CN108822738B - 一种琉璃化学抛光液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抛光液，具体涉及一种应用于琉璃领域的化学抛光液，属于琉璃抛光领域。本发明琉璃化学抛光液包括如下重量份数的组分：20‑30重量份微米羰基镍粉，20‑30重量份抛光粉，20‑30重量份柠檬酸，60‑80重量份氢氟酸，20‑30重量份甘油，10‑20份去离子水，20‑30重量份活性剂。本发明通过采用微米羰基镍粉作为磁性颗粒，并加入抛光粉和柠檬酸、氢氟酸，能够使得到的琉璃化学抛光液物理稳定性强、且抛光效果好。

Description

一种琉璃化学抛光液
发明领域
本发明涉及一种抛光液，具体涉及一种应用于琉璃领域的化学抛光液，属于琉璃抛光领域。
背景技术
当前玻璃加工企业生产中所使用的玻璃抛光液主要以大颗粒稀土氧化物粉做抛光摩擦剂，总体抛光速率低，分散稳定性差，容易导致严重的表面划伤，还存在平化抛光效率低等缺陷。长时间抛光往往大大降低抛光效率，造成抛光机的迅速磨损，生产效率低，以及大量的耗材消费。抛光粉的粒径控制通常是通过多级风选完成的。由于微米以及亚微米剂固体颗粒具有很高的比表面活化能，团聚现象导致风选无法严格控制抛光粉研磨剂的粒度与分布，导致抛光粉在划伤方面的性能难以稳定控制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种分散稳定性好、平化抛光效率高的琉璃化学抛光液。
本发明的目的通过如下技术方案来实现，一种琉璃化学抛光液，所述琉璃化学抛光液包括如下重量份数的组分：20-30重量份微米羰基镍粉，20-30重量份抛光粉，20-30重量份柠檬酸，60-80重量份氢氟酸，20-30重量份甘油，10-20份去离子水，20-30重量份活性剂。
本发明通过采用微米羰基镍粉作为磁性颗粒，并加入抛光粉和柠檬酸、氢氟酸，能够使得到的琉璃化学抛光液物理稳定性强、且抛光效果好。
在上述一种琉璃化学抛光液中，所述微米羰基镍粉的粒径为10-14μm。本发明采用上述粒径的微米羰基镍粉作为磁性颗粒，颗粒在悬浮液中的有效体积分数则与颗粒聚集、分散状态紧密关联，聚集体中包裹的液体增大悬浮液中颗粒的有效体积分数；相同条件下颗粒分散越充分，有效体积分数越小。因此采用的磁性颗粒的粒径与有效体积分数有密切联系，粒径过大，则体积过大，其分散在抛光液中有效体积分数过大，容易导致抛光液的不稳定性增强；而粒径过小，则体积减小，其分散在抛光液中的有效体积分数减小，不利于本发明的目的。
在上述一种琉璃化学抛光液中，所述微米羰基镍粉表面包覆有纳米铁粉。本发明对微米羰基镍粉表面包覆纳米铁粉，其中纳米铁粉的粒径远小于微米羰基镍粉，能够在镍粉表面形成完整的包覆层，使得最终制得的琉璃化学抛光液形成取向性的链状结构，呈现类似固体的特性。并且，在两种微小颗粒的相互作用，这两种颗粒极易发生聚集，在混合过程中存在颗粒聚集、分散、再聚集的动态过程，不同混合状态对应于不同的颗粒聚集、分散状态，造成抛光液中颗粒的有效体积分数这一关键参量发生变化，从该改善抛光液的流变性能。
作为优选，所述纳米铁粉的质量为微米羰基镍粉质量的0.14-0.16％。在本发明琉璃化学抛光液中，若纳米铁粉的包覆量过多，则会导致其体积过大，在动态过程中导致抛光液中的有效体积分数减小，改善抛光液的流变性能不明显；若纳米铁粉的包覆量过少，则达不到包覆的目的，因此本发明优选上述质量的纳米铁粉。
在上述一种琉璃化学抛光液中，所述微米羰基镍粉为经过甲基丙烯酸甲酯接枝处理的微米羰基镍粉。本发明对微米羰基镍粉进行复合处理，能够使得到的微米羰基镍粉表面有完成的包覆层和絮状接枝物，并且提高抛光液的抗沉降性能，以及其在水性体系中的抗氧化性。
在上述一种琉璃化学抛光液中，所述抛光粉包括如下质量百分比的组分：10-20％Ce1-xTixO2，10-20％微晶磨砂，余量为二氧化硅。本发明抛光粉组成中加入Ce1-xTixO2，稀土氧化物作为抛光粉普遍应用于抛光领域中，而本发明在铈的氧化物中掺杂Ti，得到的Ce1- xTixO2颗粒大小均匀，表面棱角减少，能够减少对琉璃抛光后表面划伤，提高抛光表面质量；再者，Ce1-xTixO2颗粒中的Ce的化学活性高于CeO2中Ce的活性，在抛光过程中Ce-O键更容易断裂与抛光粉中SiO3 2-发生络合作用形成络合物而被除去，因而在一定程度上还能增强抛光液的化学抛光活性。
