CN101525401B - 用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料及其制备方法，该亲水性不饱和聚酯磨料能够有效地降低磨料表面与水的接触角，提高磨料表面的亲水性，从而提高磨料的回收率，有利于磨料的循环使用，减少磨料的大量损耗。本发明用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料为不饱和聚酯与亲水性共聚单体先进行本体预聚、再进行悬浮共聚得到的反应物，磨料粒径为140μm～280μm，维氏硬度为22.0～22.5，磨料密度为1.10～1.16g/cm 3。
Description
技术领域
本发明涉及一种磨料及其制备方法，更具体地说涉及一种用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料及其制备方法。
背景技术
近来，磨料水射流技术得到了长足地发展。它是在水射流加工技术的基础上发展起来的集流体力学、材料合成技术和表面技术于一体的新型精密加工和材料表面处理技术。其磨料水射流***如图1，该***是把经高压输送泵2加压，通过高压管道将高压水输送至具有小直径喷嘴3形成射流4，这种射流可切割或破碎固体材料，改善、抛光或清洁材料表面。随着水射流的压力增大，射流的强度随之增大，但射流压力的增高，受到射流装置中许多高压部件的制约，有时很难实现。磨料射流技术是将具有一定密度的磨料颗粒加入上述水射流***中。因磨料具有良好的表面加工，如磨削、冲蚀、锲劈和粉碎等能力，使得水射流***在较低的压力下，具有较高加工能力。因此，在对一些软性金属和非金属材料的表面处理过程和电子元器件表面清洁及抛光生产中，迫切需要一种能够提高射流强度、精度和高回收率的磨料。
通常，树脂封装半导体元件5在生产过程中会由于溢料而产生毛边或毛刺10，一般是采用磨料水射流方法去除这些毛边或毛刺。采用传统磨料，如碳化硅、刚玉、石英、铁丸等。它们虽然亲水性好，也能有效去除毛边或毛刺，但是密度太高，硬度太大会严重地伤及模压基体11，造成半导体元件外观损伤，可靠性降低。用黑桃壳粉作为软质水射流磨料在半导体元件的引线框架上13容易沾上油脂，使焊锡的浸润性及模压面上的印刷性变差。有人研制过能克服上述缺点不饱和聚酯磨料，即密度和硬度适中，也不会在引线框架及模压面上12沾上油脂。但是这种磨料出现了新的问题和缺点，就是不饱和聚酯磨料表面能低，具有疏水性，在水与磨料混合箱1中形成三相泡沫，而这种三相泡沫的泡沫半衰期较长，使得磨料漂浮于磨料接收槽6和磨削分离箱7的水面上，随水流漂出溢流口8而造成磨料的大量损耗。急切需要研制一种能够有效地降低磨料表面与水的接触角，提高磨料表面的亲水性的聚酯磨料以解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明解决了上述现有技术中存在的不足和问题，提供了一种用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料，该亲水性不饱和聚酯磨料能够有效地降低磨料表面与水的接触角，提高磨料表面的亲水性，从而提高磨料的回收率，有利于磨料的循环使用，减少磨料的大量损耗。
本发明还提供该用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，该制备方法工艺简单，条件温和，成本较低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料为不饱和聚酯与亲水性共聚单体先进行本体预聚、再进行悬浮共聚得到的反应物，磨料粒径为140μm～280μm，维氏硬度为22.0～22.5，磨料密度为1.10～1.16g/cm3。
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料，其进一步的技术方案是所述的不饱和聚酯为间苯二酸型不饱和聚酯。
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料，其进一步的技术方案还可以是所述的亲水性共聚单体为丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或两者的混合物。
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，包括以下步骤：
A)、将不饱和聚酯与亲水性共聚单体常温下混合均匀；搅拌时间控制在30min以上，以利于不饱和聚酯与亲水性共聚单体充分混合且排除气泡。
