JP2004511646A - 凝集粒子を製造する方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも放射線硬化性バインダーおよび固体粒状物を含む組成物から凝集粒子を製造するための方法。この方法は有孔基板に組成物を押込み、凝集前駆体粒子を形成し、次いでこれらが有孔基板から分離するステップを含む。次いで、粒子は照射され、回収される前に凝固された取扱可能な（ｈａｎｄｌｅａｂｌｅ）凝集粒子を形成する。

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、バインダーおよび固体粒状物を含む凝集粒子を製造するための方法に関する。本発明によって製造される凝集粒子は、例えば、研磨材、ルーフィング粒剤、ろ過製品、硬質被覆剤、ショットブラスト媒体、タンブリング媒体、ブレーキライニング、スリップ止めおよび耐摩耗被覆剤、合成骨、歯科用組成物、再帰反射性シート、および積層複合構造物などの製品において用いることができる。
【０００２】
研磨材工業では、従来の被覆研磨物品は通常、バッキングに接着された砥粒の層からなっている。砥粒が摩耗すると、その結果得られる研磨物品は無効となる。また、被膜研磨物品のより高価な部品の１つであるバッキングは、それが摩滅してしまう前に処分しなければならない。
【０００３】
被覆研磨物品の耐用年数を延ばすために、砥粒が十分に利用されるような方法でバッキング上に砥粒を分布させる多くの試みがなされてきた。被覆研磨物品の寿命を延ばすことによって、ベルトまたはディスクの変更の必要が少なくなり、時間が節約され、人件費が低下する。最上部の粒子の下に位置する粒子は用いられる可能性が低いため、バッキング上に砥粒の厚い層を配置するだけでは問題の解決とはならない。
【０００４】
物品の寿命を延ばすような方法で被覆砥粒中に砥粒を分布させうるいくつかの方法が知られている。このような方法の１つは、被覆研磨物品に研磨凝集粒子を組み入れることを含む。研磨凝集粒子は、塊状物を形成するバインダーによって結合された砥粒からなる。ランダムな形状やサイズを有する研磨凝集粒子の使用により、被加工物の表面と接触する砥粒の量を予測可能に制御することが困難となる。このため、研磨凝集粒子を調製する経済的な方法を得ることが望ましいであろう。
【０００５】
発明の概要
本発明は、少なくとも放射線硬化性バインダーおよび固体粒状物を含む組成物から凝集粒子を製造するための方法に関する。好ましい実施形態では、バインダーは放射線硬化性および重合性である。
【０００６】
本発明の方法は、凝集前駆体粒子を形成し、それらを硬化することを含む。好ましい実施形態では、第１のステップは、バインダーおよび固体粒状物を有孔基板に押込み、凝集前駆体粒子を形成することを含む。次に、凝集前駆体粒子を有孔基板から分離し、放射線エネルギーで照射し、凝集粒子を得る。好ましい実施形態では、押込むステップ、分離するステップ、および照射するステップの方法は、垂直および連続的に空間的に配向され、連続的および持続的な方法で行われる。凝集粒子は照射ステップ後および回収される前に凝固されて取扱可能であることが好ましい。
【０００７】
本発明のバインダー前駆体には熱および放射線硬化性バインダーが含まれる。好ましいバインダー前駆体はエポキシ樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、エチレン性不飽和樹脂、ペンダント不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体、またはそれらの組合せを含む。好ましい固体粒状物は砥粒、充填材、帯電防止剤、強化粒状物、無機バインダー前駆体粒状物、潤滑剤、顔料、懸濁化剤、可塑性粒状物、またはそれらの組合せを含む。一実施形態では、固体粒状物は組成物の５重量％〜９５重量％である。好ましい実施形態では、固体粒状物は組成物の４０重量％〜９５重量％である。
【０００８】
バインダー前駆体および固体粒状物の組成物は、高い粘度を有することが好ましい。最も好ましい実施形態では、組成物は１００％固体（すなわち、プロセス温度で非揮発性溶媒）であるバインダー前駆体から形成される。
【０００９】
バインダー前駆体および／または固体粒状物を有孔基板に押込む方法は、押出し、ミリング、カレンダーリング、またはそれらの組合せを含む。好ましい実施形態では、押込む方法は、Ｑｕａｄｒｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ．によって製造された粉砕機械によって提供される。
【００１０】
一実施形態では、凝集前駆体粒子は、放射線源を含む第１の硬化ゾーンの中を通過させることによって照射される。好ましい放射線源は電子ビーム、紫外線、可視光線、レーザー光、またはそれらの組合せを含む。別の実施形態では、凝集粒子を第２の硬化ゾーンの中に通過させ、さらに硬化する。第２の硬化ゾーンにおける好ましいエネルギー源は熱、電子ビーム、紫外線、可視光線、レーザー光、マイクロ波、またはそれらの組合せを含む。
【００１１】
好ましい実施形態では、凝集粒子は繊維状であり、約１００〜約５０００マイクロメートルの長さを有する。繊維状の凝集粒子が約２００〜約１０００マイクロメートルの長さを有することが最も好ましい。一実施形態では、凝集粒子は、第１の照射ステップ後または第２の硬化ゾーンに通過させた後のいずれかに粉砕される。粉砕の好ましい方法は、Ｑｕａｄｒｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ有限責任会社によって製造された粉砕機械によるものである。
【００１２】
一実施形態では、凝集粒子の断面形状は円形、多角形、またはそれらの組合せである。断面形状は一定であることが好ましい。
【００１３】
一実施形態では、凝集粒子は無機バインダー前駆体添加剤を含む。無機前駆体添加剤はガラス粉末、フリット、粘土、フラクシング鉱物、シリカゾル、またはそれらの組合せを含むことが好ましい。
【００１４】
一実施形態では、凝集前駆体粒子は改質添加剤を含む。改質添加剤はカップリング剤、研削助剤、充填材、界面活性剤、またはそれらの組合せを含む。
【００１５】
本発明の研磨凝集粒子は、従来の研磨物品（例えば、結合研磨材、被膜研磨材、および不織研磨材）の中に組み入れることができる。研磨物品は、本発明の研磨凝集粒子により、長い寿命、高い切削率、および良好な表面仕上を示した。
【００１６】
詳細な説明
一般に、本発明は粒子を製造するための方法を含む。この方法は、バインダー前駆体および固体粒状物を含む組成物を、有孔基板に押込んで粒子を形成することを含む。粒子が有孔から分離し、または分離された後、バインダー前駆体の一部または全部が照射されてバインダー前駆体を硬化または凝固し、凝固された取扱可能なバインダーおよび凝集粒子を得る。
【００１７】
図１は、本発明の方法によって製造された繊維状凝集粒子の好ましい非限定的な実施例を示す。
【００１８】
図１は、「繊維状凝集粒子」の語によって意味されるものを示す。凝集粒子８０そのものはバインダー８２および複数の固体粒状物８４を含む。複数の固体粒状物８４が砥粒である場合は、ラフコーナー８５が通常の被覆研磨材製造法において用いられるマーカーおよびサイズコートへの強力な結合の形成を可能にする。
【００１９】
本明細書で用いる「繊維状」の語句は、凝集粒子が１以上のアスペクト比（アスペクト比＝粒子の長さ（Ｌ）／粒子の幅（Ｗ））を有することを意味する。例えば、図１は、アスペクト比が１よりも大きい繊維状凝集粒子を示す。図１における凝集粒子の長さＬは粒子の幅Ｗよりも大きい。
【００２０】
本明細書で用いる「バインダー前駆体」の語句は、変形可能すなわち熱もしくは圧力またはその両方によって変形されるように製造でき、放射線エネルギー、熱エネルギーまたはその両方によって取扱可能とされうる材料を意味する。本明細書で用いる「凝固された取扱可能なバインダー」の語句は、バインダー前駆体の一部または全部が、形状の実質的な変化を実質的に起こさず、または受けない程度に重合され、または硬化されていることを意味する。「凝固された取扱可能なバインダー」の語句は、バインダー前駆体の一部または全部がつねに完全に重合されることを意味せず、バインダーの形状の実質的な変化をもたらすことなく、照射された後にそれらの回収を可能にするのに十分に重合または硬化されることを意味する。本明細書で用いる「バインダー」の語は、「凝固された取扱可能なバインダー」の語句と同義である。
【００２１】
本明細書で用いる「無機バインダー前駆体」の語句は、凝集粒子中に存在する有機材料を焼尽するのに十分な温度で加熱すると、後に融合し、凝集粒子を結合する剛性の無機相を形成しうる粒状添加剤を指す。無機バインダー前駆体の例としては、ガラス粉末、フリット、粘土、フラクシング鉱物、シリカゾル、またはそれらの組合せが挙げられる。
【００２２】
本明細書で用いる「無機凝結前駆体凝集粒子」の語句は、複数の固体粒子、放射線硬化性の重合性バインダー前駆体、および無機バインダー前駆体粒状添加剤を（含む（ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｉｎｇ））本発明の凝集粒子を指す。
【００２３】
本明細書で用いる「放射線硬化性の重合性」の語句は、放射線エネルギーによって照射される重合の結果として凝固された取扱可能なバインダーが提供されうるバインダー前駆体の一部分を指す。
【００２４】
本明細書で用いる「有孔基板」の語句は、１つまたは複数の開口部を有する材料であって、それによってバインダー前駆体および固体粒状物を含む組成物がその開口部またはそれらの開口部に押込まれる。この材料は、すべての背圧、摩擦加熱、または伝導性／対流性加熱に耐えるのに十分な結合性をも有するべきである。一般に、有孔基板としては、例えば、メッシュスクリーン（例えば、米国特許第５，０９０，９６８号に記載）、フィルムダイ、スピナレットダイ、ふるいウェブ（例えば、米国特許第４，３９３，０２１号に記載）またはスクリーン（例えば、米国特許第４，７７３，５９９号に記載）を含みうる。本発明の好ましい有孔基板は、直径１ミル（２５マイクロメートル）〜５００ミル（１２．７ｍｍ）の幾何開口部を有する円錐形スクリーンを含む。本発明の最も好ましい有孔基板は、直径１５ミル（０．３８ｍｍ）〜２５０ミル（６．３５ｍｍ）の円形開口部を有する円錐形スクリーンを含む。