作为优选，所述Ce1-xTixO2采用高能湿法球磨和喷雾干燥制得。所述Ce1-xTixO2的制备方法包括如下步骤：在Ce(NO3)3溶液中按照Ti/Ce的摩尔比为x/(1-x)加入Ti(SO4)2，恒温水浴搅拌后加入H2O2和NH3.H2O，调节pH至9-10后反应2-3h，抽滤洗涤后采用低速搅拌球磨机研磨，并引入高速卧式球磨机进行超细化处理后喷雾干燥得到。
传统沉淀法制备氧化铈抛光粉的基本步骤为：沉淀反应、离心干燥、煅烧和粉碎筛分。其中最突出的问题是干燥和煅烧阶段造成的颗粒团聚难以解决，大的硬团聚颗粒难以被一般的机械粉碎方法细化，抛光过程中，极易在工件表面形成严重划痕，影响表面抛光质量。因此本发明采用高能湿法球磨，将大颗粒氧化铈有效处理到亚微米甚至纳米尺度水平，获得尺寸均一且近似球形的氧化铈研磨粒子。通过改变球磨时间可以获得不同颗粒度，能实现对产品颗粒的可控分散。本文结合规模化生产需要，采用喷雾干燥工艺，对超细化氧化铈料浆进行低温喷雾干燥处理，降低超细氧化铈胶粒干燥过程中的二次团聚，从而获得颗粒尺寸均一、无硬团聚大颗粒的高性能氧化铈粉体抛光材料。
作为优选，所述Ce1-xTixO2为经过N-月桂酰基乙二胺三乙酸改性处理的Ce1-xTixO2，所述改性处理具体包括如下步骤：在50-60℃的N-月桂酰基乙二胺三乙酸中加入Ce1-xTixO2，搅拌反应10-12h离心过滤并洗涤滤饼，干燥后研磨得到。所述N-月桂酰基乙二胺三乙酸和Ce1-xTixO2的质量比为(10-20)：1。
本发明对Ce1-xTixO2进行了改性，改性后的粒子排列紧密，在表面吸附有一层纤维状的物质，使得颗粒之间的界面模糊且有粘接现象，这是因为聚醚基的有机长分子链，容易缠绕在一起，在颗粒之间形成了网络结构。引入的有机分子链形成了网络结构，网络状分散相本身就具有柔性，一定变形后能恢复原状，故该结构在一定应变范围内比较稳定，并且和链状结构相互作用加强了MR抛光液中结构的稳定性，在较大的应变下形变变化较小，即表现为线性粘弹性力学行为。
在上述一种琉璃化学抛光液中，所述柠檬酸的浓度为200-300g/L。柠檬酸是中等强度的有机酸，有3个H+可以电离，柠檬酸的酸度低，黏度大，在抛光过程中既能起到溶解作用又能在基材表面形成钝化膜，防止基材被腐蚀。当柠檬酸浓度低于200g/L时，抛光液黏度小，离子扩散速度快，金属溶解快，不利于基材表面的整平和抛光，表面有大量麻点；当其含量高于300g/L时，溶液黏度大，表面形成横向水纹，抛光速度低，且成本高。
在上述一种琉璃化学抛光液中，所述氢氟酸的浓度为100-140mL/L。氢氟酸是无机强酸，具有良好的分散性，在溶液中能完全电离，有助于提高抛光液的电导率、分散能力和阳极电流效率，使基材表面抛光均匀。加热后，氢氟酸的侵蚀能力大大提高，有助于形成扩散层。氢氟酸含量低于100mL/L时，试样难以达到整平的效果；氢氟酸含量超过140mL/L时，琉璃基材表面过腐蚀，表面光洁度降低，抛光液使用寿命缩短。
在上述一种琉璃化学抛光液中，所述甘油的浓度为60-70mL/L。甘油吸附在阳极的表面，有利于促进扩散层的形成，能够与柠檬酸在不锈钢表面形成一层薄膜，防止琉璃基材过腐蚀，并使抛光后的琉璃基材表面光亮、细致。当甘油含量低于60mL/L时，琉璃基材抛光面光亮，但粗糙度差；当其含量超过70mL/L时，溶液黏度增大，操作难度提高。
在上述一种琉璃化学抛光液中，所述活性剂为油酸或聚乙二醇中的一种或两种。
一种琉璃化学抛光液的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
超声分散：将抛光粉以高功率超声方法分散于去离子水中得浆料；
调节pH、离心：将微米羰基镍粉、浆料、柠檬酸、氢氟酸、甘油和活性剂混合，调节pH为3.0-4.0，搅拌后离心除去沉淀得到。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明通过采用微米羰基镍粉作为磁性颗粒，并加入抛光粉和柠檬酸、氢氟酸，能够使得到的琉璃化学抛光液物理稳定性强、且抛光效果好；
2、本发明对微米羰基镍粉和抛光粉都进行了预处理，能够增强最终得到的化学抛光液的稳定性，并且能够使抛光液中的粒子排列分布更紧密。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1：实施例1-5琉璃化学抛光液的组分及重量份数
