材料通常作为平面的镜面抛光，主要应用在平面磨设备上，抛光效果相对较好。但是，对于处理半导体材料的切口或者圆弧状断面等部位的抛光，通常的平面抛光方式和材料不能满足要求，目前对于被抛光材料的切口或者圆弧状断面等部位的抛光问题就尤为突出。
报道专利“一种具有弧形面抛光功能的聚氨酯抛光盘(CN 109514443A)”对于处理3D面(手机壳侧面、立体弧形面等表面)和2.5面的抛光进行发明报道。但是其发明主要在吸附抛光盘方面的加工改进，但是对于适用于断面的化学机械抛光聚氨酯材料并未报道。
因此，基于上述，发明人经过深入研究，设计了本发明的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，调整化学机械抛光聚氨酯材料的硬度和韧性之间的关系，进行抛光结构改进设计，将聚氨酯抛光材料加工成毛刷形式，配合抛光液，可以抛光半导体材料切口或者圆弧状断面等，以解决现有技术存在的不足和缺陷。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法，以解决现有技术半导体材料的切口或者圆弧状断面等部位不能很好抛光加工的问题。
为了实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：
一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法，所述聚氨酯材料由无纺布、多官能异氰酸酯、预聚物多元醇以及耐磨无机材料作为原材料成分制成；
其中多官能异氰酸酯与预聚物多元醇反应制备，由异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量2-10％的未反应异氰酸酯基团；
所述聚氨酯材料的制备方法包括以下步骤：以无纺布为基底材料，通过湿法六辊强制挤压含浸聚氨酯浆料，有效增加基底材料的聚氨酯含浸量，经过凝聚、水洗、烘干得到化学机械抛光聚氨酯材料坯革；然后经过正反两面打磨，表面平整，得到一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料。
所述无纺布选自锦纶、涤纶以及腈纶材料中的任意一种或几种的组合，其厚度为1.5-4.0mm。
所述湿法六辊强制挤压含浸为六对对辊含浸，间隙选自0.1-0.5mm之间的任意一种或者几种组合。
所述聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000021
所述聚氨酯浆料粘度为100-1500mPa·s/20-30℃。
所述无机耐磨材料选自氧化铝、二氧化硅、氧化铈中的任意一种或几种任意比例的组合。
由此制得的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，聚氨酯干重上料量达到500-1200g/m2，耐折达到40万次不折断，邵氏硬度50-90°，或者更高。
所述聚氨酯材料可以裁剪成“条状”结构，加工成毛刷式化学机械抛光材料，进行切口或者圆弧状断面进行化学机械抛光。
所述“条状”结构为长度2-20cm，切口为正方形(边长按照成品厚度)的结构形状。
如图1所示，将聚氨酯抛光材料(4，切口5正方形)加工成毛刷形式，配合抛光液，可以有效抛光半导体材料切口或者圆弧状断面等。
一种如上所述的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料的应用，可用于半导体材料、光学器件、电子显示器件以及贵重金属材料中的切口或者圆弧状断面进行化学机械抛光。
本发明的优点是：
1、本发明制备的一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，六辊强制挤压含浸聚氨酯浆料，有效增加基底材料的聚氨酯含浸量，聚氨酯干重上料量达到500-1200g/m2，耐折达到40万次不折断，肖氏硬度50-90°，或者更高，具有较好的韧性和硬度，配合抛光液，提高半导体基材切口或者圆弧状断面的修整性，以及抛光研磨材料使用寿命。
2、本发明制备的一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料可以裁剪成“条状”结构，切口为正方形(边长按照成品厚度)的结构形状，加工成毛刷式化学机械抛光材料，进行切口或者圆弧状断面进行化学机械抛光。
3、本发明解决了现有的平面磨抛光技术不能够解决半导体材料切口或者圆弧状断面等的抛光问题，填补了水平面抛光技术上的不足，进一步切口或者圆弧状断面等抛光加工的技术问题。
基于以上，本发明具有很好使用价值和推广价值。
附图说明
图1所示为本发明抛光设备的剖析图。
图2所示为本发明六辊强制挤压含浸剖析图。
其中：1、抛光旋转组合；2、抛光定盘；3、固定卡盘；4、“条状”聚氨酯材料；5、聚氨酯材料“条状”切面图；6、无纺布基布；7、含浸槽(内部为含浸用聚氨酯浆料)；8、导辊(挤压辊间隙可以调整)。
具体实施方式
以下结合具体的实例对本发明的技术方案做进一步说明：
渗透剂BYK-6798为德国毕克化学助剂有限公司产品；
SW-4550为合肥安利聚氨酯新材料有限公司产品；
无机耐磨材料Al2O3为山东泰星新材料股份有限公司产品。
实施例1
该实施例中毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法如下：
1、所述聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000031
Figure BDA0002160086660000041
所述聚氨酯浆料粘度700mPa·s/20-30℃。
所述聚氨酯树脂SW-4550树脂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量5％的未反应异氰酸酯基团。
2、无纺布为基底材料，通过湿法六辊强制挤压含浸聚氨酯浆料，经过凝聚、水洗、烘干得到化学机械抛光聚氨酯材料坯革。
其中六辊强制挤压含浸如图2所示。
所述无纺布，布基厚度为3.5mm。
所述六对对辊含浸，间隙分别为0.2mm、0.2mm、0.3mm、0.3mm、0.35mm、0.35mm组合挤压含浸。
3、然后经过正反两面打磨，表面平整，得到一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料。
所述打磨砂纸目数为120目砂纸。
实施例2
该实施例中毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法如下：
其中聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000042
所述聚氨酯浆料粘度200mPa·s/20-30℃。
所述聚氨酯树脂SW-4550树脂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量5％的未反应异氰酸酯基团。
其他步骤和工艺按照实施例1。
实施例3
该实施例中毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法如下：
其中聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000043
Figure BDA0002160086660000051
所述聚氨酯浆料粘度1200mPa·s/20-30℃。
所述聚氨酯树脂SW-4550树脂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量5％的未反应异氰酸酯基团。
其他步骤和工艺按照实施例1。
实施例4
该实施例中毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法如下：
