JP2008511450A - 目詰まり防止コーティングを有する研磨材料 - Google Patents

Abstract

目詰まり防止剤が適用される表面の微細構造がどのようであれば、目詰まり防止剤の機能が十分に発揮されるかを調べること。最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨材料であって、目詰まり防止コーティングが、目詰まり防止剤と結合樹脂とを含有し、結合樹脂から亀裂を有するフィルムが形成され、この亀裂によって目詰まり防止コーティングの全表面上に網状微細構造が形成される研磨材料。

Description

本発明は、最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨材料に関し、特に、全表面に網状の亀裂が入った目詰まり防止コーティングを有する研磨材料に関する。

多数の研磨粒子を結合樹脂に適用することによって得られた研磨材料においては、研磨粒子間にある程度の空間が存在する。研磨作業中、切り屑とも呼ばれる、物体から研磨された材料が、研磨粒子間の間隔を満たす傾向にある。

研磨粒子間の空間を切り屑が満たし、続いて切り屑が蓄積されることは、目詰まりと呼ばれている。目詰まりによって、研磨粒子の機能が妨害され、研磨粒子の切削速度が低下するために問題が生じる（そのため、研磨のためにより多くの力が必要となりうる）。さらに、目詰まりは指数関数的な問題であり、一度切り屑が研磨粒子間の空間を満たし始めると、初期の切り屑が、さらなる目詰まりの「種」または「核」として機能する。

研磨材産業では、研磨材に使用する目詰まり防止材料を探し求めてきた。これまで使用されてきた目詰まり防止材料の例としては、脂肪酸の金属塩、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、ワックス、鉱油、架橋シラン、架橋シリコーン、およびフッ化炭化水素が挙げられる。

たとえば、炭化水素鎖を有するカルボン酸の金属塩、炭化水素鎖を有するホスフェート、および炭化水素鎖を有するアンモニウム、アミン類、イミン類、および炭化水素鎖を有するカルボン酸、および酸無水物、および第４級アンモニウム帯電防止化合物を含む、研磨材用の目詰まり防止剤が知られている。これらの目詰まり防止剤は、研磨作業に役立つように被覆研磨材の最外面上に配置される。目詰まり防止剤は、表面上に保持されやすくなるようにバインダーとともに適用されることもある。

また、研磨物品が、研磨粒子上にサイズコートおよびスーパーサイズコートを有する場合は、目詰まり防止剤がそれらの中に含まれる場合がある。

目詰まり防止剤が研磨材に適用される場合、研磨材料の研磨面と研磨される物体との間に目詰まり防止剤が維持されることによって、目詰まり防止剤の機能が十分発揮されると従来は考えられていた。したがって、目詰まり防止剤が、研磨面上に適用される場合、または最外樹脂層中に含まれる場合で、目詰まり防止剤が研磨面上に維持される状態に関しては、十分な研究がこれまで行われていない。また、目詰まり防止剤が適用された表面の微細構造が、研磨性能にどのような影響を与えるかも分かっていなかった。

本発明は、上記の従来の問題を解決し、本発明の目的は、目詰まり防止剤が適用される表面の微細構造がどのようであれば、目詰まり防止剤が十分に機能するかを調べることである。

本発明は、最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨材料であって、
目詰まり防止コーティングが、目詰まり防止剤と結合樹脂とを含有し、
結合樹脂から亀裂を有するフィルムが形成され、
この亀裂によって目詰まり防止コーティングの全表面上に網状微細構造が形成され、それによって上記目的が実現される、研磨材料を提供する。

本発明の研磨材料は、好ましくは、
研磨材料を提供するステップと、
目詰まり防止剤と結合樹脂とを含有する目詰まり防止剤組成物を、研磨材料の最外面上に適用するステップと、
研磨材料を加熱することによって、結合材料から亀裂を有するフィルムを形成し、亀裂によって目詰まり防止コーティングの全表面上に網状微細構造を形成するステップと、を含む方法によって製造される。

本発明の研磨材料は、切り屑排出能力が優れており、非常に改善された切削性能を有する。

本発明の最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨材料は、一般的に知られている研磨材料の最外面上にコーティングされた目詰まり防止剤組成物を含む。目詰まり防止剤組成物がコーティングされる研磨材の種類は、特に限定されないが、従来目詰まり防止剤が研磨作業に使用されている種類のものであってよい。このような研磨材としては、接合研磨材料、被覆研磨材料、および不織研磨材料などの多くの種類が挙げられる。

