DE3151925A1 - Elastische schleifmaterialien auf basis von polyurethanharnstoffgelen und ein verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Elastische schleifmaterialien auf basis von polyurethanharnstoffgelen und ein verfahren zu ihrer herstellung

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Description

  • Elastische Schleifmaterialien auf Basis von Polyurethan-
  • harnstoffgelen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft Schleifmaterialien aus einem wasserhaltigen Polyurethanharnstoff-Gel (Hydrogel) und 20-80 Gew.-$ Schleifmitteln sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung durch Umsetzung von NCO-Prepolymeren aus ç 30 Gew.-% oxyethylengruppenhaltigen Polyoxyalkylenethern und überschüssigen Polyisocyanaten und Gelbildung durch Umsetzung mit wäßrigen, gegebenenfalls diaminhaltigen Aufschlämmungen der Schleifmittel.
  • Schleifmaterialien auf Basis Polyurethan sind bekannt.
  • So werden Schleifmittel in massives Polyurethanelastomer direkt bei der Herstellung homogen eingearbeitet, S. z.B. GB-PS 1 285 174, US-PS 4 150 955 und DE-A 2 328 878, oder massives Polyurethan wird einseitig mit Schleifmitteln beschichtet, s. z.B.
  • US-PS 4 128 972 und FR-PS 2 145 354.
  • Diese bisher bekannten Schleifmateralien haben den Nachteil, daß sie zum Schleifen von stark konturierten Oberflächen eine zu geringe Weichheit bei gleichzeitig erforderlicher hoher Elastizität aufweisen, um einen stets guten Kontakt zum Werkstück zu halten.
  • Außerdem besitzen diese Schleifmaterialien eine zu geringe Hydrophilie für das Verfahren des Naßschleifens.
  • Weiterhin ist bekannt, in Wasser aufgeschlämmte Schleifmittel durch Carboxymethylzellulose zu binden. In der DE-A 2 291 341 wird die Vermischung von z.B. Korund oder Zirkondioxid-Aluminiumoxid mit wäßriger Carboxymethylcellulose-Lösung und die nachfolgende Granulierung der erhaltenen Gelmasse beschrieben. Derartige Gelmassen besitzen für das Naßschleifverfahren eine zu geringe Strukturfestigkeit, so daß diese Schleifmittel enthaltenden Gele nur in Form von Granulaten verwendet werden können.
  • Es wurde nun gefunden, daß man Schleifmaterialien auf Basis von Schleifmittel enthaltender Polyurethanharnstoff-Gele erhält, die weichelastisch sind und eine hohe Strukturstabilität auch unter den Bedingungen eines Naßschleifvorganges aufweisen, wenn man wäßrige Aufschlämmungen von Schleifmitteln mit Isocyanatgruppen enthaltenden Prepolymeren, gegebenenfalls in Gegenwart von Di- oder Polyaminen als Kettenverlängerungsmittel, vermischt.
  • Die Erfindung betrifft daher Schleifmaterialien auf Basis Schleifmittel enthaltender Polyurethanharnstoff-Gele; die Schleifmaterialien sind dadurch gekennzeichnet, daß sie Schleifmittel enthalten, die in feindispergierter Form in konvalent vernetzte Polyurethanharnstoff-Gele eingebettet sind.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Schleifmaterialien auf Basis von Schleifmittel enthaltenden Polyurethanharnstoff-Gelen, das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige, gegebenenfalls Polyamin enthaltende Aufschlämmungen von Schleifmitteln mit Isocyanatendgruppen aufweisenden Prepolymeren vermischt. Die Verwendung von Wasser als alleinigem Kettenverlängerungsmittel ist bevorzugt.
  • Die in den erfindungsgemäßen Schleifmitteln enthaltenen kovalent vernetzten Polyurethanharnstoff-Gele sind durch Umsetzung von NCO-Prepolymeren bzw. -Semiprepolymeren mit Wasser, in dem sich gegebenenfalls Di- oder Polyamine als Kettenverlängerungsmittel bzw. Vernetzer befinden, erhältlich. Derartige Gele sind z.B. in der DE-A 2 347 299 und in der DE-A 2 521 277 beschrieben, ebenso die auch im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Ausgangsstoffe. Die Prepolymere und Semiprepolymere weisen Isocyanatendgruppen auf und werden in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von Polyethern, die mindestens 30 Gew.-% -CH2.CH2.O-Einheiten ("Ethylenoxid-Einheiten") enthalten, mit einer überschüssigen Menge an Di- und/oder Polyisocyanat hergestellt.
