KR100956512B1 - 연마 제품 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마 과립과 결합제 조성물을 포함하는 방사선 경화성 조성물에 관한 것이다. 결합제 조성물은 결합제 조성물을 중량을 기준으로 하여, 양이온 중합가능한 화합물 약 10 내지 약 90중량%, 라디칼 중합가능한 화합물 약 40중량% 이하 및 미립자 충전제 약 5 내지 약 80중량%를 포함한다. 미립자 충전제는 분산된 서브마이크론 미립자를 포함한다.
연마 과립, 결합제 조성물, 방사선 경화성 조성물, 양이온 중합가능한 화합물, 라디칼 중합가능한 화합물, 미립자 충전제, 서브마이크론 미립자.

Description

연마 제품 및 이의 제조방법{Abrasive articles and methods for making same}
본 발명은 일반적으로 연마 제품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
연마 제품, 예를 들면, 피복된 연마재(coated abrasives) 및 결합된 연마재(bonded abrasives)는 각종 산업에서, 예를 들면, 래핑(lapping), 연삭 또는 연마에 의해 공작물을 기계가공하기 위해 사용된다. 연마 제품을 사용하는 기계가공은 광학 기기 산업, 자동차 페인트 수리 산업에서부터 금속 성형(metal fabrication)에 까지 광범위한 산업 영역에 이른다. 이들 각각의 예에서, 제조설비들은 벌크 물질을 제거하거나 제품의 표면 특성에 영향을 미치기 위해 연마재를 사용한다.
표면 특성에는 광택, 조직(texture) 및 균일성이 포함된다. 예를 들면, 금속 부품 제조업자는 표면을 미세화하거나 연마하기 위해 그리고 종종 균일하게 매끄러운 표면을 원하여 연마 제품을 사용한다. 유사하게는, 광학 제조업자는 광회절 및 산란을 방지하기 위해 결점이 없는 표면을 생성하는 연마 제품을 원한다.
제조업자는 특정 제품에 있어서 스톡 제거율(stock removal rate)이 높은 연마 제품도 원한다. 그러나, 종종 제거율과 표면 품질 간에 이율 배반이 존재한다. 미세 과립 연마 제품은 통상 매끄러운 표면을 생성하지만, 스톡 제거율은 더 낮다. 더 낮은 스톡 제거율은 생산을 느리게 하고 비용을 증가시킨다.
특히, 미세 과립화(fine grained) 연마 제품이라는 맥락에서, 시판중인 연마재는 불균일한 표면 결함, 예를 들면, 평균 스톡 제거 스크래치보다 더 깊은 스크래치를 갖는 경향이 있다. 이러한 스크래치는 연마 제품으로부터 분리되는 과립에 의해 유발되어 회전 자국(rolling indentation)을 유발할 수 있다. 존재하는 경우, 이들 스크래치는 광을 산란시키고, 렌즈의 광학 투명성을 감소시키거나 장식용 금속 작업에서 헤이즈 또는 포기 피니쉬(foggy finish)를 초래한다. 이러한 스크래치는, 표면의 방출 특성(release characteristics)을 감소시키는 핵형성 지점 또는 부착 지점도 제공한다. 예를 들면, 위생 장비에서의 스크래치는 박테리아가 표면을 공격하도록 하고, 연마된 반응기에서의 스크래치는 기포를 형성하도록 하며, 원하지 않는 반응을 개시하는 표면 형태로서 작용한다.
과립의 손실은 연마 제품의 성능을 저하시켜, 잦은 교체를 유발한다. 연마 제품의 잦은 교체로 제조 비용이 많이 든다. 이로써, 개선된 연마 제품 및 이의 제조방법이 요망된다.
한 특정 양태에서, 조성물은 연마 과립과 결합제 조성물을 포함한다. 결합제 조성물은, 결합제 조성물의 중량을 기준으로 하여, 양이온 중합가능한 화합물 약 10중량% 내지 약 90중량%, 라디칼 중합가능한 화합물 약 40중량% 이하 및 미립자 충전제 약 5중량% 내지 약 80중량%를 포함한다. 미립자 충전제는 분산된 서브마이크론 미립자를 포함한다.
본 발명은 연마 과립, 및 경화된 제형을 포함하는 결합제를 포함하는 연마 제품의 일례에 관한 것이기도 하다. 경화된 제형은 약 90중량% 이하의 나노복합 에폭시 전구체 및 아크릴계 전구체를 포함한다.
또 다른 일례의 양태에서, 연마 제품은 연마 과립, 및 경화된 제형을 포함하는 결합제를 포함한다. 경화된 제형은 에폭시 전구체 및 약 5중량%(제형의 총 중량 기준) 이상의 미립자 충전제를 포함한다. 미립자 충전제는 서브마이크론 평균 입자 크기를 갖는다.
추가의 일례의 양태에서, 연마 제품은 연마 과립 및 콜로이드성 복합 결합제를 포함한다.
또 다른 일례의 양태에서, 연마 제품은 연마 과립 및 용액 형성된 나노복합 결합제를 포함한다.
추가의 일례의 양태에서, 연마 제품은 연마 과립 및 복합 결합제를 포함한다. 복합 결합제는 평균 입자 크기가 약 3 내지 약 200nm이고 평균 입자 크기의 약 2배 이하의 반폭(half-width)을 특징으로 하는 입자 크기 분포를 갖는 분산 미립자 충전제를 포함한다.
추가의 일례의 양태에서, 연마 제품은, Rz 성능이 약 3.0 이하이고 에폭시/아크릴레이트 공중합체를 포함하는 결합제를 포함한다.
또 다른 일례의 양태에서, 연마 제품을 형성하는 방법은, 배면재에 콜로이드성 복합 결합제 제형 및 연마 과립을 제공하고, 당해 콜로이드성 복합 결합제 제형을 경화시킴을 포함한다.
추가의 일례의 양태에서, 연마 제품을 제조하는 방법은 배면재에 연마 과립, 및 제1 결합제 제형을 포함하는 메이크 피복물(make coat)을 도포함을 포함한다.
당해 방법은 사이즈 피복물(size coat)을 메이크 피복물 위에 도포함을 추가로 포함한다. 사이즈 피복물은 나노복합 중합체 제형을 포함하는 제2 결합제 제형을 포함한다. 당해 방법은 메이크 피복물 및 사이즈 피복물을 경화시키는 것도 포함한다.
또 다른 일례의 양태에서, 연마 제품을 제조하는 방법은, 나노복합 에폭시 전구체와 아크릴계 전구체를 블렌딩하여 결합제 제형을 형성하고, 이와 같이 형성된 결합제 제형을 기재에 도포한 다음, 연마 과립을 당해 기재에 도포하고, 결합제 제형을 경화시킴을 포함한다.
본 발명은 첨부한 도면을 참고하여 당해 기술분야의 숙련가에게 더 잘 이해되고 이의 다수의 특성 및 이점이 명백해질 것이다.
도 1은 피복된 연마 제품의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 구조화된 연마 제품의 일례를 도시한 것이다.
도 3은 결합된 연마 제품의 일례를 도시한 것이다.
발명을 수행하기 위한 양태
특정 양태에서, 연마 제품은 연마 과립 및 콜로이드성 복합 결합제를 포함한다. 연마 제품은 피복된 연마 제품 또는 결합된 연마 제품일 수 있다. 한 양태에서, 피복된 연마 제품은 패턴화된 연마 표면 구조를 포함하는, 설계된(engineered) 또는 구조화된 연마 제품이다.
콜로이드성 복합 결합제는 일반적으로 중합체 매트릭스 및 미립자 충전제를 포함한다. 콜로이드성 복합 결합제는 중합체 성분, 예를 들면, 단량체 또는 중합체를 포함하는 외부 상 내에 콜로이드 현탁된 미립자 충전제를 포함하는 결합제 제형으로부터 형성된다. 결합제 제형은 촉매, 중합 개시제, 연쇄이동제, 반응 억제제, 가소제 및 분산제를 추가로 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 용액 형성된 나노복합 결합제를 포함하는 연마 제품에 관한 것이다. 용액 형성된 나노복합 결합제는 용액 형성된 나노복합체 제형으로부터 형성되고, 졸 또는 졸-겔 공정으로 형성되며 중합체 성분 현탁액에 현탁된 나노크기의 미립자 충전제를 포함한다. 특정 양태에서, 미립자 충전제의 평균 입자 크기는 약 3 내지 약 200nm, 예를 들면, 약 3 내지 약 100nm이며, 평균 입자 크기의 약 2배 이하의 반폭을 특징으로 하는 입자 크기 분포를 갖는다.
특정 양태에서, 나노복합 결합제 및 콜로이드성 복합 결합제는 아래에 기재한 바와 같이 약 3.0 이하의 Rz 성능을 갖는다. 결합제는 에폭시 성분, 아크릴레 이트 성분, 옥세탄 성분 및 이의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 중합체 성분을 포함할 수 있다. 또한, 중합체 성분은 열 경화되거나 화학방사선을 사용하여 경화될 수 있다.
본원에 기재된 복합 결합제는 일반적으로 중합체 매트릭스에 분산된 미립자 충전제를 포함한다. 경화 전에, 복합 결합제 제형은 통상 유기 중합체 성분 및 임의로 용매를 포함하는 외부 상을 포함하는 현탁액이다. 중합체 성분은 용매 속에서 단량체 또는 중합체일 수 있다. 예를 들면, 외부 상은 경화시 중합되는 단량체를 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 외부 상은 용매 속에 중합체 물질을 포함할 수 있다. 미립자 충전제는 일반적으로 외부 상 내의 분산된 상을 형성한다.
미립자 충전제는 무기 입자, 예를 들면, 금속(예: 강철, 은 또는 금) 또는 금속 착물, 예를 들면, 금속 산화물, 금속 수산화물, 금속 황화물, 금속 할로겐 착물, 금속 탄화물, 금속 인산염, 무기염(예: CaCO3), 세라믹 또는 이들의 배합물의 입자로 형성될 수 있다. 금속 산화물의 예는 ZnO, CdO, SiO2, TiO2, ZrO2, CeO2, SnO2, MoO3, WO3, Al2O3, In2O3, La2O3, Fe2O3, CuO, Ta2O5, Sb2O3, Sb2O5 또는 이들의 배합물이다. 상이한 금속들을 함유하는 혼합 산화물도 존재할 수 있다. 나노입자는, 예를 들면, ZnO, SiO2, TiO2, ZrO2, SnO2, Al2O3, 동시형성된(co-formed) 실리카 알루미나 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 입자를 포함할 수 있다. nm 크기의 입자는 유기 성분, 예를 들면, 카본 블랙, 고도로 가교결합된/코어 쉘 중합체 나노입자, 유기 개질된 nm 크기의 입자 등을 가질 수도 있다. 이러한 충전제는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제6,467,897호 및 국제 공개공보 제WO 98/51747호에 기재되어 있다.
용액계 공정을 통해 형성된 미립자 충전제, 예를 들면, 졸-형성된 세라믹 및 졸-겔 형성된 세라믹은 복합 결합제에 사용하기에 특히 매우 적합하다. 적합한 졸은 시판중이다. 예를 들면, 수용액 중의 콜로이드 실리카는 상표명 "LUDOX"(미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 E.I. DuPont de Nemours and Co., Inc.), "NYACOL"(미국 매사추세츠주 애쉬랜드 소재의 Nyacol Co.) 및 "NALCO"(미국 일리노이주 오크 브룩 소재의 Nalco Chemical Co.)로 시판중이다. 다수의 시판중인 졸은 염기성이며, 알칼리, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화암모늄에 의해 안정화된다. 적합한 콜로이드 실리카의 추가의 예는 본원에 참고로 인용한 미국 특허 제5,126,394호에 기재되어 있다. 졸 형성된 실리카 및 졸 형성된 알루미나가 특히 매우 적합하다. 졸은, 졸 속에서 하나 이상의 적합한 표면처리제를 무기 산화물 기재 입자와 반응시킴으로써 관능화될 수 있다.
특정 양태에서, 미립자 충전제는 서브마이크론 크기이다. 예를 들면, 미립자 충전제는 나노 크기의 미립자 충전제, 예를 들면, 평균 입자 크기가 약 3 내지 약 500nm인 미립자 충전제일 수 있다. 일례의 양태에서, 미립자 충전제는 평균 입자 크기가 약 3 내지 약 200nm, 예를 들면, 약 3 내지 약 100nm, 약 3 내지 약 50nm, 약 8 내지 약 30nm, 또는 약 10 내지 약 25nm이다. 특정 양태에서, 평균 입자 크기는 약 500nm 이하, 예를 들면, 약 200nm 이하, 약 100nm 미만 또는 약 50nm 이하이다. 미립자 충전제의 경우, 평균 입자 크기는 중성자 소각 산란(small-angle neutron scattering: SANS) 분포 곡선에서 피크 체적 분율에 상응하는 입자 크기 또는 SANS 분포 곡선의 0.5 누적 체적 분율에 상응하는 입자 크기로 정의될 수 있다.
