TW201940654A

TW201940654A - 用於家中之含有拋光材料的結構化磨料

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Publication number: TW201940654A
Application number: TW108109846A
Authority: TW
Inventors: 艾倫波路克巴西; 亦帆張; 凱爾克雷倫斯布萊森
Original assignee: 美商3M新設資產公司
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2019-10-16
Also published as: US20210024799A1; WO2019180656A1; EP3768795A1; KR20200131856A

Abstract

本發明係一種磨料黏聚物。該磨料黏聚物包括介於約8與約50wt%之間的鈰氧化物、介於約5與約75wt%之間的填料、及可固化之聚合物黏合劑樹脂。

Description

用於家中之含有拋光材料的結構化磨料

本發明係關於磨料領域。具體而言，本發明係一種用於拋光玻璃及玻璃陶瓷表面的固定磨料。

拋光玻璃表面領域的常見做法是使用具有極高濃度的氧化鈰(至多約80wt%)之固定磨料。氧化鈰是具有與玻璃(約6至7)相當的莫氏硬度(Mohs hardness)(約6)的硬質礦物。部分由於氧化鈰和玻璃具有極為相當硬度水平的事實，因此氧化鈰在拋光玻璃表面中係非常有效而不刮傷玻璃。然而，由於氧化鈰的相對較高硬度，如果經氧化鈰高度填充的磨料被不經意地用於擦洗(scour)廚房中玻璃表面以外的常見細緻表面(諸如某些金屬及聚合物表面)，則此等磨料可造成大量的刮痕及損傷。當將磨料使用在非所意欲之表面上時，防止刮傷的一種方式是減少磨料中的氧化鈰濃度。然而，雖然減少氧化鈰濃度可減少非玻璃表面損傷的程度，但減少氧化鈰濃度亦降低磨料在所意欲之玻璃表面上的性能及有效性。

減少磨料中氧化鈰的量、同時仍能夠有效地擦洗並拋光玻璃的一種方法係由Lugg等人於美國專利公開案2016/022 1146中所建議，標題為「COMPOSITE CERAMIC ABRASIVE POLISHING SOLUTION」，屬於3M Company,St.Paul,MN。Lugg等人提出提供一種拋光溶液，其包括流體組分及具有pH調節劑的複數種陶瓷磨料複合物。Lugg等人教示，由於氧化鈰、pH調節劑、及玻璃表面之間的協同效應，僅6.5wt%的氧化鈰濃度係足以獲得令人滿意的性能。需注意的是，Lugg等人教示此方式主要用於工業清潔及拋光應用。然而，在消費者清潔及拋光應用中，當普通消費者使用拋光溶液時，拋光溶液本身係使用不便的。一個原因是拋光溶液的使用需要額外的清潔、擦拭、及/或潤洗步驟，這是耗時的。第二，拋光溶液可能含有化學品，其在吸入、皮膚接觸、及/或眼睛接觸時會刺激且/或對人類有害。因此，由於許多普通消費者不佩戴個人防護配備，且由於許多普通廚房沒有配備在工業場所中慣有的工程控制，因此拋光溶液在消費者應用中可能是不切實際或使用上不安全的。

在一個實施例中，本發明係一種磨料黏聚物。該磨料黏聚物包括介於約8與約50wt%之間的鈰氧化物、介於約5與約75wt%之間的填料、及可固化之聚合物黏合劑樹脂。

在另一實施例中，本發明係一種固定磨料，其包括背襯及經固定至該背襯之磨料黏聚物。該磨料黏聚物包括介於約8與約50wt%之間的鈰氧化物、介於約5與約75wt%之間的填料、及可固化之聚合物黏合劑樹脂。

本發明係一種磨料黏聚物，其具有有限的鈰氧化物含量及高的填料含量。當將磨料黏聚物併入介質中以形成固定磨料(諸如清潔墊)時，固定磨料可有效率地拋光玻璃表面而不刮傷表面。此外，當用於玻璃表面時，固定磨料亦可藉由拋光表面來移除一些刮痕。雖然本說明書主要是指所清潔之表面為玻璃表面，但在不偏離本發明之意欲範疇的情況下，磨料黏聚物和固定磨料亦可有效地用於具有比玻璃更大的硬度之任何表面上。此外，本說明書中詞組「玻璃表面(glass surface)」之使用亦指硬的、玻璃狀本質的任何表面，諸如玻璃陶瓷表面。

