JP5174300B2 - Foamed polyurethane composition for abrasive cloth and polyurethane foam abrasive cloth - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨布用のポリウレタン組成物およびそのポリウレタン組成物を発泡硬化させて得られる研磨布に関し、さらに詳細にはレンズ、眼鏡、プリズムなどのガラス製品、あるいはシリコンウェハなどを研磨するときに使用する研磨布を形成するポリウレタン組成物およびその組成物からなる研磨布に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリウレタン組成物を発泡硬化させて得られる研磨布は、該研磨布に形成される無数の孔に微細な研磨材を担持させ、この担持された研磨材によってガラス製品あるいはシリコンウェハなどの被研磨物表面を研磨するシート状の発泡体である。このような研磨布は、研磨材を担持するための孔と、研磨で生じた研磨屑を捕捉し排出するための孔が必要である。ここで、研磨材を固定するためには、比較的小径寸法の孔が適し、一方研磨屑の捕捉排出のためには、比較的大径寸法の孔が適している。このため、比較的小径寸法の孔から比較的大径寸法の孔まで、前記発泡体の孔は分布していることが望ましい。
【０００３】
このような発泡体を得る従来の方法は、基本的にイソシアネート成分と、鎖延長剤としてポリオールないしポリアミン、さらには架橋剤、発泡剤、触媒などを一様に撹拌混合し、重合反応させるものである。
【０００４】
上記の一般的な発泡体の製造方法によれば、発泡体の内部ないし表層に形成される孔の寸法が分散しており、上記のような研磨布用ポリウレタン発泡体として適しているように見えるが、孔径の寸法の分布が非常に広く、また平均の孔径寸法も比較的大きすぎて、上記のような研磨布用ポリウレタン発泡体として適当ではなかった。
【０００５】
このため、上記のような組成物に、シリコーン系などの整泡剤を添加してポリウレタン発泡体を製造する方法が提案されている。このようなシリコーン系整泡剤を添加した場合においては、研磨の使用目的に適した孔径寸法のポリウレタン発泡体を得ることが可能である。しかしながら、このようなシリコーン系整泡剤を使用した場合、反対に孔径寸法が分散せず、つまり、ほぼ一様な大きさの孔が形成されるために、逆に研磨効率が悪くなるという欠点があった。
【０００６】
また、研磨材として使用される酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化第二鉄、酸化クロムなどを添加し、これらの物質に発泡剤を兼ねさせ、適当なばらつきがあり、かつ所定の孔径を有する発泡体を得る方法が知られている（特公昭５２−２２６８９号公報）。しかしながら、この方法によれば、多量の上記研磨材を添加することは発泡体の特性を損なうなどの欠点があり、用途が限定されてくるという欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記欠点を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、孔径寸法が適当に分布し、かつ適当な平均孔径寸法を有する研磨布用ポリウレタン発泡体を製造するための組成物および研磨布を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨布用発泡ポリウレタン組成物は、ウレタンプレポリマー、硬化剤の他に、比表面積が１〜４０ｍ2／ｇである充填剤を含有し、そのことにより上記目的が達成される。
【０００９】
一つの実施態様では、前記ウレタンプレポリマーとして、構成成分であるポリブチレンアジペートまたはポリエチレンアジペートを用いて得られるポリエステル系ポリウレタンプレポリマー、構成成分であるポリテトラメチレンエーテルまたはポリプロピレンエーテルを用いて得られるポリエーテル系ポリウレタンプレポリマー、ポリカーボネート系ポリウレタンプレポリマー、およびポリカプロラクトン系ポリウレタンプレポリマーのいずれも使用することができる。前記硬化剤として、４，４’−メチレン−ビス（２−クロロアニリン）、または１，４−ブタンジオールが挙げられる。
【００１０】
別の一つの実施態様では、前記ポリオールとして、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリカプロラクトン系ポリオールのいずれも使用され得、前記ジイソシアネート化合物として、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートおよびメチレンジフェニルジイソシアネートからなる群から選択される少なくとも１種を含有し得る。
【００１１】
これらの発泡ポリウレタン組成物は、必要に応じて、シリコーン整泡剤、水および触媒を含む。
【００１２】
また、本発明による研磨布用発泡ポリウレタン組成物の製造方法は、上記各々の組成物を発泡硬化させて得ることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明を更に詳しく説明する。
【００１４】
本発明の研磨布はポリウレタン組成物から製造され、いわゆるプレポリマー法やワンショット法で製造することができる。
【００１５】
プレポリマー法とは、ポリオール成分とイソシアネート成分との反応物であるウレタンプレポリマーを用い、ジアミン類またはジオール類、発泡剤、触媒を添加混合して得られるウレタン組成物を硬化させる方法である。本発明のウレタンプレポリマーとして、ポリエステル系ポリウレタンプレポリマー、ポリエーテル系ポリウレタンプレポリマー、ポリカーボネート系ポリウレタンプレポリマー、およびポリカプロラクトン系ポリウレタンプレポリマーのいずれも使用することができる。このプレポリマー法を用いることにより、毒性を少なくすることができ、発泡を容易にかつ安定して実施できるので、フォーム製造の際、不良品の発生を少なくするための方法として、特にモールド製品、硬質フォームの現場発泡などでは有効な方法である。
