KR100341954B1 - 방수 페이퍼 이면 코팅된 연마재 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

방수 코팅된 연마재 페이퍼는 중합될 때 소수성인 방사선-경화성 결합제를 포함하는 메이커 및/또는 사이즈 코팅제를 사용하여 제조한다.

Description

방수 페이퍼 이면 코팅된 연마재 및 이의 제조방법{Waterproof paper-backed coated abrasives and a process for the production of the same}

본 발명은 코팅된 연마재의 제조방법, 특히 페이퍼 이면(paper backing)을 갖는 코팅된 연마재의 제조방법, 더욱 구체적으로 방수 코팅된 연마재에 관한 것이다.

이러한 재료는 통상적으로 페놀계 수지 개질된 와니스 메이커 코팅제(varnish maker coat) 및 사이즈 코팅제(size coat)에 의해 유지되는 입자(grain)를 갖는 페이퍼 이면을 포함한다. 결합제로서 개질된 와니스를 사용하면 생성물이 방수성이 된다. 그러나, 이러한 생성물은 결합제의 경화를 완결시키기 위해서는 수 시간을 필요로 하고, 따라서 이는 '제조 중인 상품'의 매우 과대한 재고를 수반한다. 또다른 방수 처리는 페이퍼 기판용 라텍스 고무 포화제를 사용한다.

또한, 페이퍼 지지체에 대한 포화제로서 통상의 페놀계 수지 개질된 와니스 대신에 방사선 경화성 수지가 제안되어 왔다. 불행하게도, 경화 메카니즘으로서 자외선은 페이퍼 지지체의 이면에 사용할 수 없다. 또한, 자외선은 매우 제한된 투과율을 갖고, 페이퍼가 고도로 충전될 경우, (흔히 그러하듯이), 입자는 자외선 그림자를 드리우고, 경화가 불균일해질 수 있다. 투과성이 훨씬 더 큰 전자 빔 방사선을 사용하여 보다 신속하게 경화시킬 수 있다. 그러나, 불행하게도, 이러한 전자 빔 방사선에 노광시키는 경우에는 페이퍼를 열화(degradation)시켜 생성물의 내부 강도 및 통합성을 저하시킨다.

본 발명에 이르러 방수성, 가요성 및 연마 성능이 우수한 방수 페이퍼 이면 연마재 생성물이 개발되었고, 여전히 경화 시간은 시간 또는 분 단위가 아니라 초 단위로 측정하면서 제조할 수 있다.

발명의 총체적인 설명

본 발명의 바람직한 양태에서, 페이퍼 이면 코팅된 연마재는 소수성의 방사선 경화성 수지 메이커 코팅제 및/또는 사이즈 코팅제를 사용하여 제조한다. 여기서, 수지는, 경화된 표면이 발수성이고 물에 의해 열화되지 않는다는 것을 의미하는 소수성 품질을 나타내는 것을 선택한다.

이러한 소수성은 결합제 코팅제에 펜던트 아크릴레이트 관능 그룹을 갖는 실록산인 소수성 첨가제를 첨가함으로써 발생하거나 향상될 수 있다.

바람직한 경화 메카니즘은 자외선을 사용하여 경화를 개시한 후에 임의로 열처리하는 자외선이다. 당해 메카니즘은 완전한 자외선 경화가 연마재 성분에 의해 억제되거나 경화도가 더 큰 것이 필요한 경우에 종종 바람직하다.

사용되는 방사선 경화 메카니즘이 전자 빔 방사선일 경우, 이면으로서 사용되는 페이퍼를, 전자 빔 방사선에 노출시킬 경우 내열화성인 합성 섬유로 강화시키는 것이 종종 바람직하다. 이러한 페이퍼는 종종 FRP로서 언급되고, 이러한 페이퍼를 사용하는 것은 본 발명의 적어도 한가지 양태의 바람직한 측면이다.

따라서, 본 발명의 하나의 양태의 방수 페이퍼 이면 코팅된 연마재는 전자 빔 방사선에 내성인 합성 중합체 섬유 5중량% 이상으로 강화된 셀룰로즈계 페이퍼 이면을 포함한다.

합성 중합체 섬유는 전자 빔 방사선에 내성인데, 이는 섬유 강화재가 존재하지 않는다는 것을 제외하고는 모든 면에서 유사하고 전자 빔 방사선 처리한 셀룰로즈계 페이퍼와 비교하여, 합성 중합체 섬유가 10중량% 이상의 양으로 혼입된 페이퍼가 전자 빔 방사선 처리 후에 당해 페이퍼의 강도를, 상기 유사한 셀룰로즈계 페이퍼의 강도 보유율(%)을 기준으로 하여, 25% 이상으로 유지시킨다는 것을 의미한다. FRP의 시판품 예에서 섬유는 흔히 페이퍼 표면에 놓여있기 보다는 셀룰로즈계 섬유와 교락(entangling)된다. 이러한 방법으로, 이들은 페이퍼에 인열 강도(tear strength; 引裂强度)를 부여하거나 페이퍼의 인열 강도를 변화시킨다. 이러한 페이퍼는 익히 공지된 시판품이고, 광범위한 용도로 사용된다.

