CN113462458A - 一种高效金刚线硅片切割液 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于，包括下列质量份数的组分表面活性剂20‑50份、消泡剂0.5‑15份、渗透剂10‑20份、增溶剂10‑30份、余量为去离子水，表面活性剂、渗透剂、消泡剂同为聚醚类。该硅片切割液具有优异的渗透性和润滑性，分散性好，清洗能力强大，同时，该切割液使用添加量较现有产品降低50%，能有效降低使用成本和废水处理难度。

Description

一种高效金刚线硅片切割液

技术领域

本发明涉及金刚石线切割技术领域，具体是一种高效金刚线硅片切割液。

背景技术

随着光伏产业的高速发展，太阳能发电成本已大幅下降。硅片是光伏产业的基础材料，而切片加工是决定硅片品质的主要工序。切片时产生的硅片应力、表层及亚表层损伤及崩边等缺陷会严重影响光伏电池的转换效率，而切割液的性能是影响硅片切割效率及质量的关键因素之一。

目前，金刚线硅片切割技术经过多年的发展，技术进步显著——线径由100微米降至40微米。更细的金刚线直径降低了切片加工中硅料的损耗，节约了成本。但直径更细的金刚线在切割硅片时所形成的加工缝隙越来越小，切屑粉末也越来越细，因此对切割液的性能要求也越来越高。

与旧有的砂浆磨料加工不同，金刚线切割液主要成分是去离子水，切割完毕后无回收价值，一般由切片加工企业经生物、化学等手段进行无害化处理后排放。随着环保要求越来越高，废水排放成本和难度越来越大，成为制约企业扩产的重要因素之一。因此，减少切割液用量和有机物含量，是提高切割液使用效率、降低使用和处理成本的重要途径。

金刚线切割液应具有以下作用：（1）润滑作用。切割液应及时渗入线网与硅片；线网与碎屑之间，形成一层润滑保护膜，减小切割阻力，以降低金刚线导致的损伤、线痕和隐裂；（2）冷却作用。切割产生的高热量除部分被切割液带走外，余下的热量大部分被晶体硅吸收，高温会导致局部硅片变形，因此，切割液需具备良好的传热冷却性能；（3）分散作用。切割形成的硅粉切屑需要及时分散，避免聚集成团，造成硅片划伤甚至线网断线；（4）清洗作用。切割过程产生的大量碎屑和硅粉，容易形成粘附团聚，因此要求切割液可以包裹碎屑，使其易于脱落清洗；（5）切割液还应具有防锈、抑菌的能力，避免设备在长期使用过程中因腐蚀造成生产中断。

虽然在对比文件一种金刚线冷却切割液中，在其组分中也运用到了聚醚，但是表面活性剂、渗透剂、消泡剂的组分并不同时为聚醚类，其在水溶液中的互溶共聚能力较差，渗透性、润滑性和消泡性能都比较差，并且需要添加防锈剂，添加物质的种类较多，成本较高。

发明内容

为了有效提高切割液在使用时候的性能，本发明公开了一种高效金刚线硅片切割液，该硅片切割液具有优异的渗透性和润滑性，分散性好，清洗能力强大，同时，该切割液使用添加量较现有产品降低50%，能有效降低使用成本和废水处理难度。

本发明的技术方案为：一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于，包括下列质量份数的组分表面活性剂20-50份、消泡剂0.5-15份、渗透剂10-20份、增溶剂10-30份、余量为去离子水，表面活性剂、渗透剂、消泡剂同为聚醚类。

进一步地，表面活性剂为一元醇或多元醇聚醚，包括烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、丙二醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、六碳至十二碳脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或多种复配物，其中六碳至十二碳指的是脂肪醇链中的碳原子数，一元醇或多元醇聚醚具有优良的润滑性、渗透性，同时兼具分散、冷却、清洗的优势，亦可与其他渗透剂、消泡剂复配，进一步提高渗透能力，抑制泡沫生成，选用复配的脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚表面活性剂，与异构醇聚氧乙烯醚渗透剂共同作用，能够协同增效，显著提高硅片切割液的润滑性及渗透力，使得切割液可渗入40微米直径金刚线形成的狭小切缝中，并在金刚线、硅片、硅粉切屑之间形成一层润滑膜，减小了切割损伤、应力和隐裂，充分发挥润滑、冷却效果。

进一步地，消泡剂为炔二醇或炔二醇聚醚或双子型有机硅聚醚或聚醚类消泡剂中的一种或几种，聚醚消泡剂或其复配物表面张力低，抑泡、消泡效果明显，并能长时间持续消泡，其中聚醚消泡剂包含GP型甘油聚醚，GPE型聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚或GPES型硬脂酸酯聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚，能起到兼顾抑泡和消泡的效果，起泡高度低，消泡速度快，可有效防止使用时泡沫溢出，并避免硅片表面出现的因持久气泡引发的脏污、斑点等缺陷。

