CN110871404A - 用于抛光硬表面的抛光材料、包括所述材料的介质及其形成和使用方法 - Google Patents

用于抛光硬表面的抛光材料、包括所述材料的介质及其形成和使用方法 Download PDF

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Abstract

公开了适用于抛光硬表面的抛光材料、包括所述抛光材料的介质以及形成和使用所述抛光材料和介质的方法。示例性的抛光材料具有相对高的硬段:软段之比，具有相对高的去除速率和/或相对高的工艺产率。

Description

用于抛光硬表面的抛光材料、包括所述材料的介质及其形成 和使用方法
本申请是申请人JH罗得股份有限公司提交的申请号为201580047761.5、申请日为2015年6月24日、发明名称为“用于抛光硬表面的抛光材料、包括所述材料的介质及其形成和使用方法”的发明专利申请的分案申请。所述原申请是基于国际申请PCT/US2015/037433提交的，于2017年3月6日进入中国国家阶段。
技术领域
本公开总体上涉及抛光材料和适用于抛光硬表面材料的介质。
技术背景
对于一些应用来说需要抛光过的硬表面。例如，抛光过的硬表面可用于形成用于电子产品和其他消费产品的耐刮擦/磨损材料。
将抛光介质邻近基材放置并相对于基材表面移动，以抛光基材表面。该相对移动可通过旋转介质、旋转基材、基材或介质沿轨道移动，或通过上述移动的组合产生，通常在周转齿轮系统中进行。附加地或替代地，可以使用所述介质和基材之间的线性运动或任何其他有用的相对运动。可以施加作用力将所述介质压在所述基材表面。可以在抛光工艺中使用包括磨料的浆料，以帮助将材料从基材表面去除。
由于其特性，硬材料很难抛光。常规的用于抛光硬材料(如蓝宝石)表面的抛光介质包括非机织的浸渍聚酯毡材。虽然可以使用这些材料来抛光蓝宝石和/或其他硬材料，抛光期间的材料去除速率和材料去除均一性通常小于预期。此外，通过抛光的产品产率相对较低(例如，约60-70％或更低)。由于材料去除速率相对较低，需要额外的抛光时间、人力和设备来抛光硬材料表面。额外的时间、人力和设备进而导致与抛光硬材料表面相关的增加的成本。
相应地，需要改进的抛光材料和具有改进的性能(例如，相对高和均一的去除速率和/或相对高的产率)的介质以及形成和使用所述介质和材料的方法。
发明内容
本公开的各种实施方式涉及适用于抛光硬材料表面的改进的方法和材料。以下将详细讨论本公开的各种实施方式克服现有抛光材料和方法的缺点的方式，总体来说，公开的各种实施方式提供了一种能实现相对高的抛光去除速率、从基材表面相对均匀地去除材料和/或相对高产率的基于聚脲和/或基于聚氨酯的材料，以及包括使用和形成这种材料的方法。
根据本公开的示例性实施方式，硬表面抛光材料包括硬段和软段。硬段可以通过例如将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第一化合物，如一种或多种芳族活性氢化合物或低聚活性氢化合物(例如，分子量为60Da-150 Da的低聚活性氢化合物)反应而形成。软段可以通过例如将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第二化合物，例如一种或多种分子量为150da-6000Da的低聚活性氢化合物反应而形成。根据这些实施方式的示例性方面，在硬表面抛光材料中所述硬段与软段的比例大于或等于0.95:1,1:1,1.05:1或1.1:1。如以下所详细描述，本发明人惊讶且意外地发现，与用于类似应用的传统抛光介质相比，在硬表面抛光材料中所述硬段与软段的比例大于或等于0.95:1,1:1,1.05:1或1.1:1不仅提供合适的硬材料去除速率，还提供优异的去除速率、材料去除的均一性和/或较高的工艺产率。所述硬表面抛光材料可以是泡沫，如聚氨酯泡沫、聚脲泡沫或混合聚氨酯-聚脲泡沫。可以使用起泡剂或发泡剂来形成所述硬表面抛光材料。所述硬表面抛光材料还可包括0重量％至约80重量％的有机和/或无机填料。根据其他实施例，所述硬表面抛光材料的体相密度为约0.2g/cm3-1.2g/cm3。所述硬表面抛光材料的邵氏硬度D可以为约10-80。所述硬表面抛光材料可包括表面上的凹槽以促进抛光。附加地或替代地，所述硬表面抛光材料可包括在表面上的粘合剂以促进所述硬表面抛光材料与抛光机的连接。所述硬表面抛光材料可以形成为抛光垫，可以是单个或部分层叠垫。
