FR2983759A1 - AQUEOUS RESIN COMPOSITION FOR ABRASIVE ARTICLES AND RESULTING ARTICLES. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une composition résinique aqueuse destinée à la fabrication d'articles abrasifs, en particulier appliqués. La composition résinique aqueuse comprend au moins un saccharide, au moins un acide organique polycarboxylique et au moins un catalyseur de réticulation. La composition aqueuse est exempte de formaldéhyde. L'invention a également pour objet les produits abrasifs contenant ladite composition aqueuse en tant que liant.The invention relates to an aqueous resin composition for the manufacture of abrasive articles, in particular applied. The aqueous resin composition comprises at least one saccharide, at least one polycarboxylic organic acid and at least one crosslinking catalyst. The aqueous composition is free of formaldehyde. The invention also relates to abrasive products containing said aqueous composition as a binder.
Description
COMPOSITION RESINIQUE AQUEUSE POUR ARTICLES ABRASIFS ET ARTICLES RESULTANTS La présente invention se rapporte à une composition résinique aqueuse destinée à être utilisée en tant que liant dans la fabrication d'articles abrasifs, et aux articles abrasifs résultants. Les articles abrasifs en général renferment une multitude de grains abrasifs solidement liés à un support (abrasifs appliqués ou « coated abrasives ») ou entre eux (abrasifs agglomérés ou « bonded abrasives ») par l'intermédiaire d'un liant. Ces articles sont largement employés pour l'usinage de matériaux divers, notamment dans les opérations de découpe, de rectification, d'ébavurage et de polissage. La présente invention concerne plus particulièrement des abrasifs appliqués. Ce type d'abrasif est constitué d'un matériau support, généralement flexible, à la surface duquel sont répartis des grains abrasifs enchâssés dans un liant. Le support flexible peut être une feuille de papier, un film ou un réseau de fibres, par exemple un mat, un feutre, un tissu ou un tricot de fibres naturelles ou synthétiques, notamment constituées de verre ou d'un polymère. Ces abrasifs peuvent adopter des formes variées : feuilles, bandes, disques, ... The present invention relates to an aqueous resin composition for use as a binder in the manufacture of abrasive articles, and to the resulting abrasive articles. BACKGROUND OF THE INVENTION Abrasive articles in general contain a multitude of abrasive grains firmly bonded to a support (abrasive coated or abrasive coated) or to each other (bonded abrasive or bonded abrasive) via a binder. These articles are widely used for the machining of various materials, especially in cutting, grinding, deburring and polishing operations. The present invention relates more particularly to coated abrasives. This type of abrasive consists of a support material, generally flexible, on the surface of which are distributed abrasive grains embedded in a binder. The flexible support may be a sheet of paper, a film or a network of fibers, for example a mat, a felt, a fabric or a knit of natural or synthetic fibers, in particular made of glass or a polymer. These abrasives can adopt various forms: sheets, strips, discs, ...
La fabrication des abrasifs appliqués comprend l'application d'une couche adhésive de base (« make coat ») sur le matériau support, la distribution des grains d'abrasifs sur ladite couche, le traitement thermique de la couche adhésive de base en vue de la durcir partiellement et l'application d'une couche adhésive supérieure (« size coat ») qui garantit un ancrage ferme des grains sur le support. Une couche adhésive supplémentaire (« supersize coat ») peut être déposée sur la couche adhésive supérieure et les grains abrasifs. Les couches adhésives de base, supérieure et supplémentaire sont appliquées sous forme liquide. Elles sont généralement constituées d'une résine thermodurcissable, notamment une résine phénol-formaldéhyde du type résol ou une résine urée-formaldéhyde. Les résines thermodurcissables du type résol présentent de nombreux avantages, notamment : - elles assurent une liaison solide des grains avec le matériau support et des grains entre eux, - elles résistent bien aux fortes contraintes mécaniques qui se produisent dans les conditions d'abrasion à grande vitesse, et - elles possèdent une résistance thermique élevée qui limite le risque d'accumulation excessive de chaleur au sein de l'outil, et - elles présentent une résistance hydrolytique suffisante pour que les abrasifs soient utilisés en présence d'eau. Les résines thermodurcissables urée-formaldéhyde présentent les mêmes avantages que les résols précités et ont en outre la faculté de réticuler à une température relativement basse qui n'excède généralement pas 150°C. The manufacture of the coated abrasives comprises the application of a base coat ("make coat") on the support material, the distribution of the grains of abrasives on said layer, the heat treatment of the base adhesive layer in order to partially harden it and the application of a superior adhesive layer ("size coat") which guarantees a firm anchoring of the grains on the support. An additional adhesive layer ("supersize coat") may be deposited on the upper adhesive layer and the abrasive grains. The base, top and extra adhesive layers are applied in liquid form. They generally consist of a thermosetting resin, in particular a phenol-formaldehyde resin of the resol type or a urea-formaldehyde resin. The thermosetting resins of the resol type have numerous advantages, in particular: they ensure a solid bonding of the grains with the support material and grains between them, they are resistant to the strong mechanical stresses which occur under the conditions of abrasion with great speed, and - they possess a high thermal resistance which limits the risk of excessive accumulation of heat within the tool, and - they have a hydrolytic resistance sufficient for the abrasives to be used in the presence of water. The thermosetting urea-formaldehyde resins have the same advantages as the aforementioned resols and furthermore have the ability to crosslink at a relatively low temperature which does not generally exceed 150 ° C.