미립자 충전제는 평균 입자 크기보다 약 2.0배 이하의 반폭을 갖는 좁은 분포 곡선을 특징으로 할 수도 있다. 예를 들면, 반폭은 약 1.5 이하, 또는 약 1.0 이하일 수 있다. 분포의 반폭은 이의 최대 높이의 반, 예를 들면, 분포 곡선 피크에서 입자 분율의 반에서의 분포 곡선의 폭이다. 특정 양태에서, 입자 크기 분포 곡선은 단일 분포(mono-modal)이다. 선택적인 양태에서, 입자 크기 분포는 이중 분포(bi-modal)이거나 입자 크기 분포에서 하나의 피크를 갖는다.
특정 양태에서, 결합제 제형은 두 개 이상의 미립자 충전제를 포함할 수 있다. 각각의 미립자 충전제는 미립자 충전제와 관련하여 위에서 기재한 물질로부터 선택된 물질로 형성될 수 있다. 미립자 충전제는 동일한 물질 또는 상이한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 각각의 미립자 충전제는 실리카로 형성될 수 있다. 선택적인 예에서, 하나의 충전제는 실리카로 형성될 수 있고, 또 다른 충전제는 알루미나로 형성될 수 있다. 일례로, 각각의 미립자 충전제는 평균 입자 크기가 약 1000nm 이하, 예를 들면, 약 500nm 이하, 또는 약 100nm 미만인 입자 크기 분포를 갖는다. 또 다른 예에서, 한 미립자 충전제는 평균 입자 크기가 약 1000nm 이하, 예를 들면, 약 500nm 이하 또는 약 100nm 미만인 입자 크기 분포를 갖지만, 제2 미립자 충전제는 평균 입자 크기가 약 1㎛ 초과, 예를 들면, 약 1 내지 약 10㎛, 또는 약 1 내지 약 5㎛이다. 또는, 제2 미립자 충전제는 평균 입자 크기가 1500㎛이다. 특정 양태에서, 서브마이크론 평균 입자 크기를 갖는 제1 미립자 충전제 및 1㎛ 초과의 평균 입자 크기를 갖는 제2 미립자 충전제를 포함하는 결합제 제형은, 결합되어 결합제를 형성하는 경우, 유리하게는 개선된 기계적 특성을 제공한다.
통상, 제2 미립자 충전제는 종횡비(aspect ratio)가 낮다. 예를 들면, 제2 미립자 충전제는 종횡비가 약 2 이하, 예를 들면, 약 1 또는 거의 구형일 수 있다. 일반적으로, 제2 미립자 충전제는 미처리되고 처리를 통해 경화되지 않는다. 대조적으로, 연마 과립은 통상 종횡비가 약 2 이상이고 날카로운 테두리를 갖는 경화 미립자이다.
제2 미립자 충전제를 선택할 때, 침강 속도와 점도가 일반적으로 고려된다. 크기가 증가함에 따라, 크기가 1㎛ 초과인 미립자 충전제가 보다 빨리 침강하는 경향이 있으나, 높은 부하량에서 더 낮은 점도를 여전히 나타낸다. 또한, 미립자 충전제의 굴절율이 고려될 수 있다. 예를 들면, 미립자 충전제는 약 1.35 이상의 굴절률로 선택될 수 있다. 추가로, 미립자 충전제는, 염기성 잔기가 양이온 중합가능한 성분의 중합에 불리한 영향을 미칠 수 있기 때문에, 염기성 잔기를 포함하지 않도록 선택될 수 있다.
미립자 충전제는 일반적으로 외부 상에 분산된다. 경화 전에, 미립자 충전제는 결합제 현탁액 내에 콜로이드 분산되고, 일단 경화되면 콜로이드성 복합 결합제를 형성한다. 예를 들면, 미립자 물질이 분산될 수 있어서, 브라운 운동(Brownian motion)이 현탁액 중의 미립자 충전제를 입증한다. 일반적으로, 미립 자 충전제는 실질적으로 미립자 응집체를 함유하지 않는다. 예를 들면, 미립자 충전제는 실질적으로 단분산되어, 미립자 충전제가 단일 입자로서 분산되고, 특정 예로서, 만일 존재한다면, 무시될 수 있는 미립자 응집체만을 갖는다.
특정 양태에서, 미립자 충전제의 입자는 실질적으로 구형이다. 또는, 입자의 주 종횡비는 1 초과, 예를 들면, 약 2 이상, 약 3 이상, 또는 약 6 이상일 수 있는데, 여기서 주 종횡비는 최장 치수에 직각인 최단 치수에 대한 최장 치수의 비이다. 입자는, 최장 치수에 일반적으로 수직인 평면에서 직각 치수의 비로서 정의되는 제2 종횡비를 특징으로 할 수도 있다. 입자는 침상일 수 있는데, 예를 들면, 주 종횡비가 약 2 이상이고 제2 종횡비가 약 2 이하, 예를 들면, 약 1이다. 또는, 입자는 소판형일 수 있는데, 예를 들면, 종횡비가 약 2 이상이고 제2 종횡비가 약 2 이상이다.
일례의 양태에서, 미립자 충전제를 수용액 속에서 제조하고 현탁액의 외부 상과 혼합한다. 이러한 현탁액을 제조하는 공정은, 수용액(예: 실리카 수용액)을 도입하고, 실리케이트를 입자 크기 3 내지 50nm로 중축합시키고, 생성된 실리카 졸을 알칼리 pH로 조절하고, 임의로 졸을 농축시키고, 졸을 현탁액의 외부 유체상 성분과 혼합하고, 임의로 물 또는 기타 용매 성분을 현탁액으로부터 제거함을 포함한다. 예를 들면, 실리케이트 수용액, 예를 들면, 알칼리 금속 실리케이트 용액(예: 규산나트륨 또는 규산칼륨 용액)을 당해 용액의 중량을 기준으로 하여, 20 내지 50중량% 범위의 농도로 도입한다. 알칼리 금속 실리케이트 용액을 산성 이온 교환기로 처리함으로써, 실리케이트를 입자 크기 3 내지 50nm로 중축합시킨다. 생성된 실리카 졸을 알칼리 pH(예: pH > 8)로 조절하여, 존재하는 입자의 추가의 중축합 또는 응집에 대해 안정화시킨다. 임의로, 졸을, 예를 들면, 증류에 의해 약 30 내지 40중량%의 SiO2 농도로 농축시킬 수 있다. 졸을 외부 유체상 성분과 혼합한다. 이후, 물 또는 기타 용매 성분을 현탁액으로부터 제거한다. 특정 양태에서, 현탁액은 실질적으로 물을 함유하지 않는다.
결합제 제형의 일부로서, 일반적으로 유기 중합체 성분을 포함하는, 예비경화된 결합제 제형에서 외부 상의 분획은 약 20 내지 약 95중량%, 예를 들면, 약 30 내지 약 95중량%, 통상적으로 약 50 내지 약 95중량%, 보다 통상적으로 약 55 내지 약 80중량%일 수 있다. 분산된 미립자 충전제 상의 분획은 약 5 내지 약 80중량%, 예를 들면, 약 5 내지 약 70중량%, 통상적으로 약 5 내지 약 50중량%, 보다 통상적으로 약 20 내지 약 45중량%일 수 있다. 상기한 콜로이드 분산된 서브마이크론 미립자 충전제는 약 5중량% 이상, 예를 들면, 약 10중량% 이상, 약 15중량% 이상, 약 20중량% 이상 또는 40중량% 이상의 농도에서 특히 유용하다. 전형적인 충전제와 대조적으로, 용액 형성된 나노복합체는 낮은 점도 및 높은 부하량에서 개선된 처리 특성을 나타낸다. 성분의 양은, 달리 명확히 언급하지 않는 한, 복합 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여 성분의 중량%로 나타낸다.
외부 상은 하나 이상의 반응 성분 또는 중합체 제조용 중합체 성분을 포함할 수 있다. 중합체 성분은 단량체성 분자, 중합체성 분자 또는 이들의 배합물을 포함할 수 있다. 외부 상은 용매, 가소제, 연쇄이동제, 촉매, 안정제, 분산제, 경화제, 반응 조절제 및 분산액의 유동성에 영향을 미치는 제제로 이루어진 그룹으로부 터 선택된 성분을 추가로 포함할 수 있다.
중합체 성분은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 형성할 수 있다. 예로서, 중합체 성분은 폴리우레아, 중합된 에폭시, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리실록산(실리콘), 중합된 알키드, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 폴리부타디엔 형성용 단량체 및 수지, 또는 일반적으로 열경화성 중합체 제조용 반응성 수지를 포함할 수 있다. 또 다른 예에는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 중합체 성분을 포함한다. 전구체 중합체 성분은 통상 경화성 유기 물질[즉, 열 또는 기타 에너지 공급원(예: 전자빔, 자외선, 가시선 등)에 노출시 또는 화학 촉매, 수분 또는 중합체를 경화 또는 중합시키는 기타 제제의 첨가시 중합 또는 가교결합시킬 수 있는 중합체 단량체 또는 물질]이다. 전구체 중합체 성분은, 예를 들면, 아미노 중합체 또는 아미노플라스트 중합체, 예를 들면, 알킬화 우레아-포름알데히드 중합체, 멜라민-포름알데히드 중합체 및 알킬화 벤조구안아민-포름알데히드 중합체를 형성하기 위한 반응성 성분; 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 중합체, 알킬 아크릴레이트, 아크릴화 에폭시, 아크릴화 우레탄, 아크릴화 폴리에스테르, 아크릴화 폴리에테르, 비닐 에테르, 아크릴화 오일 또는 아크릴화 실리콘을 포함하는 아크릴레이트 중합체; 알키드 중합체, 예를 들면, 우레탄 알키드 중합체; 폴리에스테르 중합체; 반응성 우레탄 중합체; 페놀계 중합체, 예를 들면, 레졸 및 노볼락 중합체; 페놀계/라텍스 중합체; 에폭시 중합체, 예를 들면, 비스페놀 에폭시 중합체; 이소시아네이트; 이소시아누레이트; 알킬알콕시실란 중합체를 포함하는 폴리실록산 중합체; 또는 반응성 비닐 중합체이다. 결합제 제형의 외부 상은 단량체, 올리고머 또는 이들의 배합물을 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 결합제 제형의 외부 상은 두 종류 이상의 중합체의 단량체를 포함하여, 경화시 가교결합될 수 있다. 예를 들면, 외부 상은 에폭시 성분 및 아크릴 성분을 포함할 수 있어서, 경화시 에폭시/아크릴계 중합체를 형성한다.
일례의 양태에서, 중합체 반응 성분은 음이온 및 양이온 중합가능한 전구체를 포함한다. 예를 들면, 외부 상은 하나 이상의 양이온 경화성 성분, 예를 들면, 하나 이상의 사이클릭 에테르 성분, 사이클릭 락톤 성분, 사이클릭 아세탈 성분, 사이클릭 티오에테르 성분, 스피로 오르토에스테르 성분(spiro orthoester component), 에폭시 관능성 성분 또는 옥세탄 관능성 성분을 포함할 수 있다. 통상, 외부 상은 에폭시 관능성 성분 및 옥세탄 관능성 성분으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 포함한다. 외부 상은 복합 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 양이온 경화성 성분을 약 10중량% 이상, 예를 들면, 약 20중량% 이상, 통상 약 40중량% 이상 또는 약 50중량% 이상 포함할 수 있다. 일반적으로, 외부 상은 복합 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 양이온 경화성 성분을 약 95중량% 이하, 예를 들면, 약 90중량% 이하, 약 80중량% 이하 또는 약 70중량% 이하 포함한다.
외부 상은 하나 이상의 에폭시 관능성 성분, 예를 들면, 방향족 에폭시 관능성 성분("방향족 에폭시") 또는 지방족 에폭시 관능성 성분("지방족 에폭시")을 포함할 수 있다. 에폭시 관능성 성분은 하나 이상의 에폭시 그룹, 즉 하나 이상의 3원 환 구조(옥시란)를 포함하는 성분이다.
