一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法
一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密研磨抛光领域，涉及一种纳米二氧化硅抛光片，具体涉及一种纳 米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法。
【背景技术】
[0002] 光纤激光器作为一种新型固体激光器，具有散热特性好和光束质量高等优点，在 通信、加工、印刷及军事等高技术领域中具有取代二氧化碳激光器和二极管泵浦固体激光 器的趋势。其中，光纤端面的处理是光纤激光器系统的制造的关键。一方面，光纤端面的疵 点、划痕会使端面发生光散射，如果疵点、划痕出现在纤芯区域，将使得振荡激光无法产生， 一个直径几十纳米瑕疵点就将严重影响光信号的传输效率甚至中断数据信号的传输，因而 必须保证极高的光学质量；另一方面，光纤端面如果有细微的缺陷和杂质，光纤只能承受一 定功率的激光密度，超过其损伤阈值，则表面会发生烧伤、熔化或开裂等不可逆转的损伤， 缺陷的产生包括切割光纤时，应力集中所造成的亚表面破损、端面本身的粗糙不平及端面 研磨中造成的表面划痕等。因此，必须在最后一道加工工序当中去除光纤端面表面的瑕疵， 得到无损伤加工表面，经过处理的光纤端面，理想状态是一个光滑平面。但实际中，光纤端 面的加工往往不能达到理想状态，例如抛光不理想、有划痕、表面或边缘破碎损伤等等，都 将使端面情况复杂化。对于光纤与激光器中其它元件的耦合以及光纤之间的熔接来说，要 求光纤端部必须有光滑平整的表面，否则会增大损耗。这就要求先进的研磨抛光技术和研 磨抛光工具，耐高温，高质量的精密抛光材料一直是制约高精密研磨抛光技术发展的瓶颈。 近年来，薄膜基抛光材料作为一种高效、高精加工材料成为了研宄热点，其中PET薄膜作为 抛光薄膜的基体，具有耐热、耐磨、耐化学腐蚀、高温定型好等特点，在加工过程中，通过在 抛光薄膜下面垫橡胶垫，使抛光头始终保持与光纤表面的紧密接触，在准确定量去除加工 光纤表面材料的同时也保证了光纤表面的精度。同时PET薄膜价格低廉，在生产制作中省 去了用桨料处理基体这一过程，使得生产成本大为降低。
[0003] 传统PET抛光片的制作是将精选的微米或纳米级研磨微粉（金刚石、碳化硅、氧 化铝、氧化硅、氧化铈等）与高性能粘合剂均匀分散后，涂覆于高强度薄膜表面，然后经过 高精度裁剪工艺加工而成。公开号为CN 101733688 A的中国专利申请公开了水性精密抛 光膜及其制备方法和用途，将特定的磨料和水性粘结剂和溶剂充分混合，分散均匀，然后将 其涂布于基材表面，经过干燥固化后形成抛光膜。公开号为CN 1376726的中国专利申请公 开了一种抛光膜及其制备方法，将粉状或粒状的树脂溶于有机溶剂中，制成树脂胶，再将金 刚石和其他常用的磨料微粒与树脂胶混匀制成涂料涂布在塑料薄膜基带表面，经过干燥即 得到混合型金刚石抛光膜。这类抛光片涂层中的磨料与树脂胶粘剂混合在一起，只有表层 的磨料能起到研磨作用，当表层磨料磨钝以后，新磨粒无法暴露出来，产品的切削力会大大 下降，导致研磨寿命的下降。公开号为CN 102825561 A的中国专利申请公开了一种水性抛 光膜及其制备方法，涂层是以水性树脂为结合剂的硅溶胶涂层。公开号为CN 104128896A 的中国专利申请公开了一种纳米二氧化硅薄膜基抛光片及其制备方法，采用将纳米级二氧 化硅溶胶与特定胶黏剂混合均匀，涂布在薄膜表面。该两种方法采用现成硅溶胶，晶粒已经 形成，再与树脂结合剂混合，无法实现高分散混合。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶 凝胶法制作方法。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法包括如下步骤：
[0007] (1)在30~50°C水浴条件下，将硅酸乙酯加入溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌5~ 30小时进行水解溶胶；
[0008] (2)配制树脂胶溶液加入到步骤⑴得到的溶液后搅拌并加入添加剂，继续搅拌 30~90分钟，倒入密封玻璃杯中，在15~28°C条件下自然陈化，直至达到涂覆粘度50~ 150cp，加入固化剂继续搅拌100~150分钟，得到涂覆溶液；
[0009] (3)对薄膜表面进行改性处理，底胶层的厚度为2~10微米；
[0010] (4)将步骤（2)得到的涂覆溶液使用涂布机均匀地涂布在步骤（3)得到的薄膜表 面，磨粒涂层的厚度为10~50微米；制备得到半成品；
[0011] (5)得到的半成品在真空烘箱中50~130°C固化6~20小时，裁剪后得到纳米二 氧化娃抛光片。
[0012] 所述的步骤（1)中的水解方法为碱性水解或酸性水解，所述碱性水解时的溶剂包 括乙醇、异丙醇、水、氨水、四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺、KH-570硅烷偶联剂、甲酰胺，硅 酸乙酯与溶剂的质量比例为1~6:1 ;所述酸性水解时的溶剂包括乙醇、异丙醇、水、盐酸、 四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺、KH-570硅烷偶联剂、甲酰胺，硅酸乙酯与溶剂的质量比例为 1 ~6:1 〇
