DE69629250T2

DE69629250T2 - Schleifmittel mit netzartigem Träger

Info

Publication number: DE69629250T2
Application number: DE69629250T
Authority: DE
Inventors: Gwo Shin Swei; Anthony C. Gaeta; Neil W. Durkee
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: EP0747170B1; EP0747170A2; JPH0912738A; DE69629250D1; US5578343A; JP3450593B2; ATE246074T1; EP0747170A3

Description

ERFINDUNGSHINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von beschichteten Schleifmitteln, und insbesondere die Herstellung von beschichteten Schleifmitteln mit einer Netzwerkunterlage. Für die Zwecke dieser Erfindung wird ein Netzwerk von anderen Stoffen durch die Fläche freien Raums (das ist der Raum der nicht durch das Garn belegt ist) pro Einheitsfläche unterschieden. In einem Netzwerkprodukt umfasst der freie Raum mindestens etwa 20% der Oberfläche des Stoffes. Diese Netzwerk-hinterlegten Produkte werden in Form von Scheiben. Blättern oder Bändern für Grobreinigungsvorgänge wie etwa das Bodenschleifen und das Reinigen von Grills verwendet. Die Produkte basieren auf einer offenen gewebten oder gestrickten Struktur, mit einer Leno-Webung und Raschel- oder Marquisette-Maschenware, die am häufigsten verwendet werden. Diese haben ein Erscheinungsbild eher von Sieben als von Stoffen und es ist wichtig, dass sie ihre siebartige Erscheinung beibehalten und damit ihre Porosität, sogar wenn sie zu dem fertigen Schleifprodukt umgeformt werden. Das Netzwerk der unbehandelten Unterlage ist daher sehr offen, mit Lücken die mindestens etwa 20%, und insbesondere mindestens 30% der Oberfläche der unbehandelten Unterlage darstellen. Typischerweise gibt es von etwa 4,72 bis etwa 9,84 Garne pro cm (etwa 12 bis 25 Garne pro Inch) sowohl in Kettrichtung als auch in Kreuzrichtung bei Verwendung von Garnen mit einem Denier von etwa 70 bis etwa 600. Natürlich ist bei Verwendung dickerer Garne die Zahl der Garne pro cm/Inch am unteren Ende des Bereichs um den offenen Charakter des Netzwerks zu erhalten. Typische Strukturen haben die folgenden Eigenschaften:
Typischerweise wird das Rohwaren-Netzwerkmaterial (greige mesh material) mit einem Finish vorbehandelt, wie etwa einem auf einem Acrylpolymer basierenden, um es steifer zu machen und es gegen das Phenolharz zu schützen, das üblicherweise als Grundierungsbeschichtung (maker coat) verwendet wird, welches den Stoff spröde macht. Nach Auftragung des Finishes und Trocknung erhält das Netzwerk eine Grundierungsbeschichtung gefolgt von der Auftragung des Schleifkorns, üblicherweise mittels elektrostatischer Abscheidung. Die Grundierungsbeschichtung wird anschließend mindestens teilweise ausgehärtet, und eine Oberflächenbeschichtung (size coat) wird aufgetragen. Diese wird ebenfalls ausgehärtet. Die sequenzielle Trocknung oder Aushärtung von Finish, Grundierung und Oberflächenbehandlungen zieht sich typischerweise über viele Stunden hin und dies bedeutet, dass sehr große Volumen von „Waren in Verarbeitung" vorgehalten werden müssen. Dies trifft insbesondere zu wenn die Grundierungs- und Oberflächenbeschichtungen auf Phenolharzen basiert sind, wie das am häufigsten der Fall ist.
Das Dokument WO 93/04318 A offenbart eine reguläre Tuchunterlage mit einer Porosität welche diejenige ist, die in einem herkömmlichen Papier oder Stoff existiert. Die Porosität wird typischerweise unter Verwendung einer Vorbeschichtung versiegelt. Derartige Produkte haben keine oder geringe Lückenflächen auf der Oberfläche. In diesem Dokument muss der Grundierungsbeschichtungs-Precursor nicht die Gitterlücken der porösen Unterlagen durchdringen.
