CN113913154A - 一种高效悬浮助剂及其制备和应用 - Google Patents

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CN113913154A CN202111021517.5A CN202111021517A CN113913154A CN 113913154 A CN113913154 A CN 113913154A CN 202111021517 A CN202111021517 A CN 202111021517A CN 113913154 A CN113913154 A CN 113913154A
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何晓艳
齐朝辉
许亚杰
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    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1472—Non-aqueous liquid suspensions

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Abstract

本发明提供了一种高效悬浮助剂及其制备和应用，以重量份计，包括以下组分：改性聚脲溶液10‑20份、N‑甲基‑吡咯烷酮10‑20份、润湿剂5‑10份、三乙醇胺20‑40份、有机硅消泡剂5‑10份。该高效悬浮助剂产生优异的防沉降效果，有利于大颗粒研磨液体系的稳定存在，无论在一次性使用或循环使用中，均能使研磨液中的磨料颗粒保持单分散状态，确保研磨效果的一致性。

Description

一种高效悬浮助剂及其制备和应用
技术领域
本发明属于磨料及其制备领域，具体涉及一种高效悬浮助剂及其制备和应用。
背景技术
金属、陶瓷、玻璃、宝石等材料加工离不开切、磨、抛环节中的全部或部分工序，其中下减量主要由研磨工序决定，为了快速达到所要求的厚度，一般会采用较大颗粒的微粉进行加工，得到高的研磨速率。然而大颗粒研磨液体系，因磨料颗粒自身重力作用容易沉降，不易形成稳定的悬浮体系，在使用过程容易造成划伤或研磨不均匀的情况出现，也会沉积在管道或机台上，不仅降低了有效磨料的数量，严重时也会影响到设备的正常运动，最终降低了研磨液的使用效果。
为了确保研磨液的稳定性和研磨效果，需要磨料在液体体系里均匀分布，保持良好的悬浮性，在使用过程，不因循环、磨屑等因素的影响产生变化，能始终保持较稳定的研磨速率，这对工艺参数的设置和产品质量的控制尤为重要。
公开号为CN 104293205 A提供了一种水性金刚石抛光液，由下列重量分数的组分组成：金刚石微粉：0.01％-10％；分散剂：0.2％-6％；悬浮剂：0.1％-3％；pH调节剂：0.1％-5％；杀菌剂：0.1％-0.5％；消泡剂：0.1％-0.5％；悬浮助剂：2％-50％；去离子水：40％-80％。该水性金刚石抛光液稳定性相对较好，不过其悬浮剂选用羧甲基纤维素、羧甲基纤维素纳、羟烷基纤维素、沉淀白炭黑、气相白炭黑、膨润士及其衍生物、有机粘士、丙烯酸共聚物中的一种或几种的混合物。这些悬浮剂多为粉末或膏状产品，在使用中不方便，延长了产品的制作时间，若无法很好的分散还会影响产品的悬浮效果。因此采用本专利中所述的液体悬浮剂，是一种简便易操作的方式，可以大大提高工作效率。
发明内容
本发明提供了一种高效悬浮助剂，该高效悬浮助剂具有优异的防沉降效果；本发明还进一步提供了该高效悬浮助剂的应用，将该高效悬浮助剂应用于研磨液中，可以确保研磨效果的一致性。
一种高效悬浮助剂，以重量份计，包括以下组分：
Figure BDA0003242124090000021
作为优选，所述的改性聚脲的结构如式(I)所示：
Figure BDA0003242124090000022
式(I)中，R1或R3为亲水性端基，所述的R2为亚烷基或醚键。
作为优选，所述的高效悬浮助剂为沃克尔VOK-420、毕克BYK420或尚高Sago-8820。
作为优选，所述的润湿剂为迪高TEGO245、比克BYK-348或道康宁DC67。
作为优选，所述的有机硅消泡剂为涂易乐DF-220、迪高TEGO810或迪高TEGO805。
进一步地，本发明还提供了以下具体的高效悬浮助剂，包括以下重量份的组分：
10份沃克尔VOK-420、5～10份N-甲基吡咯烷酮、3～10份迪高REGO245、20～30份三乙醇胺、3～10份涂易乐DF-220；
或者包括以下重量份的组分：
10份毕克BYK420、5～10份N-甲基吡咯烷酮、4～10份比克BYK-348、15～20份三乙醇胺、3～10份迪高TEGO810；