[0013] 所述酸性水解时，溶剂由如下质量份的组份组成：
[0014]
[0015] ，所述正硅酸乙酯的用量为28份质量份；
[0016] 所述碱性水解时，溶剂由如下质量份的组份组成：
[0017]
[0018] ，所述正硅酸乙酯的用量为28份质量份。
[0019] 所述的步骤（2)中的树脂胶溶液的溶质包括水溶性丙烯酸树脂、水溶性环氧树脂 和水溶性聚氨酯树脂，水溶性丙烯酸树脂为树脂胶溶液总质量的30~50%，水溶性环氧 树脂为树脂胶溶液总质量的10~30%，水溶性聚氨酯树脂为树脂胶溶液总质量的20~ 40%，树脂胶溶液与步骤（1)所得到的溶液的体积比例为1 :1~8。
[0020] 所述步骤（2)中的添加剂包括了偶联剂、流平剂、消泡剂、抗静电剂、密着剂的至 少一种，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，添加量为溶液总体积的〇. 6~1. 2%，所述的流平剂 为聚醚改性聚硅氧烷溶液，添加量为溶液总体积的0. 3~1 %，所述的消泡剂为有机硅消泡 剂，添加量为溶液总体积的〇. 1~〇. 5%，所述的抗静电剂为酚醚磷酸酯、十八烷基二甲基 羟乙基铵硝酸盐中的一种，添加量为溶液总体积的0. 5~3%，所述的密着剂为特殊官能团 高分子化合物，所述的特殊官能团高分子化合物为活性基改性聚硅氧烷，改性氯化聚丙烯， 改性氯化聚烯烃或丙基三甲氧基硅烷，密着剂添加量为溶液总体积的1~2. 5% ;
[0021] 所述步骤（2)中的固化剂为环氧树脂固化剂、热固性丙烯酸树脂固化剂、聚酰胺 固化剂、聚醚胺固化剂、异氰酸酯固化剂中的一种或几种组合，固化剂添加量为溶液总体积 的5~15%。
[0022] 所述步骤（3)中的薄膜为聚酯薄膜、聚酰胺薄膜、聚丙烯薄膜、纤维素薄膜或聚乙 烯薄膜，薄膜厚度为50~150 μ m。
[0023] 所述步骤（3)中的表面改性处理包括电晕，表面涂底胶处理中的一种或几种方法 组合，电晕后薄膜表面张力达到45~55达因，表面涂底胶处理包括聚丙烯酸树脂涂底胶处 理、环氧树脂涂底胶处理、聚氨酯树脂涂底胶处理中的一种或几种组合。
[0024] 所述的步骤（4)中的涂布方法采用多次涂布方法，每次涂布厚度控制在1~3微 米，最终磨粒涂层的厚度达到10~50微米。
[0025] 所述的步骤（5)中的烘箱固化方法具体为：50~80°C区间，1~3°C /min升温； 80~110°C区间，2~4°C /min升温；110~130°C区间，0· 5~I°C /min缓慢升温；然后保 温2~4小时，最后3~6°C /min降温。
[0026] 本发明制作工艺特点在于将硅酸乙酯水解凝胶产生的二氧化硅结晶成纳米颗粒 过程中加入树脂胶溶液，混合均匀后，涂布在薄膜上形成抛光薄膜。涂布液中通过控制老化 时间可以控制二氧化硅晶体粒径，同时水解凝胶过程加入树脂胶，即在共溶体系中使前驱 物水解和缩聚，从而保证得到无机纳米粒子在有机聚合物中均匀分散。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明方法制备的纳米二氧化硅抛光片截面结构图；
[0028] 图2为实施例1在200倍显微镜下，抛光前后光纤头端面图；
[0029] 图3为实施例2在200倍显微镜下，抛光前后光纤头端面图；
[0030] 图4为实施例4在200倍显微镜下，抛光前后光纤头端面图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明制作的纳米二氧化硅抛光片截面结构图如图1所示，包括基材，底胶层，磨 粒涂布层，涂布液中通过控制老化时间可以控制二氧化硅晶体粒径，同时水解凝胶过程加 入树脂胶，即在共溶体系中使前驱物水解和缩聚，从而保证得到无机纳米粒子在有机聚合 物中均匀分散。
[0032] 实施例1
[0033] (1)在50°C水浴条件下，将硅酸乙酯（TEOS)滴加到溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌 7小时进行水解溶胶，混合液成分如下表所示；
[0034] 表1碱式水解法混合液成分
[0035]
[0036] (2)配制树脂胶溶液（成分如下表所示）加入到步骤⑴得到的溶液后搅拌并加 入I. Ig硅烷偶联剂（日本信越KBM-903)，0. 8g聚醚改性聚硅氧烷溶液（江西天晟QS302)， 0. 5g有机硅消泡剂（斯洛柯silok4013)，0. 16g十八烷基二甲基羟乙基铵硝酸盐（南通展 亿抗静电剂SN)，I. 9g特殊官能团高分子化合物密着剂（德国佳诺CN-801密着剂），继续 搅拌60分钟，倒入密封玻璃杯中，在25°C条件下自然陈化，直至达到涂覆粘度lOOcp，加入 12. 7g聚酰胺环氧固化剂（尚河SA- 115)固化剂继续搅拌120分钟；
[0037] 表2树脂胶溶液成分
[0038]
[0039] (3)薄膜选用75微米厚PET聚酯薄膜，对薄膜表面表面改性处理，先电晕处理，电 晕后薄膜表面张力达到50达因，再采用聚丙烯酸树脂（韩华水性丙烯酸乳液SX1420)涂底 胶处理，底胶涂层厚度为1 μ m，底涂后在50°C条件下烘焙10小时；