Un inconvénient des résines précitées, de type résol ou urée- formaldéhyde, réside dans le fait qu'elles contiennent du formaldéhyde qui peut être préjudiciable à l'environnement. Depuis plusieurs années, la réglementation en matière d'émissions indésirables devient plus stricte et tend à limiter la quantité de formaldéhyde contenu dans des abrasifs ou pouvant être émise à partir de ces produits. Des compositions de résine à faible teneur en formaldéhyde ont déjà été proposées. Dans US 5 523 152, il est décrit une composition polymérisable pour abrasifs qui comprend une résine aminoplaste et un diluant réactif qui 20 contiennent chacun des groupes insaturés pendants. US 5 178 646 décrit une composition précurseur de liant pour des abrasifs, notamment appliqués, qui comprend une résine réticulable thermiquement ayant une pluralité de groupes méthylols pendants et un diluant réactif ayant au moins un groupe fonctionnel qui réagit avec les groupes de la 25 résine. Il a été proposé une composition thermodurcissable pour la fabrication de papier présentant une résistance humide améliorée (WO 99/32719) et une composition adhésive thermoréticulable pour l'obtention de panneaux de particules de bois (US 7 781 501). Ces compositions renferment une résine 30 ionique contenant des groupes azétidinium. La présente invention a pour but de fournir une composition résinique aqueuse utilisable en tant que liant de particules abrasives, qui est exempte de formaldéhyde, permettant ainsi de disposer d'une alternative aux résines à base de résol ou d'urée-formaldéhyde. 2983 759 3 Pour atteindre ce but, l'invention propose une composition résinique aqueuse qui comprend au moins un saccharide, au moins un acide organique polycarboxylique et au moins un catalyseur de réticulation. Le saccharide peut être un monosaccharide, un polysaccharide ou un 5 mélange de ces saccharides. Le monosaccharide est choisi parmi les monosaccharides renfermant 3 à 8 atomes de carbone, de préférence les aldoses et avantageusement les aldoses contenant 5 à 7 atomes de carbone. Les aldoses particulièrement préférés sont des hexoses tels que le glucose, le mannose et le galactose. 10 Le polysaccharide conforme à l'invention présente de préférence une masse molaire moyenne en nombre inférieure à 5000. De manière avantageuse, le polysaccharide présente un indice de polydispersité (IP) défini par le rapport de la masse molaire moyenne en poids à la masse molaire moyenne en nombre qui est inférieur ou égal à 12. 15 Le polysaccharide comprend au moins deux motifs saccharidiques, de préférence choisis parmi les aldoses précités, avantageusement le glucose. Sont particulièrement préférés les polysaccharides qui sont constitués majoritairement (à plus de 50 % en poids) de motifs de glucose. De manière particulièrement préférée, l'invention utilise un mélange de monosaccharide(s) et/ou de polysaccharide(s), notamment obtenus à partir de végétaux, en particulier une dextrine. Les dextrines sont des composés répondant à la formule générale (C6I-11005), le plus souvent obtenus par hydrolyse partielle d'amidon. Les procédés de préparation des dextrines sont connus. Par exemple, les dextrines peuvent être préparées en chauffant ou en séchant à sec un amidon, généralement en présence d'un catalyseur acide, ce qui conduit à la rupture des molécules d'amylose et d'amylopectine qui constituent ledit amidon en produits de masse molaire plus faible. Les dextrines peuvent aussi être obtenues en traitant l'amidon par voie enzymatique avec une ou plusieurs amylases, notamment microbiennes, aptes à hydrolyser les liaisons de l'amidon. La nature du traitement (chimique ou enzymatique) et les conditions d'hydrolyse ont une incidence directe sur la masse molaire moyenne et la distribution des masses molaires de la dextrine. A disadvantage of the aforementioned resole resole or urea-formaldehyde resins in the fact that they contain formaldehyde which can be detrimental to the environment. For several years, the regulation of unwanted emissions has become stricter and tends to limit the amount of formaldehyde contained in abrasives or can be emitted from these products. Low formaldehyde resin compositions have already been proposed. In US 5,523,152 there is disclosed a polymerizable abrasive composition which comprises an aminoplast resin and a reactive diluent which each contain pendant unsaturated groups. US 5,178,646 discloses a binder precursor composition for abrasives, in particular applied, which comprises a thermally crosslinkable resin having a plurality of pendant methylol groups and a reactive diluent having at least one functional group which reacts with the groups of the resin. It has been proposed a thermosetting composition for making paper having improved wet strength (WO 99/32719) and a heat-curable adhesive composition for obtaining wood particle board (US 7,781,501). These compositions contain an ionic resin containing azetidinium groups. The object of the present invention is to provide an aqueous resin composition which can be used as an abrasive particle binder, which is free from formaldehyde, thus making it possible to have an alternative to resole-based resins or urea-formaldehyde resins. In order to achieve this object, the invention provides an aqueous resin composition which comprises at least one saccharide, at least one polycarboxylic organic acid and at least one crosslinking catalyst. The saccharide may be a monosaccharide, a polysaccharide or a mixture of these saccharides. The monosaccharide is chosen from monosaccharides containing 3 to 8 carbon atoms, preferably the aldoses and advantageously the aldoses containing 5 to 7 carbon atoms. Particularly preferred aldoses are hexoses such as glucose, mannose and galactose. The polysaccharide according to the invention preferably has a number average molecular weight of less than 5000. Advantageously, the polysaccharide has a polydispersity index (PI) defined by the ratio of the weight average molar mass to the molar mass. number average which is less than or equal to 12. The polysaccharide comprises at least two saccharide units, preferably chosen from the abovementioned aldoses, advantageously glucose. Particularly preferred are polysaccharides which consist predominantly (more than 50% by weight) of glucose units. In a particularly preferred manner, the invention uses a mixture of monosaccharide (s) and / or polysaccharide (s), in particular obtained from plants, in particular a dextrin. Dextrins are compounds corresponding to the general formula (C6I-11005), most often obtained by partial hydrolysis of starch. The processes for the preparation of dextrins are known. For example, the dextrins can be prepared by heating or dry drying a starch, generally in the presence of an acid catalyst, which leads to the breakdown of the amylose and amylopectin molecules which constitute said starch in mass products. molar weaker. Dextrins can also be obtained by treating the starch enzymatically with one or more amylases, in particular microbial amylases, capable of hydrolyzing the starch bonds. The nature of the treatment (chemical or enzymatic) and the hydrolysis conditions have a direct impact on the average molar mass and the molar mass distribution of dextrin.