进一步地，渗透剂为异构醇聚氧乙烯醚或异构醇聚氧乙烯醚磷酸酯或两者复配物，异构醇聚氧乙烯醚具有优异的渗透性、溶水性，并可以进一步增加脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚的渗透性和分散性，使硅片切割液可以快速渗透至硅片之间，带走切割产生的硅粉碎屑。

进一步地，增溶剂为二元醇或多元醇或其复配物，二元醇或多元醇是优良的非离子型水溶性聚合物，对极性物质溶解能力强，无毒无挥发性，对生物和环境友好，优选的，增溶剂选用相对分子质量低的聚乙二醇，配伍性较好，与多元脂肪醇聚氧乙烯醚配合使用，能够降低硅粉在硅片表面的附着力，将硅粉分散在切割液并中带走硅粉，清洗效果更佳，多元醇可与水、聚醚混溶，形成良好的协同作用，在不增加聚醚使用量的同时，使聚醚充分溶解混合，一方面避免其附着在硅片表面导致污片，另一方面，可以进一步增加聚醚的润滑、渗透、消泡、清洗作用，因此，在同样性能的条件下，该硅片切割液有机物质用量大幅减少，有效降低硅片清洗和废水处理难度。

进一步地，硅片切割液还包括防锈剂，以硅片切割液的总质量为100份计，防锈剂的添加量为0.1-5份，优选的，防锈剂为油酸三乙醇胺、磺化油、甲基苯并三氮唑或异丙基苯并三氮唑中的一种或几种，能有效保护金刚线在潮湿、酸性环境下避免腐蚀，保持金刚线的机械强度和带液能力，降低断线率。加入杀菌剂，抑制细菌的滋生，防止硅片切割液霉变失效，腐败发臭。

进一步地，硅片切割液还包括杀菌剂，以硅片切割液的总质量为100份计，杀菌剂的添加量0.01-3份，优选的，杀菌剂为季铵盐类、唑啉类杀菌剂。

不同分子量的聚醚，因为具有相同的不饱和烷基，在水溶液中能够互溶共聚，性能相互促进。具有少量亲水基的聚醚分子在水中溶解性差，但渗透性、消泡性好；而具有大量亲水基的聚醚分子溶解性、润滑性好，但渗透性差。两类分子在水中易于形成胶束团簇，具有少量亲水基的聚醚分子在水中充分溶解并渗入加工面狭缝中，同时抑制泡沫的产生，而具有大量亲水基的聚醚分子被前者带入加工面，起到润滑、分散的作用，有利于增加切割能力，排出硅粉碎屑。

炔二醇聚醚、双子型有机硅聚醚及其它聚醚消泡剂兼具大量亲油性基团/支链基团和不饱和硅烷结构，与直链型聚醚复配后，可显著增加水溶性，充分发挥自身的消泡、抑泡能力。

聚醚有很强的分散性，在水中形成胶束团簇后，无需带电荷的分散剂，即可有效分散其它离子和微小粒子/粒子团，有利于分散硅粉碎屑，并有效分散防锈剂、抑菌剂等分子，即减少此类物质的添加量。

本发明的有益之处：聚醚类可有效复配，降低总用量，并可将不同性能的聚醚在分子层面结合，充分发挥各自作用；炔二醇聚醚、双子型有机硅聚醚及其它聚醚消泡剂与直链型聚醚有相似的直链结构，与聚醚结合可提高水溶性，大幅提高自身的消泡、抑泡能力；聚醚分子形成的胶体团簇具有很好的分散性，体系无需加入离子型电荷分散剂，即可有效分散防锈、抑菌剂等其他功能性添加剂，使得此类添加剂用量减少，效能提高，本申请金刚线硅片切割液具有强大的清洗能力，可以有效去除硅片表面残留的油性脏污、硅粉团聚结块等，并可以避免硅粉切屑及有机残留物在设备内部的聚集，防止形成粘附，堵塞管道。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

实施例1

聚乙二醇15份，烷基酚聚氧乙烯醚25份，炔二醇聚醚12份，GPE型聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚1.5份，异构十三醇聚氧乙烯醚10份，甲基苯并三氮唑0.5份，十二烷基三甲基氯化铵1份，依次加入搅拌釜中，搅拌20分钟，再加入余量的去离子水，混合搅拌60分钟，得到金刚线硅片切割液。

