JP2008266397A - 研磨材用目詰まり防止組成物及び目詰まり防止皮膜を有する研磨材 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨材用目詰まり防止組成物の目詰まり防止効果の耐久性を向上させること。
【解決手段】脂肪酸の金属塩及び結合樹脂を含む研磨材用目詰まり防止組成物であって、目詰まり防止組成物から形成される皮膜が４４ｍＮ／ｍを越えるぬれ張力を有する、上記目詰まり防止組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は研磨材用目詰まり防止組成物、及び目詰まり防止皮膜を有する研磨材に関する。

研磨材（「研磨材物品」とも呼ばれる）は、従来より様々な基材、又は被削体等の研磨（磨くこと）に使用されている。ここで、研磨時の問題のひとつに、「目詰まり」、すなわち、研磨される被削体からの削り屑（研磨屑）が研磨粒子の間に溜まり、それによって研磨粒子が摩耗されていなくても研磨材の切削能力、性能が低下してしまう、という問題がある。

そのため、研磨材業界においては、研磨材に目詰まり防止組成物を使用することが検討されてきた。例えば、目詰まり防止組成物に含まれる目詰まり防止成分として用いられる脂肪酸の金属塩（特許文献１、特許文献２）が知られている。
特表２００２−５１９２０６号公報 特開平３−４３１５８号公報

上記特許文献に記載される目詰まり防止成分、すなわち、脂肪酸の金属塩は良好な目詰まり防止性を発揮するため、優れた研磨性能を有する研磨材を得ることが可能となる。しかしながら、研磨条件によっては、かかる目詰まり防止組成物は、研磨材の表面から脱離ししまう場合があることが分かってきた。

目詰まり防止組成物が研磨材表面から脱離する際には、目詰まり防止組成物が研磨屑と一緒に脱離するため、結果的に、研磨材に対する研磨屑の目詰まりが防止される。しかしながら、研磨材表面上の目詰まり防止組成物の量が減少するにつれて、研磨粒子間に研磨屑が蓄積しやすくなるため、研磨材本来の切削性を持続させることが困難となる。

そのため、良好な目詰まり防止効果を発揮させ、研磨材本来の切削性能を維持するためには、目詰まり防止組成物が研磨材表面から多く失われてしまう前に、定期的に研磨材自体を取り替えることが好ましい。しかしながら、研磨材の取替えは煩雑であり、また資材コスト削減及び環境廃棄物減量のために、特に近年、合計研磨量を維持しながら研磨持続性に優れた研磨材の開発が求められている。実際、研磨作業者は、研磨材の研磨持続率が１５〜２０％程度低下すると、研磨性能が悪化したことを感覚的に感じるといわれている。そこで、少なくとも８０％以上の研磨持続率ができるだけ長く持続する研磨材が、市場において強く望まれている。

本発明者らは、研磨材に適用される目詰まり防止組成物の「目詰まり防止性」と「研磨面からの剥がれ難さ、脱離し難さ」との関係について検討した結果、目詰まり防止組成物に含まれる脂肪酸の金属塩の「ぬれ張力」を制御することで、「目詰まり防止性」と「研磨材表面からの剥がれ難さ」との両立が可能になることを見いだした。

すなわち、本発明は、脂肪酸の金属塩及び結合樹脂を含む研磨材用目詰まり防止組成物であって、該組成物から形成される皮膜が４４ｍＮ／ｍを越えるぬれ張力を有する、上記目詰まり防止組成物である。

また、本発明は、上記目詰まり防止組成物から形成された目詰まり防止皮膜を研磨面に有する研磨材を提供する。

本発明では、特定のぬれ張力を有する脂肪酸の金属塩を目詰まり防止組成物中に用いることで、研磨屑への難付着性及び滑性を提供する。研磨材に対して良好な目詰まり防止性を付与するのに加えて、この目詰まり防止組成物は研磨材の表面に保持され、目詰まり防止組成物が研磨面から剥がれることが少なくなる。そして、このことにより、研磨材の合計研磨量が維持され、研磨持続率が延長される。それゆえ、研磨材の有効寿命が顕著に向上する。

