CN1903968B - 水性磨料分散剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种没有引火问题、磨料的分散稳定性和使用中的长期粘度稳定性优良的水性磨料分散剂组合物以及加工用水性浆料。一种水性磨料分散剂组合物，其特征在于：含有二醇类、以通式(1)表示的二醇醚类和水。式中，R1表示氢原子或甲基，R2表示碳原子数为1～18的烷基或链烯基，R3表示氢原子、或碳原子数为1～18的烷基或链烯基，m表示1～20的数。R2O-(CHR1CH2O)m-R3 (1)。

Description

水性磨料分散剂组合物
技术领域
本发明涉及一种在切削加工、磨削加工、研磨加工、切割加工等中使用的水性磨料分散剂组合物以及使用该水性磨料分散剂组合物的加工用水性浆料。
背景技术
在对硅、石英、水晶、化合物半导体、陶瓷、玻璃、金属氧化物、超硬合金、烧结合金等所谓的脆性材料进行切削加工、磨削加工、研磨加工、切割加工时，经常使用在分散剂中分散磨料制成的浆料。在加工时，该浆料作为切削液一边供给到加工装置的刃部分一边进行作业。
目前，作为浆料的分散剂，多使用以矿物油和合成油等作为主要成分的非水溶性的分散剂。但是，这些非水溶性的分散剂大多是引火性危险物品，存在加工时引火的问题和根据消防法贮藏量受限制的问题，因此，最近水溶性的磨料分散剂被大量使用起来。
一般市售的水溶性的磨料分散剂组合物大多设计成以二醇类作为基础油，并添加主要用于混合和分散磨料的添加剂，例如在专利文献1～3中公开了在水-二醇系分散剂中添加特定的添加剂制成的磨料分散剂组合物。另外，在专利文献4中公开了在不含水的二醇系分散剂中添加有机酸和有机蒙脱石制成的磨料分散剂组合物。
[专利文献1]日本专利特开平10-81872号公报
[专利文献2]日本专利特开平10-259396号公报
[专利文献3]日本专利特开平10-324889号公报
[专利文献4]日本专利特开2002-80883号公报
发明内容
发明要解决的课题
使用专利文献1～3那样的水-二醇系分散剂的磨料分散剂组合物，可以得到在加工初期与非水溶性的磨料分散剂组合物相媲美的良好的性能。但是，使用该水性磨料分散剂组合物的浆料大多存在在长期使用下由于混进加工物的切屑而导致浆料的粘度上升，由此带来加工品质降低的所谓粘度稳定性的问题。进而，为了避免引火，体系中的水分量必须多，而另一方面，当被加工材料是用于半导体基板等中的硅的情况下，若增加水分量，就存在包含在分散剂中的水与硅反应而生成氢、导致进一步增稠的问题，因而大大限制了可以使用的组成。
另外，在专利文献4中公开的非水系的磨料分散剂组合物中，由于所添加的有机酸、有机蒙脱石，而依旧存在引起磨料分散剂组合物的增稠的问题，并且，欲重复利用水性磨料分散剂组合物时，存在再生品的组成不固定、难以重复利用的问题。而且，还具有因为不含水而带来的引火性的问题。
因此，本发明的课题在于提供一种没有引火的问题、磨料的分散稳定性和使用中的长期粘度稳定性优良的水性磨料分散剂组合物以及加工用水性浆料。
解决课题的手段
本发明的第一形态是提供一种水性磨料分散剂组合物来解决上述课题，该组合物的特征在于：含有二醇类、以通式(1)表示的二醇醚类和水。
R2O-(CHR1CH2O)m-R3        (1)
式中，R1表示氢原子或甲基，R2表示碳原子数为1～18的烷基或链烯基，R3表示氢原子、或碳原子数为1～18的烷基或链烯基，m表示1～20的数。
本发明的第二形态是提供一种水性磨料分散剂组合物来解决上述课题，该组合物的特征在于：由二醇类、以通式(1)表示的二醇醚类、水和脂肪族多元羧酸的碱性盐组成。
R2O-(CHR1CH2O)m-R3         (1)
式中，R1表示氢原子或甲基，R2表示碳原子数为1～18的烷基或链烯基，R3表示氢原子、或碳原子数为1～18的烷基或链烯基，m表示1～20的数。
在第二形态中，以上述水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，脂肪族多元羧酸的碱性盐的含量优选为0.01～10重量％。
另外，在第一和第二形态中，以上述水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，优选上述二醇类和上述二醇醚类的含量总计为50～98重量％；以上述水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，上述水的含量优选为2～50重量％。
进一步，在第一和第二形态中，以重量为基准，上述二醇类与上述二醇醚类的含量比例优选为上述二醇类∶上述二醇醚类＝50∶50～99∶1。
根据这些发明，可以提供一种没有引火的问题、磨料的分散稳定性和使用中的长期粘度稳定性优良的水性磨料分散剂组合物。
本发明的第三形态是提供一种加工用水性浆料来解决上述课题，该加工用水性浆料的特征在于：包含本发明的上述水性磨料分散剂组合物、和磨料。
根据该发明，可以提供一种没有引火的问题、磨料的分散稳定性和使用中的长期粘度稳定性优良的加工用水性浆料。
本发明的第四形态是提供一种加工方法来解决上述课题，该加工方法的特征在于：使用本发明的上述加工用水性浆料，进行切削加工、磨削加工、研磨加工或切割加工。
本发明的第五形态是提供一种加工方法来解决上述课题，该加工方法的特征在于：使用本发明的上述加工用水性浆料，进行钢丝锯加工或带锯加工。
