CN101796116A - 用于磨料产品的羟甲基三聚氰胺 - Google Patents

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Abstract

一种磨料产品包括多个磨料颗粒以及由一种树脂组合物固化的一种树脂粘结剂，该树脂组合物包含羟甲基三聚氰胺的一个水性分散体，该羟甲基三聚氰胺具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的一个三聚氰胺比甲醛的摩尔当量比，其中该水性分散体具有在大约8和大约10之间的范围内的一个pH。该组合物还包括一种基于甲醛的树脂，诸如一种脲甲醛树脂或苯酚甲醛树脂。该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与该羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。

Description

用于磨料产品的羟甲基三聚氰胺
相关申请
本申请根据35 U.S.C.§119或365要求对于在2007年9月21日提交的美国临时申请号60/994,830的优先权。以上申请的全部传授内容通过引用结合在此。
发明背景
甲醛是基于脲甲醛和苯酚甲醛的树脂系统的一种常见副产物。游离甲醛在此类树脂系统的加工过程中在形成粘结的、涂覆的和非纺织的磨料产品过程中通常会释放出，并且它通常代表一种潜在的健康危害。
已经采用了一些类型的清除剂来减小游离甲醛从脲甲醛和苯酚甲醛树脂中的释放。在已知的清除剂之中，最常见的是聚丙烯酰胺和脲。然而，如典型地使用的，这些清除剂的每一种都会造成使用它们的磨料产品中的性能特征上的显著减弱。
因此，存在着对脲甲醛和苯酚甲醛树脂的一种需要：它将游离甲醛的释放最小化或消除而在掺入它们的产品中的性能特征上没有实质的减弱。
发明简要说明
本发明总体上是针对磨料产品以及为形成磨料产品所使用的可固化树脂、针对使用具有低的游离甲醛的基于甲醛的树脂粘结剂来形成磨料产品的方法、并且针对使用了采用具有低游离甲醛的基于甲醛的树脂粘结剂的磨料产品对一个工件进行研磨的方法。
在一个实施方案中，本发明是针对一种包含多个磨料颗粒以及由一种树脂组合物固化而来的树脂粘结剂的磨料产品，该树脂组合物包括一种羟甲基三聚氰胺的水性分散体，该水性分散体具有在大约8和大约10之间的范围内的pH、并且具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛的摩尔当量比。该树脂组合物还包括一种基于甲醛的树脂，诸如脲-或苯酚-甲醛树脂，其中羟甲基三聚氰胺包含在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。
在另一个实施方案中，本发明是针对包括羟甲基三聚氰胺的水性分散体的一种可固化树脂组合物，该水性分散体具有在大约8和大约10之间的范围内的pH、并且具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛的摩尔当量比。这种可固化树脂组合物还包括一种基于甲醛的树脂，其中该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。
本发明还包括制备一种包含羟甲基三聚氰胺水性分散体的可固化树脂组合物的方法，该水性分散体具有在大约8和大约10之间的范围内的pH、并且具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛的摩尔当量比。该方法包括将羟甲基三聚氰胺的水性分散体与一种基于甲醛的树脂进行混合，其中该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。
本发明的另一个实施方案是针对制备一种磨料产品的方法，包括使多个磨料颗粒与一种可固化树脂相接触。该可固化树脂包含一种羟甲基三聚氰胺的水性分散体，该水性分散体具有在大约8和大约10之间的范围内的pH、并且具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛摩尔当量比。这种可固化树脂组合物还包含一种基于甲醛的树脂，其中该羟甲基三聚氰胺包括在该基于该甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。然后将这种可固化组合物固化以生产这种磨料产品。
在又一个实施方案中，本发明是针对对一个工件表面进行研磨的方法，该方法包括在研磨运动中将一种磨料产品施用在一个工件表面，以除去该工件表面的一部分。该磨料产品包括多个磨料颗粒、以及一种树脂粘结剂。该树脂粘结剂是由一种包含羟甲基三聚氰胺水性分散体的树脂组物合固化而来的，该水性分散体具有在大约8和大约10之间的范围内的pH、并且具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛的摩尔当量比。该树脂组合物还包含一种基于甲醛的树脂，其中羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。
本发明具有许多优点。例如，使用一种树脂组合物可以显著地减小在该树脂组合物的加工过程中被释放可得的游离甲醛的量，该树脂组合物包含一种基于甲醛的树脂以及以上所描述的羟甲基三聚氰胺。另外，游离甲醛的减小可以在通过将该树脂组合物固化而得到的基于甲醛的树脂(诸如脲甲醛树脂和苯酚甲醛树脂)中发生。此外，游离甲醛的减小可以发生而并不伴随掺有一种从该树脂组合物固化的树脂粘结剂的磨料产品性能的显著减弱。
附图简要说明
图1是本发明的一种涂覆的磨料产品的一个实施方案的截面图的示意性图示。
图2是本发明的一种涂覆的磨料产品的另一个实施方案的截面图的示意性图示。