Es wurde nun gefunden, dass es möglich ist diese Vorgänge beträchtlich zu komprimieren und sogar die Netzwerkvorbehandlung oder „finishing"-Operation insgesamt zu eliminieren. Dies erlaubt einen viel rationalisierteren Betrieb, ohne an der Qualität des erhaltenen Produkts zu sparen. Die vorliegende Erfindung stellt daher einen Weg zur Verfügung um hochqualitative Netzwerk-hinterlegte Produkte mittels eines effizienten, verkürzten Verfahrens herzustellen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Netzwerk-hinterlegten Schleifmaterials zur Verfügung, umfassend:

a) direktes Beschichten eines unbearbeiteten (unfinished) Rohwaren-(greige)-netzwerkgewebes, in dem mindestens 20% der Oberfläche aus Öffnungen besteht, mit einer Grundierungsbeschichtung umfassend einen strahlungshärtenden Klebstoff;
b) Aufbringen einer Beschichtung aus Schleifkörnern auf die Grundierungsbeschichtung;
c) Strahlungshärten der Grundierungsbeschichtung mindestens bis zu dem Punkt, an dem der strahlungshärtende Klebstoff fest wird; und
d) Aufbringen einer thermisch härtbaren Oberflächenbeschichtung; und
e) Vervollständigen der Härtung von sowohl der Grundierungsbeschichtung, als auch der Oberflächenbeschichtung.

Es wurde gefunden, dass der strahlungshärtende Klebstoff, der in der Grundierungsbeschichtung verwendet wird, in adäquater Weise auch das Netzwerk verstärkt, was es ermöglicht auf die Stoff-finishing-Operation zu verzichten und ein „unbearbeitetes" Netzwerk zu verwenden. Da die Grundierungsbeschichtung direkt auf das Netzwerk aufgetragen wird und die Beschichtungs- und Aushärtungsschritte direkt folgen, erreicht das Netzwerk die notwendige Steifheit zur einfachen Handhabung bevor es durch Trocknungssysteme manipuliert werden muss. Schließlich gibt es keine Schutzfunktion für ein Tuch-finish zu erfüllen, da ein Phenolharz nicht direkt auf das Netzwerk aufgetragen wird.
Das strahlungshärtende Bindemittel kann jedes von denen sein, die im Stand der Technik zur Verwendung bei beschichteten Schleifmitteln beschrieben wurden. Diese umfassen Acrylpolymere, Epoxyacrylat, acrylierte Polyurethane, Polyesterurethane, ungesättigte Polyester und Epoxy-Novolacke. Die am meisten bevorzugten Polymere haben eine zweifache Funktionalität umfassend mindestens eine erste Funktionalität oder Gruppe, die strahlungshärtend ist, und mindestens eine zweite Funktionalität oder Gruppe, die mittels eines anderen Mechanismus härtbar ist. Da die Oberflächenbeschichtung ein Bindemittel umfasst das thermisch härtbar ist, ist es stark bevorzugt, dass die zweite Funktionalität auf gleiche Weise ausgehärtet wird, d. h. durch Anwendung von Wärme. Daher wird die Vervollständigung der Aushärtung der Grundierungsbeschichtung und der Aushärtung der Oberflächenbeschichtung vorzugsweise gleichzeitig erreicht. Die zweite Funktionalität ist auch vorzugsweise eine Gruppe (z. B. eine Epoxygruppe) die mit aktiv-Wasserstoff-enthaltenden Gruppen umsetzbar ist, und die direkt mit derartigen Gruppen des Bindemittelbestandteils der Oberflächenbeschichtung binden kann während diese aushärtet, wodurch eine exzellente Produktintegrität sichergestellt wird. Die bevorzugte Bindemittelkomponente wird als „bifunktional" beschrieben. Damit ist gemeint, dass das Bindemittel zwei verschiedene Arten von funktionellen Gruppen enthält, die mittels verschiedener Mechanismen aushärten. Es ist jedoch beabsichtigt, dass jedes Molekül des Bindemittels sogar mehr als eine, beispielsweise von 1 bis 3 oder sogar mehr von jeder Art von funktionellen Gruppe aufweisen kann. Die bevorzugten Bindemittel haben jedoch eine von beiden Arten funktioneller Gruppen. Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung folgt nach der teilweisen Aushärtung des bifunktionellen Bindemittels eine Abscheidung einer phenolischen Oberflächenbeschichtung, die dann zur gleichen Zeit wie die Aushärtung des bifunktionellen Bindemittels vervollständigt wird, thermisch ausgehärtet wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Verwendung einer Grundierungsbeschichtung die eine bifunktionelle Verbindung umfasst, die mindestens eine strahlungshärtbare Funktion und mindestens eine thermisch härtbare Funktion aufweist, wobei die Verbindung im nicht ausgehärteten Zustand eine Flüssigkeit ist. Da die Grundierung selbst eine Flüssigkeit ist, muss kein Lösungsmittel entfernt werden bevor der Härtungsprozess begonnen wird, wodurch das Härtungsverfahren stark beschleunigt wird. Derartige Formulierungen werden damit gekennzeichnet, dass sie 100% Feststoffe aufweisen, wodurch angedeutet wird, dass bei der Aushärtung kein Gewichtsverlust eintritt.