[0040] (4)将步骤（2)得到的涂覆溶液使用涂布机均匀地涂布在步骤（3)得到的薄膜表 面，采用多次涂布法，每次涂布厚度控制在1微米，经过10次涂布，最终磨粒涂层的厚度达 到10微米；
[0041] (5)得到的半成品在真空烘箱中进行烘焙，烘箱固化方法采用50~80°C区间，1~ 2°C /min 升温，80 ~110°C 区间，3 ~4°C /min 升温，110 ~130°C 区间，0· 5 ~1°C /min 缓 慢升温，然后保温4小时，最后3°C /min降温。
[0042] 制成的抛光片在中心加压式光纤头插芯端面研磨机上对光纤头插芯端面进行抛 光，抛光前已用D9、D3、Dl研磨片对光纤头插芯端面进行研磨，抛光参数如下表3所示。在 200倍显微镜下，抛光前光纤头端面如图2(a)所示，抛光后光纤头端面如图2(b)所示，从 图2(a)中可以看出抛光前光纤头插芯端面有细微划痕，而抛光后，从图2(b)中可以看出， 表面光滑，200倍显微镜下没有划痕。
[0043] 表3抛光片抛光工艺参数
[0044]
[0045] 实施例2
[0046] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，在20°C水浴条件下，将硅酸乙酯（TEOS) 滴加到溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌7小时进行水解溶胶。实验结果显示，较低的搅拌温度 (20°C )不利于TEOS的水解和缩聚反应，制成的抛光片在中心加压式光纤头插芯端面研磨 机上对光纤头插芯端面进行抛光，抛光参数如上表3,抛光前光纤头端面如图3(a)所示，抛 光后光纤头端面如图3(b)所示，从图3(a)中可以看出抛光前光纤头插芯端面有细微划痕， 而抛光后，从图3(b)中可以看出，细微划痕并没有有效去除。
[0047] 实施例3
[0048] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤（1)碱式水解法混合液中的氨水 (浓度22%)加入量为6g，由于PH值达到了 10,搅拌1~2小时混合液的粘度就达到lOOcp， 而此时混合液中的硅酸乙酯没有水解完全，二氧化硅含量低于20%，涂布后制成的抛光片 没法去除光纤头插芯端面划痕。
[0049] 实施例4
[0050] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤（1)碱式水解法混合液中的氨水 (浓度22% )加入量为lg，将硅酸乙酯（TEOS)滴加到溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌30小 时进行水解溶胶。随着水解时间增加到30小时，自然陈化时间达到了 48小时，制得的SiO2粒子的粒径逐渐增大，透射电镜下，SiO2粒子的平均粒径约为50nm。制成的抛光片对光纤 头插芯端面进行抛光，抛光参数如如上表3,抛光后光纤头端面同样没有划痕，抛光前光纤 头端面如图4(a)所示，抛光后光纤头端面如图4(b)所示。
[0051] 实施例5
[0052] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤（1)碱式水解法混合液中的氨水 (浓度22% )加入量为0· 5g，将硅酸乙酯（TEOS)滴加到溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌30小 时进行水解溶胶，在水解溶胶过程中，每隔1小时检测PH值，使pH值在7~8之间。水解 时间为30小时，自然陈化时间达到了 72小时，制得的SiO2S子的粒径通过透射电镜测得 为 80nm。
[0053] 实施例6
[0054] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤（1)碱式水解法混合液中不加甲酰 胺，制成的涂布液涂布后表面有裂纹产生，这是因为甲酰胺能减缓硅酸乙酯的水解速率， 提高缩聚速率，凝胶网络形成后提高凝胶强度。另外，甲酰胺增大了凝胶孔径尺寸，且尺寸 分布均匀，降低了凝胶干燥时的不均匀毛细管张力，从而有利于提高硅溶胶的成膜完好率。
【主权项】
1. 一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 在30~50°C水浴条件下，将硅酸乙酯加入溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌5~30小 时进行水解溶胶； (2) 配制树脂胶溶液加入到步骤⑴得到的溶液后搅拌并加入添加剂，继续搅拌30~ 90分钟，倒入密封玻璃杯中，在15~28°C条件下自然陈化，直至达到涂覆粘度50~150cp， 加入固化剂继续搅拌100~150分钟，得到涂覆溶液； (3) 对薄膜表面进行改性处理，底胶层的厚度为2~10微米； (4) 将步骤（2)得到的涂覆溶液使用涂布机均匀地涂布在步骤（3)得到的薄膜表面，磨 粒涂层的厚度为10~50微米；制备得到半成品； (5) 得到的半成品在真空烘箱中50~130°C固化6~20小时，裁剪后得到纳米二氧化 娃抛光片。2. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征 在于所述的步骤（1)中的水解方法为碱性水解或酸性水解，所述碱性水解时的溶剂包括乙 醇、异丙醇、水、氨水、四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺、KH-570硅烷偶联剂、甲酰胺，硅酸乙酯 与溶剂的质量比例为1~6:1 ;所述酸性水解时的溶剂包括乙醇、异丙醇、水、盐酸、四氢呋 P南、N，N-二甲基乙酰胺、KH-570硅烷偶联剂、甲酰胺，硅酸乙酯与溶剂的质量比例为1~ 6:1〇3. 如权利要求2所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于，所述酸性水解时，溶剂由如下质量份的组份组成：，所述正硅酸乙酯的用量为28份质量份； 所述碱性水解时，溶剂由如下质量份的组份组成：，所述正硅酸乙酯的用量为28份质量份。4. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述的步骤（2)中的树脂胶溶液的溶质包括水溶性丙烯酸树脂、水溶性环氧树脂和水溶 性聚氨酯树脂，水溶性丙烯酸树脂为树脂胶溶液总质量的30~50%，水溶性环氧树脂为树 脂胶溶液总质量的10~30%，水溶性聚氨酯树脂为树脂胶溶液总质量的20~40%，树脂 胶溶液与步骤（1)所得到的溶液的体积比例为1 :1~8。5. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述步骤（2)中的添加剂包括了偶联剂、流平剂、消泡剂、抗静电剂、密着剂的至少一种， 所述的偶联剂为硅烷偶联剂，添加量为溶液总体积的〇. 6~1. 2%，所述的流平剂为聚醚改 性聚硅氧烷溶液，添加量为溶液总体积的0. 3~1 %，所述的消泡剂为有机硅消泡剂，添加 量为溶液总体积的〇. 1~〇. 5%，所述的抗静电剂为酚醚磷酸酯、十八烷基二甲基羟乙基铵 硝酸盐中的一种，添加量为溶液总体积的〇. 5~3%，所述的密着剂为特殊官能团高分子化 合物，所述的特殊官能团高分子化合物为活性基改性聚硅氧烷，改性氯化聚丙烯，改性氯化 聚烯烃或丙基三甲氧基硅烷，密着剂添加量为溶液总体积的1~2. 5%。6. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述步骤（2)中的固化剂为环氧树脂固化剂、热固性丙烯酸树脂固化剂、聚酰胺固化剂、 聚醚胺固化剂、异氰酸酯固化剂中的一种或几种组合，固化剂添加量为溶液总体积的5~ 15%〇7. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征 在于所述步骤（3)中的薄膜为聚酯薄膜、聚酰胺薄膜、聚丙烯薄膜、纤维素薄膜或聚乙烯薄 膜，薄膜厚度为50~150 μ m。8. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述步骤（3)中的表面改性处理包括电晕，表面涂底胶处理中的一种或几种方法组合， 电晕后薄膜表面张力达到45~55达因，表面涂底胶处理包括聚丙烯酸树脂涂底胶处理、环 氧树脂涂底胶处理、聚氨酯树脂涂底胶处理中的一种或几种组合。9. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述的步骤（4)中的涂布方法采用多次涂布方法，每次涂布厚度控制在1~3微米，最终 磨粒涂层的厚度达到10~50微米。10. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征 在于所述的步骤（5)中的烘箱固化方法具体为：50~80°C区间，1~3°C /min升温；80~ 110°C区间，2~4°C /min升温；110~130°C区间，0. 5~I°C /min缓慢升温；然后保温2~ 4小时，最后3~6°C /min降温。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法。制备过程包括如下步骤：（1）将硅酸乙酯加入溶剂中水解凝胶；（2）配制树脂胶溶液加入到步骤（1）得到的溶液后搅拌并加入添加剂，继续搅拌30~90分钟，倒入密封容器中，在15~28°C条件下自然陈化，直至达到涂覆粘度，加入固化剂继续搅拌100~150分钟；（3）对薄膜表面进行表面改性处理；（4）将步骤（2）得到的涂覆溶液涂布在步骤（3）得到的薄膜表面；（5）得到的半成品在真空烘箱中80~130°C固化6~20小时，得到所述的纳米二氧化硅抛光片。该二氧化硅抛光片具有二氧化硅颗粒在抛光薄膜上固含量高，分布紧密均匀的特点，具有良好的抛光效果。
【IPC分类】C09D163/00, C09D133/00, C09D175/04, B24D18/00, C09D7/12
【公开号】CN104889898
【申请号】CN201510069423
【发明人】冯凯萍, 周兆忠
【申请人】衢州学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年2月10日