发明详细说明
上述内容从以下对本发明的实例性实施方案的更具体说明中将会更清楚。
本发明使用了一种羟甲基三聚氰胺的水性分散体，该水性分散体具有在大约8和大约10之间的范围内的pH(例如，在大约8.5和大约10之间的一个pH)、并且具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛的摩尔当量比。具有改善的水解和热性能的羟甲基三聚氰胺是相对稳定的。在本领域中已知的常规的三聚氰胺-甲醛树脂总的来说是用三聚氰胺和甲醛通过一个两阶段的反应，即，羟甲基(-CH2-OH)基团的形成、以及这些羟甲基基团的缩合反应(或聚合反应)而制备的。典型地，一个三聚氰胺单元的多个羟甲基基团与多个胺(-NH2)基团或与另一个三聚氰胺单元的多个羟甲基基团的缩合反应在一种酸性的或中性的条件下并且在一种催化剂的存在下发生。一个三聚氰胺单元的多个羟甲基基团和另一个三聚氰胺单元的多个胺基团之间的缩合反应形成了连接两个不同的三聚氰胺单元的多个亚甲基桥(-CH2-)。一个三聚氰胺单元的多个羟甲基基团和另一个三聚氰胺单元的多个羟甲基基团之间的缩合反应形成了连接两个不同的三聚氰胺单元的多个二亚甲基醚桥(-CH2-O-CH2-)。不像这些常规的三聚氰胺甲醛树脂，本发明中所使用的羟甲基三聚氰胺是通过将三聚氰胺和甲醛在一种碱性条件下(例如pH为8.5至10)而不使用任何催化剂、或在常规的三聚氰胺甲醛树脂的缩合反应中所使用的一种酸性或中性的条件下进行混合而制备的。然后将由三聚氰胺和甲醛之间的反应而生成的羟甲基三聚氰胺保持在具有大约8和大约10之间的pH的一种碱性的水性介质中用于后面的使用，例如，制备包含一种基于甲醛的树脂以及羟甲基三聚氰胺的一种树脂组合物。不受限于任何具体的理论，这种碱性介质会阻止典型地发生在常规的三聚氰胺甲醛树脂中的过度缩合反应。同样，不受限于任何具体理论，相信的是，在本发明所采用的羟甲基三聚氰胺中，未经历缩合反应的羟甲基基团因此对于清除基于甲醛的树脂(诸如脲甲醛和苯酚甲醛树脂)中的游离甲醛是可得的。
在一个实施方案中，羟甲基三聚氰胺水性分散体在用来制备羟甲基三聚氰胺分散体的三聚氰胺和甲醛的总重量的基础上，包括至少10wt％游离的羟甲基三聚氰胺和低缩合的羟甲基三聚氰胺。“游离的”羟甲基三聚氰胺是指未连接到另一个三聚氰胺甲醛产物上的一个三聚氰胺甲醛产物。游离的羟甲基三聚氰胺包括以下结构式所代表的化合物：
Figure GPA00001045625800041
其中每个Q独立地是-NH2、-NH-CH2OH或-N(CH2OH)2并且这三个Q中的至少一个是-NH-CH2OH亦或-N(CH2OH)2。“低缩合的”羟甲基三聚氰胺是指具有有限数目的通过亚甲基桥或二亚甲基醚桥连接在一起的三聚氰胺单元的一种三聚氰胺甲醛产物，其中该有限数目是小于50。在一个优选的实施方案中，羟甲基三聚氰胺水性分散体在用来制备该羟甲基三聚氰胺分散体的三聚氰胺和甲醛的总重量的基础上，具有至少约20wt％、更优选至少约35wt％、甚至更优选至少约50wt％的游离的并且低缩合的羟甲基三聚氰胺。
在本发明中所使用的羟甲基三聚氰胺的水性分散体是通过将甲醛的一种水溶液、与处于一种水性介质中的三聚氰胺在一个合适的反应器、诸如一个装配有一个搅拌器和一个冷凝器的反应器中进行混合而制备的。该混合物的三聚氰胺比甲醛的摩尔比是在大约1∶1至1∶3.2之间的范围内。这种甲醛的水溶液已经例如通过加入NaOH调节到大约8和大约10之间的pH，并且包含基于该甲醛溶液的总重量的等于或小于约6wt％的甲醇。三聚氰胺的水性介质具有在约7.5至约10之间的pH，优选具有在约8.5至约10之间的pH，更优选具有在约9至约10之间的pH，并且甚至更优选是pH约为9。
典型地，任何合适的可商购的三聚氰胺和甲醛可以用于本发明中。例如，可以使用商业级的三聚氰胺和甲醛。在一个实施方案中，甲醛水溶液是福尔马林，并且包含按重量计约37.5％的甲醛。在一个优选的实施方案中，向该甲醛溶液中加入甲醇来使甲醛稳定并避免多聚甲醛的形成。在一个特别优选的实施方案中，该水溶液中的甲醇量值是在约1wt.％至约10wt.％甲醇的范围内，例如，为大约6wt.％、或大约3wt.％的甲醇。
三聚氰胺和甲醛的混合物的pH通过加入任何适合的碱性溶液，诸如NaOH的一个溶液(例如，2N NaOH溶液)而被调节至具有约8至约10之间的pH。优选地，将三聚氰胺和甲醛的混合物的pH调节至具有约8.5至约10之间的pH，诸如在大约8.5和大约9.5之间或在大约9和大约10之间。
在一个具体的实施方案中，然后将该反应混合物加热至一个合适的温度，持续一段足以使得三聚氰胺溶解掉所有或一个实质部分的所加入的三聚氰胺的时间。在一个更具体的实施方案中，将该反应混合物在范围在大约85℃和大约95℃之间的温度下保持一段时间，例如，大约三小时和大约10小时之间(例如，大约4小时和大约7小时之间，或大约4.5小时和大约6.75小时之间)。在另一个具体的实施方案中，将该反应化合物在约90℃的温度下保持一段时间(例如大约6小时45分钟)，以溶解掉所加入的三聚氰胺的所有或一个实质的部分。优选地，在反应之前调节pH过程中，总的来说将该反应混合物的温度保持在范围是1℃的温度下。
该羟甲基三聚氰胺具有在约1∶1至1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛的摩尔比，诸如约1∶1.6、约1∶1.7或约1∶2。在一个具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺的三聚氰胺比甲醛摩尔比是在大约1∶1和大约1∶2之间、更具体在大约1∶1.5和大约1∶2之间的范围内。
该羟甲基三聚氰胺分散体的pH是在大约8和大约10之间的范围内。优选地，该pH是在约8.0至约9之间的范围内。更优选地，该pH是在大约8.2和大约8.8之间的范围内。甚至更优选地，该pH是大约8.5。