根据本公开其他的示例性实施方式，抛光硬表面(例如，硬度大于玻璃硬度的表面，或硬度约1550HB布氏硬度或7摩氏硬度的表面)的方法包括使用本文所述的抛光材料。例如，示例性的方法包括提供包括硬段和软段的抛光材料，其中所述硬段可通过例如将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第一化合物，如一种或多种芳族活性氢化合物或低聚活性氢化合物(例如，分子量为60Da-150Da的低聚活性氢化合物)反应而形成，所述软段可以通过例如将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第二化合物，例如一种或多种分子量为150Da-6000 Da的低聚活性氢化合物反应而形成。示例性的方法还包括将所述抛光材料相对于所述硬表面移动，以从所述硬材料的表面去除材料(例如，使用周转齿轮系统或其他合适的系统)。所述抛光可以在存在包括磨料颗粒的浆料和/或存在冷却液体的情况下进行。如上所述，本发明人发现与用于抛光硬表面的传统技术相比，使用本文公开的方法得到令人惊讶且意想不到的去除速率和产率(测量为抛光之后通过视觉检查且不需要返工的基材百分数；表面缺陷通常小于40微米长，13微米宽和3微米深)。例如，与传统材料在类似工艺条件下获得0.8-1.0微米每小时的去除速率相比，硬表面材料(例如蓝宝石)获得的去除速率大于或等于2微米每小时、大于或等于2.1微米每小时以及约2.1微米每小时至约2.5微米每小时，与传统抛光材料获得的常规产率60-70％相比，硬表面材料(例如蓝宝石)获得的产率大于约75％、大于约80％或约90％至约100％。
根据本公开的其他示例性实施方式，形成硬表面抛光材料的方法包括以下步骤：将一种或多种本文所述的第一化合物与第二化合物混合，将一种或多种多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第一化合物反应以形成硬段，将一种或多种多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第二化合物反应以形成软段，其中硬段与软段的比例为大于或等于0.95:1,1:1,1.05:1,或1.1:1，以及将包括所述硬段和软段的组合物倒入模具中。根据一些实施方式的多个方面，方法还包括提供起泡剂或发泡剂并将所述起泡剂/发泡剂与一种或多种第一化合物和/或第二化合物混合的步骤。所述方法还可以包括提供一种或多种表面活性剂和将所述一种或多种表面活性剂与所述一种或多种第一化合物和第二化合物混合的步骤。所述方法还可以包括提供填料材料和将所述填料材料与一种或多种第一化合物和第二化合物混合的步骤。所述方法还可以包括固化所述组合物的步骤，例如，在约100℃-约130℃的温度下固化约6-12小时。示例性方法还可包括在抛光材料表面形成凹槽、切削所述抛光材料和/或向所述抛光材料的表面添加粘合剂的步骤。
根据本公开其他的示例性实施方式，抛光介质(例如抛光垫)垫包括如本文所述的硬表面抛光材料。所述抛光介质可以包括在表面上的凹槽。附加地或另外地，所述抛光介质可包括在表面上的粘合剂材料。
根据本公开的其他示例性实施方式，形成抛光介质的方法包括形成如本文所述的硬表面抛光材料的方法。所述方法还可以包括切削基质材料、在材料中形成凹槽和/或向所述材料表面添加粘合剂材料的步骤。
本公开示例性实施方式的详细描述
下面提供的对硬表面抛光材料以及形成和使用所述材料的方法的示例性实施方式的描述只是示例性的，且只用于举例说明；下面的描述无意于限制本发明或权利要求的范围。此外，对具有所述特征、组成或性质的多个实施方式的叙述并不旨在排除具有其它特征、组成或性质的其它实施方式或结合所述特征、组成或性质的不同组合的其它实施方式。
抛光的硬表面，例如抛光的蓝宝石，可以用于多种应用，包括透明手表晶体和智能手机和其他装置的保护表面。通常对这些材料进行抛光以去除也可能在之前的加工步骤(如切割、研磨或磨光所述材料)中存在的划痕。由于所述材料是硬的，它们很难在希望的去除速率下抛光，而不在硬材料表面上产生额外的划痕。