  • Bei dieser Umsetzung wird die Menge an Di- und/oder Polyisocyanat vorzugsweise so bemessen, daß das NCO/OH-Verhältnis in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Prepolymer-Typs 2 bis 10 beträgt. Der Gehalt des Prepolymers bzw. Semiprepolymers an Isocyanatgruppen beträgt vorteilhaft 2 bis 10 Gew.-a, vorzugsweise 3 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 3,5 bis 4,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Prepolymers bzw. Semiprepolymers.
  • Ausgangsmaterial für die NCO-Prepolymere bzw. Semiprepolymere sind mindestens zwei aktive Wasserstoffatome aufweisende Polyoxyalkylenether mit einem Molekulargewicht von 500 bis 10 000, vorzugsweise 2000 bis 8000, die mindestens 30 Gew.-% an Ethylenoxidgruppen in Form von Oxyethylengruppen iÕ.CH2;CH2 f, bezogen auf das Gewicht des Polyethers, neben vorzugsweise Oxypropylengruppen enthalten. Derartige Polyether werden durch Umsetzung von Verbindungen mit reaktionsfähigen Wasserstoffatomen, z.B. Di- oder Polyalkoholen, Di-oder Polyphenolen, aliphatischen oder aromatischen Di- oder Polyaminen, mit Ethylenoxid und gegebenenfalls Alkylenoxiden wie Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid, Epichlorhydrin oder Gemischen dieser Alkylenoxide hergestellt.
  • Bevorzugt sind mehr als zweifunktionelle Polyether, z.B. trifunktionelle Ether, da sie kovalent vernetzte PU-Gele ergeben.
  • Weitere Ausgangsverbindungen für die NCO-Prepolymere bzw. Semiprepolymere sind aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische oder heterocyclische Polyisocyanate, wie sie z.B. von W. Siefken, Liebigs Annalen der Chemie, Band 562, Seiten 75-136, beschrieben werden.
  • Als Polyisocyanate kommen beispielsweise die in den DE-A 2 347 299 und 2 521 277 beschriebenen Polyisocyanate in Betracht. Beispiele sind die Toluylendiisocyanate, die Diphenylmethan-diisocyanate in Form ihrer 4,4'- und/oder 2,4'- und/oder 2,2-'-Isomeren, ferner Gemische der Diphenylmethandiisocyanate mit ihren drei- und höherkernigen Homologen und Isomeren. Geeignet sind auch die üblichen Abwandlungsprodukte dieser Toluylen- bzw. Diphenylmethan-di- und -poly-isocyanate durch Allophanatisierung, Biuretisierung, Dimerisierung, Trimerisierung, Carbodiimidisierung oder Umsetzung mit stöchiometrisch unterschüssigen Mengen an di-und/oder polyfunktionellen Verbindungen wie Wasser und Di- oder Polyolen.
  • Ganz besonders bevorzugt sind die Toluylendiisocyanate als 2,4- oder 2,6-Isomere oder ihre Isomerengemische.
  • Aliphatische-oder cycloaliphatische Di- und Polyisocyanate können eingesetzt werden, z.B. Hexamethylen-1,6-diisocyanat, Isophorondiisocyanat, biuretisiertes Hexamethylendiisocyanat oder Dicyclohexylmethandiisocyanate in ihren Stellungs- und/oder Stereoisomeren oder deren Gemischen.
  • Die Menge der bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmaterialien einzusetzenden NCO-Prepolymere (entsprechend dem Polyurethanharnstoff-Feststoff) beträgt 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 25 Gew.-%j besonders bevorzugt 15 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtreaktionsgemisch zur Herstellung der Schleifmaterialien.
  • Das bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmaterialien mitzuverwendende Wasser erfüllt neben seiner Funktion als Dispersionsmittel für die Schleifmittel und für die Prepolymere bzw. Semiprepolymere zusätzlich auch die Rolle des Reaktionspartners für die Iso- cyanatgruppen aufweisenden Prepolymere. Der Gehalt an Wasser beträgt 20 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifmaterials bei der Herstellung.