B)、步骤A)中得到的混合物搅拌升温至55～65℃后，将引发剂加入该混合物并恒温搅拌反应30min～60min，进行本体预聚合；温度波动范围必需控制在60℃上下变化5℃以内，温度过低时预聚物的反应程度则会很低，亲水性单体绝大部分还处于游离态，没有与不饱和聚酯共聚。而温度过高的话，预聚物交联程度高，体系粘度大，无法进行后续的反应。
C)、将水、悬浮剂、分散剂混合，配成分散液并升温至55～65℃；
D)、将步骤B)中得到的预聚物加入步骤C)中得到的分散液中，保持恒速搅拌，同时升温至85～90℃，悬浮共聚反应1.5～2.5h后得到圆整光滑的亲水性不饱和聚酯磨料。
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，其进一步的技术方案是所述的不饱和聚酯为间苯二酸型不饱和聚酯。
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的亲水性共聚单体为丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或两者的混合物。
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的步骤A)中亲水性共聚单体的用量为不饱和聚酯重量的5％～15％。
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的步骤D)中的升温速率控制在2℃/min以下，搅拌速率控制在200-400rpm，这样利于聚乙烯醇充分溶解。
本发明的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的引发剂为过氧化苯甲酰，用量为不饱和聚酯重量的1.0～1.5％；所述的悬浮剂为聚乙烯醇，用量为不饱和聚酯重量的2.5～3.5％；所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠，用量为不饱和聚酯重量的0.1～0.2％；所述的悬浮共聚反应体系中油水比为1∶3。
本发明的有益效果是：
1、采用本体预聚和优化的悬浮聚合工艺相结合，生产的磨料具有较好的粒径分布，制备工艺简单，条件温和，适合工业化生产。
2、本发明通过添加亲水性共聚单体的方法，增加磨料的表面亲水性，防止三相泡沫的形成。经不饱和聚酯与亲水性共聚单体的本体预聚合和悬浮共聚合，磨料表面与水接触角能够降低20-40度，能迅速被水浸润，不漂浮。
3、所制备的不饱和聚酯磨料密度较大，硬度较高，破碎率低，研磨能力强，同时在收集器和循环箱中不易起泡，循环使用24h后回收率达到92％，利于循环使用，降低生产成本。磨料在实际使用中能够很有效率地去除树脂封装半导体表面的毛边或毛刺，同时也不会损伤封装树脂表面，减少或替代了人工清除的工序。
附图说明
图1磨料水射流***示意图
图2一种树脂封装钽电容的结构示意图
图中：1-水与磨料混合箱；2-高压输送泵；3-喷嘴；4-磨料水射流；5-树脂封装半导体；6-接料槽；7-磨削分离箱；8-溢流口；9-三相泡沫；10-毛边或毛刺；11-模压基体；12-模压面；13-引线框架
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
实施例1
在釜A中将间苯二酸型不饱和聚酯00kg、HEA 5kg搅拌30min。将该混合物升温至60℃，加入10kg过氧化苯甲酰，继续搅拌并保温在60℃30min。在釜B中加入300kg水、5kg聚乙烯醇、0.1kg十二烷基苯磺酸钠，以300rpm的搅拌速度、2℃/min的升温速度升温至60℃。将釜A中的混合物加入釜B的分散液中，搅拌速度保持在300rpm，以2℃/min的升温速度升温至85℃，保温搅拌2h后出料。出料后经离心、烘干、筛分、称量，粒径在140μm至280μm之间的磨料产率为55.6％，磨料密度为1.16g/cm3，维氏硬度为22.7，与水接触角较纯不饱和聚酯磨料减少了26.6°。磨料与水以1∶5的质量比混合，搅拌静置后5分钟内，少于5％的磨料漂浮于水面。
实施例2
在釜A中将间苯二酸型不饱和聚酯100kg、HEA 15kg搅拌30min。将该混合物升温至65℃，加入10kg过氧化苯甲酰，继续搅拌并保温在60℃30min。在釜B中加入300kg水、5kg聚乙烯醇、0.1kg十二烷基苯磺酸钠，以300rpm的搅拌速度、2℃/min的升温速度升温至65℃。将釜A中的混合物加入釜B的分散液中，搅拌速度保持在300rpm，以2℃/min的升温速度升温至85℃，保温搅拌2h后出料。出料后经离心、烘干、筛分、称量，粒径在140μm至280μm之间的磨料产率为52.1％，磨料密度为1.12g/cm3，维氏硬度为22.3，与水接触角较纯不饱和聚酯磨料减少了41.2°。磨料与水以1∶5的质量比混合，搅拌静置后5分钟内，少于5％的磨料漂浮于水面。
