DE69302736T2

DE69302736T2 - Verfahren zur Herstellung eines Polierwerkzeuges und nach diesem Verfahren hergestelltes Werkzeug

Info

Publication number: DE69302736T2
Application number: DE69302736T
Authority: DE
Inventors: Robert C Kyle; James A Mcdonell
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: DE69302736D1; ES2089744T3; EP0562919B1; EP0562919A1; US5282900A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände, die sich zur Behandlung calciumcarbonathaltiger Steinoberflächen, insbesondere Marmorböden, eignen.
Marmor ist ein kristallines Gestein, das, wenn es rein wäre, ganz aus Calciumcarbonat (CACO&sub3;, dem ursprünglichen Material des Kalksteins) bestünde. Es ist ein Gestein, das wegen seiner Schönheit geschätzt wird, und wird verbreitet zur Herstellung von Skulpturen und Denkmälern, für die architektonische Behandlung beim Bau und zum Verzieren verwendet. Viele Kalksteine, die beim Polieren dekorativ werden, werden ebenfalls Marmor genannt. Kalkstein nimmt eine verwirrende Vielzahl sehr unterschiedlicher physikalischer Formen an, zu denen Marmor, Travertin, Kreide usw. gehören. Einzelne Kalksteintypen werden weiterhin durch viele Trivialnamen beschrieben, wie es in Kirk & Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, Vol 14, John Wiley & Sons (1981), Seite 343-352, ausgeführt ist.
Marmor ist ein üblicher Name für ein metamorphes, hochgradig kristallines Gestein, bei dem es sich um calciumreichen oder dolomitischen Kalkstein unterschiedlicher Reinheit handeln kann. Er kommt in praktisch jeder Farbe mit verschiedenen Marmonerungseffekten vor und ist die schönste Form des Kalksteins. Er ist gewöhnlich sehr hart und kann zu einer sehr glatten Oberfläche geschnitten und poliert werden.
Es ist bekannt, daß calciumcarbonathaltige Steinoberflächen, wie Marmorböden, auf vielerlei Weise gepflegt werden können. Es ist zweckmäßig, drei Behandlungskategorien zu unterscheiden: (1) Polieren oder Kristallisieren (Vitrifikation) der Steinoberfläche mit einer Matte aus einem Material, gewöhnlich in Kombination mit Poliermitteln; (2) Aufbringen von Chemikalien, die in die Steinoberfläche eindringen und sie dadurch gegen Fleckenbildung versiegeln sowie hoffentlich ihr Aussehen verbessern, mit anschließendem oder damit kombiniertem Polieren der versiegelten Steinoberfläche; und (3) Aufbringen filmbildender Zusammensetzungen auf die Steinoberfläche, um sie gegen Fleckenbildung und Abrieb zu versiegeln bzw. zu schützen. Bei letzterem Verfahren bildet das Polieren der Filmoberfläche typischerweise einen Teil der Pflegeprozedur. Diese Erfindung bezieht sich auf die Behandlung der Steinoberfläche, wie in (1) oben, mit neuen Nonwoven- Schleifmitteln. Obwohl hier ein Marmorboden beispielhaft für die calciumcarbonathaltige Steinoberfläche genommen wird, läßt sich die Erfindung allgemein auf calciumcarbonathaltige Steinoberflächen anwenden.
Der Glanz, der durch Schwabbeln eines Marmorbodens mit einem an einer herkömmlichen Rotationsbodenmaschine befestigten Schleifgegenstand entsteht, hängt von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören der Typ des eingesetzten Schleifgegenstands, die Art und Menge der mit dem Schleifgegenstand zusammen (falls überhaupt) verwendeten Hilfschemikalie, der auf den Boden ausgeübte Druck, die Rotationsgeschwindigkeit des Schleifgegenstands, die Behandlungszeit bei einem gegebenen Druck usw. Um eine annehmbare Glanzerzeugung als Ergebnis der Behandlungsprozedur zu gewährleisten, versucht der Anwender, alle diese Parameter zu optimieren. Ziel ist ein hoher Glanz, eine hohe Beständigkeit und ein fleckenunempfindlicher Boden, was mit einem Minimum an Arbeit erreicht werden soll.
Ein neu installierter Marmorboden wird typischerweise mit groben Schleifmitteln und anschließend mit einer Reihe zunehmend feinerer Schleifmaterialien feingeschliffen, um den ursprünglich installierten Boden zu glätten, um Kanten zu entfernen und schließlich eine glatte, ebene Oberfläche mit Seidenglanz zu erzeugen. Weiteres mechanisches Polieren mit immer feineren Graden von Diamantschleifmitteln ergibt letztlich einen sehr hohen Glanz.
Ein feingeschliffener Boden muß nur abgestaubt und feucht aufgewischt werden, um sein Aussehen zu erhalten. Ein feingeschliffener Marmorboden ist jedoch gegen Fleckenbildung insofern nur wenig oder gar nicht beständig, als die Oberfläche natürlicherweise poros ist, und sofern keine Schutzbeschichtung aufgetragen wurde. Außerdem läßt das Aussehen des feingeschliffenen Bodens, wie es sich anhand des "Blankseins" oder "Glanzes" zeigt, typischerweise zu wünschen übrig. Auch wenn der Boden mit Diamantschleifmitteln weiterpoliert wurde, so daß ein sehr hoher Glanz entsteht, unterliegt die Oberfläche des Marmors einer raschen Verschlechterung des Glanzes aufgrund von Fußabrieb oder Abrieb durch andere Belastungen, und die Fleckenunempfindlichkeit der Oberfläche wird nicht verbessert.
Bei einem traditionellen Verfahren der Behandlung von Marmor, um höheren Glanz und höhere Beständigkeit zu erzielen, wird eine säurehaltige Zusammensetzung unter Verwendung einer beschwerten Rotationsbodenmaschine auf den Marmor geschwabbelt, unter der eine Schwabbelmatte befestigt ist, die Stahlwolle umfaßt. Dieses Verfahren wird üblicherweise als "Kristallisierung" oder "Vitrifikation" der Oberfläche bezeichnet (wobei ersteres manchmal mit der Verwendung eines Fluorosilicatsalzes in der sauren Zusammensetzung einhergeht). In der Fachwelt glaubt man allgemein, daß die Säure, die Stahlwolle und die durch den Druck erzeugte Reibungswärme von der beschwerten Maschine zusammenwirken und die chemische Zusammensetzung der Marmoroberfläche verändern, so daß eine härtere und somit beständigere Oberfläche entsteht: eine, die sich zu höherem Glanz polieren läßt und eine verbesserte Fleckenunempfindlichkeit besitzt.
In Bâtiment Entretien, "Brilliant Marble: is it easy to obtain?", Jan-Feb, 1990 (englische Übersetzung der französischen Veröffentlichung), heißt es: "Thus it is that, by the intermediary of an acid and a catalyst (iron), a physico-chemical reaction transforms the calcium carbonate into calcium fluoride and magnesium fluoride." [Auf diese Weise wird das Calciumcarbonat durch die Vermittlung einer Säure und eines Katalysators (Eisen) durch eine physikalisch-chemische Reaktion in Calciumfluorid und Magnesiumfluorid umgewandelt.] Diese Veröffentlichung beschreibt auch im Detail das Verfahren und die nötige Ausrüstung zum Herstellen und Kristallisieren von Marmorböden unter Verwendung von Stahlwollematten und Hilfsschleifmitteln. Bâtiment Entretien, "Crystallization of Marble Stone", Jan-Feb 1985 (englische Übersetzung der französischen Veröffentlichung), ist eine frühere Version derselben Veröffentlichung, in der dieselben Aussagen in bezug auf die Notwendigkeit von Stahlwolle zum Kristallisieren des Bodens gemacht werden.
In "Instrucciones Generales Para Cristalizar con Maquinas Y Productos Kleever", Anleitungen zum Kristallisieren von Marmorböden (zum Teil aus dem Spanischen übersetzt [ins Englische]), Veröffentlichungsdatum unbekannt, von Coor & Kleever S.A., Barcelona, Spanien, heißt es, daß Stahlwolle für die Verwendung zusammen mit ihrem Kristallisierungsmittel "unerläßlich" sei (Seite 6) und daß andere Materialien zu keinen guten Ergebnissen führen.
Die Hoechst Celanese Corp. (Somerville, N.J.) beschreibt in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Bulletin: Vitrification Treatment for Stone Floors Formula JS 342/9" (1988 veröffentlicht) die Vitrifikation als "a one step procedure for the polishing of marble ... floors" [ein Ein-Schritt-Verfahren zum Polieren von Marmorböden] . Die unter der Warenbezeichnung "JS 342/9" bekannte Vitrifikationsrezeptur, wie sie in dem Merkblatt beschrieben ist, umfaßt ein Wachs, ein Tensid, ein Aluminiumsalz, eine organische Säure und Wasser. Es wird empfohlen, die Vitrifikationsrezeptur mit einer niedertourigen Maschine (150 U/min) und einer Stahlwollmatte auf den Boden zu schwabbeln. Die Veröffentlichung der Hoechst Celanese Corp. "Floor Polish Bulletin: Crystallization Treatment for Stone Floors, Formulation FA 1401" (1985 veröffentlicht) beschreibt die Kristallisation als "a one step procedure for polishing marble, terrazzo and hydraulic mosaic stone floors" [ein Ein-Schritt-Verfahren zum Polieren von Böden aus Marmor, Terrazzo und hydraulischem Mosaikstein] . Die Rezeptur umfaßt eine wäßrige Dispersion von Magnesiumsilicofluorid, einem Tensid, einem nonyphenol mit 10 mol Ethylenoxid, einer organischen Säure und einem Wachs. Die Zusammensetzung soll mit einer Stahlwollmatte auf den Boden geschwabbelt werden.
