一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶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、杀菌剂5?15份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2?2份、OP?乳化剂0.2?2份。还公开了该水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法。本发明制备出的研磨膏具有绿色、环保，无腐蚀性、成本低、研磨效果好的优点，适用于玻璃、陶瓷、硬质合金、天然钻石、宝石等高硬度材料制成的量具、刃具、光学仪器和其他高光洁度工件的加工。
【专利说明】
-种水油两溶性纳米碳晶研磨實及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种研磨、抛光加工用的研磨膏，具体设及一种水油两溶性纳米碳晶 研磨膏及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 研磨膏有油溶研磨膏和水溶研磨膏之分，油溶研磨膏润湿性好，磨削力、磨削热 小、主要用于加工光洁度高的硬质合金等高硬合金材料的零件，仪器仪表、量具、刃具、磨具 等。水溶研磨膏粘度小，易排削、加工效率高，主要用于加工稍腐蚀金属，线路板，玻璃、陶 瓷、宝石、玛瑶等非金属硬脆材料制品。常用的研磨膏主要有刚玉类、碳化娃和碳化棚类、氧 化铭类、金刚石类等不同类型的研磨膏。
[0003] 随着现代各领域的不断发展，研磨膏的需求也是日益增强，研磨膏具有耐磨耐用 的经济效应，但目前的研磨效果尚未发展到理想的状态，表面粗糖度达不到技术要求，产品 率低。现有研磨膏微粉分散特性差，主要研磨材料的微观几何形态不理想，研磨材料微粒的 粒度尺寸范围过宽，组分润滑特性不好，使得材料在研磨抛光后表面质量不理想，很难达到 质量要求，研磨出的产品合格率低。大多数研磨膏和研磨液虽然能增强研磨效果，但在使用 时易损坏研磨机械。另外由于研磨液属于液态形式，容易造成使用浪费，从而增加生产成 本。而现有的研磨膏清洁度差，研磨膏容易被细菌腐蚀，失去原有的效果。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种研磨效果好的的水油两溶性纳米碳晶研磨膏及其制 备方法。
[0005] 基于上述目的，本发明采用W下技术方案:一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要 由下述重量份的原料制备而成：纳米碳晶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、杀菌剂5-15份、失水山梨醇脂肪酸醋0.2-2份、0P-乳化剂 0.2-2 份。
[0006] 所述纳米碳晶的制备参考专利CN2015107503345,制备出的纳米碳晶为类球形形 貌，C含量为99-100%，晶格间距为0.21nm;该纳米碳晶表面的C原子与内层金刚石相的C原子 构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布;平均粒径为 R，0<R《10nm。
[0007] 进一步地，所述纳米碳晶经表面功能化处理，可W纳米碳晶颗粒完全分散开，不存 在团聚现象，可W均匀稳定的分散在体系中，不会在工件表面产生划痕，提高抛光质量和表 面平整度。
[000引进一步地，所述杀菌剂为甜菜碱。
[0009] 进一步地，所述甜菜碱从植物的根、茎、叶及果实中提取，或由氯乙酸与二甲胺季 锭化而得。
[0010] 上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括W下步骤： (1) 将纳米碳晶表面化功能化处理； (2) 将0P-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散20-40min，揽 拌至完全分散均匀得混合液； (3) 将失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均匀后加入到 步骤(2)所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
[0011] 进一步地，米碳晶表面化功能化处理的步骤为:将纳米碳晶置于质量比为1:(2-5) 的浓HNO3/浓此S〇4的混合液中，加热回流2地后离屯、沉淀；取沉淀物用去离子水洗涂至洗涂 液抑为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时超声分散1-化， 然后用0.1-0.5mol · L-1肥L洗涂沉淀物的同时超声分散1-化，最后用去离子水洗涂后烘干。 对纳米碳晶进行表面功能化处理，可W纳米碳晶颗粒完全分散开，不存在团聚现象，可W均 匀稳定的分散在体系中，不会在工件表面产生划痕，提高抛光质量和表面平整度。
[0012] 与现有技术相比，本发明具有W下优点： (1)本发明采用纳米碳晶为原料，纳米碳晶兼具纳米颗粒与碳晶的双重性质，具有超硬 及高耐磨的特性。纳米碳晶为球形颗粒，用于研磨不会划伤被研磨体，被抛表面磨损小；其 颗粒细小，粒径在20nmW下且粒度均匀，运保证了研磨体系的稳定性，并且使被研磨抛光表 面粗糖度减小，磨削效果好且具有良好的润滑和冷却性能。