优选地，基于该羟甲基三聚氰胺分散体的总重量，该羟甲基三聚氰胺分散体的固体含量是小于约65wt％。更优选地，该固体含量是在大约30wt％和大约65wt％之间的范围内。甚至更优选地，该固体含量是在大约45wt％和大约65wt％之间、或大约50wt％和大约60wt％之间的范围内，诸如大约59wt％。
该羟甲基三聚氰胺水性分散体的粘度可以根据该分散体的具体用途进行调整。优选地，该羟甲基三聚氰胺水性分散体具有在约25℃下为大约50cps和大约800cps之间的粘度。更优选地，该粘度是在约25℃下为大约100cps和大约500cps之间的范围内，诸如大约300cps。
在一个具体的实施方案中，本发明中所采用的羟甲基三聚氰胺分散体具有大约300cps的粘度、按重量计大约59％的固体含量、以及大约8.5的pH。
本发明的可固化树脂组合物包含以上描述的羟甲基三聚氰胺的水性分散体以及一种基于甲醛的树脂。该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。该羟甲基三聚氰胺的含量对应于用于制备该羟甲基三聚氰胺水性分散体的三聚氰胺和甲醛按重量计的总量。在一个具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约5wt％和大约30wt％之间。在另一个具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约5wt％和大约20wt％之间。在又一个具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约8wt％和大约13wt％之间。该羟甲基三聚氰胺分散体的特征(包括优选特征)如上所描述。
在本发明的可固化树脂组合物的一个实施方案中，该树脂组合物包含羟甲基三聚氰胺的一个水性分散体，该水性分散体具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间、优选在大约1∶1和大约1∶2之间的三聚氰胺比甲醛摩尔当量比，其中该水性分散体具有在大约8.2和大约9之间的范围内的pH。在一个具体的实施方案中，该树脂组合物包含一种基于甲醛的树脂，其中该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间(例如，大约10wt％和大约50wt％之间或大约10wt％和大约30wt％之间，优选大约5wt％和大约20wt％之间、大约5wt％和大约10wt％之间、或大约8wt％和大约13wt％之间)。在一个更具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有在45wt％和大约65wt％之间的范围内的固体含量、以及在大约25℃下大约100cps和大约500cps的粘度。在另一个具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺水性分散体具有在45wt％和大约65wt％之间的范围内的固体含量、以及在大约25℃下大约250cps和大约350cps的粘度。
在本发明的可固化树脂组合物的另一个实施方案中，该树脂组合物包含羟甲基三聚氰胺的一个水性分散体，该水性分散体具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间、优选在大约1∶1和大约1∶2之间的三聚氰胺比甲醛摩尔当量比，其中该水性分散体具有在大约8.2和大约8.8之间的范围内的pH，诸如8.5。在一个具体的实施方案中，该树脂组合物包含一种基于甲醛的树脂，其中羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的-大约1wt％和大约50wt％之间、优选在大约5wt％和大约20wt％之间或在大约5wt％和大约10wt％之间。在一个更具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有在45wt％和大约65wt％之间的范围内的固体含量、以及在大约25℃下大约100cps和大约500cps的粘度。在另一个具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有在45wt％和大约65wt％之间的范围内的固体含量、以及在大约25℃下大约250cps和大约350cps的粘度。
在本发明的可固化树脂组合物的又一个实施方案中，该树脂组合物包含一种羟甲基三聚氰胺水性分散体，该水性分散体具有在大约25℃下大约250cps和大约350cps之间的粘度、在45wt％和大约65wt％之间的范围内的固体含量、以及在大约8.2和大约8.8之间的pH。在一个具体的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约10wt％和大约20wt％之间。在另一个特别的实施方案中，该羟甲基三聚氰胺分散体的pH为大约8.5。在这些实施方案中，三聚氰胺比甲醛摩尔当量比优选是在大约1∶1.5和大约1∶2之间。在这些实施方案中，该固体含量优选是大约59wt％。
如在此使用的，一种“基于甲醛的树脂”是指由甲醛与任何合适的逆反应物的聚合反应而产生的一种树脂产物。合适的逆反应物的实例包括具有至少一个选自-OH、-SH以及-NH2所构成的组的官能团的有机分子。具体的实例包括具有至少一个-OH基团的酚化合物、以及脲。在一个优选的实施方案中，这种基于甲醛的树脂是一种苯酚甲醛树脂或一种脲甲醛树脂。任何合适的可商购的苯酚甲醛树脂以及脲甲醛树脂可以用于本发明中。