本文所述的示例性材料和介质(例如抛光垫)可用于多种应用，包括抛光基材的硬表面。例如，所述材料和介质可用于抛光硬表面材料，例如蓝宝石(例如，蓝宝石的A、C或R面)，其他宝石(如祖母绿和红宝石)、陶瓷、金属(如钛)和类似材料。抛光过的硬表面材料适合用作电子装置显示器、电子装置外壳、电子背板、手表晶体和多种其他应用。与用于这种应用的传统介质相比，本文所述的示例性抛光介质显示相对高的去除速率、材料去除的均一性和/或高工艺产率。在本文中，术语“硬表面”或“硬表面材料”表示硬度大于玻璃硬度(例如，大于约1550HB布氏硬度或约7摩氏硬度)的材料。
根据本公开的示例性实施方式，硬表面抛光材料包括硬段、软段、0重量％-约80重量％的填料材料，其中硬段与软段的重量比为大于或等于0.95:1,1:1,1.05:1,或1.1:1。所述硬表面抛光垫中的硬段通常具有较短的链长并聚集成晶体结构域，相比之下，软段具有较长的链长并在性质上更像橡胶。硬段可包括类似结构之间的氢键，其中所述结构聚集成晶体结构域。硬段与软段的重量比大于或等于0.95:1,1:1,1.05:1或1.1:1的抛光材料提供相对高的去除速率、相对高的从硬表面去除材料的均一性，和/或相对高的产率(例如，大于约75％，大于或等于约80％，或约90％-100％)，其中产率定义为通过视觉检查(不采用光学放大－例如，在上述尺寸范围内)而无需将基材返回进一步抛光的基材数量除以加工的基材总数。如下文更详细地描述，硬表面抛光材料可以是泡沫形式，可以包括聚脲、聚氨酯和/或混合的聚氨酯-聚脲。
根据这些实施方式的多个方面，硬段可以通过例如将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第一化合物，如一种或多种芳族活性氢化合物或低聚活性氢化合物(例如，分子量为60Da-150 Da的低聚活性氢化合物)反应而形成。例如，所述硬段可以通过将一种或多种单芳环多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种芳族的第一化合物反应来形成。已知适合用作第一化合物的一类示例性化合物是交联剂。示例性的交联剂包括具有三个或更多个活性氢的化合物，如
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甘油、三羟甲基丙烷、三乙醇胺、季戊四醇和二亚乙基三胺。同样，例如，所述硬段可通过将一种或多种双(或更多数量的)芳环多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第一化合物反应而形成，所述第一化合物是通常具有低分子量和线性结构的脂族化合物。已知适合用作第一化合物的一类示例性化合物是增链剂，以下将详细讨论。
所述软段可以通过例如将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第二化合物，例如一种或多种分子量为150da-6000Da的低聚活性氢化合物反应而形成。例如，所述软段可以通过将一种或多种多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种增链剂和/或多元醇(可以是–OH,-NH和/或-NH2封端的)反应而形成。
所述多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物可以与一种或多种具有一个或多个–OH末端的第一化合物和第二化合物反应形成聚氨酯材料，与一种或多种具有一个或多个–NH2或NH末端的第一化合物和第二化合物反应形成聚脲材料，和/或与一种或多种具有–OH末端和/或–NH2或–NH末端的第一化合物和第二化合物反应形成聚氨酯-聚脲混合材料。对于混合材料的情况，第一化合物和第二化合物的示例性组合具有至少一个–OH末端和至少一个–NH2或–NH末端。