【００２５】
図３は、繊維状凝集粒子を製造する本発明の方法を行うために適した好ましい装置１０を示す。装置１０において、バインダー前駆体および固体粒状物を含む組成物１２が重力によってホッパー１４から、または手によって機械１８の入力部１６に供給され、繊維状凝集前駆体粒子２０を形成する。繊維状凝集前駆体粒子２０は粉砕スクリーン２２から分離する。繊維状凝集前駆体粒子は、重力によって、硬化ゾーン２４を通じて落下し、それはエネルギー源２６に曝露され、バインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化し、凝固された取扱可能なバインダーおよび繊維状凝集粒子を提供する。繊維状凝集粒子２８は容器３０に回収される。
【００２６】
図３の機械１８は、例えば、押出機、ミリング／粉砕機械、ペリタイザー、およびパンアグロメレータなど、どのような材料形成装置であってもよい。図４は、Ｑｕａｄｒｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ．によって製造された粉砕機械、モデル＃１９７であり、「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」の商品名で販売されているきわめて好ましい材料形成装置を示す。粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）４０は、回転可能軸４４に取り付けられたインペラ４２を有する。軸４４およびインペラ４２は入力部４８および出力部５０を有するチャネル４６に配置されている。インペラ４２は、該インペラの縁と前記スクリーンのテーパ状壁部との間隙５２が前記インペラが前記スクリーンに対して回転すると実質的に一定であるように成形加工され、取り付けられている。
【００２７】
一般に、インペラ４２の形状は、例えば、円形、扁平、または角形扁平であってよい。本発明で用いられる好ましいインペラ４２の形状は円形であってよい。本発明で用いられる最も好ましいインペラ４２の形状は矢じり状である。
【００２８】
一般に間隙５２の幅は、例えば、１〜２００ミル（２５マイクロメートル〜５．１ｍｍ）のサイズの範囲であってよい。本発明で用いられる最も好ましい間隙５２の幅は５〜５０ミル（０．１３〜１．３ｍｍ）であってよい。
【００２９】
インペラ４２の回転速度を調節して製造条件を最適化することは、当業者には容易に理解されよう。本発明で用いられる最も好ましいインペラ４２の回転速度は、５０〜３５００ｒｐｍであってよい。
【００３０】
チャネル４６は支持部５４、および支持部内に保持されているスクリーン５６も含み、前記入力部４８から前記出力部５０に通過するバインダー前駆体または凝固され取扱可能なバインダーがスクリーン５６を通過するようになっている。スクリーン５６は、截頭円錐状に形成されたテーパ状の開口を有する壁部５８を有し、スクリーン５６の広端６０は開放しており、狭端６２は少なくとも部分的に閉鎖している。ほとんどの用途において、狭端６２は完全に閉鎖されていることが望ましい。スクリーンは成形加工された開口部６４を有する。
【００３１】
一般に、スクリーン開口部６４の形状は、曲線状、円形、または、例えば、三角、正方形、および六角形を含めて多角形であってよい。本発明で用いられる好ましいスクリーン開口部６４の形状は、円形または正方形であってよい。本発明で用いられる好ましいスクリーン開口部６４の形状は、１５〜２５０ミル（０．３８〜６．３５ｍｍ）のサイズの正方形または円形であってよい。
【００３２】
図４から容易にわかるように、軸４４の端６６がチャネル４６から突出している。軸４４に端６６には電源（図示せず）を容易に付着させ、軸４４およびインペラ４２を前記スクリーン５６に対して回転させることができる。好ましくは、電源は可変電気モータである。しかし、電源は従来型であり、多くの他の電源が粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）４０を作動させるために適切であろう。
【００３３】
図３は、本発明の方法の分離ステップを示す。一般に、分離ステップは能動的または受動的でありうる。分離の受動的方法を図３に示す。受動的分離は、組成物が有孔基板に押込まれた後に、臨界長さに達し、スクリーン開口部から分離する形成された組成物の結果である。受動的分離は、例えば、以下の関数的な性質のものである：１）組成物の物理的および／または化学的特質（粘度を含めて）、２）組成物（有孔基板を含めて）に支障をきたすプロセス装置の物理的および化学的特性、および３）プロセス運用条件（組成物のフローレートを含む）。能動的分離の例は、例えば、組成物の流れの方向に対して垂直に移動するドクターブレードまたはエアナイフである。
【００３４】
図３は、一般に、照射ステップを示す。照射ステップにおける放射線エネルギー源、第１の硬化ゾーン、または第２の硬化ゾーンは電子ビームエネルギー、紫外線、可視光線、マイクロ波、レーザー光、またはそれらの組合せを含む。
【００３５】
好ましい実施形態では、紫外線が放射線源として用いられる。同じ実施形態では、紫外線源を含むチャンバ内に鏡が用いられ、凝集前駆体粒子に伝搬されるエネルギーを増強するように紫外線波を反射する。
【００３６】
電離放射線としても知られる電子ビーム放射線は、約０．１〜約２０Ｍｒａｄのエネルギーレベル、好ましくは約１〜約１０Ｍｒａｄのエネルギーレベルで用いることができる。紫外線は、約２００〜約４００ナノメートルの範囲内、好ましくは約２５０〜４００ナノメートルの範囲内の波長を有する放射線を指す。放射線量は約５０〜約１０００ｍＪ／ｃｍ^２、好ましくは約１００ｍＪ／ｃｍ^２〜約４００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲でありうる。この量の線量の提供に適した光源の例は、約１００〜約６００ワット／インチ（３９〜２３６ワット／ｃｍ）、好ましくは約３００〜約６００ワット／インチ（１１８〜２３６ワット／ｃｍ）を提供する。可視光線は、約４００〜約８００ナノメートルの範囲内、好ましくは約４００〜約５５０ナノメートルの範囲の波長を有する非粒状放射線を指す。バインダー前駆体を十分に硬化するために必要とされる放射線エネルギーの量は、バインダー前駆体、第１の硬化ゾーンにおける滞留時間、固体粒状物の型、および、もしあれば、任意選択の改質添加剤の型に依存する。
【００３７】
任意選択で、本発明によって製造される凝集粒子は第２の硬化ゾーンを通過させ、もしあれば、非硬化バインダー前駆体を硬化させ、第１の硬化ゾーン後に製造される繊維状凝集粒子とは異なる特性の繊維状凝集体を提供しうる。第２の照射ステップでは、バインダー前駆体は放射線または熱エネルギーによって硬化可能であることが好ましい。放射線エネルギー源は上述されている。熱エネルギー源としては、例えば、熱風衝突、赤外線、および加熱水が挙げられる。熱硬化の条件は約５０℃〜約２００℃の範囲であり、数分〜数百分の時間である。必要な実際の熱量はバインダー前駆体の化学的性質に大きく依存する。
【００３８】
一実施形態では、本発明の繊維状凝集粒子は１〜３０、好ましくは１〜１５、最も好ましくは１〜５の範囲のアスペクト比を有する。
【００３９】
一般に、放射エネルギーによる重合の結果として取扱可能性を提供しうるバインダー前駆体としては、例えば、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシ、エチレン性不飽和化合物、ペンダント不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体、ビニルエーテル、エポキシ樹脂、およびそれらの組合せが挙げられる。アクリレートの語にはアクリレートおよびメタクリレートが含まれる。
【００４０】
アクリル化ウレタンは、ヒドロキシ末端イソシアネート延伸ポリエステルまたはポリエーテルのジアクリレートエステルである。市販のアクリル化ウレタン樹脂の例としては、「ＵＶＩＴＨＡＮＥ　７８２」および「ＵＶＩＴＨＡＮＥ　７８３」の商品名で、両方ともＭｏｒｔｏｎ　Ｔｈｉｏｋｏｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌから市販され、「ＣＭＤ　６６００」、「ＣＭＤ　８４００」、および「ＣＭＤ　８８０５」の商品名でＲａｄｃｕｒｅ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから市販されているものが挙げられる。
【００４１】
アクリル化エポキシは、ビスフェノールエポキシ樹脂（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ　ａｎ　ｅｐｏｘｙ　ｒｅｓｉｎ）のジアクリレートエステルなどエポキシ樹脂のジアクリレートエステルである。市販のアクリル化エポキシの例としては、「ＣＭＤ　３５００」、「ＣＭＤ　３６００」、および「ＣＭＤ　３７００」の商品名でＲａｄｃｕｒｅ　Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓから市販されているものが挙げられる。
【００４２】
