WO2013067992A1 - Additiv zur stabilisierung von siliziumpartikeln in wässrigen medien - Google Patents

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WO2013067992A1
WO2013067992A1 PCT/DE2012/001064 DE2012001064W WO2013067992A1 WO 2013067992 A1 WO2013067992 A1 WO 2013067992A1 DE 2012001064 W DE2012001064 W DE 2012001064W WO 2013067992 A1 WO2013067992 A1 WO 2013067992A1
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WO
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carbon atoms
aliphatic monoalcohol
mixtures
composition
monoalcohol
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PCT/DE2012/001064
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Inventor
Christian Hell
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Photonic Sense GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/28—Compounds of silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0076—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for removing dust, e.g. by spraying liquids; for lubricating, cooling or cleaning tool or work

Definitions

  • the invention relates to a composition which is used as an additive for stabilizing silicon particles in aqueous media, the composition comprising an organic acid having 1 to 8 carbon atoms, a secondary aliphatic monoalcohol having 3 to 8 carbon atoms or a tertiary aliphatic monoalcohol having 4 8 carbon atoms and an aliphatic alcohol having 2 or more hydroxy groups having 2 to 8 carbon atoms.
  • a composition which is used as an additive for stabilizing silicon particles in aqueous media, the composition comprising an organic acid having 1 to 8 carbon atoms, a secondary aliphatic monoalcohol having 3 to 8 carbon atoms or a tertiary aliphatic monoalcohol having 4 8 carbon atoms and an aliphatic alcohol having 2 or more hydroxy groups having 2 to 8 carbon atoms.
  • wafers made of crystalline silicon are required, which are obtained by mechanical processing of crystalline silicon blanks, so-called ingots, for example by sawing, milling, grinding
  • the coolants and / or lubricants are aqueous solutions or emulsions which contain water and additives in the form of lubricants, corrosion inhibitors, additives for suppressing foaming and, in some cases, emulsifiers as the main constituent. Due to the high hardness of the silicon particles, it is necessary to separate the particles from the cooling lubricant, since otherwise there is an increased wear of the production equipment. For the separation of the silicon particles and the regeneration of the coolant and / or lubricant solutions have been proposed for example in DE 10 2007 033 258 A1 and DE 10 2007 048 879 A1.
  • the object of the invention is therefore to provide an additive for silicon particles containing aqueous media, by which the hydrogen-generating reaction of the silicon particles is prevented with the aqueous medium, in particular in coolants and / or lubricants in the mechanical processing of silicon-containing workpieces.
  • composition for stabilizing silicon particles in an aqueous medium comprising
  • this composition as an additive in an aqueous medium containing silicon particles and a method for stabilizing silicon particles in an aqueous medium, wherein the composition is added to the aqueous medium.
  • the hydrogen-generating reaction of the silicon particles can be very effectively prevented with this composition.
  • the composition comprises relatively inexpensive components that are environmentally neutral and not harmful to health and have no corrosive properties.
  • the additive can be added with particular advantage to the coolant and / or lubricant in the mechanical processing of silicon-containing workpieces, since the cooling and lubricating effect of the cooling lubricant is not adversely affected.
  • the Si-OH groups resulting from the initial reaction of silicon on the surface of the silicon particles are affected by the secondary or tertiary alcohol and the diol / polyol react in the presence of the organic acid to alkylsilyl ethers.
  • the secondary / tertiary alcohol and the diol / polyol have sufficient reactivity to form the alkylsilyl ethers and, on the other hand, provide sufficient steric shielding of the reaction centers for the reverse reaction to form Si-OH groups and thus a renewed, hydrogen-generating To prevent chain reaction.
  • the diol / polyol presumably has the task of bridging several Si-O functionalities in the surface alkylsilyl ethers.
  • the composition according to the invention is added to an aqueous medium containing silicon particles for inhibiting the hydrogen-generating reaction of the silicon particles as an additive.
  • the additive thus serves to stabilize the silicon particles in the aqueous medium.
  • the silicon particles to be stabilized preferably have a mean diameter, determined by laser diffraction, of ⁇ 300 ⁇ , preferably ⁇ 200 ⁇ .
  • the composition according to the invention can advantageously be used as an additive in a coolant and / or lubricant in the mechanical processing of silicon-containing workpieces.
