KR100954510B1 - 연마 제품용 고성능 수지 - Google Patents

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Abstract

연마 제품은 다수의 연마 입자 및 폴리티올 그룹으로 경화된 수지를 포함한다. 연마 제품의 제조방법은 수지와 폴리티올 그룹을 포함하는 경화성 조성물과 다수의 연마 입자를 접촉시키는 단계 및 경화성 조성물을 경화시켜 연마 제품을 생성시키는 단계를 포함한다. 작업 표면을 연마하는 방법은 연마 제품으로 작업 표면에 대해 연마 동작을 수행하여 작업 표면의 일부를 제거함을 포함한다. 경화성 조성물은 포름알데히드 수지와 폴리티올 그룹을 포함한다. 포름알데히드 수지는 폴리티올 그룹에 의해 가교결합된다. 포름알데히드 수지의 가교결합 방법은 폴리티올 그룹과 포름알데히드 수지를 반응시킴을 포함한다.
연마 제품, 폴리티올 그룹, 수지, 연마 입자, 경화성 조성물

Description

연마 제품용 고성능 수지{High-performance resin for abrasive products}
관련 출원
본원은 2005년 6월 29일자로 출원된 미국 가출원 제60/695,233호의 이점을 청구하며, 이의 전체 교시는 본원에 참고로 인용된다.
본원발명은 연마 제품용 고성능 수지에 관한 것이다.
다수의 연마 제품은 결합제 속에 샌드페이퍼에서의 종이에 결합된 연마 입자와 같은 연마 입자, 또는 연마 입자와 결합제로 형성된 연삭 휠(grinding wheel)과 같은 결합된 연마 입자를 포함한다.
이러한 결합제에 대한 바람직한 특성에는 결합 강도, 인성, 가요성, 경화 용이성, 착색제와 같은 첨가제 혼입 용이성, 최소 비용 등이 포함된다. 이러한 특성을 하나 이상 갖는 연마재용 결합제는 보다 긴 연마 수명, 보다 우수한 연마 성능, 입자 이동으로 인한 감소된 랜덤한 스크래치 형성률 등을 나타낼 수 있다.
다수의 결합제, 예를 들면, 페놀 수지, 펜던트 α, β-불포화 카보닐 그룹을 지니는 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 이소시아누레이트 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 아크릴레이트 수지, 아크릴화 이소시아누레이트 수지, 아크릴화 우레탄 수지, 아크릴화 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 아교(hide glue), 셀룰로스 화합물, 라텍스, 카세인, 대두 단백질, 나트륨 알기네이트, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴에스테르, 폴리에틸렌 비닐아세테이트, 폴리스티렌-부타디엔, 이들의 혼합물 등이 연마 제품에 사용되어 왔거나 시도되어 왔다.
그러나, 당해 기술분야에서는 개선된 특성을 갖는 연마재용 결합제에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
발명의 개요
본 발명에 이르러, 폴리티올 첨가제가 연마재용 수지 결합제에 개선된 특성을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
연마 제품은 다수의 연마 입자 및 폴리티올 그룹으로 경화된 수지를 포함한다.
연마 제품의 제조방법은 수지와 폴리티올 그룹을 포함하는 경화성 조성물을 다수의 연마 입자와 접촉시키는 단계 및 경화성 조성물을 경화시켜 연마 제품을 생성시키는 단계를 포함한다.
작업 표면을 연마하는 방법은 연마 제품으로 작업 표면에 대해 연마 동작을 수행하여 작업 표면의 일부를 제거함을 포함한다. 연마 제품은 가교결합된 수지 속에 매립된 연마재를 포함하고, 당해 가교결합된 수지는 폴리티올 가교결합 그룹에 의한 가교결합을 포함한다.
포름알데히드 수지는 폴리티올 그룹에 의해 가교결합된다.
경화성 조성물은 포름알데히드 수지와 폴리티올 가교결합제를 포함한다.
포름알데히드 수지의 가교결합 방법은 폴리티올 가교결합제와 포름알데히드 수지를 반응시킴을 포함한다.
특정 양태에서, 가교결합되는 수지는 페놀-포름알데히드, 멜라민-포름알데히드 및 우레아-포름알데히드로부터 선택되고, 수지는 3개 이상의 티올 잔기를 갖는 폴리티올 그룹에 의해 가교결합되고, 폴리티올 그룹은 가교결합된 수지의 약 1중량% 이상이고, 폴리티올 그룹을 갖지 않는 동일한 수지에 비해, 가교결합된 수지는, 가교결합된 수지가 증가된 투명성을 갖고, 가교결합된 수지가 증가된 저장 탄성률을 갖고, 가교결합된 수지가 증가된 손실 탄성률을 갖고, 가교결합된 수지가 감소된 tan δ를 갖는 것으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 기준을 충족시킨다. 특정 양태에서, 연마 제품은 이러한 수지에 매립된 연마 입자를 포함한다.
개시된 경화된 수지, 예를 들면, 가교결합된 수지는 다른 수지들에 비해 색이 안정적이다. 예를 들면, 페놀 수지에서 관찰되는 통상적인 거무스름함은 멜라민을 사용하지 않고도 폴리티올 가교결합에 의해 완화될 수 있어서, 투명한 수지가, 예를 들면, 착색제를 사용하여 투명성 잇점을 얻는 용도 등에 사용될 수 있도록 한다.
개시된 수지는 개선된 기계적 특성, 예를 들면, 증가된 평균 저장 탄성률, 증가된 평균 손실 탄성률, 감소된 평균 tan δ 등을 갖는다. 개선된 기계적 특성으로 인해 연마 제품에서 사용되는 것과 같이 용도가 개선될 수 있다. 예를 들면, 샌드페이퍼와 같은 피복된 연마재에서, 개시된 수지는 랜덤한 스크래치 형성률이 감소된 보다 우수한 연마 과립을 유지하고, 가요성이 우수하여 균열/취성을 덜 일으킴으로써 제품의 수명과 성능을 향상시킬 수 있거나 동일한 수명에 대해 보다 큰 정상 절삭력을 유지할 수 있는 제품 등을 생성시킬 수 있다.
또한, 개시된 경화 수지, 예를 들면, 가교결합된 수지를 사용함으로써 피복된 연마재의 가요성을 크게 향상시킬 수 있는 동시에, 예를 들면, 메이크(make) 층과 기재 층간의 계면 접착력을 향상시킬 수 있다.
이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 폴리티올은 경화된 수지, 예를 들면, 가교결합된 수지의 특성을 수 가지 방식으로 향상시킬 수 있는 것으로 여겨진다. 폴리티올은 반응시 수지의 빠른 중합 속도를 감속시킬 수 있는 쇄 전달제로서 작용하는 것으로 여겨진다. 폴리티올을 사용하지 않은 일부 수지의 경화는 즉시 또는 거의 그렇게 고분자량의 "유리화(vitrified)" 중합체로 진행하는 것으로 여겨지는데, 이러한 중합체는 불량한 전환율과 불량한 기계적 특성을 가질 수 있다. 폴리티올은 일부 수지 단량체의 전환율을 높여 분자간 쇄 연장을 일으키고 유리화 작용의 일부를 방지하고 보다 우수한 특성을 유도하는 것으로 여겨진다. 또한, -S- 잔기 주위의 회전 자유는 연마 과립 주위의 응력을 경감시킬 수 있어 기계적 특성을 향상시킬 수 있는 것으로 여겨진다.
본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 잇점은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 하기한 본 발명의 바람직한 양태의 보다 상세한 설명에 의해 자명해질 것이고, 여기서 도면의 유사한 참조 부호는 상이한 도면 전반에서 동일한 부분을 가리킨다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니며, 그 대신 본 발명의 원리를 설명하는 데 중점을 두었다.
개시된 양태는 일반적으로 특히 연마 제품에 혼입되는 결합제로서 사용되는 중합체 및 수지와 조합된 폴리티올 그룹에 관한 것이다.
하나의 측면에서, 본 발명은 폴리티올 그룹으로 경화된 수지를 포함하는 연마 제품에 관한 것이다. 몇몇 양태에서, 경화된 수지는 폴리티올 그룹으로 가교결합된 수지를 포함한다.