Les dextrines conformes à l'invention peuvent être obtenues à partir d'amidon ou de dérivés d'amidon d'origine végétale variée, par exemple issues de tubercules tels que la pomme de terre, le manioc, le maranta et la patate douce, issues de graines telles que le blé, le maïs, le seigle, le riz, l'orge, le millet, l'avoine et le sorgho, issues de fruits tels que le marron, la châtaigne, et la noisette, ou issues de légumineuses telles que le pois et le haricot. Par « acide organique polycarboxylique », on entend un acide organique comprenant au moins deux fonctions carboxyliques, de préférence au plus 1000 et avantageusement au plus 500. The dextrins according to the invention can be obtained from starch or starch derivatives of various vegetable origin, for example derived from tubers such as potato, cassava, maranta and sweet potato, from seeds such as wheat, maize, rye, rice, barley, millet, oats and sorghum, derived from fruits such as chestnuts, chestnuts and hazelnuts, or from legumes such as as peas and beans. By "polycarboxylic organic acid" is meant an organic acid comprising at least two carboxylic functions, preferably at most 1000 and advantageously at most 500.
L'acide organique polycarboxylique est apte à réagir avec les groupes hydroxyles du saccharide sous l'effet de la chaleur pour former des liaisons esters qui conduisent à l'obtention d'un réseau polymérique dans le liant final. Ledit réseau polymérique permet d'établir des liaisons au niveau des points de contact avec les particules abrasives. The organic polycarboxylic acid is capable of reacting with the hydroxyl groups of the saccharide under the effect of heat to form ester bonds which lead to obtaining a polymeric network in the final binder. Said polymer network makes it possible to establish connections at the points of contact with the abrasive particles.
L'acide organique polycarboxylique peut être un acide organique polycarboxylique monomérique ou polymérique. A titre d'exemple d'acide organique polycarboxylique monomérique, on peut citer les acides dicarboxyliques, tels que l'acide oxalique, l'acide malonique, l'acide succinique, l'acide glutarique, l'acide adipique, l'acide pimélique, l'acide subérique, l'acide azélaïque, l'acide sébacique, l'acide malique, l'acide tartrique, l'acide tartronique, l'acide aspartique, l'acide glutamique, l'acide fumarique, l'acide itaconique, l'acide maléique, l'acide traumatique, l'acide camphorique, l'acide phtalique et ses dérivés, notamment contenant au moins un atome de bore ou de chlore, l'acide tétrahydrophtalique et ses dérivés, notamment contenant au moins un atome de chlore tel que l'acide chlorendique, l'acide isophtalique, l'acide téréphtalique, l'acide mésaconique, l'acide citraconique et l'acide 2,5-furanedicarboxylique ; les acides tricarboxyliques, tels que l'acide citrique, l'acide tricarballylique, l'acide 1,2,4-butanetricarboxylique, l'acide aconitique, l'acide hémimellitique, l'acide triméllitique et l'acide trimésique ; les acides tétracarboxyliques tels que l'acide 1,2,3,4-butanetétracarboxylique et l'acide pyroméllitique, et les mélanges de ces acides. On préfère l'acide citrique. A titre d'exemple d'acide organique polycarboxylique polymérique, on peut citer les homopolymères d'acide organique carboxylique insaturé tel que l'acide (méth)acrylique, l'acide crotonique, l'acide isocrotonique, l'acide maléique, l'acide cinnamique, l'acide 2-méthylmaléique, l'acide fumarique, l'acide itaconique, l'acide 2-méthylitaconique, l'acide a,(3-méthylèneglutarique et les monoesters d'acide dicarboxylique insaturés, tels que les maléates et les fumarates d'alkyle en C1-C10, et les copolymères d'au moins un acide carboxylique insaturé précité et d'au moins un monomère vinylique tel que le styrène substitué ou non par des groupements alkyle, hydroxyle ou sulfonyle, ou par un atome d'halogène, le (méth)acrylonitrile, le (méth)acrylamide ou non par des groupements alkyle en C1-C10, les alkyl (méth)acrylates, notamment le (méth)acrylate de méthyle, le (méth)acrylate d'éthyle, le (méth)acrylate de n- butyle et le (méth)acrylate d'isobutyle, le (méth)acrylate de glycidyle, le butadiène et un ester vinylique, notamment l'acétate de vinyle. De préférence la composition résinique aqueuse contient au moins un acide organique polycarboxylique polymérique. The organic polycarboxylic acid may be a monomeric or polymeric polycarboxylic organic acid. By way of example of a monomeric polycarboxylic organic acid, mention may be made of dicarboxylic acids, such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid and pimelic acid. , suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, malic acid, tartaric acid, tartaronic acid, aspartic acid, glutamic acid, fumaric acid, itaconic acid , maleic acid, traumatic acid, camphoric acid, phthalic acid and its derivatives, in particular containing at least one boron or chlorine atom, tetrahydrophthalic acid and its derivatives, in particular containing at least one atom chlorine such as chlorendic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, mesaconic acid, citraconic acid and 2,5-furanedicarboxylic acid; tricarboxylic acids, such as citric acid, tricarballylic acid, 1,2,4-butanetricarboxylic acid, aconitic acid, hemimellitic acid, trimellitic acid and trimesic acid; tetracarboxylic acids such as 1,2,3,4-butanetetracarboxylic acid and pyromellitic acid, and mixtures of these acids. Citric acid is preferred. By way of example of a polymeric polycarboxylic organic acid, there may be mentioned homopolymers of unsaturated carboxylic organic acid such as (meth) acrylic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, maleic acid, cinnamic acid, 2-methylmaleic acid, fumaric acid, itaconic acid, 2-methylitaconic acid, α, (3-methyleneglutaric acid and unsaturated dicarboxylic acid monoesters, such as maleates and C1-C10 alkyl fumarates, and copolymers of at least one unsaturated carboxylic acid and at least one vinyl monomer such as styrene substituted or unsubstituted by alkyl, hydroxyl or sulphonyl groups, or by an atom of halogen, (meth) acrylonitrile, (meth) acrylamide or not with (C1-C10) alkyl groups, alkyl (meth) acrylates, in particular methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate , n-butyl (meth) acrylate and isobutyl (meth) acrylate, (meth) ac glycidyl rylate, butadiene and a vinyl ester, especially vinyl acetate. Preferably, the aqueous resin composition contains at least one polymeric polycarboxylic organic acid.