방향족 에폭시 성분은 하나 이상의 에폭시 그룹 및 하나 이상의 방향족 환을 포함한다. 외부 상은 하나 이상의 방향족 에폭시 성분을 포함할 수 있다. 방향족 에폭시 성분의 예에는 폴리페놀, 예를 들면, 비스페놀, 예를 들면, 비스페놀 A(4,4'-이소프로필리덴디페놀), 비스페놀 F(비스[4-하이드록시페닐]메탄), 비스페놀 S(4,4'-설포닐디페놀), 4,4'-사이클로헥실리덴비스페놀, 4,4'-비페놀 또는 4,4'-(9-플루오레닐리덴)디페놀로부터 유도된 방향족 에폭시를 포함한다. 비스페놀은 알콕시화(예: 에톡시화 또는 프로폭시화) 또는 할로겐화(예: 브롬화)될 수 있다. 비스페놀 에폭시의 예에는 비스페놀 디글리시딜 에테르, 예를 들면, 비스페놀 A 또는 비스페놀 F의 디글리시딜 에테르가 포함된다.
방향족 에폭시의 추가의 예에는 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르, l,l,l-트리스(p-하이드록시페닐)에탄 트리글리시딜 에테르, 또는 모노페놀, 예를 들면, 레조르시놀(예: 레조르신 디글리시딜 에테르) 또는 하이드로퀴논(예: 하이드로퀴논 디글리시딜 에테르)으로부터 유도된 방향족 에폭시가 포함된다. 또 다른 예는 노닐페닐 글리시딜 에테르이다.
또한, 방향족 에폭시의 예에는 에폭시 노볼락, 예를 들면, 페놀 에폭시 노볼락 및 크레졸 에폭시 노볼락이 포함된다. 크레졸 에폭시 노볼락의 시판 예에는 에피클론(EPICLON) N-660, N-665, N-667, N-670, N-673, N-680, N-690 또는 N-695[제조: Dainippon Ink and Chemicals, Inc.]가 포함된다. 페놀 에폭시 노볼락의 예에는 에피클론 N-740, N-770, N-775 또는 N-865[제조: Dainippon Ink and Chemicals Inc.]가 포함된다.
한 양태에서, 외부 상은 복합 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 하나 이상의 방향족 에폭시를 10중량% 이상 함유할 수 있다.
지방족 에폭시 성분은 하나 이상의 에폭시 그룹을 가지며, 방향족 환을 함유하지 않는다. 외부 상은 하나 이상의 지방족 에폭시를 포함할 수 있다. 지방족 에폭시의 예에는 C2-C30 알킬의 글리시딜 에테르; C3-C30 알킬의 1,2-에폭시; 지방족 알콜 또는 폴리올, 예를 들면, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 사이클로헥산 디메탄올, 디브로모네오펜틸 글리콜, 트리메틸올 프로판, 폴리테트라메틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 글리세롤, 및 알콕시화 지방족 알콜의 모노 또는 멀티 글리시딜 에테르; 또는 폴리올을 포함한다.
한 양태에서, 지방족 에폭시는 하나 이상의 지환족 환 구조를 포함한다. 예를 들면, 지방족 에폭시는 하나 이상의 사이클로헥산 옥사이드 구조, 예를 들면, 두 개의 사이클로헥산 옥사이드 구조를 가질 수 있다. 환 구조를 포함하는 지방족 에폭시의 예에는 수소화 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 수소화 비스페놀 F 디글리시딜 에테르, 수소화 비스페놀 S 디글리시딜 에테르, 비스(4-하이드록시사이클로헥실)메탄 디글리시딜 에테르, 2,2-비스(4-하이드록시사이클로헥실)프로판 디글리시딜 에테르, 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산카복실레이트, 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥산카복실레이트, 디(3,4-에폭시사이클로헥실메틸)헥산디오에이트, 디(3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸)헥산디오에이트, 에틸렌비스(3,4-에폭시사이클로헥산카복실레이트), 에탄디올디(3,4-에폭시사이클로헥실메틸) 에테르 또는 2-(3,4-에폭시사이클로헥실-5,5-스 피로-3,4-에폭시)사이클로헥산-l,3-디옥산을 포함한다. 지방족 에폭시의 예는 이의 전문이 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제6,410,127호에도 기재되어 있다.
한 양태에서, 외부 상은 복합 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 하나 이상의 지방족 에폭시를 약 5중량% 이상, 예를 들면, 약 10중량% 이상 또는 약 20중량% 이상 포함한다. 일반적으로, 외부 상은 복합 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 지방족 에폭시를 약 70중량% 이하, 예를 들면, 약 50중량%, 약 40중량% 이하 포함한다.
통상, 외부 상은 지방족 알콜, 지방족 폴리올, 폴리에스테르폴리올 또는 폴리에테르폴리올의 하나 이상의 모노 또는 폴리 글리시딜에테르를 포함한다. 이러한 성분의 예에는 1,4-부탄디올디글리시딜에테르, 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌 글리콜의 글리시딜에테르, 또는 분자량 약 200 내지 약 10,000의 트리올; 폴리테트라메틸렌 글리콜의 글리시딜에테르 또는 폴리(옥시에틸렌-옥시부틸렌) 랜덤 또는 블록 공중합체가 포함된다. 시판중인 글리시딜에테르의 예에는 다관능성 글리시딜에테르, 예를 들면, 헬록시(Heloxy) 48, 헬록시 67, 헬록시 68, 헬록시 107 및 그릴로니트(Grilonit) F713; 또는 일관능성 글리시딜에테르, 예를 들면, 헬록시 71, 헬록시 505, 헬록시 1, 헬록시 8 및 헬록시 61(Resolution Performances가 판매, www.resins.com)이 포함된다.
외부 상은 지방족 알콜, 지방족 폴리올, 폴리에스테르폴리올 또는 폴리에테르폴리올의 모노 또는 폴리 글리시딜 에테르를 약 3 내지 약 40중량%, 보다 통상적 으로 약 5 내지 약 20중량% 함유할 수 있다.
외부 상은 하나 이상의 옥세탄 관능성 성분("옥세탄")을 포함할 수 있다. 옥세탄은 하나 이상의 옥세탄 그룹, 즉 1개의 산소와 3개의 탄소 구성원을 포함하는 하나 이상의 4원 환 구조를 갖는 성분이다.
옥세탄의 예에는 화학식 1의 성분을 포함한다:
Figure 112007062771172-pct00001
위의 화학식 1에서,
Ql은 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹(예: 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸 그룹), 탄소수 1 내지 6의 플루오로알킬 그룹, 알릴 그룹, 아릴 그룹, 푸릴 그룹 또는 티에닐 그룹이고,
Q2는 탄소수 1 내지 6의 알킬렌 그룹(예: 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 또는 부틸렌 그룹), 또는 에테르 결합을 함유하는 알킬렌 그룹, 예를 들면, 옥시알킬렌 그룹, 예를 들면, 옥시에틸렌, 옥시프로필렌 또는 옥시부틸렌 그룹이며,
Z는 산소원자 또는 황원자이고,
R2는 수소원자, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹(예: 메틸 그룹, 에틸 그룹, 프로필 그룹 또는 부틸 그룹), 탄소수 2 내지 6의 알케닐 그룹(예: 1-프로페닐 그룹, 2-프로페닐 그룹, 2-메틸-l-프로페닐 그룹, 2-메틸-2-프로페닐 그룹, 1-부테닐 그룹, 2-부테닐 그룹 또는 3-부테닐 그룹), 탄소수 6 내지 18의 아릴 그룹(예: 페닐 그룹, 나프틸 그룹, 안트라닐 그룹 또는 페난트릴 그룹), 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 7 내지 18의 아르알킬 그룹(예: 벤질 그룹, 플루오로벤질 그룹, 메톡시 벤질 그룹, 펜에틸 그룹, 스티릴 그룹, 신나밀 그룹, 에톡시벤질 그룹), 아릴옥시알킬 그룹(예: 페녹시메틸 그룹 또는 페녹시에틸 그룹), 탄소수 2 내지 6의 알킬카보닐 그룹(예: 에틸카보닐 그룹, 프로필카보닐 그룹 또는 부틸카보닐 그룹), 탄소수 2 내지 6의 알콕시 카보닐 그룹(예: 에톡시카보닐 그룹, 프로폭시카보닐 그룹 또는 부톡시카보닐 그룹), 탄소수 2 내지 6의 N-알킬카바모일 그룹(예: 에틸카바모일 그룹, 프로필카바모일 그룹, 부틸카바모일 그룹 또는 펜틸카바모일 그룹) 또는 탄소수 2 내지 1,000의 폴리에테르 그룹이다.
하나의 특히 유용한 옥세탄은 3-에틸-3-(2-에틸헥실옥시메틸)옥세탄을 포함한다.
외부 상은, 하나 이상의 양이온 경화성 성분 이외에 또는 하나 이상의 양이온 경화성 성분 대신에, 하나 이상의 유리 라디칼 경화성 성분, 예를 들면, 하나 이상의 에틸렌계 불포화 그룹, 예를 들면, (메트)아크릴레이트(즉, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트) 관능성 성분을 갖는 하나 이상의 유리 라디칼 중합성 성분을 포함할 수 있다.
일관능성 에틸렌계 불포화 성분의 예에는 아크릴아미드, N,N-디메틸아크릴아미드, (메트)아크릴로일모르폴린, 7-아미노-3,7-디메틸옥틸 (메트)아크릴레이트, 이소부톡시메틸(메트)아크릴아미드, 이소보라닐옥시에틸 (메트)아크릴레이트, 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 에틸디에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, t-옥틸 (메트)아크릴아미드, 디아세톤 (메트)아크릴아미드, 디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 디사이클로펜타디엔 (메트)아크릴레이트, 디사이클로펜테닐옥시에틸 (메트)아크릴레이트, 디사이클로펜테닐 (메트)아크릴레이트, N,N-디메틸(메트)아크릴아미드테트라클로로페닐 (메트)아크릴레이트, 2-테트라클로로페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트, 테트라브로모페닐 (메트)아크릴레이트, 2-테트라브로모페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-트리클로로페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 트리브로모페닐 (메트)아크릴레이트, 2-트리브로모페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 비닐카프로락탐, N-비닐피롤리돈, 페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 부톡시에틸 (메트)아크릴레이트, 펜타클로로페닐 (메트)아크릴레이트, 펜타브로모페닐 (메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 모노(메트)아크릴레이트, 보닐 (메트)아크릴레이트, 메틸트리에틸렌 디글리콜 (메트)아크릴레이트 또는 이들의 배합물이 포함된다.
다관능성 에틸렌계 불포화 성분의 예에는 에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 디사이클로펜테닐 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리사이클로데칸디일디메틸렌 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭시화 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르의 양말단 (메트)아크릴산 부가물, 1,4-부탄디올 디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴레이트 관능성 펜타에리트리톨 유도체(예: 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트 또는 디펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트), 디트리메틸올프로판 테트라(메트)아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀 A 디(메트)아크릴레이트, 프로폭시화 비스페놀 A 디(메트)아크릴레이트, 에톡시화 수소화 비스페놀 A 디(메트)아크릴레이트, 프로폭시화 개질된 수소화 비스페놀 A 디(메트)아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀 F 디(메트)아크릴레이트 또는 이들의 배합물이 포함된다.
한 양태에서, 결합제 제형은 (메트)아크릴레이트 그룹을 3개 이상, 예를 들면, (메트)아크릴레이트 그룹을 3 내지 6개 또는 (메트)아크릴레이트 그룹을 5개 또는 6개 갖는 하나 이상의 성분을 포함한다.
특정 양태에서, 외부 상은 복합 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 하나 이상의 유리 라디칼 중합가능한 성분을 약 3중량% 이상, 예를 들면, 약 5중량% 이상 또는 약 9중량% 이상 포함한다. 일반적으로, 외부 상은 유리 라디칼 중합가능한 성분을 약 50중량% 이하, 예를 들면, 약 35중량% 이하, 약 25중량% 이하, 약 20중량% 이하 또는 약 15중량% 이하 포함한다.
일반적으로, 중합체 반응 성분 또는 전구체는 평균 2개 이상의 관능성 그룹, 예를 들면, 평균 2.5개 이상 또는 3.0개 이상의 관능성 그룹을 갖는다. 예를 들면, 에폭시 전구체는 2개 이상의 에폭시 관능성 그룹을 가질 수 있다. 또 다른 예에서, 아크릴계 전구체는 2개 이상의 메타크릴레이트 관능성 그룹을 가질 수 있다.