可用来制备硬段和/或软段的示例性多异氰酸酯或其衍生物或产物包括但不限于：一种或多种脂族多异氰酸酯；烯键式不饱和多异氰酸酯；脂环族多异氰酸酯；芳族多异氰酸酯，其中异氰酸酯基不直接键合到芳环上，例如苯二甲基二异氰酸酯；芳族多异氰酸酯，其中异氰酸酯基直接键合到芳环上，例如苯二异氰酸酯；属于这些类别的多异氰酸酯的卤代、烷基化、烷氧基化、硝化、碳二亚胺改性、脲改性和缩二脲改性的衍生物；以及属于这些类别的多异氰酸酯的二聚和三聚产物。一种或多种多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物的示例性分子量范围为约150Da至约1000Da。例如，多异氰酸酯官能化聚氨酯预聚物由二异氰酸酯(如甲苯二异氰酸酯)和聚亚烷基二醇(例如，分子量为约250-6000Da的聚(四氢呋喃))制备。
可用于制备示例性硬表面抛光材料的第一化合物和/或增链剂的类别包括但不限于：直链或支化链烷多元醇，例如，乙二醇、丙二醇、丁二醇、1,4丁二醇、甘油、新戊二醇、三羟甲基乙烷、乙二醇、二乙二醇和三羟甲基丙烷。可以用于制备示例性异氰酸酯官能化聚氨酯衍生物的其他类型的多元醇包括，例如，较高级的聚亚烷基二醇，例如数均分子量为例如200-500Da的聚乙二醇，和羟基官能化聚酯，例如由二醇(如丁二醇)和二酸或二酯(例如己二酸或己二酸二乙酯)反应形成的分子量为200-500Da的那些。具体的增链剂包括4,4'-亚甲基-二-邻氯代苯胺(MBCA或MOCA)。所述增链剂的示例性分子量范围为约50Da至约500Da。
在聚脲和聚氨酯-聚脲混合材料的情况下，一种或多种所述第一化合物和第二化合物可包括胺。示例性的胺包括伯胺，例如一种或多种聚醚二胺、聚碳酸酯二胺、聚酯二胺、聚己内酯二胺，仲胺，如一种或多种聚醚二胺、聚碳酸酯二胺、聚酯二胺和聚己内酯二胺，以及芳胺，如购自阿贝马瑞公司(Albermarle Corporation)的Ethacure 420。适合用于形成聚脲基材料的多种示例性仲多胺具有通式R[-NH-R’]n，其中n大于或等于2，R不是H，并且R’不是H。例如，所述仲多胺可以具有上述通式，其中R是聚氧丙烯聚醚，R’是异丁基，n是2。所述胺的示例性的分子量范围为约250Da至约5000Da。一个具体的示例性仲二胺购自猎人公司(Hunstman)，商品名为SD-2001聚醚。
示例性多元醇包括直链或支化链烷多元醇，例如，乙二醇、丙二醇、丙二醇、丁二醇、1,4丁二醇、甘油、新戊二醇、三羟甲基乙烷、乙二醇、二乙二醇和三羟甲基丙烷。所述多元醇的示例性分子量范围为约250Da至约5000Da。可以用于制备示例性异氰酸酯官能化聚氨酯衍生物的其他类型的多元醇包括，例如，较高级的聚亚烷基二醇，例如数均分子量为例如200-2000Da的聚乙二醇，和羟基官能化聚酯，例如由二醇(如丁二醇)和二酸或二酯(例如己二酸或己二酸二乙酯)反应形成的分子量为200-2000Da的那些。例如，多异氰酸酯官能化聚氨酯衍生物由二异氰酸酯(如甲苯二异氰酸酯)和聚亚烷基二醇(例如，分子量为约1000Da的聚(四氢呋喃))制备。
示例性的填料包括有机和/或无机填料。示例性的无机填料可以包括示例性的磨料颗粒，包括但不限于，例如，氧化铈、氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铁、二氧化锰、高岭土、蒙脱石粘土、氧化钛、碳化硅和金刚石的颗粒。无机颗粒的尺寸范围可以为平均直径约0.001微米至约1000微米，或约0.5微米至约3.0微米。示例性的有机填料包括聚氨酯泡沫、环氧化物、聚苯乙烯、聚丙烯酸类、聚酰亚胺或其他热塑性或热固性材料。抛光材料可包括0至约80重量％的填料。示例性的填料加载范围为约15重量％至约30重量％，或约20重量％至约25重量％。
可以使用起泡剂(本文中也称为发泡剂)以帮助将聚脲、聚氨酯和/或聚氨酯-聚脲材料制备成泡沫。示例性的起泡剂包括一种或多种氢氟碳(HFC)或者两种或更多种氢氟碳(HFC)的共沸混合物，如1,1,1,3,3-五氟丁烷(HFC-365)；1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a),甲氧基-九氟丁烷(HFE-7100)，和自由基引发剂，所述自由基引发剂包括偶氮腈，例如2,4-二甲基,2,2’-偶氮二戊腈。具体的发泡剂包括HFCs
Figure BDA0002191018480000071