  • silicon-containing workpieces are workpieces which contain silicon or consist of silicon, in particular workpieces with 70-100% by weight of silicon.
  • it is crystalline silicon (mono- or polycrystalline), optionally in doped form, with a silicon content> 99 wt .-%.
  • An aqueous medium in the sense of the invention is a liquid phase which contains water as the main constituent, for example water or an aqueous solution, emulsion or suspension with more than 50% by weight of water.
  • an organic acid is understood as meaning an organic, ie carbon-containing, chemical compound which has a functional group which can release H + with water or another protonatable solvent.
  • aliphatic compounds are understood as meaning acyclic or cyclic, saturated or unsaturated hydrocarbon compounds, with the exception of aromatic hydrocarbon compounds (definition of IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry).
  • alcohols are understood as meaning organic chemical compounds which carry at least one hydroxyl group (OH group) on a carbon atom and have no higher-value substituents on the same carbon atom.
  • Mono alcohols have an alcohol group, ie a hydroxy group as defined above. Further, alcohols are distinguished by the number of hydrogen atoms which carries the carbon atom to which the hydroxy group is located.
  • Primary alcohols carry two or three hydrogen atoms, for example, ethanol (CH 3 CH 2 OH) and methanol (CH 3 OH), secondary alcohols carry a hydrogen atom, for example isopropanol (CH 3 CH (OH) CH 3 ), and tertiary alcohols carry no hydrogen atom , eg t-butanol ((CH 3 ) 3 COH).
  • the pK s is defined as the negative decadic logarithm of the acid constant K s .
  • the use of such not too strong acids achieves, in particular, that the additive according to the invention has no corrosive properties.
  • the organic acid has 1 to 8, preferably 1 to 6, more preferably 1 to 4, carbon atoms.
  • formic acid acetic acid, oxalic acid, propionic acid, butyric acid, succinic acid, valeric acid (pentanoic acid), citric acid, carpronic acid (hexanoic acid) and mixtures thereof. Due to the suitable acid strength, the good availability and the low price, formic acid, acetic acid, propionic acid and mixtures thereof are particularly preferred.
  • the secondary aliphatic monoalcohol has 3 to 8, preferably 3 to 6, more preferably 3 to 5, carbon atoms.
  • Isopropanol, 2-butanol, 2-pentanol, 3-pentanol, cyclopentanol, cyclohexanol, 2-hexanol, 3-hexanol and mixtures thereof are preferably used as secondary aliphatic monoalcohols.
  • Particularly preferred are isopropanol and 2-butanol whose reactivity on the one hand and steric shielding on the other hand in combination with the other components of the composition provide excellent inhibition of the reaction of the silicon particles.
  • the tertiary aliphatic monoalcohol has 4-8, preferably 4-6 carbon atoms.
  • Particularly preferred tertiary aliphatic monoalcohols are t-butanol (2-methyl-2-propanol), t-amyl alcohol (2-methyl-2-butanol) and mixtures thereof.
  • the aliphatic alcohol having 2 or more hydroxyl groups has 2-8, preferably 2-6, more preferably 2-5 carbon atoms.
  • Preferred aliphatic alcohols having 2 or more hydroxyl groups are furthermore those compounds which contain at least one primary or secondary hydroxyl group, in particular at least one primary hydroxyl group.
  • ethylene glycol ethane-1,2-diol
  • propylene glycol propane-1,3-diol
  • glycerol 1,3,3-dihydroxypropane
  • butanediols such as butane-1,2-diol, butane-1, 3-diol and butane-1, 4-diol and mixtures thereof.
  • Glycerin is most preferred.
  • the composition additionally contains a primary aliphatic monoalcohol having 1 to 8, preferably 1 to 6, in particular 1 to 4, carbon atoms.
  • a primary aliphatic monoalcohol having 1 to 8, preferably 1 to 6, in particular 1 to 4, carbon atoms.
  • the additional primary aliphatic monoalcohol an even more effective inhibition of the hydrogen-generating reaction of the silicon particles is achieved, whereby the additive can be used in particular in lower concentrations.
  • composition of the invention may be provided as a concentrate, preferably comprising
  • composition consists of the above-mentioned components and the balance (25-98.8% by weight) of water.
  • a very effective composition comprises formic acid or acetic acid, isopropanol or 2-butanol and ethylene glycol, propylene glycol or glycerol, and optionally methanol or ethanol.
