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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beschreibung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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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.
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Beispiel 1
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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.
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Nach
Beendigung dieses Tests wurde der Gewichtsunterschied von sowohl
dem Werkstück
als auch der Scheibe gemessen und aufgezeichnet.
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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).
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Drei
Wiederholungen wurden für
jede Scheibe gemittelt, und die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle
1 angegeben.
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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)
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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.
