一种多乙烯多胺改性金刚石复合磨粒的制备方法及应用与流程

1.本发明涉及一种手机陶瓷盖板抛光用超细金刚石复合磨粒及其制备方法，特别是一种多乙烯多胺改性的金刚石复合磨粒及其制备方法，属表面研抛加工技术领域。


背景技术：

2.随着无线充电的应用以及5g通信技术的到来，陶瓷具有硬度高(是玻璃的2倍)、抗刮耐磨、电磁信号穿透能力强、外观优美等优良特性，成为理想的下一代智能手机后盖板材料，具有巨大的市场和广阔的应用前景。目前已在小米、android、华为p7、苹果apple watch等品牌的高端机型上得到应用。一个超光滑平坦的陶瓷表面，不仅是美化产品、获得良好手感的需要，更是保证产品质量、延长工件使用寿命的重要影响因素。
3.表面抛光是手机陶瓷盖板制造中的关键工序之一。但陶瓷由于具有熔点高、硬度高、脆性大、裂纹敏感性强等特性，其加工困难。与金属材料相比，陶瓷抛光效率低、缺陷水平高。目前加工效率低、表面缺陷水平高而导致良率低是手机陶瓷盖板产业化的主要障碍之一。
4.抛光液作为抛光加工中的主要抛光载体，一直是所有研究者的研究重点。抛光液主要由磨粒和化学试剂(表面活性剂、催化剂、氧化剂等)所构成。磨粒是抛光液的基础与关键成分，磨粒的种类、结构、硬度、粒度、形貌等物化指标显著影响其抛光性能。
5.金刚石是抛光加工中经常采用的无机磨粒，抛光效率高，但由于金刚石硬度高，颗粒团聚产生大颗粒，往往引起严重的抛光损伤，产生的表面缺陷较多，不能满足手机陶瓷盖板等的表面精度要求，难以满足陶瓷盖板工业量产的需要。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决现有金刚石磨粒抛光精度不足的难题，提供一种多乙烯多胺改性的金刚石复合磨粒，可以有效降低颗粒团聚，降低抛光损伤、提高抛光后表面精度。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种多乙烯多胺改性金刚石复合磨粒，包括金刚石磨粒，且采用多乙烯多胺结构的有机物对所述金刚石磨粒进行表面改性，得到多乙烯多胺改性金刚石复合磨粒。
8.一种多乙烯多胺改性金刚石复合磨粒的制备方法，包括如下步骤：
9.s01：在带回流装置的三口烧瓶中，将浓硫酸与浓硝酸按重量比1:2混合，加入金刚石磨粒，升温至90℃
‑
110℃，持续搅拌下反应12小时；混合液冷却至室温后，离心分离、去离子水洗涤，重复m次，沉淀再用乙醇洗涤n次，抽滤后沉淀于室温真空干燥，得到带有羧基官能团的金刚石磨粒粉末；其中，m和n为大于等于1的整数；
10.s02：在带回流装置及油水分离器的三口烧瓶中，加入甲苯溶剂，搅拌条件下加入一定量s01步骤中制得的带有羧基官能团的金刚石磨粒粉末，搅拌均匀，加入多乙烯多胺结构的有机物，加热到90℃
‑
100℃，搅拌反应2～4小时，冷却至室温后，离心分离，沉淀用乙醇洗涤p次，抽滤后沉淀于室温真空干燥，得到多乙烯多胺改性的金刚石复合磨粒粉末；其中，
p为大于等于1的整数；。
11.进一步的，所述步骤s01中：浓硫酸与浓硝酸混合液、金刚石磨粒的质量比为100：2。
12.进一步的，所述步骤s01中：金刚石磨粒的粒径为10纳米～1000纳米。
13.进一步的，所述步骤s02中：甲苯溶剂、羧基化金刚石磨粒粉末、多乙烯多胺结构的有机物等的质量比为100：1：5。
