JP2015183052A

JP2015183052A - 研磨剤組成物

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Publication number: JP2015183052A
Application number: JP2014059434A
Authority: JP
Inventors: 幸嗣金子; Yukitsugu Kaneko
Original assignee: KEITEKKU KK
Current assignee: KEITEKKU KK
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2014-03-24
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-03-24
Also published as: JP6059674B2

Abstract

【課題】良好な鏡面や光沢のある表面を得ることができ、かつ研磨作業効率の良い、安価で汎用される砥粒用粒子を主剤とする砥粒混合物を含有する研磨剤組成物の提供。
【解決手段】本発明の研磨剤組成物は、平均粒径３〜２０μｍの酸化アルミニウム粒子又は二酸化ケイ素粒子、或いはこれら両粒子から成る砥粒主剤と、平均粒径が０．３〜１０μｍであり、かつ砥粒主剤より平均粒径が小さい炭化タングステン粒子又は炭化チタン粒子との混合物であって、該炭化タングステン粒子又は炭化チタン粒子の含有量が１．５〜２５重量部％である砥粒混合物を含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は表面の仕上げ研磨に用いる研磨剤組成物に関し、特に研磨剤組成物に含有される砥粒混合物に関する。

表面を平滑化して、表面の鏡面化や艶出しを行う仕上げ研磨に用いる研磨剤には、硬質粒子から成る砥粒をそのまま紛体の状態で使用する場合もあるが、砥粒を水性又は油性媒体に分散し、スラリーや半固体状ないしは固体状のペーストとして使用される場合が多い。研磨剤組成物に用いられる砥粒としては、一般に、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）などの粒子が用いられ、ガラス表面の研磨には酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）や酸化セリウム（ＣｅＯ₂）粒子が用いられている。さらには、切削用超硬工具として用いられる焼結合金である超硬合金の原料となる炭化タングステン（ＷＣ）やサーメットの原料となる炭化チタン（ＴｉＣ）などの粒子も用いられる。しかし、これらの炭化金属の粒子は高価な材料であり、一般的な研磨剤の砥粒としてはあまり用いられていなかった。

また、研磨の対象とする表面の材質や要求される平滑化の程度に応じて、種々の研磨剤組成物が提供されている。そして、研磨剤組成物に含有される砥粒は研磨作用に大きく影響し、研磨目的に応じて、砥粒の材質や粒径が提案され、さらには材質の異なる砥粒の組み合わせも提案されている。特許文献１には、光学表面用研磨剤として、０．５μｍ未満の平均粒子サイズを有するアルミナ（酸化アルミニウム）と０．２〜４μｍの平均粒子サイズを有するセリア（酸化セリウム）とを含む水系スラリーから成る研磨配合物が提案されている。ここで用いられるアルミナは本質的にサイズが完全にサブミクロンの粒子の形態であり、この研磨配合物は、光学表面を得るためには有効ではあるが、種々の対象物の表面光沢を得るための研磨においては作業効率に劣る。

特許文献２には、自動車塗装や建築物塗装などの塗装表面を研磨して、光沢のある表面とするための研磨剤組成物が提案されている。この研磨剤組成物の研磨粒子として、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、コロイダルシリカ、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などが挙げられ、特に平均粒子径が０．３〜３μｍのα―アルミナが好ましとされている。そして、平均粒子径が３μｍを超えると、塗装面に研磨傷が付着しやすくなる傾向にあるとしている。

表面の鏡面化や艶出しを行う仕上げ研磨では、研磨剤組成物中の砥粒の作用により、表面に存在する傷を削りとり、充分に除去することが必要である。表面の傷を除去し、光沢のある表面とするためには、砥粒の粒子径は細かいほど有効であり、粒子径が大きいと研磨作業による新たな研磨傷が発生し、完全な鏡面や光沢が得られない傾向となるのは上記特許文献にも示されるとおりである。しかしながら、砥粒の粒子径が小さくなると、表面に存在する傷を削りとる作用が弱くなり、研磨作業効率が低下し、長時間の作業が必要となってしまう。

特表２００２−５０４５８８号公報特開２０１０−１６３５５３号公報

本発明の課題は、良好な鏡面や光沢のある表面を得ることができ、かつ研磨作業効率の良い、安価で汎用される砥粒用粒子を主剤とする砥粒混合物を含有する研磨剤組成物を提供することである。

本発明の研磨剤組成物は、平均粒径３〜２０μｍの酸化アルミニウム粒子又は二酸化ケイ素粒子、或いはこれら両粒子から成る砥粒主剤と、平均粒径が０．３〜１０μｍであり、かつ砥粒主剤より平均粒径が小さい炭化タングステン粒子又は炭化チタン粒子との混合物であって、該炭化タングステン粒子又は炭化チタン粒子の含有量が１．５〜２５重量部％である砥粒混合物を含有する。