본원에 사용되는, 경화되지 않거나 가교결합되지 않은 "수지"는 단량체, 올리고머 및 중합체로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함하는 경화 또는 가교결합용 조성물이고, 임의로 착색제, 안정화제, 가소제, 충전재, 용매, 로딩방지제(antiloading agent) 등과 같은 기타 첨가제를 임의로 함유할 수 있다. 일반적으로, 수지는 통상적으로 가교결합 반응의 결과인, 경화시 경화하는 부분적으로 중합된 성분들의 혼합물을 포함한다. 경화 또는 가교결합된 수지는 광, 전자빔 조사, 산, 염기, 열, 이들의 조합 등으로 개시시킴으로써 경화되어 가교결합된 수지를 형성시킬 수 있다. 통상적으로, 본 발명에서는, 알데히드 수지와 같은 경화되지 않거나 가교결합되지 않은 수지를, 폴리티올 그룹으로 경화시키거나 가교결합시 킨다.
본원에 사용되는 용어 "폴리티올 가교결합제" 또는 "폴리티올 그룹"은 유기 잔기이고, 둘 이상의 티올(-SH) 그룹을 포함하고; 가교결합되는 경우, 티올은 황 에테르 그룹 -S- 형태로 존재한다. 폴리티올은 티올 그룹을 2, 5, 10, 20, 50, 100개 또는 그 이상으로 갖는 올리고머 또는 중합체일 수 있다. 일반적으로, 폴리티올 그룹은 티올 그룹을 2 내지 6개 포함한다. 하나의 양태에서, 폴리티올 그룹은 비중합체성 유기 화합물이다. 본원에 사용되는 용어 "비중합체성" 유기 화합물은 유기 화합물이 반복 단위를 포함하지 않거나 중합체가 통상적으로 포함하는 반복 단위를 10개 이하(바람직하게는 5개 이하)로 포함함을 의미한다. 특정 양태에서, 폴리티올 그룹은 트리티올 또는 테트라티올이다. 보다 특정 양태에서, 트리티올 또는 테트라티올은 비중합체성이다. 바람직한 양태에서, 폴리티올 그룹은 트리메틸올프로판 트리(3-머캅토프로피오네이트), 트리메틸올프로판 트리(2-머캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라(2-머캅토아세테이트), 폴리올-3-머캅토프로피오네이트, 폴리올-2-머캅토아세테이트, 폴리에스테르-3-머캅토프로피오네이트, 폴리에스테르-2-머캅토아세테이트, 제품명 'ETTMP 1300'(화학 초록 서비스 등록 번호 345352-19-4)으로 공지된 에톡시화 트리메틸올프로판 트리-3-머캅토프로피오네이트, 기타 폴리올에스테르티올, 기타 폴리올티올 등으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 양태에서, 폴리티올은 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)(C(CH2OOCCH2CH2-SH)4)를 포함한다. 다수의 폴리티올은 독일 마르샤흐트에 소재하는 브루노 보크 케미슈 파브리크 게엠베하 운트 콤파니(BRUNO BOCK Chemische Fabrik GmbH & Co. KG)로부터 시판되고 있다.
특정 양태에서, 경화 또는 가교결합되는 수지는 폴리티올 그룹으로 가교결합된 알데히드 수지, 바람직하게는 포름알데히드 수지를 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "경화되지 않거나 가교결합되지 않은 알데히드 수지"는 부산물로서 물을 생성시키는, 아미노 화합물 또는 페놀성 화합물과 같은 친핵체와 알데히드와의 축합 반응에 의해 형성되는 중합체성 또는 부분적으로 중합된 조성물을 포함한다. 본원에서 사용되는 용어 "아미노 화합물"은 하나 이상의 아미노 그룹(-NH2)을 갖는 단량체성 화합물을 의미한다. 본원에서 사용될 수 있는 아미노 화합물의 예로는 우레아; 멜라민과 같은 아미노트리아진; 및 이들의 혼합물이 있다. 본원에서 사용되는 용어 "페놀성 화합물"은 하나 이상의 페놀성 단위를 갖는 단량체성 화합물을 의미한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 페놀성 화합물의 예로는 페놀; 알킬 페놀, 예를 들면, 크레졸(예: o-크레졸, m-크레졸 및 p-크레졸), 크실레놀(예: 2,4-크실레놀), 카디놀, 에틸 페놀, 프로필 페놀, 헥실 페놀, 노닐 페놀 또는 카휴(cahew) 너트 껍질 액체; 알케닐 페놀, 예를 들면, 이소프로페닐 페놀; 다가 페놀, 예를 들면, 레조르신; 아릴 페놀, 예를 들면, 페닐페놀; 페놀성 디올, 예를 들면, CH2(C6H4OH)2 또는 C(CH3)2(C6H4OH)2; 및 이들의 혼합물이 있다. 본원에 사용되는 용어 "알데히드"는 하나 이상의 알데히드 그룹을 갖거나, 알데히드 그룹으로 전환되어 상기한 페놀성 화합물과 반응할 수 있는 관능성 그룹을 갖는 유기 화합물을 의 미한다. 이러한 알데히드의 예로는 포름알데히드; 포름알데히드 제공 물질, 예를 들면, 파라포름알데히드; 아세트알데히드; 푸르푸랄; 부티르알데히드; 및 이들의 혼합물이 있다.
하나의 특정 양태에서, 경화 또는 가교결합되는 수지는 페놀-알데히드, 멜라민-알데히드, 우레아-알데히드 수지 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 보다 특정 양태에서, 경화 또는 가교결합되는 수지는 페놀-포름알데히드, 멜라민-포름알데히드, 우레아-포름알데히드 수지 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 일부 바람직한 양태에서, 경화 또는 가교결합되는 수지는 페놀-포름알데히드 수지를 포함한다. 본 발명에서 사용될 수 있는 이러한 페놀-포름알데히드의 구체적인 예는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제4,130,550호, 제4,289,814호 및 제4,578,425호에서 찾을 수 있다.
또 다른 특정 양태에서, 경화 또는 가교결합되는 수지는 티올-엔 중합체를 포함하며, 여기서 당해 티올-엔 중합체는 폴리티올 그룹으로 경화 또는 가교결합되는데, 즉, 티올-엔 중합체의 티올 잔기는 폴리티올 그룹의 티올 그룹을 포함한다. 특정 양태에서, 경화 또는 가교결합되는 수지는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 또는 트리스 (2-하이드록시 에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트를 포함한다.
또 다른 양태에서, 경화 또는 가교결합되는 수지는 페놀 수지, 펜던트 α, β-불포화 카보닐 그룹을 갖는 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 이소시아누레이트 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 아 크릴레이트 수지, 아크릴화 이소시아누레이트 수지, 아크릴화 우레탄 수지, 아크릴화 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 아교, 셀룰로스 화합물, 라텍스, 카세인, 대두 단백질, 나트륨 알기네이트, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴에스테르, 폴리에틸렌 비닐아세테이트, 폴리스티렌-부타디엔 및 이들의 혼합물로부터 선택된 임의로 가교결합되거나 가교결합 가능한 성분과 추가로 배합된다.
일반적으로, 폴리티올 그룹은 경화 또는 가교결합된 수지의 적어도 약 1중량% 내지 약 99중량%, 통상적으로 약 5중량% 이상, 보다 통상적으로 약 5중량% 내지 약 50중량%, 특히 약 5중량% 내지 약 40중량%, 특히 약 10중량% 내지 약 40중량%를 형성할 수 있다.
본 발명의 연마 제품은 피복된 연자 제품, 랩핑(lapping) 또는 구조화된 연마 제품, 결합된 연마 제품 및 부직포 연마 제품을 포함한다.
하나의 양태에서, 본 발명의 연마 제품은 피복된 연마 제품이다. 통상적으로, 본 발명의 피복된 연마 제품은 제1 주요면 및 제2 주요면을 갖는 지지 기판; 연마재, 예를 들면, 다수의 연마 입자; 다수의 연마 입자를 기판의 제1 주요면에 부착시키는 수지 결합제 및 임의로 로딩방지 성분을 포함하는 주변 피막을 포함한다. 연마재, 예를 들면, 연마 과립, 입자 또는 이의 응집체는 피복된 연마 제품의 하나의 층(예: 수지-연마재 층) 또는 2개의 층(예: 메이크 피막 및 사이즈 피막)에 존재할 수 있다. 본 발명의 피복된 연마 제품은 상기한 폴리티올로 경화되거나 가교결합된 결합제를 결합제-연마재 층, 백사이즈(backsize) 피막, 프리사이즈(presize) 피막, 메이크 피막, 사이즈 피막 및 수퍼사이즈 피막으로 이루어진 그 룹으로부터 선택된 하나 이상의 층에 포함한다. 이러한 수지 결합제는 상기한 바와 같이 일반적으로 가교결합되지 않은 수지 또는 부분적으로 가교결합된 수지와 폴리티올 그룹을 포함하는 수지 결합제 조성물을 경화시킴으로써 형성시킬 수 있다.