たとえば、接合研磨材料は、結合樹脂によって固定された多数の研磨粒子を含む。被覆研磨材料は、結合樹脂によって基材に固着された研磨粒子を含む。不織研磨材料は、結合樹脂によって三次元不織基材の中または上に固着された研磨粒子を含む。それぞれの種類の研磨材は、様々な形態を取ることができる。たとえば、被覆研磨材料は、第１の層（メイクコートとも呼ばれる）と、第１の層またはその中に固着された複数の研磨粒子と、第２の層（サイズコートとも呼ばれる）と、を含むことができる。場合によっては、第３の層（スーパーサイズコートとも呼ばれる）をサイズコートの上に適用することができる。さらに、被覆研磨材料は、ベルト、ディスク、およびシート（ｓｅａｔ）の形態であってよい。

研磨材料の最外面とは、目詰まり防止剤組成物がコーティングされない場合に、研磨される物体が接触する研磨材料の表面を意味する。すなわち、この最外面は、メイクコートおよびサイズコートが存在する場合、サイズコートの表面を意味し、一方、メイクコートのみが存在する場合は、メイクコートおよび研磨粒子の表面を意味する。また、不織研磨製品および結合研磨製品の場合には、最外面は、接合に使用された樹脂の表面を意味する。

目詰まり防止剤組成物は、目詰まり防止剤と、結合樹脂と、溶媒とを含有するコーティング溶液を意味する。目詰まり防止剤は、従来使用されているものなどであってよく、典型的には、目詰まり防止効果を有する金属せっけん、特にステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、およびステアリン酸リチウムなどのステアレート、脂肪酸金属塩、ワックス、および黒鉛を挙げることができる。フッ化炭化水素などの添加剤を併用することもできる。

結合樹脂は、亀裂を有するフィルムを形成することができ、それによってコーティングの全表面上に網状微細構造を形成できるようなものであってよい。コーティングの亀裂および網状微細構造は、樹脂の硬度およびフィルム形成条件を調整することによって一般に形成することができる。樹脂の硬度は、ガラス転移温度（Ｔｇ）を変化させることによって調整される。フィルム形成条件は、加熱の温度および時間を変化させることによって調整される。溶媒中に分散させた粒子状樹脂が、一般に結合樹脂に使用される。この溶媒は実質的に水からなる水性溶媒であってよい。結合樹脂は、好ましくは水性ラテックスまたは水性樹脂エマルジョンの形態である。

結合樹脂は、３５℃以上、好ましくは４０〜１５０℃、より好ましくは５０〜１３０℃のＴｇ値を有する。結合樹脂のＴｇ値が３５℃未満であると、形成される目詰まり防止コーティングの粘着性が高くなりすぎて目詰まり防止機能が失われる場合がある。結合樹脂の種類としては、天然ゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリルゴム、クロロプレンゴムおよびメチル−ブタジエンゴムなどのラテックス、ならびにアクリルおよび酢酸ビニルのエマルジョンが挙げられる。好ましい結合樹脂は、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリルゴムおよびスチレン−ブタジエンゴムである。

目詰まり防止剤組成物は、目詰まり防止剤と、結合樹脂と、溶媒とを混合することによって調製される。目詰まり防止剤組成物の成分に関しては、界面活性剤、可塑剤、帯電防止剤、調湿剤、消泡剤、着色剤、顔料、および充填材などの従来知られている添加剤を、典型的に使用される量で、これらと混合することができる。各成分は、適量の溶媒中にあらかじめ分散させた形態で混合することもできる。

結合樹脂は、固形分重量を基準にして、形成された目詰まり防止コーティングの５〜５０％、好ましくは１０〜４０％、より好ましくは１５〜３５％を構成する量で目詰まり防止剤組成物中に含まれる。目詰まり防止コーティング中の結合樹脂含有率が５％未満であると、結合樹脂成分の比率が低すぎるため、被覆研磨材料表面上への目詰まり防止剤の保持に悪影響が生じ、結合樹脂含有率が５０％を超えると、結合樹脂成分の比率が目詰まり防止コーティングよりも高くなり、切り屑の付着を防止するという目詰まり防止剤本来の機能に悪影響が生じる。

目詰まり防止剤組成物は、はけ塗り、ロールコーティング、フローコーティング、ダイコーティング、および吹き付け塗装などの方法によって、研磨材料の最外面に適用される。その適用は、使用される砥粒の大きさおよび量、ならびに研磨材料の用途に応じて適宜変化させることができ、一般には乾燥コーティング重量として約１〜７５ｇ／ｍ^２、好ましくは約９〜４０ｇ／ｍ^２である。

次に、好ましくは、選択された結合樹脂から亀裂を有するフィルムを形成して、その亀裂によってコーティングの全表面に網状微細構造を形成するのに適切な温度および時間で、目詰まり防止剤組成物が適用された研磨材料が加熱され、乾燥される。この加熱条件は当業者によって適切に決定することができる。