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密研磨抛光领域，涉及一种纳米二氧化硅抛光片，具体涉及一种纳 米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法。
【背景技术】
[0002] 光纤激光器作为一种新型固体激光器，具有散热特性好和光束质量高等优点，在 通信、加工、印刷及军事等高技术领域中具有取代二氧化碳激光器和二极管泵浦固体激光 器的趋势。其中，光纤端面的处理是光纤激光器系统的制造的关键。一方面，光纤端面的疵 点、划痕会使端面发生光散射，如果疵点、划痕出现在纤芯区域，将使得振荡激光无法产生， 一个直径几十纳米瑕疵点就将严重影响光信号的传输效率甚至中断数据信号的传输，因而 必须保证极高的光学质量；另一方面，光纤端面如果有细微的缺陷和杂质，光纤只能承受一 定功率的激光密度，超过其损伤阈值，则表面会发生烧伤、熔化或开裂等不可逆转的损伤， 缺陷的产生包括切割光纤时，应力集中所造成的亚表面破损、端面本身的粗糙不平及端面 研磨中造成的表面划痕等。因此，必须在最后一道加工工序当中去除光纤端面表面的瑕疵， 得到无损伤加工表面，经过处理的光纤端面，理想状态是一个光滑平面。但实际中，光纤端 面的加工往往不能达到理想状态，例如抛光不理想、有划痕、表面或边缘破碎损伤等等，都 将使端面情况复杂化。对于光纤与激光器中其它元件的耦合以及光纤之间的熔接来说，要 求光纤端部必须有光滑平整的表面，否则会增大损耗。这就要求先进的研磨抛光技术和研 磨抛光工具，耐高温，高质量的精密抛光材料一直是制约高精密研磨抛光技术发展的瓶颈。 近年来，薄膜基抛光材料作为一种高效、高精加工材料成为了研宄热点，其中PET薄膜作为 抛光薄膜的基体，具有耐热、耐磨、耐化学腐蚀、高温定型好等特点，在加工过程中，通过在 抛光薄膜下面垫橡胶垫，使抛光头始终保持与光纤表面的紧密接触，在准确定量去除加工 光纤表面材料的同时也保证了光纤表面的精度。同时PET薄膜价格低廉，在生产制作中省 去了用桨料处理基体这一过程，使得生产成本大为降低。
[0003] 传统PET抛光片的制作是将精选的微米或纳米级研磨微粉（金刚石、碳化硅、氧 化铝、氧化硅、氧化铈等）与高性能粘合剂均匀分散后，涂覆于高强度薄膜表面，然后经过 高精度裁剪工艺加工而成。公开号为CN 101733688 A的中国专利申请公开了水性精密抛 光膜及其制备方法和用途，将特定的磨料和水性粘结剂和溶剂充分混合，分散均匀，然后将 其涂布于基材表面，经过干燥固化后形成抛光膜。公开号为CN 1376726的中国专利申请公 开了一种抛光膜及其制备方法，将粉状或粒状的树脂溶于有机溶剂中，制成树脂胶，再将金 刚石和其他常用的磨料微粒与树脂胶混匀制成涂料涂布在塑料薄膜基带表面，经过干燥即 得到混合型金刚石抛光膜。这类抛光片涂层中的磨料与树脂胶粘剂混合在一起，只有表层 的磨料能起到研磨作用，当表层磨料磨钝以后，新磨粒无法暴露出来，产品的切削力会大大 下降，导致研磨寿命的下降。公开号为CN 102825561 A的中国专利申请公开了一种水性抛 光膜及其制备方法，涂层是以水性树脂为结合剂的硅溶胶涂层。公开号为CN 104128896A 的中国专利申请公开了一种纳米二氧化硅薄膜基抛光片及其制备方法，采用将纳米级二氧 化硅溶胶与特定胶黏剂混合均匀，涂布在薄膜表面。该两种方法采用现成硅溶胶，晶粒已经 形成，再与树脂结合剂混合，无法实现高分散混合。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶 凝胶法制作方法。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] 一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法包括如下步骤：
[0007] (1)在30~50°C水浴条件下，将硅酸乙酯加入溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌5~ 30小时进行水解溶胶；
[0008] (2)配制树脂胶溶液加入到步骤⑴得到的溶液后搅拌并加入添加剂，继续搅拌 30~90分钟，倒入密封玻璃杯中，在15~28°C条件下自然陈化，直至达到涂覆粘度50~ 150cp，加入固化剂继续搅拌100~150分钟，得到涂覆溶液；
[0009] (3)对薄膜表面进行改性处理，底胶层的厚度为2~10微米；
[0010] (4)将步骤（2)得到的涂覆溶液使用涂布机均匀地涂布在步骤（3)得到的薄膜表 面，磨粒涂层的厚度为10~50微米；制备得到半成品；
[0011] (5)得到的半成品在真空烘箱中50~130°C固化6~20小时，裁剪后得到纳米二 氧化娃抛光片。
[0012] 所述的步骤（1)中的水解方法为碱性水解或酸性水解，所述碱性水解时的溶剂包 括乙醇、异丙醇、水、氨水、四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺、KH-570硅烷偶联剂、甲酰胺，硅 酸乙酯与溶剂的质量比例为1~6:1 ;所述酸性水解时的溶剂包括乙醇、异丙醇、水、盐酸、 四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺、KH-570硅烷偶联剂、甲酰胺，硅酸乙酯与溶剂的质量比例为 1 ~6:1 〇