14.进一步的，所述步骤s02中：采用的多乙烯多胺结构的有机物为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、多乙烯多胺中的一种。
15.本发明具有如下有益效果：本发明利用多乙烯多胺类有机物对超细金刚石磨粒进行改性，可有效降低金刚石颗粒的团聚现象，阻止大颗粒的产生，应用于手机陶瓷盖板等的抛光中，可有效降低抛光后表面粗糙度、并降低了金刚石磨粒的抛光损伤。
具体实施方案
16.下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.本发明提供一种多乙烯多胺改性金刚石复合磨粒，该复合磨粒为超细改性金刚石复合磨粒；复合磨粒的内核为10～1000nm金刚石磨粒，采用多乙烯多胺结构的有机物对金刚石磨粒进行表面修饰改性。
18.本发明提供的多乙烯多胺改性超细金刚石复合磨粒，通过金刚石磨粒的表面羧基化、与多乙烯多胺发生缩合反应等过程进行制备，其方法步骤如下：
19.s01：在带回流装置的三口烧瓶中，将浓硫酸与浓硝酸按重量比1:2混合，加入一定量的金刚石磨粒，升温至100℃左右，持续搅拌下反应12小时。混合液冷却至室温后，离心分离、去离子水洗涤，重复3次，沉淀再用乙醇洗涤3次，抽滤后沉淀于室温真空干燥，得到带有羧基官能团的金刚石磨粒粉末；本步骤中，浓硫酸与浓硝酸混合液、金刚石磨粒的质量比为100：2；金刚石磨粒的粒径为10纳米～1000纳米。
20.s02：在带回流装置及油水分离器的三口烧瓶中，加入甲苯溶剂，搅拌条件下加入一定量s01中制得的带有羧基官能团的金刚石磨粒粉末，搅拌均匀，加入一定量多乙烯多胺结构的有机物，加热到95℃左右，搅拌反应2～4小时，离心分离，沉淀用乙醇洗涤3次，抽滤后沉淀于室温真空干燥，得到多乙烯多胺改性的金刚石磨粒粉末。本步骤中：甲苯溶剂、羧基化金刚石磨粒粉末、多乙烯多胺结构的有机物等的质量比为100：1：5；可采用的多乙烯多胺结构的有机物为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺、多乙烯多胺等。
21.上述制备好的磨粒通过如下方法制备抛光液：将步骤s02制得的多乙烯多胺改性的金刚石磨粒粉末2克，加入100克去离子水中，超声分散0.5小时，搅拌下再依次加入0.2％聚醚表面活性剂、0.3％商品pm抛光促进剂，搅匀，得到2.0wt.％浓度多乙烯多胺改性超细金刚石复合磨粒的抛光液。
22.采用以上多乙烯多胺改性超细金刚石复合磨粒的抛光液，用于手机陶瓷盖板的抛光中，抛光后表面粗糙度可达到6纳米以下，日光灯下缺陷与损伤较轻。
23.以下通过具体实施例和比较例对本发明进行进一步解释说明：
24.实施例1
25.本实施例提供多乙烯多胺改性超细金刚石复合磨粒的制备方法，通过金刚石磨粒的表面羧基化、与多乙烯多胺发生缩合反应等过程进行制备，其方法步骤如下：
26.s01：在带回流装置的三口烧瓶中，将浓硫酸与浓硝酸按重量比1:2混合，加入一定量的金刚石磨粒，升温至100℃左右，持续搅拌下反应12小时。混合液冷却至室温后，离心分离、去离子水洗涤，重复3次，沉淀再用乙醇洗涤3次，抽滤后沉淀于室温真空干燥，得到带有羧基官能团的金刚石磨粒粉末；本步骤中，浓硫酸与浓硝酸混合液、金刚石磨粒的质量比为100：2；超细金刚石磨粒的粒径为15纳米。