如在此使用的，一种未固化的或未交联的“树脂”是一种用于固化或交联的组合物，包含一种或多种选自单基聚物、低聚物、以及聚合物的组分，并且可任选包含其他添加剂类，诸如着色剂类、稳定剂类、增塑剂类、填充剂类、溶剂类、抗填充剂(antiloading agent)，或类似物。总的来说，一种树脂包含通过固化而变硬的部分聚合的组分的混合物，这典型地是一个交联反应的结果。未固化或未交联的树脂可以通过用光、电子束辐射、酸、碱、热、它们的组合的引发而被固化。
本发明的可固化的树脂组合物可以用作在磨料产品中所使用的一种树脂粘结剂，这些磨料产品是诸如粘合的磨料产品(例如，磨轮、磨盘和珩磨石(horns))以及涂覆的磨轮产品(例如，研磨膜和研磨纸)。在一个实施方案中，本发明的磨料产品包含多个磨料颗粒以及一种从以上描述的树脂组合物固化的树脂粘结剂。该树脂组合物可以与多个磨料颗粒共混，或在替代方案中，施用在磨料颗粒上并然后被固化以在一个基底层和一种磨料产品的多个磨料颗粒上形成一个构成涂层(make coat)或一个胶料涂层。在施用该树脂组合物之后，或者作为一种粘结物、一个构成涂层或一个胶料涂层，该树脂组合物在本领域中已知的任何合适的条件下被固化。
在本发明的磨料产品的一个实施方案中，本发明的磨料产品是一种涂覆的磨料产品，它包括一个基底层、多个磨料颗粒、以及将该多个磨料颗粒粘附到该基底层上的一个树脂涂层。该树脂涂层从如上所描述的一种树脂组合物进行固化。对于可固化的树脂组合物，该树脂组合物的特征(包括优选特征)是如上所描述。在另一个实施方案中，本发明的磨料产品是一种粘结的磨料产品，它包含多个磨料粉末以及一种从如上所述的树脂组合物固化的一种树脂粘结剂。在这种粘结的磨料产品中，磨料粉末典型地是与树脂粘结剂粘结在一起的。
在本发明的磨料产品的一个具体的实施方案中，固化的树脂粘结剂具有低于约300μg/m3每小时的甲醛释放量，如按照ASTM(美国试验与材料协会)5116-97，″小尺度环境箱测定室内材料和产品中有机释放的标准指南(Standard Guide for Small-Scale Environmental Chamber Determinations ofOrganic Emissions for Indoor Materials/Products)″的规定通过标准气候实验室测试步骤(例如，″使用小尺度环境箱对不同来源的挥发性有机释放物进行测试的标准惯例(Standard Practice for the Testing of Volatile OrganicEmissions from Various Sources Using Small-Scale Environmental Chambers)″：dhs.ca.gov/ps/deodc/ehlb/iaq/VOCS/Section_01350_reface.htm)所测定的。
本发明的涂覆的磨料产品总体上包括一个基片(即，基底层)、一种磨料颗粒以及将该研磨材料保持在该基片上的至少一种粘结剂。如在此使用的，术语“涂覆的磨料产品”包括一种非纺织的磨料产品。该研磨材料，诸如磨料粒料、颗粒或它们的团块，可以存在于涂覆的磨料工具的一个层中(例如，树脂-磨料层)或两个层中(例如，构成涂层以及胶料涂层)中。图1和2示出了本发明的磨料产品10和30。参见图1，在涂覆的磨料产品10中，基片12用任选的背胶料涂层(backsize coat)16和任选的预胶料涂层(presize coat)18处理。叠放在任选的预胶料涂层18上的是构成涂层20，在其上施用了研磨材料14，诸如磨料粒料或颗粒。胶料涂层22任选施用在构成涂层20和磨料颗粒14之上。叠放在胶料涂层22上的是任选的超级胶料涂层24。取决于它们的具体应用，涂覆的磨料产品10可包含或不可包含背胶料涂层16和/或预胶料涂层18。并且，取决于它们的具体应用，涂覆的磨料产品10可包含或不可包含胶料涂层22和/或超级胶料涂层24。图2中所示的是涂覆的磨料产品30，它包含一种研磨材料以及一种或多种粘合剂的一个单层(粘结剂-磨料层32)以及任选地背胶料涂层16。如图1中所示，预胶料涂层18、胶料涂层22和超级胶料涂层24可任选地包含在涂覆的研磨工具30中。
在一些实施方案中，本发明的可固化树脂组合物被用于形成至少一个选自下组的层，该组的构成为：粘结剂-磨料层32、背胶料涂层16、预胶料涂层18、构成涂层20、胶料涂层22以及超级胶料涂层24。在一个具体的实施方案中，本发明的可固化树脂组合物被用于形成至少一个选自下组的粘合层，该组的构成为：预胶料涂层18、构成涂层20以及胶料涂层22。在一个优选的实施方案中，本发明的可固化树脂组合物被用来形成一种粘结剂，该粘结剂用于将磨料颗粒14粘附在基片12上，例如，用于形成粘结剂-磨料层32或涂层20(构成涂层)和22(胶料涂层)中的至少一个涂层。在一个确切地优选的实施方案中，本发明的一种可固化树脂组合物被用来形成一种用于粘结剂-磨料层32的粘结剂。在这些实施方案中，磨料颗粒14可以单独地通过重力、静电沉积或以气流被施用、或作为浆料与该可固化树脂组合物一起被施用。
基片12可以用一种树脂-磨料浆料或一种不含磨料颗粒的树脂粘结剂来浸渍，这取决于如以上描述的最终的涂覆的研磨工具所要求的侵入性能(aggressiveness)。在本发明中有用的基片12可以是刚性的，但普遍地是柔性的。基片12可以是纸、布、膜、纤维、聚合材料、非纺织材料、固化的橡胶或纤维，等等，或者是这些材料中的一种或多种的一个组合，或者是它们经过处理的形式。对该基片材料的选择总体上取决于有待形成的这种涂覆的磨料产品的所打算的应用。在一个优选的实施方案中，基片12是一种非纺织材料。如在此使用时，“非纺织的”是指以机械、化学或物理或它们的任何组合的方式保持在一起的随机的或定向的纤维的网。非纺织材料的实例包括形成为一种非纺织的网的纤维，这种非纺织的网提供一个三维整合的网络结构。任何已知的在非纺织的研磨工具中有用的纤维均可在本发明中使用。这类纤维总体上是由不同的聚合物形成的，这些聚合物包括聚酰胺类、聚酯类、聚丙烯类、聚乙烯类以及它们的不同共聚物。棉、毛、防暴纤维(blast fibers)以及不同的动物毛也可用于形成非纺织的纤维。在一些应用中，非纺织的基片可包括松散纤维的一种集合，将磨料颗粒14加入其中以提供具有遍布的磨料颗粒14的一种磨料网。