さらに前記研磨剤組成物は、前記砥粒混合物を媒体に分散させたものであることが好ましく、媒体は炭化水素系溶剤又は炭化水素系溶剤を含有している媒体であることが好ましい。

本発明の研磨剤組成物の砥粒混合物として、平均粒径が３〜２０μｍの砥粒主剤と平均粒径のより小さい炭化タングステン粒子又は炭化チタン粒子との混合物を用いることで、良好な研磨表面を得ることができると共に研磨作業効率の優れた研磨剤組成物となる。この研磨剤組成物の示す良好な研磨力の作用機構については必ずしも明確ではないが、炭化タングステン粒子や炭化チタン粒子は、砥粒主剤に用いた砥粒に比べて強靭であり、研磨時において砥粒結晶は砥粒主剤に比べて壊れ難い。そのため、研磨時に砥粒主剤の酸化アルミニウムの結晶が壊れるクッション効果による研磨力の低下を防止し、研磨作用を強化する。また、炭化タングステン粒子や炭化チタン粒子は、ボールベアリングにおけるボールのような役割を担い、砥粒主剤の砥粒が研磨面上で転がり運動をしたり、研磨面に衝突運動をしたりするのを助長して、研磨表面を研削し傷を除去する砥粒主剤の研磨作用を強化する役割も果たすと考えられる。

上記のような作用機構により、本発明の研磨剤組成物は良好な研磨力を示すものであるため、砥粒主剤に対して炭化タングステンや炭化チタンの含有量は少なくても効果を発揮する。そして、炭化タングステンや炭化チタンは砥粒主剤である酸化アルミニウムや二酸化チタンに比較し高価であるが、混合する量は少なくて済むため、研磨剤コストの上昇を低減することができる。

また、媒体に炭化水素系溶剤を含有させた場合には、被研磨表面が塗装面や合成樹脂面であれば、含有する溶剤の作用により被研磨表面が軟化し、研磨効果が促進される効果もある。

本発明の砥粒主剤に用いられる酸化アルミニウムとは、化学式ではＡｌ₂Ｏ₃で表され、一般にアルミナと称されるものである。二酸化ケイ素とは、化学式ではＳｉＯ₂で表され、一般にシリカと称されるものである。砥粒主剤として用いられる酸化アルミニウム粒子としては市販されているアルミナ粉の内、平均粒径が３〜２０μｍの範囲にある粒子を使用することができる。ここで、本発明において平均粒径とはフィッシャー法により測定した平均粒径であり、他の砥粒についても同様である。酸化アルミニウム粒子としては、α結晶を含むα−アルミナが好ましく、水酸化アルミニウムを焼成して、焼成後粉砕し、粒度調整した粒子であってもよく、また予め粒度調整をした水酸化アルミニウムを焼成した粒子であってもよい。

二酸化ケイ素粒子としては、珪石、珪砂、石英などを粉砕し、平均粒径を３〜２０μｍに調整した市販のシリカ粉を用いることができる。粉砕方法は乾式、湿式何れであってもよく、平均粒径が調整されておればよい。

以上の砥粒主剤に混合される粒子は、平均粒径が０．３〜１０μｍであり、かつ砥粒主剤より平均粒径が小さい炭化タングステン粒子又は炭化チタン粒子である。砥粒混合物におけるこれらの粒子の含有量は１．５〜２５重量部％である。含有量が１．５重量％未満では研磨作用を強化促進する効果が少なく、また含有量が多くなり２５重量％を超えると、研磨剤コストが高くなるだけでなく、研磨剤組成物の研磨力が減少し、研磨作業時間が長くなり、研磨作業効率が悪くなる。

炭化タングステンや炭化チタンは、超硬合金やサーメットなどの原料紛体として市販されており、それらの紛体より、上記の粒径の範囲を満たすものを選び粒度調整して、それぞれ炭化タングステン粒子や炭化チタン粒子として用いることができる。これらの粒子は、砥粒主剤に用いられる粒子に比較して高価な粒子ではあるが、砥粒混合物における含有量が１．５〜２５重量％の割合で研磨力は良好に維持され、研磨効果は十分に発揮されるので、研磨剤組成物としてのコストアップを抑えることができる。

