DE69735937T2

DE69735937T2 - Strahlenhärtbare überschicht

Info

Publication number: DE69735937T2
Application number: DE69735937T
Authority: DE
Inventors: Shin Gwo East Amherst SWEI; C. Anthony Lockport GAETA
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1996-02-26
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: WO1997031079A1; AU699004B2; EP0883659B1; JPH11511509A; ID16039A; ES2265154T3; KR19990087232A; AU1692597A; EP0883659A1; BR9707677A; JP3169966B2; DE69735937D1; CN1297582C; KR100292220B1; ATE327299T1; CA2245562C; MY117099A; CN1214072A; CA2245562A1; TW347408B

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von beschichteten Schleifstoffen und insbesondere die Herstellung von beschichteten Schleifstoffen mit einer Supersizebeschichtung. Supersizeadditive sind typischerweise Chemikalien, die sich unter Schleifbedingungen zersetzen, wobei saure reagierende Materialien wie etwa Halogene oder Halogensäuren erzeugt werden, die mit einer Metalloberfläche reagieren und es erleichtern, eine Entfernung von Metall zu bewirken. Typische Additive sind unlösliche oder gering lösliche Alkalimetallsalze von Halogensäuren, und die am häufigsten angetroffenen Additive umfassen Kaliumfluorborat und Kryolith. Andere Füllstoffadditive wie etwa Calciumcarbonat oder Antizusetzadditive oder Antistatikadditive wie etwa Metallstearate können ebenfalls in der Supersizebeschichtung aufgenommen sein.
Das Additiv wird in einem Bindemittelmedium dispergiert, welches sicherstellt, dass das Additiv an der Oberfläche des beschichteten Schleifstoffs in der Nähe der Schleifkörnchen, wo die während des Schleifens erzeugte Wärme am größten ist, vorhanden ist.
Ein breites Spektrum von Bindemittelmedien wurde für Grundschichten (maker coat) und Deckbinderschichten (size coat) verwendet, umfassend Phenolharze, Harnstoff/Formaldehydharze und Epoxyharze. Vor kurzem wurden Bindemittel vorgeschlagen, welche durch Strahlung gehärtet werden können, wie etwa Harze auf Acrylat-Basis, umfassend Epoxyacrylate und acrylierte Urethane. Beispiele von Patenten und Patentanmeldungen, welche derartige Bindemittel vorschlagen, umfassen EP 0 213 738 A1 , EP 0 400 658 A3 und USP 5,571,297.
Im Allgemeinen wird die Auswahl eines Bindemittels für einen Supersize durch das Erfordernis bestimmt, dass das Bindemittel mit dem Deckbinder, der unmittelbar unter ihm liegt, kompatibel sein muss (im Sinne, dass es leicht daran bindet). Da die meisten Lehren in Bezug auf Supersizebeschichtungen im Zusammenhang von beschichteten Schleifstoffen mit Phenolharz-Bindemittelsystemen waren, waren die Supersizebindemittel phenolischer Natur, die natürlich wasserbasiert sind. Derartige Patente umfassen das britische Patent 1,145,082, USP 3,541,739 und 5,110,321.
EP-A-0 569 952 offenbart eine Schleifhilfsmittelformulierung, die als Deckbinder und als Supersizebeschichtung auf einem Schleifprodukt verwendet werden kann. Alle in diesem Dokument offenbarten Bindemittel werden als wässrige Dispersionen verwendet. Manche sind durch Strahlung härtbar.
WO 94/238098 offenbart ein Gemisch aus einem thermoplastischen und einem durch Wärme härtbaren Harz als ein Bindemittel. Die Beispiele zeigen keine flüssigen oder hydrophoben Bindemittel, und es gibt in der Beschreibung nicht den geringsten Hinweis hinsichtlich der Verwendung eines derartigen Bindemittels.
