CN112724836B - 一种铈锆掺杂抛光液及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铈锆掺杂抛光液及其制备方法和应用，其制备方法以碳酸稀土和碱式碳酸锆作为前驱体物，通过预先的高能球磨，在大大减小原料粒度的同时通过能量输入减低原料中晶界能，喷雾干燥保证了水分除去的同时粉体颗粒之间的分散均匀性，此后结合特定的二次煅烧方式，实现了阻挡原晶在煅烧过程中过多长大，使得晶粒在煅烧过程中生长的更完整，晶格更完善，棱角更分明，更易获得晶粒尺寸小、粒径分布均匀的物料，从而保证了上述方法制成的抛光液应用于抛光蓝玻璃时具有高切削量的同时兼具高表面质量；此外，最后在球磨过程中同时完成抛光液的进一步球磨与配方配制，不仅加快了球磨效率，缩短了生产周期，而且环保型更好。

Description

一种铈锆掺杂抛光液及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光学玻璃技术领域，尤其涉及蓝玻璃的抛光，具体涉及一种铈锆掺杂抛光液及其制备方法和应用。

背景技术

在蓝玻璃使用之前，摄像头里面装的滤光片基材大多数都是采用石英玻璃，在石英玻璃表面镀上截止滤光膜，让很短的一段波长通过，而对部分红光进行反射，为了把红光全部阻挡出去，就需要几片滤光片通过不同角度进行反射。蓝玻璃镀上截止滤光膜跟石英基片原理是相同的，而蓝玻璃却多了一个吸收红光的作用，使镜筒里的光不会因为漫反射而对其他光线的干扰，从而使进入CCD相机的波长的光波频率更单一，最后显示的图片也会更接近自然。

目前，市场上传统所用的抛光液一般是氧化锆基的，存在有划伤，青蛙皮，寿命低的问题，不能通用；而氧化铈抛光粉对于要求不高的低端市场能够满足要求，但是对于表面粗超度要求高的厂家还是不行，主要原因在于氧化铈本身硬度大，易造成划伤；市场上也有一些铈锆掺杂抛光液，但表面质量和去除量还是不能兼顾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种改进的制备铈锆掺杂抛光液的方法，该方法制成的铈锆掺杂抛光液对于抛光蓝玻璃而言能够兼具优异的表面质量和去除量，且环保性好。

本发明同时还提供了一种上述方法制成的铈锆掺杂抛光液。

本发明同时还提供了一种上述方法制成的铈锆掺杂抛光液在抛光蓝玻璃中的应用。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种铈锆掺杂抛光液的制备方法，以碳酸稀土和碱式碳酸锆作为前驱体物，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将碳酸稀土、碱式碳酸锆、去离子水在球磨机内混合，球磨，获得球磨浆液；其中所述球磨机采用高能球磨机，所述高能球磨机的参数设置为：输入能量形式为振动输入能量和/或研磨输入能量，输入能量值为50-80Hz，并控制球磨浆液的固含量为40-50％；

(2)将步骤(1)所获得的球磨浆液进行喷雾干燥，获得粉体；

(3)将步骤(2)所获得的粉体在煅烧温度为300-700℃下进行第一次煅烧，冷却；

(4)将步骤(3)冷却后的物料在煅烧温度为900-1200℃下进行第二次煅烧，冷却，制成氧化铈和氧化锆掺杂粉体；

(5)将步骤(4)获得的氧化铈和氧化锆掺杂粉体与去离子水混合进行湿法球磨，并在球磨过程中加入第一助磨剂、润湿剂、悬浮剂和分散剂，直至粉体的D₅₀为0.9-1.2μm，D₁₀₀小于等于5μm，制成铈锆掺杂抛光液。

根据本发明的一些具体方面，步骤(1)中，所述碳酸稀土为碳酸铈和/或碱式碳酸铈。

根据本发明的一些优选方面，所述碳酸稀土与所述碱式碳酸锆的投料质量比为1∶3-5。

根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，控制碳酸稀土和碱式碳酸锆中，钙、镁、铁和硅的含量分别在100ppm以下。