놀랍게도, 폴리에테르 주쇄를 갖는 성분을 포함하는 외부 상이, 복합 결합제 제형의 경화 후에 우수한 기계적 특성을 나타냄이 밝혀졌다. 폴리에테르 주쇄를 갖는 화합물의 예에는 폴리테트라메틸렌디올, 폴리테트라메틸렌디올의 글리시딜에테르, 폴리테트라메틸렌디올의 아크릴레이트, 하나 이상의 폴리카보네이트 그룹을 함유하는 폴리테트라메틸렌디올 또는 이들의 배합물이 포함된다. 한 양태에서, 외부 상은 폴리에테르 주쇄를 갖는 화합물을 5 내지 20중량% 포함한다.
외부 상은 촉매 및 개시제도 포함할 수 있다. 예를 들면, 양이온성 개시제는 양이온 중합가능한 성분 간의 반응을 촉진시킬 수 있다. 라디칼 개시제는 라디칼 중합가능한 성분의 유리 라디칼 중합을 활성화시킬 수 있다. 개시제는 열 에너지 또는 화학 방사선에 의해 활성화될 수 있다. 예를 들면, 개시제는, 화학 방사선에 노출되는 경우, 양이온성 중합 반응을 촉진시키는 양이온성 광개시제를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 개시제는, 화학 방사선에 노출되는 경우, 유리 라디칼 중합 반응을 개시하는 라디칼 광개시제를 포함할 수 있다. 화학 방사선은 미립자 또는 비-미립자 방사선(non-particulate radiation)을 포함하고, 전자빔 방사선 및 전자기 방사선을 포함하는 경향이 있다. 특정 양태에서, 전자기 방사선은 약 100 내지 약 700nm 범위의 하나 이상의 파장, 특히 전자기 스펙트럼의 자외선 범위에서의 파장을 갖는 방사선을 포함한다.
일반적으로, 양이온성 광개시제는, 화학 방사선에 노출되는 경우, 하나 이상의 부분 중합 에폭사이드 또는 옥세탄을 형성할 수 있는, 활성종을 형성하는 물질이다. 예를 들면, 양이온성 광개시제는 화학 방사선 노출시 양이온 중합가능한 성분, 예를 들면, 에폭시 또는 옥세탄의 반응을 개시할 수 있는 양이온을 형성할 수 있다.
양이온성 광개시제의 예에는 약한 친핵성도의 음이온을 갖는 오늄염을 포함한다. 예에는, 예를 들면, 공개 유럽 특허원 EP 제153904호 및 국제 공개공보 제WO 98/28663호에 기재되어 있는 할로늄염, 요오도실염 또는 설포늄염; 예를 들면, 공개 유럽 특허원 EP 제35969호, 제44274호, 제54509호 및 제164314호에 기재되어 있는 설폭소늄염; 또는 예를 들면, 미국 특허 제3,708,296호 및 제5,002,856호에 기재되어 있는 디아조늄염이 포함된다. 8개의 모든 특허문헌은 본원에 참고로 인용되어 있다. 양이온성 광개시제의 그 밖의 예에는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 공개 유럽 특허원 EP 제94914호 및 제94915호에 기재되어 있는 메탈로센염이 포함된다.
일례의 양태에서, 외부 상은 화학식 2 또는 3의 하나 이상의 광개시제를 포함한다:
Figure 112007062771172-pct00002
Figure 112007062771172-pct00003
위의 화학식 2 및 3에서,
Q3은 수소원자, 탄소수 1 내지 18의 알킬 그룹 또는 탄소수 1 내지 18의 알콕실 그룹이고,
M은 금속원자, 예를 들면, 안티몬이며,
Z는 할로겐원자, 예를 들면, 불소이고,
t는 금속의 원자가, 예를 들면, 안티몬의 경우 5이다.
특정 양태에서, 외부 상은 복합 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 하나 이상의 양이온성 광개시제를 약 0.1 내지 약 15중량%, 예를 들면, 약 1 내지 약 10중량% 포함한다.
통상, 오늄염 광개시제는 요오도늄 착물 염 또는 설포늄 착물 염을 포함한다. 유용한 방향족 오늄 착물 염은, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제4,256,828호(Smith)에 추가로 기재되어 있다. 방향족 요오도늄 착물 염의 예에는 디아릴요오도늄 헥사플루오로포스페이트 또는 디아릴요오도늄 헥사플루오로안티모네이트가 포함된다. 방향족 설포늄 착물 염의 예에는 트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트 p-페닐(티오페닐)디페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트 또는 설포늄 (티오디-4,1-페닐렌)비스(디페닐-비스((OC-6-11)헥사플루오로안티 모네이트))가 포함된다.
방향족 오늄염은 통상적으로, 스펙트럼의 자외선 범위에서만 감광성이다. 그러나, 이들은, 공지된 광분해성 유기 할로겐 화합물에 대한 감광제에 의해 스펙트럼의 근 자외선 및 가시선 범위에 민감하다. 감광제의 예에는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제4,250,053호(Smith)에 기재되어 있는 방향족 아민 또는 착색 방향족 폴리사이클릭 탄화수소가 포함된다.
적합한 광활성 유기금속 착물 염에는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제5,059,701호(Keipert); 제5,191,101호(Palazzotto et al.) 및 제5,252,694호(Willett et al.)에 기재되어 있는 것이 포함된다. 광활성 개시제로서 유용한 유기금속 착물 염의 예에는 (η6-벤젠)(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 SbF6 -, (η6-톨루엔)(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 AsF6 -, (η6-크실렌)(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 SbF6 -, (η-쿠멘)(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 PF6 -, (η6-크실렌(혼합 이성체))(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 SbF6 -, (η6-크실렌(혼합 이성체))(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 PF6 -, (η6-o-크실렌)(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 CF3 SO3 -, (η6m- 크실렌)(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 BF4 -, (η6-메시틸렌)(η5-사이클로펜타디에 닐)Fe+1 SbF6 -, (η6-헥사메틸벤젠)(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 SbF5OH-, (η6-플루오렌)(η5-사이클로펜타디에닐)Fe+1 SbF6 - 또는 이들의 배합물이 포함된다.
임의로, 유기금속 염 촉매에 촉진제, 예를 들면, 3급 알콜의 옥살레이트 에스테르를 첨가할 수 있다. 존재하는 경우, 촉진제는 총 결합제 제형의 약 0.1 내지 약 4중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
유용한 시판중인 양이온성 광개시제는, 예를 들면, 상표명 "FX-512"[미국 미네소타주 세인트 파울 소재의 Minnesota Mining and Manufacturing Company]로 시판중인 방향족 설포늄 착물 염, 상표명 "UVI-6974"[Dow Chemical Co.]로 시판중인 방향족 설포늄 착물 염 또는 치바큐어(Chivacure) 1176을 포함한다.
외부 상은 임의로 유리 라디칼 다관능성 아크릴레이트를 광경화시키는데 유용한 광개시제를 포함할 수 있다. 유리 라디칼 광개시제의 예에는 벤조페논(예: 벤조페논, 알킬 치환된 벤조페논 또는 알콕시 치환된 벤조페논); 벤조인(예: 벤조인, 벤조인 에테르, 예를 들면, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조인 페닐 에테르 및 벤조인 아세테이트); 아세토페논, 예를 들면, 아세토페논, 2,2-디메톡시아세토페논, 4-(페닐티오)아세토페논 및 1,1-디클로로아세토페논; 벤질 케탈, 예를 들면, 벤질 디메틸 케탈 및 벤질 디에틸 케탈; 안트라퀴논, 예를 들면, 2-메틸안트라퀴논, 2-에틸안트라퀴논, 2-터부틸안트라퀴논, 1-클로로안트라퀴논 및 2-아밀안트라퀴논; 트리페닐포스핀; 벤조일포스핀 옥사이드, 예를 들면, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 옥사이드; 티옥산톤 또는 크 산톤; 아크리딘 유도체; 페나젠 유도체; 퀴녹살린 유도체; l-페닐-l,2-프로판디온-2-O-벤조일옥심; 1-아미노페닐 케톤 또는 1-하이드록시페닐 케톤, 예를 들면, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 페닐 (l-하이드록시이소프로필)케톤 및 4-이소프로필페닐(l-하이드록시이소프로필)케톤; 또는 트리아진 화합물, 예를 들면, 4"'-메틸 티오페닐-l-디(트리클로로메틸)-3,5-S-트리아진, S-트리아진-2-(스틸벤)-4,6-비스트리클로로메틸 또는 파라메톡시 스티릴 트리아진이 포함된다.
광개시제의 예에는 벤조인 또는 이의 유도체, 예를 들면, α-메틸벤조인; U-페닐벤조인; α-알릴벤조인; α-벤질벤조인; 벤조인 에테르, 예를 들면, 벤질 디메틸 케탈[예를 들면, 상표명 "이르가큐어(IRGACURE) 651"로 시판중임; 제조사: Ciba Specialty Chemicals], 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 n-부틸 에테르; 아세토페논 또는 이의 유도체, 예를 들면, 2-하이드록시-2-메틸-l-페닐-1-프로파논[예를 들면, Ciba Specialty Chemicals로부터 상표명 "다로큐어(DAROCUR) 1173"으로 시판중임] 및 1-하이드록시 사이클로헥실 페닐 케톤[예를 들면, Ciba Specialty Chemicals로부터 상표명 "이르가큐어 184"로 시판중임]; 2-메틸-l-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-모르폴리닐)-1-프로파논[예를 들면, Ciba Specialty Chemicals로부터 상표명 "이르가큐어 907"로 시판중임]; 2-벤질-2-(디메틸아미노)-l-[4-(4-모르폴리닐)페닐]-l-부타논[예를 들면, Ciba Specialty Chemicals로부터 상표명 "이르가큐어 369"로 시판중임] 또는 이들의 블렌드가 포함된다.
추가의 유용한 광개시제에는 피발로인 에틸 에테르, 아니소인 에틸 에테르; 안트라퀴논, 예를 들면, 안트라퀴논, 2-에틸안트라퀴논, 1-클로로안트라퀴논, 1,4- 디메틸안트라퀴논, 1-메톡시안트라퀴논, 벤즈안트라퀴논할로메틸트리아진 등; 벤조페논 또는 이의 유도체; 위에 기재되어 있는 요오도늄염 또는 설포늄염; 티탄 착물, 예를 들면, 비스(η5-2,4-사이클로펜타디에닐)비스[2,6-디플루오로-3-(lH-피롤릴)페닐)티탄[Ciba Specialty Chemicals로부터 상표명 "CGI784DC"로 시판중임]; 할로메틸니트로벤젠, 예를 들면, 4-브로모메틸니트로벤젠 등; 또는 모노-아실포스핀 또는 비스-아실포스핀[예를 들면, Ciba Specialty Chemicals로부터 상표명 "이르가큐어 1700", "이르가큐어 1800", "이르가큐어 1850" 및 "다로큐어 4265"로 시판중임]을 포함한다. 적합한 광개시제에는 상기한 종의 블렌드, 예를 들면, α-하이드록시 케톤/아크릴포스핀 옥사이드 블렌드[예를 들면, Ciba Specialty Chemicals로부터 상표명 이르가큐어 2022로 시판중임]를 포함할 수 있다.
추가의 적합한 유리 라디칼 광개시제에는, 화학선을 흡수하고 유리 라디칼을 생성할 수 있으며, 아크릴레이트의 중합을 개시할 수 있는 이온성 염료-짝이온 화합물을 포함한다. 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 유럽 공개 특허원 제223587호, 및 미국 특허 제4,751,102호, 제4,772,530호 및 제4,772,541호를 참고한다.
광개시제는 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 약 20중량% 이하, 예를 들면, 약 10중량% 이하, 통상적으로 약 5중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 예를 들면, 광개시제는 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 0.1 내지 20.0중량%, 예를 들면, 0.1 내지 5.0중량%, 가장 통상적으로 0.1 내지 2.0중량%의 양으로 존재할 수 있지만, 이들 범위 밖의 양도 유용할 수 있다. 일례에서, 광개시제는 약 0.1중량% 이상, 예를 들면, 약 1.0중량% 이상 또는 1.0 내지 10.0중량%의 양으로 존재한다.