实施例2

聚乙二醇15份，烯丙醇聚氧烷基醚20份，十二碳炔二醇13份，GP型甘油聚醚2.5份，异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯15份，甲基苯并三氮唑0.5份，十二烷基三甲基氯化铵1份，依次加入搅拌釜中，搅拌25分钟，再加入余量的去离子水，混合搅拌60分钟，得到金刚线硅片切割液。

实施例3

丙二醇12份，六碳至八碳脂肪醇聚氧乙烯醚20份，炔二醇聚醚15份，GPE型聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚1.5份，异构十三醇聚氧乙烯醚17份，甲基苯并三氮唑0.5份，十二烷基三甲基氯化铵1份，依次加入搅拌釜中，搅拌20分钟，再加入余量的去离子水，混合搅拌60分钟，得到金刚线硅片切割液。

实施例4

聚乙二醇8份，丙二醇8份，烷基酚聚氧乙烯醚12份，丙二醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚13份，双子型聚醚6份，GPE型聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚4.5份，异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯6份，异构十三醇聚氧乙烯醚8份，甲基苯并三氮唑0.5份，十二烷基三甲基氯化铵1份，依次加入搅拌釜中，搅拌40分钟，再加入余量的去离子水，混合搅拌60分钟，得到金刚线硅片切割液。

实施例5

丙二醇15份，六碳至八碳脂肪醇聚氧乙烯醚25份，十二碳炔二醇10份，异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯12份，GPES型硬脂酸酯聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚3份，甲基苯并三氮唑0.5份，十二烷基三甲基氯化铵1份，依次加入搅拌釜中，搅拌30分钟，再加入余量的去离子水，混合搅拌60分钟，得到金刚线硅片切割液。

实施例6

二乙二醇12份，丙二醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚20份，十二碳炔二醇15份，GP型甘油聚醚2份，异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯15份，甲基苯并三氮唑0.5份，十二烷基三甲基氯化铵1.5份，依次加入搅拌釜中，搅拌25分钟，再加入余量的去离子水，混合搅拌60分钟，得到金刚线硅片切割液。

实施例7

二乙二醇6份，丙二醇9份，六碳至八碳脂肪醇聚氧乙烯醚25份，十碳至十二碳聚氧乙烯醚7份，双子型聚醚6份，GPES型硬脂酸酯聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚3份，GPE型聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚1.5份，异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯3份，异构十醇聚氧乙烯醚5份，油酸三乙醇胺或异丙基苯并三氮唑0.5份，十二烷基三甲基氯化铵1份，依次加入搅拌釜中，搅拌35分钟，再加入余量的去离子水，混合搅拌60分钟，得到金刚线硅片切割液。

采用以上实施例的切片设备和工艺方法进行切片对比试验，区别在于：采用不同于以上实施例的，非全聚醚型的切割液；采用对比例切割液供应商推荐的添加量。

对实施例1-7和对比例提供的金刚线切割硅片的方法的效果数据进行检测，结果参见表1所示。

表1实施例1-7和对比例提供的金刚线切割硅片的方法的效果数据

由表1可知，本发明提供的金刚线切割液能够有效提高润滑和渗透性能，改善硅片表面形貌，降低表面缺陷的发生率，并且能够提高清洗效率，极大的降低脏污占比，进而降低断线率、加切率；另外，切割液使用量显著减小，能有效降低使用成本和环境污染处理费用。

需要指出的是，所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于，包括下列质量份数的组分表面活性剂20-50份、消泡剂0.5-15份、渗透剂10-20份、增溶剂10-30份、余量为去离子水，所述表面活性剂、渗透剂、消泡剂同为聚醚类。

2.根据权利要求1所述的一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于：所述表面活性剂为一元醇或多元醇聚醚，包括烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、丙二醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烯丙基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、六碳至十二碳脂肪醇聚氧乙烯聚氧丙烯醚中的一种或多种复配物。

3.根据权利要求1所述的一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于：所述消泡剂为炔二醇或炔二醇聚醚或双子型有机硅聚醚或聚醚类消泡剂中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于：所述渗透剂为异构醇聚氧乙烯醚或异构醇聚氧乙烯醚磷酸酯或两者复配物。

5.根据权利要求1所述的一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于：所述增溶剂为二元醇或多元醇或其复配物。

6.根据权利要求1所述的一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于：所述硅片切割液还包括防锈剂，以所述硅片切割液的总质量为100份计，所述防锈剂的添加量为0.1-5份。

7.根据权利要求1所述的一种高效金刚线硅片切割液，其特征在于：所述硅片切割液还包括杀菌剂，以所述硅片切割液的总质量为100份计，所述杀菌剂的添加量0.01-3份。