JP2018511489A - 不織布研磨物品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は概して、不織布研磨物品及びそれらの製造及び使用方法に関する。
不織布研磨物品は、一般に、不織布ウェブ(例えば、嵩高で目の粗い繊維不織布ウェブ)と、研磨粒子と、バインダー剤(通常、「バインダー」と呼ばれる)とを有し、このバインダー剤は、不織布ウェブ内の繊維を互いに接着させ、研磨粒子を不織布ウェブに固定する。不織布研磨物品の例としては、3M社(3M Company)(ミネソタ州、セントポール)から商品名「SCOTCH−BRITE」として販売されているもののような、不織布研磨ハンドパッド並びに表面仕上げ研磨ディスク及びベルトが挙げられる。
(概要)
上記の開示にもかかわらず、本発明者らは、期せずして、好適な条件下で、研磨粒子が繊維軸の周りで四方八方に垂直に延びた状態でこれらの研磨粒子が1つの層として(好ましくは密集して)配置されるように、研磨材小板(abrasive platelet)を不織繊維ウェブの繊維に沿って連続的に被覆することができることを見出した。
不織布研磨物品であって、
交絡した繊維を含む嵩高で目の粗い不織繊維ウェブと、
少なくとも1つのバインダー材料によって交絡した繊維に固定された研磨材小板とを備え、
研磨材小板の大多数は、それぞれ、交絡した繊維の少なくとも1本に縁部方向で接着されている、不織布研磨物品を提供する。
i)複数の交絡した繊維を含む嵩高で目の粗い不織繊維ウェブを提供するステップと、
ii)嵩高で目の粗い不織繊維ウェブの少なくとも一部分を第1の硬化性バインダー前駆体で被覆して、被覆された繊維ウェブを提供するステップと、
iii)複数の研磨材小板を第1の硬化性バインダー前駆体の少なくとも一部分に静電沈着させるステップと、
iv)第1の硬化性バインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化するステップとを含み、
研磨材小板の大多数は、各々、交絡した繊維の少なくとも1本に縁部方向で接着されている。
繊維に接着された研磨材小板に関する「縁部方向で接着される」という用語は、研磨材小板が主にそれらの周縁部で繊維に接着されていることを意味する。
一体型研磨ホイール及び渦巻型研磨ホイールなどの不織布研磨ホイールは、ダイヤモンド又は立方晶硝酸化ホウ素(cubic boron nitrate)研磨粒子のような超砥粒を含有する嵩高な繊維状の接着された不織布シート又はウェブから作製することができる。そのようなシート又はウェブは、典型的にはスラリー状の硬化性バインダー前駆体を不織繊維ウェブ上に又はそれ全体に被覆することを含む処理によって製造され得る。一体型又は渦巻型研磨ホイールの形成において、不織繊維ウェブは、典型的には、嵩高で目の粗い不織布物品に用いられる不織繊維ウェブに比べて圧縮(すなわち、高密度化)されている。
静電コーティングを使用して、研磨材小板をメイクコート処理された不織繊維ウェブに塗布する。静電コーティングの間、静電荷が研磨粒子に加えられ、これにより粒子と電気的に接地された不織布ウェブとの間に電位差が生じる。電位差は、不織布ウェブに研磨粒子を引き寄せる。静電コーティングは、研磨粒子を方向付ける傾向があり、より良好な研磨性能をもたらす傾向がある。
第1の実施形態において、本開示は、
交絡した繊維を含む嵩高で目の粗い不織繊維ウェブと、
少なくとも1つのバインダー材料によって交絡した繊維に固定された研磨材小板とを備え、
研磨材小板の大多数はそれぞれ、交絡した繊維の少なくとも1本に縁部方向で接着されている、不織布研磨物品を提供する。
i)複数の交絡した繊維を含む嵩高で目の粗い不織繊維ウェブを提供するステップと、
ii)嵩高で目の粗い不織繊維ウェブの少なくとも一部を第1の硬化性バインダー前駆体で被覆して、被覆された繊維ウェブを提供するステップと、
iii)複数の研磨材小板を第1の硬化性バインダー前駆体の少なくとも一部に静電沈着させるステップと、
iv)第1の硬化性バインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化するステップとを含み、
研磨材小板の大多数は各々、交絡した繊維の少なくとも1本に縁部方向で接着されている。
v)不織布研磨物品を渦巻型研磨ホイール又は一体型研磨ホイールのうちの少なくとも1つに転換するステップを更に含む、第9又は第10の実施形態による方法を提供する。