  • Particularly effective is a composition of
  • a very effective inhibition of the hydrogen-generating reaction of silicon particles in an aqueous medium is achieved when the described composition or additive with an aqueous medium, in particular a used in the mechanical processing of silicon-containing workpieces coolants and / or lubricants, in the weight ratio of 1 : 5 to 1: 100, in particular in the weight ratio 1:10 to 1: 50 is mixed.
  • the aqueous medium in particular the coolant and / or lubricant comprises in the aqueous phase in an advantageous embodiment of the invention 0.05 to 5 wt .-%, in particular 0.2 to 4 wt .-% of the organic acid, 0, 01 - 2 wt .-%, in particular 0.1 to 1 wt .-% of the secondary or tertiary aliphatic monoalcohol, 0.05 to 6 wt .-%, in particular 0.2 to 5 wt .-% of the aliphatic alcohol with 2 More hydroxy groups and optionally 0.01 to 2 wt .-%, in particular 0.1 to 1 wt .-% of the primary aliphatic monoalcohol.
  • the described composition is added according to the invention to an aqueous medium containing silicon particles or incorporated in the silicon particle, e.g. in the mechanical processing of silicon-containing workpieces.
  • the aqueous medium is preferably alkaline, in particular it has a pH> 7.5, more preferably a pH of 8-12.
  • the aqueous medium is an aqueous coolant and / or lubricant which is used in the mechanical processing of silicon-containing workpieces.
  • the coolants and / or lubricants can be the aqueous cooling lubricant known to the person skilled in the art and customary in production technology. These are usually aqueous solutions or emulsions containing water as the main component and additives in the form of lubricants, corrosion inhibitors, additives for suppressing foaming and / or emulsifiers.
  • an advantageous use according to the invention is the use of a composition as an additive in a coolant and / or lubricant, which is used in the mechanical, especially abrasive machining of silicon-containing workpieces for cooling and / or lubrication, wherein the composition
  • d) comprises a primary aliphatic monoalcohol having 1-8 carbon atoms.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention is accordingly a method for cooling and / or lubrication in the machining of silicon-containing workpieces, wherein an aqueous coolant and / or lubricant is used, and a composition is added to the coolant and / or lubricant a) an organic acid having 1 to 8 carbon atoms,
  • a concentrate of 5% by weight of acetic acid, 25% by weight of glycerol, 5% by weight of isopropanol, 2.5% by weight of methanol and 62.5% by weight of water was prepared.
  • This concentrate was mixed with water in a weight ratio of 1: 50 and in a second experiment with a cooling lubricant (Rhenus) and these mixtures were used in the field test for one month as a cooling lubricant in a device for grinding silicon workpieces.
  • a cooling lubricant Rhus

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Abstract

Es wird eine Zusammensetzung zur Stabilisierung von Siliziumpartikeln in einem wäßrigen Medium bereitgestellt, wobei die Zusammensetzung eine organische Säure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen, einen sekundären aliphatischen Monoalkohol mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder einen tertiären aliphatischen Monoalkohol mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen und einen aliphatischen Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen und mit 2 - 8 Kohlenstoffatomen umfaßt. Ferner wird die Verwendung dieser Zusammensetzung als Additiv in einem Siliziumpartikel enthaltenden, wäßrigen Medium und ein Verfahren zur Stabilisierung von Siliziumpartikeln in wäßrigen Medien bereitgestellt.

Description

Additiv zur Stabilisierung von Siliziumpartikeln in wässriqen Medien
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung, die als Additiv zur Stabilisierung von Siliziumpartikeln in wäßrigen Medien verwendet wird, wobei die Zusammensetzung eine organische Säure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen, einen sekundären aliphatischen Monoalkohol mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder einen tertiären aliphatischen Monoalkohol mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen und einen aliphatischen Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen mit 2 - 8 Kohlenstoffatomen umfaßt. Für elektronische Bauelemente werden Wafer aus kristallinem Silizium benötigt, die durch mechanische Bearbeitung von kristallinen Siliziumrohlingen, sogenannten Ingots gewonnen werden, beispielsweise durch Sägen, Fräsen, Schleifen oder andere abrasive Bearbeitungsverfahren. Dabei entstehen feine Siliziumpartikel, die in dem bei der mechanischen Bearbeitung notwendigen Kühl- und/oder Schmiermittel suspendiert werden. Bei den Kühl- und/oder Schmiermitteln handelt es sich in der Regel um wäßrige Lösungen oder Emulsionen, die als Hauptbestandteil Wasser und Zusätze in Form von Schmierstoffen, Korrosionsschutzmitteln, Additiven zur Unterdrückung der Schaumbildung sowie zum Teil auch Emulgatoren enthalten. Aufgrund der hohen Härte der Siliziumpartikel ist es notwendig, die Partikel vom Kühlschmiermittel abzutrennen, da es ansonsten zu erhöhtem Verschleiß der Produktionsanlagen kommt. Für die Abtrennung der Siliziumpartikel und die Regenerierung des Kühl- und/oder Schmiermittel wurden beispielsweise in der DE 10 2007 033 258 A1 und der DE 10 2007 048 879 A1 Lösungen vorgeschlagen.
