DE69906799T2

DE69906799T2 - Schleifgegenstand mit siloxanpolymer enthaltender schleifbeschichtung

Info

Publication number: DE69906799T2
Application number: DE69906799T
Authority: DE
Inventors: J. Edward WOO; J. Yeun CHOU; K. Scott FRASER
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2019-12-03
Also published as: DE69906799D1; EP1140428B1; WO2000037219A1; EP1140428A1; AU3107400A; US6238449B1

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft einen Schleifgegenstand mit einer ein Siloxanpolymer enthaltenden Schleifbeschichtung.
Die U.S.-Patentschrift-Nr. 5 152 917 (Pieper et al.) beschreibt Schleifgegenstände, die eine strukturierte Schleifschicht aufweisen, die eine Vielzahl von exakt geformten, auf einen Träger gebundenen Schleifkomposits umfaßt. Die exakt geformten Schleifkomposits können eine Vielzahl von geometrischen Formen aufweisen und sind aus einer Vielzahl von in einem gehärteten Bindemittel dispergierten Schleifpartikeln gebildet.
Strukturierte Schleifmittel können durch eine Vielzahl verschiedener Beschichtungsverfahren, wie in den U.S.-Patentschriften Nrn. 5 304 223 (Pieper et al.), 5 435 816 (Spurgeon et al.), 5 672 097 (Hoopmann et al.) und WO 97/12727 (Hoopman et al.) beschrieben, hergestellt werden. Ein Verfahren zur strukturierten Schleifmittel-Herstellung besteht darin, zunächst eine Schleifmittelaufschlämmung (das heißt eine Vielzahl von Schleifpartikeln, die in einem Bindemittel-Vorläufer dispergiert sind) auf einen Träger aufzubringen. Anschließend wird der Aufschlämmungs-beschichtete Träger mit einem Herstellungswerkzeug, das eine Reihe von exakt geformten Hohlräumen umfaßt, in Kontakt gebracht. Die Hohlräume weisen im wesentlichen die umgekehrte Form und die Dimensionen der gewünschten Schleifkomposits auf. Die Schleifmittelaufschlämmung fließt in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs. Als nächstes wird der Bindemittel-Vorläufer Bedingungen zum Härten des Bindemittel-Vorläufers unter Bildung einer an den Träger gebundenen Schleifbeschichtung ausgesetzt.
Das Herstellungswerkzeug kann eine thermoplastische Endlosfolie oder ein Band umfassen, das das gewünschte Muster aus den exakt geformten Hohlräumen, die in die Oberfläche eingedrückt sind, aufweist. Aus vielerlei Gründen ist die mehrmalige Wiederverwendung des Herstellungswerkzeugs vor der Entsorgung erwünscht. Zur Wiederverwendung des Herstellungswerkzeugs müssen die zuvor hergestellten Schleifkomposits von den Hohlräumen des Herstellungswerkzeuges sauber abgelöst werden. Falls im Herstellungswerkzeug Restteile der Schleifkomposits zurückbleiben, verstopfen die Hohlräume, und dadurch wird verhindert, daß die aufgebrachte Aufschlämmung anschließend die Hohlräume vollständig ausfüllt. Dies kann zu einer schlecht ausgebildeten Schleifbeschichtung führen, die nicht die gewünschte exakt geformte Oberfläche und/oder das gewünschte Schleifbeschichtungsgewicht aufweist.
Gewünscht ist ein Mittel zur oftmaligen Wiederverwendung eines Herstellungswerkzeugs ohne nachteilige Beeinflussung des daraus geformten Schleifgegenstands.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung betrifft Schleifgegenstände und Verfahren zur Herstellung von Schleifgegenständen. Insbesondere betrifft die Endung strukturierte Schleifgegenstände mit Schleifbeschichtungen, die ein reaktives Siloxanpolymer umfassen. Es wurde festgestellt, daß die Zugabe eines reaktiven Siloxanpolymers zu einer strukturierten Schleifbeschichtung die Freisetzung der Schleifbeschichtung aus dem Herstellungswerkzeug fördert.
Bei einem Aspekt der Erfindung wird ein Schleifgegenstand bereitgestellt, der einen Träger umfaßt, auf dem mindestens auf einer Hauptoberfläche hiervon eine strukturierte Schleifbeschichtung haftet, die eine Vielzahl von in einem Bindemittel dispergierten Schleifpartikeln umfaßt. Das Bindemittel umfaßt das Reaktionsprodukt eines Bindemittel-Vorläufers und mindestens eines reaktiven Siloxanpolymers, das zur Reaktion mit dem Bindemittel-Vorläufer in der Lage ist. Bindemittel-Vorläufer umfassen radikalisch härtbare Materialien (z. B. Acrylate oder Methacrylate) und kationisch härtbare Materialien, wie Vinylether. Das reaktive Siloxanpolymer kann durch die Formel (I) oder die Formel (II) wiedergegeben werden:
Formel (I) lautet:
wobei n 50 bis 1000 ist.
In Formel (I) ist R₁:
wobei n₁ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₂ eine ganze Zahl von 3 bis 10 ist.
R₂ ist unabhängig eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe.
R₃ ist:
Eine aliphatische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine aromatische Gruppe, vorzugsweise mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen,
wobei n₁ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₂ eine ganze Zahl von 3 bis 10 ist.
Formel (II) ist:
In Formel (II) ist X:
wobei n₃ eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist und wobei das endständige Sauerstoffatom von X an das Si-Atom der Formel (II) gebunden ist. R₄ unabhängig eine Mehtyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe ist.
R₅ ist unabhängig:
wobei n₄ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₅ eine ganze Zahl von 3 bis 10 ist.
Wie hier verwendet, bezeichnet "reaktives Siloxanpolymer" oder "Siloxanpolymer jedes der durch Formel (I), Formel (II) dargestellte Polymer oder ein Gemisch hiervon. Die reaktiven, durch die Formel (I) und (II) dargestellten Siloxanpolymere weisen mindestens eine funktionelle Gruppe auf, die zur Reaktion mit dem Bindemittel-Vorläufer in der Lage ist. Darum reagiert das Siloxanpolymer mit dem Bindemittel-Vorläufer und wird chemisch (das heißt über kovalente chemische Bindungen) an das ausgehärtete Bindemittel gebunden. Funktionelle Gruppen umfassen α-, β-ungesättigte Carbonylgruppen (das heißt, Acrylate, Methacrylate, Thioacrylate, Thiomethacrylate) oder Vinylethergruppen.
Die Schleifbeschichtungen der erfindungsgemäßen Schleifgegenstände werden vorzugsweise durch Aufbringen einer Schleifmittelaufschlämmung auf ein Herstellungswerkzeug mit einer Oberfläche mit einer Vielzahl von exakt geformten Hohlräumen und anschließendes Aushärten der Schleifmittelaufschlämmung, während die Schleifmittelaufschlämmung sowohl von einem Träger gestützt wird als auch die exakt geformten Hohlräume ausfüllt, gebildet. Die Schleifmittelaufschlämmung umfaßt Schleifpartikel, einen Bindemittel-Vorläufer, ein reaktives Siloxanpolymer und gewünschte fakultative Bestandteile. Die Schleifbeschich tung weist eine strukturierte Oberfläche auf. Wie hier verwendet, bedeutet "strukturierte Schleifbeschichtung' oder "strukturiert" eine Schleifbeschichtung mit einer Oberflächentopographie, die eine Vielzahl von exakt geformten, auf einem Träger in einer zuvor festgelegten Anordnung angeordneten Schleifkomposits umfaßt, wobei jedes Komposit eine zuvor festgelegte exakte Form aufweist. Die zuvor festgelegte Anordnung kann statistisch oder nicht statistisch sein. Wie hier verwendet, wird "exakt geformt" zur Beschreibung von Schleifkomposits mit dreidimensionaler Form angewandt, die durch Seiten von relativ glatten Oberflächen definiert ist, die über gut definierte scharfe Kanten mit distinkter Länge und distinkten, durch die Schnittpunkte der Seiten definierten Endpunkten verbunden sind.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

(a) Bereitstellen einer Schleifmittelaufschlämmung umfassend eine Vielzahl von Schleifpartikeln, einen Bindemittel-Vorläufer und ein reaktives Siloxanpolymer der Formeln (I) oder (II) oder ein Gemisch hiervon;
(b) Bereitstellen eines Herstellungswerkzeugs, wobei das Herstellungswerkzeug eine Vielzahl von exakt geformten Hohlräumen aufweist;
(c) Einbringen der Schleifmittelaufschlämmung in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs, derart, daß die Schleifmittelaufschlämmung zwischen Herstellungswerkzeug und einer Hauptoberfläche eines Trägers vorhanden ist;
(d) Aussetzen der Schleifmittelaufschlämmung gegenüber einer Energiequelle unter Auslösung der Härtung des Bindemittel-Vorläufers; und
(e) Entfernen des Schleifgegenstands aus dem Herstellungswerkzeug.

Das Härten führt die Schleifmittelaufschlämmung durch Umwandlung des Bindemittel-Vorläufers in ein ausgehärtetes Bindemittel in eine Schleifbeschichtung über. Es wird angenommen, daß das Siloxanpolymer die Ablösung der Schleifbe schichtung von dem Herstellungswerkzeug unterstützt. Die Ablösung der Schleifbeschichtung von dem Herstellungswerkzeug ist wichtig, da für kleine Teile der Schleifbeschichtung die Neigung zur Anhaftung an dem Herstellungswerkzeug und nach Ablösung des Schleifgegenstands die Neigung zum Haftenbleiben an der Innenseite der Hohlräume des Herstellungswerkzeugs besteht. Dies führt zu Schleifgegenständen mit schlecht ausgebildeten Schleifbeschichtungen und kann die Häufigkeitsanzahl vermindern, mit der das Herstellungswerkzeug wiederverwendet werden kann, da es mit Abfällen aus der Schleifbeschichtung verstopft wird. Wenn die Schleifbeschichtung von dem Herstellungswerkzeug reproduzierbar und sauber abgelöst werden kann, kann das Herstellungswerkzeug viele Male wieder verwendet werden.