몇몇 특정 양태에서, 본 발명의 피복된 연마 제품은 제1 주요면 및 제2 주요면을 갖는 지지 기판; 다수의 연마 입자; 및 다수의 연마 입자를 메이크 피막이라고 할 수 있는 기판의 제1 주요면에 부착시키는 수지 결합제를 포함한다. 한 예로써, 이러한 메이크 피막은 지지 기판을 연마 과립 없이 수지 결합제로 함침시킴으로써 형성시킬 수 있다. 임의로, 이들의 특정 용도에 따라서, 피복된 연마 제품은 추가로 기타 피막, 예를 들면, 사이즈 피막, 수퍼사이즈 피막 등을 포함할 수 있다. 이러한 양태에서, 연마재를 중력 또는 정전기적 부착에 의해 또는 공기 스트림 속에서 또는 폴리우레탄 연마재 조성물과의 슬러리로서 별도로 도포할 수 있다.
다른 특정 양태에서, 상기한 바와 같은 가공된 피복 연마 도구의 필요한 공격성에 따라서 지지 기판은 연마재, 예를 들면, 연마 입자 및 수지 결합제를 포함하는 수지-연마재 슬러리에 함침시켜 결합제-연마재 층을 형성시킬 수 있다.
본 발명의 피복된 연마 제품에 적합한 지지 기판은 피복된 연마재의 제조시 기판으로서 통상적으로 사용되는 임의의 수의 각종 재료를 포함하며, 예를 들면, 종이, 천(cloth), 필름, 중합체성 발포체, 섬유, 가황 섬유, 제직물 및 부직포, 금속, 목재, 플라스틱, 세라믹 등 또는 이들 물질의 둘 이상의 조합 또는 이의 처리된 형태이다. 기판은 종이/필름, 천/종이, 필름/천 등의 적층체일 수도 있다. 기 판은 비교적 유연한 박형 종이, 필름, 천 등으로부터 비교적 경질 금속, 세라믹, 목재 등의 다양한 유연성을 가질 수 있다. 기판 재료는 연마 제품의 목적하는 용도에 따라서 선택될 것이다. 기판의 강도는 사용시 인렬 또는 기타 손상을 견디기에 충분해야 하고, 기판의 두께 및 평활도는 목적하는 용도에 바람직한 제품의 두께 및 평활도를 달성할 수 있어야 한다.
피복된 연마 제품에서 기판은 임의의 포화제/사이즈 피막, 프리사이즈 피막 및/또는 백사이즈 피막을 가질 수 있다. 이러한 피막은 기판을 밀봉하고/하거나 기판의 사(yarn) 또는 섬유를 보호하는 데 사용될 수 있다. 기판이 천 재료인 경우, 이들 피막 중의 하나 이상이 필요할 수 있다. 프리사이즈 피막 또는 백사이즈 피막을 부가함으로써 기판 전면 및/또는 후면의 보다 "평활한" 표면을 추가로 이룰 수 있다.
추가로, 대전방지 물질을 이들 천 처리 피막에 포함시킬 수 있다. 대전방지물질을 첨가시킴으로써, 목재 또는 목재형 재료를 연마할 때 피복된 연마 제품이 정전기를 축적하는 경향을 감소시킬 수 있다. 대전방지 기판 및 기판 피막(처리)에 관한 추가의 상세 설명은, 예를 들면, 미국 특허 제5,108,463호, 제5,137,542호(Buchanan 등), 제5,328,716호(Buchanan) 및 제5,560,753호(Buchanan 등)에서 찾을 수 있다.
기판은 또한, 예를 들면, 미국 특허 제5,417,726호(Stout 등)에 개시되어 있는 섬유상 강화 열가고성 수지 또는 미국 특허 제5,573,619호(Benedict 등)에 개시되어 있는 무한 중첩부 부재 벨트일 수 있다. 마찬가지로, 기판은, 예를 들면, 미 국 특허 제5,505,747호(Chesley 등)에 개시되어 있는, 돌출된 갈고리 대를 갖는 중합체성 기판일 수 있다. 유사하게는, 기판은, 예를 들면, 미국 특허제5,565,011호(Follett 등)에 기재되어 있는 루프 직물일 수 있다.
몇몇 예에서, 감압성 접착제를 피복된 연마재의 이면에 도입시켜 생성된 피복 연마재를 지원 패드(back up pad)에 고정될 수 있도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명에 적합한 감압성 접착제의 대표적인 예로는 라텍스 크레프, 로진, 폴리아크릴레이트 에스테르를 포함하는 아크릴 중합체 및 공중합체(예: 폴리부틸아크릴레이트), 비닐 에테르(예: 폴리비닐 n-부틸 에테르), 알키드 접착제, 고무 접착제(예: 천연 고무, 합성 고무, 염소화 고무 및 이들의 혼합물)가 있다. 바람직한 감압성 접착제는 이소옥틸아크릴레이트-아크릴 산 공중합체이다.
피복된 연마재는 미국 특허 제3,849,949호(Steinhauser 등)에 기재되어 있는 바와 같이 연마재 디스크의 롤 형태일 수 있다. 피복된 연마재는 벨트, 디스크, 시트, 테이프, 데이지(daisy) 등과 같은 상이한 형상 및 형태로 전환시킬 수 있다. 벨트는 중첩부 또는 접합부를 포함할 수 있거나, 벨트는 미국 특허 제5,573,619호(Benedict 등)에 교시되어 있는 바와 같이 중첩부가 부재할 수 있다.
또는, 피복된 연마재는 피복된 연마재를 지원 패드에 고정시키기 위해서 후크(hook) 및 루프(loop)형 부착 시스템을 포함할 수 있다. 루프 직물은 피복된 연마재의 이면에 존재할 수 있고 후크는 지원 패드 상에 존재할 있다. 또는, 후크는 피복된 연마재의 이면에 존재할 수 있고 루프는 지원 패드 상에 존재할 수 있다.
후크 및 루프형 부착 시스템은 추가로 미국 특허 제4,609,581호(Ott), 제 5,254,194호(Ott 등) 및 제5,505,747호(Chesley 등)에 기재되어 있다. 또는, 메이크 피막 전구체를, 예를 들면, 미국 특허 제5,565,011호(Follett 등)에 개시되어 있는 바와 같이 루프 직물에 직접 피복시킬 수 있다.
연마 입자를 기판의 주요면 또는 작업면 및 반대면 둘 다에 부착시키는 것이 편리할 수 있다. 연마 입자는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 이러한 측면에서, 연마 제품은 본질적으로 양면을 갖고, 한 면은 다른 면의 다수의 연마 입자와 상이한 다수의 연마 입자를 함유할 수 있다. 또는, 한 면은 다른 면의 연마 입자와 입자 크기가 상이한 다수의 연마 입자를 함유할 수 있다. 몇몇 예에서, 이러한 양면 연마 제품은 연마 제품의 양면이 동시에 연마하는 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 코너와 같은 작은 영역에서, 연마 제품의 한 면은 상부 제품 표면을 연마하는 한편, 다른 한 면은 하부 제품 표면을 연마할 수 있다.
부직포 연마재가 본 발명의 범주에 포함된다. 부직포 연마재는 일반적으로 미국 특허 제2,958,593호(Hoover 등) 및 제4,991,362호(Heyer 등)에 기재되어 있다.
결합된 연마 제품이 또한 본 발명의 범주에 포함된다. 결합된 연마 제품, 예를 들면, 연삭 휠, 샤프닝 스톤(sharpening stone) 등은 통상적으로 연마 입자를 성형품의 형태로 함께 부착시키는 수지 결합제를 포함한다. 결합된 연마 제품은 연마재 및 상기한 경화 수지로 구성될 수 있거나, 임의로 지지체, 예를 들면, 핸들, 악셀, 휠 등에 결합되거나 이들로 성형될 수 있다. 결합된 연마 제품은 일반적으로 미국 특허 제4,800,685호(Haynes)에 기재되어 있다. 본 발명에 따르면, 로 딩방지 성분이 적어도 수지 결합제의 일부분 상의 주변 피막 또는 결합된 연마 제품의 매트릭스에 존재한다.