메이커 코팅제 및 사이즈 코팅제 중의 하나 또는 둘 다를 제공하는 결합제 배합물은 부분적으로 또는 전체적으로 방사선, 가장 바람직하게는 자외선에 의해 경화될 수 있는 수지를 혼합한 것이다. 통상적으로 유리 라디칼 메카니즘을 통해 중합하는 이러한 수지의 예에는 에폭시 아크릴레이트, 펜던트 α,β-불포화 카보닐 그룹을 갖는 아미노플라스트 유도체, 에틸렌계 불포화 화합물, 하나 이상의 펜던트 아크릴레이트 그룹을 갖는 이소시아누레이트 유도체, 하나 이상의 펜던트 아크릴레이트 그룹을 갖는 이소시아네이트, 우레탄-아크릴레이트, 에폭시-노볼락 및 이들의 혼합물이 포함된다.

아크릴화 우레탄은, 예를 들어 하이드록시말단화 이소시아네이트 연장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 디아크릴레이트 에스테르를 포함한다. 아크릴화 에폭시는, 예를 들어 비스페놀 A 에폭시 수지와 같은 비스페놀 유도체의 디아크릴레이트 에스테르를 포함한다. 통상적인 아미노플라스트 유도체는 적어도 1.1 펜던트 α,β-불포화 카보닐 그룹을 갖는다. 적합한 에틸렌계 불포화 화합물은 탄소, 수소 및 산소, 및 임의로 질소 및 할로겐 원자를 함유하는 단량체성 또는 중합체성 화합물을 포함한다. 산소 및 질소원자는 일반적으로 에테르, 에스테르, 우레탄, 아미드 또는 우레아 그룹에 존재한다. 통상적인 이소시아네이트 유도체는 하나 이상의 펜던트 아크릴레이트 그룹을 갖는다.

이러한 수지의 예는 통상적으로 아크릴레이트 단량체 또는 올리고머(디-아크릴레이트 및 트리-아크릴레이트 포함)와 노볼락, 에폭시 또는 우레탄 중합체 또는 올리고머와의 반응에 의해 제조된다. 최종 수지의 특성은 성분의 비율을 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 일반적으로 결합제 수지의 제조에서, 목적하는 특성은 경도(hardness; 硬度) 및 점착력(toughness)이다.

수지 결합제 자체의 소수성 특성은 소수성을 부여하는 펜던트 아크릴레이트 관능가(functionality)를 갖는 공중합가능한 실록산 단량체를 첨가하여 부여하거나 향상시킨다. 에폭시아크릴레이트는 종종 이미 특정한 정도의 소수성을 갖고, 특히 액체이고 추가의 용매를 필요로 하지 않는 에폭시아크릴레이트는 이들이 결합제 코팅제에 도포되도록 한다. 이들은 경화 공정 동안 어떤 용매도 제거할 필요가 없다는 추가의 잇점을 갖는다. 하나의 이러한 에폭시아크릴레이트는 상표명 에베크릴(Ebecryl) 3605로 UCB 래드큐어(Radcure)에서 시판하고 있다.

결합제가 자외선에 의해 경화될 경우, 유리 라디칼 중합을 개시하기 위해 일반적으로 광 개시제가 필요할 수 있다. 적합한 광개시제의 예에는 벤조페논, 포스핀 옥사이드, 니트로소 화합물, 아크릴 할라이드, 하이드라존, 머캅토 화합물, 피릴륨 화합물, 트리아크릴이미다졸, 벤즈이미다졸, 클로로알킬 트리아진, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 티오크산톤, 캄포르퀴논 및 아세토페논 유도체가 포함된다. 양이온성 광 개시제도 또한 사용될 수 있고, 이러한 광 개시제의 예에는 아릴 디아조늄, 아릴설포늄, 아릴요오도늄 및 페로세늄 염이 포함된다.

열 개시제는 자외선 경화에 의해 개시된 경화 동안 유리되는 열을 활성화시켜 경화 정도 또는 경화 강도를 증가시키고, 경화후 작업(post-cure operation)에 대한 필요성을 제거할 수 있기 때문에, 종종 바람직한 추가의 성분이다. 적합한 열 개시제에는 아조 화합물, 이미다졸 및 유기 퍼옥사이드, 예를 들어 디아실 퍼옥사이드, 아세틸 설포닐 퍼옥사이드, 디알킬 퍼옥시디카보네이트, 3급 알킬 퍼옥시에스테르, O,O-(3급 알킬)-알킬 모노퍼옥시카보네이트, 디(3급 알킬퍼옥시)케탈, 디(3급 알킬)퍼옥사이드, 3급 알킬 하이드로퍼옥사이드 및 케톤 퍼옥사이드가 포함된다.