＜目詰まり防止組成物＞
本発明の目詰まり防止組成物とは、目詰まり防止成分である脂肪酸の金属塩および結合樹脂を含有する組成物をいう。また、ここでいう目詰まり防止組成物は、これから成形される皮膜が、特定のぬれ張力を有するものである。

研磨材においてぬれ張力が低く、難付着性の脂肪酸の金属塩を用いることは知られている。低いぬれ張力により研磨屑は研磨剤に付着せず、目詰まりが防止されると考えられてきた。しかしながら、低いぬれ張力は、目詰まり防止組成物が研磨材の表面に弱く接着することを意味し、そのため、研磨作業中に摩擦力等によって、研磨面から脱離し易いと考えられる。これに対し、本発明においては、目詰まり防止組成物のぬれ張力が、ある程度高い。かかる目詰まり防止組成物を使用することで、研磨作業を連続的に行う場合でも目詰まり防止皮膜が研磨面から脱離し難く、研磨材は優れた研磨性能をより長期間維持することが可能となる。

具体的に、目詰まり防止組成物のぬれ張力の下限値は、目詰まり防止組成物の研磨材表面（研磨面）に対する付着性を基準にして決定される。本発明においては、目詰まり防止層が、ＪＩＳ Ｋ ６７６８に記載の方法に従って測定した場合に、４４ｍＮ／ｍを超えるぬれ張力を有している。その目詰まり防止層のぬれ張力が４４ｍＮ／ｍ以下であるとそれは研磨面から剥がれ易くなるため、目詰まり防止効果が減縮される。目詰まり防止層のぬれ張力は、研磨面に対する接着性や研磨材の研磨持続性の向上の観点から、好ましくは４７ｍＮ／ｍ以上、より好ましくは５０ｍＮ／ｍ以上、更に好ましくは５２ｍＭ／ｍである。目詰まり防止層のぬれ張力が４７ｍＮ／ｍ以上であると、８５％を越える、更には９０％以上の研磨持続率を長期にわたって達成することが可能となる。

一方、ぬれ張力の上限値は、研磨屑の目詰まり防止組成物に対する付着性を考慮して適宜決定される。つまり、ぬれ張力の上限値は、被削体のぬれ張力に関係する。しかしながら、様々な種類の被削体が使用される必要があるため、ぬれ張力の上限値を一義的に決定することは困難である。一般的には、被削体が、例えば自動車車体補修用パテや塗料のような樹脂材料の場合、ぬれ張力の好ましい上限は、６０ｍＮ／ｍ、より好ましくは５６ｍＮ／ｍである。

本発明で説明する脂肪酸の金属塩とは長鎖脂肪酸の金属塩をいう。脂肪酸の種類については特に制限はないが、脂肪酸の金属塩としては、常温で固体であるものを用いることが好ましく、炭素数が８以上のものが好適に使用される。例えば、使用できる飽和脂肪酸としては、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラギジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、モンタン酸などが使用可能である。不飽和脂肪酸としては、セバシン酸、ウンデシレン酸、デセン酸、オレイン酸、エルシン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸などが挙げられる。これらの中で、好ましい脂肪酸は、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、モンタン酸、セバシン酸、ウンデシレン酸であり、特に好ましくは、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、ベヘン酸、モンタン酸である。

また、脂肪酸の金属塩を構成する金属の例としては、カルシウム、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、バリウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、銀などが挙げられる。好ましくは、カルシウム、亜鉛、マグネシウムである。

ここで、目詰まり防止組成物のぬれ張力を、本発明で規定する上記特定の範囲にするためには、例えば、脂肪酸の金属塩における脂肪酸の炭化水素部分に極性基を設け、更に、かかる極性基の種類、数、含有量を調節すること、または、脂肪酸の金属塩と結合樹脂との量比を制御すること等が挙げられる。更に、異なる種類の複数の脂肪酸の金属塩を組み合わせることで、目詰まり防止組成物のぬれ張力を制御することも可能である。