De manière particulièrement préférée, la composition résinique contient au moins un polymère ou un copolymère d'acide (méth)acrylique, ledit polymère ou copolymère étant avantageusement en mélange avec de l'acide citrique. De préférence, la quantité pondérale d'acide organique polycarboxylique monomérique représente 5 à 50 % du poids total de l'acide organique 20 polycarboxylique monomérique et de l'acide organique polycarboxylique polymérique, avantageusement 15 à 40 %. Dans la composition résinique aqueuse, la quantité pondérale de saccharide représente 10 à 90 % du poids total du saccharide et de l'acide organique polycarboxylique, et de préférence 40 à 70 %. 25 La composition résinique aqueuse comprend en outre un catalyseur de réticulation, acide ou basique, qui a notamment pour fonction d'ajuster la température de début de réticulation du saccharide avec l'acide organique polycarboxylique. Le catalyseur de réticulation est choisi parmi les composés contenant du 30 phosphore, tels qu'un sel d'hypophosphite de métal alcalin, un phosphite de métal alcalin, un polyphosphate de métal alcalin, un hydrogénophosphate de métal alcalin, un acide phosphorique ou un acide alkylphosphonique. De préférence, le métal alcalin est le sodium ou le potassium. 2 983 759 6 Le catalyseur de réticulation peut encore être choisi parmi les bases et les acides de Lewis, tels que les argiles, la silice colloïdale ou non, les amines organiques, les amines quaternaires, les oxydes métalliques, les sulfates métalliques, les chlorures métalliques, les sulfates d'urée, les chlorures d'urée 5 et les catalyseurs à base de silicates. Le catalyseur peut encore être un composé contenant du fluor et du bore, par exemple l'acide tétrafluoroborique ou un sel de cet acide, notamment un tétrafluoroborate de métal alcalin tel que le sodium ou le potassium, un tétrafluoroborate de métal alcalino-terreux tel que le calcium ou le magnésium, 10 un tétrafluoroborate de zinc et un tétrafluoroborate d'ammonium. De préférence, le catalyseur est l'hypophosphite de sodium, le phosphite de sodium et les mélanges de ces composés. La quantité de catalyseur introduite dans la composition résinique aqueuse représente 1 à 15 % du poids total du saccharide et de l'acide 15 organique polycarboxylique, et de préférence 3 à 10 %. La composition résinique aqueuse peut encore comprendre des additifs conventionnels qui aident à fabrication des articles abrasifs, par exemple des charges, en particulier du kaolin ou du carbonate de calcium, des promoteurs d'adhésion, des épaississants, des plastifiants, des lubrifiants, des bactéricides et/ou fongicides, des agents hydrophobants qui améliorent la résistance à l'eau des supports, des agents de mouillage des grains abrasifs et/ou du matériau support, des agents antistatiques, des pigments par exemple colorés, des agents de couplage tels que des alcoxysilanes, des agents retardateurs de flamme, des agents débullants et des agents anti-poussières. In a particularly preferred manner, the resin composition contains at least one polymer or copolymer of (meth) acrylic acid, said polymer or copolymer being advantageously in admixture with citric acid. Preferably, the amount by weight of monomeric polycarboxylic organic acid is 5 to 50% of the total weight of the monomeric polycarboxylic organic acid and the polymeric polycarboxylic organic acid, preferably 15 to 40%. In the aqueous resin composition, the amount by weight of saccharide represents 10 to 90% of the total weight of the saccharide and the organic polycarboxylic acid, and preferably 40 to 70%. The aqueous resin composition further comprises an acidic or basic crosslinking catalyst, whose particular function is to adjust the initial crosslinking temperature of the saccharide with the organic polycarboxylic acid. The crosslinking catalyst is selected from phosphorus-containing compounds, such as an alkali metal hypophosphite salt, an alkali metal phosphite, an alkali metal polyphosphate, an alkali metal hydrogen phosphate, a phosphoric acid or an acid alkylphosphonic. Preferably, the alkali metal is sodium or potassium. The crosslinking catalyst may also be chosen from Lewis bases and acids, such as clays, colloidal or non-colloidal silica, organic amines, quaternary amines, metal oxides, metal sulphates and chlorides. urea sulphates, urea chlorides and silicate catalysts. The catalyst may also be a compound containing fluorine and boron, for example tetrafluoroboric acid or a salt of this acid, especially an alkali metal tetrafluoroborate such as sodium or potassium, an alkaline earth metal tetrafluoroborate such as calcium or magnesium, zinc tetrafluoroborate and ammonium tetrafluoroborate. Preferably, the catalyst is sodium hypophosphite, sodium phosphite and mixtures of these compounds. The amount of catalyst introduced into the aqueous resin composition represents 1 to 15% of the total weight of the saccharide and the organic polycarboxylic acid, and preferably 3 to 10%. The aqueous resin composition may further comprise conventional additives which aid in the manufacture of abrasive articles, for example fillers, in particular kaolin or calcium carbonate, adhesion promoters, thickeners, plasticizers, lubricants and bactericides. and / or fungicides, hydrophobic agents which improve the water resistance of the supports, abrasive grain wetting agents and / or the support material, antistatic agents, for example colored pigments, coupling agents such as alkoxysilanes, flame retardants, debulking agents and anti-dust agents.