  • Als niedermolekulare Kettenverlängerungsmittel bzw. Vernetzer können gegebenenfalls auch Di- und/oder Polyamine mitverwendet werden. Beispiele für solche aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Di- oder Polyamine sind: Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Diethylentriamin, Hydrazin, Guanidincarbonat, N,N' -Diisopropylhexamethylendiamin, 1, 3-Bis-aminomethyl-benzol, N,N' -Bis-(3-aminopropyl)-ethylendiamin, N,N' -Bis- (2-aminopropyl)-ethylendiamin, N,N' -Bis- (2-aminoethyl) -ethylendiamin, 4,4'-Diamino-diphenylmethan, 4,4'-Dimethylamino-3,3'-dimethyl-diphenylmethan, 2,4' -Diaminodiphenyl-methan, sowie 2,4- bzw. 2, 6-Diaminotoluol.
  • Der Gehalt an Di- bzw. Polyaminen beträgt 0,2 bis 5 %, bevorzugt 1 bis 4 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifmaterials.
  • Als Schleifmittel kommen erfindungsgemäß die in Schleifmaterialien üblicherweise enthaltenen abrasiven Partikel in feinpulveriger Form in Frage, wie z.B. Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Ceroxid, Wolframdioxid, Borcarbid, Siliciumcarbid, Carborundum, Korund, Asbestpulver oder Diamantpulver. Die Schleifmittel können einzeln oder in Abmischungen eingesetzt werden. Der Gehalt der in den erfindungsgemäßen Schleifmaterialien enthaltenen Schleifmittel beträgt 20 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifmaterials.
  • Als Zusatzstoffe können die in Schleifmaterialien üblicherweise mitverwendeten Stoffe eingesetzt werden, wie z.B. Graphit, Mikroglaskugeln oder Glimmer. Weiterhin können als Zusatzmittel Latices auf verschiedenster Basis wie z.B. Acrylat-, Kautschuk- oder Polyesterbasis, bei der Herstellung zugefügt werden. Auch Farbstoffe, Farbpigmente, Kurzfasern organischer oder anorganischer Basis, Fungizide sowie oberflächenaktive Substanzen können den Schleifmaterialien bei der Herstellung- inkorporiert werden.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmaterialien kann auf verschiedene Weise erfolgen. Man kann z.B. alle Komponenten, d.h. die gelbildende Substanz, Vernetzungsmittel, Wasser und Schleifmittel auf einmal zusammengeben und intensiv vermischen. Man kann aber auch die Komponenten nacheinander zusammengeben. Bei der mehrstufigen Arbeitsweise wird das NCO-Prepolymer bzw. Semiprepolymer zunächst mit einem Teil des Wassers vermischt; dann wird in diese Mischung das mit dem restlichen Wasser angefeuchtete Schleifmittel eingerührt. Gemäß einer technisch besonders vorteilhaften Variante dieses Mehrstufenverfahrens wird die gelbildende Substanz zunächst intensiv mit Wasser vermischt und dann das trockene Schleifmittel zugemischt.
  • Bei diesen Verfahrensweise kann die Förderung, Dosierung und Mischung der Einzelkomponenten oder Komponen- tengemisch mit den für den Fachmann an sich bekannten Vorrichtungen erfolgen. Die Förderung und Dosierung des pulverigen Schleifmittels ist z.B. mit einer geeigneten Schnecke möglich. Die anschließende Zumischung des Schleifmittels zum reaktiven, gelbildenden Gemisch wird z.B. in einer Rührwerksmischkammer durchgeführt.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifmaterialien kann kontinuierlich oder diskontinuierlich vorgenommen werden. Die Arbeitsweise hängt von der Form ab, die man den erfindungsgemäßen Schleifmitteln geben möchte. Wenn man z.B. Blöcke oder Stangen herstellen will, die dann in Scheiben zerschnitten werden sollen, ist vorzugsweise die diskontinuierliche Arbeitsweise durchzuführen.
  • Sollen die erfindungsgemäßen Schleifmittel jedoch z.B.