Supersizebeschichtungen verstärken die Schleifleistung von beschichteten Schleifstoffen erheblich, indem sie die Menge der erzeugten Wärme verringern, Verschmieren verhindern, die Nutzdauer eines beschichteten Schleifmaterials verlängern, zusätzlich zu einer Erhöhung der Abtragsrate. Sie sind besonders wichtig beim Schleifen von Materialien, die schwierig zu schleifen sind, wie etwa Edelstahl, Titan, Nickel und Aluminium. Die am meisten bevorzugten Formulierungen enthalten daher in klarer Weise die größte Menge an Schleifhilfsmittel, die machbar ist. Wenn das Bindemittelmedium wasserbasiert ist, wie es beispielsweise mit einem Phenolharz-, Epoxy- oder Latexbindemittelsystem der Fall wäre, ist die Menge an Schleifhilfsmittel, welche aufgenommen werden kann, unglücklicherweise strikt begrenzt, da zu viel die Harzdispersion destabilisiert. Eine typische Supersizeformulierung beinhaltet in der Tat lediglich etwa 58 Gew.-% eines Additivs wie etwa Kaliumfluorborat. Zusätzlich können wasserlösliche Additive nicht verwendet werden, da sie Rheologieprobleme hervorrufen, oder da sie beim Verdampfen des Lösungsmittels in Form großer Kristalle präzipitieren. Dies ist unglücklich, da bestimmte Additive wie etwa Kaliumfluorid, Natriumfluorid, Magnesiumchlorid und Natriumnitrit mit Ausnahme ihrer hohen Wasserlöslichkeit für diese Anwendung gut geeignet zu sein scheinen.
Es wurde nunmehr festgestellt, dass ein viel breiteres Spektrum an Additiven in größeren Mengen oder in Formulierungen mit einer viel längeren Topfzeit verwendet werden kann, wenn das Bindemittelmedium geeignet ausgewählt wird. Die Formulierung der vorliegenden Erfindung stellt eine derartige Zusammensetzung bereit, welche zusätzlich dazu, dass sie ein breiteres Spektrum an und eine größere Konzentration von Additiven ermöglicht, leichter gehärtet werden kann, so dass das Herstellungsverfahren signifikant verkürzt werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Supersizeformulierung bereit, welche ein Supersizeadditiv dispergiert in einem flüssigen, hydrophoben, durch Strahlung härtbaren Bindemittelmedium umfasst. Die Erfindung stellt auch einen beschichteten Schleifstoff bereit, der eine derartige Supersizebeschichtung aufweist. Da das Dispersionsmedium das Bindemittel selbst ist und da es nicht wässrig ist, entsteht das Problem einer Destabilisierung der Formulierung nicht, und Supersizeadditive wie etwa Kaliumfluorid, die normalerweise aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Löslichkeit nicht verwendbar sind, können verwendet werden.