取决于本发明的可固化树脂组合物被用于哪个或哪些粘合层，在将如上所描述的一种可固化树脂组合物施用在基片上之前、之后或与此同时，将磨料颗粒14施用在该基片之上。可以将磨料颗粒14通过喷射(通过重力、静电沉积或气流)或用该可固化树脂组合物进行涂覆来施用在基片12之上。在一个具体的实施方案中，将磨料颗粒14与该可固化树脂组合物同时施用在基片12之上。在该实施方案的一个实例中，如图2所示，将该可固化树脂组合物与研磨材料混合在一起以形成一种粘结剂-磨料组合物浆料，并将该浆料施用在基片12之上以形成单独的粘结剂-磨料组合物层32。在另一个具体的实施方案中，将磨料颗粒14施用在用该可固化树脂组合物涂覆过的一种基片之上。在该实施方案的一个实例中，将该可固化树脂组合物用于形成背胶料、预胶料以及构成涂层中的至少一个。在又一个实施方法中，在该可固化树脂组合物施用到基片12上之前施用磨料颗粒14。在该实施方案的一个实例中，该可固化树脂组合物是用于形成胶料以及超级胶料涂层中的至少一个。
在本发明中有用的磨粒材料14可以是在涂覆的研磨工具的形成中所利用的任何常规的磨粒材料。适合用于本发明的磨粒材料的实例包括金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、燧石、石英、沙岩、玉髓、燧石、石英岩、硅石、长石、浮石和滑石、碳化硼、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、热处理的氧化铝、氧化铝氧化锆、玻璃、碳化硅、氧化铁类、碳化钽、氧化铈、氧化锡、碳化钛、合成金刚石、二氧化锰、氧化锆以及氮化硅。这些研磨材料可以定向地或可以无定向地(即，随机地)被施用在该基片上，这取决于这些涂覆的研磨工具的特别的所希望的特性。在选择一种适当的研磨材料时，总的来说要考虑以下特征，诸如尺寸、硬度、与工件的相容性以及热传导性。在本发明中有用的磨粒材料典型地具有范围从大约0.1微米和大约1,500微米，诸如从大约10微米和大约1000微米的粒度。
涂覆的研磨工具10和30的一个或多个粘合层可以通过本领域中普遍已知的任何合适的方法来制备。在一个实施方案中，将任选的背胶料涂层16和任选的预胶料涂层18(不含磨料颗粒14)涂覆在基片12上并通过暴露于热量下而进行固化以对基片12给予足够的强度用于进一步的处理。然后，将构成涂层20施用在基片12上以保证磨料颗粒14遍布基片12，并且当该涂层仍是粘性时，将磨料颗粒14施用在构成涂层20之上。随后将该构成涂层固化以将磨料颗粒14保持在原位。此后，将胶料涂层22施用在基片12之上，并然后固化。胶料涂层22的主要作用总体上是将磨料颗粒14固定在原位并允许它们摩擦工件而并不在它们的研磨力耗尽之前从该涂覆的磨料结构中脱离出来。在另一个实施方案中，将磨料颗粒14以及上面所描述的一种树脂粘结剂组合物的一种浆料施用在基片12之上，任选地在基片12上的预胶料涂层18上，并然后固化。
在一些情况下，将超级胶料涂层24放置在胶料涂层22之上。超级胶料涂层24可以带或不带一种粘结剂(如上所描述)而放置。总的来说，超级胶料涂层24的作用是在涂覆的研磨材料14的表面上放置一种添加剂，该添加剂提供特别的特征，如增强的研磨能力、表面润滑作用、抗静电特性或抗填充特性。合适的研磨助剂的实例包括KBF4和碳酸钙。适合于超级胶料涂层24的润滑剂的实例包括硬脂酸锂。合适的抗静电剂的实例包括碱金属磺酸盐类、叔胺类，以及类似物。合适的抗填充剂的实例包括脂肪酸的金属盐类，例如，硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸锂，十二烷基硫酸钠以及类似物。阴离子有机表面活性剂还可以用有效的抗填充剂。这类阴离子表面活性剂以及包含这样一种阴离子表面活性剂的抗填充组合物的多种实例描述在美国专利申请公开号2005/0085167A1中，其全部传授内容通过引用结合在此。合适的抗填充剂的其他实例包括无机的抗填充剂类，如金属硅酸盐类、硅石类、金属碳酸盐类、金属硫酸盐类。这类无机抗填充剂的实例可在WO 02/062531中找到，其全部传授内容通过引用结合在此。
在一些具体的实施方案中，本发明的涂覆的磨料产品包括一种非纺织的基片，诸如用一种在本领域中所熟知的气流成网法制造的一种非纺织的基片。该非纺织的基片用一种以上所描述的涂覆组合物、以及一种研磨材料(诸如精细的磨料颗粒)浸渍。将该未固化的、浸渍的非纺织基片螺旋形地缠绕以形成一个圆木状。可替代地，将该未固化的浸渍的非纺织基片切割成片并且将这些片堆叠在两个金属板之间以形成一个平板。然后将该圆木状或平板加热以形成非纺织的研磨工具。任选地，将固化的圆木状或平板转化为通常用于金属或木材工业中的抛光、清理毛刺、或最终处理应用的一种最终形状。
本发明的可固化树脂组合物可任选地进一步包括一种或多种添加剂类，诸如填充剂类、偶联剂类、纤维类、润滑剂类、表面活性剂类、颜料类、染料类、湿润剂类、研磨助剂类、抗填充剂类、防静电剂类以及助悬剂类。包含在该树脂组合物中的具体的一种或多种添加剂可以进行选择，这取决于该树脂组合物是用于哪个或那些粘合层(例如，图1和2中的涂层16、18、20、22、24和32)。例如，超级胶料涂层24可以包括一种或多种抗填充剂。在胶料涂层22和/或构成涂层20中可以包含一种或多种研磨助剂。对这些材料的量的选择取决于要获得的所希望的性质。