Zusätzlich zur Unterstützung der Ablösung einer Schleifbeschichtung von einem Herstellungswerkzeug kann das Siloxanpolymer das Bestreben des Schleifgegenstands zur Überladung vermindern. Überladung bezeichnet das Bestreben des durch Schmirgeln erzeugten Abfalls zur Einnistung zwischen den Schleifpartikeln oder zwischen den nebeneinander liegenden Schleifkomposits.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen strukturierten Schleifgegenstands.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft Schleifgegenstände, die ein reaktives Siloxanpolymer umfassen, und ein Verfahren zur Herstellung der Schleifgegenstände.
Unter Bezugnahme auf 1 umfaßt der Schleifgegenstand 10 einen Träger 12 mit einer Vorderseite 14 und einer Rückseite 16. Die strukturierte Schleifbeschichtung 18 ist an die Vorderseite 14 des Trägers 12 gebunden. Die Schleifbe schichtung 18 umfaßt eine Vielzahl von Schleifpartikeln 20, die in Bindemittel 22 verteilt sind. Bindemittel 22 umfaßt das Reaktionsprodukt eines Bindemittel-Vorläufers und mindestens eines reaktiven Siloxanpolymers. Die Schleifbeschichtung 18 weist eine strukturierte Oberflächentopographie auf, die eine Vielzahl von exakt geformten Schleifkomposits 24 umfaßt.
Schleifmittelaufschlämmung:
Schleifbeschichtungen aus erfindungsgemäßen Schleifgegenständen werden durch Aushärten einer Schleifmittelaufschlämmung auf einem Substrat gebildet. Die Schleifmittelaufschlämmung umfaßt einen Bindemittel-Vorläufer, Schleifpartikel, ein reaktives Siloxanpolymer und kann gegebenenfalls weitere Bestandteile, wie Füllstoffe, Plastifizierer, Suspensionsmittel und oberflächenmodifizierende Hilfsstoffe, enthalten. Die Schleifmittelaufschlämmung wird durch Kombination dieser Materialien miteinander unter Verwendung jeder beliebigen geeigneten Mischtechnik hergestellt. Mischtechniken umfassen sowohl scherkraftschwaches als auch scherkraftstarkes Mischen, wobei scherkraftstarkes Mischen bevorzugt ist. Auch Ultraschallenergie kann in Kombination mit dem Mischschritt zur Verringerung der Viskosität der Schleifmittelaufschlämmung angewandt werden. Typischerweise werden die Schleifpartikel dem Bindemittel-Vorläufer nach und nach zugesetzt. Bevorzugt ist es, daß die Schleifmittelaufschlämmung ein homogenes Gemisch von Bindemittel-Vorläufer, Schleifpartikeln, Siloxanpolymer und fakultativen Hilfsstoffen ist. Falls notwendig, kann zur Verminderung der Viskosität ein Lösungsmittel zugesetzt werden. In einigen Fällen kann zur Verminderung der Viskosität das Erhitzen der Schleifmittelaufschlämmung auf eine Temperatur von etwa 30°C bis 70°C bevorzugt sein. Wichtig ist, daß die Schleifmittelaufschlämmung vor dem Aufbringen überwacht wird, um eine aufbringbare Rheologie zu gewährleisten und um zu gewährleisten, daß sich die Schleifpartikel und weitere Hilfsstoffe vor dem Aufbringen nicht absetzten. Zur Minimierung der Trennung von Schleifpartikel-Füllstoffen und/oder reaktivem Siloxanpolymer von dem Bindemittel-Vorläufer kann es auch bevorzugt sein, die Schleifmittelaufschlämmung vor dem Beschichten kontinuierlich zu mischen.
Die Komponenten einer Schleifmittelaufschlämmung und eines Schleifgegenstands sind nachstehend ausführlich beschrieben.
Schleifpartikel:
Schleifpartikel weisen typischerweise eine Teilchengröße im Bereich von etwa 0,001 bis etwa 1500 μm, vorzugsweise im Bereich von etwa 0,01 bis etwa 500 μm auf. Bevorzugt ist, daß die Schleifpartikel eine Mohs-Härte von mindestens etwa 8, mehr bevorzugt von mindestens etwa 9, aufweisen. Beispiele für Schleifpartikel umfassen geschmolzenes Aluminiumoxid, wärmebehandeltes Aluminiumoxid, weißes geschmolzenes Aluminiumoxid, schwarzes Siliciumcarbid, grünes Siliciumcarbid, Titandiborid, Borcarbid, Wolframcarbid, Titancarbid, Diamant, Siliciumdioxid, Eisenoxid, Chromoxid, Ceroxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Silicate, Zinnoxid, kubisches Bornitrid, Granat, geschmolzenes Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid, Sol-Gel-Schleifpartikel und Kombinationen hiervon.
Der Begriff Schleifpartikel umfaßt auch die Anordnung, wobei einzelne Schleifpartikel unter Bildung eines Schleifagglomerats miteinander verbunden sind. Schleifagglomerate sind in den U.S.-Patentschriften-Nummern 4 311489 (Kressner) und 4 799 939 (Bloecher et al.) beschrieben.
Es liegt auch innerhalb des Umfangs der Erfindung, daß auf den Schleifpartikeln eine Oberflächenbeschichtung vorliegt. Die Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise die Funktion einer Erhöhung der Haftung an das Bindemittel oder der Änderung der Schleifeigenschaften des Schleifpartikels aufweisen. Beispiele für Oberflächenbeschichtungen umfassen Kupplungsmittel, Halogenidsalze, Metalloxide, einschließlich Siliciumdioxid, hochschmelzende Metallnitride und hochschmelzende Metallcarbide.
Bindemittel/Bindemittel-Vorläufer:
Bindemittel-Vorläufer sind fließfähige Materialien, die in der Lage sind, unter Ausbildung eines im wesentlichen nicht fließfähigen Zustands gehärtet zu werden. Während der Herstellung von erfindungsgemäßen Schleifgegenständen wird eine Schleifmittelaufschlämmung unter Auslösung der Härtung des Bindemittel-Vorläufers und des reaktiven Siloxanpolymers einer Energiequelle (z. B. Wärmeenergie, Elektronenstrahl, UV- und/oder VIS-Licht) ausgesetzt. Die funktionellen Gruppen des Bindemittel-Vorläufers sind miteinander und auch mit den funktionellen Gruppen des reaktiven Siloxanpolymers reaktiv. Nach dem Aushärten werden der Bindemittel-Vorläufer und das reaktive Siloxanpolymer in ein im wesentlichen nicht fließfähiges ausgehärtetes Bindemittel übergeführt. Bindemittel-Vorläufer, die zur Reaktion mit dem reaktiven Siloxanpolymer in der Lage sind, können entweder radikalisch oder kationisch härtbar sein.
Eine bevorzugte Klasse von Bindemittel-Vorläufern sind radikalisch härtbare Harze. Beispiele umfassen Aminoplastharze mit mindestens einer α,βungesättigten Carbonyl-Seitengruppe, ethylenisch ungesättigte Harze, acrylierte Harze (z. B. acrylierte Isocyanurate, acrylierte Urethane, acrylierte Epoxide oder acrylierte Polyester) oder Gemische hiervon.
Die Aminoplastharze weisen mindestens eine α,β-ungesättigte Carbonyl-Seitengruppe pro Molekül auf. Die α,β-ungesättigten Carbonylgruppen können Acrylate, Methacrylate oder Acrylamide sein. Beispiele für solche Materialien umfassen N-(Hydroxymethyl)-acrylamid, N,N'-Oxydimethylenbisacrylamid, ortho- und para-acrylamidomethyliertes Phenol, acrylamidomethyliertes phenolisches Novolac und Kombinationen hiervon. Diese Materialien sind in den U.S.-Patentschriften Nrn. 4 903 440 (Larson et al.), 5 055 113 (Larson et al.) und 5 236 472 (Kirk et al.) beschrieben.
Ethylenisch ungesättigte Bindemittel-Vorläufer können monofunktionell, difunktionell, trifunktionell, tetrafunktionell sein, oder sie können sogar eine höhere Funktionalität (z. B. hexafunktionell) aufweisen. Typischerweise enthalten diese Materialien Atome von Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und gegebenenfalls Stickstoff und die Halogene. Ethylenisch ungesättigte Bindemittel-Vorläufer besitzen vorzugsweise ein Molekulargewicht von weniger als etwa 4000 g/mol und sind vorzugsweise durch Umsetzung von aliphatischen Alkoholen mit ungesättigten Carbonsäuren (z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Crotonsäure, Isocrotonsäure, Maleinsäure und dergleichen) hergestellte Ester. Repräsentative Beispiele für ethylenisch ungesättigte Bindemittel-Vorläufer umfassen Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Styrol, Divinylbenzol, Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Hydroxybutylacrylat, Hydroxybutylmethacrylat, Vinyltoluol, Ethylenglycol, Diacrylat, Polyethylenglycoldiacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Triethylenglycoldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Glycerintriacrylat, Pentaerythrittriacrylat, Pentaerythrittrimethacrylat, Pentaerythrittetraacrylat oder Pentaerythrittetramethacrylat. Zusätzliche Beispiele für ethylenisch ungesättigte Bindemittel-Vorläufer umfassen diejenigen Vorläufer die in der U.S.-Patentschrift-Nr. 5 580 647 (Larson et al.) aufgeführt sind.