Die Verwendung von Matten aus Stahlwolle oder anderer Drahtwolle bei der Marmorpflege hat mehrere Nachteile. Bei der Verwendung werden Stahlwollestückchen aus der Matte gerissen und verbleiben auf dem Boden, wenn sie nicht entfernt werden. Diese Stückchen rosten schnell und verfärben den Boden. Wenn man sie nicht schnell und vollständig vom Boden entfernt, nachdem der Poliervorgang beendet ist, bilden sich Rostflecken, die auf Marmor besonders problematisch sind. Wenn die Stahlwollmatte erst einmal verwendet worden ist, beginnt sie ebenfalls zu rosten und kann daher nicht für eine spätere Verwendung aufbewahrt werden. Stahlwolle kann insofern schwierig zu handhaben sein, als sie dazu neigt, Splitter in der Haut zu hinterlassen (in vielen Fällen fertigt der Anwender die Matten von Hand aus einem Stahlwollvorrat an); und wenn sie als Matte auf dem Boden verwendet wird, neigt sie dazu, sich zusammenzuballen oder zu zerreißen, wodurch die Matte für fortgesetztes Polieren ungeeignet wird, auch wenn ein großer Teil der ursprünglichen Stahlwolle an der Matte verbleibt. Im US-Patent Nr. 2,958,293 (Hoover et al.) werden die Verwendung und die Nachteile von Stahlwollmatten sehr treffend diskutiert.
Es wurde versucht, Stahlwollmatten zu verbessern. Zum Beispiel wurden Matten aus rostfreier Stahlwolle verwendet, um ein Rosten der Matte zu verhindern oder zu verzögern. Matten aus rostfreier Stahlwolle sind jedoch teurer als Stahlwollmatten aus einfachem Kohlenstoffstahl, sind nicht weniger schwierig zu handhaben und haben dieselbe Neigung, bei der Verwendung zu zerreißen oder sich zusammenzuballen.
Bei einer anderen bekannten Klasse von Verfahren zur Behandlung von Marmor werden eine flüssige Säurezusammensetzung und ein teilchenförmiges Schleifmaterial unter Bildung einer Aufschlämmung gemischt und auf den Boden gegossen. Poliert wird durch Schwabbeln der Aufschlämmung auf den Boden mit einer Rotationsbodenmaschine, so daß man gleichzeitig eine Polierwirkung und eine leichte Auflösung des Calciumcarbonats in dem Marmor durch die Säure bewirkt, um eine glatte, hochglänzende Oberfläche zu erhalten. Matten, die bei dieser Klasse von Verfahren verwendet werden, bestehen herkömmlicherweise aus einem von mehreren Materialien einschließlich Filzen und Matten aus synthetischen ungewebten Fasern.
Ein Nachteil der Aufschlämmungsverfahren besteht darin, daß die Aufschlämmung durch die rotierende Matte der Bodenmaschine auf Oberflächen in der Umgebung, wie Wände und Fußleisten, gespritzt werden kann, was zu unerwünschter Arbeit führt, da man die verspritzte Aufschlämmung von Wänden und Fußleisten wieder abwischen muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Matte durch die Schleifmittelaufschlämmung und den Dreck vom Boden verstopfen kann, was zu einer verminderten Schleifwirkung auf dem Boden führen kann. Noch ein weiterer Nachteil besteht darin, daß für eine richtige Schleifwirkung die richtige Menge der Schleifmittelaufschlämmung auf dem Boden aufrechterhalten werden muß, auch wenn die Aufschlämmung durch die Rotationsbewegung der Matte von dem zu polierenden Bereich wegbewegt wird.
Gleichmäßige, locker-elastische, offene, dreidimensionale Nonwoven-Schleifgegenstände sind für die Verwendung beim Reinigen und Polieren von Böden und anderen Oberflächen bekannt. Beispiele für solche Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände sind die Nonwoven-Schleifmatten, die gemäß den Lehren von Hoover et al., supra, McAvoy, US-Patent Nr. 3,537,121, und McAvoy et al., US-Patent Nr. 4,893,439, hergestellt sind.
Diese Nonwoven-Matten stehen in einem weiten Bereich der Schleifqualität von sehr groben Matten für die grobe Entfernung von Oberflächenbehandlungen (Abzieh- oder Scheuermatten, die zum Beispiel, wie in Beispiel I von Hoover et al., Siliciumcarbidschleifteilchen von 80 µm (180 grit) enthalten) bis zu sehr feinen schleifenden oder nichtschleifenden Poliermatten (die zum Beispiel, wie in Beispiel II von Hoover et al., Flintfeinstaub von 80 µm (180 grit) und feiner enthalten, der mit der Hälfte des Gewichts des Siliciumcarbids von Beispiel I aufgetragen wird).
Während Nonwoven-Schleifmittelmatten, wie sie von Hoover et al. und McAvoy et al. sowie McGurran offenbart wurden, einen weiten Bereich von Anwendungen finden, sind sie für sich genommen zum Polieren oder Kristallisieren von Marmorböden nicht geeignet. Dies wird deutlich anhand der fortgesetzten und beharrlichen Verwendung von nicht mit Schleifmitteln gefüllten Nonwoven-Matten in Kombination mit Hilfsschleifmitteln (wie Aufschlämmungen) zum Polieren von Marmor oder der Verwendung von Stahlwollmatten allein zum Kristallisieren von Marmorböden durch Fachleute auf dem Gebiet der Pflege von Marmorböden.
EP-A-0 397 374 offenbart ein Nonwoven-Gewebe, das Schleifteilchen mit einem Durchmesser im Bereich von 10 µm bis 0.71 mm umfaßt.
FR 2 103 043 offenbart einen Schleifgegenstand zum Reinigen von Glas, der ein mit einem porösen Oxid beschichtetes Nonwoven- Substrat umfaßt.
Daher überraschte der Befund, daß die Gegenstände der vorliegenden Erfindung, die ein gleichmäßiges, locker-elastisches, offenes dreidimensionales Nonwoven-Gewebe umfassen und sehr feine Schleifteilchen aufweisen, die mit vielen vernetzten, statistisch angeordneten, flexiblen, dauerhaften, zähen organischen Fasern verklebt sind, bei der Verwendung mit sauren Hilfskristallisationsmitteln Marmor und andere calciumcarbonathaltigen Oberflächen gleich gut oder besser kristallisierten als zuvor bekannte Materialien, ohne die oben genannten Probleme, die mit Stahlwollmatten einhergehen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit den Systemen der vorliegenden Erfindung schneller ein hoher Glanz erhalten werden kann als mit in der Technik bekannten Systemen, was die Arbeit reduziert, die zum Erreichen des gewünschten Erscheinungsniveaus des Marmorsystems erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die aus einem Nonwoven bestehenden Oberflächenbehandlungsgegenstände der vorliegenden Erfindung keine eisenhaltige Metallkomponente enthalten: Sie zerreißen nicht in feine Teilchen, die auf dem Boden rosten, noch rosten sie bei der Lagerung nach der Verwendung.
Diese Erfindung stellt einen locker-elastischen, dauerhaften Oberflächenbehandlungsgegenstand mit geringer Dichte bereit, der ein Nonwoven-Gewebe beinhaltet, das mit einem geeigneten Bindeharz beschichtet ist, das Mikroschleifteilchen enthält. Der Gegenstand dieser Erfindung ist besonders zum Polieren von Marmoroberflächen, insbesondere Marmorböden, geeignet. Während die Herstellung ähnlicher Schleifgegenstände für die Bodenpflege, die eine Vielzahl von Fasern, Harzbeschichtungen und Schleifmittelfüllstoffen verwenden, wohlbekannt ist, ist der Gegenstand dieser Erfindung durch die Verwendung von Schleifteilchen einer speziellen Größe gekennzeichnet, nämlich solcher mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,1 Mikrometer bis 9 Mikrometer.
Ein Aspekt der Erfindung ist also ein aus einem ungewebten textilen Flächengebilde (Nonwoven) bestehender Oberflächenbehandlungsgegenstand zur Behandlung von Steinoberflächen, die Calciumcarbonat beinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Gegenstand um ein offenes, locker-elastisches dreidimensionales Gewebe handelt, umfassend eine Mehrzahl thermoplastischer Fasern mit einer Fadenfeinheit im Bereich von 15 bis 200 Denier, ein Bindemittel, das die Fasern an den Punkten des gegenseitigen Kontaktes miteinander verklebt, sowie Schleifteilchen, die durch das Bindemittel mit den Fasern verklebt sind, wobei die Schleifteilchen einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 9 µm haben.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein System zum Polieren und/oder Kristallisieren von Steinoberflächen, die Calciumcarbonat umfassen, wie Marmorböden, wobei das System aus
(a) dem Schleifgegenstand der hier beschriebenen Erfindung und
(b) einem sauren Kristallisationsmittel, das mit dem Calcium in der Calciumcarbonat umfassenden Steinoberfläche unter Bildung eines unlöslichen Calciumsalzes reagieren kann, besteht.
Bei der Behandlung calciumcarbonathaltiger Oberflächen beinhaltet das Verfahren die Schritte:
(a) Auftragen eines sauren Kristallisationsmittels entweder auf eine Calciumcarbonat umfassende Steinoberfläche oder auf einen Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstand der Erfindung oder beides, wobei der Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstand dadurch gekennzeichnet ist, daß es sich um ein offenes, locker-elastisches dreidimensionales Nonwoven- Schleifmittelgewebe handelt, umfassend eine Mehrzahl thermoplastischer organischer Fasern, ein Bindemittel sowie Schleifteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 9 µm; und
(b) In-Kontakt-Bringen des Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstands mit der calciumcarbonathaltigen Oberfläche in Gegenwart des sauren Kristallisationsmittels, wobei man eine relative Bewegung zwischen der Oberfläche und dem Gegenstand bewirkt, wodurch auf der Calciumcarbonat umfassenden Oberfläche eine dauerhafte hochglänzende Oberfläche entsteht.
Bevorzugt sind solche Verfahren, bei denen das Kristallisationsmittel in flüssiger Form vorliegt und vor Schritt (b) auf die Calciumcarbonat umfassende Oberfläche und/oder den Nonwoven- Oberflächenbehandlungsgegenstand der Erfindung aufgesprüht wird.