根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，所述高能球磨机采用的磨珠直径为1-3mm，料球比为1∶8-12。

根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，使所述球磨在第二助磨剂存在下进行。

根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，所述第二助磨剂为选自重均分子量为4000-20000的丙烯酸酯共聚物的铵盐溶液、重均分子量为20000-40000的聚乙烯醇和重均分子量为1000-3000的聚丙烯酰胺中的一种或多种的组合。该些助磨剂相比于现有技术中其它的助磨剂诸如多聚磷酸盐、羧甲基纤维素钠等，不仅能提升研磨效率，而且对体系中颗粒的分散效果更好，使得整体体系物性更适当进而更易被加工，且相对于一些酸性分散剂聚丙烯酸类物质防沉效果更佳。

根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，以质量百分含量计，所述第二助磨剂的添加量占所述球磨浆液的1-5％。

根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，控制所述球磨浆液中颗粒的D₅₀为1-2μm。

根据本发明的一些优选方面，步骤(2)中，所述喷雾干燥，进口温度：200-400℃，出口温度：100-200℃，雾化盘转速：20-40RPM。本发明的喷雾干燥相比于现有技术抛光液的制备中的其它干燥方式例如自然干燥等，更有利于粉体中颗粒之间的分散均匀性，减少团聚现象。

根据本发明的一些优选方面，步骤(3)中，冷却的方式为自然冷却；步骤(4)中，冷却的方式为水冷冷却。

根据本发明的一些优选方面，步骤(4)中，第二次煅烧后的粉体中，颗粒的比表面积为1-8m²/g，氧化铈主晶面晶粒尺寸为20-40nm，氧化锆主晶面晶粒尺寸为20-50nm。

根据本发明的一些优选方面，步骤(5)中，所述第一助磨剂为选自重均分子量为4000-20000的丙烯酸酯共聚物的铵盐溶液、重均分子量为20000-40000的聚乙烯醇和重均分子量为1000-3000的聚丙烯酰胺中的一种或多种的组合，以质量百分含量计，所述第一助磨剂的添加量占铈锆掺杂抛光液的1-3％。

根据本发明的一些优选方面，步骤(5)中，以质量百分含量计，所述润湿剂的添加量占铈锆掺杂抛光液的0.5-2％。

根据本发明的一些优选且具体的方面，步骤(5)中，所述润湿剂可以是甘油、浓磷酸、吐温-80、聚氧乙烯烷基酚醚中的一种或几种。

根据本发明的一些优选方面，步骤(5)中，以质量百分含量计，所述悬浮剂的添加量占铈锆掺杂抛光液的3-10％。

根据本发明的一些优选且具体的方面，步骤(5)中，所述悬浮剂可以是高岭土、气相二氧化硅中一种或两种。

根据本发明的一些优选方面，步骤(5)中，以质量百分含量计，所述分散剂的添加量占铈锆掺杂抛光液的1-3％。

根据本发明的一些优选且具体的方面，步骤(5)中，所述分散剂可以是柠檬酸钠、柠檬酸钾、三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的制备方法制成的铈锆掺杂抛光液。

本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的铈锆掺杂抛光液在抛光蓝玻璃中的应用。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明基于现有技术中针对蓝玻璃抛光存在的表面质量和去除量不能兼顾的问题，创新地提供了一种改进的制备铈锆掺杂抛光液的方法，该方法通过预先的高能球磨，在大大减小原料粒度的同时通过能量输入减低原料中晶界能，结合喷雾干燥保证了水分除去的同时粉体颗粒之间的分散均匀性，此后结合特定的二次煅烧方式，实现了阻挡原晶在煅烧过程中过多长大，使得晶粒在煅烧过程中生长的更完整，晶格更完善，棱角更分明，更易获得晶粒尺寸小、粒径分布均匀的物料，从而保证了制成的抛光液在抛光蓝玻璃时具有高切削量的同时兼具高表面质量；此外，最后在球磨过程中同时完成抛光液的进一步球磨与配方配制，不仅加快了球磨效率，缩短了生产周期，而且环保型更好。