本发明的磨料产品总体上可以采用片、盘、带、条、以及类似物的形式，它们可进一步被调整以适合于装在滑轮、车轮、或鼓轮上。本发明的涂覆的磨料产品可用于对例如钢和其他金属、木材、像木质的层压板、塑料、玻璃纤维、皮革或陶器的不同表面进行砂磨、研磨或抛光。在一个实施方案中，本发明的磨料产品是通过在研磨运动中施用该磨料产品用于研磨工件的表面，以除去该工件表面的一部分。
举例
实例1：液体羟甲基三聚氰胺(LMM)水性分散体的制备
羟甲基三聚氰胺是通过一种分批的方法在一个装配有一个搅拌器以及一个冷凝器的三颈圆底烧瓶(反应釜)中制备的。将指定量值的三聚氰胺和甲醛以所希望的比例装入该烧瓶中。
按如下方法制备了具有1∶1.6的三聚氰胺比甲醛摩尔比的LMM水性分散体：
使用商业级的三聚氰胺和甲醛。使用37.5％的甲醛水溶液。该甲醛溶液包含约4-6wt％的甲醇。使用2N的NaOH溶液将该甲醛溶液调节至具有大约9的pH。将大约750g三聚氰胺、以及761.9g在37.5％的甲醛溶液中的甲醛加入该反应釜中。将112.6mL的pH为11(使用2N的NaOH调节)的水也加入到该反应釜中以使反应混合物处于一种高度碱性的介质中。使用水浴来控制该反应混合物的温度。通过观察反应釜的温度将水浴的设定温度从50℃至95℃通过步进式改变。将反应器温度在90℃下保持6小时45分钟以让三聚氰胺溶解。所形成的LMM水相分散体具有在25℃下300cps的粘度、59％的固体含量以及8.5的pH。从该LMM水性分散体中未检出游离甲醛。
使用与以上描述的用于具有1∶1.6的三聚氰胺比甲醛摩尔比的LMM相似的方法还制备了具有1∶1.7和1∶2.0的三聚氰胺比甲醛摩尔比的LMM水性分散体。
实例2：固化的脲甲醛树脂组合物以及它们的水解稳定性
在本实例中使用购买自West Coast Polymer PVT，Ltd的脲甲醛(UF)树脂和苯酚-甲醛(PF)树脂。UF和PF树脂的规格如下：
脲甲醛规格：
外观：灰白色糖浆状液体
固体含量％：60％-65％
pH：7.5-8.5
121℃下胶凝时间：3.0-6.0分钟
粘度：25℃下3000cps-5000cps
游离甲醛：1.0％-2.0％
苯酚甲醛规格：
外观：暗红色粘性液体
固体含量％：76-80％
pH：8.5-9
121(±1)℃下胶凝时间：10-11分钟
粘度：25℃下2,000cps-20,000cps
游离甲醛：0.1％-5％
使用实例1中所描述的方法制备具有不同三聚氰胺和甲醛摩尔比的LMM。通过使用一种实验室搅拌器来将每种液体LMM与液体UF或PF树脂共混，该搅拌器有一个用于控制每分钟转数的调节器并且它可以通过调节调节器从100rpm至1000rpm改变。液体LMM的装填量是基于重量百分比。然后将该混合物倒入一个铝箔中以得到薄膜并在105℃下固化2小时。通过使用研钵和杵将这些固化的样品研磨至小于25筛目并将这些样品用于水解稳定性研究。
测量在60℃下在一种水解条件下保持3小时的这些样品的游离甲醛(HCHO)的释放。对于游离甲醛释放试验，使用新近固化的树脂。对于这些试验，将一部分新近固化的树脂(2gm)研磨至小于25筛目。将研磨过的树脂悬浮在100ml的蒸馏水(pH 7)中并且保持在60℃下在一个烧瓶中连续搅拌。然后将悬浮液过滤，并通过亚硫酸盐法分析滤液中的甲醛。亚硫酸盐法是基于甲醛和Na2SO3之间的化学作用，如下所示：
Na2SO3+HCOH+H2O→NaOH+NaCH2SO3OH。
然后用0.1的标准HCl溶液滴定所释放的NaOH。其结果概述在下表1中。
表1；固化的UF+LMM(不同摩尔比的)的水解稳定性
Figure GPA00001045625800151
如上表1中所示，游离甲醛的释放随着MF羟甲基的装填的增加而下降。并且游离甲醛释放的减小总体上与用于本研究的LMM的甲醛(F)和三聚氰胺(M)的摩尔比相关。当F/M变得更低时，产生的固化的UF树脂的水解稳定性得到改善。这可以(至少部分地)是具有相对更低的F/M摩尔比的LMM能淬灭在具有相对更高的F/M比的UF树脂中可得的甲醛。LMM对UF树脂中的甲醛的冷凝作用可以向UF树脂提供水解上的稳定结构。
实例3：使用从液体LMM固化的树脂粘结剂的磨料产品
制备多种使用了一个构成涂层和一个胶料涂层的涂覆的磨料产品。该构成涂层和胶料涂层配制品包括具有F/M摩尔比为1∶1.6的液体羟甲基三聚氰胺(LMM)，它如实例1中所描述的进行制备。该配制品进一步包括一种可商购的UF树脂(West Coast Polymer PVT，Ltd.)，并且该LMM的量是这种UF树脂和LMM相结合重量的10wt％。
构成涂层的配制品
脲甲醛：3491gm
羟甲基三聚氰胺：349gm
雪白的填充剂(硫酸钙或石膏)：872.96gm
酸催化剂：118.723gm(25％溶液)
缓冲溶液：17.45gm
硅烷：17.45gm
湿润剂：22gm
胶料涂层
脲甲醛：3498.5gm
羟甲基三聚氰胺：349.85gm
雪白的填充剂(硫酸钙或石膏)：874.64gm
酸催化剂：111.956gm(25％溶液)
缓冲溶液：26.24gm
硅烷：17.49gm
消泡剂：6.9gm
将以上制成的配制品涂覆在Awt纸上。在将磨料颗粒(氧化铝料粒，砂砾尺寸：80#)施用到该构成涂层上之后，将构成涂层逐步固化，在60℃下半小时、在70℃下半小时并在95℃下半小时。在固化该构成涂层之后，将胶料涂层施用在磨料颗粒之上，并然后在75℃下固化10分钟并在65℃下固化40分钟。使固化的样品经受60℃下的后固化8小时。
使用与采用10wt％的LMM的样品的那些相似的程序制备另一个采用一种UF树脂以及20wt％的LMM样品。同样地还制备一个仅采用UF树脂的对照样品。