Die Größe der in die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung eingebauten Schleifteilchen ist ein entscheidender Aspekt der Erfindung. Experimente mit handelsüblichen beschichteten Schleifmaterialien (wie sehr feinen Sandpapiergraden oder losen Schleifteilchen) zeigten, daß Schleifmaterialien, die unter Verwendung von Schleifteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 30 µm oder feiner hergestellt wurden, beim Erzeugen eines hohen Glanzes (d.h. einer Glanzmesser-Ablesung von 75 oder mehr bei Verwendung einer Glanzmessergeometrie von 600 gemäß ASTM D-523; ASTM: American Society of Testing Materials) auf einer Marmoroberfläche besonders effektiv sind. Gröbere Grade von Schleifmaterial erzeugten keinen hohen Glanz.
Um die Wirkung der Größe der Schleifteilchen beim Polieren von Marmor zu untersuchen und die am meisten bevorzugte zu bestimmen, wurden Proben von üblichen beschichteten Schleifmaterialien ("Sandpapier"), die Schleifteilchen mit mittleren Teilchengrößen im Bereich von 30 µm bis weniger als 10 µm enthielten, zum Befestigen an den im Abschnitt "Testverfahren" beschriebenen Schiefer-Tester hergerichtet. Scheiben mit einem Durchmesser von 10,2 cm aus dem Schleifmaterial wurden auf Scheiben mit einem Durchmesser von 10,2 cm aus Rückseitenmaterial geklebt, das unter der Handelsbezeichnung "3M Carpet Pad" bekannt ist und von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN ("3M") erhältlich ist und das als alleiniges Rückseitenmaterial für die Schleifscheibe verwendet wurde. Matten aus Stahlwolle und eine im Handel erhältliche, weiße (talkhaltige) Nonwoven-Matte, die unter der Handelsbezeichnung "Scotch-Brite Super Polish Pad" bekannt ist (ebenfalls von 3M), wurden zum Vergleich getestet.
Fliesenproben aus weißem Kalkutta-Marmor wurden mit einer im Handel erhältlichen wäßrigen Magnesiumfluorosilicat-Kristallisierungslösung (Markenbezeichnung "Kleever K2") bestrichen, wie es im Abschnitt "Testverfahren" unten beschrieben ist. (Bei dieser Untersuchung wurden 0,2 g anstelle der im Abschnitt "Testverfahren" angegebenen 0,4 g verwendet.) Vier Testperioden (500 Cyclen pro Periode) auf der Schiefer-Maschine wurden für jede Marmorfliesenprobe durchgeführt.
Wenn das mit Papier kaschierte beschichtete Schleifmaterial (bekannt unter der Handelsbezeichnung "Imperial", von 3M) Aluminiumoxid-Schleifteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 30 µm enthielt, war der 60º-Glanzmesserwert auch nach vier Testperioden niedrig.
Die folgenden mit Papier kaschierten beschichteten Schleifmittel wurden ebenfalls getestet:
1. ein mit Siliciumcarbid mit einer mittleren Teilchengröße von 25 µm beschichtetes Schleifmittel (bekannt unter der Warenbezeichnung "Imperial Wet-or-Dry");
2. ein mit Aluminiumoxid mit einer mittleren Teilchengröße von 12 µm beschichtetes Schleifmittel (Warenbezeichnung "Yellow Fining Pad");
3. ein mit Aluminiumoxidkügelchen mit einer mittleren Teilchengröße von 12 µm beschichtetes Schleifmittel (das harzbeschichtete Teilchen enthält und unter der Warenbezeichnung "CSF Gold Qwik-Strip" bekannt ist); und
4. beschichtete Schleifmittel, die Aluminiumoxidschleifteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 9 µm bzw. 3 µm enthalten (Warenbezeichnung "Finesse Wet-or-Dry Production Polishing Paper"); (alle von 3M).
Die anfängliche Glanzerzeugung bei 1-4 oben war jeweils mäßig (eine Testperiode), während bei 1-4 jeweils ein sehr hoher (d.h. viel mehr als 75 bei einer Glanzmessergeometrie von 60º) Endglanz erreicht wurde (nach vier Testperioden).
Die oben erwähnte weiße Nonwoven-Matte und eine Matte aus Stahlwolle #3 ergaben einen geringen anfänglichen und mäßigen Bndglanz, während feinere Grade von Stahlwolle (#0, #00 und #0000) einen mäßigen anfänglichen Glanz und einen hohen Endglanz erzeugten. Stahlwolle #3 hat einen mittleren Drahtdurchmesser von 5,6 mm; Stahlwolle #0 hat einen Durchmesser von 8,25 mm. Stahlwolle #00 und #0000 hat einen mittleren Drahtdurchmesser von 9,3 mm bzw. 11,7 mm.
Im Widerspruch zur Lehre der derzeitigen Literatur ist also anscheinend keine Stahlwolle notwendig, um ein hochglänzendes Aussehen zu erzeugen. Eher scheint die Größe der Schleifteuchen ein entscheidendes Merkmal zu sein, um mit einem Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstand einen hohen Glanz auf einer calciumcarbonathaltigen Oberfläche zu erhalten, ein Aspekt, der bisher nicht gelehrt oder nahegelegt wurde.
Ein sekundärer Aspekt der Erfindung ist die Dauerhaftigkeit der erzeugten hochglänzenden Oberfläche. Es reicht nicht aus, daß Marmorböden einen hohen Glanz haben; sie müssen auch eine große Dauerhaftigkeit haben oder "kristallisiert" werden, indem man über der Grundoberfläche eine harte Oberfläche aus CaF&sub2; oder eine Oberfläche aus einem anderen unlöslichen Calciumsalz bildet.
Um die Dauerhaftigkeit der in dem soeben beschriebenen Poliertest erzeugten hochglänzenden Marmorfliesenoberflächen zu testen, wurden dieselben Fliesen einem Dauerhaftigkeitstest unterzogen (der Gardner-Dauerhaftigkeitstest ist unten unter "Testverfahren" beschrieben), bei dem eine Lösung von Calciumcarbonat in Leitungswasser (10 Gew.-%; Handelsbezeichnung "Gammasperse 960") als Schleifmedium auf einem Standardabriebtester (Warenbezeichnung "Gardner Abrasion Tester", erhältlich von Pacific Scientific) verwendet wurde. Die Dauerhaftigkeit wurde anhand der Anderung des Glanzes der hochglänzenden Oberflächen vor und nach dem Dauerhaftigkeitstest gemessen. Je weniger sich die Glanzrnesserablesung änderte, desto "dauerhafter" war die Oberfläche auf der Marmortestfliese. Eine Abnahme der Glanzmesserablesung von 25 oder weniger zeigte einen annehmbaren Wert für die Dauerhaftigkeit an.
Die Proben, die mit papierkaschierten beschichteten Schleifmitteln mit einer mittleren Teilchengröße von 30 und 25 µm kristallisiert wurden, verloren nach vier Testperioden von je 50 Cyclen auf dem Abriebtester ungefähr 40-50 Einheiten ihrer ursprünglichen Glanzmesserablesung. Die Proben, die mit papierkaschierten beschichteten Schleifmitteln mit einer mittleren Teilchengröße von 12, 9 oder 3 µm kristallisiert wurden, und die Probe, die unter Verwendung der Stahlwolle #0 kristallisiert wurde, verloren nach vier Tests mit je 50 Cyclen nur 20-25 Einheiten ihrer ursprünglichen Glanzmesserablesung. Dieser Test zeigte an, daß der Grad der Kristallisierung des Marmors (wie er sich anhand des Glanzverlustes zeigte) bei Verwendung von Stahlwolle oder einem Mikroschleifmaterial zum Polieren der Oberfläche gleichwertig ist. Diese Ergebnisse standen in direktem Widerspruch zu der geläufigen Lehre, daß Eisen als Katalysator für den Kristallisierungsvorgang erforderlich sei.
Schließlich wurde ein Vergleich der Schleiffähigkeit der papierkaschierten beschichteten Schleifmittel 1-4 und des papierkaschierten beschichteten 30-µm-Schleifmittels (bekannt unter der Warenbezeichnung "Imperial") an einem tatsächlichen Marmorboden angestellt, um die obigen Ergebnisse zu erhärten. "Bodenmatten" wurden hergestellt, indem man Kreisscheiben mit einem Durchmesser von 12,7 cm aus den papierkaschierten beschichteten Schleifmatenahen mit einem geeigneten Klebstoff radial an einem Teppichmattenhalter mit einem Durchmesser von 43,2 cm (Warenbezeichnung "3M Carpet Pad") befestigte, so daß die Oberfläche der Teppichmatte bedeckt wurde. Getestet wurde mit einer Fliese aus weißem Kalkutta-Marmor von 30,5 cm x 30,5 cm x 0,95 cm, die sich in einem Marmorboden befand, der aus Fliesen ähnlicher Größe bestand.
Zunächst wurde die Oberfläche der Testfliese konditioniert, indem man die Oberfläche mit einer Schleifscheibe schliff, die Siliciumcarbid-Schleifteilchen des Grades 120 (170 µm und feiner; Warenbezeichnung "ScotchMesh", von 3M) enthielt, um die Oberfläche des Marmors abzustumpfen. Dann wurden auf jede Testfliese 6-7 Gramm einer wäßrigen, fluorosilicathaltigen Kristallisierungslösung (Warenbezeichnung "Kleever K2, erhältlich von Coor & Kleever, S.A., Barcelona, Spanien (im folgenden "Kleever")) gestrichen. Die vorbereitete Teppichmatte, die die beschichteten Schleifmittelproben trug, wurde an einer elektrischen Rotationsbodenmaschine befestigt, und jede Fliese wurde mit 175 U/min geschwabbelt, wie es ein Fachmann auf dem Gebiet der Marmorpflege normalerweise tun würde. Jeder Schwabbeldurchgang dauerte zwei Minuten; danach wurde die Fliese saubergewischt, und bei jeder Fliese wurde der Glanz an zehn verschiedenen Stellen gemäß ASTM D-523 gemessen. Der Mittelwert davon wurde aufgezeichnet. Dieser Vorgang des Auf tragens. der Lösung des Kristallisierungsmittels, des Schwabbelns und des Messens des Glanzes wurde bei jeder Probe mehrmals wiederholt. Nach vier solcher Cyclen erzeugte die Stahlwolle #0 einen hohen Glanz auf der Marmoroberfläche, während das beschichtete Schleifmittel, das Schleifteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 3 µm enthielt, erst nach zwei Cyclen einen vergleichbaren Glanz ergab. Die Probe mit dem beschichteten Schleifmittel erzeugte nicht nur einen Glanz auf dem Boden, der dem von der Stahlwollprobe erzeugten gleichwertig war, sondern tat dies auch schneller, was sich bei tatsächlichen Pflegeoperationen durch Arbeits- und Kosteneinsparungen auszahlt.