도 1은 종이와 같은 지지 기판(102)을 포함하는 피복된 연마 제품(100)의 도면이다. 상기한 바와 같이 폴리티올 그룹으로 경화된 수지는 지지 기판(102) 상에 메이크 피막(104), 사이즈 피막(106), 수퍼사이즈 피막(108) 등의 하나 이상의 피막 또는 층에 존재할 수 있다. 통상적으로, 경화된 수지는 지지 기판에 연마 입자(110)를 결합시켜 지지 기판에 연마재 피막을 형성시킬 수 있다. 피복된 연마재는 임의로 임의 충전재(112)를 포함할 수 있다.
기판(102)은 경질 또는 연질, 다공성 또는 비다공성 등일 수 있다. 예를 들면, 다양한 양태에서, 지지 기판은 고도의(lofty) 부직포 웹; 경질 기판; 주요면을 갖는 연질 기판 등일 수 있다. 특정 양태에서, 지지 기판은 연질이고, 경화된 수지는 실질적으로 기판의 굴곡에 합치된다.
몇몇 경우, 수퍼사이즈 피막(108)이 결합제 존재 또는 부재하에 부착될 수 있다. 일반적으로, 수퍼사이즈 피막(108)의 기능은 향상된 분쇄성, 표면 윤활성, 대전방지성 또는 로딩방지성과 같은 특정 특성을 제공하는 첨가제를 피복된 연마재의 표면에 위치시키는 것이다. 적합한 분쇄 조제의 예는 KBF4를 포함하는 것이다. 수퍼사이즈 피막(108)에 적합한 윤활제의 예에는 리튬 스테아레이트 및 나트륨 라우렐 설페이트가 포함된다. 적합한 대전방지제의 예로는 알칼리 금속 설포네이트, 3급 아민 등이 있다. 적합한 로딩방지제의 예로는 지방산의 금속염, 예를 들면, 아연 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트 및 리튬 스테아레이트 등이 있다. 음이온성 유기 계면활성제가 또한 유효한 로딩방지제로서 사용될 수 있다. 이러한 음이온성 계면활성제, 및 이러한 음이온성 계면활성제를 포함하는 로딩방지 조성물의 다양한 예는 본원에 참고로 인용된 미국 공개특허공보 제2005/0085167 Al호에 기재되어 있다. 적합한 로딩방지제의 다른 예로는 무기 로딩방지제, 예를 들면, 금속 실리케이트, 실리카, 금속 카보네이트 및 금속 설페이트가 있다. 이러한 로딩방지제의 예는 본원에 참고로 인용된 국제공개공보 제WO 02/062531호 및 미국 특허 제6,835,220호에서 찾을 수 있다.
특정 양태에서, 연마 제품은 도시되어 있는 바와 같이 지지 기판(102)과 연마재 피막(104) 사이에 존재할 수 있는 임의의 순한(compliant) 에너지 분산 층(114)를 포함할 수 있거나, 지지 기판(102)이 연마재 피막(104)과 순한 에너지 분산 층(114) 사이에 존재할 수 있다. 몇몇 양태에서, 지지 기판은 단일 층에서 지지 기판 기능과 순한 에너지 분산 기능을 둘 다 제공하는 물질, 예를 들면, 엘라스토머성 중합체 필름 등으로 제조될 수 있다. 순한 에너지 분산 층은 연마 입자를 경화되거나 가교결합된 수지 결합제로부터 방출시키는 경향이 있는 것으로 여겨지는 연마 작용력의 효과를 적어도 부분적으로 완화시키는 것으로 여겨진다. 따라서, 순한 에너지 분산 층을 갖는 제품은 이러한 층을 갖지 않는 동일한 제품에 비해 향상된 연마 성능, 향상된 연마 수명 등을 가질 수 있다.
연마 제품은 착색제, 예를 들면, 염료 또는 안료를 포함할 수 있다. 일반적으로, 착색제의 일부는 가교결합된 수지와 같은 경화된 수지를 통해 보일 수 있으 며, 예를 들면, 몇몇 양태에서, 착색제의 일부는 경화된 수지, 임의의 지지 기판, 및/또는 임의의 지지 기판과 경화된 수지 사이의 피막에 포함된다. 특정 양태에서, 착색제는 유기 폴리사이클릭 염료, 유기 모노아조 염료, 유기 디아조 염료, 유기금속 착체, 무기 안료(예: 금속 산화물 또는 착체)를 포함할 수 있다. 염료는 페리논, 안트라퀴논, 아조 염료 착체 및 티오인디고이드에 속할 수 있다.
형광성 착색제는 형광성 유기 분자를 함유하는 염료 또는 안료이다. 형광성 착색제의 상세한 설명은 본원에 참고로 인용된 문헌[참조: Zollinger, H., "Color Chemistry: Synthesis, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments", 2nd Ed., VCH, New York, 1991]에서 찾을 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 형광성 착색제는, 예를 들면, 크산텐, 티오크산텐, 플루오렌(예: 플루오레세인, 로다민, 에오신, 플록신, 우라닌, 석시네인, 사카레인, 로사민 및 로돌), 나프틸아민, 나프틸이미드, 나프톨락탐, 아잘락톤, 메틴, 옥사진, 티아진, 벤조피란, 쿠마린, 아미노케톤, 안트라퀴논, 이소비올란트론, 안트라피리돈, 피라닌, 피라졸론, 벤조티아젠, 페릴렌 또는 티오인디고이드이다. 보다 바람직하게는, 형광성 착색제는 크산텐, 티오크산텐, 벤조피란, 쿠마린, 아미노케톤, 안트라퀴논, 이소비올란트론, 안트라피리돈, 피라닌, 피라졸론, 벤조티아젠, 티오인디고이드 및 플루오렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 형광성 착색제는 티오크산텐이다.
당해 기술분야의 숙련가는 다수의 시판되는 착색제의 경우, 한 부류 속의 개 별 유도체, 예를 들면, 티오크산텐 유도체의 특정 화학 구조가 공개적으로 입수 가능하지 않을 수 있음을 안다. 따라서, 특정 형광성 착색제는 통상적으로 문헌[참조: "Colour Index International", 4th Ed. American Association of Textile Chemists and Colorists, Research triangle Park, NC, 2002]에 정의되어 있는 바와 같은 색 지수(CI)명으로 언급된다. 색 지수는 www.colour-index.org의 온라인으로도 이용 가능하다. 색 지수의 전체 교시는 본원에 참고로 인용된다.
바람직한 형광성 착색제의 예로는 C.I. 솔벤트 오렌지 63(Hostasol Red GG, Hoechst AG, 독일 프랑크푸르트 소재), C.I. 솔벤트 옐로우 98(Hostasol Yellow 3G, Hoechst AG, 독일 프랑크푸르트 소재) 및 C.I. 솔벤트 오렌지 118(FL Orange SFR, Keystone Aniline Corporation, 미국 일리노이주 시카고 소재)이 있다.
사용될 수 있는 착색제의 양은 의도하는 용도의 상세한 내용, 착색제의 특성, 조성물 중의 기타 성분 등에 좌우된다. 당해 기술분야의 숙련인은 특정 용도를 위한 착색제의 양을 결정하기 위해 이들 세부사항을 판단하는 방법을 알 것이다. 통상적으로, 착색제의 양은 약 0.01 내지 약 2%, 보다 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.5%, 가장 바람직하게는 약 0.2%의 총 착색제 조성물의 중량 분율일 것이다.
특정 양태에서, 착색제는 적색, 오렌지색, 황색, 녹색, 청색, 남색 또는 청자색이다. 특정 양태에서, 착색제는 형광성, 예를 들면, 형광성 적색, 형광성 오렌지색(블레이즈 오렌지색), 형광성 황색, 형광성 녹색 등이다. 몇몇 바람직한 양태에서, 착색제는 형광성 오렌지색(블레이즈 오렌지색)이다.
다양한 양태에서, 착색제의 존재를 포함하는 특히 몇몇 양태에서, 경화 또는 가교결합된 수지는 멜라민을 포함하지 않는다.
다양한 양태에서, 착색제는 연마 제품을 확인하기 위해서, 예를 들면, 상품명을 붙이기 위해서, 습식, 건식, 목재, 금속 등의 사용 지시를 확인하기 위해서 또는 그릿(grit) 크기의 확인을 위해서 사용될 수 있다.