Weitere ethylenisch ungesättigte Harze umfassen Monoallyl-, Polyallyl- und Polymethallylester und -amide von Carbonsäuren, wie Diallylphthalat, Diallyladipat und N,N-Diallyladipamid. Noch weitere stickstoffhaltige Verbindungen umfassen Tris(2-acryloxyethyl)isocyanurat, 1,3,5-Tri(2-methacryloxyethyl)-s-triazin, Acrylamid, Methacrylamid, N-Methylacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, N-Vinylpyrrolidon oder N-Vinylpiperidon.
Acrylierte Isocyanurate und acrylierte Isocyanate sind weiter in der U.S.-Patentschrift-Nr. 4 652 274 (Boetcher et al.) beschrieben. Ein bevorzugtes Isocyanuratmaterial ist das Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat.
Acrylierte Urethane sind acrylierte Ester von Hydroxy-terminierten, Isocyanat-verlängerten Polyestern oder Polyethern. Beispiele für acrylierte Urethane umfassen die im Handel unter den Warenbezeichnungen "UVITHANE 782" (von der Firma Morton Chemical Co. erhältlich), "CMD 6600", "CMD 8400", und "CMD 8805" (von der Firma UCB Radcure Specialties, Smyrna GA) erhältlichen acrylierten Urethane.
Acrylierte Epoxide sind Acrylatester von Epoxyharzen, wie der Diacrylatester von Bisphenol-A-Epoxyharz. Beispiele für acrylierte Epoxide umfassen die im Handel unter den Warenbezeichnungen "CMD 3500", "CMD 3600", und "CMD 3700" (von der Firma UCB Radcure Specialties, Smyrna GA) erhältlichen Epoxide.
Die Bindemittel-Vorläufer können auch ein acryliertes Polyesterharz umfassen. Beispiele für acrylierte Polyester umfassen die im Handel unter den Warenbezeichnungen "PHOTOMER 5007" (Molekulargewicht 2000, hexafunktionelles Acrylat) und "PHOTOMER 5018" (Molekulargewicht 1000, tetrafunktionelles Tetraacrylat) ("PHOTOMER"-Harze sind von der Firma Henkel Corp., Hoboken, NJ im Handel erhältlich) erhältlichen Polyester. Zusätzliche Beispiele für acrylierte Polyester umfassen die im Handel unter den Warenbezeichnungen "BECRYL 80" (tetrafunktionelles modifiziertes Polyesteracrylat, Molekulargewicht 1000), "EBECRYL 450" (Fettsäure modifiziertes Polyesterhexaacrylat) und "EBECRYL 830" (hexafunktionelles Polyesteracrylat, Molekulargewicht von 1500) ("EBECRYL"-Harze sind von der Firma UCB Radcure Specialties im Handel erhältlich) erhältlichen Polyester.
Epoxyharze sind Oxirane und werden über Ringöffnung polymerisiert. Epoxy-Bindemittel-Vorläufer können unter Zugabe eines geeigneten kationischen Härtungsmittels über einen kationischen Mechanismus polymerisieren. Solche Epoxidharze umfassen monomere und oligomere Epoxyharze. Beispiele für einige bevorzugte Epoxyharze umfassen 2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)-phenylpropan] (das heißt der Diglycidylether von Bisphenol) und im Handel unter der Bezeichnung "EPON 828", "EPON 1004", und "FPON 1001F" (erhältlich von Shell Chemical Co.), "DER-331", "DER-332", und "DER-334" (erhältlich von Dow Chemical Co.) erhältlichen Materialien. Weitere geeignete Epoxyharze umfassen Glycidylether von Phenol-Formaldehyd-Novolac, wie "DEN-431" und "DEN-428" (im Handel von Dow Chemical Co. erhältlich).
Im Umfang der Erfindung mitumfaßt ist für den Bindemittel-Vorläufer auch eine Mischung eines radikalisch härtbaren Harzes mit einem nicht radikalisch härtbaren Harz. Beispielsweise könnte ein radikalisch härtbares Harz mit einem Phenolharz, Harnstoff-Formaldehydharz oder einem Epoxyharz gemischt werden. In diesem Fall kann der Teil des Bindemittel-Vorläufers, der nicht radikalisch härtbar ist (z. B. das Phenolharz), nicht mit dem reaktiven Siloxanpolymer reagieren. Zusätzliche Informationen über das Mischen von Acrylatharzen mit Epoxyharzen können in der U.S.-Patentschrift Nr. 4 751 138 (Tumey et al.) gefunden werden.
Reaktives Siloxanpolymer:
Die Schleifbeschichtung eines erfindungsgemäßen Schleifgegenstands umfaßt ein reaktives Siloxanpolymer mit mindestens einer reaktiven Gruppe, die zur Reaktion mit dem Bindemittel-Vorläufer in der Lage ist. Daher reagiert das reaktive Siloxanpolymer unter Bildung kovalenter chemischer Bindungen zwischen Bindemittel-Vorläufer und reaktiven Siloxanpolymer mit dem Bindemittel-Vorläufer.
Ein monofunktionelles oder difunktionelles reaktives Siloxanpolymer ist durch die allgemeine Formel (I) dargestellt:
wobei n 50 bis 1000 ist.
In Formel (I) ist R₁:
wobei n₁ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₂ eine ganze Zahl von 2 bis 10 ist.
R₂ ist unabhängig eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe.
R₃ ist:
eine aliphatische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine aromatische Gruppe, vorzugsweise mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen,
wobei n₁ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₂ eine ganze Zahl von 2 bis 10 ist.
In Formel (I) reicht der Wert von n von etwa 50 bis 1000, vorzugsweise von etwa 100 bis 200. Die reaktive Gruppe R₁ kann eine Vinylethergruppe oder eine α,βungesättigte Carbonylgruppe sein. α,β-ungesättigte Carbonylgruppen umfassen Acrylate, Methacrylate, Thioacrylate und Thiomethacrylate. Die bevorzugte reaktive Gruppe R₁ ist eine Methacrylatgruppe. Wenn R₁ eine α,β-ungesättigte Carbonylgruppe ist, reicht der Wert von n₁ von 3 bis 12, vorzugsweise von 3 bis 15. Wenn R₁ eine Vinylethergruppe ist, reicht der Wert von n₂ von 2 bis 10, vorzugsweise von 2 bis 5. In Formel (I) kann R₃ eine reaktive Gruppe (das heißt, eine α,β-ungesättigte Carbonylgruppe oder eine Vinylethergruppe) oder eine nicht reaktive Gruppe sein. Wenn R₃ eine nicht reaktive Gruppe ist, ist das Siloxanpolymer der Formel (I) monofunktionell. Wenn R₃ eine reaktive Gruppe ist, ist das Siloxanpolymer der Formel (I) difunktionell. Wenn R₃ eine reaktive Gruppe ist, kann es eine Vinylethergruppe oder eine α,β-ungesättigte Carbonylgruppe, beispielsweise eine Acrylat-, Methacrylat-, Thioacrylat oder Thiomethacrylatgruppe, sein. Die bevorzugte α,β-ungesättigte Carbonylgruppe ist eine Methacrylatgruppe. Wenn R₃ eine α,β-ungesättigte Carbonylgruppe ist, reicht der Wert von n₁ typischerweise von 3 bis 12, vorzugsweise von 3 bis 5. Wenn R₃ eine Vinylethergruppe ist, reicht der Wert von n₂ typischerweise von 2 bis 10, vorzugsweise von 2 bis 5. Nicht reaktive Gruppen umfassen aliphatische Gruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und aromatische Gruppen. Wie hier verwendet, bezieht sich "aromatisch" oder "aromatische Gruppe" auf eine Gruppe, die mindestens ein konjugiertes, ungesättigtes, cyclisches Kohlenwasserstoffatom enthält. Wie hier verwendet, bezieht sich "aliphatisch" oder "aliphatische Gruppe" auf geradkettige, verzweigte oder alicyclische Kohlenwasserstoffe, die gegebenenfalls Nichtsättigungsstellen enthalten können. Vorzugsweise weist die aromatische Gruppe 6 bis 12 Kohlenstoffatome auf. Die bevorzugten nicht reaktiven Gruppen sind Methyl-, Ethyl- und Phenylgruppen.
Die Seitengruppe R₂ kann unabhängig eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe sein, wobei die Methylgruppe bevorzugt ist. Unabhängig bedeutet, daß die Seitengruppen R₂ voneinander verschieden sein können. Beispielsweise können die Seitengruppen, die an ein einzelnes Siliciumatom gebunden sind, voneinander verschieden sein, oder die Seitengruppen können entlang der Polymerkette statistisch, alternierend oder Blockcopolymer-artig variieren. Kombinationen des Vorgenannten liegen ebenfalls im Umfang der Erfindung. Vorzugsweise sind die Seitengruppen alle Methylgruppen.
Das Molekulargewicht des Siloxanpolymers der Formel (I) reicht typischerweise von etwa 1000 bis etwa 100000 g/mol, vorzugsweise von etwa 2000 bis etwa 50000 g/mol, mehr bevorzugt von etwa 2500 bis etwa 20000 g/mol und besonders bevorzugt von etwa 5000 bis etwa 10000 g/mol. Wenn das Molekulargewicht zu gering ist, kann das Siloxanpolymer keine ausreichenden Trenneigenschaften bereitstellen. Wenn das Molekulargewicht alternativ zu hoch ist, kann das Siloxanpolymer die Polymerisation des Bindemittel-Vorläufers hemmen und/oder kann als Plastifizierer wirken.
Bevorzugte reaktive Siloxanpolymere der Formel (I) umfassen beispielsweise Poly(dimethylsiloxan)monomethacrylat (im Handel erhältlich mit einer n-Butyldimethylsilyl-Endgruppe als Katalog-Nr. 39 630-3 von der Firma Sigma-Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI.
Ein tetrafunktionelles reaktives Siloxanpolymer ist durch die allgemeine Formel (II) dargestellt:
In Formel (II) ist X:
wobei n₃ eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist und wobei das endständige Sauerstoffatom von X an das Si-Atom der Formel (II) gebunden ist. R₄ ist unabhängig eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe.