  • in dünnen Stücken geeigneter Abmessungen hergestellt werden, dann ist die kontinuierliche Verfahrensweise vorteilhafter. In diesem Fall produziert man zunächst eine endlose Bandware, die anschließend in einzelne Stücke, z.B. Platten oder Folien, zerteilt wird. Bei dieser Verfahrensweise kann das reaktionsfähige schleifmittelhaltige Gelgemisch auch, bevor es durch die Reaktion erstarrt, gesprüht oder gerakelt werden. Hierbei kann das reaktionsfähige Gemisch auf die verschiedenartigen Materialien auf Basis von natürlichen odersynthetischen Rohstoffen aufgebracht werden, z.B. auf Folien, Matten, Vliese, Gewirke, Gestricke, Gewebe oder Schaumfolien.
  • Die erfindungsgemäßen Schleifmaterialien können in den verschiedensten Formen, z.B. als Granulat, Platte, Folie, Block oder Band, eingesetzt werden. Die Anwendung geschieht nach den in der Schleiftechnik üblichen Methoden.
  • So kann z.B. ein Schleifmaterialträger mit einer dünnen Platte aus dem erfindungsgemäßen Schleifmaterial bestückt werden. Wenn das erfindungsgemäße Schleifmaterial auf ein geeignetes elastisches Substrat, wie Gewebe, -Gestricke, aufgebracht worden ist, so kann es als Material zum Schleifen von Hand verwendet werden, insbesondere zum Schleifen von stark konturierten Flächen.
  • Die Anwendungsbereiche für die erfindungsgemäßen Schleifmaterialien sind vielfältig. Sie können z.B. zum Glasschleifen wie Brillengläser, zum Metallschleifen, wie Reparatur von Autokarosserien oder Kunststoffschleifen sowie im Hobbybereich Anwendung finden.
  • Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung. Bei den in den Beispielen angegebenen Teilen handelt es sich um Gewichtsteile, sofern nicht anders angegeben ist.
  • Beispiel 1 In 35 Teilen entmineralisiertem Wasser von +70C werden 15 Teile des NCO-Prepolymers A, dessen Herstellung nachstehend beschrieben ist, durch intensives Rühren innerhalb von 30 Sekunden dispergiert. Der Reaktionsmischung werden 50 Teile von feinpulverigem Ceroxid auf einmal zugefügt und innerhalb von weiteren 30 Sekunden mit der Mischung intensiv verrührt. Die Reaktionsmischung wird anschließend in eine offene kreisrunde Form (Durchmesser 10 cm) gegossen. 130 Sekunden nach Beginn der Vermischung der Reaktionskomponenten erfolgte die Gelbildung. Nach weiteren 10 Minuten wird das in Form einer elastischen Platte anfallende Schleifmaterial (Durchmesser 10 cm, Stärke 15 mm) der Form entnommen und mittels einer Spaltmaschine in Scheiben mit 2 mm Stärke zerschnitten. Die erhaltene Schleifscheibe ist zum Polieren von Glasflächen geeignet.
  • Das verwendete NCO-Prepolymer A wurde wie folgt erhalten: Eine Mischung aus 159 Teilen Toluylendiisocyanat (80 % 2,4- und 20 % 2,6-Isomeres) und 1200 Teilen eines trifunktionellen Polyethers, der durch Anlagerung von 60 Gew.-% Ethylenoxid und 40 Gew.-% Propylenoxid an Glycerzin erhalten worden ist und eine Hydroxylzahl von 28 besitzt, wird unter Rühren innerhalb von 30 Minuten auf 800C erwärmt. Bei dieser Temperatur wird die Reaktionsmischung weitere 3 Stunden gerührt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Das erhaltene Prepolymer hat einen Isocyanatgehalt von 3,7 % und eine Viskosität von 9500 mPa.s bei 250C.
  • Beispiel 2 In 35 Teilen entmineralisiertem Wasser von +50C werden 15 Teile des Prepolymers B, dessen Herstellung nachstehend beschrieben ist, durch intensives Rühren innerhalb von 15 Sekunden dispergiert. Dieser Reaktionsmischung werden 50 Teile Korundpulver auf einmal zugefügt und innerhalb von weiteren 15 Sekunden mit der Mischung intensiv verrührt. Die Reaktionsmischung wird anschließend in eine offene Form (Grundfläche: 21x21cm) gegossen. 130 Sekunden nach Beginn der Vermischung der Reaktionskomponenten erfolgte die Gelbildung. Nach weiteren 5 Minuten wird das in Form einer elastischen Gelfolie anfallende Schleifmaterial (Abmessungen: 21x21x0,2 cm) der Form entnommen. Diese Gelfolie ist z.B. zum Schleifen von Metall geeignet.