La composition résinique aqueuse présente un pH acide, de l'ordre de 1 à 5 selon la nature de l'acide organique polycarboxylique utilisé, de préférence supérieur ou égal à 1,5. Avantageusement, le pH est maintenu à une valeur au moins égale à 2, de manière à limiter les problèmes d'instabilité de la composition résinique aqueuse. The aqueous resin composition has an acidic pH, of the order of 1 to 5 depending on the nature of the organic polycarboxylic acid used, preferably greater than or equal to 1.5. Advantageously, the pH is maintained at a value at least equal to 2, so as to limit the problems of instability of the aqueous resin composition.
La viscosité de la composition aqueuse dépend des conditions d'applications mais demeure généralement inférieure ou égale à 15000 mPa.s, de préférence inférieure ou égale à 10000 mPa.s, mesurée à 25°C, à l'aide d'un appareil Brookfield pourvu d'un mandrin LV1 opérant à une vitesse de 60 tours par minute. The viscosity of the aqueous composition depends on the conditions of application but remains generally less than or equal to 15,000 mPa.s, preferably less than or equal to 10,000 mPa.s, measured at 25 ° C., using a Brookfield apparatus. provided with a mandrel LV1 operating at a speed of 60 revolutions per minute.
La composition résinique aqueuse conforme à l'invention est préparée par simple mélange du saccharide et de l'acide organique polycarboxylique et/ou des additifs précités. Les moyens propres à assurer un mélange convenable sont connus de l'homme du métier. The aqueous resin composition according to the invention is prepared by simply mixing the saccharide and the organic polycarboxylic acid and / or the aforementioned additives. The means for ensuring a suitable mixture are known to those skilled in the art.
La teneur en matières solides dans la composition résinique aqueuse, calculée sur la base de l'ensemble des constituants organiques, varie généralement de 30 à 75 % et de préférence de 45 et 70 %. Comme déjà indiqué, la fabrication des abrasifs appliqués comprend les étapes consistant à déposer une couche adhésive de base (« make coat ») sur un matériau support, à répartir les grains d'abrasifs sur ladite couche, soumettre ledit matériau à un traitement thermique en vue de durcir partiellement ladite couche, déposer une couche adhésive supérieure (« size coat ») et soumettre le matériau revêtu à traitement thermique afin d'obtenir la réticulation complète des constituants contenus dans les couches adhésives de base et supérieure. The solids content in the aqueous resin composition, calculated on the basis of all the organic constituents, generally ranges from 30 to 75% and preferably from 45 to 70%. As already indicated, the manufacture of the coated abrasives comprises the steps of depositing a base coat ("make coat") on a support material, to distribute the grains of abrasives on said layer, subjecting said material to a heat treatment in in order to partially harden said layer, depositing a top adhesive layer ("size coat") and subjecting the heat-treated coated material to obtain complete crosslinking of the constituents contained in the base and top adhesive layers.
Le cas échéant, une couche adhésive supplémentaire peut être déposée sur la couche adhésive supérieure et réticulée par un traitement thermique approprié. Le matériau support a généralement une flexibilité modérée à forte, et peut avoir l'apparence d'une feuille, notamment de papier, d'un film, notamment en polymère, ou d'un réseau plus ou moins dense de fibres naturelles, par 20 exemple de coton, ou de fibres synthétiques, par exemple des fibres de polyester ou de verre et des fibres vulcanisées. Les grains abrasifs peuvent être choisis parmi les grains connus, par exemple constitués d'alumine, y compris les alumines fondues et les alumines frittées obtenues par sol-gel, ensemencées ou non par un matériau de même 25 nature cristalline, chimiquement modifiées ou non, d'oxyde de fer, d'oxyde de molybdène, d'oxyde de vanadium, d'alumine-zircone, de bore-alumine, de carbure de silicium, d'aluminium-oxynitrure, de diamant ou de nitrure de bore cubique, et les mélanges de tels grains. De préférence, les grains abrasifs sont en alumine. 30 L'application des grains sur la couche adhésive de base peut se faire par les techniques habituelles opérant par gravité ou par la voie électrostatique. La densité des grains abrasifs sur le support est à choisir en fonction de l'application visée. If necessary, an additional adhesive layer may be deposited on the upper adhesive layer and crosslinked by a suitable heat treatment. The support material generally has a moderate to strong flexibility, and may have the appearance of a sheet, in particular paper, a film, in particular a polymer, or a more or less dense network of natural fibers, by example of cotton, or synthetic fibers, for example polyester or glass fibers and vulcanized fibers. The abrasive grains may be chosen from known grains, for example made of alumina, including sintered aluminas and sintered aluminas obtained by sol-gel, seeded or not with a material of the same crystalline nature, chemically modified or otherwise, iron oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, alumina-zirconia, boron-alumina, silicon carbide, aluminum-oxynitride, diamond or cubic boron nitride, and mixtures of such grains. Preferably, the abrasive grains are alumina. The application of the grains to the base adhesive layer can be done by the usual gravity or electrostatic techniques. The density of the abrasive grains on the support is to be chosen according to the intended application.