【００１６】
ワンショット法とは、ポリオール類、イソシアネート類、ジアミン類またはジオール類、そして発泡剤、触媒等を混合して得られるウレタン組成物を硬化させる方法である。ワンショット法で製造される研磨布のためのポリウレタン組成物は、イソシアネート化合物として、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートおよびジフェニルメタンジイソシアネートより選択された一種以上を使用し得る。
【００１７】
このようなイソシアネート化合物を使用するのは、耐摩耗性に優れ、かつ引き裂き強度も良好で、研磨布用ポリウレタン発泡体として長年使用できる利点があるからである。
【００１８】
このようなイソシアネート化合物と組み合わされる重合剤（鎖延長剤）としては、本発明においてポリオール系、ポリエステル系、ポリアミン系のいずれもが使用可能であり、基本的に限定されるものではない。このようなポリウレタン組成物に添加されるシリコーン系整泡剤は、前記ポリウレタン発泡体の孔寸法を制御するために添加される。このようなシリコーン系整泡剤は、本発明において基本的に限定されるものではなく、従来この種の発泡体を製造する時に使用するシリコーン系整泡剤を使用することができる。たとえば、軟質ウレタンフォーム用、半硬質ウレタンフォーム用、硬質ウレタンフォーム用、ポリエステルウレタンフォーム用などの一種以上であることができる。
【００１９】
このようなシリコーン系整泡剤は、前述のポリウレタン組成物１００重量部に対し、好ましくは０．０５〜１０重量部添加する。０．０５重量部未満であると、整泡作用が充分でなく、所望の孔寸法の発泡体が得られない恐れがあり、一方１０重量部を越えると、整泡効果に差が見られないばかりか、ブリードし接着不良を起こすという欠点を生じる恐れがある。
【００２０】
本発明で使用される充填剤は、ガラスやシリコンウエハなどの研磨速度向上のために、添加される。充填剤の比表面積は、１〜４０ｍ2／ｇである。１ｍ2／ｇ未満であると、研磨性能が出ないという欠点があり、比表面積が４０ｍ2／ｇを越えると、被研磨物表面に傷がつくという欠点がある。充填剤の好ましい比表面積は、５〜１５ｍ2／ｇである。
【００２１】
充填剤の平均粒径は１０００〜３０００ｎｍであるのがよい。１０００ｎｍ未満であると、研磨性能が出にくく、３０００ｎｍを越えると、被研磨物表面に傷がつくという欠点を生じる。
【００２２】
本発明で使用される充填剤としては、たとえば酸化セリウム、酸化ジルコニウムなどの一種以上を挙げることができる。
【００２３】
充填剤は、好ましくはポリウレタン組成物１００重量部に対し、０．０１〜３０重量部添加する。添加量が０．０１重量部未満であると、孔寸法に充分なばらつきが形成しない恐れがあり、３０重量部を越えると、大寸法の孔が多くなり過ぎ、研磨材を充分に保持できない恐れを生じる。
【００２４】
本発明のポリウレタン組成物には、従来この種の組成物に添加される架橋剤、発泡剤、触媒などを添加することができる。
【００２５】
発泡剤としては、たとえば酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化第二鉄、酸化クロム、水などの一種以上を使用することができる。すなわち、本発明において使用される発泡剤は基本的に限定されるものではない。また、架橋剤および触媒も、本発明において限定されるものではなく、上記重合剤（鎖延長剤）などの種類を勘案し機能的に選択することができる。
【００２６】
このようなポリウレタン組成物を使用して、次のようにして研磨布用ポリウレタン発泡体を製造することができる。
【００２７】
まず、ポリウレタン組成物の各配合成分を撹拌し均一にしてから、モールド中に設置し、重合硬化させてポリウレタン発泡体を製造する。この際、重合硬化温度は１０〜６０℃であるのが好ましい。１０℃未満であると、充分に発泡重合硬化しない恐れがあり、一方６０℃を越えると、反応が早すぎて亀裂を生じる欠点を生じる恐れがある。また、上記重合時間は１〜６０分であるのがよい。１分未満であると、充分に重合架橋しない恐れがあり、一方６０分を越えると、不均一な組成となる可能性がある。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて以下に詳細に説明する。
（実施例１）
ポリエステル系ウレタンプレポリマー ２００重量部
４，４’−メチレン−ビス（２−クロロアニリン） ５重量部
トリメチレンジアミン（触媒） １重量部
水（発泡剤） ３重量部
シリコーン整泡剤（硬質ウレタンフォーム用） １重量部
充填剤（酸化セリウム、比表面積７ｍ2／ｇ） ５重量部
上記粘調性のウレタン組成物を容器にとり、高速撹拌機で良く混合し、その均質混合液をモールド中に注ぎ、重合反応を行わせ、硬化したものをモールドより取り出し、次いで、０．５〜８ｍｍ厚のシートにスライスし穴径を測定した。この結果前記穴径は０．１〜３ｍｍ直径に分散しており、良好な研磨材粉末の保持と研磨屑の排出効果があることがわかった。
（実施例２）
２，４−トリレンジイソシアネート ５０重量部
ポリエステルポリオール（分子量１０００） １００重量部
１，４ブタジエンオール（架橋剤） １０重量部
ジメチルエタノールアミン（触媒） ０．７重量部
水（発泡剤） ３重量部
トリメチレンジアミン（触媒） ０．３重量部
シリコーン整泡剤（硬質ウレタンフォーム用） １重量部
充填剤（酸化ジルコニウム、比表面積５ｍ2／ｇ） ０．３重量部
（比較例１）
ジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート １１１重量部
ポリエステルポリオール（分子量１０００） １００重量部
エチレングリコール（架橋剤） １０重量部
トリエチレンジアミン（触媒） １重量部
水（発泡剤） ３重量部
シリコーン整泡剤（硬質ウレタンフォーム用） １重量部
シリカＡ（比表面積１００ｍ2／ｇ） ５重量部
（比較例２）
ジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート ９８重量部
ポリエステルポリオール（分子量１０００） １００重量部
１，４ブタジエンオール（架橋剤） １０重量部
ジメチルエタノールアミン（触媒） ０．７重量部
水（発泡剤） ３重量部
トリエチレンジアミン ０．３重量部
シリコーン整泡剤（硬質ウレタンフォーム用） １重量部
シリカＢ（比表面積１８０ｍ2／ｇ） ０．５重量部
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、比表面積の比較的小さい充填剤を添加したため、所定の寸法範囲に大きな孔および小さな孔が分布した発泡体からなる研磨布を製造することができるという利点がある。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polyurethane composition for an abrasive cloth and an abrasive cloth obtained by foaming and curing the polyurethane composition, and more specifically, used for polishing glass products such as lenses, glasses and prisms, or silicon wafers. The present invention relates to a polyurethane composition forming an abrasive cloth and an abrasive cloth comprising the composition.
[0002]
[Prior art]
A polishing cloth obtained by foaming and curing a polyurethane composition has a fine abrasive material carried in innumerable holes formed in the abrasive cloth, and an object to be polished such as a glass product or a silicon wafer by the carried abrasive material. It is a sheet-like foam whose surface is polished. Such a polishing cloth requires a hole for supporting the abrasive and a hole for capturing and discharging polishing waste generated by polishing. Here, a hole with a relatively small diameter is suitable for fixing the abrasive, while a hole with a relatively large diameter is suitable for catching and discharging the polishing debris. For this reason, it is desirable that the pores of the foam are distributed from a relatively small diameter hole to a relatively large diameter hole.
[0003]
The conventional method of obtaining such a foam is basically a method in which an isocyanate component and a polyol or polyamine as a chain extender, as well as a crosslinking agent, a foaming agent, a catalyst, and the like are uniformly stirred and mixed to cause a polymerization reaction. is there.
[0004]
According to the above general method for producing a foam, the dimensions of the pores formed in the inside or the surface layer of the foam are dispersed, and it seems to be suitable as a polyurethane foam for an abrasive cloth as described above. However, the pore size distribution is very wide and the average pore size is relatively large, which is not suitable as a polyurethane foam for an abrasive cloth as described above.