エチレン性不飽和化合物としては、炭素、水素、および酸素、任意選択で窒素またはハロゲン類の原子を含有するモノマーおよびポリマー化合物が挙げられる。酸素原子、窒素原子、またはその両方は一般にエーテル基、エステル基、ウレタン基、アミド基、および尿素基に存在する。エチレン性不飽和化合物は、好ましくは約４，０００未満の分子量を有し、好ましくは脂肪族モノヒドロキシ基または脂肪族ポリヒドロキシ基を含有する化合物の反応から得られるエステル、およびアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸等などの不飽和カルボキシル酸である。アクリレートの代表的な例としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、へキサンジオールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、グリセロールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールメタクリレート、およびペンタエリスリトールテトラアクリレートが挙げられる。他のエチレン性不飽和化合物としては、モノアリルエステル、ポリアリルエステル、およびポリメチルアリルエステルのほか、フタル酸ジアリル、アジピン酸ジアリル、およびＮ，Ｎ−ジアリルアジパミドなどのカルボン酸のアミド類が挙げられる。さらに、他のエチレン性不飽和化合物としては、スチレン、ジビニルベンゼン、およびビニルトルエンが挙げられる。他の窒素含有エチレン性不飽和化合物としては、トリス（２−アクリロイル−オキシエチル）イソシアヌレート、１，３，５−トリ（２−メチアクリルオキシエチル）−ｓ−トリアジン、アクリルアミド、メチルアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、およびＮ−ビニルピペリドンが挙げられる。
【００４３】
アミノプラスト樹脂はモノマーまたはオリゴマーでありうる。アミノプラスト樹脂は分子当たり少なくとも１つのペンダントａ，ｂ−不飽和カルボニル基を有する。これらのａ，ｂ−不飽和カルボニル基はアクリレート基、メタクリレート基、またはアクリルアミド基でありうる。このような樹脂の例としては、Ｎ−ヒドロキシメチル−アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−オキシジメチレンビスアクリルアミド、オルトおよびパラアクリルアミドメチル化フェノール、アクリルアミドメチル化フェノールノボラック、およびそれらの組合せが挙げられる。これらの材料はさらに米国特許第４，９０３，４４０号および同第５，２３６，４７２号に記載されている。
【００４４】
少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有する有用なイソシアヌレート誘導体および少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアン酸誘導体は、さらに米国特許第４，６５２，２７４号に記載されている。好ましいイソシアヌレート材料は、トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリレートである。
【００４５】
本発明に適したビニルエーテルの例としては、「ＶＥ　４０１０」、「ＶＥ　４０１５」、「ＶＥ　２０１０」、「ＶＥ　２０２０」、および「ＶＥ　４０２０」の商品名でＡｌｌｉｅｄ　Ｓｉｇｎａｌから市販されているビニルエーテル官能化ウレタンオリゴマーが挙げられる。
【００４６】
エポキシはオキシラン環を有し、カチオンメカニズムによる開環によって重合化される。有用なエポキシ樹脂としては、モノマーエポキシ樹脂およびポリマーエポキシ樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、それらのバックボーンおよび置換基の性質の点で大きく異なることがある。例えば、バックボーンはエポキシ樹脂と通常付随したいずれかの型でありうるとともに、それらの置換基は室温でオキシラン環と反応性である活性水素原子を含まないいずれかの基でありうる。エポキシ樹脂の置換基の代表的な例としては、ハロゲン類、エステル基、エーテル基、スルホン酸基、シロキサン基、ニトロ基、およびリン酸基が挙げられる。本発明において有用な一部のエポキシ樹脂の例としては、２，２−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル］プロパン（ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル）のほか、「ＥＰＯＮ　８２８」、「ＥＰＯＮ　１００４」、および「ＥＰＯＮ　１００１Ｆ」の商品名でＳｈｅｌｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．（Ｈｏｕｓｔｏｎ，テキサス州）から市販されている材料、「ＤＥＲ−３３１」、「ＤＥＲ−３３２」、および「ＤＥＲ−３３４」の商品名でＤｏｗ　ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．（Ｆｒｅｅｐｏｒｔ，テキサス州）から市販されている材料が挙げられる。他の適切なエポキシ樹脂としては、フェノールホルムアルデヒドノボラックのグリシジルエーテル（例えば、「ＤＥＮ−４３１」および「ＤＥＮ−４２８」の商品名でＤｏｗ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏ．から市販）が挙げられる。本発明において用いられるエポキシ樹脂は、適切な光開始剤（類）の添加によるカチオンメカニズムによって重合しうる。これらの樹脂は、米国特許第４，３１８，７６６号および同第４，７５１，１３８号にさらに記載されている。
【００４７】
紫外線または可視光線が利用される場合は、光開始剤が混合物に含まれることが好ましい。紫外線または可視光線に曝露されると、光開始剤は光開始剤は遊離基源またはカチオン源を発生する。次いで、この遊離基源またはカチオン源はバインダー前駆体の重合を開始する。電子ビームエネルギーが利用されるときには光開始剤は任意選択である。
【００４８】
紫外線に曝露されると遊離基源を発生する光開始剤の例としては、有機過酸化物、アゾ化合物、キノン、ベンゾフェノン、ニトロソ化合物、アシルハロゲン化物、ヒドラゾン、メルカプト化合物、ピリリウム化合物、トリアクリルイミダゾール、ビスイミダゾール、クロロトリアジン、ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、チオキサントン、およびアセトフェノン誘導体、およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。可視光線に曝露されると遊離基源を発生する光開始剤の例は、米国特許第４，７３５，６３２号に記載されている。
【００４９】
カチオン光開始剤は酸源を発生してエポキシ樹脂またはウレタンの重合を開始する。カチオン光開始剤としては、金属またはメタロイドのオニウムカチオンおよびハロゲン含有錯体アニオンを有する塩が挙げられる。他のカチオン光開始剤としては、金属またはメタロイドの有機金属錯体カチオンおよびハロゲン含有錯体を有する塩が挙げられる。これらの光開始剤は、米国特許第４，７５１，１３８号にさらに記載されている。別の例は、米国特許第４，９８５，３４０号；ＥＰ０３０６１６１およびＥＰ０３０６１６２に記載されている有機金属塩およびオニウム塩である。さらに他のカチオン光開始剤としては、金属が周期群ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩＩＢ、およびＶＩＩＩＢの元素から選択される有機金属錯体のイオン性塩が挙げられる。
【００５０】
本発明における固体粒状物は砥粒、可塑性粒状物、強化粒状物、無機バインダー前駆体粒状物、充填材、研磨助剤、繊維、潤滑剤、顔料、帯電防止剤、懸濁化剤、およびそれらの組合せを含む。
【００５１】
一実施形態では、固体粒状物は複数の固体粒状物として砥粒を含む。硬化バインダー前駆体、すなわちバインダーは、砥粒を結合し、成形研磨凝集粒子を形成する働きがある。砥粒は通常、約０．５〜１５００マイクロメートル、好ましくは約１〜約１３００マイクロメートル、より好ましくは約１〜約８００マイクロメートル、最も好ましくは約１〜約４００マイクロメートルの平均粒径を有する。好ましい実施形態では、砥粒は少なくとも約８、より好ましくは９を超えるモース硬度を有する。このような砥粒の材料の例としては、溶融アルミニウム酸化物、セラミックアルミニウム酸化物、白色溶融アルミニウム酸化物、熱処理アルミニウム酸化物、シリカ、炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、アルミナジルコ二ア、ダイアモンド、セリア、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、トリポリ、およびそれらの組合せが挙げられる。セラミックアルミニウム酸化物は、米国特許第４，３１４，８２７号；同第４，７４４，８０２号；同第４，６２３，３６４号；同第４，７７０，６７１号；同第４，８８１，９５１号；同第５，０１１，５０８号；同第５，２１３，５９１号に記載されているようなゾルゲル製法に従って製造されることが好ましい。セラミック研磨グリットは、αアルミナ、および任意選択で、金属酸化物改質剤を含む。マグネシア、ジルコニア、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、ハフニア、イットリア、シリカ、鉄酸化物、チタニア、ランタン酸化物、セリア、ネオジム酸化物、およびそれらの組合せなど金属酸化物改質剤を含む。セラミックアルミニウム酸化物は、任意選択でαアルミナ、鉄酸化物、鉄酸化物前駆体、チタニア、クロミア、またはそれらの組合せなどの造核剤をも含むことができる。セラミックアルミニウム酸化物は、米国特許第５，２０１，９１６号および同第５，０９０，９６８号に記載されているような形状を有することができる。
【００５２】
研磨グリットは、表面被覆をも有することができる。表面被覆が研磨凝集粒子中の研磨グリットとバインダーとの接着を改善することができ、かつ／または研磨グリットの研磨特性を変更することができる。このような表面被覆は、米国特許第５，０１１，５０８号；同第１，９１０，４４４号；同第３，０４１，１５６号；同第５，００９，６７５号；同第４，９９７，４６１号；同第５，２１３，５９１号；および同第５，０４２，９９１号に記載されている。研磨グリットは、その表面にシランカップリング剤などのカップリング剤をも含むことができる。本発明に適したカップリング剤の例としては、オルガノ−シラン、ジルコアルミネート、およびチタネートが挙げられる。帯電防止剤の例としては、黒鉛、カーボンブラック、伝導性ポリマー、湿潤剤、バナジウム酸化物等が挙げられる。これらの材料の量を調節して所望の特性を得ることができる。
