JP5187547B2

JP5187547B2 - ブラスト加工用研磨材及びその製造法

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Publication number: JP5187547B2
Application number: JP2007137789A
Authority: JP
Inventors: 栄司鈴木; 哲郎山中
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: JP2008246662A

Description

本発明は、ブラスト加工用研磨材及びその製造法に関する。特に、金属製の金型内面の鏡面仕上や自動車部品の鏡面仕上げ処理のブラスト加工に好適なブラスト加工用研磨材及びその製造法に関する。

ブラスト加工とは、各種研磨材を、圧縮空気などで加工対象の製品の表面に吹き付けて、被加工製品表面の凹凸、バリ、錆、汚れ等の除去を行う表面処理方法である。このような表面処理においては、研磨材の選択が重要であり、加工目的に応じてその種類が選択される。

金属製の金型の内面の鏡面仕上処理や、自動車部品等の鏡面仕上処理には、熟練を要するバフ研磨や小型物品に適したバレル研磨は、適した方法とは言えず、大型の物品でも、装置の極端な大型化を必要とせず、かつ、機械を用いて均一な仕上げが可能なブラスト加工が適していると考えられる。

しかし、ブラスト加工はどのような研磨材を使用するかが重要となる。前記金型等は、比較的軟質の金属から製造されているものも多く、これらの表面の光沢仕上げには、その目的に適した研磨材の開発が重要である。

光沢仕上げに適した研磨材としては、平均粒子径が８０μｍ以下程度の微細な研磨材が適しているが、これらはブラスト加工機において詰まりやすいという欠点があった。そこでこれを解決するものとして、特許文献１に記載されるような、樹脂基体中に、砥粒を分散、内在させたもの、特許文献２に記載されるような、比重が１．５乃至２．５になる様に合成樹脂研磨材中にセラミック微粒子が練り込まれ、その外面には不定形なエッジが形成されているものが知られている。

しかしながら、これらの特許文献に記載される研磨材も充分な性能を有するものとはいえない。例えば、特許文献１に記載されるものは、具体的には樹脂と砥粒を例えば、溶融混合し、これを押し出し成型機で押し出してペレット化したり、溶融混合物を粉砕して粉体としたり、転動造粒したりするものである。

これらに記載される樹脂では、弾性力が低く脆いため研磨材としての耐久性に劣るという欠点がある。
また、特許文献２に記載されるものは、不定形なエッジが形成されているため切削力が強く金属の表面を傷つけてしまうという欠点がある。

特開平１１−９０８３３号公報特開２００１−２６９８６９号公報

本発明は、上記の欠点を解決するものであり、ブラスト加工による金属製の金型の内面の鏡面仕上処理や自動車部品などの鏡面仕上処理において、良好な鏡面を形成でき、研磨材の耐久性にも優れたブラスト加工用研磨材及びその製造法を提供するものである。

本発明は、次の事項に関する。
（１）ガラス転移温度が２５℃以下のアクリル系樹脂マトリクス中に予め疎水処理された砥粒が分散し、その形状が略球形状であるブラスト加工用研磨材。
（２）平均粒子径が０．０１〜２ｍｍであり、含まれる砥粒の平均粒子径が０．１〜４００μｍである上記（１）記載のブラスト加工用研磨材。
（３）前記アクリル系樹脂が架橋されている、上記（１）又は（２）記載のブラスト加工用研磨材。

（４）アクリル系単量体を、砥粒の存在下で懸濁重合させ上記（１）ないし上記（３）のいずれかに記載のブラスト加工用研磨材を製造することを特徴とするブラスト加工用研磨材の製造法。
（５）砥粒が、予め疎水処理されたものである上記（４）記載のブラスト加工用研磨材の製造法

本発明によれば、ブラスト加工による金属製の金型の内面の鏡面仕上処理や、自動車部品等の鏡面仕上処理において、良好な鏡面を形成でき、研磨材の耐久性にも優れるという効果を奏するブラスト加工用研磨材及びその製造法を提供することができる。特に、ガラス転移温度が２５℃以下で、アクリル系樹脂を採用したこと、及びその形状が略球形状で疎水処理した砥粒が分散されることにより、研磨材の研磨能力と耐久性の双方に優れる。また、懸濁重合により研磨材を製造できるので粒子径の揃った、均一な研磨材を容易に製造することができる。