365mfc和134a[德国汉诺威市索尔维公司(Solvay,Hannover,Germany)]以及自由基引发剂Vazo 52[美国特拉华州威尔明顿市杜邦公司(Dupont,Wilmington,DE)]。通常还使用水通过水与异氰酸酯之间的反应产生二氧化碳使聚氨酯/聚脲体系发泡。起泡剂的各种组合(包括但不限于本文所述的那些)可用于形成材料或包括所述材料的介质，这是本公开可预期的。
示例性的硬表面抛光材料还可以包括泡孔稳定剂，在本文中也称为表面活性剂。示例性的泡孔稳定剂/表面活性剂包括迈图(Momentive)牌L-6100和道康宁(Dow Corning)DC-193。示例性实施例包括聚二甲基硅氧烷硅酮流体，所述聚二甲基硅氧烷硅酮流体以不同的分子量提供，由粘度表示(范围为0.65-60,000厘沲)，示例性的材料为低粘度流体或硅氧烷-聚醚共聚物。硅氧烷部分可以是可水解的或不可水解的。一些例子是不可水解的。所述共聚物的聚醚部分通常是具有可变的相对比和整体分子量的环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物或嵌段共聚物。
所述硬表面抛光材料还可以包括开孔剂，例如，以促进在液相中两个泡孔相互作用过程中泡孔的打开。示例性开孔剂包括但不限于：非水解型聚二甲基硅氧烷、聚烷氧化物、二甲基硅氧烷基、甲基聚醚硅氧烷基、硅酮共聚物，例如Dabco DC-3043或Dabco DC-3042，购自美国宾夕法尼亚州艾伦敦市空气产品公司(Air Products,Allentown,PA)。
在泡沫基质的构建中，硬表面抛光材料的体相密度为约0.2-1.2g/cm3，或约0.35-0.65g/cm3，和/或硬度为约10-80邵氏硬度D，或约30-60邵氏硬度D。
示例性的抛光材料还可以包括着色剂，如氧化铁、炭黑、酞菁绿或本领域技术人员已知的其他颜料。
抛光介质
抛光介质可包括起泡材料，所述起泡材料包括本文所述的硬表面抛光材料。所述抛光介质可以包括在表面上的凹槽。附加地或另外地，所述抛光介质可包括在表面上的粘合剂材料。
形成硬表面抛光材料和介质的方法
形成硬表面抛光材料的示例性方法包括以下步骤：将一种或多种第一化合物和/或一种或多种第二化合物混合，将一种或多种多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第一化合物反应以形成硬段，将一种或多种多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种第二化合物反应以形成软段，其中硬段与软段的比例为大于或等于0.95:1,1:1,1.05:1,或1.1:1，以及将包括所述硬段和软段的组合物倒入模具中。示例性的方法可以包括如本文所述或以本领域已知的其他方式添加并混合其他材料。本文所述的多种抛光材料可以在存在催化剂的情况下进行制备。其他抛光材料可以不使用催化剂形成。合适的催化剂类型包括但不限于，叔胺，如三乙胺、三甲基胺、三亚乙基二胺、四亚甲基二胺、二甲基哌嗪、二甲基环己基胺、二(二甲基氨基丙基醚)和锡、钴、铋的有机金属盐，以及这些金属的辛酸盐、二月桂酸盐、二乙酸盐、二辛酸盐、油酸盐和新癸酸盐。例如，混合步骤包括提供具有异氰酸酯(N＝C＝O)基团的预聚物，该预聚物具有一定重量百分比(A)的可用于与一种或多种第一化合物反应的可用N＝C＝O基团，其中化学计量重量百分比(B)的一种或多种第一化合物可用于与所述预聚物反应，其中0.284A+0.009B大于或等于1.3，或大于或等于1.5。
所述材料或组分可以混合在一起，例如采用高剪切掺混将空气和/或颗粒(例如填料)掺入基质中。所述硬表面抛光材料可以在开放的模具中形成为泡沫或基质。