【００５３】
一実施形態では、固体粒状物は、単一型の研磨グリフト、２種類以上の型の砥粒、または少なくとも１種類の型の充填材料とともに少なくとも１種類の型の研磨グリフトを含む。充填材用の材料の例としては、炭酸カルシウム、ガラスバブル、ガラスビーズ、灰石、大理石、石膏、粘土、ＳｉＯ_２、Ｎａ_２ＳｉＦ_６、氷晶石、有機バブル、有機ビーズ、および無機バインダー前駆体粒状物が挙げられる。
【００５４】
研削助剤は多種多様な異なる材料を包含し、無機系または有機系でありうる。研削助剤の例としては、ワックス、有機ハライド、ハライド塩のほか、金属およびそれらのアロイが挙げられる。有機ハライド化合物は通常、研磨中に分解し、ハロゲン助剤またはガラス状ハライド化合物を放出する。このような材料の例としては、テトラクロロナフタレン、ペンタクロロナフタレン、およびポリ塩化ビニルのような塩素化ワックスが挙げられる。ハライド塩の例としては、塩化ナトリウム、カリ氷晶石、ナトリウム氷晶石、アンモニウム氷晶石、テトラフルオロ硼酸カリウム、テトラフルオロ硼酸ナトリウム、フッ化ケイ素、塩化カリウム、および塩化マグネシウムが挙げられる。金属の例としては、スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、カドミウム、鉄、およびチタンが挙げられる。他の研削助剤として、イオウ、有機イオウ化合物、黒鉛、および金属硫化物が挙げられる。異なる研削助剤の組合せを使用することも本発明の範囲内であり、場合によって、これは相乗効果を生じうる。研削助剤の上記の例は研削助剤を示す代表例であることが意味され、すべての研削助剤を包含することは意味されない。
【００５５】
帯電防止剤としては、黒鉛、カーボンブラック、伝導性ポリマー粒子、またはそれらの組合せが挙げられる。
【００５６】
本発明において用いられる組成物は、例えば、充填材、無機結合前駆体、および界面活性剤など任意選択の改質添加剤をさらに含むことができる。
【００５７】
本発明に適した充填材の例としては、木材パルプ、蛭石およびこれらの組合せ、炭酸カルシウムなどの金属カーボネート、例えばチョーク、方解石、泥灰石、トラバーチン、大理石、および石灰岩、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム；非晶質シリカ、石英、ガラスビーズ、ガラス粉末、ガラスバブル、およびガラス繊維などのシリカ；タルク、粘土（モンモリロン石）、長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウムなどのケイ酸塩；硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸ナトリウム、硫酸アルミニウムナトリウム、硫酸アルミニウムなどの金属硫酸塩；石膏；蛭石；木粉；アルミニウム三水和物；カルシウム酸化物（石灰）、アルミニウム酸化物、チタンニ酸化物などの金属酸化物；および亜硫酸カルシウムなどの金属亜硫酸塩が挙げられる。
【００５８】
本発明に適した無機バインダー前駆体の例としては、ガラス粉末、フリット、粘土、フラクシング鉱物、シリカゾル、またはそれらの組合せが挙げられる。
【００５９】
凝集体粒子が砥粒を含有する場合は、繊維状凝集粒子が研磨中に分解可能であることが好ましい。バインダー前駆体、砥粒、および任意選択の研磨材の選択および量は、粒子の分解特性に影響を及ぼす。
【００６０】
以下の実施例により本発明の特定の実施形態をさらに説明する。当業者は、本発明が実施例に記載された実施形態の修正および変更をも含むことや、例示的な実施例が請求された発明の範囲を限定しないことを理解するであろう。
【００６１】
実施例
以下の略語が実施例では用いられている。実施例における部、パーセンテージ、割合等はすべて、特記しない限り重量による。
【００６２】
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
ＡＯ：熱処理溶融アルミニウム酸化物研磨グリフト；Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ（オーストリア、Ｖｉｌｌａｃｈ）から市販。
ＡＳＦ：非晶質シリカ充填材、ＤｅＧｕｓｓａ　Ｃｏｒｐ．から「ＯＸ−５０」の商品名で市販。
ＡＧ３２１：ゾルゲル由来アルミナ系砥粒、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ミネソタ州）から「ＣＵＢＩＴＲＯＮ　３２１」の商品名で市販。
ＣａＣＯ３：炭酸カルシウム充填材、Ｊ．Ｍ．Ｈｕｂｅｒ　Ｃｏｒｐ．（Ｑｕｉｎｃｙ，イリノイ州）から市販。
ＣＥＯ：約０．５マイクロメートルの平均粒径を有するセリア研磨粒子、Ｒｈｏｎｅ　Ｐｏｕｌｅｎｃ（Ｓｈｅｌｔｏｎ，コネチカット州）から市販。
Ｃｅｒ：セラミック研磨鉱物ＣＣＰＬ、Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ（オーストリア、Ｖｉｌｌａｃｈ）より市販。
ＣＨ：クメンヒドロペルオキシド、Ａｌｄｒｉｃｈ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｉｎｃ　Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ウィスコンシン州）から市販。
ＣＭＳＫ：処理メタケイ酸カルシウム充填材、ＮＹＣＯ（Ｗｉｌｌｓｂｏｒｏ，ニューヨーク州）から「ＷＯＬＬＯＳＴＯＫＵＰ」の商品名で市販。
ＣＲＹ：氷晶石ＲＴＮ、Ｔａｒｃｏｎａｒｄ　Ｔｒａｄｉｎｇ　ａ／ｓ（デンマーク、Ａｖｅｒｎａｋｋｅ　Ｎｙｂｅｒｇ）から市販。
ＥＡＡ：ＰＥＴフィルムバッキング用エチレンアクリル酸共重合体プライマー。
ＫＢ１：２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタノン、Ｌａｍｂｅｒｔｉ　Ｓ．Ｐ．Ａ．（Ｓａｒｔｏｍｅｒ　Ｃｏ．経由）から「ＥＳＡＣＵＲＥ　ＫＢ　１」の商品名で市販。
ＫＢＦ４：テトラフルオロ硼酸カリウムＳＰＥＣ　１０２および１０４、Ａｔｏｔｅｃｈ　ＵＳＡ，Ｉｎｃ．（Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，オハイオ州）から市販。
ＰＣ：Ｐｅａｒｌｅｓｓ　Ｃｌａｙ　＃４、Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ　Ｃｏ．，Ｉｎｃ．（Ｂａｔｈ，サウスキャロライナ州）から市販。
Ｐｅｒｋａｄｏｘ：１６Ｓ、ジ−（４−ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキシル）ぺロキシジ−カーボネート、ＡＫＺＯ　Ｎｏｂｅｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｉｎｃ．（Ｃｈｉｃａｇｏ，イリノイ州）から市販。
ＰＥＴ：５ミル（１２５ミクロン）厚ポリエステルフィルムバッキング。
ＰＨ２：２−ベンジル−２−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−１−ブタノン、Ｃｉｂａ　Ｇｅｉｇｙ　Ｃｏｒｐ．から「ＩＲＧＡＣＵＲＥ　３６９」の商品名で市販。
ＰＨ３：２−フェニル−２，２−ジメトキシアセトフェノン、Ｃｉｂａ　Ｇｅｉｇｙ　Ｃｏｒｐ．から「ＩＲＧＡＣＵＲＥ　６５１」の商品名で市販。
ＰＲＯ：６０／４０／１　ＴＭＰＴＡ／ＴＡＴＨＥＩＣ／ＫＢ１の混合物、Ｓａｒｔｏｍｅｒ　Ｃｏ．から市販。
ＳＣＡ：シランカップリング剤、３−メタクリルオキシプロピル−トリメトキシシラン、Ｕｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅから「Ａ−１７４」の商品名で市販。
ＳＧＰ：アルミノ−ボロ−シリケートガラス粉末、−３２５メッシュ、Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ　Ｇｌａｓｓ（Ｏｌｄｓｍａｒ，フロリダ州）から「ＳＰ１０８６」の商品名で市販。
ＳｉＣ：炭化ケイ素研磨鉱物、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ミネソタ州）から市販。
ＴＡＴＨＥＩＣ：トリス（ヒドロキシエチル）イソシアヌレートのトリアクリレート、Ｓａｒｔｏｍｅｒ　Ｃｏ．から「ＳＲ３６８」の商品名で市販。
ＴＭＰＴＡ：トリメチロルプロパントリアクリレート、Ｓａｒｔｏｍｅｒ　Ｃｏ．から「ＳＲ３５１」の商品名で市販。
ＶＡＺＯ　５２：２，２−アゾビス（２，４−ジメチルペンタンニトリル）、ＤｕＰｏｎｔ　Ｃｏ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，デラウェア州）から市販。
【００６３】
凝集前駆体粒子スラリーを製造するための一般手順
バインダー前駆体および固体粒状物を含むスラリー組成物を形成するために、例えば高剪断混合、空気攪拌、またはタンブリングなどの従来の方法によって各成分を混合することができる。混合中に混合物に対して真空を用いて空気の取込みを最小限に抑えることができる。
【００６４】
スラリー組成物は、固体粒状物、例えば砥粒、および、もしあれば、熱開始剤を完全に混合してプレミックスにすることによって調製される。プレミックスは、表１または表１Ａ（下記）に示した成分を含むバインダー前駆体を含む。混合後、スラリーは冷蔵され、追加の工程ステップが行われる前に冷却される。スラリー組成物はきわめて厚く、セメント様のハンドリング特性を有する。表１および表１Ａの割合は重量に基づく。
【００６５】
【表１】表１．プレミックス＃１の組成