Figure BDA0001750387860000061
Figure BDA0001750387860000071
实施例1
超声分散：按照表1实施例1中的组分将抛光粉以高功率超声方法分散于去离子水中得浆料；所述抛光粉包括如下质量百分比的组分：10％Ce1-xTixO2，10％微晶磨砂，余量为二氧化硅；所述Ce1-xTixO2的制备方法包括如下步骤：在Ce(NO3)3溶液中按照Ti/Ce的摩尔比为x/(1-x)加入Ti(SO4)2，恒温水浴搅拌后加入H2O2和NH3.H2O，调节pH至9后反应2h，抽滤洗涤后采用低速搅拌球磨机研磨，并引入高速卧式球磨机进行超细化处理后喷雾干燥得到；所述Ce1-xTixO2为经过N-月桂酰基乙二胺三乙酸改性处理的Ce1-xTixO2，所述改性处理具体包括如下步骤：在50℃的N-月桂酰基乙二胺三乙酸中加入Ce1-xTixO2，搅拌反应10h离心过滤并洗涤滤饼，干燥后研磨得到，所述N-月桂酰基乙二胺三乙酸和Ce1-xTixO2的质量比为10：1；
调节pH、离心：将表1实施例1中的微米羰基镍粉、浆料、柠檬酸、氢氟酸、甘油和活性剂混合，调节pH为3.0，搅拌后离心除去沉淀得到；其中，微米羰基镍粉的粒径为10μm，所述微米羰基镍粉表面包覆有纳米铁粉，所述纳米铁粉的质量为微米羰基镍粉质量的0.14％，所述微米羰基镍粉为经过甲基丙烯酸甲酯接枝处理的微米羰基镍粉；所述柠檬酸的浓度为200g/L，所述氢氟酸的浓度为100mL/L，所述甘油的浓度为60mL/L。
实施例2
超声分散：按照表1实施例2中的组分将抛光粉以高功率超声方法分散于去离子水中得浆料；所述抛光粉包括如下质量百分比的组分：12％Ce1-xTixO2，12％微晶磨砂，余量为二氧化硅；所述Ce1-xTixO2的制备方法包括如下步骤：在Ce(NO3)3溶液中按照Ti/Ce的摩尔比为x/(1-x)加入Ti(SO4)2，恒温水浴搅拌后加入H2O2和NH3.H2O，调节pH至9.2后反应2.2h，抽滤洗涤后采用低速搅拌球磨机研磨，并引入高速卧式球磨机进行超细化处理后喷雾干燥得到；所述Ce1-xTixO2为经过N-月桂酰基乙二胺三乙酸改性处理的Ce1-xTixO2，所述改性处理具体包括如下步骤：在52℃的N-月桂酰基乙二胺三乙酸中加入Ce1-xTixO2，搅拌反应10.5h离心过滤并洗涤滤饼，干燥后研磨得到。所述N-月桂酰基乙二胺三乙酸和Ce1-xTixO2的质量比为12：1；
调节pH、离心：将表1实施例2中的微米羰基镍粉、浆料、柠檬酸、氢氟酸、甘油和活性剂混合，调节pH为3.2，搅拌后离心除去沉淀得到；其中，微米羰基镍粉的粒径为11μm，所述微米羰基镍粉表面包覆有纳米铁粉，所述纳米铁粉的质量为微米羰基镍粉质量的0.145％，所述微米羰基镍粉为经过甲基丙烯酸甲酯接枝处理的微米羰基镍粉；所述柠檬酸的浓度为225g/L，所述氢氟酸的浓度为110mL/L，所述甘油的浓度为62mL/L。
实施例3
超声分散：按照表1实施例3中的组分将抛光粉以高功率超声方法分散于去离子水中得浆料；所述抛光粉包括如下质量百分比的组分：15％Ce1-xTixO2，15％微晶磨砂，余量为二氧化硅；所述Ce1-xTixO2的制备方法包括如下步骤：在Ce(NO3)3溶液中按照Ti/Ce的摩尔比为x/(1-x)加入Ti(SO4)2，恒温水浴搅拌后加入H2O2和NH3.H2O，调节pH至9.5后反应2.5h，抽滤洗涤后采用低速搅拌球磨机研磨，并引入高速卧式球磨机进行超细化处理后喷雾干燥得到；所述Ce1-xTixO2为经过N-月桂酰基乙二胺三乙酸改性处理的Ce1-xTixO2，所述改性处理具体包括如下步骤：在55℃的N-月桂酰基乙二胺三乙酸中加入Ce1-xTixO2，搅拌反应11h离心过滤并洗涤滤饼，干燥后研磨得到，所述N-月桂酰基乙二胺三乙酸和Ce1-xTixO2的质量比为15：1；
调节pH、离心：将表1实施例3中的微米羰基镍粉、浆料、柠檬酸、氢氟酸、甘油和活性剂混合，调节pH为3.5，搅拌后离心除去沉淀得到；其中，微米羰基镍粉的粒径为12μm，所述微米羰基镍粉表面包覆有纳米铁粉，所述纳米铁粉的质量为微米羰基镍粉质量的0.15％，所述微米羰基镍粉为经过甲基丙烯酸甲酯接枝处理的微米羰基镍粉；所述柠檬酸的浓度为250g/L，所述氢氟酸的浓度为120mL/L，所述甘油的浓度为65mL/L。