다양한 양태에서, 착색제는, 예를 들면, 로고, 확인 설명, 부분 번호, 사용 지시, 안전성 경고, 마모 인디케이터, 절삭 토막 로딩 인디케이터 등을 보여주기 위해서 인쇄 패턴(printed pattern)으로서 형성될 수 있다. 예를 들면, 절삭 토막과 함께 로딩된 연마재 또는 마모되는 연마재는 덜 효과적일 수 있고, 따라서 유효성을 향상시키기 위해, 마모 인디케이터 또는 절삭 토막 로딩 인디케이터가 연마재에서의 변화를 사용자에서 알려주기 위해 사용 가능할 수 있다. 본원에 사용되는 "절삭 토막"은 "로딩"하거나 연마재와 접촉한 채 잔류하여 연마재의 유효성을 감소시킬 수 있는 연마된 제품 재료를 의미한다.
몇몇 양태에서, 경화된 수지는 350nm 이상의 파장에서 흡광도가 0.1 초과, 일반적으로 0.15 초과, 통상적으로 0.2 초과, 보다 통상적으로 0.25 초과, 특히 0.3 초과인 광개시제에 의해 경화, 예를 들면 가교결합될 수 있다.
통상적으로, 350nm 이상의 파장에서의 흡광도는 약 10nm 이상, 보다 통상적으로 약 25nm 이상, 특히 약 40nm 이상, 특정 양태에서는 약 50nm의 파장 범위를 초과한다. 파장 범위는 최초로 350nm 이상에 있을 수 있고, 통상적으로 350nm 내지 800nm, 보다 통상적으로 350nm 내지 500nm, 몇몇 양태에서, 350nm 내지 450nm에 있을 수 있다. 특정 양태에서, 파장 범위는 350nm 내지 400nm에 있을 수 있고, 통상적으로 350nm에 최초로 있을 수 있다.
몇몇 양태에서, 경화된 수지는 비스-아실포스핀 옥사이드 및 α-하이드록시케톤으로부터 선택된 광개시제의 의해 경화, 예를 들면, 가교결합될 수 있다.
몇몇 양태에서, 연마 제품은 적어도 부분적으로 자외선에 대해 투과성일 수 있고, 예를 들면, 350nm 이상의 파장에서 흡광도가 0.9 미만, 일반적으로 0.8 미만, 통상적으로 0.7 미만, 보다 통상적으로 0.6 미만, 특히 0.5 미만인 연마 과립을 포함한다. 통상적으로, 350nm 이상의 파장에서의 흡광도는 약 10nm 이상, 보다 통상적으로 약 25nm 이상, 특히 약 40nm 이상, 특정 양태에서 약 50nm의 파장 범위를 초과한다.
마찬가지로, 몇몇 양태에서, 연마 제품은 자외선에 대해 투과성일 수 있는 지지 기판을 포함한다.
또한, 다양한 양태에서, 경화 또는 가교결합된 수지 및/또는 연마 제품은 자외선 투과성 충전재, 예를 들면, 탄산칼슘 및 실리카와 같은 표준 불투명 충전재에 비해 많은 자외선을 투과시키는 충전재를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 자외선 투과성 충전재는 알루미늄 3수화물이다.
다양한 양태에서, 본 발명의 연마 제품은 특히 다른 식으로 동일한 제품에 비해 향상된 특성을 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 발명의 경화된 수지, 예를 들면, 가교결합된 수지는 폴리티올 그룹으로 경화되지 않지만 다른 식으로는 동일한 수지에 비해 많은 가시광선 을 투과시킨다. 본원에 사용되는 용어 "가시광선"은 파장 범위가 약 400nm 내지 약 800nm인 광이다. 경화된 수지의 투명도는 적합하게 제조된 표준 샘플에 대한 표준 가시성 분광계를 사용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 동일한 치수의 박막으로서 형성된 2개의 샘플을 비교할 수 있고, 각각의 투과도를 측정할 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 발명의 경화된 수지, 예를 들면, 가교결합된 수지는 폴리티올 그룹으로 경화되지 않지만 다른 식으로는 동일한 수지에 비해 약 -150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 감소된 평균 tan δ를 가질 수 있다.
몇몇 양태에서, 본 발명의 연마 제품은 경화된 수지를 제외하고는 다른 식으로는 동일한 제품, 즉 폴리티올 그룹으로 경화되지 않는 것을 제외하고는 다른 식으로는 동일한 수지를 포함하는 제품에 비해 감소된 랜덤 스크래치 형성률을 나타낼 수 있다.
몇몇 양태에서, 폴리티올 그룹으로 경화된 수지를 포함하는 본 발명의 연마 제품은 경화된 수지를 제외하고는 다른 식으로는 동일한 연마 제품, 즉 폴리티올로 경화되지 않는 것을 제외하고는 다른 식으로는 동일한 수지를 포함하는 제품에 비해, 예를 들면, 약 5% 이상 또는 약 10% 이상 증가된 가요성을 갖는다. 가요성은 당해 기술분야에 공지된 적합한 방법으로, 예를 들면, 독일의 카를 프랑크(Karl Frank) 또는 미국의 걸리 프리시젼 인스트루먼츠(Gurley Precision Instruments)로부터 입수 가능한 프랑크 강성 계량기(Frank Stiffness meter)를 사용하여 측정할 수 있다. 통상적으로, 이러한 프랑크 강성 계량기를 사용하는 가요성 시험은 고정된 반경의 샘플을 5°의 증가분으로 10° 내지 60°와 같은 표준 각으로 굴곡시키 는 데 필요한 힘의 양을 측정한다. 이는 샘플의 경사 및 위사 방향 둘 다에서 수행될 수 있다. 각각의 샘플에 대한 힘(y축)(%) 대 각도(x축)의 플롯의 기울기는 "굴곡 기울기(Flex Slope)"로서 공지된 것을 제공한다. 일반적으로, 보다 큰 굴곡 기울기는 보다 강한 제품을 나타낸다.
몇몇 양태에서, 폴리티올 그룹으로 경화된 수지, 예를 들면, 폴리티올 그룹으로 가교결합된 수지를 포함하는 본 발명의 연마 제품에서, 경화된 수지는 폴리티올로 경화되지 않은 것을 제외하고는 다른 식으로는 동일한 수지에 비해, 예를 들면, 약 5% 이상 또는 약 10% 이상 증가된 계면 접착 강도를 제공한다. 계면 접착 강도(박리력)은 당해 기술분야에 공지된 적합한 방법, 예를 들면, 인스트론 인장 시험기를 사용하여 측정할 수 있다. 예를 들면, 인스트론 인장 시험기를 사용하는 시험에서, 가교결합된 수지를 포함하는 메이크 피막을 포함하는 피복된 연마 제품의 기재 재료는 본질적으로 동일한 강성의 또 다른 부재에 결합된다. 메이크 피막 층을 기재 재료로부터 접착 분리하기 위해 필요한 힘을 측정한다. 굴곡 기울기에 대한 박리력의 비는 일반적으로 기재 재료에 대한 메이크 피막의 접착 강도의 척도이며, 당해 값이 클수록 접착력이 크다.
본 발명의 피복된 연마 제품은, 예를 들면, 강철 및 기타 금속, 목재, 목재형 적층체, 플라스틱, 섬유 유리, 피혁 또는 세라믹의 각종 표면을 연마, 마모 또는 마멸시키기 위해서 사용될 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 포름알데히드 수지 및 폴리티올 그룹을 포함하는 경화성 조성물을 포함한다. 바람직한 양태를 포함하여 포름알데히드 수지 및 폴리티올 그룹의 특징 및 예는 위에서 기재한 바와 같다. 몇몇 양태에서, 경화성 조성물은 상기한 티올-엔 중합체를 포함하고, 티올-엔 중합체는 티올 그룹으로 경화, 예를 들면 가교결합될 수 있다. 다른 양태에서, 경화성 조성물은 페놀 수지, 펜던트 α, β-불포화 카보닐 그룹을 갖는 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 이소시아누레이트 수지, 멜라민-포름알데히드 수지, 아크릴레이트 수지, 아크릴화 이소시아누레이트 수지, 아크릴화 우레탄 수지, 아크릴화 에폭시 수지, 비스말레이미드 수지, 아교, 셀룰로스 화합물, 라텍스, 카세인, 대두 단백질, 나트륨 알기네이트, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴에스테르, 폴리에틸렌 비닐아세테이트, 폴리스티렌-부타디엔 및 이들의 혼합물로부터 선택된, 임의로 가교결합되거나 가교결합 가능한 성분과 추가로 배합된다. 임의로, 본 발명의 경화성 조성물은 이의 특정 용도에 따라서 착색제, 충전재 및 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 착색제, 충전재 및 첨가제의 예는 위에서 기재한 바와 같다.