【００６６】
【表２】
表１Ａ．プレミックス＃２の組成

【００６７】
凝集粒子を製造するための一般手順
好ましい実施形態では、スラリーは、Ｑｕａｄｒｏ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ有限責任会社によってモデル＃１９７として製造され、「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」の商品名で販売されている粉砕機械の補助で凝集粒子に加工される。粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）は、インペラと固定スぺーサーを備えている。円形または正方形の穴の開口部を有する円錐形スクリーンを用いて所望の繊維状の形状を生成する。スラリーは、インペラが前もってセットされた速度（ｒｐｍ）で回転している間に粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）のホッパーを通じて添加される。スラリーはインペラによって円錐形スクリーンの開口部に押込まれ、臨界長さに達すると、繊維状凝集前駆体粒子はスクリーンの外側から分離し、２個の６００ワット「ｄ」フュージョン光が備えられているＵＶ硬化チャンバ（Ｆｕｓｉｏｎ社によって設計され、組立てられたモデル＃ＤＲＥ４１０Ｑ）を通じて重力によって落下する。繊維状凝集前駆体粒子は、ＵＶ放射線への曝露によって部分的に硬化され、固体の取扱可能な形に変換される。繊維状凝集粒子は、以下の実施例において所望の熱エネルギー、マイクロ波エネルギー、または追加のＵＶエネルギーへの曝露によって硬化しうる。
【００６８】
凝集粒子を用いた被覆研磨物品を製造するための一般手順
本発明の凝集粒子を使用する研磨物品を、プレミックス（表１により製造）の１２ミル（０．３ｍｍ）被覆を０．８ミル（２０マイクロメートル）ＥＡＡプライムとともにＰＥＴの５ミル（０．１３ｍｍ）フィルムに塗布することによって製造した。凝集粒子を被覆フィルム上に注入し、均一の被覆が達成されるまで被覆ウェブ上で凝集粒子をタンブリングした。過剰な粒子が落下するまで被覆ウェブを振盪させることによって過剰な凝集粒子を除去した。被覆試料を金属板にテープでくくり、３０ＦＰＭ（９．１ｍ／分）での高出力に設定した６００ワット「Ｄ」フュージョン光に３回通過させることによってＵＶおよび可視光線に曝露した。硬化試料を２インチ（５．１ｃｍ）のバー上で屈曲させた。次に、研磨物品をプレミックス（表１により製造）でサイズ被覆し、塗装用刷毛（ｐａｉｎｔ　ｂｕｓｈ）で塗布した。紙タオルに吸収することによって過剰なサイズを除去した。気流をかけてサイズコートをより均一に広げる。試料をＵＶ光にさらに３回、３０ＦＰＭ（９．１ｍ／分）で通過させ、次いで標準サイズの試料を硬化する。硬化研磨物品を再び２インチ（５．１ｃｍ）のバー上で屈曲させる。下記の試験手順のロッカードラム試験に従って試験用のサイズに試料を切削する。
【００６９】
試験手順
ロッカードラム試験（Ｒｏｃｋｅｒ　Ｄｒｕｍ　Ｔｅｓｔ）
屈曲研磨物品を１０インチ×２．５インチ（２５．４ｃｍ×６．４ｃｍ）のシートに変換する。これらの試料を、小さな弧で前後に振動する（揺れる）試験機械の円柱状鋼ドラム上に設置した。一辺が３／１６インチ（０．４８ｃｍ）の正方形の１０１８炭素鋼被加工物を研磨物品上にレバーアーム配置で固定し、約８ｌｂ（３．６ｋｇ）の負荷を被加工物にかけた。研磨物品が前後に揺れると、被加工物は研磨され、３／１６インチ×５．５インチ（０．４８ｃｍ×１４ｃｍ）の摩耗経路が研磨物品上に生成された。この摩耗経路には毎分約６０ストローク存在した。圧縮気流（２０ｐｓｉ、１３７ｋｐｓｉ）を被加工物との接触点で研磨物品上に方向づけ、摩耗経路からの研削くずや細片を除去した。１０００サイクル（１サイクルが１前後運動）後に除去された鋼の量を間隔切削として記録し、総切削は試験のエンドポイントで除去された鋼の累積量とした。
【００７０】
破砕試験（Ｃｒｕｓｈ　Ｔｅｓｔ）
約５グラムの凝集粒子をディキシーカップに配置し、手で破砕し、当初繊維として成形されていた場合は、長さを減少させる。破砕凝集粒子をガラス板上に注入する。長さが１００ミル（２．５ｍｍ）未満の試料のみを破砕した。使用した破砕試験装置は、フラット圧縮器具を備えたＣｈａｔｉｌｌｏｎモデルＤＰＰ−２５フォースゲージであった。フォースゲージの読み値は０〜２５ポンド（０〜１１．３キログラム）である。フォースゲージのフラット圧縮足は破砕される凝集体砥粒上およびこれに接触する水平位置に保持され、凝集体砥粒が破損される（可聴音および／または感触）まで手で一定の力を加えた。粒子を破損するために必要な力を記録し、１１個の他の試料で試験を繰り返した。表に示した破砕試験値は、実験用配合物の１２個の粒子を破損する平均力である。
【００７１】
実施例１〜５
実施例１の凝集粒子は、表１（上記）のプレミックス組成物９００グラムを、ＣＨ２．２グラムおよびＰ−１２０　ＡＯ鉱物（固体粒子は砥粒）３４５０グラムと低剪断下に完全に混合することによって調製した。１６０１ＲＰＭで作動する小型の円形インペラとともに７５ミル（１．９ｍｍ）で間隔をあけた４５ミル（１．１４ｍｍ）の円錐形スクリーンを備えた粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）によってスラリーを加工した。部分的に硬化した凝集粒子を１０００ワットでマイクロ波オーブン中でさらに４分間硬化した。硬化凝集粒子は、それらを１回、おろし金型スクリーン（開口部サイズ９４ミル（２．４ｍｍ））、０．０５インチ（１．３ｍｍ）のスペーサ、および１６０１ＲＰＭでの逆カッター正方形インペラを備えた粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）に通すことによって粉砕した。次いで、粉砕凝集粒子をロッカードラム試験用の研磨物品を製造するための手順に従って研磨物品にした。実施例１のロッカードラム切削結果を以下の表２に示す。
【００７２】
実施例２〜５は、以下の変更点を除き実施例１と同じ手順によって製造した。すなわち、凝集粒子をマイクロ波オーブン中でさらに硬化せず、熱オーブン中で７時間２３０°Ｆ（１１０℃）で硬化した。実施例２は、１２５ミル（３．２ｍｍ）のおろし金型スクリーンに３回通過させることによって粉砕した。実施例３は、９４ミル（２．４ｍｍ）のおろし金型スクリーンに２回通過させることによって粉砕した。実施例４は、７９ミル（２ｍｍ）おろし金型スクリーンに１回通過させることによって粉砕した。実施例５は、６２ミル（１．６ｍｍ）のおろし金型スクリーンに１回通過させることによって粉砕した。
【００７３】
比較例Ａは、ＶＳＭ社（ドイツ、ハノーバー）から製品コードＰ−１２０　ＫＫ７１２で市販されている製品である。
【００７４】
【表３】表２