本發明的磨料黏聚物大致上包括鈰氧化物、填料、及可固化之聚合物黏合劑樹脂。如本文中所使用，用語「磨料黏聚物(abrasive agglomerate)」是指整個磨料材料，包括磨料、黏合劑、及任何添加劑。鈰氧化物(cerium oxide)或氧化鈰(ceria)是硬的稀土化合物，允許其研磨並拋光數個表面而無需拋光溶液。咸信氧化鈰可對拋光程序提供化學機械要素。如本文中所使用，化學機械是指雙重機制，其中腐蝕化學和斷裂力學兩者在玻璃拋光中均發揮作用。因此，氧化鈰作用為機械性磨料及與玻璃表面之化學反應物兩者，達成玻璃的化學機械拋光。具體而言，咸信鈰氧化物對拋光現象提供化學要素，如Cook,L.M.,“Chemical Processes in Glass Polishing”,120 Journal of Non-Crystalline Solids 152-171,Elsevier Science Publ.B.V.(1990)中所討論。本發明之磨料黏聚物的獨特之處在於其包括有限量的氧化鈰，同時仍然有效地從表面移除常見的家庭汙物，且取決於用於磨料黏聚物中的陶瓷氧化物之具體硬度，磨料黏聚物亦可有效率地拋光所清潔之表面而不刮傷表面。在一個實施例中，本發明之磨料黏聚物包括介於約8與約50wt%之間的氧化鈰、具體地介於約10與約25wt%之間的氧化鈰、且更具體地介於約12與約20wt%之間的氧化鈰。

使用填料以形成黏聚物。本發明之填料可係含有金屬離子之任何固體，其不會刮傷玻璃且在某種程度上可溶於水，且可自磨料黏聚物瀝濾出或自使用該磨料黏聚物作為磨料所形成之粉塵瀝濾出。填料在本發明之磨料黏聚物及固定磨料中具有雙重功能。首先，其是一種軟礦物，此降低磨料黏聚物的整體硬度，且因此提供若消費者用於非所意欲、但可能預期之表面上會造成較少損傷的磨料黏聚物。第二，且不受理論約束，預期金屬離子在拋光期間自磨料黏聚物瀝濾出並作用為pH調節劑，這繼而有利於磨料黏聚物與玻璃表面之間的協同交互作用，藉此提高拋光性能。因此，氧化鈰與來自填料的金屬離子之協同組合允許本發明之磨料黏聚物在較低鈰氧化物濃度下有效地拋光玻璃表面。適合的填料之實例包括但不限於：在自來水中具有一些溶解度的II族金屬或過渡金屬之鹽類，例如鈣的硫酸鹽、氯鹽、乙酸鹽、或碳酸鹽。在一個實施例中，填料係碳酸鈣。在一個實施例中，本發明之磨料黏聚物包括介於約5與約75wt%之間的填料、具體地介於約20與約60wt%之間的填料、且更具體地介於約35與約50wt%之間的填料。

碳酸鈣的粒徑從兩方面來看似乎是重要的：在固化前其如何影響漿料黏度，及在使用期間其如何影響經固化之固定磨料的崩解。在給定的粒子裝載量下，較大的粒子通常提供比小粒子更少的黏度增加，且較大的粒子導致固定磨料的更快速崩解，而非常小的碳酸鈣粒子實際上可增強固定磨料。因此，所使用之粒徑或粒徑之混合物將取決於固定磨料之製造程序和所欲性質。

出於特殊目的可將其他材料添加至磨料黏聚物，包括但不限於：偶合劑、光起始劑、熱起始劑、黏度改質劑、助黏劑、助磨劑、潤濕劑、分散劑、光穩定劑、抗氧化劑、消泡劑、殺微生物劑、染料、顏料、及香料。適合的偶合劑之實例包括但不限於3-(三甲氧基矽基)丙基甲基丙烯酸酯矽烷。分散劑可用於增強磨料中之填料、金屬氧化物、及其他礦物的潤濕和分散速度。適合的分散劑之實例包括但不限於：酸性聚酯、酸性磷酸酯聚酯(acid phosphate polyester)、及胺封端的聚酯聚合物。

聚合物黏合劑樹脂係用於結合鈰氧化物礦物。此通常係藉由通常在適當的固化劑(例如光起始劑、熱固化劑、及/或催化劑)的存在下、將鈰氧化物礦物及填料分散在黏合劑前驅物中來完成。在一個實施例中，黏合劑前驅物具有足夠的流動性以便能夠塗佈表面。

黏合劑前驅物可係有機溶劑性、水性、或100百分比固體(即實質上不含溶劑)組成物。在本發明中，可將熱塑性及/或熱固性聚合物、或材料、以及其組合用作黏合劑前驅物。在黏合劑前驅物固化時，可固化塗層係轉化為經固化之黏合系統。適合的聚合物黏合劑之實例包括但不限於：酚類、胺基塑料、胺甲酸酯、環氧樹脂、丙烯酸類、氰酸酯、三聚異氰酸酯、膠、及其組合。

有二種主要可聚合樹脂類別可包括在黏合劑前驅物中，即可縮合聚合樹脂及可加成聚合樹脂。可加成聚合樹脂是有利的，因為彼等藉由暴露於輻射能而容易地固化。經加成聚合之樹脂可例如透過陽離子機制或自由基機制聚合。取決於所利用的能量源及黏合劑前驅物化學，固化劑、起始劑、或催化劑可用於幫助起始聚合。一般的黏合劑前驅物之實例包括但不限於：酚樹脂、脲甲醛樹脂、胺基塑料樹脂、胺甲酸酯樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、氰酸酯樹脂、三聚異氰酸酯樹脂、(甲基)丙烯酸酯樹脂(例如(甲基)丙烯酸酯化胺甲酸酯、(甲基)丙烯酸酯化環氧樹脂、乙烯系不飽和可自由基聚合化合物、具有側接α,β-不飽和羰基之胺基塑料衍生物、具有至少一個側接丙烯酸酯基團之三聚異氰酸酯衍生物、及具有至少一個側接丙烯酸酯基團之異氰酸酯衍生物)、乙烯基醚、環氧樹脂、及其混合物及組合。如本文中所使用，用語「(甲基)丙烯醯基((meth)acryl)」涵蓋丙烯醯基及甲基丙烯醯基。