附图说明

图1为蓝玻璃未处理前所拍摄的视图；

图2为本发明实施例1所得抛光液应用于抛光蓝玻璃所得视图；

图3为本发明实施例2所得抛光液应用于抛光蓝玻璃所得视图；

图4为本发明实施例3所得抛光液应用于抛光蓝玻璃所得视图；

图5为本发明对比例1所得抛光液应用于抛光蓝玻璃所得视图；

图6为本发明对比例2所得抛光液应用于抛光蓝玻璃所得视图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。碳酸铈、碱式碳酸铈购自包头利晨科技有限公司，碱式碳酸锆购自湖北诺纳科技，其中钙、镁、铁和硅的含量分别在100ppm以下。丙烯酸酯共聚物的铵盐溶液购自BYK，牌号BYK-154。聚丙烯酰胺购自河南博源新材料，阳离子型，重均分子量为1000-3000。吐温-80购自淄博海杰化工。

实施例1

本实施例提供一种铈锆掺杂抛光液的制备方法，以碳酸铈和碱式碳酸锆作为前驱体物，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将碳酸铈、碱式碳酸锆、水在球磨机内混合，球磨，并在球磨过程中加入聚丙烯酸钠，监测浆液颗粒中位粒径，当中位粒径D₅₀＝1.5±0.2μm，获得球磨浆液；其中所述球磨机采用高能球磨机，所述高能球磨机的参数设置为：输入能量形式为研磨输入能量，输入能量值为70Hz，磨珠直径约为2mm，料球比为1∶10，并控制球磨浆液的固含量为45％，碳酸铈与碱式碳酸锆的投料质量比为2∶8，以质量百分含量计，丙烯酸酯共聚物的铵盐的添加量占所述球磨浆液的3％；

(2)将步骤(1)所获得的球磨浆液进行搅拌混匀，喷雾干燥，进口温度：300℃，出口温度：150℃，雾化盘转速：30RPM,获得不结块且分散均匀的粉体；

(3)将步骤(2)所获得的粉体在煅烧温度为350℃下、在窑炉上进行第一次煅烧，煅烧8h，自然冷却；

(4)将步骤(3)冷却后的物料在煅烧温度为900℃下进行第二次煅烧，煅烧8h，水冷冷却，制成氧化铈和氧化锆掺杂粉体，其中测得颗粒的比表面积为7-8m²/g，氧化铈主晶面晶粒尺寸约为30nm，氧化锆主晶面晶粒尺寸约为25nm；

(5)将步骤(4)获得的氧化铈和氧化锆掺杂粉体与去离子水混合进行湿法球磨，并在球磨过程中加入聚丙烯酰胺、吐温-80、高岭土和柠檬酸钠，直至用激光粒度仪监控粉体的D₅₀约为1μm，D₁₀₀小于等于5μm，制成铈锆掺杂抛光液，固含量为30％；其中，以质量百分含量计，聚丙烯酰胺、吐温-80、高岭土和柠檬酸钠分别占铈锆掺杂抛光液的2％、1％、6％、2％。

实施例2

本实施例提供一种铈锆掺杂抛光液的制备方法，以碱式碳酸铈和碱式碳酸锆作为前驱体物，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将碱式碳酸铈、碱式碳酸锆、水在球磨机内混合，球磨，并在球磨过程中加入聚丙烯酸钠，监测浆液颗粒中位粒径，当中位粒径D₅₀＝1.5±0.2μm，获得球磨浆液；其中所述球磨机采用高能球磨机，所述高能球磨机的参数设置为：输入能量形式为研磨输入能量，输入能量值为80Hz，磨珠直径约为2mm，料球比为1∶10，并控制球磨浆液的固含量为45％，碱式碳酸铈与碱式碳酸锆的投料质量比为2∶8，以质量百分含量计，丙烯酸酯共聚物的铵盐的添加量占所述球磨浆液的3％；