임의로, 열 경화제(thermal curative)가 외부 상에 포함될 수 있다. 이러한 열 경화제는 일반적으로 성분을 혼합시키는 온도에서 일반적으로 열에 안정하다. 에폭시 수지 및 아크릴레이트에 대한 열 경화제의 예는 당해 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제6,258,138호(DeVoe et al.)에 기재되어 있다. 열 경화제는 임의의 유효한 양으로 결합제 전구체 내에 존재할 수 있다. 이러한 양은 결합제 제형의 중량을 기준으로 하여, 통상적으로 약 0.01 내지 약 5.0중량%의 범위, 바람직하게는 약 0.025 내지 약 2.0중량%의 범위이지만, 이들 범위 밖의 양도 유용할 수 있다.
외부 상은 기타 성분, 예를 들면, 용매, 가소제, 가교결합제, 연쇄이동제, 안정제, 분산제, 경화제, 반응 조절제 및 분산액의 유동성에 영향을 미치는 제제를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 외부 상은 폴리올, 폴리아민, 선형 또는 분지형 폴리글리콜 에테르, 폴리에스테르 및 폴리락톤으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 연쇄이동제도 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 외부 상은 추가 성분, 예를 들면, 하이드록시 관능성 또는 아민 관능성 성분 및 첨가제를 포함할 수 있다. 일반적으로, 특정 하이드록시 관능성 성분은 경화성 그룹(예: 아크릴레이트-, 에폭시- 또는 옥세탄 그룹)을 포함하지 않고, 광개시제로 이루어진 그룹으로부터 선택되지 않는다.
외부 상은 하나 이상의 하이드록시 관능성 성분을 포함할 수 있다. 하이드 록시 관능성 성분은 경화시 결합제 제형의 기계적 특성을 추가로 맞추는데 도움이 될 수 있다. 하이드록시 관능성 성분은 모노올(하나의 하이드록시 그룹을 포함하는 하이드록시 관능성 성분) 또는 폴리올(하나 이상의 하이드록시 그룹을 포함하는 하이드록시 관능성 성분)을 포함한다.
하이드록시 관능성 성분의 대표적인 예에는 알칸올, 폴리옥시알킬렌글리콜의 모노알킬 에테르, 알킬렌글리콜의 모노알킬 에테르, 알킬렌 및 아릴알킬렌 글리콜, 예를 들면, 1,2,4-부탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3-헵탄트리올, 2,6-디메틸-1,2,6-헥산트리올, (2R,3R)-(-)-2-벤질옥시-1,3,4-부탄트리올, 1,2,3-헥산트리올, 1,2,3-부탄트리올, 3-메틸-l,3,5-펜탄트리올, 1,2,3-사이클로헥산트리올, 1,3,5-사이클로헥산트리올, 3,7,1l,15-테트라메틸-l,2,3-헥사데칸트리올, 2-하이드록시메틸테트라하이드로피란-3,4,5-트리올, 2,2,4,4-테트라메틸-1,3-사이클로부탄디올, 1,3-사이클로펜탄디올, 트랜스-1,2-사이클로옥탄디올, 1,16-헥사데칸디올, 3,6-디티아-l,8-옥탄디올, 2-부틴-l,4-디올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1-페닐-1,2-에탄디올, 1,2-사이클로헥산디올, 1,5-데칼린디올, 2,5-디메틸-3-헥신-2,5-디올, 2,2,4-트리메틸펜탄-l,3-디올, 네오펜틸글리콜, 2-에틸-l,3-헥산디올, 2,7-디메틸-3,5-옥타디인-2-7-디올, 2,3-부탄디올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌 글리콜 또는 분자량 약 200 내지 약 10,000의 트리올, 분자량이 변하는 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리(옥시에틸렌-옥시부틸렌) 랜덤 또는 블록 공중합체, 비닐 아세테이트 공중합체의 가수분해 또는 부분 가수분해에 의해 형성된 펜던트 하이드록시 그룹 함유 공중합체, 펜던트 하이드록실 그룹 함유 폴리비닐아세탈 수지, 하이드록시 관능성(예: 하이드록시 말단) 폴리에스테르 또는 하이드록시 관능성(예: 하이드록시 말단) 폴리락톤, 지방족 폴리카보네이트 폴리올(예: 지방족 폴리카보네이트 디올), 하이드록시 관능성(예: 하이드록시 말단) 폴리에테르(예: 수평균 분자량이 150 내지 4000g/mol 또는 150 내지 750g/mol의 범위인 폴리테트라하이드로푸란 폴리올) 또는 이들의 배합물이 포함된다. 폴리올의 추가의 예에는 지방족 폴리올, 예를 들면, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 또는 당 알콜, 예를 들면, 에리트리톨, 크실리톨, 만니톨 또는 소르비톨이 포함된다. 특정 양태에서, 결합제 제형의 외부 상은 하나 이상의 아크릴계 폴리올, 예를 들면, 1,4-사이클로헥산-디메탄올, 슈크로스 또는 4,8-비스(하이드록시메틸) 트리사이클로(5,2,l,0)데칸을 포함한다.
외부 상에 적합한 폴리에테르에는, 특히 폴리올, 예를 들면, 상기한 폴리올; 폴리글리콜 에테르, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜 또는 이들의 공중합체의 존재하에 사이클릭 에테르의 개환 중합에 의해 수득가능한 선형 또는 분지형 폴리글리콜 에테르가 포함된다.
제형의 외부 상에 또 다른 적합한 폴리에스테르는 폴리올 및 지방족, 지환족 또는 방향족 다관능성 카복실산(예: 디카복실산)을 기본으로 하는 폴리에스테르, 또는 구체적으로 18 내지 300℃, 통상적으로 18 내지 150℃의 온도에서 액체인 모든 상응하는 포화 폴리에스테르를 포함하는데, 통상적으로 숙신산 에스테르, 글루타르산 에스테르, 아디프산 에스테르, 시트르산 에스테르, 프탈산 에스테르, 이소 프탈산 에스테르, 테레프탈산 에스테르 또는 상응하는 수소화 생성물의 에스테르이며, 알콜 성분은 단량체성 또는 중합체성 폴리올, 예를 들면, 상기한 종류 것으로 이루어진다.
추가의 폴리에스테르는 지방족 폴리락톤, 예를 들면, ε-폴리카프로락톤 또는 폴리카보네이트를 포함하는데, 예를 들면, 디올을 포스겐으로 중축합시킴으로써 수득할 수 있다. 외부 상의 경우, 평균 분자량 500 내지 100,000의 비스페놀 A의 폴리카보네이트를 사용하는 것이 통상적이다.
외부 상의 점도, 특히 점도 감소 또는 액화에 영향을 주기 위해, 폴리올, 폴리에테르 또는 포화된 폴리에스테르, 또는 이들의 혼합물은, 경우에 따라, 추가의 적합한 보조제, 특히 용매, 가소제, 희석제 등과 혼합할 수 있다. 한 양태에서, 조성물은 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 하이드록시 관능성 성분을 약 15중량% 이하, 예를 들면, 약 10중량% 이하, 약 6중량% 이하, 약 4중량% 이하, 약 2중량% 이하 또는 약 0중량% 포함할 수 있다. 일례로, 결합제 제형은 실질적인 양의 하이드록시 관능성 성분을 함유하지 않는다. 하이드록시 관능성 성분의 실질적인 양의 부재는 결합제 제형 또는 이를 사용하여 수득한 제품의 흡습성을 감소시킬 수 있다.
알킬렌 옥사이드를 사용하여 축합 생성물을 제조하기 위한 하이드록시 또는 아민 관능성 유기 화합물의 예에는 탄소수 3 내지 20의 폴리올, (C8-C18) 지방산 (C1-C8) 알칸올 아미드형 지방산 에탄올 아미드, 지방 알콜, 알킬페놀 또는 탄소수 2 내지 5의 디아민이 포함된다. 이러한 화합물은 알킬렌 옥사이드, 예를 들면, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 또는 이들의 혼합물과 반응한다. 반응은 하이드록시 또는 아민 함유 유기 화합물 대 알킬렌옥사이드의 몰 비, 예를 들면, 1:2 내지 1:65로 발생할 수 있다. 축합 생성물은 통상적으로 중량 평균 분자량이 약 500 내지 약 10,000이고, 분지형, 사이클릭, 선형의 단독중합체, 공중합체 또는 삼원공중합체일 수 있다.
외부 상은 미립자 충전제의 표면과 상호작용하거나 미립자 충전제의 표면을 개질시키기 위한 분산제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 분산제는 오가노실록산, 관능성 오가노실록산, 알킬 치환된 피롤리돈, 폴리옥시알킬렌 에테르, 에틸렌옥사이드 프로필렌옥사이드 공중합체 또는 이들의 배합물을 포함할 수 있다. 각종 미립자 충전제, 특히 실리카 충전제의 경우, 적합한 표면개질제는 실록산을 포함한다.
실록산의 예에는 관능화되거나 관능화되지 않은 실록산을 포함한다. 실록산의 예에는 화학식 4의 화합물이 포함된다:
Figure 112007062771172-pct00004
위의 화학식 4에서,
R은 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 선형, 분지형 또는 사이클릭 C1 -10 알킬, C1 -10 알콕시, 치환되거나 치환되지 않은 아릴, 아릴옥시, 트리할로알킬, 시아노알킬 또는 비닐 그룹이고,
Bl 또는 B2는 수소, 실록시 그룹, 비닐, 실란올, 알콕시, 아민, 에폭시, 하이드록시, (메트)아크릴레이트, 머캅토 또는 소용매성 그룹(solvent phobic group), 예를 들면, 친지성 또는 친수성(예: 음이온성, 양이온성) 그룹이며,
n은 약 1 내지 약 10,000의 정수, 특히 약 1 내지 약 100이다.
일반적으로, 관능화 실록산은 분자량 범위가 약 300 내지 약 20,000인 화합물이다. 이러한 화합물은, 예를 들면, the General Electric Company 또는 Goldschmidt, Inc로부터 시판중이다. 통상적인 관능화 실록산은 아민 관능화 실록산으로서, 여기서 관능화는 통상적으로 실록산으로 종결된다.
오가노실록산의 일례는 상표명 실웨트(Silwet)[제조: Witco Corporation]로 시판중이다. 이러한 오가노실록산은 통상적으로 평균 분자량이 약 350 내지 약 15,000이고, 수소 또는 C1-C4 알킬로 종결되며, 가수분해되거나 가수분해되지 않을 수 있다. 통상의 오가노실록산에는 상표명 실웨트 L-77, L-7602, L-7604 및 L-7605로 시판중인 것이 포함되며, 이에는 폴리알킬렌 옥사이드 개질된 디알킬 폴리실록산이 있다.
적합한 음이온성 분산제의 예에는 (C8-C16) 알킬벤젠 설포네이트, (C8-C16) 알칸 설포네이트, (C8-C18) α-올레핀 설포네이트, α-설포 (C8-C16) 지방산 메틸 에스테르, (C8-C16) 지방 알콜 설페이트, 모노- 또는 디-알킬 설포숙시네이트[여기서, 알킬은 각각 독립적으로 (C8-C16) 알킬 그룹, 알킬 에테르 설페이트, 카복실산의 (C8-C16) 염 또는 탄소수 약 8 내지 약 18의 지방쇄를 갖는 이세티오네이트, 예를 들면, 나트륨 디에틸헥실 설포숙시네이트, 나트륨 메틸 벤젠 설포네이트 또는 나트륨 비스(2-에틸헥실) 설포숙시네이트(예: 에어로졸 OT 또는 AOT)]가 포함된다.
통상, 분산제는 오가노실록산, 관능화 오가노실록산, 알킬 치환된 피롤리돈, 폴리옥시알킬렌 에테르 및 에틸렌옥사이드 프로필렌옥사이드 블록 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 화합물이다.
시판중인 분산제의 예에는 사이클릭 오가노실리콘[예: SF1204, SF1256, SF1328, SF1202(데카메틸-사이클로펜타실록산(오량체)], SF1258, SF1528, 다우 코닝 245 유체, 다우 코닝 246 유체, 도데카메틸-사이클로-헥사실록산(육량체) 및 SFl 173); 폴리디메틸실록산 및 폴리옥시알킬렌 옥사이드의 공중합체(예: SF 1488 및 SF1288); 올리고머를 포함하는 선형 실리콘(예: Dow Corning 200 (R) 유체); 실웨트 L-7200, 실웨트 L-7600, 실웨트 L-7602, 실웨트 L-7605, 실웨트 L-7608 또는 실웨트 L-7622; 비이온성 계면활성제[예: 트리톤(Triton) X-IOO, 이게팔(Igepal) CO-630, PVP 시리즈, 에어볼(Airvol) 125, 에어볼 305, 에어볼 502 및 에어볼 205]; 유기 폴리에테르[예: 서피놀(Surfynol) 420, 서피놀 440 및 서피놀 465]; 또는 졸스퍼스(Solsperse) 41000이 포함된다.
