KR100318705B1 - Uv방사선경화성제형을포함하는피복연마재및이의제조방법 - Google Patents

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Abstract

중합성 제형과 충전제를 포함하며 피복 연마재 제조용으로 의도된 UV 중합성 제형은, UV 투과성 충전제가 사용되는 경우, 매우 두꺼운 피막을 생성하는 데 사용될 수 있다.

Description

UV 방사선 경화성 제형을 포함하는 피복 연마재 및 이의 제조방법
본 발명은 피복 연마재를 제조하는 방법, 특히 UV 경화성 결합제 시스템을 포함하는 제형을 사용하여 당해 연마재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
피복 연마재의 제조에 있어서 UV 방사선 경화성 제형을 사용하는 것은 오랫동안 교시되어 왔다. 이러한 형태의 결합제의 최초의 예 중의 하나가 미국 특허 제4,773,920호에 기재되어 있으며, 당해 특허에는 방사선 유도된 유리 라디칼 중합에 의해 경화될 수 있는 결합제 입자 혼합물의 사용이 교시되어 있다. 미국 특허 제5,014,468호에서는 UV 방사선 유도 중합의 문제가 피복 연마재와 관련하여 검토된 적이 있다. 즉, 안료 및/또는 비교적 조악한 연마 입자를 포함하는 제형으로의 UV 광의 제한된 침투성의 관점에서 UV 방사선의 활용이 비교적 박층으로만 제한됨을 지적하고 있다.
피복 연마재에서 UV 방사선 경화된 중합체의 적용성이 제한되는 문제는 제형의 가공시에 심각하게 직면하게 된다. 이러한 제형은 직물에 부가되어 피복 연마재의 제조시에 메이커 피복물(maker coat)을 수용하도록 제조되는 제형이다. 전형적으로 이러한 제형은 이면을 포화시키도록 의도된 충전제와 중합체를 포함하며, 메이커 피복물이 견고하게 결합되는 표면을 제공한다. 따라서, 상당량의 충전제를 갖는 결합제가 전형적으로 사용된다. 충전제는 단가를 낮추는 데 필요한 성분이며, 또한 충전제는 이면의 다공도를 감소시켜 이면의 물질적 특성을 개질시킴으로써 직물 내부의 통로를 차단하는 작용을 한다. 특히 충전제를 가하는 경우, 경화된 제형의 모듈러스가 개선되는 동시에 (통상적으로 고가인) 결합제를 포함하는 중합체 형성 성분의 사용량을 줄일 수 있다.
하중이 무거운 충전제는 UV 방사선 경화성 결합제의 사용에 바람직하지 않다. 충전제 입자의 그림자 효과(shadowing effect)로 인해 UV 방사선은 충분히 멀리 침투될 수 없다.
충전제 입자를 포함하는 메이커 피복물 또는 사이즈 피복물(size coat)이 사용되는 경우 유사한 문제가 제기된다.
경화 속도 및 다양한 제형 특성의 측면에서의 UV 경화의 이점이 공지되어 있다. 따라서, 충전제 입자의 그림자 효과가 제거되는 경우 명백히 유리하다.
본 발명은 UV 경화성 결합제의 경화 속도를 현저하게 저하시키지 않고 충전제의 부가에 따른 유리한 결과를 보장하는 방법을 제공한다.
발명의 일반적인 기술
본 발명은 UV 광에 대하여 실질적으로 투과성인 충전제 5 내지 50용적%와 UV중합성 제형을 포함하는 피복 조성물을 제공한다.
중합을 개시시키는데 사용되는 UV 광은 파장이 약 250 내지 약 400nm이다. 본 명세서에서 충전제는, 충전제 25용적%와 UV 중합성 성분을 포함하는 제형이 UV광에 노출되었을때 수득된 경화 두께가 충전제를 포함하지 않는 제형이 동일한 양의 UV 광에 노출되었을때 수득되는 경화 두께 보다 50% 이상 두껍고, 보다 바람직하게는 75% 이상 두꺼운 경우 UV 광에 대하여 투과성인 것으로 여겨진다.
경화 두께는 제형이 동일한 양의 UV 광에 노출되도록 UV 공급원하에 제형을 예정된 속도로 통과시켜 제형을 벨트 표면 위에 침착시켜 측정한다. 이 결과 제형의 표면에 얇은 크러스트가 형성된다. 이러한 크러스트의 두께는 다양한 하중 수준과 충전제 형태에 따른 UV 방사선의 상대적 침투 깊이의 우수한 척도이다.