本発明になるブラスト加工用研磨材は、アクリル系樹脂のマトリクス中に砥粒が分散してなり、かつ、略球形状である。アクリル系樹脂をマトリクスとすることにより、研磨材の耐久性に優れるという効果がある。
アクリル系樹脂としては、アクリル系の単量体を重合して得られるものであれば特に制限はない。

前記単量体としては、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステル、アルコキシポリアルキレングリコールアクリレート又はアルコキシポリアルキレングリコール（メタ）アクリレート、アクリル酸又はメタクリル酸等が挙げられ、アクリル酸エステル単量体又はメタクリル酸エステル単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−２−エチルヘキシル等のアクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル等のメタクリル酸アルキルエステル、アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−２−ヒドロキシエチルなどの水酸基含有（メタ）アクリル酸エステル、
メトキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール（メタ）アクリレート、
アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。これらは、単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。

アクリル系の単量体には、他の単量体を併用することができる。これらの単量体には、芳香族ビニル単量体として、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレンなど、シアン化ビニル単量体として、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等を併用することもできる。
他の単量体を併用する場合、アクリル系の単量体を主成分として用い、ガラス転移温度が２５℃以下となるように使用する。
これらの中で、アクリル酸アルキルエステルが良好な鏡面を形成できる点で好ましい。なかでも、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルが、その効果が高く、より好ましい。

また、本発明では、アクリル系樹脂を架橋することが好ましく、架橋方法としては分子内に２個以上のビニル基を有する単量体を用いることができる。このような架橋剤の例としては、エチレングリコールジアクリレート、１，３−ブタンジオールジアクリレート、１，４−ブタンジオールジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、アクリル変性ポリジメチルシロキサン等の多価アクリル酸エステル、エチレングリコールジメタクリレート、１，３−ブタンジオールジメタクリレート、１，４−ブタンジオールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、メタクリル変性ポリジメチルシロキサン等の多価メタクリル酸エステル、ジビニルベンゼンなどの芳香族ビニル化合物などが挙げられる。これらは、単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。

その使用量は、単量体総量１００重量部に対して、０．０１〜５０重量部が好ましく、０．１〜３０重量部がより好ましく、０．１〜１０重量部がさらに好ましい。５０重量部を超えて多い場合は架橋点密度が多くなるために樹脂が脆くなり耐久性に劣る傾向があり、０．０１重量部未満では架橋密度が不足して機械強度が低下しやはり耐久性に劣る傾向がある。

本発明に用いるアクリル系樹脂は、そのガラス転移温度は２５℃以下である必要があり、０℃以下がより好ましい。ガラス転移温度が２５℃を超えると弾性力が低く脆いため研磨材としての耐久性に劣る。下限は特に制限はないが、一般的に−８０℃以上のものを用いる。なお、ガラス転移温度は示差走査熱量法（ＤＳＣ法）により測定することができる。

本発明に用いる砥粒としては特に制限はなく、炭化ケイ素、シリカ、窒化ケイ素、酸化チタン、アランダム、ホワイトアランダム、コランダム、グリ−ンコランダム、アルミナ、ジルコニア、６方窒化硼素、ダイヤモンド、セリア、チタニア、ジルコニア、酸化マンガン等の硬質無機微粒子を使用することができる。

これらの砥粒の平均粒子径は、０．１〜４００μｍが好ましく、０．４〜３００μｍがより好ましい。平均粒子径が０．１μｍ未満であると粒子が小さすぎて製造が困難であり、耐久性に劣る傾向があり、一方、４００μｍを超えると研磨効果に劣る傾向がある。
なお平均粒子径はレーザ散乱回析法により測定することができる。