[0013] (2)由于纳米碳晶比表面积大、比表面能高，处于热力学不稳定状态，在介质中分 散稳定性差，容易发生团聚，同时也易于对纳米碳晶进行表面功能化处理。纳米碳晶比表面 积大，吸附能力强，润滑剂和分散剂被吸附到纳米碳晶表面，增强粒子之间排斥，减少范德 华引力，使纳米碳晶均匀分布在膏状载体中，具有自润滑功能，适用于手动精抛光，可W对 表面不规则的金相试样材料进行快速抛光，使用方便。能有效抑制细菌在物体表面的滋生， 细小颗粒与物体在摩擦中不断清洁杀菌，研磨速度十分快捷。
[0014] (3)纳米碳晶是一种无污染的新型碳材料，无毒无害、耐高溫、化学性质稳定;制备 出的研磨膏具有绿色、环保，无腐蚀性、成本低、研磨效果好的优点，适用于玻璃、陶瓷、硬质 合金、天然钻石、宝石等高硬度材料制成的量具、刃具、光学仪器和其他高光洁度工件的加 工。
[0015] (4)失水山梨醇脂肪酸醋能溶于热油和多种有机溶剂，不溶于水，具有优良的乳化 能力和分散力，易生物降解、无毒无臭，可用作安全的食品添加剂，也可用作机械润滑剂。
[0016] (5)杀菌剂甜菜碱可从天然植物的根、茎、叶及果实中提取，也可由氯乙酸与二甲 胺季锭化而得，具有杀菌消炎、渗透性好、中性稳定、不伤害肌肤、易溶于水、清洁污垢等功 能。
[0017] (6)油酸是一种粘性较大，氧化作用较强的液体，它可加快研磨过程，缩短研磨时 间，凡±林起到润滑剂的作用。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0019]实施例1 一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成:纳米碳晶10份、 水1份、油酸30份、凡±林10份、煤油15份、花生油15份、甜菜碱(从植物的根、茎、叶及果实中 提取巧份、失水山梨醇脂肪酸醋ο. 2份、OP-乳化剂ο. 2份。
[0020] 上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括W下步骤： (1) 将纳米碳晶表面化功能化处理，过程为:将纳米碳晶置于质量比为1: 2的浓HN03/浓 此S化的混合液中，加热回流2地后离屯、沉淀；取沉淀物用去离子水洗涂至洗涂液pH为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时超声分散1-化，然后用O.lmol · L-iHCL洗涂沉淀物的同时超声分散1-化，最后用去离子水洗涂后烘干。； (2) 将0P-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散20min，揽拌 至完全分散均匀得混合液； (3) 将失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均匀后加入到 步骤(2)所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
[0021] 实施例2 一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成:纳米碳晶25份、 水10份、油酸20份、凡±林20份、煤油30份、花生油25份、甜菜碱（由氯乙酸与二甲胺季锭化 而得)15份、失水山梨醇脂肪酸醋2份、0P-乳化剂2份。
[0022] 上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括W下步骤： (1) 将纳米碳晶表面化功能化处理，过程为:将纳米碳晶置于质量比为1: 5的浓HN03/浓 此S化的混合液中，加热回流2地后离屯、沉淀；取沉淀物用去离子水洗涂至洗涂液pH为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时超声分散1-化，然后用0.5mol · L-iHCL洗涂沉淀物的同时超声分散1-化，最后用去离子水洗涂后烘干。； (2) 将0P-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散40min，揽拌 至完全分散均匀得混合液； (3) 将失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均匀后加入到 步骤(2)所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
[0023] 实施例3 一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成:纳米碳晶15份、 水7份、油酸25份、凡±林25份、煤油20份、花生油20份、甜菜碱(从植物的根、茎、叶及果实中 提取)1〇份、失水山梨醇脂肪酸醋1份、0P-乳化剂1份。
[0024] 上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括W下步骤： (1) 将纳米碳晶表面化功能化处理，过程为:将纳米碳晶置于质量比为1: 3的浓HN03/浓 此S化的混合液中，加热回流2地后离屯、沉淀；取沉淀物用去离子水洗涂至洗涂液pH为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时超声分散1-化，然后用0.3mol · L-iHCL洗涂沉淀物的同时超声分散1-化，最后用去离子水洗涂后烘干。； (2) 将0P-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散30min，揽拌 至完全分散均匀得混合液； (3) 将失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均匀后加入到 步骤(2)所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
