JP2008535960A - 研磨手段、熱の作用による色の変化に対してポリマーを安定化させるためのアルカリ金属のフルオロアルミン酸塩またはアルカリ土類金属のフルオロアルミン酸塩の使用、及びテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウム及びその他の研磨活性充填剤からなる混合物 - Google Patents

研磨手段、熱の作用による色の変化に対してポリマーを安定化させるためのアルカリ金属のフルオロアルミン酸塩またはアルカリ土類金属のフルオロアルミン酸塩の使用、及びテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウム及びその他の研磨活性充填剤からなる混合物 Download PDF

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Abstract

本発明は研磨活性充填剤を用いる研磨手段に関する。前記研磨手段は、一般的には、支持体、研磨粗粒及びバインダー系からなる。研磨手段の研磨作用及び寿命を改良するために、結合剤系が合成したアルカリ金属のフルオロアルミン酸塩及び/またはアルカリ土類金属のフルオロアルミン酸塩、特にアルカリ金属のテトラフルオロアルミン酸塩、好ましくはテトラフルオロアルミン酸カリウムを、１種以上の研磨作用を有する追加の充填剤とともに含む。本発明はまた、熱の作用による色の変化に対してポリマーを安定化させるための、アルカリ金属のフルオロアルミン酸塩及び/またはアルカリ土類金属のフルオロアルミン酸塩、好ましくはテトラフルオロアルミン酸カリウム及び/またはペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの使用に関する。本発明は更に、４:２乃至２:４の質量比の、テトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウム、及びその他の研磨活性充填剤からなる混合物に関する。

Description

本発明は、研磨材及び研磨材における研磨作用を有する充填剤としての特別な無機フッ化物の使用に関する。本発明はまた、染料を安定化するための特別な無機フッ化物の使用に関する。
製品、加工中の製品、部品または、木材、金属、合金、プラスチック、セラミック、石またはその他の材料の同様な構築物の表面は研磨材を用いて平滑化または加工されうることは公知である。
研磨材は通常、以下の基本的な成分、すなわち、支持体、研磨粒子及びバインダー系を用いて形成されるボンディングを含む。
研磨粒子としては、酸化アルミニウム(コランダム)、炭化珪素、ガラスのような二酸化珪素、火打石、ジルコニウム及びアルミニウムの溶融酸化物またはエメリーのような多結晶質物質が第一に使用される。研磨粒子の選択及び粒度は用途に依存する。研磨粒子はバインダーにより支持体に固定される。バインダーは凝固して研磨粒子を支持体に固定させる。同様にバインダーを含む被覆層が、通常この上に塗布される。したがって、ベースボンディング及びカバーボンディングという用語が使用される。
ベースボンディングは研磨粒子を支持体にしっかりと固定する、すなわち、研磨粒子は実質的にその底部表面よってのみ結合され、研磨粒子は直接不規則な高さ及び間隔で外側に広がる。被覆層またはカバーボンディングは、研磨粒子間のすき間を充填することにより研磨粒子を固定する。塗布される量、すなわち層の厚さは研磨粒子の寸法に依存する。
２種類の異なる支持体間、つまり可撓性及び剛性の支持体間には違いがある。使用される可撓性支持体は、例えば、繻子織、きめの細かいキャンバス地、繊維複合材料、紙またはこれらの材料の組み合わせである。
完成した研磨材は、例えば、連続したテープ、ベルトまたはシートの形で使用されうる。
研磨粒子はまた剛性支持体にも適用されうる。剛性支持体を有する研磨材は、例えば、研磨ディスク、研磨ドリル、砥石または分割ディスクである。
研磨粒子を支持体に結合させるためには幅広い種類のバインダーが有用である。使用されるバインダーは、例えば、グルーまたは合成接着剤、例えば、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、尿素-ホルムアルデヒド樹脂、好ましくはフェノール樹脂を含む系である。バインダー系の選択はさまざまであり、研磨材が使用される用途に依存する。例えば、顔料、酸化防止剤、湿潤剤または安定剤のような種々の助剤がこれらのバインダー系に添加されうる。公知の助剤の範囲は大きく、同様に研磨材が使用される目的に依存する。