Während die Mängel von Stahiwolimatten und Nonwoven-Matten in Kombination mit Hilfsaufschlämmungen loser Schleifmittel oben genannt wurden, sollte man auch erwähnen, daß die bei dem soeben beschriebenen Test verwendeten papierkaschierten beschichteten Schleifscheiben für eine längere Verwendung nicht geeignet waren. Die Mehrzahl der Testproben wurde nach vier Cyclen auf der Schiefer-Maschine oder nach zehn Minuten auf der Bodenmaschine unbrauchbar. Diese Mikroschleifmittelscheiben wurden innerhalb einer relativ kurzen Verwendungszeit mit Schmutz befrachtet, verloren die Haftung an der Kaschierung oder übertrugen Kleber auf den Boden.
In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ist das Nonwoven-Gewebe daher mit einer Bindemittelvorstufenlösung beschichtet, die ein Harz in Latexform sowie Mikroschleifteilchen (d.h. Schleifteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 30 µm, aber mehr als 0,1 µm) umfaßt.
Schleifteilchen werden vorzugsweise durch die Harze der unten beschriebenen Bindemittel überall in den Fasern des dreidimensionalen Nonwoven-Gewebes verteilt und mit diesen verklebt. Bei den Schleifteilchen, die für die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der vorliegenden Erfindung geeignet sind, kann es sich um einzelne Schleifmittelkörnchen oder Agglomerate einzelner Schleifmittelkörnchen handeln.
Die Schleifteilchen können aus jedem bekannten Schleifmaterial bestehen, das gewöhnlich auf dem Fachgebiet der Schleifmittel verwendet wird und eine größere Härte als Marmor hat. Das CRC "Handbook of Chemistry and Physics", 61. Auflage, 1980/81, S. F24, nennt für Marmor eine Härte von 3-4 Mohs, für Talk von 1 Mohs, für Granat von 7 Mohs, für Aluminiumoxid von 9+ Mohs und für Siliciumcarbid von 9+ Mohs.
Vorzugsweise haben die Schleifteilchen eine Härte von 6 Mohs oder darüber. Beispiele für geeignete Schleifteilchen sind einzelne Siliciumcarbid-Schleifkörnchen (einschließlich feuerfest beschichteten Siliciumcarbid-Schleifkörnchen, wie sie im US-Patent Nr.4,505,720 offenbart sind), Schmelzaluminiumoxid, hitzebehandeltes Schmelzaluminiumoxid, Aluminiumoxid/Zirconiumoxid (einschließlich Schmelz-Aluminiumoxid/Zirconiumoxid, wie es in den US-Patenten Nr. 3,781,172, 3,891,408 und 3,893,826 offenbart und kommerziell von der Norton Company of Worcester, Mass., unter der Handelsbezeichnung "NorZon" erhältlich ist), kubisches Bornitrid, Granat, Bimsstein, Sand, Schmirgel, Glimmer, Korund, Quarz, Diamant, Borcarbid, Schmelztonerde, gesinterte Tonerde, keramisches Material auf der Basis von α-Aluminiumoxid (erhältlich von der Minnesota Mining and Manufacturing Company (3M), St. Paul, MN, unter der Handelsbezeichnung "Cubitron"), wie die in den US- Patenten Nr. 4,314,827, 4,518,397, 4,574,003, 4,744,802, 4,770,671 und 4,881,951 offenbarten, sowie Kombinationen davon.
Die Schleifteilchen sind vorzugsweise in einer beschichtungsfähigen Bindemittelvorstufenlösung (die Wasser und/oder organisches Lösungsmittel, Latex oder ein anderes Harz, Schleifteilchen sowie andere Bestandteile enthält) in einem Anteil im Bereich von 10 bis 65 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 40 bis 60 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der beschichtungsfähigen Lösung), vorhanden.
Die Schleifteilchen brauchen nicht gleichmäßig auf den Fasern der Nonwoven-Gegenstände verteilt zu sein, aber eine gleichmäßige Verteilung kann gleichmäßigere Schleifeigenschaften liefern.
Die aus einem offenen, locker-elastischen Nonwoven bestehenden Oberflächenbehandlungsgegenstände der vorliegenden Erfindung bestehen vorzugsweise aus gekräuselten, thermoplastischen organischen Stapelfasern, wie Polyamid- und Polyesterfasern. Ein Kräuseln ist zwar für die Erfindung nicht notwendig, jedoch können gekräuselte Stapelfasern mit herkömmlichen gewebebildenden Maschinen, wie der unter der Warenbezeichnung "Rando Webber" vertriebenen, die von der Curlator Corporation kommerziell erhältlich ist, zu Nonwoven-Geweben verarbeitet und verharkt werden. Verfahren, die sich zur Herstellung von Nonwoven-Geweben, die für die Verwendung in der Erfindung geeignet sind, aus gekräuselten synthetischen Stapelfasern eignen, werden von Hoover et al. in den US-Patenten Nr. 2,958,593 und 3,537,121 offenbart. Kontinuierliche gekräuselte oder ungekräuselte Fasern können ebenfalls verwendet werden, aber diese neigen dazu, den Reibungswiderstand des Gegenstands zu erhöhen.
Bei den Stapelfasern kann es sich um in der Stauchkammer gekräuselte, spiralförmig gekräuselte, wie sie zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,893,439 beschrieben sind, oder eine Kombination von beiden handeln, und die Nonwoven-Gewebe, die zur Herstellung von Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenständen der Erfindung geeignet sind, können gegebenenfalls bis zu 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.-%, schmelzverklebbarer Fasern enthalten, um die Stabilisierung des Nonwoven-Gewebes zu unterstützen und das Auftragen des Beschichtungsharzes zu erleichtern.
In der Technik bekannte geeignete Stapelfasern bestehen typischerweise aus Polyester oder Polyamid, obwohl die Verwendung anderer Fasern, wie Rayon, ebenfalls bekannt ist.
Schmelzverklebbare Fasern, die in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können aus Polypropylen oder anderen niedrigschmelzenden Polymeren, wie Polyestern, bestehen, solange die Temperatur, bei der die schmelzverklebbaren Fasern schmelzen und somit in der Struktur des Nonwoven-Gewebes an den anderen Fasern haften, niedriger ist als die Temperatur, bei der die physikalischen Eigenschaften der Stapelfasern oder schmelzverklebbaren Fasern schlechter werden. Zu den geeigneten und bevorzugten schmelzverklebbaren Fasern gehören die im oben erwähnten US-Patent Nr. 5,082,720 beschriebenen. Schmelzverklebbare Fasern, die für die Verwendung in dieser Erfindung geeignet sind, müssen bei erhöhten Temperaturen unterhalb von Temperaturen, die die spiralförmig gekräuselten Fasern beeinträchtigen würden, aktivierbar sein. Außerdem lassen sich diese Fasern vorzugsweise unter Verwendung herkömmlicher Gewebebildungsausrüstung mit den spiralförmig gekräuselten Fasern gemeinsam unter Bildung eines locker-elastischen, offenen, unverklebten Nonwoven-Gewebes verarbeiten. Typischerweise haben schmelzverklebbare Fasern einen Kern und eine konzentrische Hülle, wurden in der Stauchkammer mit 6 bis 12 Kräuseln pro 25 mm gekräuselt und besitzen eine Stapeischnittlänge von 25 bis 100 mm. Verbundstoffasern haben eine Reißlänge von 2-3 g/denier. Alternativ dazu können schmelzverklebbare Fasern eine eine Nebeneinander-Struktur oder eine Struktur mit Kern und exzentrischer Hülle haben.
Die bevorzugten Fasern dieser Erfindung sind spiralförmig gekräuselte Polyesterstapelfasern in Kombination mit einer schmelzverklebbaren Faser aus niedrigschmelzendem Polyester. Besonders bevorzugt sind spiralförmig gekräuselte Fasern aus Polyethylenterephthalat (PET).
Das US-Patent Nr. 3,595,738 offenbart Verfahren zur Herstellung spiralförmig gekräuselter zweikomponentiger Polyesterfasern, die für die Verwendung in dieser Erfindung geeignet sind. Die nach dem Verfahren dieses Patents hergestellten Fasern haben eine revertierende spiralförmige Kräuselung. Fasern mit einer revertierenden spiralförmigen Kräuselung werden gegenüber Fasern, die in einer schraubenartigen Struktur, wie eine Spiralfeder, gekräuselt sind, bevorzugt. Beide Typen spiralförmig gekräuselter Fasern sind jedoch für diese Erfindung geeignet. Die US-Patente Nr. 3,868,749, 3,619,874 und 2,931,089 offenbaren verschiedene Verfahren zum Kantenkräuseln synthetischer organischer Fasern unter Bildung spiralförmig gekräuselter Fasern.
Spiralförmig gekräuselte Fasern weisen typischerweise und vorzugsweise 1 bis 15 Vollkreiskräuselungen pro 25 mm Faserlänge auf, während in der Stauchkammer gekräuselte Fasern 3 bis 15 Vollkreiskräuselungen pro 25 mm Faserlänge aufweisen. Wenn spiralförmig gekräuselte Fasern in Verbindung mit in der Stauchkammer gekräuselten Fasern verwendet werden, haben gemäß der Lehre des '439er Patents die spiralförmig gekräuselten Fasern vorzugsweise weniger Kräuselungen pro Längeneinheit als die Stauchkammerfasern.
Der Kräuselungsindex, ein Maß für die Faserelastizität, liegt für spiralförmig gekräuselte Fasern vorzugsweise in einem Bereich von 35 bis 70%, der auch für in der Stauchkammer gekräuselte Fasern gilt. Der Kräuselungsindex kann bestimmt werden, indem man die Faserlänge mit einer geeigneten, an der Faser befestigten "hohen Belastung" mißt, dann die Faserlänge mit einer geeigneten, daran befestigten "niedrigen Belastung" davon abzieht und dann das Ergebnis durch die Länge der Faser bei der hohen Belastung dividiert und diesen Wert mit 100 multipliziert. (Die Werte der geeigneten "hohen Belastung" und "niedrigen Belastung" hängen von der Fadenfeinheit der Faser ab. Für Fasern der Erfindung mit 50-100 denier beträgt die niedrige Belastung 0,1-0,2 Gramm, und die hohe Belastung beträgt 5-10 Gramm. Der Kräuselungsindex kann auch bestimmt werden, nachdem man die Testfasern 5 bis 15 Minuten lang einer erhöhten Temperatur, z.B. 135ºC bis 175ºC, ausgesetzt hat, und dieser Wert kann mit dem Index vor der Hitzeeinwirkung verglichen werden. Der Kräuselungsindex, der gemessen wird, nachdem die Faser 5 bis 15 Minuten lang einer erhöhten Temperatur, z.B. 135ºC bis 175ºC, ausgesetzt wurde, sollte sich gegenüber dem, der vor der Hitzeeinwirkung gemessen wurde, nicht wesentlich geändert haben. Die Belastung kann entweder horizontal oder vertikal angebracht werden.