实施例4
超声分散：按照表1实施例4中的组分将抛光粉以高功率超声方法分散于去离子水中得浆料；所述抛光粉包括如下质量百分比的组分：18％Ce1-xTixO2，17％微晶磨砂，余量为二氧化硅；所述Ce1-xTixO2的制备方法包括如下步骤：在Ce(NO3)3溶液中按照Ti/Ce的摩尔比为x/(1-x)加入Ti(SO4)2，恒温水浴搅拌后加入H2O2和NH3.H2O，调节pH至9.8后反应2.8h，抽滤洗涤后采用低速搅拌球磨机研磨，并引入高速卧式球磨机进行超细化处理后喷雾干燥得到；所述Ce1-xTixO2为经过N-月桂酰基乙二胺三乙酸改性处理的Ce1-xTixO2，所述改性处理具体包括如下步骤：在58℃的N-月桂酰基乙二胺三乙酸中加入Ce1-xTixO2，搅拌反应11.5h离心过滤并洗涤滤饼，干燥后研磨得到。所述N-月桂酰基乙二胺三乙酸和Ce1-xTixO2的质量比为18：1；
调节pH、离心：将表1实施例4中的微米羰基镍粉、浆料、柠檬酸、氢氟酸、甘油和活性剂混合，调节pH为3.8，搅拌后离心除去沉淀得到；其中，微米羰基镍粉的粒径为13μm，所述微米羰基镍粉表面包覆有纳米铁粉，所述纳米铁粉的质量为微米羰基镍粉质量的0.155％，所述微米羰基镍粉为经过甲基丙烯酸甲酯接枝处理的微米羰基镍粉；所述柠檬酸的浓度为280g/L，所述氢氟酸的浓度为130mL/L，所述甘油的浓度为68mL/L。
实施例5
超声分散：按照表1实施例5中的组分将抛光粉以高功率超声方法分散于去离子水中得浆料；所述抛光粉包括如下质量百分比的组分：20％Ce1-xTixO2，20％微晶磨砂，余量为二氧化硅；所述Ce1-xTixO2的制备方法包括如下步骤：在Ce(NO3)3溶液中按照Ti/Ce的摩尔比为x/(1-x)加入Ti(SO4)2，恒温水浴搅拌后加入H2O2和NH3.H2O，调节pH至10后反应3h，抽滤洗涤后采用低速搅拌球磨机研磨，并引入高速卧式球磨机进行超细化处理后喷雾干燥得到；所述Ce1-xTixO2为经过N-月桂酰基乙二胺三乙酸改性处理的Ce1-xTixO2，所述改性处理具体包括如下步骤：在60℃的N-月桂酰基乙二胺三乙酸中加入Ce1-xTixO2，搅拌反应12h离心过滤并洗涤滤饼，干燥后研磨得到。所述N-月桂酰基乙二胺三乙酸和Ce1-xTixO2的质量比为20：1；
调节pH、离心：将表1实施例5中的微米羰基镍粉、浆料、柠檬酸、氢氟酸、甘油和活性剂混合，调节pH为4.0，搅拌后离心除去沉淀得到；其中，微米羰基镍粉的粒径为14μm，所述微米羰基镍粉表面包覆有纳米铁粉，所述纳米铁粉的质量为微米羰基镍粉质量的0.16％，所述微米羰基镍粉为经过甲基丙烯酸甲酯接枝处理的微米羰基镍粉；所述柠檬酸的浓度为300g/L，所述氢氟酸的浓度为140mL/L，所述甘油的浓度为70mL/L。
实施例6
与实施例3的区别仅在于，该实施例中微米羰基镍粉的粒径为9.5μm，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例3的区别仅在于，该实施例中微米羰基镍粉的粒径为14.5μm，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例8
与实施例3的区别仅在于，该实施例中微米羰基镍粉表面没有包覆铁粉，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例9
与实施例3的区别仅在于，该实施例微米羰基镍粉没有经过甲基丙烯酸甲酯接枝处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例10
与实施例3的区别仅在于，该实施例抛光粉的组成仅为氧化铈，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例11
与实施例3的区别仅在于，该实施例抛光粉中不含有Ce1-xTixO2，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例12
与实施例3的区别仅在于，该实施例抛光粉中不含有微晶磨砂，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例13