また、研磨材における砥粒の含有量としては特に制限はないが、アクリル系樹脂マトリクスと砥粒に対して５〜８０重量％が好ましく、１０〜６０重量％がより好ましい。この含有量が５重量％未満であると研磨性に劣る傾向があり、一方、８０重量％を超えると耐久性に劣る傾向がある。

本発明になるブラスト加工用研磨材粒子は、略球形状である。
本発明において略球形状とは、真球状か又は真球状に近い滑らかな外観形状である。鋭利な砥粒が表面に一部突出している場合も含まれる。電子顕微鏡写真で撮影した際のその写真は、典型的には図１に示すような球状である。

しかし、写真から真球状とは言い難いことが確認できる場合（例えば、粒子が多少楕円形状である場合）には、その最も長い径である長径とそれに直角方向の短径の比（アスペクト比長径／短径）が２．０以下であることが好ましく、１．５以下であることがより好ましく、１．２以下がさらに好ましい。

このように略球形状であると、研磨材粒子の滑性及び流動性が良くなるために、ブラスト加工時の研磨材の詰まりがなくなり加工作業性の向上が図れる。

本発明になるブラスト加工用研磨材の平均粒子径は０．００１〜２ｍｍであることが好ましく、０．０１〜２ｍｍであることがより好ましい。この値が０．００１ｍｍ未満であると粒子が小さすぎて製造が困難であり、研磨効果に劣る傾向があるので、０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。一方、２ｍｍを超えるものはやはり製造が困難である。

次に、上記のようなブラスト加工用研磨材の製造方法について述べる。
上記のブラスト加工用研磨材の製造法としては、アクリル系単量体を砥粒の存在下で懸濁重合する手法が好ましい方法として挙げられる。

この方法によれば、本発明の略球形状のブラスト加工用研磨材を効率よく、比較的粒径もそろった状態で製造することができる。
この方法では、一般に、分散剤を含む水性媒体中に有機過酸化物等の触媒を溶解したアクリル系単量体を分散してラジカルを発生させて重合を行なう。

分散剤として、難溶性無機塩を用いても、これと界面活性剤を併用してもよく、ＰＶＡなど従来公知の有機分散剤などを使用することもできる。
難溶性無機塩として、リン酸マグネシウム、リン酸三カルシウム等が使用できる。

界面活性剤として、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、その他懸濁重合に一般的に使用されるアニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤のいずれでも使用できる。
有機分散剤として、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、メチルセルロース等が使用できる。

有機過酸化物は、従来公知のものを使用できる。例えば、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネイト等がある。有機過酸化物は、重合性単量体に対して０．００１〜１．０重量％使用されるのが好ましい。有機過酸化物は一種又は二種以上で用いることができる。

本発明になるブラスト加工用研磨材は、前記砥粒をアクリル系単量体に分散させ、これを水性媒体中に添加して、水性媒体中に油滴を分散させ懸濁重合させて得る方法が特に好ましい。

ここで、砥粒は予め疎水処理したものであることが、良好な構造で強度の大きい研磨材を製造することができるので好ましい。
疎水処理剤としては、ステアリン酸、シラン化合物、ワセリン等が挙げられる。
疎水処理剤による処理方法としては、湿式法、乾式法等を用いることができる。

本発明になるブラスト加工用研磨材は、通常市販されているブラスト加工機を使用して、金属金型、自動車部品等の鏡面仕上げなどを目的としたブラスト加工に好適に使用することができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
撹拌翼つき４リットルフラスコに、蒸留水２３７５ｇ、分散剤としてポリビニルアルコール１３ｇ及びリン酸３カルシウム１２ｇを仕込み、窒素置換し、３００回転／分で撹拌しながら、アクリル系単量体としてブチルアクリレート４６８ｇ、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート１２ｇ、疎水処理として予めシランカップリング処理をした炭化珪素粉末（昭和電工（株）製、商品名ＧＣ−６０００、平均粒子径２μｍ）１２０ｇ、有機過酸化物としてラウリルパーオキサイド（ラウロイルパーオキサイド）０．７８ｇ及びｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネイト０．４７ｇの混合液を添加し、次いで蒸留水１００ｇを追加添加して３分間撹拌した後、窒素置換を継続しながら、１時間かけて６０℃まで昇温し、そのまま５時間保温した。