特に指示のない限り、実施例及び本明細書の残りの部分における全ての部、割合、比率などは、重量による。
3枚の100倍の顕微鏡写真を、研磨粒子で被覆されたウェブの表面の代表的領域から得る。次に、顕微鏡写真を詳しく調べ、ウェブ繊維に対するそれら粒子の定性的方向を判断する。粒子が、点又は縁で繊維表面に接着されている場合、粒子は半径方向に方向付けられていると数えられる。粒子が主面の繊維表面に接着している場合、粒子は接線方向に方向付けられていると数えられる。また、各粒子の付着点において、繊維の中心からその粒子の遠位端までの距離を測定する。
直径6インチ(15.24cm)厚さ0.5インチ(1.27cm)の試験用研磨ホイールを据付け型バルドー(Baldor)3馬力モータの軸に取り付ける。直径2.0インチ(5.08cm)厚さ0.125インチ(3.175mm)のステンレス鋼管加工対象物が、移動可能な運搬台に取り付けられたSLO−SYN単相同期モータ(SS700)に取り付けられる。加工対象物は、SLO−SYNモータを使用して32rpmで縦軸を中心に回転するように設定され、研磨ホイールはバルドーモータを使用して3450rpmで回転するように設定されている。加工対象物の端部は、その縦軸線の周りで回転しながら、8ポンド(3.6kg)又は10ポンド(4.5kg)のいずれかの選択可能な荷重で周辺の研磨ホイールに押し付けられる。この試験の間、予め計量しておいたこの回転管の端部を、予め計量しておいた研磨ホイールに選択された試験荷重で15秒間隔で押し付け、続いて15秒の非接触時間を設けた。各研磨試験は、加工対象物が研磨ホイールに接触した合計時間15分を含んで合計30分間実行する。合計切削は加工対象物の重量損失によって決定され、研磨ホイールの摩耗は研磨ホイールの重量損失によって決定される。結果は、各試験荷重での試験研磨ホイール毎に切削及び摩耗(グラム)として報告する。
試験対象の直径3インチ(7.62cm)の不織布研磨ディスクを、3馬力の電気サーボモータに取り付ける。このモータはX−Yテーブル上に配置され、このX−Yテーブルには、6インチ×14インチ×1/2インチ(150mm×360mm×13mm)の1018炭素鋼パネルが固定されている。次に、回転工具を作動させ、9000rpmで無負荷で回転させる。次に、研磨物品を、3ポンド(1.4kg)の荷重でパネルに対して5度の角度で押し付ける。次に、この工具を、−X方向に4.7インチ/秒(120mm/秒)の速度で12.53インチ(318.3mm)の経路を、続いて、−Y方向に14.0インチ/秒(356mm/秒)の速度で0.290インチ(7.35mm)の経路を、続いて、+X方向に4.7インチ/秒(120mm/秒)の速度で12.53インチ(318.3mm)の経路を、続いて、−Y方向に14.00インチ/秒(355.6mm/秒)の速度で0.290インチ(7.35mm)の経路を、通過するように設定した。このシーケンスを10回繰り返してX方向に合計20回通過させる。パネルの長さに沿ったこのような20回の通過が、合計8サイクルの間に各サイクルにおいて完了する。パネルの質量を各サイクルの前後で測定し、加算して、8サイクルの終わりに累積質量損失(切削)を計算する。ディスクを試験の完了(8サイクル)の前後で計量して磨耗を判断する。各実施例について試験したサンプルの数を表3に報告する。
ランド・マシーン社(ニューヨーク州マセドン)から商品名「RANDO WEBBER」として入手可能なエアレイド繊維ウェブ形成機で、不織布ウェブを形成した。繊維ウェブは、64dtex(58d)のナイロン6,6繊維25%と、78dtex(70d)のナイロン6繊維75%から形成した。ウェブの重量は約415グラム/平方メートル(gsm)(99グレーン/24平方インチ)であった。不織布ウェブをスクリム織物(16×16平織ナイロンSTYLE 6713531、ハイランド・インダストリーズ社(Highland Industries)(ノースカロライナ州、グリーンズボロ)製)に針で仮付けして固定した。このウェブを2本型ロールコータに運び、そこでプレボンド樹脂を乾燥添加重量(dry add-on weight)586gsm(140グレーン/24平方インチ)で塗布した。プレボンド樹脂は以下の組成(全て成分重量に対する百分率)、すなわち、PU3を54.1%、CUR2を19.9%、PMAを26%有した。被覆されたウェブを、330°F(166℃)で4.5分間対流式オーブンに通すことにより、プレボンド樹脂を非粘着性状態に硬化し、厚さ約5.8mm、坪量1147gsm(274グレーン/24平方インチ)のプレボンド不織繊維ウェブを得た。