脂肪酸の金属塩の炭化水素部分に極性基を使用することは、分子中の極性基の数や種類、含有量を調節して目詰まり防止組成物のぬれ張力をコントロールし易いため、好ましい。

極性基の種類としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アルデヒド基、ニトロ基、ニトリル基、イソシアネート基、スルホン基、チオール基などが挙げられる。好ましくは、プロトン放出能をもつ水酸基、カルボキシル基、アミノ基、アルデヒド基、スルホン基、チオール基などである。特に好ましい極性基は水酸基である。脂肪酸の金属塩１分子中の極性基の数は、求められる目詰まり防止組成物のぬれ張力の値に応じて、適宜決定すればよく、１個の極性基が適当なぬれ張力を与える場合もある。

本発明においては、特に好ましい脂肪酸の金属塩として、１２−ヒドロキシステアリン酸金属塩、リシノール酸金属塩、２−ヒドロキシオクタン酸金属塩、２−ヒドロキシヘキサデカン酸金属塩などが挙げられる。この中でも、１２−ヒドロキシステアリン酸金属塩が最も好ましい。

続いて、本発明の目詰まり防止組成物に用いられる結合樹脂について説明する。結合樹脂は従来から使用されている樹脂又はゴムであればよく、特に制限はない。例えば、メチルセルロース、エチルセルロースなどのアルキルセルロース樹脂、アクリル樹脂、アルキルアミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレン−アクリロニトリル樹脂、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、天然ゴム、クロロプレンゴム、メチルブタジエンゴムなどが挙げられる。結合樹脂は２種類以上を混合して用いてもよい。

本発明の目詰まり防止組成物は、脂肪酸の金属塩及び結合樹脂を混合して調製される。必要であれば、目詰まり防止組成物に更に液媒体を加えてもよい。液媒体としては、水を主成分として含む水性媒体を挙げることができるが、これに限定されない。更に、必要であれば、従来から知られている添加剤等を通常使用される量混入してもよい。従来から知られている添加剤の例には、界面活性剤、可塑剤、静電防止剤、加湿剤、消泡剤、色素、顔料、およびフィラーなどが挙げられる。また、ここに例示された各成分は予め液媒体に適量分散させた形態で混合してよく、目詰まり防止組成物に後から混合してもよい。

また、本発明においては、皮膜についての目詰まり防止組成物中の脂肪酸の金属塩の含有量が、乾燥固形分質量を基準にして５０〜９９％であることが好ましい。脂肪酸の金属塩のより好ましい含有量は、乾燥固形分質量を基準にして、６０〜９５％であり、最も好ましくは７０〜９０％である。目詰まり防止皮膜中の目詰まり防止成分の量が５０％未満であると目詰まり防止効果が低下しやすく、９９％を越えると目詰まり防止皮膜の研磨面に対する担持性が低下する場合がある。

＜研磨材＞
本発明の研磨材は、上記した本発明の目詰まり防止組成物を研磨面に有している。具体的には、研磨材の研磨面に目詰まり防止組成物の皮膜が形成されたものである。ここで、形成された目詰まり防止皮膜は、研磨面の一部に存在して研磨粒子先端部など研磨面の一部を覆っていなくてもよいし、研磨面全体に存在していても良い。

目詰まり防止組成物の研磨面への適用方法については、特に制限はない。たとえば、刷毛塗、ロール塗布、流し塗、しごき塗、吹付塗等の方法によって研磨材の研磨面上に付着させることができる。なお、研磨材の研磨面とは、被削体と接することにより研磨作用を奏する研磨材の面をいう。研磨面に適用する目詰まり防止組成物の使用量は使用する研磨粒子の寸法や量等、および研磨材の用途等によって適宜変化させることができる。一般には乾燥皮膜質量として約１〜約７５g/ｍ²、好ましくは約９〜約４０g/ｍ²である。