가장 흔히 사용되는 충전제는 탄산칼슘과 실리카이며 이들 충전제는 UV 광에대한 투과성이 상당히 낮은 것으로 밝혀졌다. 결론적으로, 이러한 충전제를 사용하는 경우, 경화될 수 있는 층의 두께가 심각하게 제한된다. 본 발명은 특정한 공지된 충전제 물질이, UV 경화성 제형과 함께 사용되는 경우, 다른 물질 보다 예기치 않은 우수한 효과를 나타낸다는 발견에 근거한 것이다. 당해 충전제는 경화된 제형의 모듈러스를 매우 개선시킬 뿐만 아니라, 놀랍게도 UV 투과성으로 인해 다른 충전제를 사용할 때보다 훨씬 두꺼운 두께로 경화시킨다.
본 발명의 제형의 UV 경화성 성분은, 아크릴화 에폭시 수지, 우레탄 아크릴레이트, 아크릴화 에폭시-노볼락, 불포화 폴리에스테르, 폴리비닐 에테르 등을 포함하는, 피복 연마재의 제조에 유용한 것으로 당해 분야에 교시되어 있는 것들을 포함한다. 본 발명의 바람직한 결합제는 아크릴화 에폭시 수지와 우레탄 아크릴레이트를 포함한다.
본 발명에 사용하기에 바람직한 UV 투과성 충전제는 알루미나의 수화된 산화물, 예를 들어, 알루미늄 3수화물 및 보에마이트를 포함하며, 알루미늄 3수화물이보다 바람직하다.
UV 투과성 충전제의 입자 크기는 바람직하게는 약 1 내지 약 60μ, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 20μ, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 10μ이다. 당해 방법에 사용하기에 가장 바람직한 수화된 알루미나는 중량 평균 입자 크기 범위가 약 1 내지 약 7μ인 알루미늄 3수화물이다.
본 발명의 조성물에 존재할 수 있는 충전제의 용적은 약 5 내지 약 50용적%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 약 25 내지 약 50용적%이다. 특정한 충전제에 대해 모듈러스가 최대 패킹 분율(packing fraction)까지 개선된다. 이것은 일반적으로 입자 크기 및 형태에 좌우된다. UV 중합성 성분이 결합층을 제공하는 기본적인 기능을 갖기 때문에 경화된 제형의 중요한 물리적 특성이 심각하게 훼손되지 않고 최대 패킹 분율에 접근할 수 있다. 따라서, 충전제 양의 상한이 전술한 범위내인 것이 바람직하며, 예를 들어, 약 30 내지 약 40용적%이다.
도면
도 1은 다양한 충전제를 다양한 비율로 UV 경화성 제형 속으로 혼입시켜 수득한 경화 두께를 도시한 그래프이다.
도 2 및 도 3은 각각 UV 공급원하에 100ft/min(30.8m/min) 및 150ft/min(46.2m/min)의 속도로 통과시켜 수득한 동일한 경화 두께를 도시한 그래프이다. 도 1에 나타낸 그래프 상의 주가 도 2 및 도 3에도 적용된다.
도 4는 동일한 결합제 속의 충전제량의 증가에 따른 각종 제형의 크누프 경도의 증가를 도시한 것이다. 도 1에 나타낸 그래프상의 주가 도 4에도 적용된다.
도 5는 시판되는 에폭시아크릴레이트 올리고머/단량체 블렌드 중의 ATH의 용적 비율에 대한 다양한 선속도에서의 경화 두께를 도시한 것이다.
바람직한 양태의 기술
본 발명은 도면에 제시된 데이터를 참조로 하여 기술된다. 이러한 데이터는 발명을 설명하기 위한 것이며, 발명의 필요한 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1 내지 도 3은 탄산칼슘 또는 실리카와 같은 통상의 충전제를 사용하는 경우, 충전제의 양이 증가함에 따라 경화 두께가 계속 강소됨을 명백히 나타내고 있다. 그러나, 알루미나 수화물을 사용하는 경우, 경화 두께는 초기에는 감소하다가 충전제 농도가 증가함에 따라 증가하기 시작한다. 이들 실험에서 결합제는 에폭시아크릴레이트(70%)/N-비닐피롤리돈(30%) 혼합물을 포함한다.