按照ASTM(美国试验与材料协会)5116-97，“小尺度环境箱测定室内材料和产品中有机释放的标准指南”的规定使用标准气候实验室测试步骤(例如，“使用小尺度环境箱对不同来源的挥发性有机释放物进行测试的标准惯例”：dhs.ca.gov/ps/deodc/ehlb/iaq/VOCS/Section_01350_reface.htm)测量了这些样品的甲醛释放量。其结果概述在下表2中。如表2所示，本发明的采用了LMM的这些样品中(对照A+10wt％的LMM和对照A+20wt％LMM)的甲醛释放量显著小于未采用LMM的对照样品(对照A)。
表2
Figure GPA00001045625800171
等效物
虽然通过参考本发明的示例性实施方案具体地展示和说明了本发明，但本领域中的普通技术人员将会理解，在并不脱离由所附的权利要求书所涵盖的本发明的范围的前提下，可在形式和细节上对这些实施方案进行不同的改变。

Claims (45)

1.一种磨料产品，包括：
a)多个磨料颗粒；以及
b)从一种树脂组合物固化的一种树脂粘结剂，该组合物包括：
i)一种羟甲基三聚氰胺的水性分散体，该水性分散体具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的一个三聚氰胺比甲醛摩尔当量比，该水性分散体具有范围在大约8和大约10之间的一个pH；以及
ii)一种基于甲醛的树脂；其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。
2.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有在大约8.0和大约9之间的一个pH。
3.如权利要求2所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有在大约8.2和大约8.8之间的一个pH。
4.如权利要求3所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有为大约8.5的一个pH。
5.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与该羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约5wt％和大约20wt％之间。
6.如权利要求5所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与该羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约8wt％和大约13wt％之间。
7.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺具有在大约1∶1和大约1∶2之间的一个三聚氰胺比甲醛摩尔当量比。
8.如权利要求7所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺具有在大约1∶1.5和大约1∶2之间的一个三聚氰胺比甲醛摩尔当量比。
9.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺具有小于大约65wt％的一个固体含量，基于该羟甲基三聚氰胺分散体的总重量。
10.如权利要求9所述的磨料产品，其中，该固体含量是在大约30wt％和大约65wt％之间的范围内。
11.如权利要求10所述的磨料产品，其中，该固体含量是在大约45wt％和大约65wt％之间的范围内。
12.如权利要求11所述的磨料产品，其中，该固体含量是在大约50wt％至60wt％之间的范围内。
13.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有大约25℃下在大约50cps和大约800cps之间的一个粘度。
14.如权利要求13所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有大约25℃下在大约100cps和大约500cps之间的一个粘度。
15.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该固化的树脂粘结剂具有小于约300微克/m3每小时的一个游离甲醛释放量。
16.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该基于甲醛的树脂是一种脲甲醛树脂或一种苯酚甲醛树脂。
17.如权利要求16所述的磨料产品，其中，该羟甲基三聚氰胺的水性分散体具有在大约8.2和大约8.8的范围内的一个pH、在45wt％和大约65wt％之间的范围内的一个固体含量、以及在大约25℃下大约100cps和大约500cps之间的一个粘度，并且其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约5wt％和大约20wt％之间。
18.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该磨料产品是一种涂覆的磨料产品。
19.如权利要求18所述的磨料产品，进一步包含一个基底层，该多个磨料颗粒通过该树脂粘结剂粘附在该基底层上。
20.如权利要求19所述的磨料产品，进一步包括一个构成涂层和/或胶料涂层，其中，该树脂粘结剂包含在该构成涂层和胶料涂层的至少一个之中。
21.如权利要求1所述的磨料产品，其中，该磨料产品是一种粘结的磨料产品。
22.一种可固化的树脂组合物，包括：
a)一种羟甲基三聚氰胺的水性分散体，该分散体具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛摩尔当量比，该水性分散体具有范围在大约8和大约10之间的一个pH；以及
b)一种基于甲醛的树脂，
其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。