Die Länge der eingesetzten Fasern hängt von den Einschränkungen der Verarbeitungsausrüstung ab, auf der das offene Nonwoven- Gewebe gebildet wird.. Je nach dem Typ der Ausrüstung können jedoch bei der Bildung der locker-elastischen offenen Gewebe mit den hier näher angegebenen gewünschten Endeigenschaften sehr wahrscheinlich Fasern unterschiedlicher Länge oder Kombinationen davon verwendet werden. Faserlängen, die für spiralförmig gekräuselte Fasern geeignet sind, liegen vorzugsweise in einem Bereich von 60 mm bis 150 mm, während geeignete Faserlängen für Stauchkammerfasern in einem Bereich von 25 bis 70 mm liegen.
Im Unterschied zu anderen Nonwoven-Schleifmittelprodukten ist die Dicke (Fadenfeinheit) der in den Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenständen der vorliegenden Erfindung verwendeten Fasern entscheidend. Wie auf dem Gebiet der Nonwoven-Schleifmittel allgemein bekannt ist, werden Fasern mit größerer Fadenfeinheit für Gegenstände mit stärkerem Abrieb bevorzugt, Fasern mit kleinerer Fadenfeinheit werden für Gegenstände mit geringerem Abrieb bevorzugt, und die Fasergröße muß für locker-elastische, offene Schleifmittelprodukte geringer Dichte geeignet sein. Obwohl die Fadenfeinheit von Fasern, die typischerweise für Nonwoven- Schleifmittelgegenstände verwendet werden, im groben Bereich von 6 bis 400 denier liegen kann, liegt die Fasergröße für Nonwoven- Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung im Bereich von 15 bis 200 denier, vorzugsweise 50 bis 100 denier. Feinheiten von weniger als 15 denier führen zu einem erhöhten Reibungswiderstand, wenn die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände dieser Erfindung an herkömmlichen Bodenmaschinen (d.h. einer, die so entworfen ist, daß sie rotiert und den Schleifmittelgegenstand gegen die Oberfläche zwingt und so die Oberfläche poliert) befestigt werden. Faserfeinheiten von mehr als 200 denier reduzieren den Widerstand, aber das Drehmoment von der Bodenmaschine kann das Gewebe verdrehen, anstatt es, wie gewünscht, zu rotieren.
Wenn die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung zur Verwendung als Bodenmatten zur Verwendung in herkömmlichen Bodenmaschinen, wie zum Beispiel die, die von Mirade Sealants Company, El Monte, California, kommerziell erhältlich ist, ausgebildet sind, haben sie vorzugsweise eine nichtkomprimierte Dicke von wenigstens 0,5 cm, vorzugsweise im Bereich von 2 cm bis 4 cm. Wie oben erwähnt, hängt die Dicke von der für die besondere Anwendung gewählten Faserfeinheit ab. Wenn die Faser zu fein ist, sind die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung weniger locker-elastisch und offen und damit dünner, was dazu führt, daß der Gegenstand leichter zu einer Befrachtung mit Kristallisierungschemikalien und Schmutz von dem behandelten Boden oder der behandelten Oberfläche neigt.
Bindemittel, die für die Verwendung in den Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenständen der Erfindung geeignet sind, können jedes thermoplastische oder duroplatische Harz umfassen, daß sich zur Herstellung von Nonwoven-Gegenständen eignet, aber dem Fachmann auf dem Gebiet einer solchen Herstellung wird klar sein, daß das Harz in seinem endgültigen, gehärteten Zustand mit der gewählten Faser verträglich sein (oder verträglich gemacht werden können)
Das gehärtete Harz haftet vorzugsweise an allen Typen von Fasern in einem bestimmten Nonwoven-Gegenstand der Erfindung, so daß er einen vorzeitigen Verschleiß des anschließend hergestellten Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstands während der Verwendung abwendet (vorzugsweise verhindert). Außerdem haften gehärtete Harze, die sich für die Verwendung in der Erfindung eignen, vorzugsweise an den Schleifmittelteilchen, so daß sie ein vorzeitiges Ablösen der Teilchen von den Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenständen der Erfindung während der Verwendung verhindern, sollten es jedoch erlauben, daß der behandelten Oberfläche neue Schleifteilchen dargeboten werden.
Eine weitere Überlegung ist, daß das gehärtete Harz weich genug sein sollte, um zu erlauben, daß die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung während der Verwendung als Polier- oder Kristallisiermatte etwas flexibel sind, so daß sich die Matte Unregelmäßigkeiten im Boden anpassen kann. Das gehärtete Harz sollte jedoch nicht so weich sein, daß es einen unangemessen hohen Reibungswiderstand zwischen den Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenständen der Erfindung und dem behandelten Boden bewirkt. Im Falle, daß die Gegenstände der Erfindung an einer herkömmlichen elektrischen Bodenpoliermaschine befestigt sind, kann ein hoher Reibungswiderstand zu einer erhöhten elektrischen Leistungsaufnahme von Seiten der Bodenmaschine führen und kann dazu führen, daß elektrische Schmelzsicherungen "durchbrennen" bzw. Leistungsschalter "herausfliegen".
Geeignete Harze werden nicht leicht unerwünschte Reaktionen eingehen, werden über einen weiten pH- und Feuchtigkeitsbereich hinweg stabil sein und werden einer mäßigen Oxidation und Reduktion widerstehen. Die gehärteten Harze sollten bei höheren Temperaturen stabil sein und eine relativ hohe Lagerbeständigkeit haben.
Die Harze der Bindemittel, die sich für die Verwendung in den Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenständen der Erfindung eignen, können eine große Vielfalt von Harzen umfassen, einschließlich synthetischer Polymere, wie Styrol/Butadien-Copolymere (SBR), carboxylierte SBR-Copolymere, Melaminharze, Phenol-Aldehyd-Harze, Polyester, Polyamide, Polyharnstoffe, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid, Acrylsäure/Methylmethacrylat-Copolymere, Acetalcopolymere, Polyurethane sowie Gemische und vernetzte Versionen davon.
Eine bevorzugte Gruppe von Harzen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, insbesondere wenn es sich bei einer wesentlichen Anzahl der Fasern des Nonwoven-Gewebes um Polyester handelt, sind terpolymere Latexharze, die durch lineare oder verzweigte Copolymerisation eines Gemischs aus einem nichtfunktionalisierten monoethylenisch ungesättigten Comonomer, einem funktionalisierten monoethylenisch ungesättigten Comonomer und einem nichtfunktionalisierten diethylenisch ungesättigten Comonomer gebildet werden. (Der hier verwendete Ausdruck "funktionalisiert" bedeutet ein Monomer mit einer reaktiven Struktureinheit, wie -OH, NH&sub2;, COOH und dergleichen, wobei "nichtfunktionalisiert" ein Monomer bedeutet, das keine solche reaktive Struktureinheit aufweist.)
Besonders bevorzugte Terpolymer-Latexharze, die verwendet werden, wenn es sich bei den Fasern des Nonwoven-Gewebes im wesentlichen um Polyester handelt, werden durch statistische oder Block-Terpolymerisation von Styrol, Butadien und einem funktionalisierten monoethylenisch ungesättigten Monomer gebildet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Monomeren mit der allgemeinen Formel R¹R²C=CR³COOH und Anhydriden davon besteht, wobei R¹ und R² unabhängig aus H und CH&sub3; ausgewählt sind und R³ aus H, CH&sub3; und COOH ausgewählt ist. In handelsüblichen Harzen dieses Typs ist die Menge des funktionalisierten monoethylenisch ungesättigten Monomers typischerweise nicht allgemein bekannt, beträgt jedoch vermutlich 1 bis 10 Mol-% des Gesamtmonomers. Die Menge des Styrols liegt in einem Bereich von 50 Mol-% bis 80 Mol-%, vorzugsweise von 60 bis 70 Mol-%, besonders bevorzugt 65 Mol-%, als Molprozentwert von Styrol und Butadien.
Ein im Handel erhältliches und besonders bevorzugtes Terpolymer- Latexharz ist das von Unocal unter dem Handelsnamen "AMSCO RES 5900" vertriebene. Dieses wäßrige Latexharz ist ein Terpolymer von Styrol/Butadien/funktionalisiertem rnonoethylenisch ungesättigtem Monomer mit einem Styrol/Butadien-Stoffmengenverhältnis von 65/35, 1-10 Mol-% funktionalisiertem monoethylenisch ungesättigtem Monomer, einem Feststoffgehalt von 50 Gew.-%, einem pH von 9,0, einer anionischen Teilchenladung, einer Teilchengröße von 0,2 µm und einer Glasübergangstemperatur von -5ºC. Höhere Stoffmengenverhältnisse an Butadien führen zu einem weicheren Harz, jedoch auf Kosten eines größeren Reibungswiderstands. Typische und bevorzugte beschichtungsfähige Bindemittelvorstufenlösungen, die dieses Latexharz und Schleifteilchen enthalten und zur Bildung gehärteter Bindemittel geeignet sind, sind in Tabelle A angegeben (Naßgewichtsteile).
Die oben beschriebenen Terpolymere können unvernetzt verwendet werden, werden jedoch vorzugsweise durch die Reaktion der reaktiven COOH-Struktureinheit mit einem polyfunktionalisierten Monomer, wie einem Phenol- oder Melaminharz, wie es in Tabelle A angegeben ist, vernetzt.