形成适合抛光介质的硬表面抛光材料的方法可以包括在单个混合器中混合所述成分或组分。根据各种示例性方法，将一种或多种第一化合物和/或第二化合物(例如，伯多胺或仲多胺或其衍生物或产物或其他合适的多元醇和/或胺)混合，例如在敞口空气容器中使用高剪切旋转混合器进行混合。在混合过程中，大气在旋转混合器的作用下被夹带到混合物中，旋转混合器将空气拉入由旋转产生的涡流里。夹带的气泡可用作起泡过程的成核位点。发泡/起泡剂，如水，可以加入到混合物中，以促进反应，其产生气体如CO2，导致泡孔生长。或者，可以使用微囊来形成空穴。在该敞口混合过程中，同时在所述液相中，可以向混合物中加入其他任选的添加剂，例如表面活性剂或其他起泡/发泡剂。此外，混合物可以与增链剂或其他第一化合物(例如4,4'-亚甲基-二-邻氯代苯胺(MBCA或MOCA))反应。所述增链剂可引发聚合和链增长，导致在加入聚多异氰酸酯之后混合物粘度快速增加。
除了化学发泡剂和开孔剂之外或替代化学发泡剂和开孔剂，可以在混合过程中直接将气泡引入混合物中。例如，当混合物仍为液态时，例如在加入多异氰酸酯之前，或加入多异氰酸酯之后但在低粘度窗内，或在任何其他合适的时间，可以将气体注射器的输出物直接嵌入敞口混合物中，使得与仅通过旋转混合器的作用引入的情况相比注入更多的气泡。任选地，可在泵(如气体注射泵)的输出端加上微滤装置，以促进非常细的气泡的形成，如直径在1-10μm范围内的气泡。直接引入气泡的步骤使得可以选择气泡的尺寸和数量。
在一些示例性实施方式中，在加入多异氰酸酯或其衍生物或产物之后有约1-2分钟的短时间窗，该时间内混合物的粘度保持较低，称为“低粘度窗”。在此窗口内，可将混合物倒入模具。在一个示例性实施方式中，在倒入之后所述窗口迅速消失，存在的孔在原位被有效地冻住。虽然孔的运动基本上终止，孔生长可能继续，例如，随着继续由聚合反应产生CO2而继续孔生长。在一个示例性实施方式中，所述模具在炉中固化，例如，在约100-130℃或约115℃固化约6-12小时，以基本上完成聚合反应。
在炉中固化之后，模具可以从炉中移除，并使其冷却。此时，材料可以被切削，以产生抛光材料片，可以被制成环形垫或矩形垫或任何其他合适形状的垫。例如，可以使用冲压机或切割工具或任何其他合适的仪器切割形状来制备所述片。附加地或替代地，所述抛光材料可以进行磨光以形成抛光介质。在一些示例性实施方式中，将粘合剂施加在所述垫的一个面上。附加地或替代地，如果需要的话，可以在抛光材料表面形成凹槽，例如在抛光表面上以图案形式(如交叉影线图案或任何其他合适的图案)形成凹槽。再例如，凹槽的几何结构或形状可包括方形槽、圆化槽和三角形槽中的至少一个。除了所公开的具体实施方式之外，本公开可以预期所述抛光垫表面的各种几何形状的多种物理构造。可以通过能在本文所述的抛光材料中产生凹槽的任意机械方法来产生凹槽。例如，可以使用圆形锯片、冲压机、针、钻机、激光器、空气喷射器、水喷射器或能使垫具有凹槽的任何其他仪器来产生凹槽。此外，可以使用多排锯工具、多钻头工具、多冲头工具、多针头工具等同时制备多个凹槽。
所述硬表面抛光材料可以用作单个垫或多个彼此层叠的垫。例如，层叠垫可包括一个或多个本文公开的垫以及常规垫(例如，聚氨酯、聚氨酯-聚脲混合物、或以较低的硬段:软段比形成的聚脲)或多个本文所述的垫而不包括常规抛光垫。
使用方法
本文公开的硬表面抛光材料可以用于抛光多种表面。例如，所述硬表面抛光材料可用于抛光硬表面或硬材料，例如蓝宝石(例如，蓝宝石的A、C或R面)，其他宝石(如祖母绿和红宝石)、陶瓷、金属(如钛)和类似材料。
例如，本文所述的抛光材料可以用作具有顶板、底板和恒星齿轮的抛光设备上的抛光垫。在这种情况下，底板旋转速度可以为约(+)25rpm至约60rpm，顶板旋转速度可以为约(-)8rpm至约(-)40rpm，恒星齿轮速度可以为约(+/-)7rpm至约20rpm，以及环形齿轮速度可以为约(+/-)7rpm至约20rpm。这些设置与浆料(例如胶体二氧化硅浆料，如购自富士美公司(Fujimi)的Compol 80)组合，实现蓝宝石去除速率大于2微米/小时，大于2.1微米/小时，或约2.1微米/小时-约2.5微米/小时。