Das flüssige, hydrophobe, durch Strahlung härtbare Bindemittel ist bevorzugt ein solches, welches mittels UV-Strahlung gehärtet werden kann, obwohl andere Formulierungen mit anderen durch Strahlung härtbaren Mechanismen wie etwa Elektronenstrahl-Strahlung ebenfalls akzeptabel sind. Die Bindemittel, die insbesondere bevorzugt sind, umfassen acrylierte Epoxyoligomere, wie etwa die Harze, welche von UCB Radcure Inc. unter den Handelsbezeichnungen Ebecryl 3200, 3201, 3500, 3600, 3700 und 3800 erhältlich sind; acrylierte Urethanoligomere, wie etwa die Harze, welche von UCB Radcure Inc. unter den Handelsbezeichnungen Ebecryl 230, 244, 8301, 8402 und 8803 erhältlich sind; Polyester/Acrylat-Oligomere, wie etwa die Harze, welche von UCB Radcure Inc. unter den Handelsbezeichnungen Ebecryl 40, 80, 81, 140, 150, 657, 810, 830, 870, 1657 und 2047 erhältlich sind, und zusätzlich Gemische von derartigen Oligomeren mit monoacrylierten Monomeren, diacrylierten Monomeren und polyacrylierten Monomeren, die typischerweise zugegeben werden um die physikalischen Eigenschaften, die Viskosität und/oder das Molekulargewicht des endgültigen Produkts einzustellen. Typischerweise sind derartige Additive 1,6-Hexandioldiacrylat (HDODA), Trimethylolpropanethoxytriacrylat (TMPEOTA), Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) und Octyldecylacrylat (ODA). Von diesen umfassen diejenigen, die am meisten bevorzugt sind, acrylierte Epoxyharze mit einer Viskosität bei Umgebungstemperaturen, welche sie zur Verwendung als Träger für ein Schleifhilfsmittel geeignet macht. Dies impliziert im Allgemeinen eine Viskosität von mindestens 500 cps, und bevorzugt von etwa 1500 bis etwa 25.000 cps. Wie vorstehend angegeben, kann die Viskosität durch Zugabe von acrylierten Monomeren eingestellt werden. Ebecryl 3200 ist ein acryliertes Epoxyoligomerharz mit einer Viskosität von 1500 bis 3000 cps, das sich in den Formulierungen der vorliegenden Erfindung als besonders effektiv herausgestellt hat.
Die Supersizeadditive umfassen diejenigen, welche typischerweise mit herkömmlichen Bindemittelmedien verwendet werden, wie etwa KBF₄, Kryolith, Halogenkohlenwasserstoffe, Eisensulfid und Natriumfluorsilikat. Ebenfalls umfasst sind jedoch auch diejenigen, die bisher aufgrund von Wasserlöslichkeit als inakzeptabel angesehen worden waren, wie etwa Alkalimetallhalogenide und -nitrite, Magnesiumhalogenide, Calciumhydrogenphosphat, sowie Gemische von zwei oder mehr von beliebigen der vorstehenden Additive.
Die Menge des Supersizeadditivs, welche in die Supersizeformulierung aufgenommen werden könnte, kann von etwa 15 bis etwa 65, und insbesondere von etwa 35 bis etwa 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Additivs und des Bindemittels, betragen.
Die Formulierung kann andere Additive umfassen, wie etwa Photoinitiatoren (insbesondere wenn das Bindemittel mittels UV-Strahlung gehärtet werden soll), Erzeuger freier Radikale, Antistatikverbindungen oder Antizusetzverbindungen, Gleitmittel, Farbstoffe, Füllstoffe und dergleichen, ohne die Wirksamkeit oder Nützlichkeit der erfindungsgemäßen Formulierungen zu beeinträchtigen.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die nachfolgenden veranschaulichenden Beispiele beschrieben, von denen nicht beabsichtigt ist, dass sie irgendeine notwendige Einschränkung auf den eigentlichen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung implizieren.
Beispiel 1
Dieses Beispiel vergleicht das Leistungsverhalten von verschiedenen Schleifscheiben gemäß der Erfindung mit Scheiben aus dem bekannten Stand der Technik, unter Verwendung des Schieffer-Tests. Bei diesem Test wird eine Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 11,4 cm unter Verwendung einer Ringklemmvorrichtung an einer hinteren Stützunterlage in einer horizontalen Position befestigt. Ein zylindrisches Werkstück aus 304 Edelstahl mit einem Außendurchmesser von 2,54 cm, einer Wandstärke von 3,05 mm und einer Länge von 5,08 cm wird danach mit einer vorbestimmten konstanten Kraft in Kontakt mit der Unterlage bewegt und wird für eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen rotiert. Im vorliegenden Fall war die ausgewählte Kraft 7 Ibs (32 Newton) und die Anzahl an Umdrehungen wurde auf 500 festgelegt.
Nach Beendigung dieses Tests wurde der Gewichtsunterschied von sowohl dem Werkstück als auch der Scheibe gemessen und aufgezeichnet.