[0025] 实施例4 一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，主要由下述重量份的原料制备而成:纳米碳晶20份、 水4份、油酸25份、凡±林15份、煤油25份、花生油20份、甜菜碱（由氯乙酸与二甲胺季锭化而 得)10份、失水山梨醇脂肪酸醋1份、OP-乳化剂1份。
[0026] 上述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，包括W下步骤： (1) 将纳米碳晶表面化功能化处理，过程为:将纳米碳晶置于质量比为1:3的浓HN03/浓 此S化的混合液中，加热回流2地后离屯、沉淀；取沉淀物用去离子水洗涂至洗涂液pH为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时超声分散1-化，然后用0.4mol · L-iHCL洗涂沉淀物的同时超声分散1-化，最后用去离子水洗涂后烘干。； (2) 将0P-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散30min，揽拌 至完全分散均匀得混合液； (3) 将失水山梨醇脂肪酸醋、煤油、花生油、油酸和凡±林在40-60°C混合均匀后加入到 步骤(2)所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。
[0027] 性能测试实验 选用实施例3中制备的产品进行实验，采用市售的普通金刚石研磨膏为对比对象。
[002引一、研磨膏特征测试 研磨膏的特征参数及使用情况见表1。
[0029] 由表1可知，本发明提供的研磨膏分散稳定性、润滑性都比较好，加工效率高且工 件磨损比较稳定。运主要因为作为磨料的纳米碳晶颗粒是球形颗粒且粒径较小在20nmW 下。
[0030] 二、表面粗糖度值Ra检测方法 使用SJ-210型粗糖度仪测量钻石基片表面粗糖度值Ra，分别在其中屯、位置和离中屯、 2cm圆周位置选取3点，共计测量3次，然后取其平均值作为该钻石表面粗糖度值Ra。表2为两 种研磨膏在相同的研磨条件下，得出的钻石表面粗糖度值Ra。
[0031]
由表2可知:使用本发明提供的研磨膏加工后，表面粗糖度值Ra比对比例降低46%。因为 对比例的研磨膏中磨料颗粒粒径大，且分布宽，大颗粒磨粒会相应增大工件表面粗糖度值， 对比例的研磨膏中磨料出现结块现象，会大大增加工件表面粗糖度值。本发明提供的研磨 膏所使用的磨料为球形纳米碳晶颗粒，粒径在20nmW下且分散均匀，粗糖度Ra值比研磨膏1 和研磨膏2小的多，说明加工后对工件表面的磨损很小。
【主权项】
1. 一种水油两溶性纳米碳晶研磨膏，其特征在于，主要由下述重量份的原料制备而成： 纳米碳晶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、 杀菌剂5-15份、失水山梨醇脂肪酸酯0.2-2份、OP-乳化剂0.2-2份。2. 根据权利要求1所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏，其特征在于，所述纳米碳晶经表 面功能化处理。3. 根据权利要求2所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏，其特征在于，所述杀菌剂为甜菜 碱。4. 根据权利要求3所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏，其特征在于，所述甜菜碱从植物 的根、茎、叶及果实中提取，或由氯乙酸与二甲胺季铵化而得。5. 根据权利要求1-4任一所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，其特征在于， 包括以下步骤： (1) 将纳米碳晶表面化功能化处理； (2) 将OP-乳化剂、杀菌剂和表面化功能化的纳米碳晶加入水中，超声分散20-40min，搅 拌至完全分散均匀得混合液； (3) 将失水山梨醇脂肪酸酯、煤油、花生油、油酸和凡士林在40-60 °C混合均匀后加入到 步骤(2)所得混合液中，混匀、自然冷却即得水油两溶性纳米碳晶研磨膏。6. 根据权利要求5所述的水油两溶性纳米碳晶研磨膏的制备方法，其特征在于，米碳晶 表面化功能化处理的步骤为:将纳米碳晶置于质量比为1: (2-5)的浓ΗΝ03/浓H2S〇4的混合液 中，加热回流24h后离心沉淀；取沉淀物用去离子水洗涤至洗涤液pH为5.0-6.0，用0.1- 0.5111〇1.1/1他:^03.9!120水溶液洗涤沉淀物的同时超声分散1-211，然后用0.1-0.5111〇1·!/ 々CL洗涤沉淀物的同时超声分散1-2h，最后用去离子水洗涤后烘干。
【文档编号】C09G1/02GK106010441SQ201610426969
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】郭留希, 武艳强, 赵清国, 刘永奇, 杨晋中, 张建华, 邵静茹, 穆小娜
【申请人】郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司