La composition résinique aqueuse conforme à l'invention peut être utilisée pour former la couche adhésive de base (« make coat »), la couche adhésive supérieure (« size coat ») ou la couche adhésive supplémentaire (« supersize coat »). De préférence, la composition aqueuse sert à former la couche adhésive supérieure, et le cas échéant la couche adhésive de base. Lorsque la composition résinique aqueuse est utilisée pour former la couche adhésive supérieure, elle peut comprendre au moins un agent qui renforce les performances abrasives de l'abrasif final, par exemple une cire, un composé organique halogéné, un sel d'halogène, un métal ou un alliage de métaux. La viscosité de la composition résinique aqueuse, en particulier lorsqu'elle est utilisée pour former la couche adhésive de base, peut être adaptée au mode d'application en choisissant le type de saccharide qui convient ou en ajoutant un agent épaississant, par exemple un éther de cellulose. La quantité pondérale d'agent épaississant peut représenter jusqu'à 20 parts du poids total du saccharide et de l'acide organique polycarboxylique. En général, on fait suivre l'application de chaque couche adhésive de base ou supplémentaire par un traitement thermique à une température inférieure ou égale à 150°C, de préférence inférieure ou égale à 120°C et avantageusement comprise entre 50 et 100°C pendant 1 à 120 minutes, de préférence 1 à 90 minutes. L'abrasif appliqué obtenu peut être découpé à la dimension souhaitée, par exemple pour produire des feuilles, ou collecté sous la forme d'un enroulement. L'enroulement peut subir un traitement thermique supplémentaire en vue de parfaire la réticulation de la composition aqueuse formant la couche adhésive supérieure ou la couche adhésive supplémentaire. Ce traitement peut être réalisé à une température inférieure ou égale à 150°C, de préférence inférieure ou égale à 120°C pendant au plus 36 heures, de préférence au plus 20 heures. The aqueous resin composition according to the invention can be used to form the base adhesive layer ("make coat"), the upper adhesive layer ("size coat") or the additional adhesive layer ("supersize coat"). Preferably, the aqueous composition serves to form the upper adhesive layer, and optionally the base adhesive layer. When the aqueous resin composition is used to form the upper adhesive layer, it may comprise at least one agent which enhances the abrasive performance of the final abrasive, for example a wax, a halogenated organic compound, a halogenated salt, a metal or an alloy of metals. The viscosity of the aqueous resin composition, particularly when used to form the base adhesive layer, may be adapted to the mode of application by selecting the appropriate type of saccharide or by adding a thickening agent, for example an ether of cellulose. The amount by weight of thickening agent can represent up to 20 parts of the total weight of the saccharide and the organic polycarboxylic acid. In general, the application of each basic or additional adhesive layer is followed by a heat treatment at a temperature of less than or equal to 150 ° C., preferably of less than or equal to 120 ° C. and advantageously of between 50 and 100 ° C. for 1 to 120 minutes, preferably 1 to 90 minutes. The resulting coated abrasive can be cut to the desired size, for example to produce sheets, or collected in the form of a coil. The winding may undergo additional heat treatment to complete the crosslinking of the aqueous composition forming the upper adhesive layer or the additional adhesive layer. This treatment can be carried out at a temperature of less than or equal to 150 ° C., preferably less than or equal to 120 ° C. for at most 36 hours, preferably at most 20 hours.
Les articles abrasifs appliqués incorporant la composition résinique aqueuse selon l'invention constituent un autre objet de la présente invention, en particulier qui se présentent sous la forme de papiers abrasifs et de tissus abrasifs. 2 983 759 9 Les exemples donnés ci-après permettent d'illustrer l'invention sans toutefois la limiter. Dans les exemples, on utilise les méthodes suivantes : - la viscosité (en mPa.$) est mesurée à 25°C à l'aide d'un appareil 5 Brookfield pourvu d'un mandrin LV1 opérant à la vitesse de 60 tours par minute. La viscosité est mesurée immédiatement après la fabrication de la composition résinique aqueuse et après un jour de stockage à 25°C, - le module d'Young est mesuré par la technique de nanoindentation qui permet d'évaluer les propriétés mécaniques d'un film mince déposé sur un 10 substrat, sans que celles-ci soient influencées par le substrat. Le module d'Young est mesuré dans les conditions suivantes : sur une plaque de verre carrée de 1 cm de côté, on dépose une couche de composition résinique aqueuse (épaisseur : 150 pm) et on chauffe l'ensemble à 60°C pendant 60 minutes puis à 120°C pendant 120 minutes. On dispose la plaque de verre 15 dans un appareil de nanoindentation (XP commercialisé par MTS Systems Corp.) muni d'une pointe Berkovich, en diamant, de forme pyramidale à base triangulaire et on établit la courbe de la charge en fonction du déplacement. A partir de cette courbe, on détermine le module d'Young, en GPa. La valeur du module d'Young est une moyenne de 10 points de mesure. 20 - la perte de masse est déterminée par analyse thermo-gravimétrique (ATG). La composition résinique aqueuse est déposée dans une coupelle en aluminium et chauffée à 60°C pendant 60 minutes, puis à 120°C pendant 120 minutes. 10 à 20 mg du résidu obtenu (liant) sont disposés dans un creuset en alumine qui est placé dans un appareil mesurant en continu la perte de masse 25 au cours d'un cycle de température allant de 25 à 700°C à la vitesse de 10°C/minute. Sur la courbe enregistrée, on détermine la perte de masse à 300, 400 et 500°C. EXEMPLES 1 A 8 On fabrique des compositions résiniques aqueuses en mélangeant dans 30 un récipient, sous agitation, les composés figurant dans le tableau 1, les quantités étant exprimées en parts pondérales. La teneur en matières solides de ces compositions est comprise entre 50 et 60 % et leur viscosité figure dans le tableau 1. Applied abrasive articles incorporating the aqueous resin composition according to the invention constitute another object of the present invention, in particular in the form of abrasive papers and abrasive fabrics. The examples given below make it possible to illustrate the invention without, however, limiting it. In the examples, the following methods are used: the viscosity (in mPa ·%) is measured at 25 ° C. using a Brookfield apparatus provided with a mandrel LV1 operating at a speed of 60 revolutions per minute . The viscosity is measured immediately after the manufacture of the aqueous resin composition and after one day of storage at 25 ° C., the Young's modulus is measured by the nanoindentation technique which makes it possible to evaluate the mechanical properties of a thin film. deposited on a substrate, without these being influenced by the substrate. The Young's modulus is measured under the following conditions: on a 1 cm square glass plate, a layer of aqueous resin composition (thickness: 150 μm) is deposited and the whole is heated at 60 ° C. for 60 minutes. minutes then at 120 ° C for 120 minutes. The glass plate 15 is placed in a nanoindentation apparatus (XP marketed by MTS Systems Corp.) equipped with a triangular-shaped pyramid-shaped Berkovich diamond tip and the curve of the charge is plotted as a function of displacement. From this curve, the Young's modulus is determined in GPa. The Young's modulus value is an average of 10 measurement points. The loss of mass is determined by thermo-gravimetric analysis (ATG). The aqueous resin composition is deposited in an aluminum cup and heated at 60 ° C for 60 minutes, then at 120 ° C for 120 minutes. 10 to 20 mg of the resulting residue (binder) are placed in an alumina crucible which is placed in an apparatus continuously measuring mass loss over a temperature cycle of from 25 to 700 ° C at a rate of 10 ° C / minute. On the recorded curve, mass loss is determined at 300, 400 and 500 ° C. EXAMPLES 1 TO 8 Aqueous resin compositions are made by mixing in a container, with stirring, the compounds shown in Table 1, the amounts being expressed in parts by weight. The solids content of these compositions is between 50 and 60% and their viscosity is shown in Table 1.
