一種水油兩溶性納米碳晶研磨膏及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種水油兩溶性納米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制備而成：納米碳晶10?25份、水1?10份、油酸20?30份、凡士林10?20份、煤油15?30份、花生油15?25份、殺菌劑5?15份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2?2份、OP?乳化劑0.2?2份。還公開了該水油兩溶性納米碳晶研磨膏的制備方法。本發(fā)明制備出的研磨膏具有綠色、環(huán)保，無腐蝕性、成本低、研磨效果好的優(yōu)點，適用于玻璃、陶瓷、硬質(zhì)合金、天然鉆石、寶石等高硬度材料制成的量具、刃具、光學(xué)儀器和其他高光潔度工件的加工。
【專利說明】
-種水油兩溶性納米碳晶研磨實及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種研磨、拋光加工用的研磨膏，具體設(shè)及一種水油兩溶性納米碳晶 研磨膏及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 研磨膏有油溶研磨膏和水溶研磨膏之分，油溶研磨膏潤濕性好，磨削力、磨削熱 小、主要用于加工光潔度高的硬質(zhì)合金等高硬合金材料的零件，儀器儀表、量具、刃具、磨具 等。水溶研磨膏粘度小，易排削、加工效率高，主要用于加工稍腐蝕金屬，線路板，玻璃、陶 瓷、寶石、瑪瑤等非金屬硬脆材料制品。常用的研磨膏主要有剛玉類、碳化娃和碳化棚類、氧 化銘類、金剛石類等不同類型的研磨膏。
[0003] 隨著現(xiàn)代各領(lǐng)域的不斷發(fā)展，研磨膏的需求也是日益增強，研磨膏具有耐磨耐用 的經(jīng)濟效應(yīng)，但目前的研磨效果尚未發(fā)展到理想的狀態(tài)，表面粗糖度達不到技術(shù)要求，產(chǎn)品 率低?，F(xiàn)有研磨膏微粉分散特性差，主要研磨材料的微觀幾何形態(tài)不理想，研磨材料微粒的 粒度尺寸范圍過寬，組分潤滑特性不好，使得材料在研磨拋光后表面質(zhì)量不理想，很難達到 質(zhì)量要求，研磨出的產(chǎn)品合格率低。大多數(shù)研磨膏和研磨液雖然能增強研磨效果，但在使用 時易損壞研磨機械。另外由于研磨液屬于液態(tài)形式，容易造成使用浪費，從而增加生產(chǎn)成 本。而現(xiàn)有的研磨膏清潔度差，研磨膏容易被細菌腐蝕，失去原有的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種研磨效果好的的水油兩溶性納米碳晶研磨膏及其制 備方法。
[0005] 基于上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案:一種水油兩溶性納米碳晶研磨膏，主要 由下述重量份的原料制備而成：納米碳晶10-25份、水1-10份、油酸20-30份、凡±林10-20 份、煤油15-30份、花生油15-25份、殺菌劑5-15份、失水山梨醇脂肪酸醋0.2-2份、0P-乳化劑 0.2-2 份。
[0006] 所述納米碳晶的制備參考專利CN2015107503345,制備出的納米碳晶為類球形形 貌，C含量為99-100%，晶格間距為0.21nm;該納米碳晶表面的C原子與內(nèi)層金剛石相的C原子 構(gòu)成C原子的二聚體結(jié)構(gòu)，C原子的二聚體結(jié)構(gòu)中的兩個碳原子為非對稱分布;平均粒徑為 R，0<R《10nm。
[0007] 進一步地，所述納米碳晶經(jīng)表面功能化處理，可W納米碳晶顆粒完全分散開，不存 在團聚現(xiàn)象，可W均勻穩(wěn)定的分散在體系中，不會在工件表面產(chǎn)生劃痕，提高拋光質(zhì)量和表 面平整度。
[000引進一步地，所述殺菌劑為甜菜堿。
[0009] 進一步地，所述甜菜堿從植物的根、莖、葉及果實中提取，或由氯乙酸與二甲胺季 錠化而得。
[0010] 上述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏的制備方法，包括W下步驟： (1) 將納米碳晶表面化功能化處理； (2) 將0P-乳化劑、殺菌劑和表面化功能化的納米碳晶加入水中，超聲分散20-40min，攬 拌至完全分散均勻得混合液； (3) 將失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均勻后加入到 步驟(2)所得混合液中，混勻、自然冷卻即得水油兩溶性納米碳晶研磨膏。