令人惊讶地，本发明人发现使用本文所述的抛光材料得到的去除速率和/或产率相对独立于抛光材料中填料或磨料材料的量。但是，硬段:软段之比对于得到所需的去除速率和/或产率而言是重要的。据认为，由高硬段:软段之比(例如大于或等于0.95:1)得到的高模量材料(通常大于约150MPa的存储模量)能防止浆料磨料颗粒完全嵌入固体(例如聚氨酯)基质(泡沫)中，因此将浆料磨料颗粒保持在工件上其工作的位置。在这种情况下，通过操控异氰酸酯和第一化合物水平增加基质中的硬段来实现高模量。当在多重回归数据建模中将存储模量与材料的邵氏D硬度配对时，可以估计得到较好的去除速率特征。邵氏D压头具有尖端，当其在测试过程中穿透样品时通常进行剪切。因此，可以认为邵氏D硬度是材料的剪切强度和其耐穿刺性的近似。具有高原料去除性能的垫对于存储模量而言相对较硬(通常存储模量大于150MPa)，但它们也非常易于被刺穿。据认为浆料磨料颗粒穿刺所述垫的固体氨基甲酸酯部分，卡在工件上能工作的地方。由于例如聚氨酯基质的高度刚性性质，浆料磨料颗粒不能完全渗透到材料中，在该材料中将使它们变得无效。这可以解释为什么较软的垫在抛光蓝宝石时相对无效－这是因为浆料颗粒可以压入较软的氨基甲酸酯材料，被其包封，这使得它们不能在工件上工作。因此，可以认为所述垫应当足够硬以将压力从抛光板转移到基材上，不能那么软以使所述垫始终被磨料颗粒(如浆料中的磨料颗粒)刺穿，但又足够软以使得磨料颗粒被所述垫固定在原位。
使用硬段:软段之比大于或等于0.95:1,1:1,1.05:1或1.1:1的抛光材料以廉价的方式提供相对高的去除速率和/或相对高的产率。采用较高的硬段:软段之比时，需要较少的填料/磨料材料(相对昂贵)，因此进一步降低了与抛光硬表面相关的成本。此外，增加的产率和通量减少了抛光机数量并减少了抛光时间，也降低了与抛光硬表面材料有关的成本。
根据本公开的多个实施例，可以通过以下方式测量或计算硬段:软段之比：考虑硬段为芳族部分加上60-150Da低聚部分的分子量减去聚合物结构中二醇和/或胺和异氰酸酯(N＝C＝O)部分的分子量，而软段被认为是聚合物结构中的150-6000Da部分。所述结构的二醇/胺/异氰酸酯部分被认为不是硬段也不是软段，而通常是中间相，在计算时被排除。然后归一化硬段:软段之比，使软段等于1。获得硬段:软段之比的另一技术包括：硬段被认为是聚合物结构中芳族部分加上60-150Da低聚部分的分子量，而软段被认为是聚合物结构中的150-6000Da部分。然后归一化硬段:软段之比，使软段等于1。
虽然在上面列出本公开的示例实施方式，但是应理解本公开不受此限制。例如，虽然采用具体的填料、发泡剂等描述了材料和介质，但本公开不一定受到这些实施例的限制。此外，虽然分别指称第一化合物和第二化合物，在一些情况下，第一化合物和第二化合物可以是相同化合物。在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以对本文公开的材料、方法和介质做出多种改变、变化和改进。

Claims (26)

1.一种硬表面抛光材料，所述材料包括：
硬段；
软段；以及
0重量％至约80重量％的填料材料，
其中，所述硬段与软段的重量比大于或等于0.95:1，和
所述软段通过将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种分子量为150-6000Da的低聚活性氢化合物反应而形成。
2.一种硬表面抛光材料，所述材料包括：
硬段；
软段；以及
0重量％至约80重量％的填料材料，
其中，所述硬段与软段的重量比大于或等于0.95:1，和
所述硬段通过将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种芳族活性氢化合物反应而形成。
3.一种硬表面抛光材料，所述材料包括：
硬段；
软段；以及
0重量％至约80重量％的填料材料，
其中，所述硬段与软段的重量比大于或等于0.95:1，和
所述硬段通过将一种或多种芳族或脂族多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物与一种或多种分子量为60-150Da的低聚活性氢化合物反应而形成。
4.一种硬表面抛光材料，所述材料包括：
硬段；
软段；以及
0重量％至约80重量％的填料材料，
其中，所述硬段与软段的重量比大于或等于0.95:1，和
所述的硬表面抛光材料包括聚脲泡沫、聚氨酯泡沫或混合的聚氨酯-聚脲泡沫。
5.如权利要求1-4中任一项所述的硬表面抛光材料，其特征在于，所述硬表面抛光材料的蓝宝石抛光去除速率为大于或等于2微米/小时。
6.如权利要求1-4中任一项所述的硬表面抛光材料，其特征在于，所述硬表面抛光材料包括聚氨酯泡沫。