たとえば、研磨材料は、結合樹脂のＴｇよりも高い温度、好ましくは結合樹脂のＴｇよりも１〜６０℃高い温度、より好ましくは結合樹脂のＴｇよりも１０〜４０℃高い温度に加熱される。結合樹脂のＴｇ未満の加熱温度では、結合樹脂が乾燥して粒状のままとなってフィルムが形成されなかったり、不十分なフィルムが形成されたりし、一方、結合樹脂のＴｇよりも６０℃を超えて高い加熱温度では、目詰まり防止剤組成物のフィルムが均一になりすぎて、亀裂による網状微細構造が得られなくなる。

加熱時間は０．５〜３０分、好ましくは１〜１５分である。０．５分未満の加熱時間では、溶媒の揮発および乾燥が不十分となり、目詰まり防止機能が発揮されず、一方、３０分を超える加熱時間では、目詰まり防止剤組成物およびフィルムの均一化の低下および変色が起こる。

得られた目詰まり防止コーティングは、結合樹脂の粒子が融合することによってフィルムが形成され、そのコーティングの外観は透明になる。すなわち、本発明の方法によって得られた目詰まり防止コーティングは、光透過性を示す。その相対透過率は、１％以上、好ましくは２〜５０％、より好ましくは１０〜４０％である。目詰まり防止コーティングの相対透過率が１％未満であると、目詰まり防止剤組成物からフィルムが形成されず、そのため本発明の効果が得られないと判断される。

また、亀裂によってコーティングの全表面上に形成された網状微細構造に関して、最大網目の最長直径は１０００μｍ以下、好ましくは１〜７００μｍ、より好ましくは５〜５００μｍである。最大網目の最長直径が１０００μｍを超えると、切り屑排出能力が低下し、このことは、亀裂を有する微細構造を有する目詰まり防止剤組成物の剥離によって示される。亀裂によるコーティングの網状微細構造は、研磨粒子の大きさによっても変化する。網目の寸法は、顕微鏡観察によって測定される。

ところで、目詰まり防止剤組成物が適用された研磨材料は、従来、選択された溶媒の乾燥に十分となる温度および時間においてのみ加熱されており、その結果、結合樹脂は粒状のまま維持され、フィルムは形成されず、そのコーティングの外観は不透明である。その理由は、目詰まり防止コーティングからフィルムを形成すると、目詰まり防止剤が研磨材料表面から脱落し、切り屑の排出機能に悪影響が生じるなどの問題が発生し、そのため最低限の性能に加熱が制限されていたと考えられてきたからである。

最外面上に目詰まり防止コーティングを有する本発明の研磨材料は、種々の工作物、木材、ファイバーボード、およびパーティクルボードなどの木質材料、ガラス繊維、ワニス、ポリエステルコーティング、ステンレス表面、車体用充填材、セラミックス、ガラス、ラテックスから開始する塗料および油性塗料、油性プライマーおよび水性プライマー、ならびにアルミニウム、ステンレス鋼、および軟鋼などの金属を研磨するために使用することができる。

以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、それに限定されるものではない。特に明記しない限り実施例中の「部」および「％」は重量を基準としている。

実施例１
目詰まり防止剤組成物の製造
日本のサンノプコ株式会社（Ｓａｎ Ｎｏｐｃｏ Ｃｏ．Ｌｔｄ．）製造の商品名ノプコ１０９７−ＡＨ（ＮＯＰＣＯ １０９７−ＡＨ）であるステアリン酸カルシウム分散体（固形分５５％）を、日本のヤマト科学株式会社（Ｙａｍａｔｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏ．Ｌｔｄ．）製造のラボスターラー・モデルＬＲ−５１８（ＬＡＢＯ−ＳＴＩＲＲＥＲ ＭＯＤＥＬ ＬＲ−５１８）であるミキサーを使用し５００ｒｐｍの回転数で撹拌しながら、日本の日本ゼオン株式会社（Ｚｅｏｎ Ｃｏｒｐ．）製造の商品名ニポールＬＸ３１１（ＮＩＰＯＬ ＬＸ３１１）であるスチレン−ブタジエン−アクリロニトリルラテックス（水性分散体、固形分４９％、Ｔｇは１０５℃）を加え、室温で１０分間撹拌した。この混合物の比率は、ステアリン酸カルシウム対アクリロニトリル−ブタジエンゴムの固形分重量比が８／２となるように調整した。