炭化タングステン粒子や炭化チタン粒子の砥粒主剤への混合方法は、砥粒粒子のみによる乾式混合や各砥粒粒子を媒体に分散させて混合する湿式混合により行い、砥粒混合物とすることができる。研磨剤組成物としては、この砥粒混合物のみを磨き粉として使用することもできるが、バフ研磨などの仕上げ研磨に用いるには媒体に分散させスラリーや半固体ないしは固体状のペーストとした研磨剤組成物として用いることが好ましい。

砥粒混合物を分散させる媒体としては水性又は油性媒体を使用することができる。水性媒体としては、水だけでなく、分散を促進するための各種界面活性剤、アルコール類やグリコール類などの水溶性溶剤、水溶性高分子化合物などを溶解させた水溶液、或いは有機溶剤、ワックス、オイル類を乳化分散させた水性エマルジョン溶液などを例示できる。油性媒体としては、有機溶剤、例えば炭化水素系有機溶剤などや、有機溶剤に高分子化合物、ワックス、オイル類を溶解した油性溶液、或いは有機溶剤に少量の水や前記した水溶液を乳化分散させたエマルジョン溶液などを示すことができる。また、炭化水素系有機溶剤は、石油系溶剤とも称され、パラフィン系、イソパラフィン系、ナフテン系等の溶剤である。さらに、テルペン系溶剤であってもよい。芳香族系炭化水素も使用できるが、有害物もありあまり好ましくない。

研磨剤組成物は上記した水性又は油性媒体に、砥粒混合物を分散させ、スラリー、乳液、半固体状ないしは固体状のペーストとして作製することができる。この場合、媒体の各成分を混合する際に、同時に各砥粒を分散させてもよいし、予め各砥粒を混合した砥粒混合物を分散させてもよく、特に工程は限定されることなく、最終的に砥粒混合物が水性又は油性媒体中に分散された状態の研磨剤組成物となれば良い。

本発明の砥粒混合物を含有する研磨剤組成物の研磨力を確認するために、各種の砥粒混合物を含有する研磨剤組成物を作成し、研磨力の比較を行った。被研磨表面としては、塗装された自動車のボンネット板を用いて、ウールバフを取り付けた電動ポリッシャーを用いてバフ研磨を行い、評価を行った。この際、バフ研磨に先立ち、塗装面にペーパーを当て、被研磨表面にペーパー目を発生させ、次いで各種の砥粒混合物を含有する研磨剤組成物を用いてバフ研磨を行い、目視によるペーパー目が消失するまでの時間を比較することで、研磨力の評価を行った。尚、研磨剤組成物としては、炭化水素系溶剤１８ｇ、ノニオン系界面活性剤１ｇ、水溶性アクリル系高分子化合物１ｇ、水６５ｇから成る懸濁液を媒体として、各種の砥粒混合物１５ｇを分散させて、乳液状とした研磨剤組成物を用いた。

酸化アルミニウム粒子から成る砥粒主剤のみを含有する研磨剤組成物と、砥粒主剤に炭化タングステン粒子を加えた砥粒混合物を含有する研磨剤組成部との研磨力の比較を行った。まず、塗装面に１５００番のペーパーを当て、塗装表面にペーパー目を発生させ、次いで等量の各研磨組成物を用いて、バフ研磨を行い、目視によりペーパー目が消失するまでの時間の比較を行った。その結果、砥粒として極細目（平均粒径５μｍ）の酸化アルミニウムのみを使用した研磨剤組成物と、砥粒としてこの極細目の酸化アルミニウムを砥粒主剤とし、この砥粒主剤に平均粒径２μｍの炭化タングステンを混合し、含有量を５重量％とした砥粒混合物を使用した研磨座組成物との比較では、前者が要する時間に比べ、後者の要する時間は３／４から２／３の時間でよいことが分かった。

ペーパーとして８００番のペーパーを使用し、砥粒として細目（平均粒径２０μｍ）の酸化アルミニウムと平均粒径７μｍの炭化タングステンを使用する他は、実施例１と同様にして比較を行った。その結果、砥粒として酸化アルミニウムのみを使用した場合に比べ炭化タングステンを加えた砥粒混合物を使用した場合は、実施例１と同様に、要する時間は３／４から２／３の時間でよいことが分かった。

また、研磨作業に同じ時間をかける場合には、炭化タングステンを加えた砥粒混合物を使用した研磨剤組成物の場合、炭化タングステンを使用しない研磨剤に比べ研磨剤組成物の量を２〜３割程度減らしてもペーパー目を消すことができた。

