PT93407A

PT93407A - Processo para a producao de um grao abrasivo com um revestimento hidrofobico

Info

Publication number: PT93407A
Application number: PT93407A
Authority: PT
Inventors: Reiner Kunz; Rudolf Strittmatter
Original assignee: Lonza Ag
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1990-11-07
Also published as: US5042991A; NO173488C; IL93600A0; EP0387748A1; NO901135L; EP0387748B1; ATE91703T1; DE59001990D1; ES2045599T3; BR9001184A; YU32490A; RU2055853C1; IL93600A; NO901135D0; NO173488B

Description

-2- -2- € 70 629 L.P. 1434 "Silanisiertes Schleifkorn"

MEMÓRIA DESCRITIVA 0 presente invento refere-se a um grão abrasivo à base de corindo ou de carbureto de silício, à sua utilização em produtos abrasivos fixados por resinas sintéticas, bem como a um processo para a sua produção. A eficiência de produtos abrasivos fixados de forma elástica ou rígida é não só determinada pela dureza e tenacidade do grão abrasivo, mas também, de maneira considerável, pela solidez da fixação. Em produtos abrasivos fixados por resinas sintéticas, a resistência da fixação à água, indispensável para a esmerilagem a húmido, representa um problema técnico considerável. Os grãos abrasivos à base de corindo ou de carbureto de silício, que se utilizam na maior parte das vezes, são, sem tratamento particular prévio, facilmente molháveis, o que torna possível a penetração de água entre o grão ε o agente adesivo, depois de uma armazenagem ou de um uso debaixo da água, tendo como consequência um enfraquecimento da fixação»

Por isso não tem faltado tentativas de tornar o grão abrasivo hidrofóbieo por meio de um tratamento da superfície, para impedir ou pelo menos, atenuar, esta diminuição· da solidez da fixação sob a acção da água,, Isto é conseguido, em parte, pelo tratamento com silanos corno, por exemplo, com (3--aminopropil)-trietoxi-silano, como se descreve na publicação SF~ -1159 da. Union Carbide Corp. (Silicons Division). No entanto, o aperfeiçoamento das propriedades do grão abrasivo, deste modo possível de alcançar, revelou-se não ser duradouro, tornando, pelo contrário, a desaparecer após poucos meses de armazenagem» Era por isso necessário que o grão abrasivo fosse transformado o mais cedo possível, tendo em conta que o tratamento só se fazia, convenientemente, no produtor de produtos abrasivos, e com cargas mais pequenas, e não no produtor de grão abrasivos, com cargas grandes, o que seria, no fundo, mais económico,. Além disso, o proprio processo é mais problemático do que parece à primeira vista» As granulações finas (por exemplo F12Q a F1200) têm tendência para formar aglomerados,, As condições para a secagem, necessária depois da rnolhagem do grão abrasivo com a solução de V/ V/

70 629 L.P. 1434 "Silanisiertes Schleifkorn" silano. têm de ser respeitadas de maneira sxacta, para evitar ® hidrólise ou a. decomposição térmica e, finalmenfce, o silano não é de modo nenhum toxicologícamente inofensivo, o que conduz a problemas ecológicos s de segurança, pela parte dos produtores de produtos abrasivos, que muitas vezes não têm instalações necessárias para o manejo de substâncias perigosas» 0 problema do presente invento foi, por isso, por # disposição um grão abrasivo que fosse hidrofóbico de uma forma-duradoura e que permitisse uma boa. fixação sobre massas de resina sintética, a qual também não diminui substancialmente sob a acçs° da água» 0 problema, do invento foi também apresentar um process° que permitisse a produção deste grão abrasivo, de maneira fácil © económica, sem perigo para o pessoal nem para o meio ambiente»

De acordo com o presente invento, este problema é resolvido pelo grão abrasivo de acordo com a reivindicação l e pelo® processos de acordo com as reivindicações 6 e 7»