시판중인 분산제의 또 다른 예에는 SFl 173(제조사: GE Silicones); 유기 폴리에테르형 서피놀 420, 서피놀 440 및 서피놀 465(제조사: Air Products Inc); 실웨트 L-7200, 실웨트 L-7600, 실웨트 L-7602, 실웨트 L-7605, 실웨트 L-7608 또는 실웨트 L-7622(제조사: Witco) 또는 비이온성 계면활성제, 예를 들면, 트리톤 X- 100(제조사: Dow Chemicals), 이게팔 CO-630(제조사: Rhodia), PVP 시리즈(제조사: ISP Technologies) 및 졸스퍼스 41000(제조사: Avecia)이 포함된다.
분산제의 양은 0 내지 5중량%의 범위이다. 보다 통상적으로, 분산제의 양은 0.1 내지 2중량%이다. 실란은 나노 크기의 미립자 충전제의 표면에서 표면 활성 부위의 분자량을 기준으로 하여, 통상적으로 40 내지 200mol%, 특히 60 내지 150mol%의 농도로 사용된다. 일반적으로, 결합제 제형은 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 분산제를 약 5중량% 이하, 예를 들면, 약 0.1 내지 약 5.0중량%로 포함한다.
특정 양태에서, 결합제 제형은 결합제 제형의 총 중량을 기준으로 하여, 양이온 중합가능한 화합물 약 10중량% 내지 약 90중량%, 라디칼 중합가능한 화합물 약 40중량% 이하 및 미립자 충전제 약 5 내지 약 80중량%를 포함한다. 결합제 제형 성분의 양의 합은 100중량%가 되도록 가하고, 이로서, 하나 이상의 성분의 양이 지정되면, 나머지 성분의 양은 당해 양의 합이 100중량% 이하가 되도록 상응하도록 하는 것으로 이해된다.
양이온 중합가능한 화합물은, 예를 들면, 에폭시 관능성 성분 또는 옥세탄 관능성 성분을 포함한다. 예를 들면, 결합제 제형은 결합제 제형의 중량을 기준으로 하여, 양이온 중합가능한 화합물 약 10중량% 내지 약 60중량%, 예를 들면, 양이온 중합가능한 화합물 약 20중량% 내지 약 50중량%를 포함한다. 일례의 결합제 제형은 지방족 알콜, 지방족 폴리올, 폴리에스테르폴리올 또는 폴리에테르폴리올의 모노 또는 폴리 글리시딜 에테르를 약 20중량% 이하, 예를 들면, 약 5 내지 약 20 중량% 포함할 수 있다. 결합제 제형의 일례는 폴리에테르 주쇄를 갖는 성분, 예를 들면, 폴리테트라메틸렌디올, 폴리테트라메틸렌디올의 글리시딜에테르, 폴리테트라메틸렌디올의 아크릴레이트 또는 하나 이상의 폴리카보네이트 그룹을 함유하는 폴리테트라메틸렌디올을 약 50중량% 이하, 예를 들면, 약 5 내지 약 50중량% 포함할 수 있다.
상기 예의 라디칼 중합가능한 화합물은, 예를 들면, 하나 이상의 메타크릴레이트 그룹을 갖는 성분, 예를 들면, 3개 이상의 메타크릴레이트 그룹을 갖는 성분을 포함한다. 또 다른 예에서, 결합제 제형은 라디칼 중합가능한 화합물을 약 30중량% 이하, 예를 들면, 약 20중량% 이하, 약 10중량% 이하 또는 약 5중량% 이하 포함할 수 있다.
당해 제형은 양이온성 광개시제 약 20중량% 이하, 예를 들면, 약 0.1 내지 약 20중량% 또는 라디칼 광개시제 약 20중량% 이하, 예를 들면, 약 0.1중량% 내지 약 20중량%를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 결합제 제형은 양이온성 광개시제를 약 10중량% 이하, 예를 들면, 약 5중량% 이하 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 결합제 제형은 유리 라디칼 광개시제를 약 10중량% 이하, 예를 들면, 약 5중량% 이하 포함할 수 있다.
특정 충전제는 분산된 서브마이크론 미립자를 포함한다. 일반적으로, 결합제 제형은 서브마이크론 미립자 충전제를 5 내지 80중량%, 예를 들면, 5 내지 60중량%, 예를 들면, 5 내지 50중량% 또는 20 내지 45중량% 포함한다. 특정 양태는 미립자 충전제를 약 5중량% 이상, 예를 들면, 약 10중량% 이상 또는 약 20중량% 이 상 포함한다. 특정 양태에서, 미립자 충전제는 용액 형성된 실리카 미립자이고, 중합체 성분에서 콜로이드 분산될 수 있다. 일례의 결합제 제형은, 오가노실록산, 관능화 오가노실록산, 알킬 치환된 피롤리돈, 폴리옥시알킬렌 에테르 및 에틸렌옥사이드 프로필렌옥사이드 블록 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산제 약 5중량% 이하, 예를 들면, 0.1 내지 5중량%를 추가로 포함할 수 있다.
특정 양태에서, 결합제 제형은 나노복합 에폭시 또는 아크릴레이트 전구체, 즉 서브마이크론 미립자 충전제를 포함하는 전구체를 혼합하여 형성된다. 예를 들면, 결합제 제형은 나노복합 에폭시를 약 90중량% 이하로 포함할 수 있고, 아크릴계 전구체를, 예를 들면, 50중량% 이하로 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 나노복합 아크릴계 전구체를 에폭시와 혼합할 수 있다.
중합체성 또는 단량체성 성분을 포함하는 외부 상 및 분산된 미립자 충전제를 포함하는 결합제 제형을 사용하여 피복된 연마 제품의 메이크 피복물, 사이즈 피복물, 컴플라이언트 피복물(compliant coat) 또는 배면 피복물(back coat)을 형성할 수 있다. 메이크 피복물을 제조하기 위한 일례의 공정에서, 결합제 제형을 배면에 피복시킨다. 연마 과립을 메이크 피복물 위에 도포하고, 메이크 피복물을 경화시킨다. 사이즈 피복물을 메이크 피복물 및 연마 과립 위에 도포할 수 있다. 또 다른 일례의 양태에서, 결합제 제형을 연마 과립과 블렌딩하여 연마 슬러리를 형성하고, 배면에서 피복한 다음, 경화시킨다. 또는, 연마 슬러리를 금형에 도포한 후, 예를 들면, 금형 내로 주입한 후, 경화시켜 결합된 연마 제품을 형성한다.
연마 과립은 실리카, 알루미나(용융 또는 소결됨), 지르코니아, 지르코니아/알루미나 옥사이드, 탄화규소, 석류석, 다이아몬드, 입방 질화붕소, 질화규소, 세리아, 이산화티탄, 이붕소화티탄, 탄화붕소, 산화주석, 탄화텅스텐, 탄화티탄, 산화철, 크로미아(chromia), 부싯돌 및 금강사를 포함하는 연마 과립들 중의 임의의 하나 또는 이들의 배합물로 형성될 수 있다. 예를 들면, 연마 과립은 실리카, 알루미나, 지르코니아, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 석류석, 다이아몬드, 공융합된(cofused) 알루미나 지르코니아, 세리아, 이붕소화티탄, 탄화붕소, 부싯돌, 금강사, 질화알루미나 및 이들의 블렌드로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 특정 양태는 주로 α-알루미나로 구성된 조밀한 연마 과립들을 사용하여 발생되었다.
연마 과립은 특정 형태를 가질 수도 있다. 이러한 형태의 예에는 막대, 삼각형, 피라미드, 원뿔형, 속이 비지 않은 구형, 중공 구형 등이 포함될 수 있다. 또는, 연마 과립은 랜덤하게 형상화될 수 있다.
연마 과립은 일반적으로 평균 과립 크기가 2000㎛ 이하, 예를 들면, 약 1500㎛ 이하이다, 또 다른 예에서, 연마 과립 크기는 약 750㎛ 이하, 예를 들면, 약 350㎛ 이하이다. 예를 들면, 연마 과립 크기는 0.1㎛ 이상, 예를 들면, 약 0.1 내지 약 1500㎛, 보다 통상적으로 약 0.1 내지 약 200㎛ 또는 약 1 내지 약 100㎛이다. 연마 과립의 과립 크기는 통상적으로 연마 과립의 최장 치수로 한정된다. 일반적으로, 과립 크기의 분포 범위가 존재한다. 몇몇 예에서, 과립 크기 분포는 엄격하게 조절한다.
연마 과립 및 결합제 제형을 포함하는 블렌딩된 연마 슬러리에서, 연마 과립 은 연마 슬러리의 중량의 약 10 내지 약 90%, 예를 들면, 약 30 내지 약 80%를 제공한다.
연마 슬러리는 연삭 효율 및 경화 속도를 증가시키기 위한 연삭 조제를 추가로 포함할 수 있다. 유용한 연삭 조제는 무기계, 예를 들면, 할라이드염, 예를 들면, 나트륨 빙정석 및 칼륨 테트라플루오로보레이트; 또는 유기계, 예를 들면, 염소화 왁스, 예를 들면, 폴리비닐 클로라이드일 수 있다. 특정 양태는 입자 크기가 1 내지 80㎛, 가장 통상적으로 5 내지 30㎛ 범위인 빙정석 및 칼륨 테트라플루오로보레이트를 포함한다. 연삭 조제의 중량%는 일반적으로 전체 슬러리(연마 과립 포함)의 약 50중량% 이하, 예를 들면, 약 0 내지 50중량%, 가장 통상적으로 약 10 내지 30중량%이다.
연마 제품으로 경화되면, 결합제는 일반적으로 배면 위에 또는 표면 구조 또는 결합된 구조 속에 연마 과립을 고정하는 작용을 한다. 결합제의 성능은, 표준 연마 과립에 대해 결합제 제형을 변화시켜 연마 제품을 형성시킴으로써 측정될 수 있다. 특정 예에서, 아래 실시예 부분에 기재되어 있는 Rz 성능 시험에 의해 측정한, 결합제의 Rz 성능은 약 3.0 이하이다. 예를 들면, 결합제의 Rz 성능은 약 2.75 이하, 예를 들면, 약 2.5 이하 또는 약 1.5 이하일 수 있다.
또한, 아래 실시예 부분에 기재되어 있는 스톡 제거 성능 시험에 의해 측정한, 결합제의 스톡 제거 성능(Stock Removal Performance)은 약 0.7g 이상이다. 예를 들면, 스톡 제거 성능은 약 0.9g 이상, 예를 들면, 약 1.0g 이상 또는 약 1.1g 이상일 수 있다.
추가의 예에서, 경화 후의 결합제의 영 모듈러스는 약 500MPa 이상, 예를 들면, 약 750MPa 이상이다. 예를 들면, 결합제의 영 모듈러스는 약 3100MPa(450ksi) 이상, 약 4067MPa(590ksi) 이상, 약 5615MPa(815ksi) 이상, 약5684MPa(825ksi) 이상 또는 약 6132MPa(890ksi) 이상일 수 있다. 경화 후의 결합제의 파단 신도는 약 1.0% 이상일 수 있다.
예를 들면, 결합제의 파단 신도는 약 1.7% 이상, 약 2.2% 이상, 약 4.0% 이상, 약 9.0% 이상 또는 약 11.0% 이상일 수 있다. 특정 예에서, 결합제의 영 모듈러스는 약 4065MPa 이상이고 파단 신도는 약 9.0% 이상일 수 있다. 또 다른 예에서, 결합제의 영 모듈러스는 약 3100MPa 이상이고 파단 신도는 약 11.2% 이상일 수 있다. 추가의 예에서, 결합제의 영 모듈러스는 약 5615MPa 이상이고 파단 신도는 약 4.0% 이상일 수 있다. 추가로, 경화 후의 결합제의 인장 강도는 약 20MPa 이상, 예를 들면, 약 30MPa 이상 또는 약 40MPa 이상일 수 있다.
도 1은 배면 또는 지지 부재인 배면재(102)에 고정된 연마 과립(106)을 포함하는 피복된 연마 제품(100)의 일례의 양태를 도시한 것이다. 일반적으로, 연마 과립(106)은 메이크 피복물(104)에 의해 배면재(102)에 고정되어 있다. 메이크 피복물(104)은, 경화된 결합제 제형으로 통상적으로 형성된 결합제를 포함한다.