酚樹脂具有良好的熱性質、可用性、及相對低的成本且易於處理。有兩種類型的酚樹脂，可溶酚醛樹脂(resole)及酚醛清漆(novolac)。可溶酚醛樹脂所具有之甲醛對酚的莫耳比大於或等於一比一、一般係在1.5：1.0至3.0：1.0的範圍內。酚醛清漆樹脂所具有之甲醛對酚的莫耳比小於一比一。市售酚樹脂之實例包括但不限於以下列商標名稱而為已知者：來自Dallas,Tex.之Occidental Chemicals Corp. 的DUREZ及VARCUM；來自Saint Louis,Mo.之Monsanto Co.的RESINOX；及來自Dublin,Ohio之Ashland Specialty Chemical Co.的AEROFENE及AROTAP。

(甲基)丙烯酸酯化胺甲酸酯包括羥基封端之NCO延長聚酯或聚醚的二(甲基)丙烯酸酯。市售丙烯酸酯化胺甲酸酯之實例包括以CMD 6600、CMD 8400、及CMD 8805購自West Paterson,N.J.之Cytec Industries者。(甲基)丙烯酸酯化環氧樹脂包括環氧樹脂之二(甲基)丙烯酸酯，諸如雙酚A環氧樹脂之二丙烯酸酯。市售丙烯酸酯化環氧樹脂之實例包括但不限於可以CMD 3500、CMD 3600、及CMD 3700購自Cytec Industries者。

乙烯系不飽和可自由基聚合化合物包括單體化合物及聚合化合物兩者，其含有碳、氫、及氧、以及可選地氮原子及鹵素。氧或氮原子、或兩者通常存在於醚、酯、胺甲酸酯、醯胺、及脲基中。乙烯系不飽和可自由基聚合化合物一般具有小於約4,000g/莫耳的分子量，且一般係自含有單一脂族羥基或多個脂族羥基之化合物與不飽和羧酸(諸如丙烯酸、甲基丙烯酸、伊康酸、巴豆酸、異巴豆酸、順丁烯二酸、及類似者)的反應所製成之酯類。

(甲基)丙烯酸酯樹脂的代表性實例包括但不限於：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇甲基丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、新戊四醇三丙烯酸酯、新戊四醇甲基丙烯酸酯、新戊四醇四丙烯酸酯、及新戊四醇四丙烯酸酯。其他乙烯系不飽和樹脂包括但不限於：羧酸之單烯丙基、多烯丙基、及多甲基烯丙基酯及醯胺，諸如鄰苯二甲酸二烯丙酯(diallyl phthalate)、己二酸二烯丙酯、及N,N-二烯丙基己二醯胺。又其他含氮化合物包括參(2-丙烯醯基氧乙基)三聚異氰酸酯、1,3,5-參(2-甲基丙烯醯氧基乙基)-s-三、丙烯醯胺、N-甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基丙烯醯胺、N-乙烯基吡咯啶酮、及N-乙烯基哌啶酮。可用的胺基塑料樹脂每分子或寡聚物具有至少一個側接α,β-不飽和羰基。此等不飽和羰基可係丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、或丙烯醯胺類型之基團。此類材料之實例包括但不限於：N-(羥甲基)丙烯醯胺、N,N'-氧基二亞甲基雙丙烯醯胺、鄰-和對丙烯醯胺甲基化酚、丙烯醯胺甲基化酚系酚醛清漆、及其組合。此等材料係進一步描述於美國專利第4,903,440號及第5,236,472號(均屬於Kirk等人)中。

具有至少一個側接丙烯酸酯基團之三聚異氰酸酯衍生物及具有至少一個側接丙烯酸酯基團之異氰酸酯衍生物係進一步描述於美國專利第4,652,274號(Boettcher等人)中。一種三聚異氰酸酯材料之實例係參(羥乙基)三聚異氰酸酯的三丙烯酸酯。

環氧樹脂具有一或多個環氧基團，其可藉由(多個)環氧基團的開環來聚合。此類環氧樹脂包括單體環氧樹脂及寡聚環氧樹脂。可用的環氧樹脂之實例包括但不限於：2,2-雙[4-(2,3-環氧基丙氧基)-苯基丙烷](雙酚的二環氧丙基醚)及可以EPON 828、EPON 1004、及EPON 1001F購自Houston,Tex.之Shell Chemical Co.；及可以DER-331、DER-332、及DER-334購自Midland,Mich.之Dow Chemical Co.的材料。其他適合的環氧樹脂包括可以DEN-431及DEN-428商購自Dow Chemical Co.之酚甲醛酚醛清漆的環氧丙基醚。

特別適合本發明之聚合物黏合劑樹脂之實例係丙烯酸酯。適合的丙烯酸酯之實例包括但不限於三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。