Vernetzende Harze, wie sie in Tabelle A unten erwähnt sind, können verwendet werden, um die Wasser- und Lösungsmittelbeständigkeit der schließlich gebildeten Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung zu verbessern und um ihre Festigkeit zu erhöhen. Melamin-Formaldehyd-Harze, wie die vollständig methylierten Melamin-Formaldehyd-Harze mit geringem Gehalt an freiem Methylol, die unter den Handelsbezeichnungen "Cymel 301", 1133 und 1168, "Cymel 303" und "Aerotex M-3" vertrieben werden, und dergleichen, sind geeignet. Ersteres ergibt eine geringfügig höhere Zugfestigkeit, während letzteres die Steifigkeit und Elastizität des Nonwovens erhöht. Phenolharze wurden ebenfalls als vernetzende Harze verwendet, wie die unter den Handelsbezeichnungen "433" (Monsanto) und "R-7" (Carborundum) und dergleichen vertriebenen.
Wenn die in der vorliegenden Erfindung geeigneten Latexharze vernetzt sind, weisen sie eine Vernetzung von mehr als 10% auf, wobei sie gewöhnlich eine Vernetzung im Bereich von 15% bis 80% aufweisen, noch häufiger eine Vernetzung im Bereich von 25% bis 60% aufweisen und typischerweise in einem Vernetzungsbereich von 45% bis 55% liegen. Die vernetzten Latexharzteilchen können als organische Füllstoffe wirken, wobei sie helfen, die Beschichtung der Fasern der Nonwoven-Gewebe mit den linearen oder verzweigten Copolymeren zu glätten. Tabelle A: Bevorzugte Bindemittelvorstufenlösungen Bestandteil Breiter Bevorzugter SBR-Latex (50% Feststoffe) Wasser Melamin/Formaldehyd-Vernetzungsharz Granat-Schleifteilchen, 30 µm oder weniger mittlere Teilchengröße Katalysator (40%ige Lösung von Diammoniumphosphat) Schaumverhütungsmittel Tensid
Der berechnete oder theoretische Prozentsatz der Vernetzung ist definiert als Gewicht des polyfunktionalisierten Monomers (oder der polyfunktionalisierten Monomere), dividiert durch das Gesamtgewicht der Monomere.
Zu den nichtfunktionalisierten monoethylenisch ungesättigten Monomeren, die zur Herstellung hier geeigneter linearer, verzweigter und vernetzter Latexharze allgemein geeignet sind, gehören Styrol, Ethylvinylbenzol und Vinyltoluol, wobei Styrol besonders bevorzugt ist.
Zu den diethylenisch ungesättigten Monomeren, die in der Erfindung geeignet sind, gehören Isopropen, Butadien und Chloropren, wobei Butadien besonders bevorzugt ist.
Wenn die Nonwoven-Schleifmittelgegenstände eine wesentliche Menge Fasern aus Polyamid (z.B. Nylon 6,6) umfassen, können andere Harze als Harzkomponente des Bindemittels bevorzugt sein. Beispiele für geeignete Bindemittel zur Verwendung, wenn die Fasern Polyamide umfassen, sind: Phenolharze, Aminoplastharze, Urethanharze, Harnstoff-Aldehyd-Harze, Isocyanuratharze und Gemische davon. Ein bevorzugtes Harz ist ein thermisch härtbares Resol- Phenol-Harz, wie es in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Auflage, John Wiley & Sons, 1981, N.Y., Vol 17, Seite 384-399, beschrieben ist.
Beispiele für im Handel erhältliche Phenolharze sind die unter den Warennamen "Varcum" und "Durez" (von Occidental Chemicals Corp., N. Tonawanda, New York) und "Arofene" (von Ashland Chemical Co.) bekannten. Das Resol-Phenol-Harz der Wahl hat ein Gewichtsverhältnis von Formaldehyd zu Phenol von 1,7:1 und einen Feststoffgehalt von 76 Gew.-%.
Bei der Herstellung der Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung wird eine beschichtungsfähige Bindemittelvorstufenlösung, die ungehärtetes Harz&sub1; Schleifteilchen und je nach dem Beschichtungsverfahren andere Bestandteile, wie Verdickungsmittel, umfaßt, mit Hilfe der Zweiwalzenbeschichtung auf ein Nonwoven-Gewebe aufgetragen. Dann wird die Bindemittelvorstufe im Verlaufe der weiteren Verarbeitung gehrtet oder unter Bildung eines gehärteten Bindemittels polymerisiert. Selbstverständlich können auch andere Beschichtungsverfahren eingesetzt werden, wie sie in der Technik bekannt sind, wie Sprühbeschichtung und dergleichen. Die Bindemittelvorstufenlösung kann alternativ dazu ohne Schleifteilchen in der Lösung auf das Gewebe aufgetragen werden, wobei die Schleifteilchen elektrostatisch oder mechanisch auf dem Gewebe abgeschieden werden. Vorzugsweise werden jedoch die in der Erfindung verwendeten Mikroschleifteilchen mit der Bindemittelvorstufenlösung gemischt, um unnötige Gefahren durch Staub zu verhindern.
Bindemittelvorstufenlösungen und gehärtete Bindemittel, die für die Verwendung in der Erfindung geeignet sind, können geeignete Härtungsmittel, nichtschleifende Füllstoffe, Pigmente und andere Stoffe, die man wünscht, um die endgültigen Eigenschaften der Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung zu verändern, enthalten. Insbesondere im Bereich des Bodenpolierens dient die Farbe der Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände dazu, den Gegenstand zu charakterisieren (wobei weiß am wenigsten schleifend ist und dunklere Farben stärker schleifende anzeigen). Daher sind die für die Erfindung geeigneten Harze, Bindemittelvorstufenlösungen und Bindemittel vorzugsweise mit Pigmenten verträglich oder können damit verträglich gemacht werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein System, mit dem man Calciumcarbonat umfassende Oberflächen kristallisieren kann, wobei das System die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung in Kombination mit einem sauren Kristallisierungsmittel umfaßt.
Das saure Kristallisierungsmittel umfaßt typischerweise in der Technik verwendete Standardchernikalien und umfaßt wenigstens eine Chemikahe, die mit dem Calciumcarbonat in der zu behandelnden Oberfläche reagieren kann. Typische und bevorzugte saure Kristallisierungslösungen sind im Handel erhältlich, wie zum Beispiel die unter den Handeisbezeichnungen "Terranova" (von S.C. Johnson and Sons, Inc.), "Terrazzo Treat" (erhältlich von Balmforth Cleaning Services), "Kleever" und "Coor" (von Kleever & Coor S.A.) sowie "VMC-Pink" (erhältlich von Verona Marble Company, Dallas, Texas) bekannten Kristallisatorzubereitungen. Diese im Handel erhältlichen Kristallisierungsrnittel enthalten alle Magnesiumhexafluorosilicat (MgSiF&sub6;) als aktives Kristallisierungsmittel, obwohl auch Zinkhexafluorosilicatsalz als Kristallisierungsmittel verwendet werden kann. Weitere saure Kristallisierungsmittel sind Fluorwasserstoffsäure (HF) und Oxalsäure.
Ein typisches saures Kristallisierungsmittel, das für die vorliegende Erfindung geeignet ist, umfaßt 2 bis 20 Gew.-% einer Chemikalie, die mit dem Calcium in der calciumhaltigen Oberfläche reagiert, wobei der Rest aus Wasser sowie kleineren Mengen an Verdickungsmitteln, Tensiden und dergleichen besteht.
Eines der oben erwähnten, im Handel erhältlichen Kristallisierungsmittel, das unter der Handelsbezeichnung "VMC-Pink" (erhältlich von Verona Marble Company, Dallas, Texas) vertrieben wird, umfaßt 2 Gew.-% bis 30 Gew.-% Magnesiumhexafluorosilicat, wobei der Rest aus Wasser, Tensid und einem Wachs besteht.
Das Verfahren des Kristallisierens calciumcarbonathaltiger Oberflächen, wie Marmor, umfaßt das Behandeln einer solchen Oberfläche durch Auftragen (vorzugsweise Aufsprühen) eines sauren Kristallisierungsmittels entweder auf die Marmoroberfläche oder auf einen Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstand der Erfindung, wobei das saure Kristallisierungsmittel eine Chernikahe umfaßt, die mit dem Calcium in dem Marmor unter Bildung eines unlöslichen Calciumsalzes reagieren kann. Dann wird der Nonwoven- Oberflächenbehandlungsgegenstand der Erfindung in Gegenwart des sauren Kristallisierungsmittels mit der Marmoroberfläche in Kontakt gebracht, wobei man eine relative Bewegung zwischen der Oberfläche und dem Nonwoven-Gegenstand bewirkt, wodurch auf der calciumcarbonathaltigen Oberfläche eine dauerhafte hochglänzende Oberfläche entsteht.
Wie oben erwähnt, wird das Kristallisierungsmittel entweder auf die zu behandelnde Oberfläche, auf den Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstand der Erfindung oder auf beide aufgetragen (vorzugsweise aufgesprüht) . Die Gegenstände der Erfindung werden vorzugsweise an einer herkömmlichen Bodenmaschine befestigt, die an einen Betrieb mit geringer Geschwindigkeit (100-200 U/min) angepaßt ist und an der schwere Gewichte befestigt sind. Das Gesamtgewicht der Maschine und der Gewichte liegt vorzugsweise in einem Bereich von 45 bis 135 kg, noch bevorzugter von 70 bis 90 kg. Die genaue Art der Maschine, der Matte, die Schwabbelgeschwindigkeit und das Gewicht sind für die praktische Durchführung der Erfindung nicht entscheidend; wie in der Technik wohlbekannt ist, führt eine schwerere Maschine jedoch zu einem höheren Glanz auf einer polierten Oberfläche, nachdem das Kristallisierungsmittel aufgetragen wurde. Im Falle herkömmlicher Bodenmaschinen werden die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände der Erfindung vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 25 bis 75 cm, noch bevorzugter im Bereich von 40 bis 50 cm, haben.
Zu den Oberflächen, die behandelt werden können, gehören Marmor, Terrazzo, Magnesit und andere, wie sie weiter oben bei der Beschreibung des Hintergrundes der Erfindung aufgeführt sind. Im wesentlichen jede calciumcarbonathaltige Oberfläche, die beim Auftragen einer verdünnten Salzsäurelösung aufschäumt, kann unter Verwendung der Gegenstände, des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kristallisiert werden.
In den folgenden Abschnitten "Testverfahren" und "Beispiele" sind alle Teile und Prozentangaben gewichtsbezogen. "APS" bezieht sich auf die mittlere Teilchengröße