其中聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000052
所述聚氨酯浆料粘度700mPa·s/20-30℃。
所述聚氨酯树脂SW-4550树脂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量2％的未反应异氰酸酯基团。
其他步骤和工艺按照实施例1。
实施例5
该实施例中毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法如下：
其中聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000053
所述聚氨酯浆料粘度700mPa·s/20-30℃。
所述聚氨酯树脂SW-4550树脂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量10％的未反应异氰酸酯基团。
其他步骤和工艺按照实施例1。
对比例1
该对比例中毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法如下：
其中聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000061
所述聚氨酯浆料粘度700mPa·s/20-30℃。
所述聚氨酯树脂SW-4550树脂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量5％的未反应异氰酸酯基团。
其他步骤和工艺按照实施例1。
对比例2
该对比例中毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法如下：
其中聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000063
所述聚氨酯浆料粘度700mPa·s/20-30℃。
所述聚氨酯树脂SW-4550树脂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量5％的未反应异氰酸酯基团。
其他步骤和工艺按照实施例1。
对比例3
该对比例中毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料及其制备方法如下：
1、所述聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：
Figure BDA0002160086660000062
所述聚氨酯浆料粘度700mPa·s/20-30℃。
所述聚氨酯树脂SW-4550树脂，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量5％的未反应异氰酸酯基团。
2、无纺布为基底材料，通过湿法单辊强制挤压含浸聚氨酯浆料，经过凝聚、水洗、烘干得到化学机械抛光聚氨酯材料坯革。
所述无纺布，布基厚度以3.5mm为例。
所述单辊强制挤压含浸，间隙分别为0.3mm挤压含浸。
3、然后经过正反两面打磨，表面平整，得到一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料。
所述打磨砂纸目数为120目砂纸。
上述实施例和对比例列表如表1所示：
表1
Figure BDA0002160086660000071
上述实施例和对比例测试性能如表2所示：
表2
Figure BDA0002160086660000072
Figure BDA0002160086660000081
以上实施例可以看出本发明制造的一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，聚氨酯干重上料量达到500-1200g/m2，耐折达到40万次不折断，肖氏硬度50-90°，或者更高。具有较好的韧性和硬度，配合抛光液，提高半导体基材切口或者圆弧状断面的修整性，提高抛光研磨材料使用寿命。
以上对比例1、2可以看出本发明制造的一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，聚氨酯浆料中加入一定量的无机耐磨材料Al2O3可以提高其耐曲折或者抛光使用时间，但是，加大量到一定程度后，却得到相反效果。同时从对比例3可以看出，本发明中湿法六辊强制挤压含浸聚氨酯浆料可以明显提高上料量，同时提高耐折性能和使用寿命，而常规单辊挤压工艺，布基中心不能含浸透彻，夹心现象较重，后工序几乎无法使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，其特征在于，所述聚氨酯材料由无纺布、多官能异氰酸酯、预聚物多元醇以及耐磨无机材料作为原材料成分制成；其中多官能异氰酸酯与预聚物多元醇反应制备，由异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物，其中所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物含有重量2-10%的未反应异氰酸酯基团；所述聚氨酯材料的制备方法包括以下步骤：以无纺布为基底材料，通过湿法六辊强制挤压含浸聚氨酯浆料，有效增加基底材料的聚氨酯含浸量，经过凝聚、水洗、烘干得到化学 机械抛光聚氨酯材料坯革；然后经过正反两面打磨，表面平整，得到一种毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料。
2.根据权利要求1所述的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，其特征在于，所述无纺布选自锦纶、涤纶以及腈纶材料中的任意一种或几种的组合，其厚度为 1.5-4.0mm。
3.根据权利要求1所述的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，其特征在于，所述湿法六辊强制挤压含浸为六对对辊含浸，间隙选自0.1-0.5mm之间的任意一种 或者几种组合。
4.根据权利要求1所述的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，其特征在于，所述聚氨酯浆料原料组分及各原料组分的重量份如下：二甲基甲酰胺DMF 50-150份，渗透剂BYK-6798 0-3份，无机耐磨材料 0-20份，聚氨酯树脂SW-4550 100-200份，所述聚氨酯浆料粘度为100-1500 mPa·s/20-30℃。
5.根据权利要求4所述的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，其特征在于，所述无机耐磨材料选自氧化铝、二氧化硅、氧化铈中的任意一种或几种任意比例的 组合。
6.根据权利要求1所述的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，其特征在于，所述聚氨酯材料可以裁剪成“条状”结构，加工成毛刷式化学机械抛光材料，进行切 口或者圆弧状断面进行化学机械抛光。
7.根据权利要求6所述的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料，其特征在于，所述“条状”结构为长度2-20cm，切口为正方形的结构形状。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的毛刷式高耐用化学机械抛光聚氨酯材料的应用，其特征在于，可用于半导体材料、光学器件、电子显示器件以及贵重金属材料中的切口或者圆弧状断面进行化学机械抛光。
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