본 발명은 또한 폴리티올 그룹으로 가교결합된 포름알데히드 수지를 포함한다. 바람직한 예를 포함하여, 포름알데히드 수지 및 폴리티올 그룹의 특징 및 예는 위에서 기재한 바와 같다.
실시예 1: 가교결합된 페놀 수지의 제조
표준 시판되는 페놀 포름알데히드 레졸 수지(예: Oxychem, Borden, Bakelite -Hexion-, Durez 및 Dynea)를 총 중량 비율 0중량%, 5중량%, 10중량% 및 20중량%에 이르는 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)와 배합하여 다음 실시예를 위한 가교결합된 수지를 제조하였다. 혼합물을 먼저 200℉에서 2시간 동안 건조시킨 후, 250℉에서 5시간 동안 경화시켜 수지를 경화, 예를 들면, 가교결합시켰다.
상기 가교결합되지 않은 수지 중의 하나를 1.6lbs/림(ream)(23.7gsm)에서 에폭시 아크릴레이트 수지 피복된 연마 과립(P180그릿 BFRPL 산화알루미늄)과 배합하고 연속 피복 공정으로 5mil 폴리에틸렌 테레프탈레이트 표면 처리된 필름에 도포하여 다음 실시예를 위한 피복된 연마재를 제조하였다. 피복된 혼합물을 위에서와 같이 경화시켜 수지를 가교결합시킴으로써 연마재 피막을 기판에 고착시켰다. 임의의 기타 첨가제를 위에서 언급한 바와 같이 특정 실시예에서 가하였다.
실시예 2: 개시된 가교결합 페놀 수지는 투명성을 향상시킨다
폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트) 0중량%, 5중량%, 10중량% 및 20중량%를 갖는 페놀 수지 샘플의 투명도는 폴리티올의 비율이 증가함에 따라 증가하였다. 예를 들면, 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트) 0중량%를 갖는 샘플은 거의 흑색인 한편, 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트) 20중량%를 갖는 샘플은 매우 밝은 황색-오렌지색이었으며, 이는 폴리티올 20중량%를 갖는 샘플의 투명도가 폴리티올 0%를 갖는 샘플보다 상당히 높음을 나타낸다.
또한, 형광성 오렌지색 염료를 함유하는 동일한 2개의 피복된 연마재를, 폴리티올 그룹을 사용하지 않고 경화된 페놀 수지 결합제를 갖는 연마재 및 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트) 10중량%로 경화된 페놀 수지를 갖는 연마재와 비교하는 경우, 폴리티올 그룹을 사용하지 않고 경화된 페놀 수지 결합제를 갖는 피복된 연마재가 훨씬 탁하고, 따라서 폴리티올 그룹으로 경화된 페놀 수지 결합제를 갖는 피복된 연마재보다 훨씬 덜 투명하다.
실시예 3: "과립 차단" 효과가 개시된 연마재에 의해 극복된다
광개시제를 사용하는 경우, 몇몇 수지를 자외선 조사로 경화시킬 수 있다. 도 2는 피복된 연마재(100)의 자외선 경화 동안 발생하는 것으로 여겨지는 "과립 차단" 효과를 보여준다. 당해 효과는 경화를 악화시켜 이러한 수지와 결합된 연마재의 성능을 손상시키는 것으로 여겨진다. 단파장 자외선(402)은 연마 과립(110)에 의해 흐려질 수 있고, 이는 과립에 의해 차단된 영역(404)의 메이크 피막(104) 및 사이즈 피막(106)의 수지 부분을 차단할 수 있어서, 적합하게 경화하지 못하고 과립(104)을 기판(102)에 결합시키지 못할 수 있다. 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 다양한 양태에서, "과립 차단" 효과는 연마 과립이 적어도 부분적으로 투명한 파장 영역에서 흡광도를 갖는 광개시제를 사용하거나, 광의 산란 및/또는 발산을 증가시켜 차단을 감소시킬 수 있는 알루미늄 3수화물과 같은 자외선 투과성 충전재를 사용하거나, 보다 장파장의 광이 연마 입자 주변에 보다 쉽게 확산되어 차단을 감소시키는, 장파장에서 흡광도를 갖는 광개시제를 사용하거나, 기 판의 피막이 경화되는 면과 다른 면으로 향하는 자외선에 의해 수지가 경화될 수 있는, 자외선 투과성 기판을 피복된 연마재에서 사용하는 등에 의해 완화될 수 있다.
실시예 4: 개시된 연마재에 사용되는 광개시제는 연마 과립에 의해 투과된 광을 흡수하여 경화를 향상시킨다
도 3은 본 발명의 장파장 광개시제의 자외선 흡광도(500), 단파장 개시제의 자외선 흡광도(502) 및 상이한 3개의 연마 과립의 자외선 흡광도(504, 506 및 508)의 그래프이다. 알 수 있는 바와 같이, 단파장 개시제(502)를 사용하는 경우, 연마 과립, 특히 과립(504)에 의해 상당히 차단될 수 있다. 장파장 광개시제(500)를 사용함으로써, 시스템에 과립의 주요 흡광도를 초과하는 영역의 파장, 예를 들면, 과립(504)의 경우에 350nm의 광을 조사할 수 있고, 여기서, 광개시제(500)는 단파장 개시제(502)보다 큰 흡광도를 갖는다. 또한, 연마 과립, 특히 과립(504)은 단파장 개시제(502)의 흡광 밴드에서보다 비교적 낮은 흡광도를 가질 수 있다.
실시예 5: 티올 가교결합된 수지는 향상된 기계적 특성을 갖는다
70/30 비율의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트/트리스 (2-하이드록시 에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트 또는 TMPTA/ICTA 수지(Sartomer 368D, Sartomer, 미국 펜실베니아주 엑스턴 소재)를 광개시제, 알루미늄 3수화물 충전재, 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)와 혼합하고, 필름을 미처리 마일 러(Mylar)에 캐스팅한 후, 각각 "V" 및 "D" 벌브(bulb)를 사용하는 600w/in 및 300w/in 전원을 둘 다 포함하는 퓨전 랩 유닛(Fusion UV Systems, Inc, 메릴랜드주 게이더즈버그 소재)에서 자외선 경화시켜 30FPM에서 샘플을 경화시켰다. 샘플을 마일러 필름으로부터 제거하고, 트리밍시킨 후, 세정하여 동적 기계 분석(DMA) 시험에 적합한 샘플을 제공하였다(두께 약 1/16" ×폭 1/4" ×길이 1").
정현력(sinusoidal force)을 상기 샘플에 인가하고, 생성된 정현 변형을 모니터링하였다. 동적 변형률에 대한 동적 응력의 비는 복합 탄성률 E*를 제공하고, 이는 추가로 나누어져서 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E"를 제공한다. 저장 탄성률은 물질의 에너지 저장 능력을 의미하고 물질의 강성과 관련될 수 있다. 손실 탄성률은 물질의 주어진 분자 운동의 결과로써 샘플에 의해 방산된 열을 나타낼 수 있고 중합체의 댐핑(damping) 특성을 반영할 수 있다. 손실 탄성률과 저장 탄성률의 비는 tan δ 값이다. 중합체의 점탄성으로 인해, 이들 점탄성 특성(E', E" 및 tan δ)은 시간 뿐만 아니라 온도의 함수일 수 있다.
도 4a, 4B 및 4C는 각각 -150℃ 내지 250℃의 온도 범위에 걸쳐 측정된, 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)로 가교결합된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트/트리스 (2-하이드록시 에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트 수지의, 폴리티올을 사용하지 않은 동일한 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트/트리스 (2-하이드록시 에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트 수지에 비해 증가된 분자 저장 탄성률, 증가된 분자 손실 탄성률 및 감소된 평균 tan δ의 향상된 기계적 특성을 보여준다.
실시예 6: 개시된 연마 제품은 향상된 가공 특성을 갖는다
도 5는 제품 가공시 목적하지 않은 랜덤한 스크래치를 보여주는 사진이다. 이론에 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 이러한 랜덤한 스크래치는 수지 결합제의 불량한 기계적 특성으로 인한 연마 입자의 불량한 접착력 때문에 발생하는 것으로 여겨진다.