或者包括以下重量份的组分：
10份尚高Sago-8820、10～20份N-甲基吡咯烷酮、5～10份道康宁DC67润湿剂、10～30份三乙醇胺、3～10份迪高TEGO805。
本发明还提供了一种所述的高效悬浮助剂的制备方法，将所述的改性聚脲溶液、N-甲基吡咯烷酮、润湿剂、三乙醇胺和有机硅消泡剂混合均匀，得到所述的高效悬浮助剂。
本发明还进一步提供了一种所述的高效悬浮助剂的应用，包括以下步骤：
(1)将所述的改性聚脲溶液、N-甲基吡咯烷酮、润湿剂、三乙醇胺和有机硅消泡剂混合均匀，得到所述的高效悬浮助剂；
(2)将所述的高效悬浮助剂、溶剂和磨料混匀，得到研磨材料；
(3)采用所述的研磨材料对研磨对象进行研磨。
作为优选，步骤(2)中，所述的溶剂为水、乙二醇或丙三醇中的一种或者两种。
作为优选，步骤(2)中，所述的磨料为碳化硅、碳化硼、氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氮化硼或金刚石。
本发明的有益效果体现在：
本发明的高效悬浮助剂在慢速搅拌作用下，脲基之间可以形成氢键，氢键的连接使得助剂颗粒形成微结晶，微结晶产生的键合力形成三维网状结构，产生优异的防沉降效果，在静态储存或低剪切力作用时粘度较高，有利于大颗粒研磨液体系的稳定存在，使用过程在较高剪切力作用下粘度降低，又能保持良好的流动性，无论是一次性使用还是循环使用，均能使研磨液中的磨料颗粒保持单分散状态，确保研磨效果的一致性，调整添加比例，可适用于不同粒度的研磨液配制，是一种具有普适性的水性复合助剂。
具体实施方式
将10-20份改性聚脲溶液、10-20份的N甲基-吡咯烷酮、5-10份润湿剂、20-40份三乙醇胺、5-10份有机硅消泡剂混合后，以1：10-40的比例慢速加入水中，然后加入磨料(碳化硅、碳化硼、氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氮化硼或金刚石等)，具体比例和磨料的粒径有关，粒径越大，助剂的添加比例越大。
实施例1
将300g沃克尔VOK-420、200gN-甲基吡咯烷酮、100g迪高REGO245、800g三乙醇胺、100g涂易乐DF-220消泡剂混合后，形成混合助剂。取上述800g混合助剂在搅拌状态下缓慢加入到16Kg去离子水中，然后加入4Kg600#的碳化硅，继续搅拌10min后过滤罐装。取上述700g混合助剂在搅拌状态下缓慢加入到16Kg去离子水中，然后加入4Kg1500#的碳化硅，继续搅拌10min后过滤罐装。在双面研磨机上对氮化铝陶瓷基板进行研磨实验，结果如下表所示。
Figure BDA0003242124090000041
对比例1
其他组分与实施例1相同，不同之处在于将300g沃克尔VOK-420替换为300g聚丙烯酸钠，其他条件与实施例1相同，结果如下。聚丙烯酸钠对体系也有较好的悬浮效果，但是对研磨速率有影响，且表面粗糙度增大。
Figure BDA0003242124090000042
Figure BDA0003242124090000051
实施例2
将200g毕克BYK420、100gN-甲基吡咯烷酮、80g比克BYK-348、360g三乙醇胺、60g迪高TEGO810混合后，形成混合助剂。将上述混合助剂在搅拌状态下缓慢加入到13.6Kg去离子水中，然后加入2.4Kg360#的碳化硼，继续搅拌10min后过滤罐装。在双面研磨机上对蓝宝石晶片进行研磨实验，结果如下表所示。
Figure BDA0003242124090000052
对比例2
其他组分与实施例2相同，不同之处在于将200g毕克BYK420替换为预活化后的膨润土，其他条件与实施例2相同，结果如下。研磨过程发现液体有絮凝趋势，无法实现循环。
Figure BDA0003242124090000053
Figure BDA0003242124090000061
实施例3
将30g尚高Sago-8820、30gN-甲基吡咯烷酮、20g道康宁DC67润湿剂、60g三乙醇胺、10g迪高TEGO805混合后，形成混合助剂。将5Kg乙二醇和5Kg去离子水混合形成混合溶剂，将上述混合助剂在搅拌状态下缓慢加入到10Kg混合溶剂中，然后加入500ctD2-4的单晶金刚石微粉，继续搅拌30min后罐装。在单面研磨机上对碳化硅晶片进行研磨实验，结果如下表所示。
Figure BDA0003242124090000062
对比例3
按照CN 104293205 A实施例3的方法制备同样固含量的D2-4单晶金刚石研磨液，按照实施例3的方法进行研磨实验，结果如下。
Figure BDA0003242124090000063