在一個實施例中，本發明之磨料包括介於約15與約60wt%之間的聚合物黏合劑、具體地介於約25與約55wt%之間的聚合物黏合劑、且更具體地介於約35與約45wt%之間的聚合物黏合劑。

黏合劑前驅物的固體化可例如藉由固化(例如聚合及/或交聯)、藉由乾燥(例如驅離液體)、及/或藉由冷卻來達成。一般而言，聚合物黏合劑係藉由使黏合劑前驅物交聯(例如至少部分地固化及/或聚合)來製備。在製造結構化磨料物品期間，將聚合物黏合劑前驅物暴露於幫助黏合劑前驅物之聚合(一般包括交聯)起始的能量源。適合的能量源之實例包括但不限於熱能及輻射能，其包括電子束、紫外光、及可見光。在電子束能量源的情況下，不一定需要固化劑，因為電子束本身產生自由基。在此聚合程序後，黏合劑前驅物係轉化成經固體化之黏合劑。替代地，針對熱塑性黏合劑前驅物，在製造磨料物品期間，將熱塑性黏合劑前驅物冷卻至導致黏合劑前驅物固體化的程度。在黏合劑前驅物固體化時，形成磨料複合物。

光起始劑在吸收光時經歷光反應，且可用於固化磨料黏聚物的黏合劑前驅物。如果暴露於光化電磁輻射會產生自由基源的化合物通常稱為光起始劑。適用於本發明之光起始劑之實例包括安息香及其衍生物，諸如α-甲基安息香；α-苯基安息香；α-烯丙基安息香； α-苄基安息香；安息香醚，諸如二苯乙二酮二甲基縮酮(例如可以IRGACURE 651商購自Tarrytown,N.Y.之Ciba Specialty Chemicals)、安息香甲基醚、安息香乙基醚、安息香正丁基醚；苯乙酮及其衍生物，諸如2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(例如來自Ciba Specialty Chemicals之DAROCUR 1173)及1-羥基環己基苯基酮(例如來自Ciba Specialty Chemicals之IRGACURE 184)；2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-嗎啉基)-1-丙酮(例如來自Ciba Specialty Chemicals之IRGACURE 907)；2-芐基-2-(二甲胺)-1-[4-(4-嗎啉基)苯基]-1-丁酮(例如來自Ciba Specialty Chemicals之IRGACURE 369)。其他可用的光起始劑包括例如新戊偶姻乙基醚(pivaloin ethyl ether)、大茴香偶姻乙基醚(anisoin ethyl ether)、蒽醌類(例如蒽醌、2-乙基蒽醌、1-氯蒽醌、1,4-二甲基蒽醌、1-甲氧基蒽醌、或苯蒽醌)、鹵甲基三類、二苯基酮及其衍生物、錪鎓鹽類及鋶鹽類、鈦錯合物(諸如雙(η₅-2,4-環戊二烯-1-基)-雙[2,6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基]鈦(例如來自Ciba Specialty Chemicals之CGI 784DC))；鹵硝基苯類(例如4-溴甲基硝基苯)、單醯基及雙醯基膦類(例如，IRGACURE 1700、IRGACURE 1800、IRGACURE 1850、及DAROCUR 4265，均來自Ciba Specialty Chemicals)。亦可使用光起始劑的組合。一或多種光譜敏化劑(例如染料)可與(多種)光起始劑結合使用，例如，為了提高光起始劑對特定光化輻射源的敏感性。特別適合的光起始劑之實例包括但不限於苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲醯基)氧化膦(例如，來自Ciba Specialty Chemicals之IRGACURE 819)。

環氧樹脂可添加適當的陽離子固化劑而經由陽離子機制聚合。陽離子固化劑產生酸源以起始環氧樹脂的聚合。此等陽離子固化劑可包括具有鎓陽離子及金屬或類金屬之含鹵素之錯合陰離子的鹽。亦可使用其他用於環氧樹脂和酚樹脂之固化劑(例如，胺硬化劑及胍)。

其他陽離子固化劑包括具有有機金屬錯合陽離子及金屬或類金屬之含鹵素之錯合陰離子的鹽，其係進一步描述於美國專利第4,751,138號(Tumey等人)。另一實例係有機金屬鹽及鎓鹽，其係描述於美國專利第4,985,340號(Palazzotto等人)；美國專利第5,086,086號(Brown-Wensley等人)；及美國專利第5,376,428號(Palazzotto等人)。又另其他陽離子固化劑包括有機金屬錯合物之離子鹽，其中金屬係選自週期表IVB、VB、VIB、VIIB、及VIIIB族之元素，其係描述於美國專利第5,385,954號(Palazzotto等人)。

熱起始劑亦可用以固化黏合劑前驅物且係由熱起始。適合的自由基熱起始劑之實例包括過氧化物，例如過氧化苯甲醯及偶氮化合物。特別適合的熱起始劑之實例包括但不限於2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)聚合起始劑(來自Dupont之VAZO 52)。

