一种稳定保水的水基研磨抛光液

摘要

本发明提供了一种稳定保水的水基研磨抛光液，包括以下重量百分比的组分：抛光粉0.1％～10％，分散剂2％～5％，乳化剂3％～8％，保湿剂30％～60％，缓蚀剂0.5％～1％，防腐剂0.2％～0.5％，pH调节剂0.1‑0.5％，消泡剂0.05％～0.2％，余量为水；所述分散剂选自聚丙烯酸铵盐分散剂、二磺酸盐阴离子分散剂、马来酸‑丙烯酸共聚分散剂、聚丙烯苯磺酸钠盐分散剂、羧酸‑磺酸‑丙烯酸酯三元共聚物中的一种或多种；所述保湿剂选自乙二醇、丙二醇、二乙二醇、丙三醇、丁二醇、聚甘油、山梨醇、芦芭油、透明质酸钠、壳聚糖类中的两种或多种。本发明提供的水基研磨抛光液稳定、保水性能好。

说明书

技术领域

本发明属于光学元件表研磨抛光技术领域，尤其涉及一种适用于大口径陶瓷、玻璃等材料表面的高效、稳定、高质量研磨抛光液。

背景技术

大口径光学元件广泛应用于天文学、国防安全、基础科学研究以及民用高科技领域。对于大口径光学元件超精密加工，通常要经过铣磨成型、研磨、抛光三个加工阶段。在研磨和抛光阶段，为了确保面形精度的稳定收敛，需要采用尺寸远小于被加工元件磨盘遍历镜面，完成对大口径元件的子口径加工，尤其对于大口径非球面，更需要根据被加工元件的偏离量采用超小磨头进行研磨抛光。

这个过程中所采用的研磨抛光液体的效率及稳定性显得尤为重要。光学加工所用的研磨抛光液体多为水基的，因为相比于油基的研磨抛光液，水基研磨抛光液体具有加工效率高、易清洗，不会造成镜面污染的优点。通常加工过程中使用的水基的研磨抛光液体有两种，一是采用磨料与水进行混合配制而成的，二是用研磨抛光液体产品。使用方式是采用毛刷涂于镜面或是采用喷嘴喷洒于镜面，然后抛光工具在压力作用下按照加工轨迹运动，进而实现对镜面的研磨抛光。但是，上述的两种抛光液在加工过程中水分容易快速损失，需要人为地在加工过程中不断对镜面进行喷水，避免造成磨头与工件之间的硬摩擦，造成加工质量变差，甚至造成镜面损坏。另外，采用喷水保持镜面湿润的方式会使加工过程中研磨抛光液的性质发生变化，造成加工过程中材料去除效率发生变化，降低加工精度。对于超大口径光学元件的加工(口径φ≥2m)，整个加工过程需要不停的进行补水，这就需要参与加工的人员对每次的补水量和时间间隔进行准确的把控，这对加工人员提出了较高的要求。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术中的缺陷，提出了一种稳定保水的研磨抛光液。为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种稳定保水的研磨抛光液，包括以下重量百分比的组分：抛光粉0.1％～10％，分散剂2％～5％，乳化剂3％～8％，保湿剂30％～60％，缓蚀剂0.5％～1％，防腐剂0.2％～0.5％，pH调节剂0.1-0.5％，消泡剂 0.05％～0.2％，余量为水；所述分散剂选自聚丙烯酸铵盐分散剂、二磺酸盐阴离子分散剂、马来酸-丙烯酸共聚分散剂、聚丙烯苯磺酸钠盐分散剂、羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物中的一种或多种；所述保湿剂选自乙二醇、丙二醇、二乙二醇、丙三醇、丁二醇、聚甘油、山梨醇、芦芭油、透明质酸钠、壳聚糖类中的两种或多种。多元分散剂的中所含的酸根基团与醇类形成配合，分散剂在其中起到链接和加固的作用，从而有效地提升了抛光液体的长期保水性能，同时可以确保抛光粉颗粒的分散。

优选地，所述分散剂为羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物，所述羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物在30℃的极限黏度为0.05dl/g-0.1dl/g，所述羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物的密度为0.8g/cm

优选地，所述分散剂为羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物，所述羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物在30℃的极限黏度为0.25dl/g，所述羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物的密度为1.2g/cm

优选地，所述保湿剂至少包括一种大分子量保湿剂和一种小分子量保湿剂，所述大分子量保湿剂选自聚甘油、芦芭油、透明质酸钠、壳聚糖中的一种或多种，所述小分子量保湿剂选自乙二醇、丙二醇、二乙二醇、丙三醇、丁二醇、山梨醇中的一种或多种。

优选地，在所述水基研磨抛光液中，所述小分子量保湿剂的重量大于所述大分子量保湿剂的重量；所述小分子量保湿剂的分子量为 50～200，所述大分子量保湿剂的分子量大于2万。

优选地，所述保湿剂的总重量为所述羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物的重量的18～25倍。