上記のプレボンド上へ、PR51%、水46.8%、POL2.1%、及びDYN0.1%からなる接着剤を湿潤添加210gsmまでスプレーした。次に、この湿潤コーティングにSAP1研磨粒子402gsmを滴下コーティングで塗布した。次に、粒子被覆されたウェブを対流オーブンで88℃(190°F)で15分間、107℃(225°F)で15分間、最後に163℃(325°F)で15分間加熱した。結果的に得られた複合体を方向試験によって評価した。複製物を3個作製した。方向試験結果を表2及び表3に報告する。
比較例Bは、接着剤を湿潤添加420gsmまでスプレーしたことを除いて、比較例Aと全く同様に製造した。方向試験結果を表2及び表3に報告する。
実施例1は、研磨粒子を静電コーティングによって塗布したことを除いて、比較例Aと全く同様に製造した。粒子をプレートに接触させ、次に11kVの電位に帯電させた。それらの粒子を、重力に抗して、接地プレートに取り付けられたウェブの接着剤被膜面に静電転写した。粒子は、静電場の力を受けて垂直に移動し、不織布ウェブの個々の繊維上に沈着し、半径方向に方向付けられた。方向試験結果を表2及び表3に報告する。
実施例2は、研磨粒子の50%を滴下コーティング(第1回)で、その後50%を静電コーティングで塗布したことを除き、実施例1と全く同様に製造した。方向試験結果を表2及び表3に報告する。
研磨ディスク
PR21.4重量%、PME13.2重量%、CA4.6重量%、AL2.5重量%、BC0.9重量%、及びMIN57.4重量%からなるサイズコートをスプレーして、比較例Aと実施例1及び実施例2上に741gsmの湿潤添加(177グレーン/24平方インチ)を作製し遂げ、次に、それを163℃で15分間硬化させた。この研磨ディスクを、それぞれ比較例Cと実施例3及び実施例4であるとみなした。結果的に得られた複合体をディスク研磨試験によって評価した。複製物を2個作製した。試験結果を以下の表4に報告する。
一体型不織布研磨ホイール及び渦巻型不織布研磨ホイールを、静電スプレーを使用してまた使用せずに製造した。乾燥スプレー鉱物プロセスでは、空気のみを使用してウェブ上に研磨粒子を進ませる。静電プロセスでも空気を用いて研磨材を進ませるが、更にガン(ゲマ社(Gema USA、Inc.)(インディアナ州、インディアナポリス)製のEASY SELECT MANUAL POWDER GUN USING A GEMA VOLSTATIC CONTROL BOXとして入手)の出口先端部の電極を介して粒子に電荷を付与する。
119g/m2の24デニールのナイロン繊維のエアレイド不織布ウェブを、38.9重量部のA1と、35.86重量部の水と、21.51重量部のWUと、3.07重量部のA2と、0.39重量部のGreenと、0.26重量部のBlackと、0.0002重量部のDFとからなる30g/m2(乾燥)のアクリル/ウレタンバインダーでスプレーコーティングすることによって実施例5の一体型研磨ホイールを作製し、続いて華氏285度で6分間加熱した。次に、57.8重量部のPU1と、12.14重量部のCURと、2.89重量部のER1と、15.03重量部のKBF4と、5.78重量部のPMAと、2.89重量部のLiStと、2.31重量部のシリカと、1.16重量部のPEGとからなる174g/m2(乾燥)のメイクコーティングをロールコーティングで塗布した。次に、593g/m2のSAP2を静電スプレーにより塗布し、続いて華氏300度で5分間加熱した。次に、55.59重量部のPU2と、7.73重量部のCURと、2.78重量部のER1と、22.79重量部のPMAと、3.34重量部のLiStと、1.95重量部のシリカと、1.11重量部のPEGと、3.34重量部のCaStと、0.56重量部のER2と、0.83重量部のUVAとからなる474g/m2(乾燥)のサイズ樹脂をロールコータで塗布した。得られた研磨材組成物を8層積み重ね、型に入れ、0.5インチ(1.27cm)の厚さに圧縮した。この型を華氏240度のオーブンに6時間入れ、取り出した後、得られた研磨材スラブを最終密度12g/立方インチ(0.74g/cm3)の直径6インチ(15.24cm)の一体型研磨ホイールに切断した。