Verificou-se que é possível tornar hidrofóbico, de urna forma duradoura, o grão abrasivo μ base de corindo, onde se incluem todas as espécies de electrocorindo, como corindo normal, corindo azul, corindo semiprecioso e precioso, corindo de zircónic, como corindo sinterizado, bem como o grão abrasivo à base d© carbureto de silício, ou misturas de grãos, por meio de um revestimento com dióxido de silício altamente disperso © hidrofóbico, sem utilização de um agente adesivo e sem tratamento a temperaturas elevadas» Era de esperar o abaixamento, ou mesmo a abulição, da. molhabilidade por água, a qual é medida pela determinação da altura de aseenção de acordo com a FEPfi, em virtude cias propriedades conhecidas do dióxido de silício altamente disperso e hidrofóbico» No entanto, foi supreendente CjUS o dióxido de silício, apenas aderente superficialmente, não se desprendesse, simplesmente sob um esforço mecânico, reduzindo assim a solidez de provetas de ensaio ou de corpos abrasivos, mas que- pelo contrário, a aumentasse, A quantidade aplicada de dióxido de silício altamente disperso e hidrofóbico é, convenientemente, de 0,001 a 5,0¾ e, de «“4“" «“4“" (/// 'é. 70 629 L.P. 1434 "Silanisiert.es Schleifkorn" preferência, de 0,1 a 1,0%, em ambos os casos, em relação ao peso •do grão abrasivo,, A quantidade óptima depende do tamanho do grão e, consequentemente, da superfície específica do grão abrasivo, não sendo contudo alterado significativamente, o seu efeito vantajoso, dentro de um domínio relativamente grande, quando se ultrapassa, a quantidade óptima, de modo que não é necessária a sua dosagem exacta. 0 dióxido de silício altamente disperso e hidrofóbico possui, de preferência, um tamanho principal de partículas (indicado como o valor dsg) de 5 a 100 nm, e uma superfície específica (de acordo_ com o método BET) de 80 a 300 m^/g.

Preferem-se, particularmente, produtos com um tamanho principal de partículas de 7 a 20 nm, e com uma superfície específica de 2 100 a 130 m/g. Um produto deste tipo é vendido, por exemplo, pela empresa Degussa, sob a denominação de Aerosil R 972 ou Aerosil R 812, ou pela empresa Cabot, sob a denominação de Cb-o- -sil T3 720.,

Pode conseguir-se um outro aperfeiçoamento das propriedades cio grão abrasivo de acordo com o invento por um tratamento adicional, com um silano da fórmula geral H2N-(CH2)n~Sr(0R)3, em que n é um número inteiro de 2 a. 4, e R é um grupo alquilo com 1 a 4 átomos de carbono,. Este tratamento realiza-se, convenientemente, no grão abrasivo já revestido de acordo com o invento, de uma forma em princípio conhecida. Para este tratamento posterior são válidas, no entanto, as restrições inicialmente descritas no que se refere à durabilidade cio aperfeiçoamento adicional obtido e às desvantagens respeitantes à realização cio processo. fi produção do grão abrasivo revestido, de acordo com o invento, realiza-se, de preferência, misturando o grão abrasivo de tipo comercial não tratado, com a granulação desejada, com a respectiva quantidade de dióxido de silício altamente disperso e hidrofóbico. 0 processo da mistura pode realizai—se utilizando um misturador de tipo comercial (por exemplo, um misturador oscilante, um misturador rotativo, um misturador de queda livre), © sem outros aditivos, Também é possível suspender o dióxido de 70 629 L.P. 1434 c i C' r

"Silanisiertes Schleifkorn" -5- silício, altamente disperso e hidrofóbico, num liquido não aquoso adequado e aplicá-lo no grão abrasivo, misturando o grão abrasivo não tratado com a suspensão, ou por pulverização do grão abrasivo com a suspensão e evaporação subsequente do líquido.

Para a suspensão do dióxido de silício, altarnente disperso e hidrofóbico são apropriados, por exemplo, hidrocarbonetos líquidos e as suas misturas tais como benzina, mas também cetonas, tais como acetona, álcoois, tais como o isopropanol, ou ésteres, tais como o acetato de etilo. 0 grão abrasivo de acordo com o invento, de preferência, é adequadamente utilizado em produtos abrasivos fixos com resinas sintéticas, por exemplo, em discos abrasivos e em discos de separação, ou em discos de desbaste, sobretudo, nos que se aplicam para a esmerilagem a húmido. No entanto, está também dentro dos propósitos do invento produzir produtos abrasivos com o grão abrasivo de acordo com o invento, para serem utilizados numa superfície de apoio, tais como telas abrasivas.