优选地，所述乳化剂选自聚乙二醇、聚乙烯醇、乙氧基聚醚表面活性剂、PO/EO嵌套聚醚的一种或多种。其中，PO为环氧丙烷，EO 为环氧乙烷。

优选地，所述缓蚀剂选自柠檬酸钠、三乙醇胺、柠檬酸铵、多元羧酸铵盐、多聚磷酸盐、磷酸酯类的一种或多种。

优选地，所述防腐剂选自双乙酸钠、苯甲酸或其钠盐、乳酸及其钠盐中的一种或多种。

优选地，所述抛光粉为氧化铝、氧化锆、氧化碳化硅、天然金刚石、人造金刚石、以及它们的组合。

优选地，所述pH调节剂选自氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、乙酸、苹果酸、磷酸的一种或多种。

本发明能够取得以下技术效果：

本发明通过将特定的分散剂和特点的保湿剂应用到研磨抛光液中，提供一种长期稳定保水的水基研磨抛光液，可以确保加工过程中抛光成分的长期稳定且不需要加工参与人员的对抛光进行补水的操作。抛光添加组分对人体无害，配制过程简单易操作方便，液体悬浮性好，储存时间长。本发明的发明人通过大量的研究发现，通过采用高含量的小分子量保湿剂和低含量的大分子量保湿剂复配使用，能够确保抛光过程中水分不损失。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

现有的研磨抛光液体无法很好地解决上述的技术问题。中国专利申请CN111364042提出了一种环保型研磨抛光液体，所发明的研磨抛光液是有机酸环保体系，对人体和环境无害，但是该发明创造仅适用于金属元件加工，并不适用于玻璃和碳化硅陶瓷加工，并且并未提及液体具有长期保水的特性。中国专利申请CN201710168716.6同样提出了一种稳定保水的水基研磨抛光液体的配制方法，研磨抛光液体不含硝酸铬酸等有毒有害物质，具有环保无害的特点，但是仅适用铜元件的加工，并未提出具有长期保水的特征。中国专利申请 CN113265201A提出了一种金刚石悬浮研磨抛光液及其制备方法，所提出方法节省了使用前稀释的步骤，抛光产品的品质稳定，但是所提出方法不能确保抛光液使用过程中尝试湿润不需要补水，而且仅限于配制金刚石研磨抛光液。

本发明的目的是提供一种稳定保水的水基研磨抛光液。本发明实施例提供一种研磨抛光液体，所述研磨抛光液包括以下重量百分比的组分：抛光粉0.1％～10％，分散剂2％～5％，乳化剂3％～8％，保湿剂 30％～60％，缓蚀剂0.5％～1％，防腐剂0.2％～0.5％，pH调节剂0.1-0.5％，消泡剂0.05％～0.2％，余量为水。所述分散剂为多元共聚物分散剂或是聚阴离子型分散剂。进一步优选地，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐分散剂、二磺酸盐阴离子分散剂、马来酸-丙烯酸共聚分散剂、聚丙烯苯磺酸钠盐分散剂、羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物的一种或多种。本发明使用的多元共聚物类分散剂可确保抛光粉的稳定分散悬浮，性能稳定且环保无害。所述的保湿剂为多元醇或高分子保水剂，进一步优选地，所述保湿剂为乙二醇、丙二醇、二乙二醇、丙三醇、丁二醇、聚甘油、山梨醇、芦芭油、透明质酸钠、壳聚糖类中的两种或多种。本发明使用的保湿剂采用多元醇类复配使用，保性能好，抛光过程性能稳定，抛光后表面易清洗。

优选地，所述分散剂为羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物，所述羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物在30℃的极限黏度为0.05-0.1dl/g，所述羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物的密度为1.2g/cm

优选地，所述保湿剂至少包括一种大分子量保湿剂和一种小分子量保湿剂，所述大分子量保湿剂选自聚甘油、芦芭油、透明质酸钠、壳聚糖中的一种或多种，所述小分子量保湿剂选自二醇、丙二醇、二乙二醇、丙三醇、丁二醇、山梨醇中的一种或多种。

优选地，在所述水基研磨抛光液中，所述小分子量保湿剂的重量大于所述大分子量保湿剂的重量；所述小分子量保湿剂的分子量为 50～200，所述大分子量保湿剂的分子量大于2万。

优选地，所述保湿剂的总重量为所述羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物的重量的18～25倍。

优选地，所述抛光粉为氧化铝、氧化锆、氧化碳化硅、天然金刚石、人造金刚石中的一种或多种。

优选地，所述乳化剂为非离子型表面活性剂。进一步优选地，所述乳化剂为聚乙二醇、聚乙烯醇、乙氧基聚醚表面活性剂、PO/EO嵌套聚醚的一种或多种。本发明使用的乳化剂可以较好的润湿和乳化抛光粉颗粒，且不会污染抛光镜面。

优选地，所述缓蚀剂为柠檬酸钠、三乙醇胺、柠檬酸铵、多元羧酸铵盐、多聚磷酸盐、磷酸酯类的一种或多种。本发明使用的缓释为羧酸盐类或是聚磷酸盐类，缓释性能优异，避免采用铸铁盘研磨过程时研磨盘的锈蚀，确保抛光过程稳定。