Sur une partie des compositions résiniques, on mesure en parallèle la perte de masse (voir tableau 1). On applique chacune des compositions résiniques aqueuses obtenues ainsi qu'une composition conventionnelle à base d'une résine urée- formaldéhyde, notée Référence (commercialisée sous la référence R2130 par la société Schenectady International, Inc.) sous la forme d'un film (épaisseur 150 pm) sur une plaque de verre. La plaque de verre est introduite dans un four et portée à une température de 60°C pendant 60 minutes, puis 120°C pendant 120 minutes. Sur la plaque refroidie, on mesure les propriétés indiquées dans le tableau 1. La viscosité des compositions résiniques des exemples 1 à 8 est compatible avec une utilisation pour produire des articles abrasifs appliqués. Le module d'Young des exemples selon l'invention est plus élevé que celui de la Référence. On a part of the resin compositions, mass loss is measured in parallel (see Table 1). Each of the aqueous resin compositions obtained is applied together with a conventional composition based on a urea-formaldehyde resin, denoted Reference (sold under the reference R2130 by the company Schenectady International, Inc.) in the form of a film (thickness 150 μm) on a glass plate. The glass plate is introduced into an oven and heated to 60 ° C for 60 minutes, then 120 ° C for 120 minutes. On the cooled plate, the properties shown in Table 1 are measured. The viscosity of the resin compositions of Examples 1 to 8 is compatible with use for producing coated abrasive articles. The Young's modulus of the examples according to the invention is higher than that of the reference.
La perte de masse des exemples 1 à 8 demeure inférieure à celle de la Référence, quelle que soit la température de mesure. Les exemples 1 à 5 contenant un acide organique polycarboxylique polymérique ont la plus faible perte de masse. EXEMPLES 9 ET 10 Cet exemple illustre la préparation d'un article abrasif appliqué sur une ligne pilote. A partir d'une bobine, on déroule une feuille de papier (ARJOREG-185- MS-WHITE commercialisé par ARJO WIGGINS ; largeur : 30 cm ; grammage : 185 g/m2 ; épaisseur 0,21 mm) et on dépose, en continu, une couche adhésive de base au moyen d'un rouleau de transfert, puis des particules abrasives à l'aide d'un dispositif de poudrage électrostatique. La feuille revêtue est collectée sous la forme de festons sur un dispositif approprié qui est ensuite introduit dans un four à 85°C pendant 20 minutes. Après refroidissement, la feuille est à enroulée à nouveau sous la forme d'une bobine qui est disposée dans l'installation précédente afin de déposer la couche adhésive supérieure sur la face portant les particules abrasives. La feuille est collectée et traitée dans les conditions de température suivantes : 85°C pendant 50 minutes (exemple 9) et 50°C pendant 50 minutes (exemple 10). The loss of mass of Examples 1 to 8 remains lower than that of the Reference, regardless of the measurement temperature. Examples 1 to 5 containing a polymeric polycarboxylic organic acid have the lowest mass loss. EXAMPLES 9 AND 10 This example illustrates the preparation of an abrasive article applied to a pilot line. From a reel, a sheet of paper (ARJOREG-185-MS-WHITE marketed by ARJO WIGGINS, width: 30 cm, grammage: 185 g / m2, thickness 0.21 mm) is rolled out and deposited continuously. , a base adhesive layer by means of a transfer roller, then abrasive particles with the aid of an electrostatic powder coating device. The coated sheet is collected in the form of scallops on a suitable device which is then introduced into an oven at 85 ° C for 20 minutes. After cooling, the sheet is wound up again in the form of a coil which is disposed in the previous installation in order to deposit the upper adhesive layer on the face carrying the abrasive particles. The sheet is collected and treated under the following temperature conditions: 85 ° C for 50 minutes (Example 9) and 50 ° C for 50 minutes (Example 10).
La feuille de l'exemple 9 est à nouveau enroulée sous la forme d'une bobine et introduite dans un four à 115°C pendant 120 minutes. La couche adhésive de base est constituée de la résine uréeformaldéhyde (Référence) décrite dans les exemples 1 à 8, à laquelle on a ajouté 10 parts en poids de kaolin. La couche adhésive de base est déposée à raison de 52 g/m2 (poids sec). Les particules abrasives sont constituées d'alumine (commercialisées sous la référence « Electrocorundum EKP, grit P80 » par la société Kuhmichel Abrasiv GmbH) et sont déposées à raison de 165 g/m2. The sheet of Example 9 is rolled up again as a coil and introduced into an oven at 115 ° C for 120 minutes. The base adhesive layer consists of the ureaformaldehyde resin (Reference) described in Examples 1 to 8, to which 10 parts by weight of kaolin were added. The base adhesive layer is deposited at a rate of 52 g / m 2 (dry weight). The abrasive particles consist of alumina (marketed under the reference "Electrocorundum EKP, grit P80" by Kuhmichel Abrasiv GmbH) and are deposited at a rate of 165 g / m2.