7.如权利要求1-4中任一项所述的硬表面抛光材料，其特征在于，所述硬表面抛光材料包括聚脲泡沫。
8.如权利要求1-4中任一项所述的硬表面抛光材料，其特征在于，所述硬表面抛光材料包括混合的聚氨酯-聚脲泡沫。
9.如权利要求1-4中任一项所述的硬表面抛光材料，其特征在于，所述硬表面抛光材料的硬度范围为约10-80邵氏D硬度。
10.如权利要求1-4中任一项所述的硬表面抛光材料，其特征在于，所述硬表面抛光材料的体相密度范围为约0.2-1.2g/cm3。
11.一种抛光硬表面材料的方法，所述方法包括以下步骤：
使用权利要求1-4中任一项所述的硬表面抛光材料从包括蓝宝石、红宝石、祖母绿、陶瓷、钛中一者或多者的表面去除材料。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，产率大于或等于80％。
13.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
提供抛光设备；以及
将所述硬表面抛光材料固定在抛光设备的一部分。
14.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括如下步骤：
提供抛光浆料；以及
使用所述抛光浆料和所述硬表面抛光材料从所述表面去除材料。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述表面包括蓝宝石，从所述表面去除材料的材料去除速率大于或等于2微米/小时。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括提供适用于电子显示器应用的表面精整。
17.一种形成硬表面抛光材料的方法，所述方法包括以下步骤：
将一种或多种第一化合物和第二化合物混合以形成混合物；
将多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物中的一者或多者与所述一种或多种第二化合物反应以形成软段，其中所述硬段与软段之比大于或等于0.95:1，以及
将包括所述硬段和软段的组合物倒入模具中。
18.一种形成硬表面抛光材料的方法，所述方法包括以下步骤：
将一种或多种第一化合物和第二化合物混合以形成混合物；
将多异氰酸酯、多异氰酸酯衍生物和多异氰酸酯产物中的一者或多者与所述一种或多种第一化合物反应以形成硬段，其中所述硬段与软段之比大于或等于0.95:1，以及
将包括所述硬段和软段的组合物倒入模具中。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括向混合物加入发泡剂的步骤。
20.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括形成多孔抛光层的步骤。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述形成多孔抛光层的步骤包括切片步骤。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述形成多孔抛光层的步骤包括磨光步骤。
23.如权利要求17-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述一种或多种第二化合物选自下组：
直链或支化链烷多元醇、较高级聚亚烷基二醇、羟基官能化聚酯和用一个或多个胺基封端的聚合物。
24.如权利要求17-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述混合步骤包括提供具有异氰酸酯(N＝C＝O)基团的预聚物，该预聚物具有一定重量百分比(A)的可用于与一种或多种第一化合物反应的可用N＝C＝O基团，其中化学计量重量百分比(B)的所述第一化合物可用于与所述预聚物反应，其中0.284A+0.009B大于或等于1.3。
25.一种抛光垫，它包括权利要求1－4中任一项所述的硬表面抛光材料。
26.一种层叠抛光垫，它包括权利要求25所述的抛光垫。
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