研磨材は、はじめは比較的高い切削性能を有する。しかしながら、これは種々の理由のために使用中に低下し、最終的には経済的使用がもはや確保されず、したがって研磨材が廃棄されなければならない価値に達する。切削性能の低下の主要な理由の一は、金属の研磨中に、研磨工程中に暴露される金属表面が非常に反応性であるということである。これらの新たな金属表面、特に研磨された金属粒子が研磨材物質に“溶接”する。暴露された表面の酸化もまた観察され、この場合には形成された金属酸化物膜または金属酸化物層は、一般的には酸化されていない金属そのものより硬い。これは研磨粒子に非常に高い応力をもたらし、温度の上昇を伴う。これは研磨材のホットランニングと呼ばれる。
ボンディングから最も遠くに突出する研磨粒子が最初に加工される金属表面と接触する。この研磨粒子が“溶接結合”を形成すると、加工中の製品上で摩擦力が増大し、その結果個々の研磨粒子がばらばらになったり割れたりする。しばしばこのことが一層起こると、研磨表面が一層すり減って、被覆層からあまり遠くへ突出しない研磨粒子が効果的になる。このようにして研磨表面は支持材または支持体に近づく。最終的に研磨表面が完全に汚染する。他方、かなりの割合の研磨粒子がすり減っていなくても、研磨表面がしばしば汚染する。このようにして、研磨材粒子自体の有用性が使い果たされる前に研磨材が使用できなくなる。
したがって、研磨作用を改良するためには、とりわけ、溶接を防ぐことを意図する研磨作用を有する充填剤を含むバインダー系が被覆層に使用される。最もよく知られている充填剤は、ハロゲン化金属単体または、例えば、フルオロアルミン酸ナトリウム、特に氷晶石のようなアルカリ金属のヘキサフルオロアルミン酸塩、または、例えばフルオロホウ酸カリウムのようなアルカリ金属のフルオロホウ酸塩のようなハロゲン化金属錯体である(米国特許第3 541 737号明細書；米国特許第3 997 302号明細書)。
効率の改良された、したがって寿命の増大した研磨材を提供することが本発明の目的である。
目的は、バインダー系に、研磨作用を有する充填剤としての、一般式MnAlFy(式中、Mはアルカリ金属であり、nは２以下であり、yはn+3である)、または一般式Mn(AlFy)2(式中、Mはアルカリ土類金属であり、nは２以下であり、yはn+3である)の１種以上の合成フルオロアルミン酸塩、及び１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤を含む研磨材により達成される。
純粋な化合物または化合物の混合物のいずれかがバインダー系に使用され存在しうる。
前述の式の研磨作用を有する充填剤の、１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤に対する質量比は、好ましくは４：２乃至２：４であり、特に好ましくは３：２乃至２：３であり、更に好ましくは２．５：２乃至２：２．５である。
本発明においては、アルカリ金属はリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムであって、好ましくはカリウムであり、好ましいアルカリ土類金属はカルシウムである。バインダー系は、前述の式の研磨作用を有する充填剤として、好ましくはアルカリ金属のテトラフルオロアルミン酸塩、特にテトラフルオロアルミン酸カリウム(KAlF4)、あるいはテトラフルオロアルミン酸カリウムとペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの混合物を含む。これに代わる態様においては、本発明による研磨材は、好ましくは、５６０乃至５７２℃の融点を有するテトラフルオロアルミン酸カリウム(KAlF4)及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウム(K2AlF5)の混合物を含み、特にアルカリ金属のフルオロアルミン酸塩としての、５６０乃至５７２℃の融点を有するテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸カリウムの混合物、更にカリウム氷晶石及び/またはナトリウム氷晶石及び/またはテトラフルオロホウ酸カリウム及び/またはフッ化カリウムを含む。