Os exemplos seguintes ilustram a realização do presente invento e as propriedades do grão abrasivo de acordo com o invento.

Exemplo.......1 (Produção do grão abrasivo revestido por mistura a seco)

Num misturador oscilante, misturaram-se 100 kg de grão abrasivo não tratado com 0,5 kg (uma percentagem em peso de 0,5¾) de ácido silicico altamente disperso e hidrofóbico (Degussa Aerosil R 972), durante 30 minutos» Foram revestidas as seguintes granulações;

Corindo normal Durai F30 e P120 Corindo azul Durai HT F24 Corindo semiprecioso Abramant F36 Corindo precioso Aforamax F46 fô F54

Carbureto de silício Carbogran escuro F36, F80 e F180

70 629 L.P. 1434 "Silanisiertes Schleifkorn" o

ExemjDlo (Si1animação de acordo com o estado da arte)

Hum misturador oscilante, misturaram-se 100 kg de grão abrasivo, não tratado, com uma. solução aquosa de 1% de si lano (Silan: AI100 da Union Carbide), durante 20 minutos, e depois secaram-se a 110-120SC. A quantidade da solução de silano despendeu do tamanho dos grãos, tendo sido necessários 1,7 1 para o grão 24, e 3,6 1 para o grão 54«

Exemplo......3 (Ensaios de molhabilidade)

Com as granulações tratadas de acordo com o exemplo 1, realizou-se a determinação da capilaridade, de acordo com a norma 44-D-1986 da FEPA« Para comparação, realizou-se o mesmo ensaio com as respectivas granulações não tratadas, assim como com duas granulações silanizadas de acordo com o exemplo 2. As alturas de ascenção medidas estão indicadas na tabela 1.

Todas as granulações tratadas de acordo com o invento já não eram praticamente molháveis (altura de ascenção zero).

Tabela 1

Alturas de ascensão em mm de acordo com a norma. 44-D--1986 da FEPA

Tipo de grão Granulo-me tr ia Não tra-trado De acordo com o invento (exemplo 1) Silaniza.de (exemplo 2) Corindo normal F 30 66 d” 3 0 45 ± 2 P 120 190 ± 5 0 162 ± 4 Corindo azul c* I 24 34 ± 2 0 - Corindo semi™ c r 36 26 ± 3 0 - precioso Corindo precioso F 46 65 ± 3 0 - Carbureto de si- F 36 46 3 0 li cio F 80 147 4 0 - p 180 190 ± 5 0 -7- 70 629 L.P. 1434

II "Silanisiertes Schleifkorn

Exemolo 4 (Resistência â fractura por flexão)

Foram preparados provetes de ensaio de dimensões 120 x 60 x x IS mm, com as granulações F 54, de corindo preciso (Abramax) de duas cargas de produção diferentes, não tratadas, com granulações tratadas de acordo com o exemplo 1 do invento, com granulações silanizadas de acordo com o exemplo 2, bem como com granulações tratadas primeiro de acordo com o exemplo 1 e depois, adicionalmente, de acordo com o exemplo 2. Para este fim, misturaram-se·, de cada vez, 15,8 kg de grão abrasivo e 4,2 kg de mistura de rssina fenôlica (30¾ de resina líquida e 70¾ de resina, sólida) para se obter uma massa, homogénea que foi comprimida num molde, a 210 bar, em provetes do tamanho desejado,© endurecida a 1802c, em 7 horas» ft densidade dos provetes acabados era de 2,7 g/cm 3„

Em 10 provetes de ensaio determinou-se, de cada vez, a resistência à fractura por torção, em estado seco, bem como após um período de armazenagem de 5 dias numa solução saturada de soda, de 4Q2C. N.a tabela 2 apresentam-se os valores determinados,.