与实施例3的区别仅在于，该实施例抛光粉中Ce1-xTixO2采用普通方法制得，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例14
与实施例3的区别仅在于，该实施例抛光粉中Ce1-xTixO2没有经过改性处理，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，该对比例抛光液为普通市售抛光液，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，该对比例琉璃化学抛光液中不含有微米羰基镍粉，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
将实施例1-14及对比例1-2得到的琉璃化学抛光液进行分散性能检测，检测结果如表2所示。其中，磁致剪切强度为在磁场强度恒定为0.4T，剪切率为50S-1时测得。
表2：实施例1-14及对比例1-2得到的琉璃化学抛光液的分散性能检测结果
Figure BDA0001750387860000131
Figure BDA0001750387860000141
将实施例1-14及对比例1-2得到的琉璃化学抛光液用于琉璃表面进行抛光，并对抛光后的琉璃表面进行性能检测，检测结果如表2所示。
表2：实施例1-14及对比例1-2中的琉璃表面检测结果
Figure BDA0001750387860000142
Figure BDA0001750387860000151
从上述结果可以看出，本发明通过采用微米羰基镍粉作为磁性颗粒，并加入抛光粉和柠檬酸、氢氟酸，能够使得到的琉璃化学抛光液物理稳定性强、且抛光效果好；并且，本发明对微米羰基镍粉和抛光粉都进行了预处理，能够增强最终得到的化学抛光液的稳定性，并且能够使抛光液中的粒子排列分布更紧密。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述琉璃化学抛光液包括如下重量份数的组分：20-30重量份微米羰基镍粉，20-30重量份抛光粉，20-30重量份柠檬酸，60-80重量份氢氟酸，20-30重量份甘油，10-20份去离子水，20-30重量份活性剂，其中抛光粉包括如下质量百分比的组分：10-20%Ce1-xTixO2，10-20%微晶磨砂，余量为二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述微米羰基镍粉的粒径为10-14μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述微米羰基镍粉表面包覆有纳米铁粉。
4.根据权利要求3所述的 一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述纳米铁粉的质量为微米羰基镍粉质量的0.14-0.16%。
5.根据权利要求1或2所述的一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述微米羰基镍粉为经过甲基丙烯酸甲酯接枝处理的微米羰基镍粉。
6.根据权利要求1所述的一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述Ce1-xTixO2采用高能湿法球磨和喷雾干燥制得。
7.根据权利要求1或6所述的一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述Ce1-xTixO2为经过N-月桂酰基乙二胺三乙酸改性处理的Ce1-xTixO2。
8.根据权利要求7所述的一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述N-月桂酰基乙二胺三乙酸和Ce1-xTixO2的质量比为（10-20）：1。
9.根据权利要求1所述的一种琉璃化学抛光液，其特征在于，所述柠檬酸的浓度为200-300g/L，所述氢氟酸的浓度为100-140mL/L，所述甘油的浓度为60-70mL/L。
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