【００７５】
表２（上記）に示した乾燥ロッカードラム試験結果は、固体粒状物として砥粒を含む凝集粒子が本発明を用いて製造され、研磨物品において用いられると、それらにより同じ鉱物等級の研磨粒子を含んだ市販の被覆製品と同等である軟鋼での研削結果が得られることを示している。表２（上記）の結果は、粉砕ステップによって生じる凝集粒子のサイズが研削性能に対する影響を有することも示している。
【００７６】
実施例６〜１０
実施例６〜１０の成形凝集粒子は、表１（上記）のプレミックス組成物６３０グラムを、ＣＨ１．８グラムおよびＰ−１２０　ＡＯ鉱物２４１５グラムと低剪断下に完全に混合することによって調製した。
【００７７】
表３（上記）に示した様々なサイズおよび形状の円錐形スクリーンを備え、１６０１ＲＰＭで作動する小型の円形インペラとともに７５ミル（１．９ｍｍ）で間隔をあけた粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）によってスラリーを加工した。部分的に硬化した凝集粒子を熱オーブン中で６時間、３５０°Ｆ（１７７℃）でさらに硬化した。硬化凝集粒子は、それらを１回、開口部サイズ７４ミル（１．９ｍｍ）のおろし金型スクリーン、０．０５インチ（１．３ｍｍ）のスペーサ、および３００ＲＰＭで作動する逆カッター正方形インペラを備えた粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）に通すことによって粉砕した。次いで、粉砕凝集粒子を、ロッカードラム試験用の研磨物品を製造するための手順に従って研磨物品にした。実施例６〜１０の乾燥ロッカードラム試験結果を以下の表３に示す。
【００７８】
【表４】表３

【００７９】
表３（上記）に示した乾燥ロッカードラム試験結果は、凝集粒子の単位断面積が粒子の寿命にわたって切削率に影響することを示している。また、性能の受け入れ可能なレベルが、正方形スクリーンによる凝集粒子の結果によって示された他の形状で達成できることも示している。顕微鏡で凝集粒子断面積を見ると、正方形スクリーンは正方形単位断面積の凝集粒子を作り、円形スクリーンは円形単位断面積の凝集粒子を作ったことがわかる。
【００８０】
実施例１１〜１５
実施例１１〜１５は、実施例１２〜１５ではプリミックスの量を変更し、本発明の方法による凝集粒子の製造に対する鉱物負荷の影響を試験することを除き実施例６と同じに製造した。実施例６および１１ではプレミックスを６３０グラム用いたが、実施例１２では６０９グラム、実施例１３では５７９グラム、実施例１４では６７０グラム、実施例１５では５４８グラム用いた。
【００８１】
これらの実施例のために粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）で以下の変更を行った。３５０ＲＰＭで作動する１２５ミル（３．２ｍｍ）の大型の円形インペラブレードを用いて凝集粒子を製造した。結果を以下の表４に示す。
【００８２】
【表５】表４

【００８３】
粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）により実施例１１〜１５の加工が可能であったが、
鉱物添加は付着し、ＵＶランプによって硬化された凝集粒子の量に影響を及ぼした。鉱物添加が最も低かった実施例１４は、８〜１０と同数の個々の凝集粒子が付着し、ＵＶ硬化ステップによって硬化された。比較すると、鉱物添加が最も高い実施例１５は、付着し硬化する凝集粒子を有することはなかった。実施例１１〜１３は、付着し硬化された凝集粒子の量が異なり、通常約２個または３個であった。付着／硬化凝集粒子は、実施例１４の場合を除ききわめて容易に分離された。表４（上記）に示した乾燥ロッカードラム試験結果も鉱物添加が試験期間にわたって切削率に影響を及ぼすことを示している。
【００８４】
実施例１〜１５の被覆物品は、すべてのＵＶ硬化メイクおよびサイズシステムで製造された。
【００８５】
実施例１６〜２０
実施例１６〜２０は、他の鉱物の型およびサイズが粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）によって加工されうることを示すために行った。表５（下記）は、実施例１６〜２０の配合を示す。これらのスラリーを実施例１の手順に従って混合した。実施例１８は追加のＫＢＦ４を３６４グラム、実施例２０は追加のＫＢＦ４を１６５グラム配合に添加した。実施例１６および１８を７時間、２３０Ｆで熱硬化した。表５（下記）の実施例のすべては、１６０１ＲＰＭで作動する小型のインペラとともに４５ミル（１．１４ｍｍ）の円錐形スクリーンを用いた粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）によって容易に加工された。しかし、実施例１７および２０で生じた凝集粒子の一部はＵＶ硬化後に付着した。改善法として、スラリーの粘度は、凝集粒子が固着しないように上方に調節する必要がある。研磨物品はロッカードラム試料を製造するための手順に従って製造され、乾燥ロッカードラム試験を用いて試験した。これらの結果を以下の表６に示す。
【００８６】
【表６】表５

【００８７】
【表７】表６

【００８８】
実施例１７は、きわめて小さな研磨鉱物、等級Ｐ−２０００が本発明に記載された配合で加工できることを示している。実施例２０は、きわめて大きな研磨鉱物が本発明に記載された配合で加工できることを示している。実施例１８および１９は、他の型の鉱物が本発明の配合で加工できることを示している。
【００８９】
実施例１８の研磨凝集粒子を用いて被覆研磨ベルトを製造した。使用したバッキングは、基本重量２２８ｇ／ｍ^２を有する６５／３５ポリエステル／綿開放端綾織物（Ｍｉｌｌｋｅｎ　＆　Ｃｏ．（Ｌａｇｒａｎｇｅ，ジョージア州）によって供給）であり、染料被覆し、乾燥させた。次いで、この布帛をアクリルラテックス（Ｂ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈ　Ｃｏｒｐ．によって「ＨＹＣＡＲ　２６７９」の商品名で供給）およびＧＰ　３８７−Ｄ５１フェノール樹脂（Ｇｅｏｒｇｉａ　Ｐａｃｉｆｉｃ　Ｃｏ．によって供給）の溶液で飽和させ、３８ｇ／ｍ^２の８５／１５アクリル／フェノール乾燥被覆重量を得た。次いで綾織り側をフェノール樹脂（Ａｓｈｌａｎｄ　Ｃｏ．によって「ＡＦＯＦＥＮＥ　７２１５５」の商品名で供給）、＃４粘土カオリン、およびニトリルラテックス（Ｂ．Ｆ．Ｇｏｏｄｒｉｃｈ　Ｃｏ．によって「ＨＹＣＡＲ　１５８１」の商品名で供給）の溶液で被覆し、３８ｇ／ｍ^２の５０／３５／１５フェノール／粘土／ニトリル乾燥被覆重量を得た。従来の炭酸カルシウム充填水性フェノールメイク樹脂のグレイン６０個（３．９グラム）を塗布し、実施例１８の凝集粒子のグレイン７３個（４．７グラム）をメイク被覆バッキング上に滴下被覆した。これを３０分間、１７５°Ｆ（８０℃）および９０分間、２００°Ｆ（９３℃）で予備硬化した。予備硬化被覆を、その中に分散したテトラフルオロ硼酸カリウム研削助剤を含む８２％の固体水性エポキシ樹脂のグレイン１１０個（７．１グラム）でサイズ被覆した。サイズ被覆を６０分間、１７５°Ｆ（８０℃）および１２０分間、１９５°Ｆ（９１℃）で硬化した。硬化製品を３／８インチ（９．５ｍｍ）ロッド上に完全に屈曲させた。標準のスプライシング法を用いて完全に屈曲した被覆研磨物品を３インチ×１３２インチ（７．６ｃｍ×３．３５ｃｍ）のベルトに変換した。５ポンドと１０ポンド（２．２７キログラムと４．５４キログラム）の両方の通常力で１，３００ＲＰＭで作動する直径１４インチ（３５．６ｃｍ）、１：１の４５度セレーション、９０ショアＡ硬さのホイールを用いたロボットで１インチ×７インチ（２．５ｃｍ×１７．８ｃｍ）のチタン被加工物を研削することによってベルトを試験した。ベルトを２０分間試験し、６０秒ごとの間隔で切削を記録した。制御ベルトは、３Ｍ社（Ｓｔ．Ｐａｕｌ　ミネソタ州）から「３Ｍ　Ｐ−１２０　４２１Ａ」の商品名で市販されているものであった。ロボット試験結果を以下の表７に示す。
【００９０】
【表８】表７
表７．実施例１８の被覆研磨ベルトと等級Ｐ−１２０の市販の従来型被覆研磨ベルトのチタン研削結果の比較。