Testverfahren

Schiefer-Glanz

Um die Zahl der Variablen zu reduzieren, die auf dem Boden durchgeführten Tests inhärent sind, und um zu versuchen, gleichmäßigere und vom Bedienpersonal unabhängigere Ergebnisse zu gewährleisten, wurde ein Werkbank-Testverfahren entwickelt, um die Wirksamkeit eines bestimmten Marmorbehandlungsverfahrens beim Erhalten hochglanzpolierter Oberflächen zu bestimmen.
Eine Schiefer-Abriebmaschine (hergestellt von Frazier Precision Co., Gaithersberg, MD), wie sie in ASTM D 4158-82, "Abrasion Resistance of Textile Fabrics", Abschnitt 6 und Figur 1 und 2, beschrieben ist, wurde modifiziert, indem der obere Abriebmittelträger und der untere Probekörperträger durch flache Scheiben aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 10,2 cm (die obere) bzw. 12,7 cm (die untere) und einer Dicke von jeweils 0,48 cm ersetzt wurden. Auf dem unteren Träger wurde eine stabile Schablone aus klarem Kunststoff mit einem zentralen quadratischen Ausschnitt dauerhaft befestigt, die Marmortestfliesen mit Abmessungen von 7,6 cm x 7,6 cm x 0,95 cm an Ort und Stelle hielt, so daß die Fliesen in bezug auf die untere Trägerdrehachse zentriert waren. Auf dem oberen Träger wurde eine 10,2 cm große Scheibe aus Befestigungsmaterial (bekannt unter der Handelsbezeichnung "Insta-Lok", von 3M, beschrieben im US-Patent Nr. 3,527,001) dauerhaft befestigt, deren Funktion es war, Testmattenproben mit einem Durchmesser von 9,53 cm an Ort und Stelle zu halten, die so montiert wurden, daß sie in bezug auf die obere Trägerdrehachse zentriert waren.
Gemäß ASTM D 4158-82, Fig. 1, waren die Rotationsmittelpunkte der beiden Träger nicht colinear, sondern um ungefähr 2,54 cm horizontal gegeneinander versetzt. Die Rotation der beiden Scheiben erfolgte in derselben Richtung; die Rotationsgeschwindigkeit jeder Scheibe betrug ungefähr 250 U/min, war jedoch leicht unterschiedlich, so daß eine Scherung zwischen den beiden bewirkt wurde, die zu einer polierenden Wirkung führte. Da die Träger horizontal gegeneinander versetzt waren, überlappten die Testmatten etwas weniger als zur Hälfte mit den Marmortestfliesen.
Um eine ähnliche Polierumgebung zu schaffen, wie sie gewöhnlich auf Marmorböden verwendet wird, d.h. Bodenmaschinen, die zusätzliche "Sattelgewichte" tragen, um während der Schritte des Polierens oder Kristallisierens des Marmors eine zusätzliche Kraft auf den Boden auszuüben, wurde ein 4,54-kg-Gewicht auf der Schiefer-Maschine verwendet.
Das Testverfahren war wie folgt: Marmortestfliesen wurden vorbehandelt (abgestumpft), indem man sie vor dem Testen 500 Cyclen lang mit Schleifmitteln des Grades 120 ("Scotchmesh" von 3M) schliff, um eine gleichmäßige und reproduzierbare Startoberfläche auf den Marmortestfliesen zu erzeugen, die bei jedem Winkel eine Glanzmesser-Ablesung von weniger als 5 aufwies. In die Schablone wurde eine Marmortestfliese gegeben, und eine Testmatte wurde an dem oberen Träger befestigt. Falls gewünscht, wurden 0,2 Gramm einer Kristallisierungschemikalie auf der Marmortestfliese verteilt. Dann wurde der obere Träger abgesenkt, so daß die Testmatte und die Marmortestfliese miteinander in Kontakt kamen und die volle Kraft der befestigten Gewichte trugen, und die Maschine wurde 500 Umdrehungen lang betrieben. Die obigen Operationen definieren "einen Cyclus" des Testens. Nach einem oder mehreren Schwabbelcyclen wurde die Marmortestfliese in jedem Fall von der Schiefer-Maschine entfernt, mit Wasser gespült und trockengewischt.
Die Glanzmessungen bei einer Glanzmessergeometrie von 20º und 60º, fünf je Probe, wurden nach dem Schwabbeln vorgenommen, und -der Mittelwert davon wurde aufgezeichnet. Zur Bestimmung der Spiegelglanzwerte wurde das Testverfahren ASTM D-523 befolgt. Man beachte, daß sich der "Glanzwert bei einer Glanzmessergeometrie von 60º" (d.h. einfallendes Licht, das von der Testoberfläche reflektiert und bei einem Einfaliswinkel von 60º gegen das Einfallslot gemessen wird) auf das "Blanksein" der Oberfläche bezieht und mit dem Aussehen des Bodens 3 Meter vor dem Beobachter korreliert. Ein "Glanzwert bei einer Glanzmessergeometrie von 20º" bezieht sich auf die Tiefe der Reflexion und korreliert mit dem Aussehen des Bodens 60 cm vor dem Beobachter. Eine Ablesung an einem Glanzmesser ist ein indizierter Wert, wobei ein Wert von "100" einer Glanzmesserablesung (von irgendeinem Winkel aus) von einem hochpolierten, ebenen schwarzen Glas mit einem Brechungsindex von 1,567 für die Natrium-D-Linie entspricht. Der einfallende Strahl wird vom Tester selbst geliefert. Ein Wert von 0 bedeutet keinen oder sehr wenig Glanz, während bei einer Geometrie von 600 ein "hoher Glanz" 75 oder mehr bedeutet (oder 30 oder mehr bei einer Geometrie von 20º), was bevorzugt ist. Es wurde ein Glanzmesser verwendet, das unter der Warenbezeichnung "Micro-TRI" von BYK Gardner bekannt ist.

Gardner-Dauerhaftigkeit

Die grundsätzliche Art der Abnutzung bei einem polierten Marmorboden ist der Abrieb durch Fußverkehr. Während einige Daten von einem tatsächlichen Boden erhalten werden können, indem man die Zahl der Fußgänger bestimmt, die den Boden während einer gegebenen Zeitspanne überqueren und den Glanz des Bodens als Funktion des Verkehrsaufkommens mißt, wird durch die Menge und den Typ des Schmutzes an den Schuhen der Fußgänger, also Faktoren, die unter anderem mit dem Wetter variieren, eine Variabilität der Ergebnisse eingeführt. Ein solches Testverfahren erfordert auf den meisten Böden eine sehr lange Zeit, vielleicht mehrere Monate, um signifikante Ergebnisse zu erhalten. Es wurde ein relativ einfacher Dauerhaftigkeitstest entworfen, der schnell im Labor durchgeführt werden kann.
Die polierten Marmorfliesen aus den Schiefer-Glanztests wurden auf das fixierte Bett eines Dauerhaftigkeitstesters montiert, der unter der Warenbezeichnung "Gardner Abrasion Tester" (Pacific Scientific, CA) bekannt ist. Diese Maschine umfaßte im wesentlichen eine horizontale Oberfläche, an der die polierten Marmortestfliesen befestigt wurden, und einen sich hin- und herbewegenden Halter für einen Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstand. Eine weiße Nonwoven-Matte (Warenbezeichnung "Scotch-Brite Super Polish", von 3M) wurde an dem sich hin- und herbewegenden Halter befestigt, so daß die Matte über die polierte Marmortestfliese scheuerte. Das Gewicht des Halters betrug ungefähr 500 g. 25 g einer 10%igen Aufschlämmung von 12-µm-Calciumcarbonat (Warenbezeichnung "Gammasperse 960", von Georgia Marble Co.) in Wasser wurden auf die Oberfläche der polierten Marmortestfliese gegeben. Die Maschine wurde 50 Cyclen lang betrieben, was einen Abrieb der Oberfläche jeder polierten Marmortestfliese bewirkte. Dann wurde die Fliesenprobe in jedem Fall aus der Maschine herausgenommen, mit entionisiertem Wasser gespült und trockengetupft. Schließlich wurden die Fliesen eine Minute lang mit einem auf "heiß" eingestellten Heißluftgebläse ("Heißluftkanone") getrocknet. Mit dem oben beschriebenen Glanztester wurden fünf Glanzmessungen bei 20º und bei 600 durchgeführt. Die Ablesungen wurden gemittelt, aufgezeichnet und mit den ursprünglichen Glanzablesungen von den polierten Marmortestfliesen verglichen. Je geringer der Glanzverlust, desto dauerhafter die Oberfläche.

Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel A

Ein vorgebondetes Nonwoven-Gewebe mit geringer Dichte wurde mit einer herkömmlichen Gewebeherstellungsmaschine (Warenbezeichnung "Rando Webber") gebildet. Das gebildete Gewebe war ein Gemisch von Fasern, das 75 Gew..-% spiralförmig gekräuselte PET-Polyesterstapelfasern mit einer Länge von 84 mm, einer Fadenfeinheit von 100 denier und einem Kräuselungsindex von 49% sowie 25 Gew.-% gekräuselte, schmelzverklebbare Kern-Hülle-Polyesterstapelfasern (wobei der Kern Polyethylenterephthalat umfaßte und die Hülle einen Copolyester von Ethylenterephthalat und -isophthalat umfaßte) mit einer Länge von 58 mm, einer Fadenfeinheit von 25 denier, 5 Kräuselungen pro 25 mm und einem Gewicht der Hülle von 50% umfaßte. Das gebildete Gewebe wurde drei Ninuten bei 160ºC in einem Umluftofen erhitzt, so daß die schmelzverklebbaren Fasern unter Bildung eines vorgebondeten Gewebes an den Schnittpunkten miteinander verklebt wurden. Das vorgebondete Gewebe wog 420 g/m².
Eine Bindemittelvorstufenlösung mit einem Gehalt an nichtflüchtigen Stoffen von 77 Gew.-% wurde hergestellt, indem man die Bestandteile in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen miteinander kombinierte: Tabelle 1 Bestandteil (Gewichtsteile) Wasser SBR-Latex ("AMSCO RES 5900") Melaminharz ("Cymel 303") Granat mit einer mittleren Teilchengröße von 7 µm ("Barton W7F")¹ Diammoniumphosphat, 40 Gew.-% in Wasser Schaumverhütungsmittel ("DC Q2-3168")² Tensid ("Triton GR-SM")³
1 "Barton W7F"-Granat-Mikroschleifmittel ist von Barton Mines Corporation, North Creek, N.Y., kommerziell erhältlich.
2 "DC Q2-3168" ist ein von Dow Corning erhältliches Silikonemulsionstensid.
3 "Triton GR-5M" ist ein von Rohm & Haas erhältliches Dioctylnatriumsulfosuccinat-Tensid.
Die Bindemittelvorstufenlösung wurde auf das vorgebondete Gewebe aufgetragen, indem man das vorgebondete Gewebe zwischen einem Paar senkrecht einander gegenüberstehender, rotierender, mit Kautschuk bedeckter Preßwalzen mit einem Durchmesser von 250 mm hindurchführte. Die rotierende untere Walze, die in die Bindemittelvorstufenlösung eingetaucht war, beförderte die Lösung auf das vorgebondete Gewebe, so daß es gleichmäßig über die ganze Gewebestruktur verteilt wurde. Das nasse vorgebondete Gewebe wurde getrocknet, und das Imprägnierrnittel wurde fünf bis sieben Minuten in einem Umluf tofen bei 175ºC gehärtet. Das trockene, beschichtete, vorgebondete Gewebe wog 1800 g/m² und zeigte eine Zugfestigkeit von 0,7 mPa, wie sie auf einer Standard-Zugfestigkeitstestmaschine ("Instron" Modell TM) bestimmt wurde.
Das beschichtete Nonwoven-Gewebe dieses Beispiels wurde dann in Scheiben mit einem Durchmesser von 10,2 cm geschnitten und auf der Schiefer-Maschine auf Glanzerzeugung hin getestet, wobei drei handelsübliche Kristallisierungschemikalien verwendet wurden, die unter den Warenbezeichnungen "Kleever K2" (von Kleever), "Terranova" (S.C. Johnson Company, Racine, Wisconsin) und "VMC-Pink" (Verona Marble Company, Dallas, Texas) bekannt sind.
In Vergleichsbeispiel A wurde zum Vergleich mit Stahlwolle #1 getestet (dem in der Kleever-Literatur angegebenen Grad von Stahlwolle mit einem mittleren Drahtdurchmesser von 7,3 mm). Nach vier Cyclen auf der Schiefer-Maschine ergab das Material von Beispiel A, unabhängig von der verwendeten Kristallisierungschemikahe, bei 60º einen Glanz, der mit dem von auf weißem Kalkutta-Marmor getesteter Stahlwolle vergleichbar oder leicht größer als dieser war, und bei 200 einen Glanz, der ungefähr 25-35% größer war als der von der Stahlwolle erzeugte. Auf einem weicheren Travertinmarmor waren die Ergebnisse unabhängig vom Glanzwinkel oder der Kristallisierungschemikalie ungefähr gleichwertig.

Beispiel 2-5 und Vergleichsbeispiel B

Vorgebondete Nonwovens wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß der Schleifteuchengehalt des endgültigen Gegenstands so groß war, wie es in den Tabellen 2 und 3 gezeigt ist: Tabelle 2 Bestandteil (Gewichtsteile) Wasser SBR-Latex ("AMSCO RES 5900") Melaminharz ("Cymel 303") Schleifmittel (siehe Tabelle 3) Diammoniumphosphat (40 Gew.-% in Wasser) Verdickungsmittel ("Methocel F4M", 3 Gew.-% in Wasser) * Schaumverhütungsmittel ("DC Q2-3168") Tensid ("Triton GR-5M") * "Methocel F4M" ist eine von Dow Chemical Company kommerziell erhältliche Hydroxypropylmethylcellulose. Tabelle 3 Beispiel Schleifmineral Gehalt Granat Aluminiumoxid Talk ("C-400") * * "C-400"-Talk ist von Cyprus Industrial Minerals Co., Three Forks, Montana, erhältlich.
Die Schleifmittelmatten von Beispiel 2-5 ergaben beim Schiefer- Test auf Proben aus weißem Kalkutta-Marmor bei 60º einen sehr hohen Glanz (d.h viel größer als 75), wenn sie nach den in Beispiel 1 verwendeten Verfahren mit "Kleever K2"-Kristallisierungslösung getestet wurden. Die Proben von Vergleichsbeispiel B ergaben mäßige bis hohe Glanzwerte.

Beispiele 6 und 7

Zwei identische vorgebondete Nonwoven-Gewebe mit geringer Dichte wurden mit einer herkömmlichen Gewebeherstellungsmaschine (Warenbezeichnung "Rando Webber") hergestellt. Das gebildete Gewebe war ein Gemisch von Fasern, das 75 Gew.-% in der Stauchkammer gekräuselte Nylon-6,6-Stapelfasern mit einer Länge von 53 mm, einer Fadenfeinheit von 70 denier und einem Kräuselungsindex von 27% sowie 25 Gew.-% gekräuselte schmelzverklebbare Kern-Hülle-Polyesterstapelfasern (dieselbe Struktur wie in Beispiel 1) mit einer Länge von 58 mm, einer Fadenfeinheit von 25 denier, 5 Kräuselungen pro 25 mm und einem Gewicht der Hülle von 50% umfaßte. Die Gewebe wurden drei Minuten bei 160ºC in einem Umluftofen erhitzt, so daß die schmelzverklebbaren Fasern unter Bildung vorgebondeter Gewebe an den Schnittpunkten miteinander verklebt wurden. Die vorgebondeten Gewebe von Beispiel 6 und 7 wogen jeweils 635 g/m².
Eine Bindemittelvorstufenlösung, die ein Resol-Phenol-Formaldehyd-Harz mit einem Feststoffgehalt von 70 Gew.-% und einem Formaldehyd/Phenol-Gewichtsverhältnis von 1,7:1 enthielt, wurde hergestellt, indem man die in Tabelle 4 aufgeführten Bestandteile miteinander kombinierte. Tabelle 4 Bestandteil Menge (Gewichtsteile) Wasser Phenol-Formaldehyd-Harz Granat ("Barton W7F") Siliciumdioxid ("Cabosil M5")* * "Cabosil M5"-Siliciumdioxid ist von Cabot Corp. kommerziell erhältlich.
Die Bindemittelvorstufe wurde in Beispiel 6 und 7 jeweils nach demselben Verfahren, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, auf die vorgebondeten Gewebe aufgetragen. Die nassen vorgebondeten Gewebe, die jeweils ungefähr 2110 g/m² wogen, wurden getrocknet, und die Bindemittelvorstufenlösung wurde zehn bis zwölf Minuten in einem Umluftofen bei 175ºC gehärtet.
Die Nonwoven-Oberflächenbehandlungsgegenstände von Beispiel 6 und 7 ergaben einen Glanz beim Test mit der Schiefer-Maschine (mit der unter der Warenbezeichnung "Kleever K2" bekannten Kristallisierungschemikalie), der dem von Beispiel 1 bzw. 3 unter denselben Bedingungen gleichwertig war.

Claims

1. Aus einem ungewebten textilen Flächengebilde (Nonwoven) bestehender Oberflächenbehandlungsgegenstand zur Behandlung von Steinoberflächen, die Calciumcarbonat beinhalten, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Gegenstand um ein offenes, locker-elastisches dreidimensionales Gewebe handelt, umfassend eine Mehrzahl therrnoplastischer Fasern mit einer Fadenfeinheit im Bereich von 15 bis 200 Denier, ein Bindemittel, das die Fasern an den Punkten des gegenseitigen Kontaktes miteinander verklebt, sowie Schleifteilchen, die durch das Bindemittel mit den Fasern verklebt sind, wobei die Schleifteilchen einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0,1 µm bis 9 µm haben.

2. Gegenstand gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Stauchkammerfasern (stuffer box fibres), spiralförmig gekräuselten Fasern, schmelzverklebbaren Fasern und Kombinationen davon besteht.

3. Gegenstand gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Stauchkammerfasern und den spiralförmig gekräuselten Fasern um Polymere handelt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyester, Rayon, Nylon besteht, und die schmelzverklebbaren Fasern durch eine erste Komponente, bei der es sich um ein orientiertes, kräuselbares, wenigstens teilweise kristallisiertes Polymer handelt, und eine an der Oberfläche der ersten Komponente haftende zweite Komponente, bei der es sich um ein kompatibles Polymergemisch handelt, gekennzeichnet sind, sowie Kombinationen davon.

4. Gegenstand gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe aus spiralförmig gekräuselten Polyethylenterephthalat-Polyesterstapelfasern gebildet ist und es sich bei den schmelzverklebbaren Fasern um Polyester handelt.

5. Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Schleifteilchen um Materialien handelt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Siliciumcarbid, Schmelzaluminiumoxid, hitzebehandeltem Schmelzaluminiumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, kubischem Bornitrid, Granat, Bimsstein, Sand, Schmirgel, Glimmer, Korund, Quarz, Diamant, Borcarbid, Schmelztonerde, gesintertem Aluminiumoxid, keramischem Material auf der Basis von α-Aluminiumoxid und Kombinationen davon besteht.

6. Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um ein organisches Material handelt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Phenolharzen, Acrylharzen, Melaminharzen, Harnstoff-Aldehyd-Harzen und einem Latex, bei dem es sich um das Produkt der Copolymerisation wenigstens eines nichtfunktionalisierten monoethylenisch ungesättigten Monomers, wenigstens eines diethylenisch ungesättigten Monomers und wenigstens eines funktionalisierten monoethylenisch ungesättigten Monomers handelt, besteht.

7. Schleifgegenstand gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtfunktionalisierte monoethylenisch ungesättigte Monomer Styrol ist, das diethylenisch ungesättigte Monomer Butadien ist und das funktionalisierte monoethylenisch ungesättigte Monomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Monomeren mit der allgemeinen Formel R¹R²C=CR³COOH und Anhydriden davon besteht, wobei R¹ und R² unabhängig aus H und CH&sub3; ausgewählt sind und R³ aus H, CH&sub3; und COOH ausgewählt ist.

8. Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Fasern um Nylon handelt und das Bindemittel ein Phenolharz ist.

9. System zum Polieren und/oder Kristallisieren von Oberflächen, die Calciumcarbonat umfassen, wie Marmorböden, wobei das System gekennzeichnet ist durch:

(a) den Schleifgegenstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und

(b) ein saures Kristallisationsmittel, bei dem es sich um eine Chemikalie handelt, die mit dem Calcium in der Calciumcarbonat umfassenden Oberfläche unter Bildung eines unlöslichen Calciumsalzes reagieren kann.