Tabela 2 corindo de acordo com o exemplo 4 1 '! f V III } V. W Vil (valores méd ios s desvios padrão ) Grão/ Não tratado /condições De acordo com o invento (exemplo 1) Silanizado (exemplo 2) Pe acordo com o invento e silanizado Carga 1 seca 3510 ± 140 4350 ± 150 3550 ± 100 4370 ± 120 molhada 2340 ± 100 2980 ± 250 2315 ± 150 3240 ± 140 a i y a íí seca 3390 ± 260 4800 ± 190 4010 ± 130 4480 £ 190 molhada 1970 £ 150 2330 ± 330 2160 £ 170 3350 ± 230 z#' /. v-

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II "Silanisiertes Schleifkorn ~3™

Exemplo 5 (Capacidade abrasiva no desbaste de superfícies planas)

Produziram-se discos abrasivos, com as mesmas granulações abrasivas como no exemplo 4, fixados por resina, sintética com as dimensões 400 x 40 x 40 mm (forma 1), do seguinte modo·· transformaram-se uma percentagem de 75¾ em peso de grão abrasivo, uma percentagem em peso de 17¾ de mistura de resina fenólica (líquida e sólida), e uma percentagem de 8¾ em peso de materiais de enchimento, numa massa homogénea fluida, sendo depois comprimida, a 210 bar, em discos. Estes, foram aquecidos para endurecimento num forno, durante 10 horas até 1802C mantidos durante 8 horas a esta. temperatura e depois arrefecidos até temperatura ambiente durante 6 horas, A densidade dos discos 3 ' ...... ..... era de 2,55 g/cm .

Uma parte dos discos foi armazenada numa solução saturada de soda, a 402C, durante 7 dias. A capacidade abrasiva foi verificada no desbaste d© rectificação de superfícies planas, de aço de cromo-níquel (18/8), e indicada de modo usual pelo factor 0 G = volume de peça reduzido a aparas (cm ) volume de desgaste dos discos (cm^) podem fts capacidades abrasivas assim determinadas observadas na tabela 3. 70 629 L.P. 1434"Silanisiertes Schleifkorn

H

TjÍbela._3

Valores Q dos discos abrasivos de acor ‘do com o exe mplo 5 Sr ao/ Nao De acordo com Silanizado De acor do com /condições tratado o invento (exemplo 2) o invento e (exemplo 1) silanizado Sem armaze- 7,4 oo 8,1 8,7 nagem Depois da ar- 5,2 6,2 6,0 6,9 mazenagem * numa solução cie soda

Exemplo......6 (Capa.cida.de abrasiva no corte com rebarbaciora) ft partir de urna mistura de grãos de corindo semiprecioso (Abramant), consistindo sempre numa. percentagem em peso de 25% do grão F24, numa percentagem em peso de 50% do grão F30, e numa percentagem em peso de 25% do grão F36, não tratada e tratada de acordo com .o exemplo 1 do invento, produziram-se, respectivamente, discos fixos por resina sintética para corte com rebarbaciora com as dimensões 230 x 2,5 x 22 mm, cia seguinte forma: misturaram--se uma percentagem de 65%, em peso de mistura de grãos abrasivos, uma percentagem de 20% em peso de mistura d© resina fenólica (líquida e sólida), e uma percentagem de 15% em peso de materiais de enchimento (criolite, pirite) obtendo-se uma massa molhada homogénea e, juntarnente com dois tecidos exteriores, comprimiram-se num molde, a 270 bar, na forma d© discos para corte com rebarbaciora.. Gs discos foram endurecidos a ums 180SC., De cada vez, armazenou-se parte cios discos durante 7£» minutos em água a. ferver.

Verificou-se a capacidade abrasiva em perfis planos de aÇ° -10 70 629 L.P. 1434"Silanisiertes schleifkorn" de cromo-niquel (18/8, Wst NS. 4305) com uma secção transversal 2 de 50 >< 20 mm”, com uma rebarbadora de tipo comercial» Com cada disco realizaram-se 10 cortes, determi nando-se depois a diminuição cio diâmetro do disco.

Na tabela 4 mostram-se os esultados do ensaio.