[0011] 進一步地，米碳晶表面化功能化處理的步驟為:將納米碳晶置于質(zhì)量比為1:(2-5) 的濃HNO3/濃此S〇4的混合液中，加熱回流2地后離屯、沉淀；取沉淀物用去離子水洗涂至洗涂 液抑為5.0-6.0，用0.1-0.5mol · [1化2Si03 · 9此0水溶液洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化， 然后用0.1-0.5mol · L-1肥L洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，最后用去離子水洗涂后烘干。 對納米碳晶進行表面功能化處理，可W納米碳晶顆粒完全分散開，不存在團聚現(xiàn)象，可W均 勻穩(wěn)定的分散在體系中，不會在工件表面產(chǎn)生劃痕，提高拋光質(zhì)量和表面平整度。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點： (1)本發(fā)明采用納米碳晶為原料，納米碳晶兼具納米顆粒與碳晶的雙重性質(zhì)，具有超硬 及高耐磨的特性。納米碳晶為球形顆粒，用于研磨不會劃傷被研磨體，被拋表面磨損??；其 顆粒細小，粒徑在20nmW下且粒度均勻，運保證了研磨體系的穩(wěn)定性，并且使被研磨拋光表 面粗糖度減小，磨削效果好且具有良好的潤滑和冷卻性能。
[0013] (2)由于納米碳晶比表面積大、比表面能高，處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，在介質(zhì)中分 散穩(wěn)定性差，容易發(fā)生團聚，同時也易于對納米碳晶進行表面功能化處理。納米碳晶比表面 積大，吸附能力強，潤滑劑和分散劑被吸附到納米碳晶表面，增強粒子之間排斥，減少范德 華引力，使納米碳晶均勻分布在膏狀載體中，具有自潤滑功能，適用于手動精拋光，可W對 表面不規(guī)則的金相試樣材料進行快速拋光，使用方便。能有效抑制細菌在物體表面的滋生， 細小顆粒與物體在摩擦中不斷清潔殺菌，研磨速度十分快捷。
[0014] (3)納米碳晶是一種無污染的新型碳材料，無毒無害、耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定;制備 出的研磨膏具有綠色、環(huán)保，無腐蝕性、成本低、研磨效果好的優(yōu)點，適用于玻璃、陶瓷、硬質(zhì) 合金、天然鉆石、寶石等高硬度材料制成的量具、刃具、光學(xué)儀器和其他高光潔度工件的加 工。
[0015] (4)失水山梨醇脂肪酸醋能溶于熱油和多種有機溶劑，不溶于水，具有優(yōu)良的乳化 能力和分散力，易生物降解、無毒無臭，可用作安全的食品添加劑，也可用作機械潤滑劑。
[0016] (5)殺菌劑甜菜堿可從天然植物的根、莖、葉及果實中提取，也可由氯乙酸與二甲 胺季錠化而得，具有殺菌消炎、滲透性好、中性穩(wěn)定、不傷害肌膚、易溶于水、清潔污垢等功 能。
[0017] (6)油酸是一種粘性較大，氧化作用較強的液體，它可加快研磨過程，縮短研磨時 間，凡±林起到潤滑劑的作用。
【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0019]實施例1 一種水油兩溶性納米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制備而成:納米碳晶10份、 水1份、油酸30份、凡±林10份、煤油15份、花生油15份、甜菜堿(從植物的根、莖、葉及果實中 提取巧份、失水山梨醇脂肪酸醋ο. 2份、OP-乳化劑ο. 2份。
[0020] 上述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏的制備方法，包括W下步驟： (1) 將納米碳晶表面化功能化處理，過程為:將納米碳晶置于質(zhì)量比為1: 2的濃HN03/濃 此S化的混合液中，加熱回流2地后離屯、沉淀；取沉淀物用去離子水洗涂至洗涂液pH為5.0- 6.0, 用O.lmol · L-i^2Si〇3'9出0水溶液洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，然后用O.lmol · L-iHCL洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，最后用去離子水洗涂后烘干。； (2) 將0P-乳化劑、殺菌劑和表面化功能化的納米碳晶加入水中，超聲分散20min，攬拌 至完全分散均勻得混合液； (3) 將失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均勻后加入到 步驟(2)所得混合液中，混勻、自然冷卻即得水油兩溶性納米碳晶研磨膏。