テトラフルオロアルミン酸カリウムまたはテトラフルオロアルミン酸カリウムとペンタフルオロアルミン酸ジカリウム及び研磨作用を有するその他の充填剤、例えば、ナトリウム氷晶石またはカリウム氷晶石のようなアルカリ金属のヘキサフルオロアルミン酸塩、及び/またはテトラフルオロホウ酸カリウム(KBF4)のようなアルカリ金属のテトラフルオロホウ酸塩及び/またはフッ化カリウムのような金属フッ化物の混合物が、同様に本発明により提供される。テトラフルオロアルミン酸カリウムまたはテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの研磨作用を有する更なる充填剤に対する質量比は、好ましくは４：２乃至２：４であり、特に好ましくは３：２乃至２：３であり、更に好ましくは２．５：２乃至２：２．５である。
フッ化金属錯体は、公知の方法で、例えば、適するアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物、炭酸塩または水酸化物を添加して、適するアルミニウム化合物とフッ化水素酸とを反応させることにより得られる。
研磨工程においては、切削エネルギーの約６０％が熱エネルギーに変換される。研磨作用を有する充填剤をベースボンディングまたはカバーボンディングに添加すると、研磨材の形成速度が増加し、摩擦の結果失われるエネルギーの一部が切削エネルギーに変換されうる。
更なる充填剤とともに研磨作用を有する充填剤としての合成したアルカリ金属のテトラフルオロアルミン酸塩を添加すると、研磨材の切削性能及び寿命が期待以上に改良されうることが見出された。
本発明の一実施態様においては、研磨材は、支持体として可撓性支持材、ベース及びカバーバインダーとして接着剤、特に熱硬化性接着剤、及び研磨粒子を、本発明にしたがって、ベースボンディング及びカバーボンディングの両方またはカバーボンディングのみに存在しうる研磨作用を有する充填剤とともに含む。
カバーボンディングは、実質的に、研磨中には一般的な比較的高温で分離することなく、十分に接着して所望の程度に軟化するポリマー、特にエラストマー物質からなる。そのようなポリマーは公知である。一実施態様においては、pHが酸性の範囲であるバインダー系が使用される。これらの酸性バインダー系は、充填剤を添加しても粘度に深刻な変化を生じないという利点を有する。バインダー系は、顔料、染料、酸化防止剤、湿潤剤または安定剤のような通例の添加剤とともにポリマーを含みうる。例えば、氷晶石またはアルカリ金属のフルオロホウ酸塩のような研磨作用を有する充填剤は、通常カバーボンディングに分散している。
本発明によれば、研磨作用を有する充填剤としての合成したアルカリ金属及び/またはアルカリ土類金属のフルオロアルミン酸塩は、１種以上の研磨作用を有する公知の充填剤との組み合わせで、バインダー系に/中で混合または分散される。
本発明の一実施態様においては、研磨作用を有する充填剤はベースボンディング及びカバーボンディングの両方に存在する。
カバーボンディングは、単一層としてまたは第二の被覆層の塗布による“マルチボンディング”の形で塗布されうる。第二の層は同様に活性充填剤を含みうる。この“マルチボンディング”の目的は、研磨中の早い時点でそれらの性質を利用しうるために、研磨粒子の先端でも活性充填剤を利用しうることである。
ベースボンディング及びカバーボンディング用のバインダー組成物は、同一でも異なっていてもよい。組成物の選択は、いずれの場合にも研磨材が使用される目的に依存する。
適用されるバインダー系の量は、多くの因子、例えば、研磨粒子の粒度、適用される研磨粒子の量、すなわち研磨粒子の間隔、バインダー系の固体含量等に依存する。適用される量は、いずれの場合にも被覆層が使用中に研磨される表面に非常に接近するのに十分な量である。研磨粒子が完全に被覆されるのは望ましくない。このことは加工される表面に“グリースを塗ること”になり、ほとんどまたはまったく物質が除去されないことは公知である。研磨粒子の先端は被覆されないで自由であるべきである。非常に一般的には、微細な研磨粒子の場合より比較的粗い研磨粒子の場合に被覆層がより多量に塗布されなければならないと言われている。しかしながら、バインダー系組成物の最適量は容易に決定されうるし、本発明の対象ではない。
一実施態様においては、カバーボンディングは、カバーボンディングの乾燥質量に対して、総量で６０質量％以下、好ましくは４乃至４５質量％、特に１０乃至４５質量％の研磨作用を有する充填剤を含む。別の実施態様においては、アルカリ金属のテトラフルオロアルミン酸塩、好ましくは、テトラフルオロアルミン酸カリウムが、前述の総量で１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤とともに研磨作用を有する充填剤として使用される。添加される充填剤の量は、充填剤の微粉度(粒度)に依存する。