Die Bindemittelschicht umfassend die bifunktionelle Komponente kann auch als eine Oberflächenbeschichtung aufgetragen werden, d. h. über die Oberfläche einer Schicht von Schleifteilchen, die auf der Unterlage mittels einer Grundierungsbeschichtung haften, welche auch eine bifunktionelle Bindemittelkomponente umfasst.
Die bevorzugte bifunktionelle Verbindung umfasst mindestens eine und hat oft mehr als drei oder mehr strahlungshärtende Funktionen, womit Gruppen gemeint sind die mit ähnlichen Gruppen reagieren, wenn sie durch Strahlung wie etwa UV-Licht oder einen Elektronenstrahl aktiviert werden. Die Reaktion kann mittels freier radikalischer oder kationischer Initiierung gestartet werden, und tatsächlich sind verschiedene Arten von Startern oder Promotoren in jedem Fall verwendbar. Typische strahlungshärtende Funktionen umfassen ungesättigte Gruppen wie etwa Vinyl, Acrylate, Methacrylate, Ethacrylate, cycloaliphatische Epoxide und dergleichen. Die bevorzugten UV-härtbaren Funktionen sind Acrylatgruppen. Wo die bifunktionelle Verbindung eine einzelne UV-härtende Gruppe umfasst, kann es erwünscht sein eine kleine Menge einer weiteren Verbindung einzubauen, welche Gruppen enthält die mit der UV-härtenden Gruppe reagieren, wie etwa Diacrylate, Triacrylate und N-Vinylpyrrolidon. Geeignete reaktive Verdünnungsmittel umfassen Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA); Triethylenglycol (TRPGDA); Hexandioldiacrylat (HDODA); Tetraethylenglycoldiacrylat (TTEGDA); N-Vinylpyrrolidon (NVP); N-Vinylformamid (NVF); und Mischungen davon. Derartige Additive sind sehr effektiv bei der Einstellung der Anfangsviskosität und der Bestimmung der Flexibilität der ausgehärteten Formulierung. Sie können in Mengen von bis zu 50 Gew.-% zugesetzt werden. Dies erlaubt eine Kontrolle über die Formulierungsviskosität, den Härtungsgrad und die physikalischen Eigenschaften der teilweise ausgehärteten bifunktionellen Verbindung. Außerdem ist es bevorzugt, dass derartige zugesetzte reaktive Verbindungen flüssig sind oder in der Mischung löslich sind um so kein Lösungsmittel zusetzen zu müssen, das dann vor der Aushärtung entfernt werden muss.
Die Aushärtung mittels Strahlungsbehandlung ist üblicherweise ausreichend um eine adäquate Haftung der Schleifkörner während der nachfolgenden Verarbeitung und vor dem Aushärten der thermisch aushärtbaren Funktionen sicher zu stellen. Die UV-Strahlung ist das bevorzugte Aushärtungsmittel für die strahlungsaushärtende Funktionalität.
Die thermisch härtende Funktion kann beispielsweise durch Epoxygruppen, Aminogruppen, Urethane oder ungesättigte Polyester bereitgestellt werden. Die bevorzugte thermisch aushärtende Funktion ist jedoch die Epoxidgruppe, da dies zu einer Vielzahl von terminalen Hydroxylgruppen auf dem ausgehärteten Bindemittel führt, was sicherstellt, dass eine darauf abgeschiedene Oberflächenbeschichtung die Harz umfasst mit den aktiv-Wasserstoff-enthaltenden Gruppen reagiert, die nach dem Vernetzen der Epoxidgruppen zurückbleiben, wie etwa Phenole, Harnstoff/Formaldehydharze und Epoxyharze die darauf festhaften werden. Dies verringert das Risiko der Delaminierung während der Anwendung.
Die Aushärtung der thermisch härtbaren Funktionen wird vorzugsweise durch Zusatz von bekannten Katalysatoren wie etwa Peroxide oder 2-Methylimidazol beschleunigt oder gefördert.