【００９１】
表７（上記）に示したロボット研削結果は、本発明の凝集粒子で製造されたベルトが２つの一般的な研削力で従来の研磨ベルトよりも多くチタンを除去することを示している。試験した作成物では、本発明の研磨物品の性能は通常の力が高い場合により優れていた（より多くのチタンを除去した）。
【００９２】
研磨物品にされたこれまでの実施例のすべては、すべてＵＶメイクおよびサイズシステムで製造されていた。
【００９３】
実施例２１〜２３
実施例２１を以下のように製造した。すなわち、＃６０巻線型ロッドを用いたドローダウン装置（Ｐａｕｌ　Ｎ．　Ｇａｒｄｎｅｒ　Ｃｏ．（Ｐｏｍｐａｎｏ　Ｂｅａｃｈ，フロリダ州）によって「ＡＣＣＵ−ＬＡＢ」の商品名で供給）で５０ＶＸバッキングに重量比５２：４８の炭化カルシウム充填フェノールメイク樹脂の均一の被膜を塗布し、６７６ｇ／ｍ^２の被膜重量を得た。５０ＶＸバッキングは３５／１９　２０／２８　１００％綿綾織り２／１バッキング、基本重量３９０〜４００ｇ／ｍ^２と記載され、Ｖｅｒｅｉｎｇｔｅ　Ｓｃｈｍｉｒｇｅｌ　ｕｎｄ　Ｍａｓｃｈｉｎｅｎ　Ｆａｂｒｉｋｅｎ　ＡＧ（ドイツ、ハノーバー）によって供給され；凝集粒子を湿潤メイク樹脂に注入し、前後に数回転がし、バッキング上に完全に添加され、均一に分布した凝集粒子の被膜を得た。過剰な凝集粒子を振るい落とし、被覆材料を１８０°Ｆ（８２℃）で一夜、強制送風オーブン中で加熱した。次いで、重量比５２：４８の炭化カルシウム充填フェノールサイズ樹脂を塗装用刷毛により手で均一に塗布した。サイズ化試料を１８０°Ｆ（８２℃）で１時間加熱して、２００°Ｆ（９３℃）で２時間硬化した後、２２０°Ｆ（１０４℃）で３０分間、および２４５°Ｆ（１１８℃）で１時間硬化した。硬化後、被覆研磨試料を直径２インチ（５ｃｍ）のバー上に屈曲した。試料２２は、＃３６巻線型ロッドを用いたことを除き実施例２１に従って製造し、４９３ｇ／ｍ^２のメイク樹脂被覆重量を得た。実施例２３は、＃５２巻線型ロッドを用いたことを除き実施例２１に従って製造し、メイク樹脂を塗布し、６１４ｇ／ｍ^２の被覆重量を得た。
【００９４】
実施例２１〜２３は、従来のフェノール系メイク樹脂およびサイズ樹脂を凝集粒子とともに用い、それらを布帛バッキングに結合して研磨物品を製造できることを示すために行った。凝集粒子は実施例１９と同じものが製造された。乾燥ロッカードラム試験結果を表８に示す。表８の結果により、切削率と寿命の両方について比較例Ａと有利に比較される。これらの結果は、一般的な研磨メイクおよびサイズ樹脂システムのほか、放射線硬化性メイクおよびサイズ樹脂システムの多くの組合せとともに使用できることを示している。
【００９５】
【表９】表８

【００９６】
実施例２４〜２７
本発明の多面性を示すために実施例２４〜２７を調製した。これらの実施例を、実施例１１の製造に用いたものと同じ一般的な工程によって製造した。実施例２４は表１Ａのプレミックスを２１６０グラム、ＣＨを６グラム、Ｍ５を２８．８グラム、およびＰ−１８０　ＡＯを６４５０グラム有し、速度１で５クォート（４．７リットル）のホーバート混合機中で混合した。実施例２５は表１（上記）のプレミックスを６８０ｇ、ＣＨを１．８ｇ、Ｐ−１２０　ＡＯを２２７０グラムおよびＰＣを２７４グラム有した。実施例２６は表１（上記）のプレミックスを６８０グラム、ＣＨを１．８グラム、Ｐ１２０　ＡＯを２５９０グラムおよびＰ−１８０緑色炭化ケイ素を４５７グラム有した。実施例２７はＴＭＰＴＡを１１８８グラム、ＫＢ１を１２グラムおよび０．５マイクロメートルセリウム酸化物を５０００グラム有した。実施例２４〜２７で製造された凝集粒子の破砕強度を以下の表９に示す。これらの実施例を、２４インチ（６１ｃｍ）マーキュリーで１時間、真空オーブン中でさらに硬化した実施例２５および２６を除き、６時間、３５０°Ｆ（１７７°）でさらに硬化した。表９（下記）は実施例２４〜２７の破砕強度を示す。
【００９７】
【表１０】表９

【００９８】
実施例２８〜３１
実施例２８は、別の型の機械を用いて組成物を有孔基板に押込み、本発明の凝集粒子を製造できることを示すために行った。実施例２８の凝集粒子は、表１（上記）のプレミックス組成物２１６０グラムをＣＨ６グラムおよびＰ−１２０　ＡＯ鉱物８２８０グラムと低剪断下に完全に混合することによって調製した。６５ミル（１．６５ｍｍ）の円形開口部およびスクリーンとワイパーブレードとの１／１６インチ（１．６ｍｍ）間隙を備えたワイパーバーローターサイジングスクリーン機械によってスラリーを加工した。形成された凝集前駆体粒子をトレイ中に回収し、３０ＦＰＭで６００ワットのフュージョンＤバルブランプで照射し、凝集粒子を得た。凝集粒子を熱オーブン中で６時間、３５０°Ｆ（１７７℃）でさらに硬化した。硬化繊維の破砕強度は１５．９ポンド（７．２キログラム）であった。
【００９９】
実施例２９および３０は、他の熱開始剤を用いて、本発明によって熱オーブン中で製造された凝集粒子をさらに硬化しうることを示すために行った。スラリーの配合は、実施例２８で用いたＣＨ開始剤の代わりに実施例２９ではＶａｚｏ５２を６グラム、実施例３０ではＰｅｒｋａｄｏｘ　１６Ｓを６グラム用いたことを除き実施例２８におけるものと同じであった。スラリーは、４５ミル（１．１４ｍｍ）の円形スクリーン、３５０ＲＰＭで作動するソリッドインペラ、カラー、および２２５ミル（５．７ｍｍ）のスペーサを用いた粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）によって加工した。照射後、凝集粒子を熱オーブン中で６時間、３５０°Ｆ（１７７℃）でさらに硬化した。実施例２９の破砕強度は１５ポンド（６．８キログラム）であり、実施例３０では１１ポンド（５キログラム）であった。
【０１００】
凝集粒子を１９５°Ｆ（９１℃）の湯中で１時間さらに硬化したことを除き、実施例２９の工程に従って実施例３１を製造した。さらに硬化した凝集粒子の破砕強度は１１ポンド（５キログラム）であった。この実施例は、他の熱エネルギー源を別の硬化ステップで使用できることを示している。
【０１０１】
実施例３２および３３
実施例３２および３３において無機凝結前駆体凝集粒子を製造した。等級＃６０ＡＧ３２１砥粒およびＳＧＰガラス粉末を用いて「凝集前駆体粒子スラリーを製造するための一般手順（Ｇｅｎｅｒａｌ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｆｏｒ　ｍａｋｉｎｇ　ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ　ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｌｕｒｒｙ）」に記載されているようにスラリーを調製した。スラリーの配合を以下の表１０に示す。
【０１０２】
【表１１】表１０