La couche adhésive supérieure est constituée de la composition résinique aqueuse de l'exemple 5 (exemple 9) ou de la résine de Référence précitée (exemple 10 comparatif). La couche adhésive supérieure est déposée à raison de 120 g/m2 (poids sec). On évalue les performances de la feuille abrasive dans les conditions du test d'abrasion suivant : on découpe des disques de 125 mm de diamètre portant 8 trous de 8 mm dans la feuille abrasive et on place un disque sur une ponceuse électrique (Bosch PEX 220A). La ponceuse est utilisée par un opérateur pour poncer manuellement une plaque de bois en pin (longueur : 80 cm; largeur : 20 cm; épaisseur : 1,5 cm) avec un mouvement linéaire dans le sens de la longueur. On mesure la perte de masse de la plaque de bois en fonction du temps de ponçage. Les résultats sont donnés dans le tableau 2, exprimés en perte de masse cumulée. L'exemple 9 présente des propriétés abrasives équivalentes à celles de l'exemple 10 comparatif. TABLEAU 1 Ex. 1 Ex. 2 Ex. 3 Ex. 4 Ex. 5 Ex. 6 Ex. 7 Ex. 8 Référence Composition résinique aqueuse Acusol 445(1) 40 40 40 25 25 - - - - Acide citrique - - - 15 15 40 40 40 - Hypophosphite de sodium 5 5 5 5 5 5 5 5 - Glucidex® 12(2) 60 - - - - 60 - - - Glucidex® 19 DO) - 60 - 60 - - 60 - - Tackidex® C172(4) - - 60 - - - - 60 - Roclys°3072S (5) - - - - 60 - - - - Pro - riétés Viscosité (mPa.$) Initiale 1230 220 4400 1500 1000 110 80 120 1000 1 jour 4570 1560 5400 1880 1430 200 100 170 1100 Module d'Young (GPa) 17,0 15,2 16,5 15,5 n. d. n. d. n. d. n. d. 8,5 Perte de masse (%) 300°C 25 25 25 25 23 44 42 42 60 400°C 50 50 51 50 45 66 65 66 75 500°C 60 59 61 61 55 74 76 75 80 n. d. : non déterminé (1) homopolymère d'acide acrylique; commercialisé par Dow Chemicals (2) maltodextrine; masse molaire moyenne en nombre : 1725 g/mol; indice de polydispersité (IP) : 10,6; commercialisé par Roquette (3) dextrine; masse molaire moyenne en nombre : 1165 g/mol; indice de polydispersité (IP) : 8,6; commercialisé par Roquette (4) maltodextrine; masse molaire moyenne en nombre : 2490 g/mol; indice de polydispersité (IP) : 5,2; commercialisé par Roquette (5) sirop de glucose; masse molaire moyenne en nombre : 675 g/mol; indice de polydispersité (IP) : 5,4; commercialisé par Roquette TABLEAU 2 Ex. 9 Ex. 10 (comparatif) Test d'abrasion Perte de masse cumulée (g) 2 minutes 4,6 4,8 4 minutes 8,1 6,6 6 minutes 11,7 12,2 8 minutes 14,9 15,4 10 minutes 17,9 18,8 12 minutes 20,9 21,9 14 minutes 23,7 24,8 17 minutes 26,3 28,5 20 minutes 29,8 32,0 23 minutes 33,7 35,1 26 minutes 37,2 38,3 30 minutes 41,2 42,0 The upper adhesive layer consists of the aqueous resin composition of Example 5 (Example 9) or the aforementioned reference resin (Comparative Example). The upper adhesive layer is deposited at a rate of 120 g / m 2 (dry weight). The performance of the abrasive sheet was evaluated under the following abrasion test conditions: 125 mm diameter discs with 8 8 mm holes were cut from the abrasive sheet and a disc was placed on an electric sander (Bosch PEX 220A). ). The sander is used by an operator to manually sand a pine wood plate (length: 80 cm, width: 20 cm, thickness: 1.5 cm) with a linear movement in the length direction. The mass loss of the wood plate is measured as a function of the sanding time. The results are given in Table 2, expressed as cumulative loss of mass. Example 9 shows abrasive properties equivalent to those of Comparative Example 10. TABLE 1 Ex. 1 Ex. 2 Ex. 3 Ex. 4 Ex. 5 Ex. 6 Ex. 7 Ex. 8 Reference Aqueous resin composition Acusol 445 (1) 40 40 40 25 25 - - - - Citric acid - - - 15 15 40 40 40 - Sodium hypophosphite 5 5 5 5 5 5 5 5 - Glucidex® 12 (2) 60 - - - - 60 - - - Glucidex® 19 DO) - 60 - 60 - - 60 - - Tackidex® C172 ( 4) - - 60 - - - - 60 - Roclys ° 3072S (5) - - - - 60 - - - - Properties Viscosity (mPa. $) Initial 1230 220 4400 1500 1000 110 80 120 1000 1 day 4570 1560 5400 1880 1430 200 100 170 1100 Young's modulus (GPa) 17.0 15.2 16.5 15.5 n. d. not. d. not. d. not. d. 8.5 Weight loss (%) 300 ° C 25 25 25 25 23 44 42 42 60 400 ° C 50 50 51 50 45 66 65 66 75 500 ° C 60 59 61 61 55 74 76 75 80 n. d. : not determined (1) acrylic acid homopolymer; marketed by Dow Chemicals (2) maltodextrin; number average molecular weight: 1725 g / mol; polydispersity index (PI): 10.6; marketed by Roquette (3) dextrin; number average molecular weight: 1165 g / mol; polydispersity index (PI): 8.6; marketed by Roquette (4) maltodextrin; number average molar mass: 2490 g / mol; polydispersity index (PI): 5.2; marketed by Roquette (5) glucose syrup; number average molecular weight: 675 g / mol; polydispersity index (PI): 5.4; sold by Roquette TABLE 2 Ex. 9 Ex. 10 (comparative) Abrasion test Cumulative mass loss (g) 2 minutes 4.6 4.8 4 minutes 8.1 6.6 6 minutes 11.7 12.2 8 minutes 14.9 15.4 10 minutes 17.9 18.8 12 minutes 20.9 21.9 14 minutes 23.7 24.8 17 minutes 26.3 28.5 20 minutes 29.8 32.0 23 minutes 33 , 7 35.1 26 minutes 37.2 38.3 30 minutes 41.2 42.0
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