[0021] 實施例2 一種水油兩溶性納米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制備而成:納米碳晶25份、 水10份、油酸20份、凡±林20份、煤油30份、花生油25份、甜菜堿（由氯乙酸與二甲胺季錠化 而得)15份、失水山梨醇脂肪酸醋2份、0P-乳化劑2份。
[0022] 上述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏的制備方法，包括W下步驟： (1) 將納米碳晶表面化功能化處理，過程為:將納米碳晶置于質(zhì)量比為1: 5的濃HN03/濃 此S化的混合液中，加熱回流2地后離屯、沉淀；取沉淀物用去離子水洗涂至洗涂液pH為5.0- 6.0, 用0.5mol · L-i^2Si〇3'9出0水溶液洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，然后用0.5mol · L-iHCL洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，最后用去離子水洗涂后烘干。； (2) 將0P-乳化劑、殺菌劑和表面化功能化的納米碳晶加入水中，超聲分散40min，攬拌 至完全分散均勻得混合液； (3) 將失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均勻后加入到 步驟(2)所得混合液中，混勻、自然冷卻即得水油兩溶性納米碳晶研磨膏。
[0023] 實施例3 一種水油兩溶性納米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制備而成:納米碳晶15份、 水7份、油酸25份、凡±林25份、煤油20份、花生油20份、甜菜堿(從植物的根、莖、葉及果實中 提取)1〇份、失水山梨醇脂肪酸醋1份、0P-乳化劑1份。
[0024] 上述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏的制備方法，包括W下步驟： (1) 將納米碳晶表面化功能化處理，過程為:將納米碳晶置于質(zhì)量比為1: 3的濃HN03/濃 此S化的混合液中，加熱回流2地后離屯、沉淀；取沉淀物用去離子水洗涂至洗涂液pH為5.0- 6.0, 用0.3mol · L-i^2Si〇3'9出0水溶液洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，然后用0.3mol · L-iHCL洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，最后用去離子水洗涂后烘干。； (2) 將0P-乳化劑、殺菌劑和表面化功能化的納米碳晶加入水中，超聲分散30min，攬拌 至完全分散均勻得混合液； (3) 將失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均勻后加入到 步驟(2)所得混合液中，混勻、自然冷卻即得水油兩溶性納米碳晶研磨膏。
[0025] 實施例4 一種水油兩溶性納米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制備而成:納米碳晶20份、 水4份、油酸25份、凡±林15份、煤油25份、花生油20份、甜菜堿（由氯乙酸與二甲胺季錠化而 得)10份、失水山梨醇脂肪酸醋1份、OP-乳化劑1份。