자외선은 일반적으로 약 200 내지 700㎚, 더욱 바람직하게는 약 250내지 400㎚의 파장에서 공급된다. 이는 자외선에 열처리를 동시에 또는 후속적으로 적용함으로써 증가시킬 수 있다.

전자 빔 방사선 처리가 사용될 경우, 몇몇 주사 전자 빔 장치가 500kv를 초과하는 가속 전압(accelerating voltage)에서 작동할 지라도, 통상적으로 약 150kv 내지 400kv의 가속화 전압을 인가한다. 통상적인 전자 빔 장치는 밀도가 약 750gm/m²이하인 물질을 통과할 수 있다.

결합제 배합물은 결합제 수지에 실란 또는 실록산을 효과적으로 결합시킬 수 있는 관능 그룹[예: 하이드록실 또는 아크릴레이트 관능 그룹]을 갖는 실란 또는 실록산을 혼합함으로써 전체 소수성 특성을 유지시키면서 결합제 배합물의 소수성을 유도하거나 향상시킨다. 실란은 본래 소수성이기 때문에, 코팅된 연마성 생성물의 방수성을 증가시킨다. 이러한 실란을 사이즈 코팅제중에 편리하게 혼합하고 추가량을 또한 사이즈 코팅제 위에 도포된 각각의 코팅제중에 혼합할 수 있다. 이러한 혼합 공정은 대전방지성 또는 항하중 첨가제(anti-loading additive)와 같은 다른 첨가제, 또는 분쇄 보조제와 함께 수행할 수 있다. 적합한 실란의 예는 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시 실란이고, 이러한 기능으로 사용될 수 있는 실록산의 예는 BYK-371, 즉 BYK 케미(Chemie)에서 시판하고 있는, 펜던트 아크릴레이트 그룹을 함유하는 실록산이다.

본 발명의 코팅된 연마재를 제조하기 위한 이면에 결합된 연마 그릿(abrasive grit)은 코팅된 연마재를 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 것들 중의 하나일 수 있다. 이들에는 산화알루미늄, (용융 및 소결됨), 탄화규소, 용융 알루미나/지르코니아, 입방정계 질화붕소, 디이아몬드 및 이들 둘 이상의 블렌드(blend)가 포함된다.

위에서 설명한 바와 같이, 전자빔 방사선이 선택된 경화 메카니즘일 경우, 강화 섬유를 혼합한 페이퍼(이러한 강화된 페이퍼를 통상적으로 'FRP'라 한다)를 사용하는 것이 바람직하다. FRP를 제조하는데 사용하기에 적합한 강화 섬유에는 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카보네이트 및 이들의 공중합체 뿐만 아니라 이러한 섬유들의 혼합물이 포함된다.

시판 FRP는 일반적으로 강화 중합체 섬유를 약 10 내지 약 40중량%의 양으로 함유한다. 가장 바람직한 강화 섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르 또는 나일론 66과 같은 폴리아미드로부터 제조된다. 당해 섬유는 일반적으로 스테이플 섬유(staple-fiber)이지만, 교락된 연속 필라멘트도 사용할 수 있다. 그러나, 교락된 연속 필라멘트를 사용하는 경우에는 FRP 제조 공정이 다소 복잡해진다. 합성 중합체 섬유의 직경은 일반적으로 교락된 셀룰로즈계 섬유의 직경과 거의 동일하지만, 본 발명의 본질적인 범위에서 벗어나지 않는한 이보다 다소 크거나 작을 수 있다.

본 발명의 제품을 제조하는데 사용되는 바람직한 FRP는 일반적으로 합성 섬유를 10 내지 40중량%, 바람직하게는 15 내지 30중량%의 함량으로 포함한다. 합성 섬유의 두께가 두꺼워질수록, 합성 섬유의 함량이 위에서 언급한 함량 범위의 상한치에 더욱 근접해질 것이라는 것은 명백하다.

본 발명은 이하에 본 발명의 본질적인 범위에 필수적인 제한을 부여하고자 하는 것이 아닌 다음 예시용 실시예를 참조로 하여 기술한다.도면의 간단한 설명도 1은 본 발명에 따르는 배합물과, 아크릴화 실록산 유도체가 결핍된 비교용 배합물의 소수성을 나타내는 그래프이다.