Die Hauptkette des bifunktionellen Bindemittels ist nicht kritisch jenseits dessen, dass sie einen stabilen, im Wesentlichen unreaktiven Träger für die funktionellen Gruppen zur Verfügung stellt, der nicht mit den Aushärtungsreaktionen interferiert. Eine geeignete Hauptkette basiert auf einem Bisphenolderivat wie etwa Bisphenol A oder Bisphenol E. Andere mögliche Hauptketten können von Novolacen, Urethanen, Epoxy-Novolacen und Polyestern bereitgestellt werden.
Diese Hauptkettenverbindungen können nach bekannten Techniken umgesetzt werden um terminale Epoxidgruppen auszubilden, die tatsächlich thermisch aushärtbar sind. Derartige epoxidierte Hauptkettenmaterialien sind gut bekannt. Um die bifunktionellen Bindemittelkomponenten der Erfindung zu erhalten, wird dieses epoxidierte Derivat anschließend mit einer Verbindung umgesetzt, die eine Funktion enthält welche mit der Epoxidfunktion umsetzbar ist und auch eine strahlungshärtende Funktion enthält. Die Menge der zugesetzten Verbindung ist geringer als die benötigte stöchiometrische Menge zur Umsetzung mit allen in dem Molekül vorliegenden Epoxidfunktionen. Eine typische Verbindung kann eine Acryl- und Methacrylgruppe enthalten, sowie eine aktiv-Wasserstoff-enthaltende Gruppe, und geeignete Beispiele umfassen Acryl- und Methacrylsäuren. Die aktiv Wasserstoff-enthaltende Gruppe reagiert mit der Epoxidgruppe, und ersetzt diese (thermisch härtbare) Funktionalität mit einer (strahlungshärtbaden) (Meth)acrylat-Funktionalität.
Die relativen Mengen der epoxidierten Hauptkette und der strahlungshärtenden Verbindung sind deshalb wichtig, weil sie die relativen Aushärtungsanteile steuern, die in den strahlungs- und thermischen Aushärtungsphasen der vollständigen Aushärtung der bifunktionellen Bindemittelverbindung auftreten können. Üblicherweise beträgt das Verhältnis der thermisch aushärtbaren Gruppen zu den strahlungsaushärtbaren Gruppen in dem bifunktionellen Bindemittel 1 : 2 bis 2 : 1, und besonders bevorzugt etwa 1 : 1.
Es ist oft erwünscht einen Reaktionspromotor in die Grundierungsbeschichtung einzubauen, der bei den Temperaturen aktivierbar ist, bei welchen die Oberflächenbeschichtung ausgehärtet wird. Beispiele derartiger Reaktionspromotoren umfassen z. B. 2-Methylimidazol(2MI), t-Butylhydroperoxid und dergleichen.
Das Schleifkorn kann mittels elektrostatischer Techniken aufgetragen werden oder über eine einfache Schwerkraftzuführung, oder sogar eine Kombination dieser beiden. Die bevorzugte Beschichtungstechnik verwendet jedoch elektrostatische Projektion um das Korn auf der Unterlage abzuscheiden.
Die Oberflächenbeschichtung wird aufgetragen nachdem die Grundierungsbeschichtung bis zu einem Punkt ausgehärtet wurde, an dem das darauf haftende Korn ausreichend festgehalten wird um zu ermöglichen, dass die Oberflächenbeschichtung aufgetragen werden kann ohne dass es zu einer wesentlichen Verrückung oder Umorientierung der Schleifkörnchen kommen kann.
Die Oberflächenbeschichtung umfasst vorzugsweise ein Phenolharz und ist am häufigsten ein Resol. Andere Harze können jedoch verwendet werden, einschließlich von Urethanen, Harnstoff/Formaldehyden, Novolacen und Epoxidharzen. Im Allgemeinen ist bevorzugt, dass die Oberflächenbeschichtung mit der Grundierungsbeschichtung kompatibel ist und, wenn ein zweifach-funktionalisiertes Bindemittel mit einer thermisch härtbaren Funktionalität, die mit aktiv-Wasserstoff-enthaltenden Gruppen umsetzbar ist, wie etwa eine Epoxidgruppe in der Grundierungsbeschichtung verwendet wird, sind Oberflächenbeschichtungen bevorzugt in welchen die Bindemittelkomponente aktiven Wasserstoff umfasst. Dies liegt daran, dass diese sich mit der Grundierungsbeschichtung verbinden und eine integriertere Struktur erzeugen. Oben spezifizierte Oberflächenbeschichtungsoptionen erfüllen dieses Erfordernis.