磨料黏聚物亦可包括助黏劑或偶合劑。為了促進黏合劑與氧化鈰和填料之間的接橋(association bridge)，可將矽烷偶合劑包括在氧化鈰、填料、及黏合劑前驅物之漿料中；一般而言，量係約0.01 至約5wt%、具體地約0.01至約3wt%、且更具體地約0.01至約1wt%，儘管例如取決於氧化鈰及填料粒子之大小亦可使用其他量。適合的矽烷偶合劑包括但不限於：甲基丙烯醯氧基丙基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、乙烯基參(2-甲氧基乙氧基)矽烷、3,4-環氧環己基甲基三甲氧基矽烷、γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷、及γ-巰基丙基三甲氧基矽烷(例如，可以各別商標名稱A-174、A-151、A-172、A-186、A-187、及A-189購自Greenwich,Conn.之Witco Corp.)、烯丙基三乙氧基矽烷、二烯丙基二氯矽烷、二乙烯基二乙氧基矽烷、及間、對苯乙烯基乙基三甲氧基矽烷(例如，可以各別商標名稱A0564、D4050、D6205、及S 1588商購自Bristol,Pa.之United Chemical Industries)、二甲基二乙氧基矽烷、二羥基二苯基矽烷、三乙氧基矽烷、三甲氧基矽烷、三乙氧基矽醇、3-(2-胺基乙基胺基)丙基三甲氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙醯氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、正矽酸四乙酯、正矽酸四甲酯、乙基三乙氧基矽烷、戊基三乙氧基矽烷、乙基三氯矽烷、戊基三氯矽烷、苯基三氯矽烷、苯基三乙氧基矽烷、甲基三氯矽烷、甲基二氯矽烷、二甲基二氯矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、及其混合物。

可選地可將助磨劑包括在黏合劑前驅物中，涵蓋各式各樣不同材料，包括有機及無機化合物兩者。有效作為助磨劑的化學化合物樣本包括蠟、有機鹵化物化合物、鹵化物鹽、金屬、及金屬合金。有效作為助磨劑之特定蠟具體地包括但不限於鹵化蠟四氯萘及五氯萘。其他有效的助磨劑包括鹵化熱塑性塑膠、磺化熱塑性塑膠、蠟、鹵化蠟、磺化蠟、及其混合物。有效作為助磨劑之其他有機材料具體地包括但不限於聚氯乙烯及聚偏二氯乙烯。通常有效作為助磨劑的鹵化物鹽之實例包括氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化矽、氯化鉀、及氯化鎂。用以作為助磨劑的鹵化物鹽一般具有小於100mm的平均粒徑，較佳的是具有小於25mm的粒子。通常有效作為助磨劑的金屬之實例包括銻、鉍、鎘、鈷、鐵、鉛、錫、及鈦。其他常用的助磨劑包括硫、有機硫化合物、石墨、及金屬硫化物。亦可採用此等助磨劑的組合。

在一個實施例中，磨料黏聚物係形成為精密成形的黏聚物粒子或結構化磨料，特別是微複製的結構化磨料。在一個實施例中，結構化磨料係精密成形磨粒(precision shaped grain,PSG)。例如，精密成形的粒子可為任何三維形狀，諸如角錐體、圓錐體、塊體、立方體、球體、圓柱體、桿狀、三角形、六角形、正方形、及類似者。此外，磨料黏聚物之形狀的任何組合均可用於本發明。

本發明之磨料黏聚物必須足夠硬以充分地清潔玻璃表面，同時最小化任何表面刮傷且亦拋光表面。硬度的一個量度是透過莫氏礦物硬度標度。莫氏硬度標度透過較硬材料刮傷較軟材料的能力表徵礦物的抗刮性。在一個實施例中，用於本發明之磨料黏聚物中的氧化鈰具有介於約6.0與約7.0之間的莫氏硬度。在一個實施例中，為了抵銷氧化鈰的較高莫氏硬度並降低磨料黏聚物的整體硬度，填料通常具有約3的莫氏硬度。

磨料黏聚物的硬度和固化特徵的幾何形狀亦影響磨料黏聚物的擦洗性能和磨損。固化特徵的幾何形狀通常係由工具的形狀決定。磨料黏聚物的硬度可受到各種因素的影響：固化程度、聚合物基質的固有硬度、硬質礦物的存在、礦物對聚合物基質的黏著性、及局部硬度增強添加劑(諸如次微米礦物粒子)的存在。增強汙物移除(擦洗)的許多因素亦可增強磨料黏聚物的耐久性。

在實務中，為製成本發明之固定磨料，將磨料黏聚物打印到適當的背襯上，且接著將其層壓或以其他方式附接至基材。當將磨料黏聚物精密成形時，磨料黏聚物通常可藉由以下製成：形成至少含有黏合劑前驅物、鈰氧化物、及填料的漿料混合物並將該混合物塗佈至生產工具的精密成形腔穴中、至少部分地固化黏合劑前驅物、且接著從生產工具的腔穴移出精密成形的粒子。混合物可使用任何習知技術形成，諸如高剪切混合、空氣攪拌、或翻滾。在混合期間亦可使用真空以最小化空氣截留。可使用諸如重力進料、泵送、模具塗佈、或真空下落式模具塗佈之技術而將混合物引入生產工具的腔穴中。