Ein weiteres Problem stellt die hohe Reaktivität der feinen Siliziumpartikel dar. In fein verteilter Form reagiert Silizium, insbesondere in dem häufig leicht alkalischen Milieu der eingesetzten Kühlschmiermittel mit Wasser zu Wasserstoff und Kieselsäure, die wiederum über Polykieselsäuren zu Silikaten weiterreagiert. In leicht alkalisch-wäßrigen Kühlschmiermitteln erfolgt dies in einer selbsterhaltenden exothermen Reaktion. Der entstehende Wasserstoff kann
BESTÄTIGUNGSKOPIE dabei mit der Luft zu explosionsfähigen Gemischen führen. Da die Reaktion eine stark positive Energiebilanz aufweist, werden große Wärmemengen frei, wodurch die Reaktivität zusätzlich erhöht wird. Wird diese Reaktion nicht rechtzeitig unterbunden, so führt dies zu einer Kettenreaktion, die ab einer Temperatur von etwa 40°C nicht mehr zu stoppen ist und innerhalb weniger Minuten zu einem schlagartigen Verdampfen des Kühlmediums führt und Wasserstoffexplosionen auslösen kann. Diese Wasserstoffexplosionen stellen für das die Maschinen bedienende Personal eine große Gefahr dar und haben in der Vergangenheit auch zu erheblichen Sachschäden durch Deformation der Produktionsanlagen geführt. Dieses Problem konnte bislang nicht gelöst werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Additiv für Siliziumpartikel enthaltende, wäßrige Medien bereitzustellen, durch das die Wasserstoff erzeugende Reaktion der Siliziumpartikel mit dem wäßrigen Medium unterbunden wird, insbesondere in Kühl- und/oder Schmiermitteln bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstücken.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Zusammensetzung zur Stabilisierung von Siliziumpartikeln in einem wäßrigen Medium, umfassend
a) eine organische Säure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
b) einen sekundären aliphatischen Monoalkohol mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder einen tertiären aliphatischen Monoalkohol mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen und
c) einen aliphatischen Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen und mit 2 - 8 Kohlenstoffatomen.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch die Verwendung dieser Zusammensetzung als Additiv in einem Siliziumpartikel enthaltenden, wäßrigen Medium und ein Verfahren zur Stabilisierung von Siliziumpartikeln in einem wäßrigen Medium, wobei dem wäßrigen Medium die Zusammensetzung zugesetzt wird.
Überraschenderweise kann die Wasserstoff erzeugende Reaktion der Siliziumpartikel mit dieser Zusammensetzung sehr wirksam unterbunden werden. Darüber hinaus umfaßt die Zusammensetzung relativ preiswerte Komponente, die umweltneutral und nicht gesundheitsschädlich sind und keine korrosiven Eigenschaften aufweisen. Das Additiv kann mit besonderem Vorteil dem Kühl- und/oder Schmiermittel bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstücken zugesetzt werden, da die Kühl- und Schmierwirkung des Kühlschmiermittels nicht negativ beeinflußt wird.