피복된 연마 제품(100)은 메이크 피복물(104) 및 연마 과립(106) 위에 사이즈 피복물(108)을 추가로 포함할 수 있다. 사이즈 피복물(108)은, 일반적으로 배면재(102)에 대하여 연마 과립(106)을 추가로 고정시키는 작용을 하고, 연삭 조제를 제공할 수도 있다. 사이즈 피복물(108)은 일반적으로 메이크 피복물 결합제 제 형과 동일하거나 메이크 피복물 결합제 제형과 상이할 수 있는 경화된 결합제 제형으로부터 형성된다.
피복된 연마재(100)는 임의로 배면 피복물(112)도 포함할 수 있다. 배면 피복물(112)은 대전방지층으로서 작용하여, 연마 과립이 배면재(102)의 후면에 부착되는 것을 방지하고 샌딩(sanding) 동안 부스러기가 축적되는 것을 방지한다. 또 다른 예에서, 배면 피복물(112)은 추가의 강도를 배면재(102)에 제공할 수 있으며, 환경 노출로부터 배면재(102)를 보호하는 작용을 할 수 있다. 또 다른 예에서, 배면 피복물(112)은 컴플라이언트 층으로서 작용할 수도 있다. 컴플라이언트 층은 메이크 피복물(104)과 배면재(102) 사이에서 응력을 경감시키는 작용을 할 수 있다.
배면재(102)는 가요성 또는 강성일 수 있다. 배면재(102)는 피복된 연마재의 제조시 전형적으로 배면으로서 사용되는 것을 포함하는, 임의의 수의 각종 물질로 제조될 수 있다. 일례의 가요성 배면은 중합체성 필름(프라이밍(priming)된 필름을 포함함), 예를 들면, 폴리올레핀 필름(예: 이축 배향 폴리프로필렌을 포함하는 폴리프로필렌), 폴리에스테르 필름(예: 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 폴리아미드 필름, 셀룰로스 에스테르 필름, 금속 호일, 메쉬, 발포체(예: 천연 스폰지 물질 또는 폴리우레탄 발포체), 직물(예: 폴리에스테르, 나일론, 실크, 면, 폴리-면 또는 레이온을 포함하는 섬유 또는 참마로부터 제조된 직물), 종이, 가황 종이, 가황 고무, 가황 섬유, 부직포 재료, 이들의 배합물 또는 이의 처리 변형을 포함한다.
직물 배면재는 직조되거나 스티치 접합될 수 있다. 특정 예에서, 배면재(102)는 종이, 중합체 필름, 직물, 면, 폴리-면, 레이온, 폴리에스테르, 폴리-나일론, 가황 고무, 가황 섬유, 금속 호일 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 또 다른 예에서, 배면재(102)는 폴리프로필렌 필름 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름을 포함한다.
배면재(102)는 임의로 하나 이상의 포화제, 예비사이즈 층(presize layer) 또는 배면사이즈 층(backsize layer)을 가질 수 있다. 이들 층의 목적은 통상적으로 배면재(102)를 밀봉하거나, 배면재(102)에서 실 또는 섬유를 보호하려는 것이다. 배면재(102)는 직물재인 경우, 이들 층들 중의 하나 이상이 통상적으로 사용된다. 예비사이즈 층 또는 배면사이즈 층의 첨가는 추가로 배면재의 전면 또는 후면에서 표면을 더 매끄럽게 한다. 당해 기술분야에 공지되어 있는 기타 임의의 층들[예: 타이 층(tie layer); 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제5,700,302호(Stoetzel et al.)]이 사용될 수도 있다.
대전방지 재료가 직물 처리 재료에 포함될 수 있다. 대전방지 재료의 첨가는, 목재 또는 목재형 재료를 샌딩할 때에 피복된 연마 제품에 정전기가 축적되는 경향을 감소시킬 수 있다. 대전방지 배면 및 배면 처리에 관한 추가의 상세한 것은, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제5,108,463호(Buchanan et al.); 제5,137,542호(Buchanan et al.); 제5,328,716호(Buchanan) 및 제5,560,753호(Buchanan et al.)로부터 알 수 있다.
배면재(102)는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제5,417,726호(Stout et al.)에 기재되어 있는 섬유상 강화된 열가소성 또는 예를 들면, 미국 특허 제5,573,619호(Benedict et al.)에 기재되어 있는 무한의 꼬임 없는 벨트(endless spliceless belt)일 수 있다. 또한, 배면재(102)는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제5,505,747호(Chesley et al.)에 기재되어 있는 바와 같이, 이로부터 돌출하는 후킹 스템(hooking stems)을 갖는 중합체성 기재일 수 있다. 동일하게, 배면재(102)는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제5,565,011호(Follett et al.)에 기재되어 있는 루프 직물(loop fabric)일 수 있다.
또 다른 예에서, 생성된 피복 연마 제품이 패드에 고정될 수 있도록, 피복된 연마 제품의 배면에 감압성 접착제가 혼입된다. 일례의 감압 접착제에는 폴리아크릴레이트 에스테르(예: 폴리(부틸 아크릴레이트)), 비닐 에테르(예: 폴리(비닐 n-부틸 에테르)), 알키드 접착제, 고무 접착제(예: 천연 고무, 합성 고무 및 염소화 고무) 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 라텍스 크레이프(crepe), 로진, 아크릴계 중합체 또는 공중합체가 포함된다.
일례의 경질 배면재에는 금속 판, 세라믹 판 등이 포함된다. 적합한 경질 배면재의 다른 예는, 예를 들면, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제5,417,726호(Stout et al.)에 기재되어 있다.
피복된 연마 제품, 예를 들면, 도 1의 피복된 연마 제품(100)은 배면재를 결합제 제형 또는 연마 슬러리로 피복시킴으로써 형성될 수 있다. 임의로, 메이크 피복물로 피복시키기 전에, 배면재를 컴플라이언트 피복물 또는 배면 피복물로 피복시킬 수 있다. 통상, 결합제 제형을 배면재에 도포하여 메이크 피복물을 형성한 다. 한 양태에서, 배면재에 도포하기 전에, 연마 과립을 결합제 제형으로 도포한다(이때, 연마 과립을 결합제 제형과 블렌딩하여 연마 슬러리를 형성시킨다). 또는, 예를 들면, 정전기적 및 공기역학적 방법을 통해, 결합제 제형을 배면재에 도포하여 메이크 피복물을 형성하고, 연마 과립을 메이크 피복물에 도포한다. 결합제 제형을, 예를 들면, 열 방법을 통해 또는 화학 방사선에 노출시켜 경화시킨다.
임의로, 사이즈 피복물을 메이크 피복물 및 연마 과립에 도포한다. 메이크 피복물을 경화시키기 전에, 사이즈 피복물을 도포하여, 메이크 피복물과 사이즈 피복물을 동시에 경화시킨다. 또는, 사이즈 피복물을 도포하기 전에, 메이크 피복물을 경화시키고, 사이즈 피복물을 개별적으로 경화시킨다.
메이크 피복물, 사이즈 피복물, 컴플라이언트 피복물 또는 배면 피복물을 형성하기 위한 결합제 제형은 콜로이드성 결합제 제형을 포함할 수 있다. 콜로이드성 결합제 제형은 서브마이크론 미립자 충전제, 예를 들면, 입자 크기 분포가 좁은 나노 크기의 미립자 충전제를 포함할 수 있다. 특정 양태에서, 콜로이드성 결합제 제형을 경화시켜 사이즈 피복물을 형성한다. 또 다른 양태에서, 콜로이드성 결합제 제형을 경화시켜 메이크 피복물을 형성한다. 또는, 콜로이드성 결합제 제형을 경화시켜 임의의 컴플라이언트 피복물 또는 임의의 배면 피복물을 형성할 수 있다.
특정 양태에서, 피복물 및 연마 과립을 패턴화하여 구조를 형성할 수 있다. 예를 들면, 메이크 피복물을 패턴화하여 연마 제품 성능을 향상시키는 표면 구조를 형성할 수 있다. 패턴은, 예를 들면, 로토그라비아 장치(rotogravure apparatus)를 사용하여, 피복물 속으로 프레싱 또는 롤링하여 구조화되거나 설계 된(engineered) 연마 제품을 형성할 수 있다.
설계되거나 구조화된 연마재의 일례의 양태를 도 2에 도시한다. 구조화된 연마재는 배면재에 분산되어 있는 조형된 구조를 포함하는 피복된 연마재이다. 구조화된 연마재의 예는, 이의 전문이 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제6,293,980호에 기재되어 있다. 구조화된 연마재는 배면재(202) 및 연마 과립을 포함하는 층(204)을 포함한다. 배면재(202)는 도 1의 배면재(102)에 대해 상기한 물질로 형성될 수 있다. 일반적으로, 층(204)이 패턴화되어 표면 구조물(206)을 갖는다.
층(204)은 하나 이상의 피복물로서 형성될 수 있다. 예를 들면, 층(204)은 메이크 피복물 및 임의로 사이즈 피복물을 포함할 수 있다. 층(204)은 일반적으로 연마 과립 및 결합제를 포함한다. 일례의 양태에서, 연마 과립을 결합제 제형과 블렌딩하여 연마 슬러리를 형성한다. 또는, 연마 과립을 결합제에 도포한 후에, 결합제를 배면재(202) 위에 피복시켰다. 임의로, 관능성 분말을 층(204)에 도포하여 층(204)이 패턴화 툴링(patterning tooling)에 접착하는 것을 방지할 수 있다.
메이크 피복물 또는 사이즈 피복물의 결합제는 콜로이드성 결합제일 수 있는데, 여기서, 경화되어 결합제를 형성하는 제형은 미립자 충전제를 포함하는 콜로이드성 현탁액이다. 또는, 결합제는 서브마이크론 미립자 충전제를 포함하는 나노복합 결합제이다.
구조화된 연마 제품(200)은 임의로 컴플라이언트 피복물 및 배면 피복물(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 이들 피복물은 상기한 바와 같이 작용할 수 있다.
추가의 양태에서, 콜로이드성 결합제 제형을 사용하여 결합된 연마 제품, 예를 들면, 도 3에 도시한 연마 제품(300)을 형성할 수 있다. 특정 양태에서, 콜로이드성 결합제 제형과 연마 과립을 블렌딩하여 연마 슬러리를 형성한다. 연마 슬러리를 금형에 도포하고, 콜로이드성 결합제 제형을 경화시킨다. 생성된 연마 제품, 예를 들면, 제품(300)은, 목적하는 형태로 나노복합 결합제에 의해 결합된 연마 과립을 포함한다.
특정 양태에서, 연마 제품은 나노복합체 전구체를 기타 중합체성 전구체 및 성분과 블렌딩시킴으로써 형성된다. 예를 들면, 나노 크기의 미립자 충전제 및 에폭시 전구체를 포함하는 나노복합 에폭시 전구체를 아크릴계 전구체와 혼합하여 나노복합 결합제 제형을 형성한다. 결합제 제형을, 예를 들면, 배면재와 같은 기재에 도포하거나 금형에 도포한다. 연마 과립을 또한 기재에 도포하고 결합제 제형을 경화시킨다.
나노복합 결합제가 피복된 연마 제품용 메이크 피복물을 형성하는 경우, 나노복합 결합제 제형을 배면재에 도포하고, 연마 과립을 도포된 결합제 제형에 도포한다. 또는, 결합제 제형을 연마 과립에 도포하여 사이즈 피복물을 형성한다. 또 다른 예에서, 결합제 제형과 연마 과립을 블렌딩하여 동시에 공급해서 기재에 메이크 피복물을 형성하거나 금형에 충전시킬 수 있다. 일반적으로, 결합제 제형을 열 에너지 또는 화학 방사선, 예를 들면, 자외선 방사선을 사용하여 경화시킬 수 있다.
상기한 결합제 제형, 결합제, 연마 제품 및 이의 제조방법의 양태가 특히 유리하다. 예를 들면, 상기한 결합제 제형으로 형성된 연마 제품은 낮은 연마 과립 손실을 나타내어 표면 품질을 개선시킬 수 있다. 예를 들면, 미세 연마 과립, 예를 들면, 200㎛ 이하의 연마 과립이 사용되는 경우, 렌즈의 광학 품질 및 금속 가공시의 광택 피니쉬(glossy finish)가 개선된다. 또한, 특정 양태는 특정 연마 제품 수명을 개선시켜, 연삭 및 연마 단계의 비용을 절감시켜 생산비를 감소시킨다.