【０１０３】
ＳＧＰおよびＡＧ３２１をプラスチック容器内で手で予混合し、次いでＴＭＰＴＡ、ＫＢＩ、およびＴＨ１の樹脂混合物に緩徐に添加した。１２クォート（１１．３６リットル）ホーバート混合機、モデルＡ１２０Ｔをフラットビータロータとともに用いた。混合機をＳＧＰ／ＡＧ３２１混合中に最低の速度設定で作動した。次いで、全成分を添加した後に速度を「中間」に上昇させ、混合を２５分間継続した。最終の混合温度は約１００°Ｆ（３８℃）〜１２０°Ｆ（４９℃）であった。
【０１０４】
無機凝結前駆体凝集粒子を「凝集粒子を製造するための一般手順」に記載されたように製造した。粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）には０．０７５インチ（１．９ｍｍ）の間隔で小型の円形インペラ、および０．０６２インチ（１．６ｍｍ）の円形、おろし金型の穴のある円錐形スクリーンを備え、駆動モータの速度を４７０ｒｐｍに設定した。無機凝結前駆体凝集粒子を本発明に従って製造した後、それらをアルミニウム皿に配置し、強制送風オーブン中で６時間、３５０°Ｆ（１７７℃）でさらに硬化した。０．０７５インチ（１．９ｍｍ）スペーサおよび０．０９４インチ（２．３９ｍｍ）おろし金スクリーンを用いた粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）にさらに１回通過させることによって凝集前駆体凝集粒子を再サイズ化した。再サイズ化粒子をふるい分けし、＃２４メッシュスクリーン（−２４メッシュ）を通過するサイズ画分を＃２４メッシュスクリーン（＋２４メッシュ）上に保持した画分から分離した。＋２４メッシュの粒子画分を回収し、破砕試験を用いて凝集前駆体凝集粒子の強度を測定した。
【０１０５】
実施例３２の粒子の平均破砕強度は２０．２ｌｂ（９．２キログラム）であった。実施例３３の粒子の平均破砕強度は１１．４ｌｂ（５．２キログラム）であった。
【０１０６】
実施例３４および３５
実施例３４および３５は、複数の固体粒状物が砥粒ではなく研削助剤粒状物である本発明の方法によって製造された凝集粒子の実施例である。研削助剤粒状物がＣａＣＯ３である実施例３４のスラリーは、１７００グラムのＴＭＰＴＡ、５８００グラムのＣａＣＯ３、および６グラムのＣＨを低剪断下に２０分間、完全に混合することによって製造された。研削助剤粒状物がＫＢＦ４である実施例３５のスラリーは、１５３０グラムの表１（上記）のプレミックス、３グラムのＣＨ、３１８６グラムのＳｐｅｃ１０２　ＫＢＦ４、および８６８７グラムのＳｐｅｃ１０４　ＫＢＦ４を低剪断下に２０分間、完全に混合することによって製造された。
【０１０７】
粉砕機械（「ＱＵＡＤＲＯ　ＣＯＭＩＬ」）が１６０１ＲＰＭで作動する小型の円形インペラとともに０．０７５インチ（１．９ｍｍ）で間隔をあけた４５ミル（１．１４ｍｍ）の円錐形スクリーンを備えた「凝集粒子を製造するための一般手順」に従って凝集粒子を製造した。この方法によって製造された凝集粒子をオーブン中で６時間、３５０°Ｆ（１７７℃）でさらに硬化した。実施例３４および３５で製造された硬化粒子の上記の破砕試験法による破砕強度を以下の表１１に示す。
【０１０８】
【表１２】表１１

【０１０９】
表１１の破砕強度データは、本発明の方法によって、他の応用例および工程において凝集粒子の使用が可能となる強度で非研磨凝集粒子が製造できることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により製造された凝集粒子の概略側面立面図である。粒子は固体粒状物として砥粒を含有し、実質的に円形の断面を有する。
【図２】本発明により製造された凝集粒子の顕微鏡写真である。粒子は固体粒状物として砥粒を含有し、実質的に円形の断面を有する。
【図３】本発明の方法を示す概略側面図である。
【図４】粉砕機械であって、該機械の内部を露出するように切られた該機械の正面部分を示す斜視図である。
【図５】図４の粉砕機械において用いられるスクリーンの斜視図である。

Claims (29)

1. 凝集粒子を製造するための方法であって、
   （ａ）放射線硬化性の重合性バインダー前駆体および複数の固体粒状物を含む組成物を有孔基板に押込み凝集前駆体粒子を形成させるステップと；
   （ｂ）前記有孔基板から前記凝集前駆体粒子を分離するステップと；
   （ｃ）前記凝集前駆体粒子を照射するステップであって、放射エネルギーが放射エネルギー源から前記凝集前駆体粒子へ伝搬され、少なくとも部分的に前記バインダー前駆体を硬化して凝集粒子を得るステップとを含む、方法。
2. 前記凝集粒子が照射ステップ後に回収される、請求項１に記載の方法。
3. 前記照射ステップが放射線源を含む第１の硬化ゾーンに前記凝集前駆体粒子を通すステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記凝集粒子を第２の硬化ゾーンに通過させ、エネルギーがエネルギー源から前記凝集粒子に伝搬され、前記凝集粒子をさらに硬化する、請求項１に記載の方法。
5. 前記バインダー前駆体がエポキシ樹脂、アクリル化ウレタン樹脂、アクリル化エポキシ樹脂、エチレン性不飽和樹脂、ペンダント不飽和カルボニル基を有するアミノプラスト樹脂、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体、少なくとも１つのペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
6. 複数の固体粒状物が充填材、可塑性粒状物、強化粒状物、無機バインダー前駆体粒状物、帯電防止剤、潤滑剤、顔料、懸濁化剤、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記凝集粒子が繊維状であり、約１０〜約１５００マイクロメートルの長さを有する請求項１に記載の方法。
8. 前記凝集粒子の長さが約２０〜約８００マイクロメートルである請求項７に記載の方法。
9. 前記凝集粒子の長さが約５０〜約４００マイクロメートルである、請求項８に記載の方法。
10. 前記凝集粒子が実質的に一定の断面形状を有する、請求項１に記載の方法。
11. 前記断面形状が円形、多角形、またはそれらの組合せを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記凝集前駆体粒子が改質添加剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記改質添加剤が、カップリング剤、研削助剤、充填材、無機バインダー前駆体、界面活性剤、またはそれらの組合せを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記有孔基板に組成物を押込み、前記凝集粒子を形成するステップが押出し、ミリング、またはカレンダリングを含む、請求項１に記載の方法。
15. 放射線源が電子ビーム、紫外線、可視光線、レーザー光、またはそれらの組合せを含む、請求項１に記載の方法。
16. 放射線源が電子ビーム、紫外線、可視光線、レーザー光、またはそれらの組合せを含む、請求項３に記載の方法。
17. エネルギー源が電子ビーム、紫外線、可視光線、マイクロ波、レーザー光、熱、またはそれらの組合せを含む、請求項４に記載の方法。
18. ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）が逐次かつ連続的に行われる、請求項１に記載の方法。
19. ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）におけるプロセス部品が垂直および連続的に空間的に配向されている、請求項１に記載の方法。
20. ステップ（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）が逐次かつ連続的に行われる、請求項１９に記載の方法。
21. 複数の固体粒状物が５〜９５重量％の組成物を含む、請求項１に記載の方法。
22. 複数の固体粒状物が４０〜９５重量％の組成物を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記組成物が１００％固体である、請求項１に記載の方法。
24. 粉砕ステップが照射ステップ後の凝集粒子で行われる、請求項１に記載の方法。
25. 粉砕ステップが第２の硬化ゾーンを通過した後の凝集粒子で行われる、請求項４に記載の方法。
26. 粉砕ステップがミリング、破砕、およびタンブリングの方法を含む、請求項２４に記載の方法。
27. 粉砕ステップがミリング、破砕、およびタンブリングの方法を含む請求項２５に記載の方法。
28. 請求項１に従って製造された凝集粒子。
29. 請求項１に従って製造された無機凝結前駆体凝集粒子。