Die Oberflächenbeschichtung kann zusätzlich andere übliche Additive wie etwa Füllstoffe und Schleifhilfsmittel enthalten. Füllstoffe werden vorzugsweise behandelt, beispielsweise mit einem Silan, um ihnen eine höhere Kompatibilität mit dem Bindemittel zu verleihen.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird nun in Bezug auf besondere Ausführungsformen beschrieben, die als Beispiele des Verfahrens der Erfindung angegeben werden, und nicht dazu gedacht sind irgendeine notwendige Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung anzugeben.
BEISPIEL 1
Ein Polyester-Raschelstrick-Netzwerkstoff mit einem Gewicht von 75 g pro m², gestrickt aus einem 70 Denier-Garn mit einer Struktur mit 13 × 16 Maschen pro Inch² wird mit einer Grundierungsbeschichtung aus 30 g pro m² Ebecryl 3605 behandelt. Dieses Produkt, mit 100% Feststoffanteil (d. h. es enthält kein Lösungsmittel), ist bei UCB Chemicals unter der oben genannten Handelsbezeichnung erhältlich, und umfasst das Reaktionsprodukt eines Moleküls von diepoxidiertem Bisphenol A mit einem Molekül Acrylsäure. Seine funktionellen Gruppen sind eine Acrylatgruppe am einen Ende der Kette und eine Epoxidgruppe am anderen Ende.
Das behandelte Netzwerk wird in einen elektrostatischen Beschichter eingeführt, in dem 188 g pro m² Siliziumkarbid mit 180-er Körnung aufgetragen werden. Die Körnung wird von der Grundierung gehalten sobald der beschichtete Netzwerkstoff unter einer UV-Lichtquelle (Fusion Co. 600 Watt/Inch H-Röhre) mit einer Geschwindigkeit von 50 Fuß pro Minute vorbeiläuft. Dies bewirkt, dass die Grundierungsbeschichtung härter wird, und die Haftung mit den Schleifteilchen verstärkt wird.
Aus der UV-Behandlungszone wird das beschichtete Netzwerkstoffprodukt direkt in den Spalt eines Walzenpaares geführt, bei dem mit 193 g pro m² eine phenolische Oberflächenbeschichtung aufgetragen wird.
Der oberflächenbeschichtete Netzwerkstoff wird anschließend getrocknet und in einem herkömmlichen Ofen ausgehärtet um das fertige Produkt zu erzeugen.
Das Netzwerk-hinterlegte beschichtete Schleifmittel, welches auf diese Weise hergestellt wurde zeigte mindestens das gleiche Verhalten wie Produkte, die unter Verwendung der gleichen Unterlage und des gleichen Schleifmittels hergestellt wurden, jedoch unter Verwendung phenolischer Grundierung und einer arylischen Stoffvorbehandlung.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Netzwerk-hinterlegten Schleifmaterials, umfassend: a) direktes Beschichten eines unbearbeiteten Rohwaren-(greige)-Netzwerkgewebes, in dem mindestens 20% der Oberfläche aus Öffnungen besteht, mit einer Grundierungsbeschichtung (maker coat), umfassend einen strahlungshärtenden Klebstoff, b) Aufbringen einer Beschichtung aus Schleifkörnern auf die Grundierungsbeschichtung, c) Strahlungshärten der Grundierungsbeschichtung mindestens bis zu dem Punkt, an welchem der strahlungshärtende Klebstoff fest wird, und d) Aufbringen einer thermisch härtbaren Oberflächenbeschichtung (size coat) und e) Vervollständigung der Härtung von sowohl der Grundierungsbeschichtung, als auch der Oberflächenbeschichtung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem der strahlungshärtbare Klebstoff mindestens eine strahlungshärtbare Gruppe und mindestens eine Gruppe, die thermisch härtbar ist und die mit aktiven Wasserstoff enthaltenden Gruppen reagiert, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, in welchem die thermisch härtbare Gruppe eine Epoxidgruppe ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem die strahlungshärtbare Gruppe eine (Meth)acrylatgruppe ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem die Härtung der strahlungshärtbaren Gruppe mit Hilfe von UV-Strahlung durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem die Oberflächenbeschichtung ein phenolisches Harz umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem das Netzwerk aus Raschel- oder Marquisette-Maschenware ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem das Netzwerk aus Leno-Geweben ausgewählt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem das Netzwerk aus einem Polymer, welches aus der Gruppe bestehend aus Nylon und Polyester ausgewählt ist, hergestellt ist.