  • Das verwendete NCO-Prepolymer B wurde wie folgt erhalten: Eine Mischung aus 256 Teilen Toluylendiisocyanat (80 Gew.-% 2,4- und 20 Gew.-% 2,6-Isomeres) und 2000 Teilen eines Polyethers, der durch Anlagerung von 40 Gew.-$ Ethylenoxid und 60 Gew.-% Propylenoxid an Glycerin erhalten worden ist und eine Hydroxylzahl von 21 besitzt, wird unter Rühren innerhalb von 30 Minuten auf 800C erwärmt. Bei dieser Temperatur wird die Reaktionsmischung weitere 3 Stunden gerührt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Das erhaltene Prepolymer weist einen Isocyanatgruppengehalt von 4 Gew.-% und eine Viskosität von 6200 mPa.s bei 250C auf.
  • Beispiel 3 In 35 Teilen eines wäßrigen Latices auf Basis von Nitrilkautschuk werden 15 Teile des Prepolymers C, dessen Herstellung nachstehend beschrieben ist, durch intensives Rühren innerhalb von 15 Sekunden dispergiert.
  • Dieser Reaktionsmischung werden 50 Teile Ceroxid-Pulver auf einmal zugefügt und innerhalb von weiteren 15 Sekunden mit der Mischung verrührt. Die Reaktionsmischung wird anschließend in eine offene Form (Grundfläche: 21:21 cm) gegossen. Innerhalb von 5-Minuten nach Beginn der Vermischung der Reaktionskomponenten erfolgt die Gelbildung. Nach weiteren 10 Minuten wird das in Form einer elastischen Gelfolie anfallende Schleifmaterial (Abmessungen: 21x21x0,2 cm) der Form entnommen.
  • Das verwendete Prepolymer C war wie folgt erhalten worden: 865 Teile eines Polyethers, der durch Anlagerung von 60 Gew.-% Ethylenoxid und 40 Gew.-* Propylenoxid an Glycerin erhalten worden ist und eine Hydroxylzahl von 28 aufweist, werden mit 135 Teilen 1,6-Hexamethylendiisocyanat homogen vermischt und auf 105°C erwärmt.
  • Die Reaktionsmischung wird bei dieser Temperatur 7 Stunden gerührt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Danach wird 0,1 Gew.-% Benzoylchlorid zugefügt und homogen verrührt. Das erhaltene Prepolymer weist einen Isocyanatgruppengehalt von 5,1 Gew.-% und eine Viskosität (bei 230C) von 7400 mPa.s auf.

Claims (5)

  1. Patentansprüche Elastische Schleifmaterialien auf Basis Schleifmittel enthaltender Polyurethanharnstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß sie Schleifmittel enthalten, die in feindispergierter Form in kovalent vernetzte, wäßrige Polyurethanharnstoff-Gele eingebettet sind.
  2. 2) Elastische Schleifmaterialien gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gew.-Verhältnis Schleifmittel/Polyurethanharnstoff-Gel 20:80 bis 80:20 beträgt.
  3. 3) Elastische Schleifmaterialien gemäß Anspruch 1, -dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Schleifmaterials an kovalent vernetztem Polyurethanharnstoff-Feststoff 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schleifmaterials, beträgt.
  4. 4) Elastische Schleifmaterialien gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt der NCO-Prepolymere bzw. Semiprepolymere an Isocyanatgruppen 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Prepolymers bzw. Semiprepolymers, beträgt.
  5. 5) Verfahren zur Herstellung von elastischen Schleifmaterialien auf Basis Schleifmittel enthaltender, wäßriger Polyurethanharnstoff-Gele, dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige, gegebenenfalls polyaminhaltige Aufschlämmungen von Schleifmitteln mit 2 bis 10 Gew.-% Isocyanatendgruppen aufweisenden Prepolymeren aus Polyoxyalkylenethern mit mindestens 30 Gew.-% -CH2.CH2.O-Einheiten und überschüssigen Mengen an Polyisocyanaten vermischt.
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