实施例3
在釜A中将间苯二酸型不饱和聚酯100kg、HEA 10kg搅拌30min。将该混合物升温至55℃，加入10kg过氧化苯甲酰，继续搅拌并保温在60℃60min。在釜B中加入300kg水、5kg聚乙烯醇、0.1kg十二烷基苯磺酸钠，以300rpm的搅拌速度、2℃/min的升温速度升温至55℃。将釜A中的混合物加入釜B的分散液中，搅拌速度保持在300rpm，以2℃/min的升温速度升温至85℃，保温搅拌2h后出料。出料后经离心、烘干、筛分、称量，粒径在140μm至280μm之间的磨料产率为56.9％，磨料密度为1.14g/cm3，维氏硬度为22.5，与水接触角较纯不饱和聚酯磨料减少了32.5°。磨料与水以1∶5的质量比混合，搅拌静置后5分钟内，少于5％的磨料漂浮于水面。
实施例4
在釜A中将间苯二酸型不饱和聚酯100kg、HPA 10kg搅拌30min。将该混合物升温至60℃，加入10kg过氧化苯甲酰，继续搅拌并保温在60℃60min。在釜B中加入300kg水、5kg聚乙烯醇、0.1kg十二烷基苯磺酸钠，以300rpm的搅拌速度、2℃/min的升温速度升温至60℃。将釜A中的混合物加入釜B的分散液中，搅拌速度保持在300rpm，以2℃/min的升温速度升温至90℃，保温搅拌2h后出料。出料后经离心、烘干、筛分、称量，粒径在140μm至280μm之间的磨料产率为53.5％，磨料密度为1.14g/cm3，维氏硬度为22.8，与水接触角较纯不饱和聚酯磨料减少了29.4°。磨料与水以1∶5的质量比混合，搅拌静置后5分钟内，少于5％的磨料漂浮于水面。
Claims (4)
1.一种用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料，其特征在于所述的磨料为不饱和聚酯与亲水性共聚单体先进行本体预聚、再进行悬浮共聚得到的反应物，磨料粒径为140μm～280μm，维氏硬度为22.0～22.5，磨料密度为1.10～1.16g/cm3；该磨料制备方法包括以下步骤：
A)、将不饱和聚酯与亲水性共聚单体常温下混合均匀；
B)、步骤A)中得到的混合物搅拌升温至55～65℃后，将引发剂加入该混合物并恒温搅拌反应30min～60min，进行本体预聚合；
C)、将水、悬浮剂、分散剂混合，配成分散液并升温至55～65℃；
D)、将步骤B)中得到的预聚物加入步骤C)中得到的分散液中，保持恒速搅拌，同时升温至85～90℃，悬浮共聚反应1.5～2.5h后得到圆整光滑的亲水性不饱和聚酯磨料；其中所述的不饱和聚酯为间苯二酸型不饱和聚酯，所述的亲水性共聚单体为丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或两者的混合物，亲水性共聚单体的用量为不饱和聚酯重量的5％～15％。
2.一种用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A)、将不饱和聚酯与亲水性共聚单体常温下混合均匀；
B)、步骤A)中得到的混合物搅拌升温至55～65℃后，将引发剂加入该混合物并恒温搅拌反应30min～60min，进行本体预聚合；
C)、将水、悬浮剂、分散剂混合，配成分散液并升温至55～65℃；
D)、将步骤B)中得到的预聚物加入步骤C)中得到的分散液中，保持恒速搅拌，同时升温至85～90℃，悬浮共聚反应1.5～2.5h后得到圆整光滑的亲水性不饱和聚酯磨料；其中所述的不饱和聚酯为间苯二酸型不饱和聚酯，所述的亲水性共聚单体为丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或两者的混合物，亲水性共聚单体的用量为不饱和聚酯重量的5％～15％。
3.根据权利要求2所述的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，其特征在于所述的步骤D)中的升温速率控制在2℃/min以下，搅拌速率控制在200-400rpm。
4.根据权利要求2所述的用于水射流的亲水性不饱和聚酯磨料的制备方法，其特征在于所述的引发剂为过氧化苯甲酰，用量为不饱和聚酯重量的1.0～1.5％；所述的悬浮剂为聚乙烯醇，用量为不饱和聚酯重量的2.5～3.5％；所述的分散剂为十二烷基苯磺酸钠，用量为不饱和聚酯重量的0.1～0.2％；所述的悬浮共聚反应体系中油水比为1∶3。
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