실시예 1

당해 실시예는 본원에서 기술된 소수성 향상 첨가제를 사용하지 않고 기타의 성분은 동일한 물질을 사용하여 제조한 비교용 샘플(비교실시예)과 비교한 본 발명에 따라 제조된 코팅된 연마재 물질의 성능을 나타낸다. 상기한 방식으로 제조된 코팅된 연마재들을 디스크(disc)로 절단하여 시험한다. 이들은 쉬퍼 시험(Schieffer test)을 이용하여 비교한다.

이러한 시험에서, 직경이 약 11.4cm인 디스크를 링 클램핑 장치(ring-clamping device)를 사용하여 수평 위치로 백업 지지체 패드에 부착시킨다. 이어서, 6061 알루미늄으로 제조된 알루미늄 도관 제품을 소정의 일정한 힘에서 패드와 접촉하도록 이동시키고, 소정의 회전수 동안 회전시킨다. 이러한 경우에, 선택된 힘은 8 lbs(35.43N)이고, 회전수는 200으로 설정한다.

이러한 작업을 완료시킨 후, 제품과 디스크 둘의 중량 차이를 측정하여 기록한다.

시험을 하기와 같이 제조된 물질로부터 디스크 절단을 이용하여 제조된 디스크 상에서 수행한다:

페이퍼: 킴벌리 클락(Kimberly Clark)으로부터의 A-중량 페이퍼, TPZ0702,입자: TGR 1920(120 그릿 SiC) 또는 TGR 1910(180 그릿 SiC)

메이커 코팅제: 3% 다로큐어(Darocure) 1173 광개시제 및 1% EMI 24 열 개시제를 갖는 에베크릴 3605/NVP의 80/20 블렌드

	120그릿특정 중량	120그릿실제 중량	180그릿특정 중량	180그릿실제 중량
이면		100.7		100.7
메이커	51.8(습식)	66.0	37.0(습식)	47.8
그레인	185.1	199.9	129.6	122.6
사이즈(본 발명)	88.8(습식)	72.0	99.9(습식)	82.9
사이즈(비교용)	88.8(습식)	76.4	99.9(습식)	78.5

모든 중량은 g/m²

샘플	절단(g)	손실(g)	절단/손실 비
120그릿
본 발명	0.315	0.040	7.88
비교용	0.355	0.060	6.13
180그릿
본 발명	0.300	0.025	12.50
비교용	0.295	0.035	8.63

본 발명에 따르는 코팅된 연마재의 소수성을 나타내기 위해서, 비교 실시예의 사이즈 코팅제로 코팅된 표면의 수 접촉각(water contact angle)을 '본 발명' 실시예에서 사용된 사이즈 코팅제로 코팅된 표면의 수 접촉각과 비교한다.결과를 다음 도 1에 도시하였다.상기한 결과는 BYK-371 첨가제를 가하면 시험할 두 그릿 사이즈에서 절단/손실 비가 명백하게 증가된다는 것을 나타낸다. 이는 또한 수 접촉각으로 나타낸 바와 같이 소수성이 상당히 증가된 것과 상관관계가 있다.

Claims (7)

1. 소수성 수지 메이커 코팅제 및 소수성 수지 사이즈 코팅제 중의 하나를 포함하거나 이들 코팅제 둘 다를 포함하는 페이퍼 이면 코팅된 연마재로서,

   상기 소수성 수지 메이커 코팅제 또는 소수성 수지 사이즈 코팅제가, 에폭시아크릴레이트ⓐ와 펜던트 아크릴레이트 관능가(functionality)를 갖는 실록산ⓑ과의 자외선 경화성 액체 혼합물을 포함하는 배합물을 공중합시킴으로써 형성되는 페이퍼 이면 코팅된 연마재.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 수지가 전자 빔 방사선에 의해 경화가능한 코팅된 연마재.
4. 제1항에 있어서, 페이퍼 이면이 섬유 강화된 페이퍼인 코팅된 연마재.
5. 페이퍼 이면에 메이커 코팅제, 연마재 입자 층 및 사이즈 코팅제를 연속해서 도포시킴을 포함하는 방수 페이퍼 이면 코팅된 연마재의 제조방법으로서, 여기서 하나 이상의 메이커 코팅제 및 사이즈 코팅제가 펜던트 아크릴레이트 관능 그룹을 갖는 실란 또는 실록산과 액체 에폭시아크릴레이트 결합제 성분을 포함하는 소수성 수지 결합제를 포함하고, 당해 결합제가 전자 빔 방사선 및 자외선으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 방사선에 의해 경화되는 방법.
6. 제6항에 있어서, 결합제를 추가로 열 경화 처리하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 소수성 수지가 메이커 코팅제 및 사이즈 코팅제 둘 다에 사용되는 방법.