テトラフルオロアルミン酸カリウムまたはペンタフルオロアルミン酸ジカリウムとのその混合物及び研磨作用を有する公知の充填剤、例えば、氷晶石及び/またはフルオロホウ酸カリウムのようなアルカリ金属のフルオロホウ酸塩及び/または金属のフッ化物からなる、またはこれらを好ましくは８５質量％以上含む混合物は、同様に本発明により提供される。好ましい質量比はすでに記載した。
好ましい実施態様においては、研磨作用を有する本発明の充填剤の総量のカバーボンディングの乾燥質量に対する割合は３０乃至４５質量％である。
別の実施態様においては、合成したテトラフルオロアルミン酸カリウム及び氷晶石またはテトラフルオロアルミン酸カリウム及びテトラフルオロホウ酸カリウムの種々の混合比、例えば、５０：５０、４０：６０または２０：８０の混合物が、研磨作用を有する充填剤としてバインダー系に分散されているか添加されている。混合比は、すべての帯域幅が含まれるような比である。
研磨作用を有する充填剤として氷晶石のみが提供される被覆層と比較して、切削性能がかなり改良されることが見出された。切削性能は、氷晶石の代わりに純粋にテトラフルオロアルミン酸カリウムを添加することにより２０％改良されるであろう。テトラフルオロアルミン酸カリウムと氷晶石の混合物を使用する場合には、物質の除去における改良は６０％であった。テトラフルオロアルミン酸カリウムとテトラフルオロホウ酸カリウムの混合物の場合には、研磨作用を有する充填剤として氷晶石のみを含む研磨材と比較して、物質の除去が実質的に１５０％増大した。
本発明の研磨材は、好ましくは金属の研磨に使用される。
本発明による添加は、バインダー系の流動性及び湿潤性にプラスの影響を及ぼすことが見出された。更に、フェノール樹脂バインダー系が使用される場合には、界面の性質に及ぼすプラスの影響が観察された。フェノール樹脂が使用される場合には、安定な色の基質が得られること、特にバインダー系の温度に依存する色変化がないことが同様に観察された。したがって、本発明は更に、熱の作用により引き起こされる色の変化に対してポリマーを安定化させるための、式MnAlFyまたはMn(AlFy)2(式中、M、x及びyは前述の定義のとおりである)のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフルオロアルミン酸塩の使用を提供する。
好ましい種類の使用は、テトラフルオロアルミン酸カリウムまたはテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの混合物、例えば、５６０乃至５７２℃の融点を有するテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの混合物の使用である。
ポリマーは、グルーまたは合成樹脂、例えば、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、尿素-ホルムアルデヒド樹脂、好ましくはフェノール樹脂を含むか、それらからなる。
グルーまたは合成樹脂は、好ましくは研磨粒子の結合のためのバインダーである。
以下の実施例は本発明を説明するが、その範囲を限定しない。
［実施例１〜５］
ベースバインダーであるフェノール樹脂は、綿/PEの織物含む含浸させた支持材である支持体にゴムローラーにより塗布した。次いで研磨粒子をまだ湿っているベースバインダーに塗布した。乾燥後、フェノール樹脂及び添加剤を含む被覆層を塗布した。活性充填剤として、テトラフルオロアルミン酸カリウム、氷晶石、テトラフルオロホウ酸カリウム及びそれらの混合物を被覆層のバインダー系に混合した。ステンレス鋼ST 37からなる金属プレートを２．５バールの一定圧力において標準条件下で研磨した。
Figure 2008535960
結果は、物質の除去において有意な改良を示す。研磨作用を有する本発明の充填剤の更なる利点は、それらの添加が研磨材の有用性を大いに増大させうる、すなわち研磨材の寿命を増大させうるということである。

Claims (17)

  1. 支持体、研磨粒子及びボンディング、特にベースボンディング及びカバーボンディングを含む研磨材において、前記研磨材が、バインダー系に、研磨作用を有する充填剤としての、一般式MnAlFy(式中、Mはアルカリ金属であり、nは２以下であり、yはn+3である)、または一般式Mn(AlFy)2(式中、Mはアルカリ土類金属であり、nは２以下であり、yはn+3である)の１種以上の合成フルオロアルミン酸塩、及び１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤を含むことを特徴とする研磨材。
  2. 前記研磨材が、式MnAlFyのアルカリ金属のフルオロアルミン酸塩及び１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤を２：３乃至３：２の質量比で含む請求項１記載の研磨材。