目詰まり防止組成物を研磨面へ付着させた後、好ましくは、結合樹脂が膜化するのに適当な温度および時間加熱して乾燥させる。加熱条件は、適宜決定すればよい。

なお、本発明が組み込まれる研磨材の種類は特に限定されず、従来の目詰まり防止組成物が使用されてきた種類のものであればよい。そのような研磨材には、例えば、結合研磨材、塗布研磨材、及び不織布研磨材等がある。

たとえば、結合研磨材は多数の研磨粒子を結合樹脂で結合したものをいう。塗布研磨材は結合樹脂により研磨粒子を基材に結合したものをいう。不織布研磨材は結合樹脂により研磨粒子を三次元不織基材内または三次元不織基材上に結合したものをいう。各タイプの研磨材は、様々な形であってよい。たとえば、塗布研磨材は第１層(メークコートとしても知られる)、第１層にまたは第１層内に結合された複数の研磨粒子、および第２層（サイズコートとしても知られる）を含んでもよい。場合によっては、第３層（スーパーサイズコートとしても知られる）をサイズコート上に適用してもよい。更に、塗布研磨材はベルト、ディスク、シート等々の形をとることができる。

研磨面に目詰まり防止皮膜を有する本発明の研磨材は、様々な被削体、繊維板やパーティクルボードなどのセルロース材料、ファイバーグラス、ワニス、ポリエステル皮膜、ステンレス表面、自動車車体フィラー、セラミック、ガラス、ラテックスや油性塗料をはじめとする塗料、油性下塗剤および水性下塗剤を含む下塗剤、およびアルミニウム、ステンレススチール、および軟鋼を含む金属などの研磨に使用することができる。

以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが本発明はこれらに限定されない。実施例中の「部」および「％」は特にことわらない限り質量基準である。

実施例１
（目詰まり防止組成物の製造方法）
１２−ヒドロキシステアリン酸カルシウム（日東化成工業社製「ＣＳ−６」）３０％（固形分）及びメチルセルロース（信越化学社製「メトロースＳＭ−１５」）８％（固形分）を分散媒である水に混合し、ミキサーを用いて５００ｒｐｍにて３０分間分散させ、目詰まり防止組成物を得た。

（ぬれ張力測定）
ＪＩＳ Ｋ ６７６８「プラスチック−フィルムおよびシート−ぬれ張力試験方法」（その記載内容はここに参照として組み込まれる）に準拠して、目詰まり防止組成物から形成された皮膜のぬれ張力を測定した。その際、目詰まり防止皮膜の膜厚は３５マイクロメートル（μｍ）になるようにした。また、皮膜製造時における目詰まり防止組成物の塗布量および乾燥条件は、以下に説明する具体的な目詰まり防止組成物と同一とした。測定結果を表３に示す。

（目詰まり防止皮膜を有する研磨材の製造方法）
スリーエム社製の塗布研磨材「ユニ」（Ｐ１２０グレード）のサイズコートの表面に、手持ちのゴムローラーを用いて目詰まり防止組成物を塗布した。次いで、目詰まり防止組成物が塗布された研磨材を１２０℃に設定したオーブン中に２．５分間置き、その後、この塗布研磨材を取り出して冷却した。目詰まり防止組成物の塗布量は、４インチ×６インチ（１０．２×１５．２ｃｍ）の面積当り約０．２ｇの乾燥皮膜質量とした。

（研磨試験）
上で得られた目詰まり防止皮膜を有する研磨材を直径１２５ｍｍの試験ディスクに打ち抜き、その後、スリーエム社製のエアサンダー「ダブルアクションサンダー３９６５」に取り付けた。関西ペイント社製のパテ「ＦＳミドル」を鉄板基材に塗布し、乾燥硬化させた。次いで、硬化後のパテを、研磨荷重約２ｋｇ、研磨時間１回につき３分、研磨回数５回という条件で研磨した。