도 6a 및 6B는 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)로 가교결합된 (TMPTA/ICTA 수지)를 갖는 피복된 연마재(6A)와, 폴리티올을 사용하지 않은 동일한 수지를 갖는 연마재(6B) 사이의 제품의 표면 가공시 차이를 보여주는 사진이다. 알 수 있는 바와 같이, 폴리티올 연마재가 깊은 랜덤한 스크래치가 보다 적은 평활한 가공면을 갖는다.
이러한 명백한 차이를 정량화할 수 있다. 특히, 폴리티올 연마재는 표 1에 제시되어 있는 바와 같이 표면 인성 파라미터 Ra, Rz 및 Rt에 대한 값이 향상(감소)되었다.
연마 제품 Ra Rz Rt
폴리티올 0.31 2.87 3.95
폴리티올 미사용 0.90 4.47 9.22
표면 변화를 측정하는 프로브(예: 기계적 또는 광학 프로브)에 의해 취해진 직선 경로를 포함하는 평가 길이에 걸쳐 표면 인성 파라미터를 측정한다. Ra는 표면에서의 평가 길이에 걸친 평균 거칠기(roughness) 값이고, 이는 표면의 평균 피크 높이 및 골 깊이 또는 평균 고도를 나타낸다. Rz는 ISO 10포인트 높이 파라미터이고, 이는 평가 길이에서 5개의 최고 피크와 5개의 최저 골 사이의 높이 차이를 나타낸다. Rt는 전체 평가 길이에 걸친 최고 피크와 최저 골 사이의 차이에 관련된 거칠기 최대치 또는 "최고 거칠기"의 척도이다.
실시예 7: 개시된 연마 제품은 향상된 내구성을 갖는다
도 7a 및 7B는 피복된 연마재의 동일한 사용 조건 이후의 사진이다. 도 7a는 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)로 가교결합된 (TMPTA/ICTA 수지)를 갖는 피복된 연마재의 사진이고, 도 7b는 폴리티올을 사용하지 않은 동일한 수지를 갖는 연마재의 사진이다. 알 수 있는 바와 같이, 폴리티올을 사용하지 않은 수지는 비교적 거칠고 많이 붕괴되고, 폴리티올을 갖는 피복된 연마재에 비해 다수의 분명히 느슨해지거나 손실된 연마 과립을 갖는다.
본 발명은 특히 이의 바람직한 양태를 참조하여 제시되고 설명되었지만, 당해 분야의 숙련가는 첨부된 청구범위가 포함하는 발명의 범위를 이탈하지 않으면서 형태 및 세부사항에 있어서 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 추가로, 위에서 언급한 미국 특허의 교시내용을 본원에 인용한다.
실시예 8: 개시된 연마 제품은 향상된 가요성 및 접착성을 갖는다
당해 실시예에서는 폴리티올 개선제((PTM) 개질된 피복 연마 구조물을 가요성, 박리 강도 및 접착성에 대해 평가하였다. 아래에 상세화하는 바와 같이 동일한 가공 조건하에 피막 중량을 일정하게 유지하는 한편, 메이크 또는 사이즈 층 중의 PTM의 양을 0 내지 10%로 변화시키면서 시험 샘플을 제조하였다
PTM 피복된 연마재 조성물 및 방법
PTM 5.70%를 함유하는 페놀 포름알데히드 메이크 제형을 24파운드/림(330ft2) 갖는 연속 가공된 천의 웹을 피복시킴으로써, 가요성 및 접착성 시험을 위해서 피복된 연마재 구조물을 제조하였다. 모든 성분 및 상응하는 수준을 표 2에 상술한다. 구성 피막을 갖는 웹에 BFRPL 산화알루미늄 과립 32파운드/림을 가하는 정전기적 부착 공정을 수행하였다. 이어서, 메이크 피복된 웹 및 과립의 이러한 부분 구조물을 80℃에서 2시간 동안 오븐에서 건조시켜, 페놀 포름알데히드 예비중합체의 건조 후 B-단계화(staging)를 부여하였다.
PTM 개질된 메이크 제형
메이크 제형 성분 시판원 비율(%)
충전재 NYAD 월라스트 325 NYCO 34
습윤 위트코 1260 Witco 0.10
수지, 단일 조성 94 내지 908 Durez 57
날코 2341 소포제 Nalco 0.10
PET-3MP (PTM) Bruno Bloc 5.70
물 --- 3.10
이어서, 피복된 연마재 구조물을 페놀 포름알데히드 사이즈 피막 13파운드/림으로 피복하였다. 사이즈 피막의 구체적인 조성을 표 3에 제시한다. 웹을 2시간 동안 120℃의 건조 벌브 온도 설정을 갖는 건조기로 다시 이동시켰다.
PTM 개질된 사이즈 제형
사이즈 제형 성분 시판원 비율(%)
백색 염료 E-8046 Acrochem Corp 0.70
습윤 외트코나 1260 Witco 0.20
솔모드 타몰 165A Rohm & Haas 0.90
충전재 신 크리올라이트 Solvay 42.40
수지 단일 조성 94-908 Durez 48.30
날코 2341 소포제 Nalco 0.10
PET-3MP 폴리티올(PTM) Bruno Bloc 2.50
염료 유니스퍼스 블랙 Ciba 0.20
물 4.80
이어서, 물질을 롤을 형성하는 코어에 권취하였다. 그 다음, 피복된 연마 제품의 롤을 대형 대류 오븐에 넣고 후속 경화 단계를 수행하는데, 오븐 온도는 12시간 동안 125℃였다.
가요성, 접착성 및 박리 시험
독일 카를 프랑크로부터 입수가능한 프랑크 강성 계량기를 사용하여 가요성을 확인하였다. 당해 시험은 샘플을 5°의 증가분으로 10° 내지 60°로 굴곡시키는 데 필요한 힘의 양을 측정하였다. 각각의 샘플에 대한 힘(y축)(%) 대 각도(x축)의 플롯의 기울기는 "굴곡 기울기"로서 공지된 것을 제공한다. 일반적으로, 큰 굴곡 기울기는 보다 강한 제품을 나타낸다. 각각 폭 1" × 길이 3"인 3개의 시험편들이 사용되었다.
인스트론 인장 시험기를 사용하여 박리력을 측정하였다. 이러한 기계적 특성을 위해서, 피복된 연마재 웹을 고강도 2성분 에폭시 접착제를 사용하여 동일한 강성의 또 다른 부재에 결합시켰다. 메이크 피막 층을 기재 재료로부터 분리시키는 데 필요한 힘을 인스트론 인장 시험기에서 분당 1.00in의 교차 헤드 속도로 강제 T-박리를 통해 측정하였다. 굴곡 기울기에 대한 박리력의 비는 가공된 천 피복 기판에 대한 메이크 피막의 접착 강도의 척도이며, 값이 클수록 접착력이 큼을 나타낸다.
프랑크 강성 및 인스트론 박리 시험으로부터 얻은 데이타를 표 4에 나타낸다. 당해 표로부터, 0% PTM 샘플에 대한 평균 굴곡 기울기는 1.26이었고 굴곡 기울기에 대한 평균 박리력의 비는 21.1이었다. 메이크 피막에 PTM을 5% 첨가한 경우, 굴곡 기울기는 11% 감소하였고 상응하는 굴곡 기울기에 대한 박리력의 비는 23.0 또는 10%였다. 따라서, 제품의 가요성이 증가하는 경우, 박리 접착력이 상응하게 증가하는 것으로 관찰되었다. 통상적으로 가요성이 큰 제품이 박리 접착력 값이 낮기 때문에, 이는 예기치 않은 것이었다. 사이즈 층에 PTM을 증가 첨가하는 경우에는 구조물의 가요성 또는 접착 특성에 크게 영향을 미치지 않았다. 이러한 결과는 메이크 층에서의 PTM의 존재가 피복된 연마재의 가요성을 크게 향상시키는 동시에 메이크 층과 기재 층간의 계면 접착성을 향상시킬 수 있음을 나타낸다.
Figure 112009017238510-pat00001
등가물
본 발명은 특히 이의 바람직한 양태를 참조하여 제시되고 설명되었지만, 당해 분야의 숙련가는 첨부된 청구범위가 포함하는 발명의 범위를 이탈하지 않으면서 형태 및 세부사항에 있어서 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 샌드페이퍼, 에머리 천(emery cloth) 등과 같은, 지지 기판(102)을 포함하는 피복된 연마 제품(100)의 도면이다.
도 2는 피복된 연마 제품(100)의 자외선 경화 동안 일어나는 것으로 여겨지는 "과립 차단(grain shadowing)" 효과를 보여준다.