接著，使漿液與背襯接觸，且至少部分地固化黏合劑前驅物(例如藉由暴露於能量源)，使得所得結構化磨料物品具有固定至背襯上的複數個成形磨料複合物。可用的背襯之實例包括膜、發泡體(開孔或閉孔)、紙材、箔、及織造或非織造織物。背襯可為例如包括熱塑性聚合物的熱塑性膜，其可含有多種添加劑。適合的熱塑性聚合物包括例如聚烯烴(例如聚乙烯及聚丙烯)、聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯)、聚醯胺(例如耐綸6及耐綸6,6)、聚醯亞胺、聚碳酸酯、聚胺甲酸酯、及其組合及摻合物。適合的添加劑之實例包括著色劑、加工助劑、強化纖維、熱穩定劑、UV穩定劑、及抗氧化劑。可用的填料之實例包括黏土、碳酸鈣、玻璃珠、滑石、黏土、雲母、木粉；及碳黑。背襯可為複合膜，例如具有二或更多個離散層的共擠出膜。

在一個實施例中，背襯的平均厚度係在至少約1密耳(25微米)至約100密耳(2500微米)的範圍內，儘管亦可使用此範圍之外的厚度。

包括磨料黏聚物的背襯可藉由所屬技術領域中已知的任何方式附接至基材，包括但不限於壓敏性黏著劑、鉤狀膜、或環狀織物。可用的壓敏性黏著劑(pressure-sensitive adhesive,PSA)包括例如熱熔性PSA、基於溶劑的PSA、及基於乳膠的PSA。壓敏性黏著劑可廣泛地自市面上購得；例如，自Saint Paul,MN之3M Company。能量源之實例包括但不限於熱能及輻射能(包括電子束、紫外光、及可見光)。在一個實施例中，基材可以是非織造物、發泡體、海綿、或塑膠。

在一個實施例中，將黏合劑前驅物中之氧化鈰及填料的漿料直接塗佈到生產工具(其中具有精確成形的腔穴)上並使其與背襯接觸，或塗佈在背襯上並使其與生產工具接觸。在此實施例中，當漿液存在於生產工具的腔穴中時，一般接著將漿液固體化(例如，至少部分地固化)。

生產工具可係帶材、片材、連續性片材或卷料(web)、塗佈輥(諸如輪轉凹版輥(rotogravure roll))、安裝在塗佈輥上之套筒、或模具。生產工具可由金屬(例如鎳)、金屬合金、或塑膠構成。金屬生產工具可藉由任何習知技術製造，諸如例如雕刻、上下振動(bobbing)、電鑄、或鑽石切削。熱塑性工具可複製出金屬母版工具。母版工具會具有欲用於生產工具的反轉圖案。母版工具可以與生產工具相同的方式製作。母版工具較佳地係由金屬製成，例如鎳，且經鑽石切削。可將熱塑性片材材料可選地連同母版工具加熱，使得熱塑性材料係藉由將二者壓在一起而以母版工具圖案來壓紋。亦可將熱塑性塑膠擠製或澆注至母版工具上，並接著將其壓製。將熱塑性材料冷卻至固體化並產生該生產工具。熱塑性生產工具材料之實例包括聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、及其組合。如果利用熱塑性生產工具，則一般應注意不要產生過多的熱，其可能會使熱塑性生產工具扭曲。

生產工具亦可含有離型塗層以允許更容易從生產工具釋離磨料物品。此類用於金屬的離型塗層之實例包括硬質碳化物、氮化物、或硼化物塗層。用於熱塑性塑膠的離型塗層之實例包括但不限於聚矽氧及含氟化合物。

有關製造具有精確成形磨料複合物之結構化磨料物品之方法的額外細節可見於例如美國專利第5,152,917號(Pieper等人)；美國專利第5,435,816號(Spurgeon等人)；美國專利第5,672,097號(Hoopman)；美國專利第5,681,217號(Hoopman等人)；美國專利第5,454,844號(Hibbard等人)；美國專利第5,851,247號(Stoetzel等人)；及美國專利第6,139,594號(Kincaid等人)。

當磨料黏聚物未經精密成形時，可將超上膠塗層(supersize coating)塗佈到設置於背襯上的磨料黏聚物之表面上。可選的超上膠(如果存在)係設置在固定磨料的至少一部分上。例如，超上膠可僅設置在成形磨料黏聚物上(例如在其研磨表面上)，儘管其亦可設置在通道上。超上膠之實例包括選自由下列所組成之群組的一或多種化合物：二級助磨劑，諸如鹼金屬四氟硼酸鹽、脂肪酸的金屬鹽(例如硬脂酸鋅或硬脂酸鈣)、及磷酸酯鹽(例如磷酸二十二酯鉀)、磷酸酯、脲甲醛樹脂、礦物油、經交聯之矽烷、經交聯之聚矽氧、及/或含氟化合物；纖維材料；抗靜電劑；潤滑劑；界面活性劑；顏料；染劑；偶合劑；增塑劑：抗負載劑(antiloading agent)；離型劑；懸浮劑；流變改質劑；固化劑；及其混合物。二級助磨劑較佳地係選自下列之群組：氯化鈉、六氟化鋁鉀、六氟化鋁鈉、六氟化鋁銨、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化矽、氯化鉀、氯化鎂、及其混合物。在一些實施例中，一或多種脂肪酸的金屬鹽(例如硬脂酸鋅)可有效地包括在超上膠中。