결합제 성능은 표준화된 연마 제품 구조(configuration)에서 결합제 제형을 시험함으로써 측정된다. 특정 시험에서, 결합제 제형을 연마 과립 위의 사이즈 피복물 및 메이크 피복물로서 사용한다. 연마 과립은 Treibacher (BFRPL)Pl80 그릿으로부터의 80㎛ 열처리된 반-연성(semi-friable) 산화알루미늄이고, 메이크 피복물은 UV-경화성 아크릴레이트로 형성된다. 연마 과립 및 메이크 피복물은 폴리에스테르 배면재 위에 배치된다.
치수가 1in × 30in인 연마 테이프를 마이크로피니셔 시험 장치(microfinisher test apparatus)에 넣는다. 1045 강으로 형성된 1.983in 직경의 시험편을 상기 장치 내로 삽입한다. 시험 동안, 시험편은 양 방향에서 이의 중심 축 주위를 회전하고, 중심 축을 따라 앞뒤로 회전하기도 한다. 미네랄 바다표범 오일(mineral seal oil)을 냉각제로서 시험편에 도포한다. IMPCO로부터 공급된 단편 인도 돌(segmented India stone)로 형성된 슈(shoe)는 연마 테이프에 대해 배 면 지지체를 제공한다. 마이크로피니셔 설정에는 드라이버 모터 키를 1.25로 정하고, 회전수를 14로 정하고, 진동 모터 키를 2.5로 정하며, 압력을 75psi로 정하는 것이 포함된다. 이들 조건은 210RPM 및 5HZ 진동에서 약 5초의 사이클 시간을 제공한다.
시험 전에, 시험편 환을 100㎛ 필름(Q 151)을 사용하여 예비조절하고, 비-연마 세정제를 사용하여 세정한 다음, 공기 중에서 건조시킨다. 환 및 환 표면을 초기 측정한다. 환의 중량은 Toledo PB 303 등급을 사용하여 측정한다. 표면 품질은 Taylor-Hobson Surtronic 3+를 사용하여 측정한다. 환을 당해 장치에 탑재시키고, 연마 테이프를 삽입한다. 환을 각각의 방향에서 5초 동안 연삭한 다음, 세정 및 측정하였다.
결합제의 Rz 성능 및 스톡 제거 성능은 환 표면의 Rz 및 환으로부터의 제거된 스톡에 의해 측정된다. Rz는 표면의 평균 최대 높이이다. Rz 성능은 결합제 제형이 시험편 Rz 측정에 미치는 영향을 측정한다. 스톡 제거 성능은 결합제 제형이 스톡 제거 속도에 미치는 영향을 측정한다. 또는, 스톡 제거는 환의 직경의 감소에 의해 나타낼 수 있다.
실시예 1
본 실시예는 미립자 충전제 부하가 결합제 성능, 예를 들면, Rz 성능 및 스톡 제거 성능에 미치는 영향을 설명한다. 샘플 연마 제품 위의 사이즈 피복물은 나노폭스(Nanopox) XP 22/0314[제조사: Hanse Chemie]를 포함하는 결합제 제형, 3,4-에폭시 사이클로헥실 메틸-3,4-에폭시 사이클로헥실 카복실레이트를 포함하는 에폭시 수지 및 40중량%의 콜로이드 실리카 미립자 충전제로 형성된다. 결합제 제형은 UVR 6105도 포함하며, 당해 제형은 3,4-에폭시 사이클로헥실 메틸-3,4-에폭시 사이클로헥실 카복실레이트는 포함하지만 미립자 충전제는 함유하지 않는다. 결합제 제형은 폴리올 (4,8-비스(하이드록시메틸) 트리사이클로(5.2.1.0)데칸), 양이온성 광개시제(Chivacure 1176), 라디칼 광개시제[이르가큐어 2022(제조사: CibaR)] 및 아크릴레이트 전구체[SR 399, 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트(제조사: 미국 펜실베니아주 엑스턴 소재의 Atofina-Sartomer)]를 추가로 포함한다. 표 1은 결합제 제형에서 성분의 농도 및 수득한 Rz 및 스톡 제거 성능을 나타낸다.
Figure 112007062771172-pct00005
본 실시예로 설명되는 바와 같이, 미립자 충전제를 16.00중량% 포함하는 샘플 1.3의 경우, Rz 성능은 최소 2.95에 이르고, 스톡 제거 성능은 최대 1.14에 이른다.
실시예 2
또 다른 실시예에서, 폴리올 종이 Rz 성능, 스톡 제거 성능, 유리 전이 온도(Tg) 및 탄성 모듈러스에 미치는 영향을 측정한다. 샘플 연마 제품의 사이즈 피복물을 형성하는 결합제 제형은 테라탄(Terathane) 250, 테라탄 1000, 4,8-비스(하이드록시메틸) 트리사이클로(5.2.1.0)데칸, 2-에틸-l,3-헥산디올 및 1,5-펜탄디올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 폴리올을 포함한다. 선택된 폴리올을 나노팍 XP 22/0314, 이르가큐어 2022, 치바큐어 1176 및 나노크릴(Nanocryl) XP 21/0940과 혼합한다. 독일 베를린 소재의 Hanse Chemie사의 나노크릴 XP 21/0940은 콜로이드 실리카 미립자 충전제 50중량%를 포함하는 아크릴레이트 전구체 (테트라아크릴레이트)이다. 농도 및 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112007062771172-pct00006
1,5-펜탄디올을 포함하는 샘플(2.5)은 1.43의 최저 Rz 성능을 제공하지만, 스톡 제거 성능이 불량하다. 1.00g의 최상의 스톡 제거 성능은, 4,8-비스(하이드록시메틸) 트리사이클로(5.2.1.0)데칸으로 형성된 샘플(2.3)인 것으로 밝혀졌다. 본 실시예 샘플 중의 샘플(2.3)은 또한 3258MPa의 최고 탄성 모듈러스와 139.8의 최고 Tg를 갖는다.
실시예 3
본 실시예에서, 아크릴레이트 단량체 유형이 Rz 성능 및 스톡 제거 성능에 미치는 영향을 시험한다. 세 가지 아크릴레이트 수지(나노크릴 XP 21/0940 (테트라아크릴레이트), 나노크릴 XP 21/0930(디아크릴레이트) 및 나노크릴 21/0954(트리메틸올프로판 에톡스 트리아크릴레이트), 각각 콜로이드 실리카 미립자 충전제 50중량%를 포함하고 각각 Hanse Chemie사에서 시판중임)를 시험한다. 사이즈 피복물 결합제 제형은 나노폭스 XP 22/0314, 1,5-펜탄디올, 이르가큐어 2022 및 치바큐어 1176을 추가로 포함한다. 조성물 및 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure 112007062771172-pct00007
나노크릴 XP/0940을 포함하는 샘플(3.4)은 최저 Rz 성능을 나타내지만, 본 실시예의 다른 샘플들에 상당하는 스톡 제거 성능을 나타낸다.
실시예 4
추가의 실시예에서, 에폭시 단량체가 Rz 성능 및 스톡 제거 성능에 미치는 영향을 시험한다. 2개의 에폭시 성분 나노폭스 XP 22/0314 및 나노폭스 22/0516(비스페놀 A 디글리시딜 에테르)(각각은 Hanse Chemie사에서 시판중이며, 나노크기의 실리카 미립자 충전제를 갖는다)의 농도는 변화시킨다. 또한, 옥세탄 성분, OXT-212(3-에틸-3-(2-에틸헥실옥시메틸)옥세탄)이 포함된다. 폴리올(테라탄 250) 및 광촉매(치바큐어 1176)가 포함된다. 조성물 및 결과를 표 4에 나타낸다.
Figure 112007062771172-pct00008
샘플(4.4) 2.00의 최저 Rz 성능을 나타낸다. 기타 샘플(4.1), 샘플(4.2) 및 샘플(4.3)은 비슷한 Rz 성능 2.65 내지 2.75를 나타낸다. 각 샘플들은 비슷한 스톡 제거 성능(0.69 내지 0.74g)을 나타낸다.
실시예 5
또 다른 실시예에서, 샘플은 표 5에 나타낸 결합제 제형을 갖는 사이즈 피복물을 사용하여 제조한다. 결합제 제형은 나노폭스 A 610 첨가를 통해 공급된 나노 크기의 충전제 입자와 대략적인 평균 입자 크기가 3㎛인 나노 크기의 충전제(NP-30 및 ATH S-3) 둘 다를 포함한다. NP-30은 평균 입자 크기가 약 3㎛인 구형 실리카 입자를 포함한다. ATH S-3은, 평균 입자 크기가 약 3㎛인 비구형 알루미나 무수물 입자를 포함한다. 샘플의 영 모듈러스는 8.9 GPa(1300ksi)이고 인장 강도는 77.2MPa(11.2ksi)이며 파단 신도는 1%이다. 또한, 당해 제형으로 형성된 사이즈 피복물을 갖는 연마 제품은 Rz 성능이 1.75이고 스톡 제거가 0.0082mm이다. 스톡 제거는 상기 실험 방법에 기재되어 있는 시험 환의 직경이 0.0082mm로 변화된 것을 나타낸 것이다.
Figure 112007062771172-pct00009
상기한 내용은 본원 발명을 설명하고자 하는 것이지 제한하고자 하는 것이 아니며, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위에 속하는 변경, 개선 및 기타 양태 모두를 포함한다.

Claims (158)

  1. 연마 과립과 결합제 조성물을 포함하고, 상기 결합제 조성물이 결합제 조성물의 중량을 기준으로 하여, 양이온 중합가능한 화합물 10중량% 내지 90중량%, 라디칼 중합가능한 화합물 40중량% 이하 및 평균 입자 크기가 100nm 미만인 미립자 충전제 5중량% 내지 80중량%를 포함하는, 피복된 연마 제품.
  2. 제1항에 있어서, 결합제 조성물의 중량을 기준으로 하여, 양이온성 광개시제 0.1 내지 20중량%를 추가로 포함하는 피복된 연마 제품.
  3. 제1항에 있어서, 결합제 조성물의 중량을 기준으로 하여, 라디칼 광개시제 0.1 내지 20중량%를 추가로 포함하는 피복된 연마 제품.
  4. 제1항에 있어서, 연마 과립의 평균 과립 크기가 0.1㎛ 내지 2000㎛인, 피복된 연마 제품.
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  8. 제1항에 있어서, 미립자 충전제의 평균 입자 크기가 50nm 이하인, 피복된 연마 제품.
  9. 제1항에 있어서, 결합제 조성물이 미립자 충전제를 5중량% 내지 50중량% 포함하는, 피복된 연마 제품.
  10. 제9항에 있어서, 결합제 조성물이 미립자 충전제를 20중량% 내지 45중량% 포함하는, 피복된 연마 제품.
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  16. 제1항에 있어서, 양이온 중합가능한 화합물이 에폭시 관능성 성분 또는 옥세탄 관능성 성분을 포함하는, 피복된 연마 제품.
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  19. 제1항에 있어서, 라디칼 중합가능한 화합물이 하나 이상의 (메트)아크릴레이트 그룹을 포함하는, 피복된 연마 제품.
  20. 제19항에 있어서, 라디칼 중합가능한 화합물이, 3개 이상의 (메트)아크릴레이트 그룹을 갖는 성분을 포함하는, 피복된 연마 제품.
  21. 제1항에 있어서, 폴리에테르 주쇄를 갖는 화합물을 추가로 포함하는 피복된 연마 제품.
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  23. 제21항에 있어서, 결합제 조성물이 결합제 조성물의 중량을 기준으로 하여, 폴리에테르 주쇄를 갖는 화합물을 5 내지 50중량% 포함하는, 피복된 연마 제품.
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  27. 제1항에 있어서, 완전 경화 후에, 결합제 조성물의 파단 신도가 1.0% 이상인, 피복된 연마 제품.
  28. 제1항에 있어서, 완전 경화 후에, 결합제 조성물의 인장 강도가 20MPa 이상인, 피복된 연마 제품.
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  30. 제1항에 있어서, 완전 경화 후에, 결합제 조성물의 영 모듈러스가 500MPa 이상인, 피복된 연마 제품.
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  32. 제1항에 있어서, 미립자 충전제 및 하나 이상의 양이온 중합가능한 화합물 또는 라디칼 중합가능한 화합물이 하나 이상의 양이온 중합가능한 화합물 또는 라디칼 중합가능한 화합물에 현탁된 미립자 충전제를 포함하는 용액 형성된 나노복합체로부터 유도되는, 피복된 연마 제품.
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  41. 제1항에 있어서, 미립자 충전제가 단분산되고, 응집체를 함유하지 않는, 피복된 연마 제품.
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