Tabela......4 Desgaste......dos......discos......para corte.....com......rebarbadora de......acordo......com......o exemplo......6

Srao Não tratado

De acordo com o invento (exemplo 1)

Diminuição do sern armazenamento diâmetro do disco (mm) com armazenamento Aumento médio do desgaste apôs armazenamento (mm) 8.33 ± 0,66 12,66 ± 0,57 4.33 7,66 ± 0,57 10,66 ± 0,57 3,00

Aumento relativo do desgaste 100¾ 70¾

Exemplo......7 (Capacidade abrasiva no corte com rebarbadora) A partir de uma mistura de grãos de carbureto de silício com a gr a nu1orne tr i a 0,4-1,0 mm (Car bogr a n ) prod u z i ram-se, respectivamente, de um modo análogo ao que se descreve no Exemplo 6, 6 discos para corte com rebarbadora e armazenaram-se parte deles em água a ferver. A composição era a seguinte: uma percentagem de 75¾ em peso de carbureto de silício de 0,4-1,0 mm uma percentagem de 15¾ em peso de mistura de resina fenólica (líquida e sólida) uma percentagem de 10¾ em peso de materiais de enchimento

70 629 L.P. 1434 "Silanisiertes Schleifkorn" -11- (criolite, pirite), e o A pressão na compressão dos discos foi de 200 bar endurecimento realizou-se a 19020« A capacidade abrasiva foi determinada em vigas de betão, comprimidas por vibração, com uma secção transversal de 80 x 60 o mm*-- Para este fim, realizaram-se 5 cortes com cada disco, usando uma rebarbadora de tipo comercial, determinando-se a seguir a diminuição do diâmetro do disco.

Na. tabela 5 apresentam-se os resultados obtidos.

Tabela.

Desgaste do disco para corte exemplo 7 com rebarbadora de acordo com o.

Grão: Hão tratado De acordo com o invento (exemplo 1)

Diminuição do sem armazenamento 9,6 ± 0,5 8,3 ± 0,5 diâmetro do disco (mm) com armazenamento 13,2 ± 0,7 11,2 ± 0,7

Aumento médio do desgaste após armazenamento (mm) 3,6 2,9

Aumento relativo do desgaste 100¾ 80¾

Claims

-12- L.P. 1434 "Silanisiertes Schleifkorn" REIVINDI.....C......A.....£......Θ......E......S 1 - Processo para a produção de grão abrasivo à base de corindo ou de carbureto de silício, compreendendo um revestimento isento de agentes adesivos e não aglomerados, caracterizado por o grão abrasivo não tratado à base de corindo e de carbureto de silício, ser revestido por mistura a seco com 0,001 a 5,0¾ em peso de dióxido de silício altamente disperso e hidrofóbico, em relação ao grão abrasivo,
2 - Processo para a produção de grão abrasivo à base de corindo ou de carbureto de silício, compreendendo um revestimento isento de agentes adesivos e não aglomerados, caracterizado por o grão abrasivo não tratado, à base de corindo e de carbureto de silício, ser revestido por mistura ou por pulverização com uma suspensão de 0,001 a 5,0¾ em peso, em relação ao grão abrasivo, de dióxido de silício altamente disperso e hidrofóbico, num liquido volátil e por secagem subsequente.
3 ~ Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o dióxido de silício altamente disperso e hidrofóbico ser aplicado numa quantidade de 0,1 a 1,0¾ em peso em relação ao grão abrasivo.
4 - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2 ou 3, caracterizado por o dióxido de silício altamente disperso e hidrofóbico ter um tamanho de partículas principal de 5 a 100 nm O no valor dgg, © uma superfície específica de 80 a 300 m^/g de acordo com BET„
5 - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o tamanho das partículas principais ser de 7 a 20 nm no valor O d5Q, e por a superfície específica ser de 100 a 150 m /g, de acordo com BET.
6 - Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por, adicionalmente, se tratar o grão abrasivo com um silano da fórmula geral H2N-(CH2)n“Si(0R)3 13 70 629 L.P. 1434 "Silanisiertes Schleifkorn" na qual n = 2-4 8 R = alquilo Cj_“C4.
7 - Processo de produção de produtos abrasivos, particularmente para a esmsrilagem a húmido, caracterizado por se fixarem grãos abrasivos preparados de acordo com as reivindicações anteriores, com resinas sintéticas sobre um suporte adequado, Lisboa, 1? 1o,-0 Por LONZA S.A