Es wird angenommen, daß die bei der anfänglichen Reaktion des Siliziums an der Oberfläche der Siliziumpartikel entstehenden Si-OH-Gruppen durch den sekundären oder tertiären Alkohol und das Diol/Polyol in Gegenwart der organischen Säure zu Alkylsilylethern reagieren. Der sekundäre/tertiäre Alkohol und das Diol/Polyol weisen dabei einerseits eine ausreichende Reaktivität auf, um die Alkylsilylether zu bilden und sorgen andererseits für eine hinreichende sterische Abschirmung der Reaktionszentren, um die Rückreaktion zu Si-OH-Gruppen und damit eine erneute, Wasserstoff erzeugende Kettenreaktion zu verhindern. Das Diol/Polyol übernimmt dabei vermutlich die Aufgabe, mehrere Si-O-Funktionalitäten in den Oberflächen- Alkylsilylethern zu verbrücken.
Das Zusammensetzung wird erfindungsgemäß einem wäßrigen Medium, das Siliziumpartikel enthält, zur Inhibierung der Wasserstoff erzeugenden Reaktion der Siliziumpartikel als Additiv zusetzt. Das Additiv dient somit der Stabilisierung der Siliziumpartikel in dem wäßrigen Medium. Die zu stabilisierenden Siliziumpartikel haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser, bestimmt durch Laserbeugung, von < 300 μηι, bevorzugt < 200 μηι. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung mit Vorteil als Additiv in einem Kühl- und/oder Schmiermittel bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstücken eingesetzt werden.
Unter siliziumhaltigen Werkstücken werden im Sinne der Erfindung Werkstücke verstanden, die Silizium enthalten oder aus Silizium bestehen, insbesondere Werkstücke mit 70 - 100 Gew.-% Silizium. Vorzugsweise handelt es sich um kristallines Silizium (mono- oder polykristallin), gegebenenfalls in dotierter Form, mit einem Siliziumanteil > 99 Gew.-%.
Ein wäßriges Medium im Sinne der Erfindung ist eine flüssige Phase, die als Hauptbestandteil Wasser enthält, beispielsweise Wasser oder eine wäßrige Lösung, Emulsion oder Suspension mit mehr als 50 Gew.-% Wasser.
Unter einer organischen Säure wird im Sinne der Erfindung eine organische, d.h. Kohlenstoff enthaltende chemische Verbindung verstanden, die über eine funktionelle Gruppe verfügt, die mit Wasser oder einem anderen protonierbaren Lösungsmittel H+ freisetzen kann. Beispiele für organische Säuren sind Carbonsäuren (RCOOH, R = organischer Rest), Alkylsulfonsäuren (RSO3H) und acide Arylhydroxyverbindungen (ArOH).
Unter„aliphatischen" Verbindungen werden im Sinne der Erfindung acyclische oder cyclische, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffverbindungen, außer aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen verstanden (Definition der IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry). Im Sinne der Erfindung werden unter Alkoholen organische chemische Verbindungen verstanden, die an einem Kohlenstoffatom mindestens eine Hydroxygruppe (OH-Gruppe) tragen und an demselben Kohlenstoffatom keine höherwertigen Substituenten besitzen. Monoalkohole besitzen eine Alkoholgruppe, d.h. eine Hydroxygruppe im Sinne der oben genannten Definition. Ferner werden Alkohole nach der Zahl der Wasserstoffatome unterschieden, die das Kohlenstoffatom trägt, an der sich die Hydroxygruppe befindet. Primäre Alkohole tragen zwei oder drei Wasserstoffatome, z.B. Ethanol (CH3CH2OH) und Methanol (CH3OH), sekundäre Alkohole tragen ein Wasserstoffatom, z.B. Isopropanol (CH3CH(OH)CH3), und tertiäre Alkohole tragen kein Wasserstoffatom, z.B. t-Butanol ((CH3)3COH).
Geeignete organische Säuren sind im Rahmen der Erfindung beispielsweise Carbonsäuren, Sulfonsäuren, Phosphonsäuren (RP(0)(OH)2), Alkylphosphate (ROP(0)(OH)2) und aromatische Hydroxyverbindungen wie Phenole und Naphthole, jeweils in unsubstituierter oder substituierter Form (R = organischer Rest). Bevorzugt werden als organische Säuren nicht zu starke Säuren eingesetzt, insbesondere solche mit einem pKs S: 1 , vorzugsweise mit einem pKs = 3 - 7. Der pKs ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Säurekonstante Ks. Durch den Einsatz solcher nicht zu starker Säuren wird insbesondere erreicht, daß das erfindungsgemäße Additiv keine korrosiven Eigenschaften aufweist. Die organische Säure weist 1 - 8, bevorzugt 1 - 6, besonders bevorzugt 1 - 4 Kohlenstoffatome auf. Weiter bevorzugt sind Carbonsäuren (RCOOH, R = organischer Rest), insbesondere Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure, Propionsäure, Buttersäure, Bernsteinsäure, Valeriansäure (Pentansäure), Zitronensäure, Carpronsäure (Hexansäure) und Mischungen daraus. Besonders bevorzugt sind aufgrund der passenden Säurestärke, der guten Verfügbarkeit sowie des geringen Preises Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure und Mischungen daraus.