次いで、１時間かけて９５℃まで昇温し、１時間保温し、懸濁重合を完結させた。
得られた懸濁重合液スラリーを小型遠心分離器で分離し、水洗した後、５０℃で１２時間乾燥して、球状のブラスト加工用研磨材を得た。
得られた研磨材の平均粒子径は、６００μｍ、ガラス転移温度は−５０℃であった。

実施例２
ポリビニルアルコールを２４ｇに変更した以外は実施例１と同様の方法で懸濁重合を行った。得られた研磨材は球状で、平均粒子径は、２５０μｍ、ガラス転移温度は−４９℃であった。

実施例３
ブチルアクリレートをエチルアクリレートに変更した以外は実施例１と同様の方法で懸濁重合を行った。得られた研磨材は球状で、平均粒子径は、５５０μｍ、ガラス転移温度は−２１℃であった。

比較例１
炭化珪素粉末をシランカップリング未処理に変更した以外は、実施例１と同様の方法で懸濁重合を行った。得られた研磨材は球状で、その平均粒子径は、３５０μｍ、ガラス転移温度は−５０℃であった。

比較例２
ブチルアクリレート４６８ｇ、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート１２ｇを、ブチルアクリレート９４ｇ、スチレン３７４ｇに変更した以外は実施例１と同様の方法で懸濁重合を行った。得られた研磨材は球状で、平均粒子径は、６５０μｍ、ガラス転移温度は５０℃であった。

これらの研磨材を用いて金型の表面研磨を実施した結果を表１にまとめて示した。測定方法を以下に記載する。
〈樹脂粒子径〉
得られた研磨材粒子を、レーザ散乱回析法粒度分布測定装置（ベックマン・コールター製、製品名ＬＳ１３３２０）で樹脂粒子径を測定した。

〈ガラス転移温度〉
得られた研磨材粒子を、示差走査熱量計（パーキンエルマー製、製品名ＤＳＣ７）でガラス転移温度を測定した。

〈光沢度〉
ブラスト加工機（田端機械工業製、製品名エアブラストＣＳＢ２―Ｓ）を用いて金型に９０秒間研磨材を噴射させた後の金型表面を目視観察することにより比較した。金型表面に機械加工時の筋痕ない場合を○、筋痕がある場合を×とした。

〈耐久性〉
光沢度と同様に金型に研磨材を４時間連続噴射後の研磨材を、顕微鏡を使用して、表面の状態を観察して比較した。初期状態と同様の物を○、割れがある場合を×とした。

表１に示されるように、ガラス転移温度が、２５℃以下でなく、また、架橋されていない比較例２は、研磨性（光沢度）や耐久性に劣る。また、疎水処理されていない比較例１は、研磨製に劣る。
これに対し、本発明になるブラスト加工用研磨材は、一般的なブラスト加工機により、大型で複雑な凹面を有する金属金型の内壁や金属製各種自動車部品の光沢仕上を行うことができ、研磨性、耐久性にも優れることが明らかである。

本発明になるブラスト加工用研磨材の一例の粒子構造外観を示す顕微鏡写真である。本発明になるブラスト加工用研磨材の一例の粒子構造外観を示す拡大写真である。

符号の説明

１研磨材
２樹脂マトリクス
３砥粒

Claims

ガラス転移温度が２５℃以下のアクリル系樹脂マトリクス中に予め疎水処理された砥粒が分散し、その形状が略球形状であるブラスト加工用研磨材。
平均粒子径が０．０１〜２ｍｍであり、含まれる砥粒の平均粒子径が０．１〜４００μｍである請求項１記載のブラスト加工用研磨材。
前記アクリル系樹脂が架橋されている、請求項１又は２記載のブラスト加工用研磨材。
アクリル系単量体を、砥粒の存在下で懸濁重合させ請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のブラスト加工用研磨材を製造することを特徴とするブラスト加工用研磨材の製造法。
砥粒が、予め疎水処理されたものである請求項４記載のブラスト加工用研磨材の製造法。