27.s02：在带回流装置及油水分离器的三口烧瓶中，加入甲苯溶剂，搅拌条件下加入一定量s01中制得的带有羧基官能团的金刚石磨粒粉末，搅拌均匀，加入一定量多乙烯多胺结构的有机物，加热到95℃左右，搅拌反应2～4小时，离心分离，沉淀用乙醇洗涤3次，抽滤后沉淀于室温真空干燥，得到多乙烯多胺改性的金刚石磨粒粉末。本步骤中：甲苯溶剂、羧基化金刚石磨粒粉末、多乙烯多胺结构的有机物等的质量比为100：1：5。此步骤中采用的多乙烯多胺结构的有机物为四乙烯五胺。
28.s03：多乙烯多胺改性超细金刚石复合磨粒的抛光液的制备。将步骤s02制得的四乙烯五胺改性的金刚石磨粒粉末2克，加入100克去离子水中，超声分散0.5小时，搅拌下再依次加入0.2％聚醚表面活性剂、0.3％商品pm抛光促进剂，搅匀，得到2.0wt.％浓度四乙烯五胺改性超细金刚石复合磨粒的抛光液。
29.实施例2
30.同实施例1，只是步骤s01中采用的超细金刚石磨粒的粒径为100纳米。
31.实施例3
32.同实施例1，只是步骤s01中采用的超细金刚石磨粒的粒径为1000纳米。
33.实施例4
34.同实施例1，只是步骤s02中采用多乙烯多胺结构的有机物为二乙烯三胺。
35.实施例5
36.同实施例1，只是步骤s02中采用多乙烯多胺结构的有机物为三乙烯四胺。
37.实施例6
38.同实施例1，只是步骤s02中采用多乙烯多胺结构的有机物为五乙烯六胺。
39.比较例1
40.一种粒径为15纳米超细金刚石复合磨粒抛光液的制备方法，其方法步骤如下：
41.将15纳米超细金刚石磨粒粉末2克，加入100克去离子水中，超声分散0.5小时，搅拌下再依次加入0.2％聚醚表面活性剂、0.3％商品pm抛光促进剂，搅匀，得到2.0wt.％浓度15纳米超细金刚石复合磨粒的抛光液。。
42.比较例2
43.一种粒径为100纳米超细金刚石磨粒抛光液的制备方法，其方法步骤同比较例1，只是采用的超细金刚石磨粒粒径为100纳米。
44.比较例3
45.一种粒径为1000纳米超细金刚石磨粒抛光液的制备方法，其方法步骤同比较例1，只是采用的超细金刚石磨粒粒径为1000纳米。
46.使用上述各实施例1
‑
6和比较例1
‑
3的抛光液在一定抛光条件下对手机陶瓷盖板、蓝宝石晶片进行抛光试验。抛光条件如下：
47.抛光机：unipol
‑
1000s自动压力研磨抛光机；
48.抛光工件：边长为80.0mm
×
80.0mm氧化锆手机陶瓷片；
49.抛光垫：suba
‑
800抛光垫；
50.抛光压力：5kg；
51.下盘转速：70rpm；
52.抛光时间：2h；
53.抛光结束后，对手机氧化锆陶瓷盖板进行洗涤、干燥，采用3d光学轮廓仪(sneox090v2)来测量工件的表面平均粗糙度(ra)，测试范围为1000μm
×
1000μm。日光灯下观察抛光后表面缺陷与损伤。
54.各实施例和比较例抛光液以及其对氧化锆手机陶瓷片的抛光效果，汇总见表1。从表1可见，比较例1～3中不同粒度的纯金刚石磨粒用于手机陶瓷盖板的抛光，抛光缺陷多、抛光后粗糙度大；所有实施例中多乙烯多胺改性超细金刚石复合磨粒均体现出低的抛光后表面粗糙度及较轻的抛光损伤。
55.表1.本发明各实施例和比较例超细金刚石磨粒对手机陶瓷盖板的抛光效果
[0056][0057][0058]
总之，与常规金刚石商品磨粒相比，本发明的多乙烯多胺改性超细金刚石复合磨粒用于手机陶瓷盖板的抛光，表面粗糙度可达到6纳米以下，微观缺陷较轻，达到了“高速率、高精度”的抛光效果。