  3. 前記研磨材が、ボンディング中に研磨作用を有する充填剤としてアルカリ金属のテトラフルオロアルミン酸塩を含む請求項１記載の研磨材。
  4. 前記研磨材が、ボンディング中に、研磨作用を有する充填剤としてのアルカリ金属のテトラフルオロアルミン酸塩及び、１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤としてのアルカリ金属のヘキサフルオロアルミン酸塩、アルカリ金属のフルオロホウ酸塩及び金属フッ化物からなる群から選択される１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤を含む請求項１記載の研磨材。
  5. 前記研磨材が、アルカリ金属のヘキサフルオロアルミン酸塩としてナトリウム氷晶石またはカリウム氷晶石を含む請求項４記載の研磨材。
  6. 前記研磨材が、アルカリ金属のフルオロホウ酸塩としてフルオロホウ酸カリウムを含む請求項４記載の研磨材。
  7. 前記研磨材が、金属フッ化物としてフッ化カリウムを含む請求項４記載の研磨材。
  8. 前記研磨材が、アルカリ金属のフルオロアルミン酸塩として、５６０乃至５７２℃の融点を有するテトラフルオロアルミン酸カリウム(KAlF4)及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウム(K2AlF5)の混合物を含む請求項１記載の研磨材。
  9. 前記研磨材が、５６０乃至５７２℃の融点を有するテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸カリウムの混合物、及びその上に、カリウム氷晶石及び/またはナトリウム氷晶石及び/またはテトラフルオロホウ酸カリウム及び/またはフッ化カリウムを含む請求項４乃至７のいずれかに記載の研磨材。
  10. 前記ボンディング中、好ましくはカバーバインダー混合物中に、前記研磨材が、研磨作用を有する充填剤としての合成したアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフルオロアルミン酸塩及び１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤を、カバーバインダー混合物の乾燥質量に対して、総量で６０質量％以下、好ましくは４乃至４５質量％含む請求項１記載の研磨材。
  11. 前記研磨材が可撓性支持体を含む請求項１乃至１０のいずれかに記載の研磨材。
  12. 熱の作用により引き起こされる色の変化に対してポリマーを安定化させるための、式MnAlFyまたはMn(AlFy)2(式中、M、x及びyは前述の定義のとおりである)のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のフルオロアルミン酸塩の使用。
  13. テトラフルオロアルミン酸カリウムまたはテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの混合物が使用される請求項１２記載の使用。
  14. ５６０乃至５７２℃の融点を有するテトラフルオロアルミン酸カリウム及びペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの混合物が使用される請求項１３記載の使用。
  15. 前記ポリマーが、グルーまたは合成樹脂、例えば、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、尿素-ホルムアルデヒド樹脂、好ましくはフェノール樹脂を含むか、それらからなる請求項１２記載の使用。
  16. 前記グルーまたは合成樹脂が、研磨粒子のボンディング用のバインダーである請求項１５記載の使用。
  17. テトラフルオロアルミン酸カリウムまたはテトラフルオロアルミン酸カリウムとペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの、１種以上の研磨作用を有する更なる充填剤に対する質量比が、４:２乃至２:４である、特に好ましくは３：２乃至２：３である、更に好ましくは２．５：２乃至２：２．５である、テトラフルオロアルミン酸カリウムまたはテトラフルオロアルミン酸カリウムとペンタフルオロアルミン酸ジカリウムの、研磨作用を有するその他の充填剤との混合物。
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