도 3은 본 발명의 장파장 광개시제의 자외선 흡광도(500), 단파장 개시제의 흡광도(502) 및 3개의 상이한 연마 과립의 흡광도(504, 506 및 508)의 그래프이다.
도 4a, 4B 및 4C는 각각 -150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 측정된 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)로 가교결합된 트리메틸올프로판트리아크릴레이트/트리스(2-하이드록시 에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트 수지의, 폴리티올을 사용하지 않은 동일한 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트/트리스 (2-하이드록시 에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트 수지에 비해 증가된 평균 저장 탄성률, 증가된 평균 손실 탄성률 및 감소된 평균 tan δ의 개선된 기계적 특성을 보여준다.
도 5는 제품 가공시의 목적하지 않은 랜덤한 스크래치를 보여주는 사진이다.
도 6a 및 6B는 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)로 가교결합된 비율 70/30의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트/트리스 (2-하이드록시 에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트(TMPTA/ICTA 수지)(6A)를 갖는 피복된 연마재와, 폴리티올을 사용하지 않은 동일한 수지를 갖는 연마재(6B)의 제품의 표면 가공시 차이를 보여주는 사진이다 .
도 7a 및 7B는 동일한 사용 조건 후의 피복된 연마재의 사진이다. 도 7a는 폴리티올 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)로 가교결합된 (TMPTA/ICTA 수지)를 갖는 피복된 연마재의 사진이고, 도 7b는 폴리티올을 사용하지 않은 동일한 수지를 갖는 연마재의 사진이다.

Claims (31)

  1. 트리메틸올프로판 트리(3-머캅토프로피오네이트), 트리메틸올프로판 트리(2-머캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라(2-머캅토아세테이트), 폴리올-3-머캅토프로피오네이트, 폴리올-2-머캅 토아세테이트, 폴리에스테르-3-머캅토프로피오네이트, 폴리에스테르-2-머캅토아세테이트 및 에톡시화 트리메틸올프로판 트리-3-머캅토프로피오네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 폴리티올 그룹에 의해 가교결합된 포름알데히드 수지.
  2. 제1항에 있어서, 포름알데히드 수지가 페놀-포름알데히드, 멜라민-포름알데히드 및 우레아-포름알데히드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  3. 제1항에 있어서, 가교결합된 티올-엔 중합체를 추가로 포함하는 가교결합된 포름알데히드 수지.
  4. 제3항에 있어서, 폴리티올 그룹으로 가교결합된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 또는 폴리티올 그룹으로 가교결합된 트리스 (2-하이드록시 에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트를 추가로 포함하는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  5. 제1항에 있어서, 폴리티올 그룹이 펜타에리트리톨 테트라-(3-머캅토프로피오네이트)인, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  6. 제1항에 있어서, 폴리티올 그룹이 가교결합된 수지의 1중량% 이상을 형성하는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  7. 제6항에 있어서, 폴리티올 그룹이 가교결합된 수지의 5중량% 이상을 형성하는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  8. 제7항에 있어서, 폴리티올 그룹이 가교결합된 수지의 5중량% 내지 50중량%를 형성하는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  9. 제8항에 있어서, 폴리티올 그룹이 가교결합된 수지의 5중량% 내지 40중량%를 형성하는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  10. 제1항에 있어서, 착색제를 추가로 포함하는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  11. 제10항에 있어서, 가교결합된 수지가 멜라민을 포함하지 않는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  12. 제10항에 있어서, 착색제의 일부가 가교결합된 수지를 통해 보이는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  13. 제10항에 있어서, 착색제가 염료 또는 안료인, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  14. 제10항에 있어서, 착색제가 적색, 오렌지색, 황색, 녹색, 청색, 남색 또는 청자색인, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  15. 제10항에 있어서, 착색제가 형광성인, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  16. 제1항에 있어서, 수지가 광, 전자 빔 조사 또는 열에 의해 가교결합되는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  17. 제16항에 있어서, 수지가 350nm 이상의 파장에서 흡광도가 0.1을 초과하는 광개시제에 의해 가교결합되는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  18. 제16항에 있어서, 수지가 비스-아실포스핀 옥사이드 및 α-하이드록시케톤으로부터 선택된 광개시제에 의해 가교결합되는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  19. 제1항에 있어서, 가교결합된 수지가 폴리티올 그룹을 갖지 않는 동일한 수지에 비해 많은 가시광선을 투과시키는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  20. 제1항에 있어서, 가교결합된 수지가, 폴리티올 그룹을 갖지 않는 수지에 비해 -150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 증가된 평균 저장 탄성률을 갖는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  21. 제1항에 있어서, 수지가, 폴리티올 그룹을 갖지 않는 수지에 비해 -150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 증가된 평균 손실 탄성률을 갖는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  22. 제1항에 있어서, 가교결합된 수지가, 폴리티올 그룹을 갖지 않는 수지에 비해 -150℃ 내지 250℃의 온도 범위에서 감소된 평균 손실 탄성률과 저장 탄성률의 비(tan δ)를 갖는, 가교결합된 포름알데히드 수지.
  23. a) 포름알데히드 수지 및
    b) 트리메틸올프로판 트리(3-머캅토프로피오네이트), 트리메틸올프로판 트리(2-머캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라(2-머캅토아세테이트), 폴리올-3-머캅토프로피오네이트, 폴리올-2-머캅토아세테이트, 폴리에스테르-3-머캅토프로피오네이트, 폴리에스테르-2-머캅토아세테이트 및 에톡시화 트리메틸올프로판 트리-3-머캅토프로피오네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 폴리티올 그룹을 포함하는 경화성 조성물.
  24. 폴리티올 가교결합제와 포름알데히드 수지를 반응시킴을 포함하는, 포름알데히드 수지의 가교결합 방법으로서,
    폴리티올 가교결합제가 트리메틸올프로판 트리(3-머캅토프로피오네이트), 트리메틸올프로판 트리(2-머캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라(2-머캅토아세테이트), 폴리올-3-머캅토프로피오네이트, 폴리올-2-머캅토아세테이트, 폴리에스테르-3-머캅토프로피오네이트, 폴리에스테르-2-머캅토아세테이트 및 에톡시화 트리메틸올프로판 트리-3-머캅토프로피오네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  25. a) 포름알데히드 수지 및 제1항에 기재된 폴리티올 가교결합제를 포함하는 경화성 조성물과 다수의 연마 입자를 접촉시키는 단계 및
    b) 상기 경화성 조성물을 경화시켜 연마 제품을 생성시키는 단계
    를 포함하는, 연마 제품의 제조방법.
  26. 제1항에 기재된 폴리티올 그룹에 의한 가교결합을 포함하는 가교결합된 포름알데히드 수지에 연마재가 매립되어 있는 연마 제품을 연마 동작을 수행하는 작업 표면에 적용하여 표면의 일부를 제거함을 포함하는 작업 표면의 연마방법.
  27. 페놀-포름알데히드, 멜라민-포름알데히드 및 우레아-포름알데히드로부터 선택되고, 3개 이상의 티올 잔기를 갖는 폴리티올 그룹에 의해 가교결합되고, 폴리티올 그룹이 가교결합된 수지의 1중량% 이상인 가교결합된 수지로서,
    폴리티올 그룹을 갖지 않는 수지에 비해, 가교결합된 수지가 증가된 투명성, 증가된 저장 탄성률, 증가된 손실 탄성률, 감소된 손실 탄성률과 저장 탄성률의 비(tan δ)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 기준을 중촉시키고, 폴리티올 그룹이 트리메틸올프로판 트리(3-머캅토프로피오네이트), 트리메틸올프로판 트리(2-머캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨 테트라(2-머캅토아세테이트), 폴리올-3-머캅토프로피오네이트, 폴리올-2-머캅토아세테이트, 폴리에스테르-3-머캅토프로피오네이트, 폴리에스테르-2-머캅토아세테이트 및 에톡시화 트리메틸올프로판 트리-3-머캅토프로피오네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 가교결합된 수지.
  28. 제27항에 있어서, 착색제를 추가로 포함하는 가교결합된 수지.
  29. 제27항에 있어서, 수지에 매립된 연마 입자를 추가로 포함하는 가교결합된 수지.
  30. 제27항에 있어서, 폴리티올 그룹이 가교결합된 수지의 5중량% 이상을 형성하 는, 가교결합된 수지.
  31. 제27항에 있어서, 폴리티올 그룹이 가교결합된 수지의 5중량% 내지 50중량%를 형성하는, 가교결합된 수지.
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