R₅ ist unabhängig:
wobei n₄ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₅ eine ganze Zahl von 2 bis 10 ist.
In der Formel (II) reicht der Wert von n₃ von etwa 5 bis 500, vorzugsweise von etwa 10 bis 100. Wenn R₅ eine α,β-ungesättigte Carbonylgruppe ist, reicht der Wert von n₄ von 3 bis 12, vorzugsweise von 2 bis 5. Wenn R₅ eine Vinylethergruppe ist, reicht der Wert von n₅ von 2 bis 10, vorzugsweise von 2 bis 5.
Die Seitengruppe R₄ kann unabhängig eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe sein. Unabhängig bedeutet, daß die Seitengruppen R₄ voneinander verschieden sein können. Beispielsweise können die an ein Siliciumatom gebundenen Seitengruppen voneinander verschieden sein, oder die Seitengruppen können entlang der Polymerkette statistisch, alternierend oder Blockcopolymer-artig variieren. Kombinationen des Vorgenannten liegen ebenfalls im Umfang der Erfindung. Vorzugsweise sind die Seitengruppen R₄ Methylgruppen.
Die R₅-Gruppen können unabhängig Vinylethergruppen oder α,β-ungesättigte Carbonylgruppe sein, wie Acrylate, Methacrylate, Thioacrylate oder Thiomethacrylate. Vorzugsweise sind R₅ α,β-ungesättigte Carbonylgruppen, besonders bevorzugt Methacrylatgruppen.
Das Molekulargewicht des Siloxanpolymers der Formel (II) reicht typischerweise von etwa 1000 bis etwa 100000 g/mol, vorzugsweise von etwa 2000 bis etwa 50000 g/mol, mehr bevorzugt von etwa 2500 bis etwa 20000 g/mol und am meisten bevorzugt von etwa 5000 bis etwa 10000 g/mol. Wenn das Molekulargewicht zu niedrig ist, kann das Siloxanpolymer keine ausreichenden Trenneigenschaften bereitstellen. Wenn das Molekulargewicht alternativ zu hoch ist, kann das Siloxanpolymer die Polymerisation des Bindemittel-Vorläufers hemmen und/oder als Plastifizierer wirken.
Die Wahl des bestimmten reaktiven Siloxanpolymers und der Menge können von Faktoren abhängen, wie beabsichtigte Schleifanwendung des Schleifgegenstands, gewünschte Verarbeitungsbedingungen und Typ des Trägers. Beispielsweise kann das Siloxanpolymer dazu neigen, die Viskosität der Schleifmittelaufschlämmung zu erhöhen. Somit kann ein Fachmann die Schleifmittelaufschlämmung zur Bereitstellung der gewünschten Trenneigenschaften ohne übermäßige Erhöhung der Viskosität der Schleifmittelaufschlämmung formulieren.
In typischen Schleifmittelaufschlämmungen umfaßt das reaktive Siloxanpolymer der Formel (I) oder (II) etwa 0,1 bis 40 Gew.-% des Gesamtgewichts von Bindemittel-Vorläufer und reaktivem Siloxanpolymer, vorzugsweise etwa 0,5 bis 20% und besonders bevorzugt etwa 1 bis 10% des Gesamtgewichts von Bindemittel-Vorläufer und reaktivem Siloxanpolymer. Beispielsweise kann eine bevorzugte Aufschlämmung 5 Teile reaktives Siloxanpolymer und 95 Teile Bindemittel-Vorläufer umfassen (das heißt 5% des Gesamtgewichts des reaktiven Siloxanpolymers).
Die reaktiven Gruppen des Siloxanpolymers sind so ausgewählt, daß sie mit den reaktiven Gruppen des Bindemittel-Vorläufers reaktiv kompatibel sind. Das heißt, die reaktiven Gruppen des Bindemittel-Vorläufers sollten mit den reaktiven Gruppen des Siloxanpolymers während des Aushärtens des Bindemittel-Vorläufers reagieren. Auf diese Weise wird das Siloxanpolymer chemisch an den ausgehärteten Bindemittel-Vorläufer gebunden. Für Bindemittel-Vorläufer, die über die Radikalpolymerisation aushärten (z. B. Acrylat-funktionelle Bindemittel-Vorläufer), weist das Siloxanpolymer vorzugsweise mindestens eine reaktive Gruppe (z. B. eine Acrylatgruppe) auf, die mit dem Bindemittel-Vorläufer über einen Radikalmechanismus reagiert. Für Bindemittel-Vorläufer, die über einen kationischen Mechanismus aushärten (z. B. Vinylether-funktionelle Bindemittel-Vorläufer, wie 4-Hydroxybutylvinylether, Triethylenglycolvinylether), weist das Siloxanpolymer vorzugsweise mindestens eine reaktive Gruppe (z. B. eine Vinylethergruppe) auf, die mit dem Bindemittel-Vorläufer über einen kationischen Mechanismus reagiert. Gemische von Bindemittel-Vorläufern mit radikalisch und kationisch polymerisierbaren reaktiven Gruppen liegen ebenfalls im Umfang der Endung.
Zusatzstoffe:
Die Schleifbeschichtung eines erfindungsgemäßen Schleifgegenstands kann außerdem fakultative Zusatzstoffe umfassen, wie Plastifizierer, die Schleifpartikeloberfläche modifizierende Zusatzstoffe, Kupplungsmittel, Füllstoffe, Blähmittel, Fasern, antistatische Mittel, Starter, Suspensionsmittel, Photosensibilisatoren, Gleitmittel, Netzmittel, oberflächenaktive Mittel, Pigmente, Farbstoffe, UV-Stabilisatoren oder Suspensionsmittel. Die Mengen dieser Materialien sind zur Bereitstellung der gewünschten Eigenschaft gewählt.
Plastifizierer umfassen Polyvinylchlorid, Dibutylphthalat, Alkylbenzylphthalat, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Celluloseester, Phthalat, Siliconöle, Adipat- und Sebacatester, Polyole, Polyolderivate, tert.-Butylphenyldiphenylphosphat, Tricresylphosphat, Rizinusöl und Kombinationen hiervon.
Oberflächenmodifizierende Zusatzstoffe umfassen Netzmittel, oberflächenaktive Mittel und Kupplungsmittel. Ein Kupplungsmittel kann eine Assoziationsbrücke zwischen Bindemittel und Schleifpartikeln bereitstellen. Zusätzlich kann das Kupplungsmittel eine Assoziationsbrücke zwischen Bindemittel und Füllstoffteilchen bereitstellen. Beispiele für Kupplungsmittel umfassen beispielsweise Silane, Titanate und Zirkoaluminate.
Ein Füllstoff ist ein teilchenförmiges Material, das eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 50 μm, typischerweise im Bereich von etwa 1 bis 30 μm aufweist. Beispiele für Füllstoffe umfassen Metallcarbonate (z. B. Calciumcarbonat, Kalk, Calcit, Mergel, Travertin, Marmor und Kalkstein), Calciummagnesiumcarbonat, Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat), Siliciumdioxid (z. B. Quarz, Glasperlen, Glaskugeln und Glasfasern), Silicate (z. B. Talk, Tone, (Montmorillonit), Feldspat, Glimmer, Calciumsilicat, Calciummetasilicat, Natriumaluminosilicat, Natriumsilicat), Metallsulfate (z. B. Calciumsulfat, Bariumsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumnatriumsulfat, Aluminiumsulfat), Gips, Vermiculit, Sägemehl, Aluminiumtrihydrat, Ruß, Metalloxide (z. B. Calciumoxid (z. B. Kalk), Aluminiumoxid, Zinnoxid (z. B. Zinn(IV)-oxid), Titandioxid) und Metallsulfate (z. B. Calciumsulfit), thermoplastische Teilchen (z. B. Polycarbonat, Polyetherimid, Polyester, Polyethylen, Polysulfon, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Blockcopolymer, Polypropylen, Acetalpolymere, Polyurethane und Nylonteilchen) und warmhärtende Teilchen (z. B. Phenolkügelchen, Phenolperlen, Polyurethanschaumteilchen und dergleichen). Der Füllstoff kann auch ein Salz, beispielsweise ein Halogenidsalz, sein. Beispiele für Halogenidsalze umfassen Natriumchlorid, Kaliumcryolit, Natriumcryolit, Ammoniumcryolit, Kaliumtetrafluorborat, Natriumtetrafluorborat, Siliciumfluoride, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid. Beispiele für metallische Füllstoffe umfassen Zinn, Blei, Wismuth, Cobalt, Antimon, Cadmium, Eisentitanat. Weitere verschiedene Füllstoffe umfassen Schwefel, organische Schwefelverbindungen, Graphit- und Metallsulfide.
Ein Beispiel für ein Suspensionsmittel ist ein amorphes Siliciumdioxidteilchen mit einer spezifischen Oberfläche von weniger als 150 m²/g, das im Handel von der Firma DeGussa Corp., unter der Handelsbezeichnung "OX-50" erhältlich ist. Die Zugabe des Suspensionsmittels kann die Gesamtviskosität der Schleifmittelaufschlämmung senken. Die Verwendung von Suspensionsmittel ist weiterhin in der U.S.-Patentschrift-Nr. 5 368 619 (Culler) beschrieben.
Härtungsmittel:
Ein Härtungsmittel ist ein Material, das die Aushärtung (typischerweise ein Polymerisations- und/oder Vernetzungsverfahren) des Bindemittel-Vorläufers so zu Ende bringt, daß der Bindemittel-Vorläufer in ein Bindemittel übergeführt wird. Der Begriff "Härtungsmittel" wird hier zur Bezeichnung der Starter (z. B. thermische Starter und Photostarter), Katalysatoren und Aktivatoren verwendet. Typ und Menge des Härtungsmittels hängen typischerweise von der reaktiven Funktionalität des Bindemittel-Vorläufers und/oder des reaktiven Siloxanpolymers oder von der gewünschten Starter-Energiequelle ab.