最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨材料の製造
３Ｍリミテッド（３Ｍ Ｌｔｄ．）製造の被覆研磨材材料「ユニ」（Ｕｎｉ）（Ｐ１２０グレード）を用意した。ゴム製ハンドローラーを使用して、上記目詰まり防止剤組成物を、この被覆研磨材料のサイズコートの表面上に適用した。適用量は、４インチ×６インチの領域に対して乾燥コーティング重量として０．３ｇであった。オーブンの温度を１２０℃に設定し、続いて、目詰まり防止剤組成物が適用された研磨材料をそのオーブンに入れ、２．５分間加熱した。その後、研磨材料を取り出し、冷却した。

電子顕微鏡を使用して、形成された目詰まり防止コーティングの表面を１５０倍の倍率で観察した。図１は、実施例１の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。目詰まり防止コーティングから、亀裂を有するフィルムが形成されており、網状微細構造が確認できる。日本の株式会社日立製作所（Ｈｉｔａｃｈｉ，Ｌｔｄ．）製造の分光光度計「Ｕ−４０００」を使用して、この目詰まり防止コーティングの相対透過率を測定すると３５％となる。亀裂による最大網目の最長直径は約２００μｍである。

研磨試験
得られた被覆研磨材材料から、評価試料用の直径１２５ｍｍのディスクを打ち抜いた。３Ｍリミテッド（３Ｍ Ｌｔｄ．）製造のパテ「ハイソフトスーパー」（Ｈｉｇｈ Ｓｏｆｔ Ｓｕｐｅｒ）を鋼製パネル基材に適用し、それを乾燥させ、硬化させた。研磨荷重５ｋｇ、研磨時間３分、および研磨回数３回の条件下で、硬化したパテを、３Ｍリミテッド（３Ｍ Ｌｔｄ．）製造のダブルアクションサンダー「３９６５」で研磨した。現行の加熱条件で製造した比較例１の研磨ディスクを使用して得られた研磨量（重量）を１００％とすると、この研磨量は１１８％となった。

次に、研磨に使用した後の目詰まり防止コーティングの表面について、電子顕微鏡を使用して１５０倍の倍率で観察した。図２は、使用後の実施例１の研磨材料の目詰まり防止コーティングを示す電子顕微鏡写真である。目詰まり防止コーティングの微細構造が破砕され、目詰まり防止剤が効果的に脱落している。

実施例２
オーブンの設定温度を１１０℃に変更したことを除けば実施例１と同じ方法で、最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨試験用研磨材料を得た。この目詰まり防止コーティングの性質および試験結果を表１に示す。図３は、実施例２の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。図４は、使用後の実施例２の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。

比較例１
オーブンの設定温度を１００℃に変更したことを除けば実施例１と同じ方法で、最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨材料を得た。図５は、比較例１の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。目詰まり防止コーティングからフィルムは形成されず、透明な外観は得られていない。株式会社日立製作所（Ｈｉｔａｃｈｉ，Ｌｔｄ．）製造の分光光度計「Ｕ−４０００」を使用して、この目詰まり防止コーティングの相対透過率を測定すると０％となる。明確な亀裂による網目は形成されていない。

得られた被覆研磨材料を使用したことを除けば、実施例１と同じ方法で研磨試験を行った。この場合得られた研磨量（量）を１００％として、これを他の実施例および別の比較例で得られた研磨量の基準とした。図６は、使用後の比較例１の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。目詰まり防止剤の粒子は部分的に脱落し、目詰まり防止コーティングは破砕されていない。

比較例２
オーブンの設定温度を９０℃に変更したことを除けば実施例１と同じ方法で、最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨試験用研磨材料を得た。この目詰まり防止コーティングの性質および試験結果を表１に示す。図７は、比較例２の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。図８は、使用後の比較例２の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。

表１

実施例１の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。 使用後の実施例１の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。 実施例２の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。 使用後の実施例２の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。 比較例１の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。 使用後の比較例１の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。 比較例２の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。 使用後の比較例２の研磨材料の目詰まり防止コーティングの表面を示す電子顕微鏡写真である。

Claims (5)

1. 最外面上に目詰まり防止コーティングを有する研磨材料であって、
   前記目詰まり防止コーティングが、目詰まり防止剤と結合樹脂とを含有し、
   前記結合樹脂から亀裂を有するフィルムが形成され、
   前記亀裂によって前記目詰まり防止コーティングの全表面上に網状微細構造が形成される、研磨材料。
2. 前記微細構造の最大網目の最長直径が１０００μｍ以下である、請求項１に記載の研磨材料。
3. 前記結合樹脂が３５℃以上のガラス転移温度を有する、請求項１に記載の研磨材料。
4. 粒子状樹脂を乾燥させることによって、前記結合樹脂からフィルムが形成される、請求項１に記載の研磨材料。
5. 前記粒子状樹脂が、水性ラテックスまたは水性樹脂エマルジョンである、請求項４に記載の研磨材料。

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