제형을 UV 공급원하에 50ft/min(15.4m/min)의 선속도로 통과시킨다. 보에마이트 실험은 보다 느린 속도로 조작하여 (제로 농도에서의) 초기 경화 깊이가 보다깊게 되도록 한다.
도 4는 각종 충전제가 제형의 경화시 경도의 개선에 있어서 매우 유사한 수준을 나타냄을 보여준다.
도 5는, 이로부터 알 수 있듯이, UV 방사선에 대한 노출 시간을 짧게 하는 경우 선속도의 증가에 따라 경화 두께가 감소함을 보여준다. 그러나, 예기치않게, 빠른 선속도를 사용할수록 충전제의 존재 효과가 현저하게 줄어들게 된다, 또한, 모든 속도에서 충전제의 용적 비율이 약 30% 이상인 경우, 실제로 경화 두께가 증가함은 다소 놀라운 사실이다.
도 1 내지 도 4에 5종의 상이한 제형의 특성이 기재되어 있다. 이들은 오로지 충전제의 성질 측면에서 상이하고 상이한 충전제는 다음과 같이 분류될 수 있다.
ATH S23 : 중량 평균 입자 크기가 7.5μ인 알루미늄 3수화물
ATH S3 : 중량 평균 입자 크기가 1μ인 알루미늄 3수화물[제조원: 알코아 인더스트 리얼 케미칼즈(Alcoa Industrial Chemicals)]
민실(MinSil) 5 : 중량 평균 입자 크기가 7μ인 무정형 발연 실리카[제조원: 민코 인코포레이티드(Minco Inc. )]
카멜 카브(Camel Carb.) : 중량 평균 입자 크기가 7.5μ인 탄산칼슘[제조원: 글로벌 스톤 펜록 인코포레이티드(Global Stone PenRoc Inc.)]
보에마이트 : 알루미나 1수화물[제조원: 콘데아(Condea); 상표명: 디스페랄(Disperal)]
ATH S23 50% + 민실 5 50% : 이것은 지시된 성분들의 동등한 용적의 혼합물을 의미한다.
전술한 바와 같이, 도 5에서 평가된 생성물은 평가된 다른 제형에 사용된 것과는 상이한 결합제와 함께 바람직한 알루미늄 3수화물을 사용한다. 도 1 내지 도 3에 있는 데이터는 수화된 알루미나를 사용하는 경우 UV 방사선이 침투할 수 있는(따라서 경화를 유도하는) 깊이가 통상적인 충전제를 사용하는 경우보다 현저하게 증가함을 명백히 나타내고 있다. 이러한 개선은 (도 4로부터) 생성된 경화 물질의 물리적 특성의 현저한 저하없이 수득될 수 있는 것이므로 UV 투과성 충전제, 예를 들어, 알루미늄 3수화물을 사용하는 것이 매우 바람직하게 유리함이 명백하다.

Claims (7)

  1. 섬유성 이면에 도포되고 UV 중합성 제형 60 내지 75용적%와 충전제로서의 알루미늄 3수화물 25 내지 40용적%를 포함하는 충전 조성물을 포함하고,
    UV 방사선으로 처리되어 결합제 제형이 적어도 부분적으로 경화되는, 섬유성 이면을 갖는 피복 연마재.
  2. 제1항에 있어서, 충전제의 양이 30 내지 40용적%임을 특징으로 하는 피복 연마재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, UV 중합성 제형이 에폭시아크릴레이트를 포함함을 특징으로 하는 피복 연마재.
  4. (a) UV 중합성 제형 60 내지 75용적%와 충전제로서의 알루미늄 3수화물 25 내지 40용적%를 포함하는 충전 조성물을 섬유성 이면에 도포하고,
    (b) 피복된 이면을 UV 방사선으로 처리하여 결합제 제형을 적어도 부분적으로 경화시킴을 포함하는, 섬유성 이면을 갖는 피복 연마재의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 충전제의 양이 30 내지 40용적%임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, UV 중합성 제형이 에폭시아크릴레이트를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 따르는 방법으로 수득되는 피복 연마재.
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