[0005]
For this reason, a method for producing a polyurethane foam by adding a silicone-based foam stabilizer to the above composition has been proposed. When such a silicone-based foam stabilizer is added, it is possible to obtain a polyurethane foam having a pore size suitable for the intended use of polishing. However, when such a silicone-based foam stabilizer is used, the pore size is not dispersed on the contrary, that is, since pores of almost uniform size are formed, the polishing efficiency is worsened. was there.
[0006]
Also, cerium oxide, zirconium oxide, ferric oxide, chromium oxide, etc. used as abrasives are added, and these substances also serve as a foaming agent, and have a suitable variation and a foam having a predetermined pore size. Is known (Japanese Patent Publication No. 52-22689). However, according to this method, the addition of a large amount of the above-described abrasive has the disadvantage that the properties of the foam are impaired, and the use is limited.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to eliminate the above-mentioned drawbacks, and the object of the present invention is to produce a polyurethane foam for an abrasive cloth having an appropriately distributed pore size and an appropriate average pore size. And a polishing cloth.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The foamed polyurethane composition for an abrasive cloth of the present invention contains a filler having a specific surface area of 1 to 40 m 2 / g in addition to the urethane prepolymer and the curing agent, thereby achieving the above object.
[0009]
In one embodiment, as the urethane prepolymer, a polyester-based polyurethane prepolymer obtained by using polybutylene adipate or polyethylene adipate as a constituent, or a polytetramethylene ether or polypropylene ether obtained as a constituent. Any of an ether-based polyurethane prepolymer, a polycarbonate-based polyurethane prepolymer, and a polycaprolactone-based polyurethane prepolymer can be used. Examples of the curing agent include 4,4′-methylene-bis (2-chloroaniline) or 1,4-butanediol.
[0010]
In another embodiment, polyester polyol, polyether polyol, polycarbonate polyol, or polycaprolactone polyol can be used as the polyol, and 2,4-tolylene diisocyanate, , 6-tolylene diisocyanate and methylene diphenyl diisocyanate may be included.
[0011]
These polyurethane foam composition optionally comprises a silicone foam stabilizer, the water contact and catalyst.
[0012]
The method for producing a foamed polyurethane composition for abrasive cloth according to the present invention is characterized by being obtained by foaming and curing each of the above compositions.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in more detail.
[0014]
The abrasive cloth of the present invention is produced from a polyurethane composition and can be produced by a so-called prepolymer method or one-shot method.
[0015]
The prepolymer method is a method of curing a urethane composition obtained by adding and mixing diamines or diols, a foaming agent and a catalyst using a urethane prepolymer which is a reaction product of a polyol component and an isocyanate component. As the urethane prepolymer of the present invention, any of a polyester-based polyurethane prepolymer, a polyether-based polyurethane prepolymer, a polycarbonate-based polyurethane prepolymer, and a polycaprolactone-based polyurethane prepolymer can be used. By using this prepolymer method, toxicity can be reduced, and foaming can be carried out easily and stably, so as a method for reducing the occurrence of defective products during foam production, This is an effective method for in-situ foaming of rigid foam.
[0016]
The one-shot method is a method of curing a urethane composition obtained by mixing polyols, isocyanates, diamines or diols, a foaming agent, a catalyst, and the like. The polyurethane composition for the polishing cloth produced by the one-shot method can use one or more selected from 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate and diphenylmethane diisocyanate as the isocyanate compound.
[0017]
The reason why such an isocyanate compound is used is that it has excellent wear resistance and good tear strength and can be used as a polyurethane foam for polishing cloth for many years.
[0018]
As the polymerization agent (chain extender) combined with such an isocyanate compound, any of polyol, polyester, and polyamine can be used in the present invention, and is not basically limited. The silicone-based foam stabilizer added to such a polyurethane composition is added to control the pore size of the polyurethane foam. Such a silicone type foam stabilizer is not fundamentally limited in this invention, The silicone type foam stabilizer conventionally used when manufacturing this kind of foam can be used. For example, it can be one or more of a flexible urethane foam, a semi-rigid urethane foam, a rigid urethane foam, and a polyester urethane foam.
[0019]
Such a silicone type foam stabilizer is preferably added in an amount of 0.05 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyurethane composition described above. If the amount is less than 0.05 parts by weight, the foam regulating action is not sufficient, and a foam having a desired pore size may not be obtained. On the other hand, if it exceeds 10 parts by weight, no difference is observed in the foam regulating effect. In addition, there is a risk of bleeding and causing poor adhesion.
[0020]
The filler used in the present invention is added to improve the polishing rate of glass or silicon wafers. The specific surface area of the filler is 1 to 40 m 2 / g. If it is less than 1 m 2 / g, there is a disadvantage that the polishing performance does not appear, and if the specific surface area exceeds 40 m 2 / g, there is a disadvantage that the surface of the workpiece is damaged. A preferred specific surface area of the filler is 5 to 15 m 2 / g.