當用作為固定磨料時，已發現磨料黏聚物有效地自玻璃爐具檯面擦洗常見的家庭汙物。所得的固定磨料可有效率且有效地清潔表面而表面具有最小至沒有刮痕。此外，藉由將鈰氧化物併入磨料黏聚物中，可修復淺層表面刮痕，諸如在例如具有玻璃表面之爐具檯面上造成霧狀、老化外觀者。鈰氧化物有效地移除造成玻璃表面霧狀的淺層微刮痕。咸信鈰氧化物粒徑、形狀、詳細的熱經歷、及化學組成(尤其是在粒子表面上)會影響玻璃移除速率。此外，本發明之磨料黏聚物僅在水存在的情況下能夠拋光玻璃和玻璃陶瓷表面，且不需要拋光溶液。

雖然本發明已參照較佳的實施例加以描述，但所屬技術領域中具有通常知識之工作者應能理解形式及細節可改變而不會偏離本發明的精神及範疇。

實例

本發明在以下實例中被更具體地描述，該等實例只意圖作為說明，因為在本發明範圍內的許多改變和變化對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的。除非另外註明，否則以下實例中所報導之所有份數、百分比、及比均以重量計。

材料

磨料漿料的製備

如下所述製備本發明之光可固化漿料。

在塑膠燒杯或廣口瓶將所有成分秤出精確至0.01克，並使用Speedmixer DAC 400.1(Flack Tek,Inc.,Landrum,SC,USA)以1000rpm混合4分鐘。漿料配方(FM)提供於表1中。

在混合後四小時內塗佈並固化混合物。

紋理化工具

使用紋理化工具製備結構化磨料，紋理為腔穴陣列。該聚丙烯工具之腔穴為具有180微米之一深度、尺寸250乘以250微米之一基底、以及尺寸150乘以150微米之一遠端的截角方形錐。該等腔穴係於一方形格陣列中，具有一375微米之節距(即，腔穴中心與腔穴中心間的距離)。使形成該等腔穴的側面成錐形，寬度向遠端漸縮，以使晶團研磨粒子可輕易自工具移除。紋理化聚丙烯工具係藉由浮雕過程形成，其中出自金屬原盤(metal master)工具之紋理(具有期望聚丙烯片材的反向紋理)形成了聚丙烯。原盤工具之方錐狀陣列係藉由習用的鑽石車削金屬之過程予以製作。完成習用的浮雕技術之後，經由原盤工具，在聚丙烯之熔化溫度附近進行聚丙烯片材之浮雕。該工具基本上是磨料複合物之所欲形狀、尺寸、及排列的反轉。

實例1至實例10

使用橡膠刮刀將大約40克的磨料漿料塗佈到紋理化聚丙烯工具之30cm×30cm片材之腔穴中，使得磨料漿料完全填充腔穴，並藉由刮刀片移除過量的漿料。接下來，使0.127毫米(3密耳)厚的經底塗之聚酯(PET)背襯與含在工具腔穴中的磨料漿液接觸。使背襯、磨料漿液、及固定到金屬載板的工具通過台式實驗室層壓機(型號001998，ChemInstruments,Fairfield,OH,USA)。在約210至420Pa(30至60psi)的壓力下以約1cm/sec的速度連續地將物品在二個橡膠輥之間進料。取決於塗層的一般品質進行壓力調整。然後將約6.3mm(1/4吋)厚的石英板置於背襯上方覆蓋整個背襯。物品係藉由使金屬載板、工具、磨料漿液、背襯、及石英板在二個紫外光燈(「V」燈泡，購自Fusion Systems Inc.,Lombard,IL,USA)下通過而固化，紫外光燈係以約157.5瓦特/cm(400瓦特/吋)運轉。輻射通過石英板和PET背襯。速度為約4.4公尺/分鐘(15呎/分鐘)，且在相同的程序條件下使樣本在燈下通過兩次。將磨料物品藉由在PET背襯輕拉而自生產工具移除。

測試方法

擦洗測試：

將可以商品名稱CVS10 GLASS PLATE商購自Sigma-Aldrich Corp.(St.Louis,MO,USA)之尺寸大約為10cm×10cm×0.4cm的玻璃板(按原樣使用而未有任何表面處理及清潔)置於實驗台上。將大約20克義式番茄醬(可以商標名稱Prego Italian Sauce Marinara商購自Campbell Soup Company,Inc.,Camden,NJ,USA)置於玻璃板上。接著將帶有義式番茄醬之玻璃板置於實驗室加熱板(可商購自VWR,Inc.,Radnor,PA,USA)上，並將加熱板的溫度設定轉至200℃。在約10分鐘之後，觀察到玻璃板上硬化的汙漬。在擦洗測試前，將玻璃板自加熱板移除，並在環境溫度下將其靜置於實驗台上大約24小時。