このように、砥粒の粒径に係らず、炭化タングステンを混合した砥粒混合物を含有する研磨剤組成物の方が研磨力は高いといえる。

砥粒主剤の細目（平均粒径２０μｍ）の酸化アルミニウムに、平均粒径７μｍの炭化タングステンを混合して、下記の含有量とした砥粒混合物を用いた研磨剤組成物の研磨力を比較するために、実施例２と同様にして、ペーパー目の消える時間の比較を行った結果は次の通りであった。
砥粒混合物（炭化タングステンの含有量）要する研磨時間
（１）炭化タングステンなし（比較例）３０〜３７秒
（２）１重量％２８〜３５秒
（３）１．５重量％２０〜２５秒
（４）２重量％１９〜２４秒
（５）５重量％１８〜２３秒
（６）１０重量％１６〜２１秒
（７）１５重量％１５〜２０秒
（８）２０重量％１５〜２０秒
（９）３０重量％（比較例）２１〜２６秒
（10）４０重量％（比較例）２７〜３５秒

このように、炭化タングステンを１．５重量％以上含有させることで、研磨力は大きく向上するが、２５重量％を超えると研磨力はむしろ低下する傾向にあることが分かった。

極細目（平均粒径５μｍ）の酸化アルミニウムを砥粒主剤とし、この砥粒主剤に平均粒径２μｍと平均粒径７μｍの炭化タングステンをそれぞれ加えて、いずれも炭化タングステンの含有量が２重量％の砥粒混合物とした。これらの砥粒混合物を用いた研磨剤組成物を用いてバフ研磨を行い、実施例２と同様に８００番のペーパーを当てて発生させたペーパー目が消える時間を目視で比較して、研磨力の比較を行ったが、両者の間で研磨力の差は認められなかった。しかし、砥粒混合物として、平均粒径７μｍの炭化タングステンを用いた研磨剤組成物では、ペーパー目は消すことができたが、塗装面に砥粒の噛み込み傷が多く残り、光沢塗装面としては好ましくない結果であった。このように、酸化アルミニウムより平均粒径の大きい炭化タングステンを用いた砥粒混合物は、バフ研磨剤として用いるには好ましいものではないことが分かった。

極細目（平均粒径５μｍ）の酸化アルミニウムを砥粒主剤とし、この砥粒主剤に平均粒径２μｍの炭化タングステンを加えて、含有量を２重量％とした砥粒混合物を用いた研磨剤組成物と、平均粒径５μｍの炭化タングステンのみの砥粒を用いた研磨剤組成物とを用いて、実施例２と同様にして、８００番のペーパーを当てて発生させたペーパー目の消える時間により、研磨力の比較を行った。その結果、前者の砥粒混合物を用いた研磨剤組成物の研磨力が優れていることが分かった。

極細目（平均粒径５μｍ）の炭化タングステンを砥粒主剤とし、この砥粒主剤に平均粒径０．６μｍの酸化アルミニウムを加えて、含有量を２重量％とした砥粒混合物を用いた研磨剤組成物と、極細目（平均粒径５μｍ）の酸化アルミニウムを砥粒主剤とし、この砥粒主剤に平均粒径０．６μｍの炭化タングステンを加えて、その含有量を２重量％とした砥粒混合物を用いた研磨剤組成物とを用いて、実施例２と同様にして、８００番のペーパーを当てて発生させたペーパー目の消える時間により、研磨力の比較を行った。その結果、後者の砥粒混合物を用いた研磨剤組成物の研磨力が優れていることが分かった。

実施例３における酸化アルミニウムに替えて、細目（平均粒径２０μ）の二酸化ケイ素を用いる以外は同様の操作を行った結果、要する研磨時間はほぼ同様であった。また、炭化タングステンに替えて、炭化チタンを使用した場合も、同様であった。

本発明の研磨剤組成物は、自動車塗装や建築物塗装などの塗装表面の仕上げ研磨であるバフ研磨に好ましく適用できる。さらに、プラスチック表面の光沢仕上げや金属、セラミックスの表面仕上げにも好ましく適用できる。その他、ガラスの光学的表面仕上げやＣＭＰの研磨剤組成物としても用いることができる。

Claims

平均粒径３〜２０μｍの酸化アルミニウム粒子又は二酸化ケイ素粒子、或いはこれら両粒子から成る砥粒主剤と、平均粒径が０．３〜１０μｍであり、かつ砥粒主剤より平均粒径が小さい炭化タングステン粒子又は炭化チタン粒子との混合物であって、該炭化タングステン粒子又は炭化チタン粒子の含有量が１．５〜２５重量部％である砥粒混合物を含有する研磨剤組成物。
前記砥粒混合物を媒体に分散させたことを特徴とする請求項１に記載の研磨剤組成物。
前記媒体が、炭化水素系溶剤又は炭化水素系溶剤を含有する媒体であることを特徴とする請求項２に記載の研磨剤組成物。