[发明专利]一种水溶性硅料切削液的组成和应用组合

说明书

技术领域

本发明涉及一种水基切削液的组成、制备方法和应用组合。尤其涉及切削液中多功能高分子表面活性剂的分子设计和合成，以及使用此成分的切削液的制备和应用组合。

背景技术

中国是世界上太阳能电池生产大国，随着光伏产业的迅猛发展，处于光伏产业上游的硅片生产环节显得越来越重要。为了降低成本，增大单位原料的产出，高密度、高性能、轻薄高效的硅片成为了硅片市场的新宠。在整个硅片生产流程中，切割环节造成的硅料损耗成为导致低效能、高成本的直接原因。在硅片的切割过程中，切削液作用不可小觑，它不仅可以提高润滑效果，带走切割产生的热量，同时还可以在环保的前提下防止腐蚀，增强稳定性并确保安全。切削液凭借其优秀的刃料悬浮特性以及上述种种作用可极大降低切割消耗。因而市场对于高性能切削液的呼声越来越高

早期的切削液一般是以矿物油作为主成分的非水性体系。该体系是把炭化硅等磨料分散在切削液中形成的。由于矿物油是易燃型性危险物质，必须有防爆设备同时储藏量也受到限制，因此在环保和生产管理方面存在问题。同时，采用矿物油切割的晶片，往往要采用三氯乙烷和二氯甲烷等有机溶剂和高浓度的表面活性剂。由于溶剂属于致癌物，同时是大气污染和臭氧层破坏的主要原因，已经开始禁止使用；另外，非离子表面活性剂洗涤需要设备投入，因此废水处理也是一个潜在的问题。

水性产品的发展克服了上述问题，包括水基切削液和水溶性切削液两种。前者以水为主体，加入各种添加剂组成。后者以水溶性的原料如乙二醇为主，其中含有少量水和其它各种添加剂。

关于水基产品的报道相对较多，经大量的已知技术检索得知：

锅岛敏一等的专利涉及(US6673754B1；公开号：CN1405287A)一种磨料分散性好的水基切削液，主要特点是其中有一种羧酸高分子分散剂。此分散剂分子量在1000-200000之间，可以使磨料很好的分散。

专利(US6673752B2)涉及一种切屑液，特点是其中含硅烷、硅醇或硅氧烷等。此类物质容易和切割物质表面反应形成一层保护膜从而改善切削性能，如生产效率提高、硅片表面缺陷减少；同时切割面堵塞减少，可以延长加工工具的寿命。

镝木新吾等的专利涉及(公开号：CN1441040A，US6221814B12)一种能抑制对操作环境和地球环境的冲击，同时具有磨料高分散性和能够防止沉淀物硬饼化的水基切削液。此切削液由分散在硅酸胶体中的磨料粒子组成。硅酸胶体稳定分散在亲水性多元醇如乙二醇、丙二醇和水性分散剂等中。此切削液的特点是磨料分散性好，其沉淀物不硬饼化，容易再分散利用。切削液黏度在使用过程中变化小，使用寿命长。

专利(US6228816B1)涉及的水性切削液中含有一种阳离子聚合物，其胺值为20-200KOH/g。同时还使用了一种无机增稠剂。此切削液具有好的磨料分散性和黏度稳定性。

专利(US6605575B1)涉及一种水溶性切削油。该切削具有液溶解性强、润滑性能卓越、切割性能好、防锈、安全、易清洗和低泡等。切削液中主要使用了一种长链烷酰基氨基酸或是其盐，同时还使用了烷基烷氧基或是酰基烷氧基化合物。

专利(US5693596)涉及一种水基切削液。此切削液含有一种脂肪酸甘油三酯咪唑聚合物，硬脂酸咪唑和硼酸咪唑，此分散在无机增稠剂膨润土中。同时还加入油酸，乙二胺四乙酸钠盐，苯并三唑和一种有机硅消泡剂等。

专利(US4853140)涉及一种切屑液，主要由皂、含磷化合物和聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物组成。含磷化合物是一种极压低温润滑剂、聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物属于极压高温润滑剂。皂由脂肪酸和有机胺如乙醇胺反应获得。此外，系统中还可以加入杀菌剂、消泡剂和螯合剂等。

但上述专利技术所涉及的水基性切削液在使用中应存在磨料分散性差的不足。

第二类型的水性产品(水溶性切削液)大多基于水溶性聚乙二醇。这类产品较好的克服了上述水基产产品中磨料分散性差的问题。

专利(US6383991B1)涉及一种水溶性切削液，主要包括一种烷氧基聚醚、表面活性剂和一些其它助剂以及少量水。专利中涉及一种纳米硅胶粒子的使用，可以显著改善磨料的分散性和磨料沉降后的再分散性。

专利(US6602834B1)涉及一种水溶性切削液，主要包括一种烷氧基聚醚、表面活性剂、一种高分子聚电解质、溶剂和少量水。专利中的聚电解质可以显著改善磨料的分散性和磨料沉降后的再分散性。