在擦洗測試前，將一滴自來水置於沾上汙漬之玻璃板上。藉由施加輕微的手壓將待測試的磨料在沾上汙漬之玻璃板上來回移動30秒。在30秒後，將汙漬的移除範圍在流水下潤洗，並目視評估移除程度如下。將擦洗評分結果為3的樣本視為通過擦洗移除測試。

刮痕測試

將可以商品名稱CVS10 GLASS PLATE商購自Sigma-Aldrich Corp.(St.Louis,MO,USA)之尺寸大約為10cm×10cm×0.4cm的玻璃板(按原樣使用而未有任何表面處理及清潔)置於實驗台上。藉由施加輕微的手壓將待測試的磨料在玻璃板上來回移動30秒。在30秒後，移除磨料，並目視觀察板的刮痕如下。將評分結果為3的樣本視為通過刮痕測試。

刮痕移除測試

將可以商品名稱CVS10 GLASS PLATE商購自Sigma-Aldrich Corp.,St.Louis,MO之尺寸大約為10cm×10cm×0.4cm的玻璃板(按原樣使用而未有任何表面處理及清潔)置於實驗台上。藉由施加輕微的手壓將比較墊2在玻璃板上來回移動30秒。在30秒後，將墊移除且將板在流水下潤洗。觀察到比較墊在表面上產生刮痕。

在刮痕移除測試前，將一滴自來水置於已有刮痕之玻璃板上。藉由施加輕微的手壓將待測試的磨料在已有刮痕之玻璃板上來回移動30秒。在30秒後，將磨料移除，將板在流水下潤洗並以紙巾乾燥。將刮痕移除程度目視評估如下。將評分結果為2的樣本視為通過刮痕移除測試。

結果記述於表2。

前述實例已僅為了清楚理解而提供，並且無任何不必要的限制係自其理解。實例中描述之測試及測試結果旨為闡釋而非預測，並且可預期測試程序中的變化會得出不同結果。鑑於所使用的程序中涉及通常已知的公差，實例中的所有定量值應理解為係近似的。

所屬技術領域中具有通常知識者應理解，本文所揭示之特定例示性元件、結構、特徵、細節、結構設計等等都可在許多實施例中修改及/或結合。本發明可適宜地包含所揭示或記載之元件中任一者、或由所揭示或記載之元件中任一者所組成、或基本上由所揭示或記載之元件中任一者所組成。如本文中所使用，用語「基本上由...所組成(consisting essentially of)」不排除額外材料的存在，該等額外材料不顯著影響給定組成物或產物的所欲特徵。具體而言，本說明書中明確記載作為替代品之元件中的任一者皆可如所欲以任何組合明確包括於申請專利範圍內或自申請專利範圍排除。所有此類變化及組合皆經本案發明人設想而全都在本發明的範圍內，並非只有經選擇作為例示性說明的那些代表性設計。因此，本發明的範疇應不侷限於本文中描述的特定例示結構，而是至少延伸至申請專利範圍之語言所述之結構及這些結構的等效物。倘若本說明書之內容與以引用方式併入本文中之任何文件之揭露之間有衝突或差異，應以本說明書的內容為主。

Claims

一種磨料黏聚物，其包含：介於約8與約50wt%之間的鈰氧化物；介於約5與約75wt%之間的填料；及可固化之聚合物黏合劑樹脂。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該磨料黏聚物包含介於約15與約60wt%之間的可固化之聚合物黏合劑樹脂。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該可固化之聚合物黏合劑樹脂包含丙烯酸酯。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該磨料黏聚物包含介於約10與約25wt%之間的鈰氧化物。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該磨料黏聚物包含介於約20與約60wt%之間的填料。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該填料包含在自來水中具有一些溶解度的II族金屬或過渡金屬之鹽類。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該填料包含鈣的硫酸鹽、氯鹽、乙酸鹽、或碳酸鹽中之一者。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該填料係碳酸鈣。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該磨料黏聚物包含精密成形之黏聚物粒子或結構化磨料。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該鈰氧化物具有介於約6.0與約7.0之間的莫氏硬度。
如請求項1之磨料黏聚物，其中該填料具有約3.0的莫氏硬度。
一種固定磨料，其包含：背襯；及經固定至該背襯之磨料黏聚物，其中該磨料黏聚物包含：介於約8與約50wt%之間的鈰氧化物；介於約5與約75wt%之間的填料；及可固化之聚合物黏合劑樹脂。
如請求項12之固定磨料，其進一步包含相鄰於該背襯之基材。
如請求項12之固定磨料，其中該可固化之聚合物黏合劑樹脂包含丙烯酸酯。
如請求項12之固定磨料，其中該磨料黏聚物包含介於約10與約25wt%之間的鈰氧化物。
如請求項12之固定磨料，其中該填料包含在自來水中具有一些溶解度的II族金屬或過渡金屬之鹽類。
如請求項12之固定磨料，其中該磨料黏聚物包含精密成形之黏聚物粒子或結構化磨料。
如請求項12之固定磨料，其中該鈰氧化物具有介於約6.0與約7.0之間的莫氏硬度。
如請求項12之固定磨料，其中該填料具有約3.0的莫氏硬度。
一種磨料物品，其包含如請求項12之固定磨料。