[0013] 所述酸性水解时，溶剂由如下质量份的组份组成：
[0014]
[0015] ，所述正硅酸乙酯的用量为28份质量份；
[0016] 所述碱性水解时，溶剂由如下质量份的组份组成：
[0017]
[0018] ，所述正硅酸乙酯的用量为28份质量份。
[0019] 所述的步骤（2)中的树脂胶溶液的溶质包括水溶性丙烯酸树脂、水溶性环氧树脂 和水溶性聚氨酯树脂，水溶性丙烯酸树脂为树脂胶溶液总质量的30~50%，水溶性环氧 树脂为树脂胶溶液总质量的10~30%，水溶性聚氨酯树脂为树脂胶溶液总质量的20~ 40%，树脂胶溶液与步骤（1)所得到的溶液的体积比例为1 :1~8。
[0020] 所述步骤（2)中的添加剂包括了偶联剂、流平剂、消泡剂、抗静电剂、密着剂的至 少一种，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，添加量为溶液总体积的〇. 6~1. 2%，所述的流平剂 为聚醚改性聚硅氧烷溶液，添加量为溶液总体积的0. 3~1 %，所述的消泡剂为有机硅消泡 剂，添加量为溶液总体积的〇. 1~〇. 5%，所述的抗静电剂为酚醚磷酸酯、十八烷基二甲基 羟乙基铵硝酸盐中的一种，添加量为溶液总体积的0. 5~3%，所述的密着剂为特殊官能团 高分子化合物，所述的特殊官能团高分子化合物为活性基改性聚硅氧烷，改性氯化聚丙烯， 改性氯化聚烯烃或丙基三甲氧基硅烷，密着剂添加量为溶液总体积的1~2. 5% ;
[0021] 所述步骤（2)中的固化剂为环氧树脂固化剂、热固性丙烯酸树脂固化剂、聚酰胺 固化剂、聚醚胺固化剂、异氰酸酯固化剂中的一种或几种组合，固化剂添加量为溶液总体积 的5~15%。
[0022] 所述步骤（3)中的薄膜为聚酯薄膜、聚酰胺薄膜、聚丙烯薄膜、纤维素薄膜或聚乙 烯薄膜，薄膜厚度为50~150 μ m。
[0023] 所述步骤（3)中的表面改性处理包括电晕，表面涂底胶处理中的一种或几种方法 组合，电晕后薄膜表面张力达到45~55达因，表面涂底胶处理包括聚丙烯酸树脂涂底胶处 理、环氧树脂涂底胶处理、聚氨酯树脂涂底胶处理中的一种或几种组合。
[0024] 所述的步骤（4)中的涂布方法采用多次涂布方法，每次涂布厚度控制在1~3微 米，最终磨粒涂层的厚度达到10~50微米。
[0025] 所述的步骤（5)中的烘箱固化方法具体为：50~80°C区间，1~3°C /min升温； 80~110°C区间，2~4°C /min升温；110~130°C区间，0· 5~I°C /min缓慢升温；然后保 温2~4小时，最后3~6°C /min降温。
[0026] 本发明制作工艺特点在于将硅酸乙酯水解凝胶产生的二氧化硅结晶成纳米颗粒 过程中加入树脂胶溶液，混合均匀后，涂布在薄膜上形成抛光薄膜。涂布液中通过控制老化 时间可以控制二氧化硅晶体粒径，同时水解凝胶过程加入树脂胶，即在共溶体系中使前驱 物水解和缩聚，从而保证得到无机纳米粒子在有机聚合物中均匀分散。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明方法制备的纳米二氧化硅抛光片截面结构图；
[0028] 图2为实施例1在200倍显微镜下，抛光前后光纤头端面图；
[0029] 图3为实施例2在200倍显微镜下，抛光前后光纤头端面图；
[0030] 图4为实施例4在200倍显微镜下，抛光前后光纤头端面图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明制作的纳米二氧化硅抛光片截面结构图如图1所示，包括基材，底胶层，磨 粒涂布层，涂布液中通过控制老化时间可以控制二氧化硅晶体粒径，同时水解凝胶过程加 入树脂胶，即在共溶体系中使前驱物水解和缩聚，从而保证得到无机纳米粒子在有机聚合 物中均匀分散。
[0032] 实施例1
[0033] (1)在50°C水浴条件下，将硅酸乙酯（TEOS)滴加到溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌 7小时进行水解溶胶，混合液成分如下表所示；
[0034] 表1碱式水解法混合液成分
[0035]
[0036] (2)配制树脂胶溶液（成分如下表所示）加入到步骤⑴得到的溶液后搅拌并加 入I. Ig硅烷偶联剂（日本信越KBM-903)，0. 8g聚醚改性聚硅氧烷溶液（江西天晟QS302)， 0. 5g有机硅消泡剂（斯洛柯silok4013)，0. 16g十八烷基二甲基羟乙基铵硝酸盐（南通展 亿抗静电剂SN)，I. 9g特殊官能团高分子化合物密着剂（德国佳诺CN-801密着剂），继续 搅拌60分钟，倒入密封玻璃杯中，在25°C条件下自然陈化，直至达到涂覆粘度lOOcp，加入 12. 7g聚酰胺环氧固化剂（尚河SA- 115)固化剂继续搅拌120分钟；
[0037] 表2树脂胶溶液成分
[0038]
[0039] (3)薄膜选用75微米厚PET聚酯薄膜，对薄膜表面表面改性处理，先电晕处理，电 晕后薄膜表面张力达到50达因，再采用聚丙烯酸树脂（韩华水性丙烯酸乳液SX1420)涂底 胶处理，底胶涂层厚度为1 μ m，底涂后在50°C条件下烘焙10小时；