[0021]
The average particle size of the filler is preferably 1000 to 3000 nm. If the thickness is less than 1000 nm, the polishing performance is difficult to be obtained, and if it exceeds 3000 nm, the surface of the object to be polished is damaged.
[0022]
Examples of the filler used in the present invention include one or more of cerium oxide and zirconium oxide.
[0023]
The filler is preferably added in an amount of 0.01 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyurethane composition. If the added amount is less than 0.01 parts by weight, there is a risk that sufficient variation in pore size may not be formed, and if it exceeds 30 parts by weight, there will be too many large-sized holes and the abrasive may not be retained sufficiently. Produce.
[0024]
In the polyurethane composition of the present invention, a crosslinking agent, a foaming agent, a catalyst, and the like conventionally added to this type of composition can be added.
[0025]
As the foaming agent, for example, one or more of cerium oxide, zirconium oxide, ferric oxide, chromium oxide, water and the like can be used. That is, the foaming agent used in the present invention is not basically limited. Further, the crosslinking agent and the catalyst are not limited in the present invention, and can be functionally selected in consideration of the type of the above-mentioned polymerization agent (chain extender).
[0026]
Using such a polyurethane composition, a polyurethane foam for abrasive cloth can be produced as follows.
[0027]
First, after each mixing component of the polyurethane composition is stirred and uniform, it is placed in a mold and polymerized and cured to produce a polyurethane foam. At this time, the polymerization curing temperature is preferably 10 to 60 ° C. If it is less than 10 ° C, foam polymerization may not be sufficiently cured. On the other hand, if it exceeds 60 ° C, there is a possibility that the reaction is too early to cause a crack. The polymerization time is preferably 1 to 60 minutes. If it is less than 1 minute, there is a possibility that the polymer is not sufficiently crosslinked. On the other hand, if it exceeds 60 minutes, there is a possibility that the composition becomes non-uniform.
[0028]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
Example 1
Polyester urethane prepolymer 200 parts by weight 4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline) 5 parts by weight trimethylenediamine (catalyst) 1 part by weight water (foaming agent) 3 parts by weight silicone foam stabilizer (rigid urethane foam) 1 part by weight filler (cerium oxide, specific surface area 7 m 2 / g) 5 parts by weight Take the above viscous urethane composition into a container, mix well with a high-speed stirrer, and pour the homogeneous mixture into the mold. Then, a polymerization reaction was performed, and the cured product was taken out from the mold, and then sliced into 0.5 to 8 mm thick sheets to measure the hole diameter. As a result, the hole diameter was dispersed in a diameter of 0.1 to 3 mm, and it was found that there was a good abrasive powder holding effect and polishing scrap discharging effect.
(Example 2)
2,4-tolylene diisocyanate 50 parts by weight Polyester polyol (Molecular weight 1000) 100 parts by weight 1,4 Butadiol (crosslinking agent) 10 parts by weight Dimethylethanolamine (catalyst) 0.7 parts by weight Water (foaming agent) 3 parts by weight Trimethylenediamine (catalyst) 0.3 part by weight Silicone foam stabilizer (for rigid urethane foam) 1 part by weight filler (zirconium oxide, specific surface area 5 m 2 / g) 0.3 part by weight (Comparative Example 1)
Diphenylmethane-4,4'-diisocyanate 111 parts by weight polyester polyol (molecular weight 1000) 100 parts by weight ethylene glycol (crosslinking agent) 10 parts by weight triethylenediamine (catalyst) 1 part by weight water (foaming agent) 3 parts by weight silicone foam stabilizer ( 1 part by weight silica A (specific surface area 100 m 2 / g) 5 parts by weight (Comparative Example 2)
Diphenylmethane-4,4'-diisocyanate 98 parts by weight Polyester polyol (Molecular weight 1000) 100 parts by weight 1,4 Butadiol (crosslinking agent) 10 parts by weight Dimethylethanolamine (catalyst) 0.7 parts by weight Water (foaming agent) 3 parts by weight Part triethylenediamine 0.3 part silicone foam stabilizer (for rigid urethane foam) 1 part silica B (specific surface area 180 m 2 / g) 0.5 part by weight
【Effect of the invention】
According to the present invention, since a filler having a relatively small specific surface area is added, there is an advantage that a polishing cloth made of a foam in which large holes and small holes are distributed in a predetermined size range can be manufactured.
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