在第四和第五形态中，被加工材料优选为硅、石英、水晶、化合物半导体、陶瓷、玻璃、金属氧化物、超硬合金和烧结合金中的至少一种。
根据第四和第五形态的发明，可以提供安全性、加工性优良的加工方法。
发明效果
设计成二醇类和添加剂的现有的水性磨料分散剂组合物，其磨料的混合·分散大大依赖于添加剂，但在长期使用时，由于工件切屑的混入而导致浆料的粘度上升，加工精度容易降低。本发明的水性磨料分散剂组合物不仅可以稳定地分散磨料，而且通过含有二醇醚类，可以抑制其浆料的粘度上升，因而能保持使用初期的优良的加工精度。而且，所添加的水不仅具有消除引火的危险性的效果，还具有对切削时产生的热的冷却效果、抑制增稠的效果，通过结合使用二醇醚类和水，可以制成优良的水性磨料分散剂组合物。
本发明的这些作用和优点通过下面说明的本发明的具体实施方式可明了。
具体实施方式
本发明的水性磨料分散剂组合物含有二醇类、以通式(1)表示的二醇醚类和水。其中，所使用的二醇类并没有特别限制，可以列举例如乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、丁二醇、己二醇、甘油、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、其它聚亚烷基二醇。其中，特别优选的是丙二醇、二乙二醇。这些可以单独使用，也可以二种以上结合使用。
作为二醇醚类，可以使用以下述通式(1)表示的二醇醚类。
R2O-(CHR1CH2O)m-R3        (1)
在通式(1)中，R1表示氢原子或甲基，R2表示碳原子数为1～18的烷基或链烯基，R3表示氢原子、或碳原子数为1～18的烷基或链烯基，m表示1～20的数。作为以通式(1)表示的化合物，具体可以列举二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二丙醚、二乙二醇二丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单丙醚、二丙二醇单丁醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇二丙醚、二丙二醇二丁醚、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单乙醚、三乙二醇单丙醚、三乙二醇单丁醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇二乙醚、三乙二醇二丙醚、三乙二醇二丁醚、三丙二醇单甲醚、三丙二醇单乙醚、三丙二醇单丙醚、三丙二醇单丁醚、三丙二醇二甲醚、三丙二醇二乙醚、三丙二醇二丙醚、三丙二醇二丁醚等。其中，特别优选的是二乙二醇单丁醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇单乙醚。这些可以单独使用，也可以二种以上结合使用。
关于本发明的水性磨料分散剂组合物中的二醇类和二醇醚类的含量，以水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，优选二醇类和二醇醚类的含量总计为50～98重量％，更优选为85～98重量％。以重量为基准，二醇类与二醇醚类的含量比例优选为二醇类∶二醇醚类＝50∶50～99∶1。
水可以使用工业用水、自来水、去离子水、蒸馏水的任意一种，其中优选没有杂质的蒸馏水，更优选去离子水。从防止引火和抑制粘度的方面考虑，以水性磨料分散剂组合物总量为100重量％，本发明的水性磨料分散剂组合物中的水的含量优选为2～50重量％，更优选2～15重量％。
本发明的水性磨料分散剂组合物优选由二醇类、以通式(1)表示的二醇醚类、水和脂肪族多元羧酸的碱性盐组成。作为脂肪族多元羧酸，具体可以列举柠檬酸、草酸等；构成碱性盐的碱，可以列举钠、钾、胺类等。作为脂肪族多元羧酸的碱性盐特别优选为柠檬酸钾。它们可以单独使用，也可以二种以上结合使用。以水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，本发明的水性磨料分散剂组合物中的脂肪族多元羧酸的碱性盐的含量优选为0.01～10重量％。当在水性磨料分散剂组合物中包含这些化合物时，可以直接添加脂肪族多元羧酸的碱性盐，也可以同时添加作为原料的脂肪族多元羧酸和碱金属氢氧化物或胺。此时，不必是当量，可以使用相对于碱金属氢氧化物或胺过量的脂肪族多元羧酸。
本发明的水性磨料分散剂组合物通过将由SiC等形成的磨料混入其中并使其均匀分散而被制成加工用水性浆料。本发明的加工用水性浆料适合用于切削加工、磨削加工、研磨加工或者切割加工，可以用作对硅、石英、水晶、化合物半导体、陶瓷、玻璃、金属氧化物、超硬合金、烧结合金等进行加工时供应到刃上的切削液。作为可以特别显著地发挥本发明的水性磨料分散剂组合物和使用其制得的加工用水性浆料的效果的切割装置，可以列举钢丝锯、带锯和将这些多重使用的多重钢丝锯、多重带锯等。
实施例
下面通过实施例来具体说明本发明。
按照表1的组成来制备本发明的水性磨料分散剂组合物(实施例1～4)和本发明以外的水性磨料分散剂组合物(比较例1～4)。进一步，通过对各水性磨料分散剂组合物1L添加1kg的GC磨料(#1500)，用搅拌机以1000rpm搅拌1小时，得到加工用水性浆料。另外，表1中记载的各成分相对应的数值是重量份。