実施例6は、十分な張力下で直径1インチ(2.54cm)のフェノールコアの周りに432インチ(11m)巻き付けることにより、研磨ウェブ組成物を回旋研磨ホイールに転換して、最終密度12g/立方インチ(0.74g/cm3)の直径6インチ(15.24cm)の研磨ホイールを作成したことを除いて、実施例5と全く同様に作製した。
Claims (16)
- 交絡した繊維を含む嵩高で目の粗い不織繊維ウェブと、
少なくとも1つのバインダー材料によって前記交絡した繊維に固定された研磨材小板と、を備え、
前記研磨材小板の大多数はそれぞれ、前記交絡した繊維の少なくとも1本に縁部方向で接着されている、不織布研磨物品。 - 前記研磨材小板は、三角形状の研磨材小板を含む、請求項1に記載の不織布研磨物品。
- 前記研磨材小板は、前記交絡した繊維の長さに沿って密集している、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 前記不織布研磨物品は、ハンドパッド;フロアパッド;又は、表面仕上げパッド、ディスク、若しくはベルトを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の不織布研磨物品。
- 前記研磨材小板は、名目上、同じサイズ及び形状を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の不織布研磨物品。
- 前記研磨材小板の大多数は、それらが接着される前記交絡した繊維に直交するように配置されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の不織布研磨物品。
- 前記研磨材小板は、上面及び下面とそれらの間に配置される複数の側壁とによって境界付けられる、成形された研磨材小板を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の不織布研磨物品。
- 螺旋状に巻回され圧縮された請求項1〜7のいずれか一項に記載の不織布研磨物品を備える、渦巻型不織布研磨ホイール。
- 不織布研磨物品を製造する方法であって、
i)複数の交絡した繊維を含む、嵩高で目の粗い不織繊維ウェブを準備するステップと、
ii)前記嵩高で目の粗い不織繊維ウェブの少なくとも一部分を第1の硬化性バインダー前駆体で被覆して、被覆された繊維ウェブを準備するステップと、
iii)複数の研磨材小板を前記第1の硬化性バインダー前駆体の少なくとも一部分に静電沈着させるステップと、
iv)前記第1の硬化性バインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化するステップと、を含み、
前記研磨材小板の大多数はそれぞれ、前記交絡した繊維の少なくとも1本に縁部方向で接着されている、方法。 - 前記第1の硬化性バインダー前駆体及び研磨材小板の少なくとも一部分を第2の硬化性バインダー前駆体で被覆するステップと、前記第2の硬化性バインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化するステップとを更に含む、請求項9に記載の方法。
- 前記不織布研磨物品を、少なくとも1つのハンドパッド;少なくとも1つのフロアパッド;又は、少なくとも1つの表面仕上げパッド、ディスク、若しくはベルトのうちの少なくとも1つに転換するステップを更に含む、請求項9又は10に記載の方法。
- v)前記不織布研磨物品を渦巻型研磨ホイール又は一体型研磨ホイールのうちの少なくとも1つに転換するステップを更に含む、請求項9又は10に記載の方法。
- 前記研磨材小板は、三角形状の研磨材小板を含む、請求項9〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記研磨材小板は、前記交絡した繊維の長さに沿って密集している、請求項9〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記研磨材小板の大多数は、それらが接着される前記交絡した繊維に直交するように配置されている、請求項9〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記研磨材小板は、成形された研磨材小板を含む、請求項9〜15のいずれか一項に記載の方法。
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