Der Test wurde mit Scheiben ausgeführt, welche mit Ausnahme der Supersizebeschichtung auf identische Weise hergestellt worden waren. Bei der als C-1 identifizierten Scheibe wurde kein Supersizeauftrag verwendet. Bei der Scheibe C-2 wurde eine herkömmliche Supersizeschicht verwendet, umfassend das maximale Gewicht an Kaliumfluorborat, das verwendet werden konnte ohne die Formulierung zu destabilisieren. Diese Formulierung enthielt 58 Gew.-%, hatte aber eine Topfzeit von lediglich etwa 6 Stunden. Das Additiv wurde in einem wasserbasierten Standardphenolharz dispergiert. Bei den Scheiben I-1 bis einschließlich I-11 wurde das gleiche hydrophobe, UV-härtbare acrylierte Epoxyoligomerharz Ebecryl 3200 als das Bindemittelharz verwendet. Die Menge des angegebenen Supersizeadditivs betrug jeweils 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels plus Additiv. Die Formulierung enthielt auch 1,21 Gew.-% eines Photoinitiators (Ciba 1173).
Drei Wiederholungen wurden für jede Scheibe gemittelt, und die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1
In der vorstehenden Tabelle haben die (von den herkömmlichen chemischen Formeln verschiedenen) verwendeten Abkürzungen die nachfolgenden Bedeutungen:
TMDS Tetramethylthiuramdisulfid (erhältlich von der Aldrich Chemical Co.)
MKC-S ist ein Komplex von Kalium- und Manganchloriden (erhältlich von BBU Chemie GmbH, Österreich)
Wie aus der vorstehenden Tabelle erkannt werden wird, zeigten die erfindungsgemäßen Supersizeformulierungen ein extrem gutes Leistungsverhalten hinsichtlich einer Erhöhung der entfernten Menge an Metall. Schleifhilfsmittel wie etwa Kaliumchlorid und Kaliumphosphat sind sehr gut wasserlöslich und können in einem wässrigen Medium nicht verwendet werden. Wie erkannt werden wird, sind sie jedoch Komponenten der effektivsten Schleifhilfsmittelformulierungen.

Claims

Supersizebeschichtungsformulierung, erhältlich durch Dispergieren in Abwesenheit von Wasser eines Supersizeadditivs, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kaliumfluorborat, Natriumfluorsilikat, Kaliumfluorid, Eisensulfid, Kaliumphosphat, Molybdändisulfid, Calciumhydrogenphosphat und Kombinationen davon, und gegebenenfalls weiterer Additive, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Photoinitiatoren, Erzeugern freier Radikale, Antistatikadditiven, Gleitmitteln, Füllstoffen und Kombinationen davon, in einem flüssigen, hydrophoben, durch Strahlung härtbaren Bindemittel.
Beschichtungsformulierung nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel im Wesentlichen aus einer UV-härtbaren flüssigen Formulierung besteht.
Beschichtungsformulierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Bindemittel mindestens ein UV-härtbares Oligomer umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus acrylierten Epoxyoligomeren, acrylierten Urethanoligomeren und acrylierten Polyesteroligomeren, und Gemischen davon.
Beschichtungsformulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Supersizeadditiv in einer Menge von etwa 25 bis etwa 65 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels und des Supersizeadditivs, vorhanden ist.
Beschichtungsformulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus acrylierten Epoxyoligomeren und Gemischen derartiger Oligomere mit acrylierten Monomeren, mit einer Viskosität von etwa 1.000 bis 3.000 cps bei 25°C.
Beschichtungsformulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus acrylierten Epoxyoligomeren und Gemischen davon mit acrylierten Monomeren.
Beschichteter Schleifstoff, enthaltend eine Supersizebeschichtungsformulierung nach Anspruch 1, wobei die Supersizebeschichtungsformulierung durch Strahlung gehärtet worden ist.