                                            表1
 实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  比较例1  比较例2  比较例3  比较例4
丙二醇     70     -     -     85     100     -     -     85
二乙二醇     -     70     80     -     -     90     -     -
聚乙二醇200     -     -     -     -     -     -     85     -
三乙二醇单乙醚     20     -     10     -     -     -     -     -
二乙二醇二甲醚     -     10     -     -     -     10     -     -
二乙二醇单丁醚     -     -     -     5     -     -     -     -
水     9     19     10     10     -     -     15     14
柠檬酸     1     2     -     -     -     -     -     1
氢氧化钾     0.5     1     -     -     -     -     -     0.5
对上述制备的各加工用水性浆料，加入10重量％的硅粉(粒径1～2μm)，搅拌混合后，测定浆料粘度(η0)。接着，在这些浆料中加入不锈钢钢球(直径2mm)，以1000rpm搅拌10小时粉碎硅粉，然后用金属丝网(50目)过滤掉不锈钢钢球后，测定浆料粘度(η1)。并且，将刚刚制备后的加工用水性浆料放入容器(200ml烧杯)中，静置24小时后，观察有没有磨料的沉降导致的硬结块。结果示于表2中。
[表2]
Figure G06199284X20060801D000071
从表2可知，相对于比较例的加工用水性浆料在碎粉硅粉前后粘度发生较大变化，本发明的加工用水性浆料在粉碎硅粉前后粘度几乎没有变化，长期使用时的粘度稳定性优良。另外，本发明的加工用水性浆料不会引起硬结块，其分散稳定性也优良。
以上结合在目前认为最为实用、且优选的实施方式来对本发明进行说明，但本发明并不限于本申请说明书中公开的实施方式，在不违背从权利要求书和说明书整体看出的发明要旨或思想的范围内可以适宜修改，应当理解由这些修改产生的水性磨料分散剂组合物和加工用水性浆料也包含在本发明的技术范围内。

Claims (10)

1.一种水性磨料分散剂组合物，其特征在于，由二醇类、以通式(1)表示的二醇醚类和水组成；其中，以上述水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，上述二醇类和上述二醇醚类的含量总计为50～98重量％，上述水的含量为2～50重量％；
R2O-(CHR1CH2O)m-R3    (1)
式中，R1表示氢原子或甲基，R2表示碳原子数为1～18的烷基或链烯基，R3表示氢原子、或碳原子数为1～18的烷基或链烯基，m表示1～20的数。
2.根据权利要求1所述的水性磨料分散剂组合物，其中，以上述水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，上述二醇类和上述二醇醚类的含量总计为85～98重量％。
3.根据权利要求1所述的水性磨料分散剂组合物，其中，以重量为基准，上述二醇类与上述二醇醚类的含量比例为上述二醇类∶上述二醇醚类＝50∶50～99∶1。
4.一种水性磨料分散剂组合物，其特征在于，由二醇类、通式(1)表示的二醇醚类、水、和脂肪族多元羧酸的碱性盐组成；其中，以上述水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，上述脂肪族多元羧酸的碱性盐的含量为0.01～10重量％，上述二醇类和上述二醇醚类的含量总计为50～98重量％，上述水的含量为2～50重量％；
R2O-(CHR1CH2O)m-R3    (1)
式中，R1表示氢原子或甲基，R2表示碳原子数为1～18的烷基或链烯基，R3表示氢原子、或碳原子数为1～18的烷基或链烯基，m表示1～20的数。
5.根据权利要求4所述的水性磨料分散剂组合物，其中，以上述水性磨料分散剂组合物总量为100重量％计，上述二醇类和上述二醇醚类的含量总计为85～98重量％。
6.根据权利要求4所述的水性磨料分散剂组合物，其中，以重量为基准，上述二醇类与上述二醇醚类的含量比例为上述二醇类∶上述二醇醚类＝50∶50～99∶1。
7.一种加工用水性浆料，其特征在于，包含权利要求1～6中任意一项所述的水性磨料分散剂组合物、和磨料。
8.一种加工方法，其特征在于，使用权利要求7所述的加工用水性浆料，进行切削加工、磨削加工、研磨加工或切割加工。
9.一种加工方法，其特征在于，使用权利要求7所述的加工用水性浆料，进行钢丝锯加工或带锯加工。
10.根据权利要求8或9所述的加工方法，其中，被加工材料为硅、石英、水晶、化合物半导体、陶瓷、玻璃、金属氧化物、超硬合金和烧结合金中的至少一种。
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