[0026] 上述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏的制備方法，包括W下步驟： (1) 將納米碳晶表面化功能化處理，過程為:將納米碳晶置于質(zhì)量比為1:3的濃HN03/濃 此S化的混合液中，加熱回流2地后離屯、沉淀；取沉淀物用去離子水洗涂至洗涂液pH為5.0- 6.0,用0.4mol · L-i^2Si〇3'9出0水溶液洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，然后用0.4mol · L-iHCL洗涂沉淀物的同時超聲分散1-化，最后用去離子水洗涂后烘干。； (2) 將0P-乳化劑、殺菌劑和表面化功能化的納米碳晶加入水中，超聲分散30min，攬拌 至完全分散均勻得混合液； (3) 將失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均勻后加入到 步驟(2)所得混合液中，混勻、自然冷卻即得水油兩溶性納米碳晶研磨膏。
[0027] 性能測試實驗 選用實施例3中制備的產(chǎn)品進行實驗，采用市售的普通金剛石研磨膏為對比對象。
[002引一、研磨膏特征測試 研磨膏的特征參數(shù)及使用情況見表1。
[0029] 由表1可知，本發(fā)明提供的研磨膏分散穩(wěn)定性、潤滑性都比較好，加工效率高且工 件磨損比較穩(wěn)定。運主要因為作為磨料的納米碳晶顆粒是球形顆粒且粒徑較小在20nmW 下。
[0030] 二、表面粗糖度值Ra檢測方法 使用SJ-210型粗糖度儀測量鉆石基片表面粗糖度值Ra，分別在其中屯、位置和離中屯、 2cm圓周位置選取3點，共計測量3次，然后取其平均值作為該鉆石表面粗糖度值Ra。表2為兩 種研磨膏在相同的研磨條件下，得出的鉆石表面粗糖度值Ra。
[0031]
由表2可知:使用本發(fā)明提供的研磨膏加工后，表面粗糖度值Ra比對比例降低46%。因為 對比例的研磨膏中磨料顆粒粒徑大，且分布寬，大顆粒磨粒會相應(yīng)增大工件表面粗糖度值， 對比例的研磨膏中磨料出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，會大大增加工件表面粗糖度值。本發(fā)明提供的研磨 膏所使用的磨料為球形納米碳晶顆粒，粒徑在20nmW下且分散均勻，粗糖度Ra值比研磨膏1 和研磨膏2小的多，說明加工后對工件表面的磨損很小。
【主權(quán)項】
1. 一種水油兩溶性納米碳晶研磨膏，其特征在于，主要由下述重量份的原料制備而成： 納米碳晶10-25份、水1-10份、油酸20-30份、凡士林10-20份、煤油15-30份、花生油15-25份、 殺菌劑5-15份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2-2份、OP-乳化劑0.2-2份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏，其特征在于，所述納米碳晶經(jīng)表 面功能化處理。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏，其特征在于，所述殺菌劑為甜菜 堿。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏，其特征在于，所述甜菜堿從植物 的根、莖、葉及果實中提取，或由氯乙酸與二甲胺季銨化而得。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟： (1) 將納米碳晶表面化功能化處理； (2) 將OP-乳化劑、殺菌劑和表面化功能化的納米碳晶加入水中，超聲分散20-40min，攪 拌至完全分散均勻得混合液； (3) 將失水山梨醇脂肪酸酯、煤油、花生油、油酸和凡士林在40-60 °C混合均勻后加入到 步驟(2)所得混合液中，混勻、自然冷卻即得水油兩溶性納米碳晶研磨膏。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的水油兩溶性納米碳晶研磨膏的制備方法，其特征在于，米碳晶 表面化功能化處理的步驟為:將納米碳晶置于質(zhì)量比為1: (2-5)的濃ΗΝ03/濃H2S〇4的混合液 中，加熱回流24h后離心沉淀；取沉淀物用去離子水洗滌至洗滌液pH為5.0-6.0，用0.1- 0.5111〇1.1/1他:^03.9!120水溶液洗滌沉淀物的同時超聲分散1-211，然后用0.1-0.5111〇1·!/ 々CL洗滌沉淀物的同時超聲分散1-2h，最后用去離子水洗滌后烘干。
【文檔編號】C09G1/02GK106010441SQ201610426969
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】郭留希, 武艷強, 趙清國, 劉永奇, 楊晉中, 張建華, 邵靜茹, 穆小娜
【申請人】鄭州人造金剛石及制品工程技術(shù)研究中心有限公司