(2)将步骤(1)所获得的球磨浆液进行搅拌混匀，喷雾干燥，进口温度：300℃，出口温度：150℃，雾化盘转速：30RPM,获得不结块且分散均匀的粉体；

(3)将步骤(2)所获得的粉体在煅烧温度为450℃下、在窑炉上进行第一次煅烧，煅烧7h，自然冷却；

(4)将步骤(3)冷却后的物料在煅烧温度为950℃下进行第二次煅烧，煅烧7h，水冷冷却，制成氧化铈和氧化锆掺杂粉体，其中测得颗粒的比表面积为5-6m²/g，氧化铈主晶面晶粒尺寸约为35nm，氧化锆主晶面晶粒尺寸约为40nm；

(5)将步骤(4)获得的氧化铈和氧化锆掺杂粉体与水混合进行湿法球磨，并在球磨过程中加入聚丙烯酰胺、吐温-80、高岭土和柠檬酸钠，直至用激光粒度仪监控粉体的D₅₀约为1μm，D₁₀₀小于等于5μm，制成铈锆掺杂抛光液，固含量为30％；其中，以质量百分含量计，聚丙烯酰胺、吐温-80、高岭土和柠檬酸钠分别占铈锆掺杂抛光液的2％、1％、6％、2％。

实施例3

本实施例提供一种铈锆掺杂抛光液的制备方法，以碱式碳酸铈和碱式碳酸锆作为前驱体物，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将碱式碳酸铈、碱式碳酸锆、水在球磨机内混合，球磨，并在球磨过程中加入聚丙烯酸钠，监测浆液颗粒中位粒径，当中位粒径D₅₀＝1.5±0.2μm，获得球磨浆液；其中所述球磨机采用高能球磨机，所述高能球磨机的参数设置为：输入能量形式为研磨输入能量，输入能量值为50Hz，磨珠直径约为2mm，料球比为1∶10，并控制球磨浆液的固含量为50％，碱式碳酸铈与碱式碳酸锆的投料质量比为2∶8，以质量百分含量计，丙烯酸酯共聚物的铵盐的添加量占所述球磨浆液的4％；

(2)将步骤(1)所获得的球磨浆液进行搅拌混匀，喷雾干燥，进口温度：300℃，出口温度：150℃，雾化盘转速：30RPM,获得不结块且分散均匀的粉体；

(3)将步骤(2)所获得的粉体在煅烧温度为650℃下、在窑炉上进行第一次煅烧，煅烧6h，自然冷却；

(4)将步骤(3)冷却后的物料在煅烧温度为1000℃下进行第二次煅烧，煅烧6h，水冷冷却，制成氧化铈和氧化锆掺杂粉体，其中测得颗粒的比表面积为2-3m²/g，氧化铈主晶面晶粒尺寸约为40nm，氧化锆主晶面晶粒尺寸约为50nm；

(5)将步骤(4)获得的氧化铈和氧化锆掺杂粉体与去离子水混合进行湿法球磨，并在球磨过程中加入聚丙烯酰胺、吐温-80、高岭土和柠檬酸钠，直至用激光粒度仪监控粉体的D₅₀约为1μm，D₁₀₀小于等于5μm，制成铈锆掺杂抛光液，固含量为30％；其中，以质量百分含量计，聚丙烯酰胺、吐温-80、高岭土和柠檬酸钠分别占铈锆掺杂抛光液的2％、1％、6％、2％。

对比例1

基本同实施例1，其区别仅在于：省略步骤(2)。

对比例2

基本同实施例1，其区别仅在于：省略步骤(3)。

应用实例

将实施例1-3以及对比例1-2制备的铈锆掺杂抛光液用于抛光蓝玻璃(蓝玻璃为QB系列的QB-56)，抛光工艺为：抛光机型号：嘉兴森永光电设备有限公司生产的9B双面抛光机，抛光时间：40min,压力:80Kg转速：25rpm；测得如下表1所示的性能，同时蓝玻璃处理前后的表面视图分别如图1-图6所示。