Claims (10)

1.一种高效悬浮助剂，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
改性聚脲溶液 10-20份
N-甲基吡咯烷酮 10-20份
润湿剂 5-10份
三乙醇胺 20-40份
有机硅消泡剂 5-10份。
2.根据权利要求1所述的高效悬浮助剂，其特征在于，所述的改性聚脲的结构如式（I）所示：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
所述的R1或R3为亲水性端基，所述的R2为亚烷基或醚键。
3.根据权利要求1所述的高效悬浮助剂，其特征在于，所述的改性聚脲为沃克尔VOK-430、毕克BYK420或尚高Sago-8820。
4.根据权利要求1所述的高效悬浮助剂，其特征在于，所述的润湿剂为迪高TEGO245、比克BYK-348或道康宁DC67。
5.根据权利要求1所述的高效悬浮助剂，其特征在于，所述的有机硅消泡剂为涂易乐DF-220、迪高TEGO810或迪高TEGO805。
6.一种高效悬浮助剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：
10份沃克尔VOK-420、5~10份N-甲基吡咯烷酮、3~10份迪高REGO245、20~30份三乙醇胺、3~10份涂易乐DF-220；
或者包括以下重量份的组分：
10份毕克BYK420、5~10份N-甲基吡咯烷酮、4~10份比克BYK-348、15~20份三乙醇胺、3~10份迪高TEGO810；
或者包括以下重量份的组分：
10份尚高Sago-8820、10~20份N-甲基吡咯烷酮、5~10份道康宁DC67润湿剂、10~30份三乙醇胺、3~10份迪高TEGO805。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的高效悬浮助剂的制备方法，其特征在于，将组成所述高效悬浮助剂的组分混合均匀，得到所述的高效悬浮助剂。
8.一种如权利要求1~7任一项所述的高效悬浮助剂的应用，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将所述的改性聚脲溶液、N-甲基吡咯烷酮、润湿剂、三乙醇胺和有机硅消泡剂混合均匀，得到所述的高效悬浮助剂；
（2）将所述的高效悬浮助剂、溶剂和磨料混匀，得到研磨材料；
（3）采用所述的研磨材料对研磨对象进行研磨。
9.根据权利要求8所述的高效悬浮助剂的应用，其特征在于，步骤（2）中，所述的溶剂为水、乙二醇或丙三醇中的一种或者两种。
10.根据权利要求8所述的高效悬浮助剂的应用，其特征在于，步骤（2）中，所述的磨料为碳化硅、碳化硼、氧化铝、二氧化硅、氧化铈、氮化硼或金刚石。
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