23.如权利要求22所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有在大约8.0和大约9之间的一个pH。
24.如权利要求23所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有在大约8.2和大约8.8之间的一个pH。
25.如权利要求24所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有大约为8.5的一个pH。
26.如权利要求22所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约5wt％和大约20wt％之间。
27.如权利要求26所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约8wt％和大约13wt％之间。
28.如权利要求22所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺具有在大约1∶1和大约1∶2之间的一个三聚氰胺比甲醛摩尔当量比。
29.如权利要求28所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺具有在大约1∶1.5和大约1∶2之间的一个三聚氰胺比甲醛摩尔当量比。
30.如权利要求22所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有小于大约65wt％的一个固体含量，基于该羟甲基三聚氰胺溶液的总重量。
31.如权利要求30所述的可固化树脂组合物，其中，该固体含量是在大约30wt％和大约65wt％之间的范围内。
32.如权利要求31所述的可固化树脂组合物，其中，该固体含量是在大约45wt％和大约65wt％之间的范围内。
33.如权利要求32所述的可固化树脂组合物，其中，该固体含量是在大约50wt％至60wt％之间的范围内。
34.如权利要求22所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有大约25℃下在大约50cps和大约800cps之间的一个粘度。
35.如权利要求33所述的可固化树脂组合物，其中，该羟甲基三聚氰胺分散体具有大约25℃下在大约100cps和大约500cps之间的一个粘度。
36.如权利要求22所述的可固化树脂组合物，其中，该固化的树脂粘结剂具有小于大约300微克/m3每小时的一个游离甲醛释放量。
37.如权利要求22所述的可固化树脂组合物，其中，该基于甲醛的树脂是一种脲甲醛树脂或一种苯酚甲醛树脂。
38.如权利要求37所述的可固化树脂组合物，该羟甲基三聚氰胺的水性分散体具有在大约8.2和大约8.8的范围内的一个pH、在45wt％和大约65wt％之间的范围内的一个固体含量、以及在大约25℃下大约100cps和大约500cps之间的一个粘度，并且其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约5wt％和大约20wt％之间。
39.一种制备磨料产品的方法，包括：
a)使多个磨料颗粒与一种可固化的树脂组合物相接触，该组合物包括：
i)一种羟甲基三聚氰胺的水性分散体，该水性分散体具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的一个三聚氰胺比甲醛摩尔当量比，该水性分散体具有在大约8和大约10之间的范围内一个pH；以及
ii)一种脲甲醛树脂或一种苯酚甲醛树脂，
其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间；并且
b)将该可固化的组合物固化以生该磨料产品。
40.如权利要求39所述的方法，进一步包括制备该羟甲基三聚氰胺水性分散体的步骤，该步骤包括：将具有在大约8和大约10之间的一个pH的一个甲醛水溶液、与具有在大约7.5和大约10之间的一个pH的一种水性介质中的三聚氰胺进行混合，并且将该甲醛和三聚氰胺的混合物的pH调节至具有在大约8和大约10之间的一个pH，其中该甲醛溶液包含基于该甲醛溶液的总重量等于或小于约6wt％的甲醇，并且其中该甲醛和三聚氰胺是以在大约1∶1至1∶3.2之间的一个三聚氰胺比甲醛摩尔比进行混合。
41.如权利要求40所述的方法，其中，该甲醛的水溶液具有大约为9的一个pH。
42.研磨一个工件表面的方法，包括在一种研磨运动中将一种磨料产品施用在一个工件表面上，以除去该工件表面的一部分，该磨料产品包括：
a)多个磨料颗粒；以及
b)从一种树脂组合物固化的一种树脂粘结剂，该树脂组合物包括：
i)一种羟甲基三聚氰胺的水性分散体，该水性分散体具有在大约1∶1和大约1∶3.2之间的三聚氰胺比甲醛摩尔当量比，该水性分散体具有范围在大约8和大约10之间的一个pH；以及
ii)一种基于甲醛的树脂，
其中，该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。
43.如权利要求42所述的方法，其中，该磨料产品进一步包含一个基底层，该多个磨料颗粒通过该树脂粘结剂粘附在该基底层上。
44.如权利要求42所述的方法，其中，该基于甲醛的树脂是一种脲甲醛树脂或一种苯酚甲醛树脂。
45.制备一种可固化树脂组合物的方法，包括将一种羟甲基三聚氰胺的水性分散体与一种基于甲醛的树脂进行混合，该羟甲基三聚氰胺的水性分散体具有在大约1∶1至1∶3.2之间的一个三聚氰胺比甲醛摩尔当量比，并具有在大约8和大约10之间的一个pH，其中该羟甲基三聚氰胺包括在该基于甲醛的树脂与羟甲基三聚氰胺相结合的重量的大约1wt％和大约50wt％之间。
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