Der sekundäre aliphatische Monoalkohol weist 3 - 8, bevorzugt 3 - 6, besonders bevorzugt 3 - 5 Kohlenstoffatome auf. Als sekundäre aliphatische Monoalkohole werden bevorzugt Isopropanol, 2-Butanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, Cyclopentanol, Cyclohexanol, 2-Hexanol, 3- Hexanol und Mischungen daraus eingesetzt. Besonders bevorzugt sind Isopropanol und 2- Butanol, deren Reaktivität einerseits und sterische Abschirmung andererseits in Kombination mit den anderen Komponenten der Zusammensetzung für eine hervorragende Inhibierung der Reaktion der Siliziumpartikel sorgen. Der tertiäre aliphatische Monoalkohol weist 4 - 8, bevorzugt 4 - 6 Kohlenstoffatome auf. Besonders bevorzugte tertiäre aliphatische Monoalkohole sind t-Butanol (2-Methyl-2-Propanol), t-Amylalkohol (2-Methyl-2-Butanol) und Mischungen daraus. Der aliphatische Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen weist 2 - 8, bevorzugt 2 - 6, besonders bevorzugt 2 - 5 Kohlenstoffatome auf. Bevorzugte aliphatische Alkohole mit 2 oder mehr Hydroxygruppen sind ferner solche Verbindungen, die mindestens eine primäre oder sekundäre Hydroxygruppe enthalten, insbesondere mindestens eine primäre Hydroxygruppe. Besonders bevorzugt sind Ethylenglycol (Ethan-1 ,2-diol), Propylenglycol (Propan-1 ,3-diol), Glycerin (1 ,2,3-Dihydroxypropan) und Butandiole wie Butan-1 ,2-diol, Butan-1 ,3-diol und Butan- 1 ,4-diol sowie Mischungen daraus. Glycerin ist am meisten bevorzugt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Zusammensetzung zusätzlich einen primären aliphatischen Monoalkohol mit 1 - 8, bevorzugt 1 - 6, insbesondere 1 - 4 Kohlenstoffatomen. Weiter bevorzugt sind Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol (1- Butanol), Isobutanol (2-Methyl-1-propanol), 1-Pentanol (n-Amylalkohol), 3-Methyl-1-butanol (Isoamylakohol) und 1-Hexanol sowie Mischungen daraus, von denen Methanol und Ethanol besonders bevorzugt sind. Durch den zusätzlichen primären aliphatischen Monoalkohol wird eine noch wirksamere Inhibierung der Wasserstoff erzeugenden Reaktion der Siliziumpartikel erreicht, wodurch das Additiv insbesondere auch in niedrigeren Konzentrationen eingesetzt werden kann.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann als Konzentrat bereitgestellt werden, bevorzugt umfassend
a) 0,5 - 25 Gew.-% einer Carbonsäure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
b) 0,1 - 10 Gew.-% eines primären aliphatischen Monoalkohols mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
c) 0,1 - 10 Gew.-% eines sekundären aliphatischen Monoalkohols mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder eines tertiären aliphatischen Monoalkohols mit 4 - 8
Kohlenstoffatomen und
d) 0,5 - 30 Gew.-% eines aliphatischen Alkohols mit 2 oder mehr Hydroxygruppen und 2 - 8
Kohlenstoffatomen. Weiter ist es bevorzugt, daß die Zusammensetzung aus den oben genannten Komponenten und dem Rest (25 - 98,8 Gew.-%) Wasser besteht. Eine sehr effektive Zusammensetzung umfaßt Ameisensäure oder Essigsäure, Isopropanol oder 2-Butanol und Ethylenglycol, Propylenglycol oder Glycerin sowie gegebenenfalls Methanol oder Ethanol. Als besonders wirksam hat sich eine Zusammensetzung aus
a) 0,5 - 25 Gew.-% Ameisensäure oder Essigsäure oder Mischungen daraus,
b) 0,1 - 10 Gew.-% Methanol oder Ethanol oder Mischungen daraus,
c) 0,1 - 10 Gew.-% Isopropanol oder 2-Butanol oder Mischungen daraus, d) 0,5 - 30 Gew.-% Ethylenglycol, Propylenglycol oder Glycerin oder Mischungen daraus und
e) 25 - 98,8 Gew.-% Wasser erwiesen. Eine sehr wirksame Inhibierung der Wasserstoff erzeugenden Reaktion von Siliziumpartikeln in einem wäßrigen Medium wird erreicht, wenn die beschriebene Zusammensetzung bzw. das Additiv mit einem wäßrigen Medium, insbesondere einem bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstückeneingesetzten Kühl- und/oder Schmiermittel, im Gewichtsverhältnis von 1 :5 bis 1 :100, insbesondere im Gewichtsverhältnis 1 :10 bis 1 :50 gemischt wird.