表1

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铈锆掺杂抛光液的制备方法，以碳酸稀土和碱式碳酸锆作为前驱体物，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

（1）将碳酸稀土、碱式碳酸锆、去离子水在球磨机内混合，球磨，获得球磨浆液；其中，所述碳酸稀土为碳酸铈和/或碱式碳酸铈，所述球磨机采用高能球磨机，所述高能球磨机的参数设置为：输入能量形式为振动输入能量和/或研磨输入能量，输入能量值为50-80Hz，并控制球磨浆液的固含量为40-50%；

使所述球磨在第二助磨剂存在下进行，所述第二助磨剂为选自重均分子量为4000-20000的丙烯酸酯共聚物的铵盐溶液、重均分子量为20000-40000的聚乙烯醇和重均分子量为1000-3000的聚丙烯酰胺中的一种或多种的组合，以质量百分含量计，所述第二助磨剂的添加量占所述球磨浆液的1-5%；

（2）将步骤（1）所获得的球磨浆液进行喷雾干燥，获得粉体；

（3）将步骤（2）所获得的粉体在煅烧温度为300-700℃下进行第一次煅烧，冷却；

（4）将步骤（3）冷却后的物料在煅烧温度为900-1200℃下进行第二次煅烧，冷却，制成氧化铈和氧化锆掺杂粉体；

（5）将步骤（4）获得的氧化铈和氧化锆掺杂粉体与去离子水混合进行湿法球磨，并在球磨过程中加入第一助磨剂、润湿剂、悬浮剂和分散剂，直至粉体的D₅₀为0.9-1.2μm，D100小于等于5μm，制成铈锆掺杂抛光液。

2.根据权利要求1所述的铈锆掺杂抛光液的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳酸稀土与所述碱式碳酸锆的投料质量比为1∶3-5；和/或，步骤（1）中，控制碳酸稀土和碱式碳酸锆中，钙、镁、铁和硅的含量分别在100ppm以下；和/或，步骤（1）中，所述高能球磨机采用的磨珠直径为1-3mm，料球比为1∶8-12。

3.根据权利要求1所述的铈锆掺杂抛光液的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，控制所述球磨浆液中颗粒的D₅₀为1-2μm。

4.根据权利要求1所述的铈锆掺杂抛光液的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述喷雾干燥，进口温度：200-400℃，出口温度：100-200℃，雾化盘转速：20-40rpm。

5.根据权利要求1所述的铈锆掺杂抛光液的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，冷却的方式为自然冷却；步骤（4）中，冷却的方式为水冷冷却。

6.根据权利要求1所述的铈锆掺杂抛光液的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，第二次煅烧后的粉体中，颗粒的比表面积为1-8m²/g，氧化铈主晶面晶粒尺寸为20-40nm，氧化锆主晶面晶粒尺寸为20-50nm。

7.根据权利要求1所述的铈锆掺杂抛光液的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述第一助磨剂为选自重均分子量为4000-20000的聚丙烯酸钠、重均分子量为20000-40000的聚乙烯醇和重均分子量为1000-3000的聚丙烯酰胺中的一种或多种的组合，以质量百分含量计，所述第一助磨剂的添加量占铈锆掺杂抛光液的1-3%；和/或，

步骤（5）中，以质量百分含量计，所述润湿剂的添加量占铈锆掺杂抛光液的0.5-2%；和/或，

步骤（5）中，以质量百分含量计，所述悬浮剂的添加量占铈锆掺杂抛光液的3-10%；和/或，

步骤（5）中，以质量百分含量计，所述分散剂的添加量占铈锆掺杂抛光液的1-3%。

8.一种权利要求1-7中任一项所述的制备方法制成的铈锆掺杂抛光液。

9.一种权利要求8所述的铈锆掺杂抛光液在抛光蓝玻璃中的应用。

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