Die Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Bindemittel-Vorläufern erfolgt über einen radikalischen Kettenpolymerisationsmechanismus. Das Härtungsmittel, das typischerweise als Starter bezeichnet wird, funktioniert unter Bereitstellung einer Quelle von freien Radikalen zur Auslösung der Radikalpolymerisation. Beispiele für Starter, die bei Exposition gegenüber UV-Licht (das heißt ein Fotostarter) und/oder Wärme eine Quelle für freie Radikale bereitstellen, umfassen beispielsweise organische Peroxide, Azoverbindungen, Chinone, Nitiosoverbindungen, Acylhalogenide, Hydrazone, Mercaptoverbindungen, Pyryliumverbindungen, Imidazole, Chlortriazine, Benzoin, Benzoinalkylether, Diketone, Phenone und Gemische hiervon. Beispiele für im Handel erhältliche Fotostarter umfassen die Fotostarter, die unter den Handelsbezeichnungen "IRGACURE 651" und "IRGACURE 184" (erhältlich von der Firma Ciba Geigy Company) und "DAROCUR 1173" (erhältlich von der Firma Merck, Germany) bekannt sind. Typischerweise wird der Starter in einer Menge im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 10%, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis etwa 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittel-Vorläufers und des reaktiven Siloxanpolymers, verwendet. Es ist bevorzugt, den Starter vor der Zugabe von teilchenförmigem Material (z. B. Schleifpartikel und/oder Füllstoffteilchen) gleichmäßig in dem Bindemittel-Vorläufer zu dispergieren.
Auch ein Elektronenstrahl kann zur Auslösung der Polymerisation von radikalisch polymerisierbaren Bindemittel-Vorläufern verwendet werden. Elektronenstrahlen erzeugen direkt freie Radikale (das heißt ohne daß ein chemischer Starter erforderlich ist). Allerdings liegt die Verwendung von Startern auch dann im Umfang der Erfindung, wenn der Bindemittel-Vorläufer einem Elektronenstrahl ausgesetzt wird.
Auch die Verwendung eines Fotosensibilisators oder eines Fotostartersystems, das die Polymerisation beeinflußt, entweder an Luft oder in einer Inertatmosphäre (z. B. Stickstoff), liegt im Umfang der Erfindung. Diese Fotosensibilisator- oder Fotostartersysteme umfassen Verbindungen mit Carbonylgruppen, Verbindungen mit tertiären Aminogruppen und Gemische hiervon. Bevorzugte Verbindungen mit Carbonylgruppen umfassen beispielsweise Benzophenon, Acetophenon, Benzil, Benzaldehyd, o-Chlorbenzaldehyd, Xanthon, Thioxanthon, 9,10-Anthrachinon oder aromatische Ketone, die als Fotosensibilisatoren wirken können. Bevorzugte tertiäre Amine umfassen beispielsweise Methyldiethanolamin, Ethyldiethanolamin, Triethanolamin, Phenylmethylethanolamin oder Dimethylaminoethylbenzoat.
Kationische Härtungsmittel erzeugen eine Säurequelle zum Start der Polymerisation eines Epoxyharzes oder eines Vinyletherharzes. Diese kationischen Här tungsmittel können ein Salz mit einem Onium-Kation und einem Halogen, das ein Komplexanion eines Metalls oder Metalloids enthält, einschließen.
Weitere kationische Härtungsmittel umfassen ein Salz mit einem organometallischen Komplexkation und einem Halogen, das ein Komplexanion eines Metalls oder Metalloids enthält, die weiterhin in der U.S.-Patentschrift-Nr. 4 751 138 (Tumey et al.) beschrieben sind. Ein weiteres Beispiel ist ein organometallisches Salz und ein Oniumsalz, wie in der U.S.-Patentschrift-Nr. 4 985 340 (Palazotto et al.) und in den europäischen veröffentlichten Patentanmeldungen 306 161 und 306 162 beschrieben. Noch weitere kationische Härtungsmittel umfassen ein ionisches Salz eines organometallischen Komplexes, in dem das Metall aus den Elementen der Gruppe IVB, VB, VIB, VIIB und VIIIB des Periodensystems der Elemente ausgewählt ist. Solche kationischen Härtungsmittel sind in der europäischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 109 581 beschrieben.
Kationische Fotostarter umfassen Arylsulphonium-Fotostarter, die im Handel unter der Handelsbezeichnung "CYRACURE UVI 6921" und "CYRACURE UVI 6990" (erhältlich von Union Carbide, Danbury, CT) und "DEGACURE KI-85" (erhältlich von der Firma Degussa Corp., Ridgefield Park, NJ) erhältlich sind.
Träger:
Ein erfindungsgemäßer Schleifgegenstand umfaßt eine an einen Träger gebundenen Schleifbeschichtung. Beispiele für Schleifmittelträger umfassen Polymerfilm, geprimter Polymerflm, Metallfolie, Tuch, Papier, Metallplatten, vulkanisierte Faser, Vliese und behandelte Versionen und Kombinationen hiervon. Geeignete Träger können gegebenenfalls Behandlungen zur Modifikation ihrer physikalischen Eigenschaften oder eine Schlichte-Vorbeschichtung oder Primerbeschichtung, die zwischen Träger und Schleifbeschichtung abgelagert ist, enthalten. Der Träger kann auch zwei oder mehrere Träger, die miteinander laminiert sind, umfassen. Der Träger kann in ein Polymermaterial eingehüllte Verstärkungsfasern umfassen, wie in PCT WO 93/12911 (Benedict et al.) beschrieben. Die Dicke des Trägers reicht typischerweise von etwa 20 bis etwa 5000 μm, vorzugsweise von etwa 50 bis etwa 2500 μm.
Reaktive Siloxanpolymere sind besonders in Schleifgegenständen mit porösen oder nicht kontinuierlichen Trägem bevorzugt. Beispiele für solche Träger umfassen poröse Vliese, poröse Papiere, wiederaufbauschbar Vliese, perforierte Träger, Siebgewebe, unbehandeltes Gewebe und dergleichen. Beispiele für wiederaufbauschbare Vliesträger sind weiterhin in der U.S.-Patentanmeldung-Nr. 09/218 385 (Chou et al.), eingereicht am 22. Dezember 1998, beschrieben.
Die Zugabe der reaktiven Siloxanpolymers unterstützt die Freisetzung oder Entfernung der Schleifbeschichtung aus dem Herstellungswerkzeug. Diese Trenneigenschaft ist besonders bei der Herstellung strukturierter Schleifgegenstände mit porösen (z. B. Vlies)-Trägern von Vorteil. Bei der Herstellung solcher Schleifgegenstände kann die Haftung zwischen Schleifbeschichtung und Herstellungswerkzeug größer sein als die innere Festigkeit des Trägers und/oder die Bindung zwischen Schleifbeschichtung und Träger. In den Fällen, wobei die Schleifbeschichtung von dem Herstellungswerkzeug entfernt wird, kann sich der Träger spalten, und/oder die Schleifbeschichtung kann sich vom Träger trennen. Durch Einschluß eines reaktiven Siloxanpolymers in die Schleifbeschichtung wird die Haftung zwischen Schleifbeschichtung und Herstellungswerkzeug vermindert und dadurch ist die leichtere Entfernung der Schleifbeschichtung von dem Herstellungswerkzeug möglich.
Die Abtrennung von dem Herstellungswerkzeug ist nicht nur zur Verhinderung einer Beschädigung des Schleifgegenstands wichtig. Wenn die Schleifbeschichtung beispielsweise an dem Herstellungswerkzeug fest klebt, kann dies die Häufigkeitsanzahl vermindern, mit der das Herstellungswerkzeug wieder verwendet werden kann, da es mit Schleifbeschichtungsresten verstopft wird.
Die Verwendung reaktiver Siloxanpolymere ist in sofern ein besonders zweckmäßiger Weg der Bereitstellung einer Ablösung von einem Herstellungswerkzeug, als diese Materialien, die chemisch an das Bindemittel gebunden sind, während des Schleifens nicht typischerweise zur Oberfläche des Werkstücks befördert werden. Die Beförderung eines Trennbeschleunigermaterials an die Oberfläche eines Werkstücks durch einen Schleifgegenstand wird in der Regel nicht gefördert, da dies mit der Haftung und/oder Benetzung der Beschichtungen, die anschließend über die geschliffene Oberfläche aufgebracht werden, interferieren kann.
Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands:
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifgegenstands bereit, umfassend die Schritte:

(a) Bereitstellen eines Herstellungswerkzeugs, das eine Hauptoberfläche mit einer Vielzahl von exakt geformten, darin ausgebildeten Hohlräumen umfaßt;
(b) Befüllen der exakt geformten Hohlräume mit einer Schleifmittelaufschlämmung, wobei die Schleifmittelaufschlämmung umfaßt: eine Vielzahl von Schleifpartikeln; einen Bindemittel-Vorläufer; und ein reaktives Siloxanpolymer, das mindestens eine der Formeln (I) oder (II) oder ein Gemisch hiervon umfaßt;
(c) Laminieren einer Hauptoberfläche des Trägers auf die Oberfläche des Herstellungswerkzeugs, so daß mindestens ein Teil der Hauptoberfläche des Trägers in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Herstellungswerkzeugs ist;
(d) Aussetzen der Schleifmittelaufschlämmung gegenüber einer Energiequelle unter zumindest teilweiser Aushärtung des Bindemittelvorläufers, wodurch ein Schleifartikel gebildet wird; und
(e) Entfernen des Schleifartikels aus dem Herstellungswerkzeug.