Das wäßrige Medium, insbesondere das Kühl- und/oder Schmiermittel, umfaßt in der wäßrigen Phase in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung 0,05 - 5 Gew.-%, insbesondere 0,2 - 4 Gew.-% der organischen Säure, 0,01 - 2 Gew.-%, insbesondere 0,1 - 1 Gew.-% des sekundären oder tertiären aliphatischen Monoalkohols, 0,05 - 6 Gew.-%, insbesondere 0,2 - 5 Gew.-% des aliphatischen Alkohols mit 2 mehr Hydroxygruppen und gegebenenfalls 0,01 - 2 Gew.-%, insbesondere 0,1 - 1 Gew.-% des primären aliphatischen Monoalkohols.
Die beschriebene Zusammensetzung wird erfindungsgemäß zu einem wäßrigen Medium hinzugefügt, das Siliziumpartikel enthält oder in das Siliziumpartikel eingebracht werden, z.B. bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werksstücken. Aufgrund der erhöhten Reaktivität von Siliziumpartikeln mit alkalischen wäßrigen Medien ist das wäßrige Medium vorzugsweise alkalisch, insbesondere weist es einen pH > 7,5, besonders bevorzugt einen pH von 8 - 12 auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das wäßrige Medium ein wäßriges Kühl- und/oder Schmiermittel, das bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstücken eingesetzt wird. Die Kühl- und/oder Schmiermittel können die dem Fachmann bekannten, in der Fertigungstechnik üblichen, wäßriges Kühlschmiermittel sein. Dies sind in der Regel wäßrige Lösungen oder Emulsionen, die als Hauptbestandteil Wasser und Zusätze in Form von Schmierstoffen, Korrosionsschutzmittel, Additiven zur Unterdrückung der Schaumbildung und/oder Emulgatoren enthalten.
Demgemäß ist eine vorteilhafte erfindungsgemäße Verwendung die Verwendung einer Zusammensetzung als Additiv in einem Kühl- und/oder Schmiermittel, das bei der mechanischen, insbesondere abrasiven Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstücken zur Kühlung und/oder Schmierung eingesetzt wird, wobei die Zusammensetzung
a) eine organische Säure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen, b) einen sekundären aliphatischen Monoalkohol mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder einen tertiären aliphatischen Monoalkohol mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen und
c) einen aliphatischen Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen mit 2 - 8 Kohlenstoffatomen sowie gegebenenfalls
d) einen primären aliphatischen Monoalkohol mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen umfaßt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dementsprechend ein Verfahren zur Kühlung und/oder Schmierung bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstücken, wobei ein wäßriges Kühl- und/oder Schmiermittel eingesetzt wird, und dem Kühl- und/oder Schmiermittel eine Zusammensetzung hinzugefügt wird, umfassend a) eine organische Säure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
b) einen sekundären aliphatischen Monoalkohol mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder einen tertiären aliphatischen Monoalkohol mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen und
c) einen aliphatischen Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen mit 2 - 8 Kohlenstoffatomen sowie gegebenenfalls
d) einen primären aliphatischen Monoalkohol mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung. Beispiel
Es wurde ein Konzentrat aus 5 Gew.-% Essigsäure, 25 Gew.-% Glycerin, 5 Gew.-% Isopropanol, 2,5 Gew.-% Methanol und 62,5 Gew.-% Wasser hergestellt. Dieses Konzentrat wurde im Gewichtsverhältnis 1 :50 mit Wasser und in einem zweiten Experiment mit einem Kühlschmiermittel (Fa. Rhenus) vermischt und diese Mischungen im Feldversuch jeweils einen Monat lang als Kühlschmiermittel in einer Vorrichtung zum Schleifen von Siliziumwerkstücken verwendet. In diesem Zeitraum kam es weder in dem. Feldversuch mit der Mischung aus Konzentrat und Wasser noch mit der Mischung aus Konzentrat und Kühlschmiermittel zu einer schlagartigen Verdampfung des Kühlmediums oder einer Wasserstoffexplosion. Bei einem über den gleichen Zeitraum eingesetzten, identischen Kühlschmiermittel ohne das erfindungsgemäße Konzentrat wurden 10 schlagartige Verdampfungen des Kühlmediums und 2 Wasserstoffexplosionen beobachtet. Dies zeigt, daß das erfindungsgemäße Additiv die Wasserstoff erzeugende Reaktion der Siliziumpartikel wirksam unterdrücken konnte.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung einer Zusammensetzung als Additiv in einem Siliziumpartikel enthaltenden, wäßrigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung
a) eine organische Säure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
b) einen sekundären aliphatischen Monoalkohol mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder einen tertiären aliphatischen Monoalkohol mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen und
c) einen aliphatischen Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen und 2 - 8 Kohlenstoffatomen umfaßt.
2. Verwendung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung zusätzlich
d) einen primären aliphatischen Monoalkohol mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen umfaßt.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure und Mischungen daraus, der sekundäre aliphatische Monoalkohol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Isopropanol, 2-Butanol und Mischungen daraus, der tertiäre Monoalkohol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus t-Butanol, t-Amylalkohol und Mischungen daraus und/oder der aliphatische Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol, Glycerin und Mischungen daraus.
4. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre aliphatische Monoalkohol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol und Mischungen daraus.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Medium ein Kühl- und/oder Schmiermittel ist, das bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstücken eingesetzt wird.
6. Verfahren zur Stabilisierung von Siliziumpartikeln in einem wäßrigen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß dem wäßrigen Medium eine Zusammensetzung zugesetzt wird, die a) eine organische Säure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
b) einen sekundären aliphatischen Monoalkohol mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder einen tertiären aliphatischen Monoalkohol mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen und
c) einen aliphatischen Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen und 2 - 8
Kohlenstoffatomen umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung zusätzlich
d) einen primären aliphatischen Monoalkohol mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure und Mischungen daraus, der sekundäre aliphatische Monoalkohol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Isopropanol, 2-Butanol und Mischungen daraus, der tertiäre Monoalkohol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus t-Butanol, t-Amylalkohol und Mischungen daraus und/oder der aliphatische Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol, Glycerin und Mischungen daraus.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre aliphatische Monoalkohol ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol und Mischungen daraus.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrige Medium ein Kühl- und/oder Schmiermittel ist, das bei der mechanischen Bearbeitung von siliziumhaltigen Werkstücken eingesetzt wird.
11. Zusammensetzung zur Stabilisierung von Siliziumpartikeln in einem wäßrigen Medium, umfassend
a) eine organische Säure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
b) einen sekundären aliphatischen Monoalkohol mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder einen tertiären aliphatischen Monoalkohol mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen und
c) einen aliphatischen Alkohol mit 2 oder mehr Hydroxygruppen und 2 - 8 Kohlenstoffatomen.
12. Zusammensetzung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung zusätzlich d) einen primären aliphatischen Monoalkohol mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen umfaßt.
13. Zusammensetzung nach Anspruch 12, bestehend aus
a) 0,5 - 25 Gew.-% einer Carbonsäure mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
b) 0,1 - 10 Gew.-% eines primären aliphatischen Monoalkohols mit 1 - 8 Kohlenstoffatomen,
c) 0,1 - 10 Gew.-% eines sekundären aliphatischen Monoalkohols mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen oder eines tertiären aliphatischen Monoalkohols mit 4 - 8 Kohlenstoffatomen,
d) 0,5 - 30 Gew.-% eines aliphatischen Alkohols mit 2 oder mehr Hydroxygruppen und 2 - 8 Kohlenstoffatomen und
e) dem Rest Wasser.
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