[0040] (4)将步骤（2)得到的涂覆溶液使用涂布机均匀地涂布在步骤（3)得到的薄膜表 面，采用多次涂布法，每次涂布厚度控制在1微米，经过10次涂布，最终磨粒涂层的厚度达 到10微米；
[0041] (5)得到的半成品在真空烘箱中进行烘焙，烘箱固化方法采用50~80°C区间，1~ 2°C /min 升温，80 ~110°C 区间，3 ~4°C /min 升温，110 ~130°C 区间，0· 5 ~1°C /min 缓 慢升温，然后保温4小时，最后3°C /min降温。
[0042] 制成的抛光片在中心加压式光纤头插芯端面研磨机上对光纤头插芯端面进行抛 光，抛光前已用D9、D3、Dl研磨片对光纤头插芯端面进行研磨，抛光参数如下表3所示。在 200倍显微镜下，抛光前光纤头端面如图2(a)所示，抛光后光纤头端面如图2(b)所示，从 图2(a)中可以看出抛光前光纤头插芯端面有细微划痕，而抛光后，从图2(b)中可以看出， 表面光滑，200倍显微镜下没有划痕。
[0043] 表3抛光片抛光工艺参数
[0044]
[0045] 实施例2
[0046] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，在20°C水浴条件下，将硅酸乙酯（TEOS) 滴加到溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌7小时进行水解溶胶。实验结果显示，较低的搅拌温度 (20°C )不利于TEOS的水解和缩聚反应，制成的抛光片在中心加压式光纤头插芯端面研磨 机上对光纤头插芯端面进行抛光，抛光参数如上表3,抛光前光纤头端面如图3(a)所示，抛 光后光纤头端面如图3(b)所示，从图3(a)中可以看出抛光前光纤头插芯端面有细微划痕， 而抛光后，从图3(b)中可以看出，细微划痕并没有有效去除。
[0047] 实施例3
[0048] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤（1)碱式水解法混合液中的氨水 (浓度22%)加入量为6g，由于PH值达到了 10,搅拌1~2小时混合液的粘度就达到lOOcp， 而此时混合液中的硅酸乙酯没有水解完全，二氧化硅含量低于20%，涂布后制成的抛光片 没法去除光纤头插芯端面划痕。
[0049] 实施例4
[0050] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤（1)碱式水解法混合液中的氨水 (浓度22% )加入量为lg，将硅酸乙酯（TEOS)滴加到溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌30小 时进行水解溶胶。随着水解时间增加到30小时，自然陈化时间达到了 48小时，制得的SiO2粒子的粒径逐渐增大，透射电镜下，SiO2粒子的平均粒径约为50nm。制成的抛光片对光纤 头插芯端面进行抛光，抛光参数如如上表3,抛光后光纤头端面同样没有划痕，抛光前光纤 头端面如图4(a)所示，抛光后光纤头端面如图4(b)所示。
[0051] 实施例5
[0052] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤（1)碱式水解法混合液中的氨水 (浓度22% )加入量为0· 5g，将硅酸乙酯（TEOS)滴加到溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌30小 时进行水解溶胶，在水解溶胶过程中，每隔1小时检测PH值，使pH值在7~8之间。水解 时间为30小时，自然陈化时间达到了 72小时，制得的SiO2S子的粒径通过透射电镜测得 为 80nm。
[0053] 实施例6
[0054] 操作与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤（1)碱式水解法混合液中不加甲酰 胺，制成的涂布液涂布后表面有裂纹产生，这是因为甲酰胺能减缓硅酸乙酯的水解速率， 提高缩聚速率，凝胶网络形成后提高凝胶强度。另外，甲酰胺增大了凝胶孔径尺寸，且尺寸 分布均匀，降低了凝胶干燥时的不均匀毛细管张力，从而有利于提高硅溶胶的成膜完好率。
【主权项】
1. 一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 在30~50°C水浴条件下，将硅酸乙酯加入溶剂中，使用磁力搅拌器搅拌5~30小 时进行水解溶胶； (2) 配制树脂胶溶液加入到步骤⑴得到的溶液后搅拌并加入添加剂，继续搅拌30~ 90分钟，倒入密封玻璃杯中，在15~28°C条件下自然陈化，直至达到涂覆粘度50~150cp， 加入固化剂继续搅拌100~150分钟，得到涂覆溶液； (3) 对薄膜表面进行改性处理，底胶层的厚度为2~10微米； (4) 将步骤（2)得到的涂覆溶液使用涂布机均匀地涂布在步骤（3)得到的薄膜表面，磨 粒涂层的厚度为10~50微米；制备得到半成品； (5) 得到的半成品在真空烘箱中50~130°C固化6~20小时，裁剪后得到纳米二氧化 娃抛光片。2. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征 在于所述的步骤（1)中的水解方法为碱性水解或酸性水解，所述碱性水解时的溶剂包括乙 醇、异丙醇、水、氨水、四氢呋喃、N，N-二甲基乙酰胺、KH-570硅烷偶联剂、甲酰胺，硅酸乙酯 与溶剂的质量比例为1~6:1 ;所述酸性水解时的溶剂包括乙醇、异丙醇、水、盐酸、四氢呋 P南、N，N-二甲基乙酰胺、KH-570硅烷偶联剂、甲酰胺，硅酸乙酯与溶剂的质量比例为1~ 6:1〇3. 如权利要求2所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于，所述酸性水解时，溶剂由如下质量份的组份组成：，所述正硅酸乙酯的用量为28份质量份； 所述碱性水解时，溶剂由如下质量份的组份组成：，所述正硅酸乙酯的用量为28份质量份。4. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述的步骤（2)中的树脂胶溶液的溶质包括水溶性丙烯酸树脂、水溶性环氧树脂和水溶 性聚氨酯树脂，水溶性丙烯酸树脂为树脂胶溶液总质量的30~50%，水溶性环氧树脂为树 脂胶溶液总质量的10~30%，水溶性聚氨酯树脂为树脂胶溶液总质量的20~40%，树脂 胶溶液与步骤（1)所得到的溶液的体积比例为1 :1~8。5. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述步骤（2)中的添加剂包括了偶联剂、流平剂、消泡剂、抗静电剂、密着剂的至少一种， 所述的偶联剂为硅烷偶联剂，添加量为溶液总体积的〇. 6~1. 2%，所述的流平剂为聚醚改 性聚硅氧烷溶液，添加量为溶液总体积的0. 3~1 %，所述的消泡剂为有机硅消泡剂，添加 量为溶液总体积的〇. 1~〇. 5%，所述的抗静电剂为酚醚磷酸酯、十八烷基二甲基羟乙基铵 硝酸盐中的一种，添加量为溶液总体积的〇. 5~3%，所述的密着剂为特殊官能团高分子化 合物，所述的特殊官能团高分子化合物为活性基改性聚硅氧烷，改性氯化聚丙烯，改性氯化 聚烯烃或丙基三甲氧基硅烷，密着剂添加量为溶液总体积的1~2. 5%。6. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述步骤（2)中的固化剂为环氧树脂固化剂、热固性丙烯酸树脂固化剂、聚酰胺固化剂、 聚醚胺固化剂、异氰酸酯固化剂中的一种或几种组合，固化剂添加量为溶液总体积的5~ 15%〇7. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征 在于所述步骤（3)中的薄膜为聚酯薄膜、聚酰胺薄膜、聚丙烯薄膜、纤维素薄膜或聚乙烯薄 膜，薄膜厚度为50~150 μ m。8. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述步骤（3)中的表面改性处理包括电晕，表面涂底胶处理中的一种或几种方法组合， 电晕后薄膜表面张力达到45~55达因，表面涂底胶处理包括聚丙烯酸树脂涂底胶处理、环 氧树脂涂底胶处理、聚氨酯树脂涂底胶处理中的一种或几种组合。9. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征在 于所述的步骤（4)中的涂布方法采用多次涂布方法，每次涂布厚度控制在1~3微米，最终 磨粒涂层的厚度达到10~50微米。10. 如权利要求1所述的一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法，其特征 在于所述的步骤（5)中的烘箱固化方法具体为：50~80°C区间，1~3°C /min升温；80~ 110°C区间，2~4°C /min升温；110~130°C区间，0. 5~I°C /min缓慢升温；然后保温2~ 4小时，最后3~6°C /min降温。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米二氧化硅抛光片水解溶胶凝胶法制作方法。制备过程包括如下步骤：（1）将硅酸乙酯加入溶剂中水解凝胶；（2）配制树脂胶溶液加入到步骤（1）得到的溶液后搅拌并加入添加剂，继续搅拌30~90分钟，倒入密封容器中，在15~28°C条件下自然陈化，直至达到涂覆粘度，加入固化剂继续搅拌100~150分钟；（3）对薄膜表面进行表面改性处理；（4）将步骤（2）得到的涂覆溶液涂布在步骤（3）得到的薄膜表面；（5）得到的半成品在真空烘箱中80~130°C固化6~20小时，得到所述的纳米二氧化硅抛光片。该二氧化硅抛光片具有二氧化硅颗粒在抛光薄膜上固含量高，分布紧密均匀的特点，具有良好的抛光效果。
【IPC分类】C09D163/00, C09D133/00, C09D175/04, B24D18/00, C09D7/12
【公开号】CN104889898
【申请号】CN201510069423
【发明人】冯凯萍, 周兆忠
【申请人】衢州学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年2月10日
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