优选地，所述防腐剂为双乙酸钠、苯甲酸或其钠盐、乳酸及其钠盐的一种或是几种。

优选地，所述pH调节剂为氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾、乙酸、苹果酸、磷酸的一种或是几种的混合。

优选地，所述消泡剂为有高碳醇类或聚醚类消泡剂的一种或混合。

本发明的上述方案有如下的有益效果：本发明提供一种长期稳定保水的水基研磨抛光液，可以确保加工过程中抛光成分的长期稳定且不需要加工参与人员的对抛光进行补水的操作。抛光添加组分对人体无害，配制过程简单易操作方便，液体悬浮性好，储存时间长。

本发明研发的抛光液可适用于多种类型抛光使用，具有良好的通用性。

本发明使用的防腐剂及pH调节剂环保无害、效果稳定。

本发明的发明人通过大量的研究发现，通过采用高含量的小分子醇(小分子量保湿剂)和低含量的高分子保湿剂(大分子量保湿剂) 复配使用，能够确保抛光过程中水分不损失。同时本发明采用的分散剂为阴离子分散剂，通过阴离子基团可以其与醇类保湿剂可以形成良好配合，从而实现抛光粉颗粒的稳定悬浮和抛光液体长期稳定保水性能。

本实施例1提供一种长期稳定保水的水基研磨抛光液，所述研磨抛光液包括以下重量百分比的组分：Powerblox D-205分散剂3％，聚乙二醇7％，甘油30％，丙二醇20％，柠檬酸钠0.8％，苯甲酸钠1％，氢氧化钠0.15％，消泡剂BYK-024 0.1％，pH控制在9，0.1μm～80μm 金刚石微粉1％，余量为水。所配制的研磨抛光液体根据加工阶段不同，调整金刚石微粉颗粒的粒径，可以保证研磨抛光液体稳定分散，加工效率稳定，保水性能优异，对于超大口径碳化硅陶瓷等材料加工，可实现全加工过程不需要补充水分操作。

本实施例2提供一种长期稳定保水的水基研磨抛光液，所述研磨抛光液包括以下重量百分比的组分：丙烯苯磺酸钠盐分散剂3％，乙氧基聚醚2％，丁二醇1％，芦芭油30％，二羧酸铵盐0.5％，山梨酸钾2％，碳酸钠0.5％，聚醚消泡剂B-299 0.2％，pH控制在8-9之间， 0.1μm～10μm氧化铈5％，余量为水。所配制的研磨抛光液体根据加工阶段不同，灵活调整氧化铈的颗粒粒径，可以保证研磨抛光液体稳定分散，加工效率稳定，保水性能优异，对于超大口径玻璃材料加工，可实现全过程加工不需要补充水分操作。

本实施例3提供一种长期稳定保水的水基研磨抛光液，所述研磨抛光液包括以下重量百分比的组分：Dowfax D-810分散剂1％，1620 聚羧酸盐分散剂2％，脂肪醇聚氧乙烯醚3％，丙二醇30％％，透明质酸钠0.2％％，三乙醇胺0.5％，乳酸3％，氢氧化钾0.3％，聚醚消泡剂B-299 0.3％，pH控制在8，0.1μm～100μm氧化铝颗粒3％，余量为水。所配制的研磨抛光液体根据加工阶段不同，灵活调整氧化铈的颗粒粒径，可以保证研磨抛光液体稳定分散，加工效率稳定，保水性能优异，对于超大口径玻璃材料加工，可实现全加工过程不需要补充水分操作。

本实施例4提供一种长期稳定保水的水基研磨抛光液，所述研磨抛光液包括以下重量百分比的组分：羧酸-磺酸-丙烯酸酯三元共聚物 4％，乙氧基聚醚表面活性剂5％，丙二醇30％，透明质酸钠0.5％，柠檬酸铵0.8％，碳酸钾0.4％，高碳醇消泡剂0.15％，余量为水，pH控制在8-9之间。30μm氧化铝颗粒4％，所配制的研磨抛光液体根据加工阶段不同，灵活调整氧化铈的颗粒粒径，可以保证研磨抛光液体稳定分散，加工效率稳定，保水性能优异，对于超大口径玻璃材料加工，可实现全加工过程不需要补充水分操作。

本实施例5提供一种长期稳定保水的水基研磨抛光液，所述研磨抛光液为基于实施例4，并将实施例4中保湿剂中透明质酸钠改为壳聚糖，壳聚糖的比例为2％；所述氧化铝颗粒替代为15μm氧化锆，重量占比8％，其余组分和实施例4中的一样。所配制的研磨抛光液体根据加工阶段不同，灵活调整氧化铈的颗粒粒径，可以保证研磨抛光液体稳定分散，加工效率稳定，保水性能优异，对于超大口径玻璃材料加工，可实现全加工过程不需要补充水分操作。

本发明通过将特定的分散剂和特点的保湿剂应用到研磨抛光液中，提供一种长期稳定保水的水基研磨抛光液，可以确保加工过程中抛光成分的长期稳定且不需要加工参与人员的对抛光进行补水的操作。抛光添加组分对人体无害，配制过程简单易操作方便，液体悬浮性好，储存时间长。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。