Das Herstellungswerkzeug von Schritt (a) weist eine Hauptoberfläche (die eine Hauptebene definiert) auf, die eine Vielzahl von exakt geformten Hohlräumen enthält, die sich von der Hauptoberfläche aus als Vertiefungen ausbreiten. Diese Hohlräume sind für die Erzeugung von Form und Anordnung der Schleifkomposits auf dem Träger verantwortlich. Die Hohlräume können in jeder geometrischen Form, die zu einer für ein Schleifkomposit geeigneten geometrischen Form umgekehrt ist, bereitgestellt sein. Typische Formen umfassen Würfel, Zylinder, Prismen, Halbkugeln, Rechtecke, Pyramiden, Pyramidenstümpfe, Kegel, Kegelstümpfe und stelenartige Formen, die oben eine flachen Oberfläche aufweisen. Die Dimensionen und Stellen der Hohlräume in dem Herstellungswerkzeug sind gewählt, um die gewünschte Flächendichte an Schleifkomposits zu erreichen. Vorzugsweise ist die Form der Hohlräume so gewählt, daß die spezifische Oberfläche des Schleifkomposits mit zunehmender Entfernung vom Träger abnimmt.
Das Herstellungswerkzeug kann die Form eines Bands, einer Folie, einer Endlosfolie oder einer Bahn, einer Beschichtungswalze, wie einer Tiefdruckwalze, einer Überschiebmuffe, die an einer Beschichtungswalze oder einer Düse fixiert sind, aufweisen. Das Herstellungswerkzeug kann aus Metall (z. B. Nickel), Metallegierungen oder Kunststoff bestehen. Das Metall-Herstellungswerkzeug kann durch jede herkömmliche Technik, einschließlich jedoch nicht begrenzt auf, Fotolithographie, Rändeln, Gravieren, Fräsen, Elektroformen und Diamantschleifen, hergestellt sein.
Ein aus thermoplastischem Material hergestelltes Herstellungswerkzeug kann von einem Werkzeug-Original repliziert werden. Wenn ein Herstellungswerkzeug von einem Werkzeug-Original repliziert wird, wird das Werkzeug-Original mit der Umkehrung des für das Herstellungswerkzeug gewünschten Musters bereitgestellt. Das Werkzeug-Original ist vorzugsweise aus einem Nickel-plattierten Metall, wie Nickel-plattiertem Aluminium, Nickel-plattiertem Kupfer oder Nickel-plattierter Bronze, hergestellt. Ein Herstellungswerkzeug kann durch Anpressen einer Folie aus thermoplastischem Material gegen das Werkzeug-Original unter Erhitzen des Werkzeug-Originals und/oder der thermoplastischen Folie derart, daß in das thermoplastische Material mit dem Werkzeug-Originalmuster geprägt wird, von einem Werkzeug-Original repliziert werden. Alternativ kann das thermoplastische Material direkt auf das Werkzeug-Original extrudiert oder gegossen werden. Anschließend wird das thermoplastische Material zu einem festen Zustand abgekühlt und sodann unter Herstellung eines Herstellungswerkzeuges von dem Werkzeug-Original, abgetrennt. Damit sich der Schleifgegenstand leichter ablösen läßt, kann das Herstellungswerkzeug gegebenenfalls mit einer Trennbeschichtung behandelt werden. Beispiele für solche Trennbeschichtungen umfassen Silicone und Fluorchemikalien.
Bevorzugte Verfahren zur Herstellung von Herstellungswerkzeugen sind in den U.S.-Patentschriften Nrn. 5 435 816 (Spurgeon et al.), 5 658 184 (Hoopmann et al.) und 5 946 991 (Hoopman) offenbart.
Bei einem Aspekt dieses Verfahren wird eine Schleifmittelaufschlämmung direkt auf die Vorderseite eines Trägers, unter Anwendung jeder herkömmlichen Beschichtungstechnik, wie beispielsweise Walzenbeschichtung, Übertragungsbeschichtung, Sprühen, Düsenbeschichtung, Vakuumdüsenbeschichtung, Rakelbeschichtung, Vorhangbeschichtung oder Tiefdruckbeschichtung, aufgebracht. Sodann wird das Herstellungswerkzeug mit dem schleifmittelbeschichteten Träger so in Kontakt gebracht, daß die Schleifmittelaufschlämmung in die Hohlräume des Herstellungswerkzeuges hineinfließt. Druck kann durch eine Quetschwalze oder durch eine weitere geeignete Technik angelegt werden, um zu bewirken, daß die Schleifmittelaufschlämmung in die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs fließt und sie ausfüllt.
Bei einem bevorzugten Aspekt dieses Verfahrens werden die Hohlräume durch direktes Beschichten des Herstellungswerkzeugs mit der Schleifmittelaufschlämmung gefüllt. Dies kann durch jedes herkömmliche Beschichtungsverfahren er reicht werden. Anschließend wird der Träger so mit der Oberfläche des Herstellungswerkzeuges in Kontakt gebracht, daß das schleifmittelbeschichtete Herstellungswerkzeug die Oberfläche des Trägers benetzt. Druck kann durch eine Quetschwalze oder durch eine andere geeignete Technik angelegt werden, um die Schleifbeschichtung an den Träger anzupressen.
Nach der Beschichtung wird die Schleifmittelaufschlämmung einer Energiequelle ausgesetzt, um den Bindemittel-Vorläufer und das reaktive Siloxanpolymer in ein gehärtetes Bindemittel überzuführen. Die Härtung ist typischerweise das Ergebnis eines Polymerisations- und/oder Vernetzungsverfahrens. Die Energiequelle kann Wärmeenergie, Elektronenstrahl, UV-Licht oder VIS-Licht sein. Wenn das Herstellungswerkzeug aus einem für sichtbare oder ultraviolette Strahlung durchlässigen Material (z. B. thermoplastisches Polypropylen- oder Polyethylen-Material) hergestellt ist, kann das sichtbare oder das UV-Licht unter Aushärten des Bindemittel-Vorläufers und des reaktiven Siloxanpolymers durch das Herstellungswerkzeug übertragen werden. Bei Anwendung von Wärmeenergie reicht die Ofentemperatur typischerweise von etwa 50°C bis etwa 250°C, und die Expositionsdauer reicht typischerweise von etwa 15 min bis etwa 16 h. Für radikalisch härtbare Bindemittel-Vorläufer, die durch Fotostarter gestartet werden, sollte das UV- oder VIS-Strahlungsenergieniveau (ohne Erhitzen) mindestens etwa 100 mJ/cm², mehr bevorzugt etwa 100 bis etwa 700 mJ/cm² und besonders bevorzugt etwa 400 bis etwa 600 mJ/cm² betragen. UV-Strahlung bedeutet elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 200 bis etwa 400 nm, vorzugsweise im Bereich von etwa 250 bis 400 nm. Sichtbare Strahlung bedeutet elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von etwa 400 bis etwa 800 nm, vorzugsweise im Bereich von etwa 400 bis etwa 550 nm. Ein Elektronenstrahl kann auf einem Energieniveau von etwa 0,1 bis etwa 10 Mrad, vorzugsweise auf einem Energieniveau von etwa 1 bis etwa 10 Mrad, bei einem Beschleunigungspotential im Bereich von etwa 150 bis etwa 300 keV verwendet werden. Nach dem Aushärten des Bindemittel-Vorläufers und des reaktiven Siloxanpolymers (das heißt Bildung eines Bindemittels), wird der Träger mit der daran gebundenen Schleifbeschichtung von dem Herstellungswerkzeug entfernt. Die resultierende strukturierte Schleifbeschichtung besitzt das umgekehrte Muster des Herstellungswerkzeuges. Das bedeutet, die Schleifbeschichtung umfaßt eine Vielzahl von exakt geformten Schleifkomposits, wobei die Komposits die umgekehrte Form der exakt geformten Hohlräume des Herstellungswerkzeugs aufweisen.
Die exakt geformten Schleifkomposits eines strukturierten erfindungsgemäßen Schleifgegenstands können jede beliebige Form aufweisen. Typischerweise ist die spezifische Oberfläche der Rückseite der Form, die mit dem Träger in Kontakt ist, im Wert größer als diejenige des distalen Endes des Komposits, das vom Träger beabstandet ist. Die Form des Komposits kann unter einer Anzahl von geometrischen Formen, wie Würfel, Zylinder, Prisma, Pyramide, Pyramidenstumpf, Konisch, Kegelstumpf, kreuz- oder stelenartige Formen mit einer oberen Fläche, die flach ist, ausgewählt werden. Halbkugelige Schleifkomposits sind in WO 95/22436 (Hoopman et al.) beschrieben. Der resultierende Schleifgegenstand kann ein Gemisch von Schleifkomposits mit unterschiedlichen Formen und/oder Größen aufweisen. Es ist ebenfalls im Umfang der Erfindung, daß alle diese Schleifkomposits im wesentlichen die gleiche Form aufweisen, allerdings kann sich die Orientierung der einzelnen Schleifkomposits voneinander unterscheiden.