合計研磨量及び研磨持続率の結果を表３に示す。合計研磨量は、それぞれ３分の研磨を５回行った後に被削体から除去された材料の量をグラムで表した値である。研磨持続率は、それぞれの研磨回後の研磨量の変化をパーセントで表した値である。図１は、それぞれの研磨回後の研磨持続率の変化をプロットしたグラフである。図２は研磨材の研磨持続率と目詰まり防止組成物のぬれ張力との関係をプロットしたグラフである。

図３は、５回研磨後における実施例１の顕微鏡写真であり、目詰まり防止皮膜は研磨面に残存している。

実施例２〜４
目詰まり防止組成物を表１に示すように変更したこと以外は実施例１と同様にして研磨材を作製した。尚、表１に示した成分の配合量は、乾燥質量パーセント基準であり、残量を構成する成分は水である。目詰まり防止皮膜のぬれ張力、合計研磨量及び研磨持続率を表３に示す。また、これら実施例の各研磨回ごとの研磨持続率を図１にプロットし、研磨持続率と目詰まり防止組成物のぬれ張力との関係を図２にプロットした。

［表１］

１）日東化成工業社製「ＣＳ−６」
２）日東化成工業社製「ＺＳ−６」
３）日東化成工業社製「ＭＳ−６」
４）日東化成工業社製「ＣＳＥ−６」
５）信越化学社製「メトロースＳＭ−１５」
６）日本ゼオン社製「Ｎｉｐｏｌ ＬＸ３１１」

比較的１〜４
目詰まり防止組成物を表２に示すように変更したこと以外は実施例１と同様にして研磨材を作製した。目詰まり防止皮膜のぬれ張力、合計研磨量及び研磨持続率を表３に示す。また、これら実施例の各研磨回ごとの研磨持続率を図１にプロットし、研磨持続率と目詰まり防止組成物のぬれ張力との関係を図２にプロットした。

［表２］

１）日東化成工業社製「Ｚｎ−Ｓｔ」
２）日東化成工業社製「Ｃａ−Ｓｔ」
３）日東化成工業社製「Ｌｉ−Ｓｔ」
４）サンノプコ社製「ＮＯＰＣＯ １０９７ＡＨ」
５）信越化学社製「メトロースＳＭ−１５」
６）日本ゼオン社製「Ｎｉｐｏｌ ＬＸ３１１」

試験結果によれば、実施例１〜４で調製した研磨材は比較例のものよりも合計研磨量が多く、研磨持続性に優れている。

［表３］

図４は、５回研磨後における比較例４の顕微鏡写真であり、目詰まり防止皮膜は研磨面に残存していないことが確認された。

それぞれの研磨回後の研磨量の変化をプロットしたグラフである。 研磨材の研磨寿命と目詰まり防止組成物のぬれ張力との関係をプロットしたグラフである。 ５回研磨試験後の実施例１の研磨材の研磨面を写した顕微鏡写真である。 ５回研磨試験後の比較的４の研磨材の研磨面を写した顕微鏡写真である。

Claims (5)

1. 脂肪酸の金属塩及び結合樹脂を含む研磨材用目詰まり防止組成物であって、該組成物から形成される皮膜が４４ｍＮ／ｍを越えるぬれ張力を有する、上記目詰まり防止組成物。
2. 目詰まり防止組成物中の脂肪酸の金属塩の含有量が、固形含有量を基準にして５０〜９９質量％である、請求項１記載の研磨材用目詰まり防止組成物。
3. 脂肪酸の金属塩が脂肪酸の炭化水素部分に極性基を有している、請求項１記載の研磨材用目詰まり防止組成物。
4. 脂肪酸の金属塩が１２−ヒドロキシステアリン酸金属塩である、請求項１記載の目詰まり防止組成物。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の目詰まり防止組成物から形成される目詰まり防止皮膜を研磨面に有する、研磨材。

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