Die Seiten, die die Schleifkomposits bilden, können gerade sein, oder sie können geneigt sein. Wenn die Seiten geneigt sind, ist die Entfernung des Schleifkomposites aus den Hohlräumen des Herstellungswerkzeugs leichter. Der Winkel, der die Neigung bildet, kann von etwa 1° bis etwa 75°, vorzugsweise von etwa 2° bis etwa 50° reichen. Die Grundflächen-Schleifkomposits können aneinander angrenzen, oder die Grundflächen gegenüberliegender Schleifkomposits können voneinander durch einen festgelegten Abstand getrennt sein. Der Flächenabstand der Schleifkomposits reicht typischerweise von etwa 1 bis etwa 12000 Komposits/cm², vorzugsweise von etwa 50 bis etwa 7500 Komposits/cm². Der lineare Abstand der Schleifkomposits kann von etwa 1 bis etwa 100 Komposits/cm, vor zugsweise von etwa 5 bis etwa 80 Komposits/cm reichen. Die Schleifkomposits können auf dem Träger in jeder beliebigen Ausrichtung oder Anordnung angeordnet sein. Beispielsweise können die Schleifkomposits in nebeneinander liegenden Reihen direkt miteinander ausgerichtet sein, oder die Schleifkomposits in nebeneinander liegenden Reihen können gegeneinander verschoben sein. Die Höhe der Schleifkomposits beträgt typischerweise weniger als etwa 2000 μm, mehr bevorzugt liegt sie im Bereich von etwa 25 bis etwa 1000 μm. Der Durchmesser oder die Querschnittbreite der Schleifkomposits reicht typischerweise von etwa 5 bis etwa 500 μm, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 250 μm. Zusätzliche genaue Angaben über die exakt geformten Schleifkomposits können in der U.S.-Patentschrift Nr. 5 152 917 (Pieper et al.), PCT WO 97/11484 (Bruxvoort et al.) und PCT WO 95/07797 (Hoopman et al.) gefunden werden.
BEISPIELE
Sämtliche Teile beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht. Die folgenden Bezeichnungen werden in sämtlichen Beispielen verwendet.
TABELLE I Materialliste
Allgemeines Verfahren I zur Herstellung von strukturierten Schleifgegenständen:
Die strukturierten Schleifgegenstände der Beispiele 1, 2, Vergleichsbeispiele A und B wurden nach der folgenden allgemeinen Verfahrensweise hergestellt.
Zunächst wurde eine Schleifmittelaufschlämmung durch sorgfältiges Mischen der in Tabelle 2 gezeigten Materialien hergestellt. Die Schleifpartikel werden dem Bindemittel-Vorläufer nach und nach zugesetzt. Ein Herstellungswerkzeug wurde durch Gießen von Polypropylen auf die Gießoberfläche eines Metall-Werkzeugoriginals hergestellt. Die Gießoberfläche des Werkzeug-Originals enthielt eine planare Hauptoberfläche mit einer Vielzahl von erhöhten Pyramidenstümpfen auf, die sich von der Gießoberfläche aus erstreckten. Nach dem Festwerden wurde das Polypropylen unter Bildung eines Herstellungswerkzeugs von dem Gießwerkzeug entfernt. Das Polypropylen-Herstellungswerkzeug enthielt Hohlräume mit einer pyramidenstumpfförmigen Form. Die Höhe der Pyramidenstumpf-Hohlräume maß etwa 80 μm, die Grundfläche maß etwa 178 μm pro Seite, und die Deckfläche betrug etwa 51 μm pro Seite. Die Hohlräume waren voneinander um nicht mehr als etwa 510 μm beabstandet. Benachbarte Hohlhäume bildeten lineare Reihen, die quer über das Herstellungswerkzeug verliefen. In Abwärtsrichtung waren ungefähr 50 Reihen an Hohlräumen pro cm vorhanden.
Das Polypropylen-Herstellungswerkzeug wurde unter Verwendung eines maskierten Bands auf einer Metallträgerplatte befestigt. Eine Schleifmittelaufschlämmung mit einer wie in Tabelle 2 gezeigten Formulierung wurde unter Verwendung einer Rakel (Spalt 0,025–0,038 mm) so auf das Herstellungswerkzeug aufgebracht, daß die Schleifmittelaufschlämmung die Hohlräume des Herstellungswerkzeugs ausfüllte. Als nächstes wurde der PB-1-Träger mit dem aufschlämmungsgefüllten Herstellungswerkzeug so in Kontakt gebracht, daß die Hauptoberfläche des Trägers die Schleifmittelaufschlämmung kontaktierte, die die Hohlräume des Herstellungswerkzeuges ausfüllte. Eine Gummiwalze wurde mit einem Quetschdruck von 4,2 kg/cm² über die Rückseite des Trägers gerollt, um zu gewährleisten, daß die Vorderseite des Trägers die Schleifmittelaufschlämmung kontaktierte und daß Luftblasen entfernt wurden. Die Schleifmittelaufschlämmung wurde durch Exposition der Aufschlämmung gegenüber einer Strahlung aus einer "V"-Birne (im Handel erhältlich von Fusion Systems Inc.), die bei 93 Watt/cm (236 Watt/in.) betrieben wurde, gehärtet. Die Strahlung passierte das Herstellungswerkzeug, bevor sie auf die Schleifmittelaufschlämmung auftraf. Das Herstellungswerkzeug lief unter der "V"-Birne mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 m/min (30 ft/min) hindurch. Die Strahlung aus der Birne löste die radikalische Polymerisation (das heißt das Härten) des Bindemittel-Vorläufers und des reaktiven Siloxanpolymers der Schleifmittelaufschlämmung aus und wandelte dadurch die Schleifmittelaufschlämmung in eine Schleifbeschichtung um. Nach dem Aushärten wurde der Träger, an dem die Schleifbeschichtung haftete, von dem Herstellungswerkzeug abgetrennt.
TABELLE 2 Schleifmittelaufschlämmungsformulierungen
Beispiel 1: Beispiel 1 wurde nach der allgemeinen Verfahrensweise I unter Verwendung von Aufschlämmung 1 hergestellt.
Beispiel 2: Beispiel 2 wurde nach der allgemeinen Verfahrensweise I unter Verwendung von Aufschlämmung 2 hergestellt.
Vergleichsbeispiel A: Vergleichsbeispiel A wurde nach der allgemeinen Verfahrensweise I unter Verwendung von Aufschlämmung A hergestellt.
Vergleichsbeispiel B: Vergleichsbeispiel B wurde nach dem allgemeinen Verfahren I unter Verwendung von Aufschlämmung B hergestellt.
Vergleichsbeispiel C: 401Q Imperial Wetordry Papier, Gewicht A, Qualität 1200 (erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN).
Vergleichsbeispiel D: Nikken-Siliciumcarbidpapier wasserfest, Qualität 1200-Cw (erhältlich von Nihonkenshi Co., LTD, Japan) (auch als Unigrit Finishing Papier, Qualität 1200 von Meguiar's Inc., Irvine, CA erhältlich).
Vergleichsbeispiel E: Imperial-Wetordry-Papier, Gewicht A, 401Q, Qualität 1000 (erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN).
Vergleichsbeispiel F: Nikken-Siliciumcarbidpapier wasserfest, Qualität 1000-Cw (erhältlich von Nihonkenshi Co., LTD, Japan) (auch als Unigrit Finishing Papier, Qualität 1000 von Meguiar's Inc., Irvine, CA erhältlich).
Schleifleistung und Oberflächenbehandlung (das heißt die Oberflächenbehandlung, die ein Werkstück erfuhr, das mit dem Schleifgegenstand geschliffen wurde) für die erfindungsgemäßen Schleifgegenstände und die Vergleichsbeispiele wurden unter Anwendung des folgenden Verfahrens charakterisiert.
Substratherstellung:
Testplatten wurden durch Aufbringen einer Acrylurethanfarbe auf Stahlplatten hergestellt. Die Acrylurethanfarbenformulierung umfaßte 2 Gewichtsteile Klarlack (im Handel erhältlich unter der Warenbezeichnung "DAU 82" "DELGLO" von PPG Industries, Strongsvill, OH), 1 Gewichtsteil Reduzierer (im Handel unter der Warenbezeichnung "DT 870" von PPG Industries erhältlich) und 2 Gewichtsteile Katalysator (im Handel unter der Warenbezeichnung "DAU2" "DELTRON" von PPG Industries erhältlich). Die Acrylurethanfarbe wurde unter Verwendung einer Binks-Sprühpistole, Modell 7, die unter einem Druck von 40 psi betrieben wurde, auf Stahlplatten (erhältlich von ACT Company, Hillsdale, MI aufgebracht. Die Platten waren zuvor mit DBU-Grundschicht (im Handel erhältlich von PPG Industries) beschichtet worden. Zwei Beschichtungen von Urethanfarbe jeweils einer Trockendicke von 1,5 bis 2,0 mil wurden auf jede Platte aufgebracht. Man ließ die Platten vor dem Test 24 h bei Raumtemperatur aushärten.
Schleifgegenstandsleistungstest:
Der zu testende Schleifgegenstand wurde auf ein biegsames Schaumstoff-Schmirgelkissen von 3M, Nr. 20, erhältlich von Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, MN, aufgebracht. Das Schmirgelkissen mit dem daran befestigten Schleifgegenstand wurde verwendet, um die beschichtete Oberfläche einer Testplatte für die Zeitdauer von 45 s per Hand abzuschleifen. Nach einer Schmirgeldauer von 45 s wurde die Leistung des Schleifmittels durch Messen der Dicke der auf der Testplatte zurückbleibenden Beschichtung und durch Messen der Oberflächenrauhigkeit der Beschichtung quantifiziert. Die Dicke der Beschichtung auf der Testplatte wurde unter Verwendung eines Elcometer 256F Beschichtungsdicke-Meßgerätes (erhältlich von Elcometer Inc., Birmingham, MI gemessen. Tabelle 3 und 6 schildern die Dickeänderung der Beschichtung. Die Oberflächenrauhigkeit der Beschichtung auf der Testplatte wurde unter Verwendung eines Perthometers (von der Firma Feinpruf GmbH, Göttingen, Germany erhältlich) gemessen und ist als Ra (Ra ist der arithmetische Mittelwert der Ritztiefe) und als Rtm (Rtm ist der Mittelwert der maximalen Peak-zu-Tal-Höhe) angegeben. Das Verfahren wurde noch drei Mal wiederholt (das heißt, jeder Schleifgegenstand wurde für insgesamt 180 s getestet, umfassend vier getrennte 45 s Schmirgelintervalle). Zwischen jedem Schmirgelintervall wurde der Schleifgegenstand zur Entfernung von Spänen in Wasser getaucht. Die Ergebnisse des Tests sind in den Tabelle 3–8 zusammengefaßt. TABELLE 3 Änderung in der Beschichtungsdicke (μm)
TABELLE 4 Ra (μm)
TABELLE 5 Rtm (μm)
TABELLE 6 Änderung in der Beschichtungsdicke (μm)
TABELLE 7 Ra (μm)
TABELLE 8 Rtm (μm)
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel B waren strukturierte Schleifgegenstände mit einer Schleifbeschichtung, die eine Vielzahl von exakt geformten Schleifkomposits umfaßt. Diese Schleifgegenstände waren für eine Leistung ausgelegt, die den Wet-or-Dry-beschichteten Schleifgegenständen der Qualität 1000 entsprach. Die Schleifbeschichtungen von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel B besaßen ähnliche Zusammensetzungen mit der Ausnahme, daß Beispiel 2 ein reaktives Siloxanpo lymer enthielt. Die Daten in den Tabellen 6–8 zeigen, daß Beispiel 2 eine höhere Schleifrate als Vergleichsbeispiel B bereitstellt. Beispiel 2 stellte auch eine höhere Schleifrate und eine feinere Oberflächenbearbeitung bereit als die Vergleichsbeispiele E und F. Es gab kein Anzeichen für eine Übertragung des reaktiven Siloxanpolymers in Beispiel 2 an die Oberfläche des Werkstücks.
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel A waren strukturierte Schleifgegenstände mit einer Schleifbeschichtung, die eine Vielzahl von exakt geformten Schleifkomposits umfaßte. Diese Schleifgegenstände waren für eine Leistung ausgelegt, die den Wet-or-Dry-beschichteten Schleifgegenständen der Qualität 1200 entsprach. Die Schleifbeschichtungen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel A besaßen ähnliche Zusammensetzungen mit der Ausnahme, daß Beispiel 1 ein reaktives Siloxanpolymer enthielt. Die Daten in den Tabellen 3–5 zeigen, daß Beispiel 1 eine höhere Schleifrate als Vergleichsbeispiel A bereitstellt. Beispiel 1 stellte auch eine höhere Schleifrate und eine feinere Oberflächenendbehandlung bereit als die Vergleichsbeispiele C und D. Es gab kein Anzeichen für ein Übertragen des reaktiven Siloxanpolymers in Beispiel 1 an die Oberfläche des Werkstücks.
Bandhaftung an den Schleifbeschichtungen.
Dieser Test wurde zur Charakterisierung der Trenneigenschaften von Schleifbeschichtungen von einem Herstellungswerkzeug angewandt. Die Abziehkraft, die zur Entfernung des Bandes von der Oberfläche von verschiedenen Schleifbeschichtungen notwendig war, wurde gemessen. Die Abziehkraftmessungen wurden zur Charakterisierung der Trenneigenschaften von der Oberfläche der Schleifbeschichtungen angewandt. Das heißt, geringe Schälkräfte kennzeichnen eine Oberfläche, an die sich schwer binden läßt. Darum zeigt eine geringe Abziehkraft Formulierungen an, die zur Abtrennung von einem Herstellungswerkzeug bevorzugt sein könnten.
Als erstes wurden ein 3,2 cm auf 10,2 cm Probestreifen von Schleifmittel an den Arbeitsplatten eines Gleit/Schältestgeräts (Modell SP-102B-3M90 von Instrumentors, Inc. ausgestattet mit einer MB-10 Ladezelle) unter Verwendung eines Doppelklebebands befestigt. Als nächstes wurde 3M Maskierband Nr. 202 (2,5 cm Breite) an der Oberfläche der Schleifbeschichtung befestigt. Das Band wurde unter Verwendung einer 6,8 kg (3,1 lb)-Walze, die dreimal über das Band gerollt wurde, an die Schleifbeschichtung angedrückt. Sofort nach dem Rollen wurde das Band mit einer Ablösegeschwindigkeit von 228 cm/min und in einem Winkel von 180° von der Oberfläche der Schleifbeschichtung abgezogen. Die zum Abziehen des Bandes von der Schleifbeschichtung erforderliche Kraft wurde für die Dauer von 2 s gemessen, und die mittlere Schälkraft über das 2-s-Intervall wurde berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 angegeben.
TABELLE 9
Die Daten in Tabelle 9 zeigen, daß die zur Entfernung des Bandes von der Oberfläche von erfindungsgemäßen Schleifbeschichtungen (Beispiele 1–2) erforderliche Kraft im wesentlichen geringer war als die Kraft, die zur Entfernung eines Bands von einer vergleichbaren Schleifbeschichtung, die kein reaktives Siloxanpolymer enthielt (siehe Vergleichsbeispiel A–B), benötigt wurde. Die Daten in Tabelle 9 legen nahe, daß sich die erfindungsgemäßen Schleifbeschichtungen sauberer von den Herstellungswerkzeugen entfernen lassen, da die Oberfläche der Schleifbeschichtung schwerer daran anklebt als an die Oberfläche einer Schleifbeschichtung, die kein reaktives Siloxanpolymer enthält.

Claims

Schleifgegenstand umfassend: einen Träger mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche; eine strukturierte Schleifbeschichtung, die an der ersten Hauptoberfläche des Trägers haftet, wobei die Schleifbeschichtung eine Vielzahl von exakt geformten Schleifcomposits umfaßt, wobei jeder der Composits eine Vielzahl von in einem Bindemittel dispergierten Schleifteilchen umfaßt, wobei das Bindemittel das Reaktionsprodukt umfaßt von: einem Bindemittelvorläufer; und mindestens einem reaktiven Siloxanpolymer mit mindestens einer funktionellen Gruppe, die mit dem Bindemittelvorläufer zu reagieren vermag, wobei das reaktive Siloxanpolymer durch die Formel (I) oder die Formel (II) dargestellt ist, wobei die Formel (I)
ist, wobei n 50 bis 1000 ist; und wobei R₂ unabhängig für eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe steht; und wobei R₁
ist, wobei n₁ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₂ eine ganze Zahl von 0 bis 10 ist; und wobei R₃ eine aliphatische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine aromatische Gruppe,
ist, wobei n₁ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₂ eine ganze Zahl von 0 bis 10 ist; und wobei Formel (II)
ist, wobei X
ist, wobei X ein endständiges Sauerstoffatom aufweist, das an das Siliciumatom der Formel (II) gebunden ist, und wobei n₃ eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist und wobei R₄ unabhängig eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe ist; wobei R₅ unabhängig
ist, wobei n₄ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₅ eine ganze Zahl von 0 bis 10 ist.
Verfahren zur Herstellung eines strukturierten Schleifgegenstands, das die Schritte umfaßt: a) Bereitstellen eines Herstellungswerkzeugs, umfassend eine Hauptoberfläche mit einer Vielzahl von exakt geformten Aussparungen, die darin ausgebildet sind; b) Befüllen der exakt geformten Aussparungen mit einer Schleifmittelaufschlämmung, wobei die Schleifmittelaufschlämmung umfaßt: eine Vielzahl von Schleifteilchen; einen Bindemittelvorläufer; und ein reaktives Siloxanpolymer mit mindestens einer funktionellen Gruppe, die mit dem Bindemittelvorläufer zu reagieren vermag, wobei das reaktive Siloxanpolymer mindestens eine der Formeln (I) oder (II) oder Gemische hiervon umfaßt: wobei die Formel (I)
ist, wobei n 50 bis 1000 ist; und wobei R₂ unabhängig eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe ist; und wobei R₁
ist, wobei n₁ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₂ eine ganze Zahl von 0 bis 10 ist; und wobei R3 eine aliphatische Gruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine aromatische Gruppe,
ist, wobei n₁ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₂ eine ganze Zahl von 0 bis 10 ist; und wobei Formel (Π)
ist, wobei X
ist, wobei X ein endständiges Sauerstoffatom auf weist, das an das Siliciumatom der Formel (II) gebunden ist und wobei n₃ eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist und wobei R₄ unabhängig eine Methyl-, Ethyl- oder Phenylgruppe ist; wobei R₅ unabhängig
ist, wobei n₄ eine ganze Zahl von 3 bis 12 ist und wobei n₅ eine ganze Zahl von 0 bis 10 ist; c) Bereitstellen eines Trägers mit einer Hauptoberfläche; d) Laminieren der Hauptoberfläche des Trägers auf die Oberfläche des Herstellungswerkzeugs, so daß mindestens ein Teil der Hauptoberfläche des Trägers in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Herstellungswerkzeugs ist; e) Aussetzen der Schleifmittelaufschlämmung gegenüber Bedingungen, die zur mindestens teilweisen Aushärtung des Bindemittelvorläufers und des reaktiven Siloxanpolymers ausreichen, wodurch ein Schleifgegenstand hergestellt wird; und f) Entfernen des Schleifgegenstands aus dem Herstellungswerkzeug.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Bindemittelvorläufer radikalisch polymerisierbar ist.
Schleifgegenstand oder Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Bindemittelvorläufer ein Acrylat oder Methacrylat ist.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Bindemittelvorläufer kationisch polymerisierbar ist.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bindemittel etwa 0,1 bis etwa 10 Gewichtsteile des reaktiven Siloxanpolymers umfaßt.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei das reaktive Siloxanpolymer die Formel (I) umfaßt und wobei n 100 bis 200 ist.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei das reaktive Siloxanpolymer die Formel (I) umfaßt, wobei R₁ und R₃ aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Acrylaten, Methacrylaten und Vinylethern besteht.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei das reaktive Siloxanpolymer ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 2500 bis etwa 20000 g/mol aufweist.
Schleifgegenstand nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, wobei das reaktive Siloxanpolymer Poly(dimethylsiloxan)monomethacrylat ist.