CN116133794A - 带涂层磨料制品及其制备方法 - Google Patents

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CN116133794A CN202180059599.4A CN202180059599A CN116133794A CN 116133794 A CN116133794 A CN 116133794A CN 202180059599 A CN202180059599 A CN 202180059599A CN 116133794 A CN116133794 A CN 116133794A
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格雷戈里·P·索伦森
伊利娅·戈罗迪舍
托马斯·J·纳尔逊
李军廷
丹尼尔·M·伦茨
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Abstract

一种带涂层磨料制品，该带涂层磨料制品包括背衬，该背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；底胶层，该底胶层设置在该第一主表面的至少一部分上并且将磨料颗粒粘结到该背衬；复胶层，该复胶层覆盖在该底胶层和该磨料颗粒的至少一部分上；和顶胶层，该顶胶层设置在该复胶层上。该顶胶层包含至少部分固化的水基环氧树脂和有机聚合物流变改性剂，并且其中该至少部分固化的环氧树脂的量占该至少部分固化的环氧树脂和该有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。还公开了一种制备带涂层磨料制品的方法。

Description

带涂层磨料制品及其制备方法
技术领域
本公开涉及包含环氧顶胶粘结剂材料的磨料制品及其制备方法。
背景技术
磨料制品通常包含保留在粘结剂中的磨料颗粒(也称为“磨粒”)。在制造各种类型的磨料制品期间，磨料颗粒以取向的方式(例如通过静电涂覆或通过一些机械放置技术)沉积在粘结剂材料前体上。通常，磨料颗粒的最期望取向基本上垂直于背衬的表面。
就某些带涂层磨料制品(例如，磨盘)而言，背衬是相对致密的平面基底(例如，硫化纤维或机织或针织织物，可选地用浸渍剂处理以增加耐久性)。将含有第一粘结剂材料前体的底胶层前体(或底胶层)施加到背衬，并且然后将磨料颗粒部分地嵌入底胶层前体中。很多情况下，磨料颗粒以一定程度的取向嵌入底胶层前体中；例如，通过静电涂覆或通过机械放置技术。然后，当含有第二粘结剂材料前体的复胶层前体(或复胶层)覆盖在至少部分固化的底胶层前体和磨料颗粒上时，至少部分地固化底胶层前体以保持磨料颗粒。接着，如果复胶层前体和底胶层前体未充分固化，则将两者固化以形成带涂层磨料制品。
在一些情况下，顶胶层可由相应的顶胶层前体(复胶层)形成。
对于热固化的顶胶层前体，带涂层磨料产品通常被制造为在悬垂式烘箱中干燥和固化的连续幅材，其中该幅材覆盖在前进通过烘箱的挂杆上。
发明内容
在悬垂式烘箱中固化期间，由于重力导致的顶胶层的流动可能是个问题，在将磨料颗粒排列成使得流动不受磨料颗粒阻碍的情况下尤为如此。然而，近来对磨料颗粒的精确放置和/或取向的趋势增加了对上述重力流动问题的解决方案的需要。
本公开通过使用含有水基可固化环氧树脂和适于制造磨料制品的流变改性剂的顶胶层前体，克服了此类问题。流变改性剂包括包含碱溶胀性/可溶性聚合物的有机聚合物流变改性剂。目前发现，与先前使用的技术相比，这些有机聚合物流变改性剂对顶胶层前体流动提供了更好的控制。
已知有机聚合物流变改性剂赋予假塑性流动特性。特别是，碱溶胀性/可溶性乳液(ASE)聚合物、疏水改性的碱溶胀性/可溶性乳液(HASE)聚合物和疏水改性的乙氧基化聚氨酯(HEUR)聚合物已用于乳胶漆、个人护理产品、和钻探泥浆的水性组合物中。如本文所用，术语“碱溶胀性/可溶性乳液(ASE)聚合物”明确排除疏水改性的碱溶胀性/可溶性乳液(HASE)聚合物。
在第一方面，本公开提供了一种制备带涂层磨料制品的方法，该方法包括：
提供具有相反的第一主表面和第二主表面的背衬，其中底胶层设置在该第一主表面的至少一部分上并且将磨料颗粒粘结到该背衬，进一步地，其中复胶层设置在该底胶层和该磨料颗粒的至少一部分上；
以及
在该复胶层的至少一部分上涂覆顶胶层前体，并且至少部分地固化该顶胶层前体以提供顶胶层，
其中该顶胶层前体包含水基环氧树脂和有机聚合物流变改性剂，
其中该有机聚合物流变改性剂包含碱溶胀性/可溶性聚合物，并且，其中以固形物计，该水基环氧树脂的量占该水基环氧树脂和该有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。
在第二方面，本公开提供了一种带涂层磨料制品，该带涂层磨料制品包括：
背衬，该背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；
底胶层，该底胶层设置在该第一主表面的至少一部分上并且将磨料颗粒粘结到该背衬；
复胶层，该复胶层覆盖在该底胶层和该磨料颗粒的至少一部分上；和
顶胶层，该顶胶层设置在该复胶层上，
其中该顶胶层包含至少部分固化的环氧树脂和有机聚合物流变改性剂，并且其中该至少部分固化的环氧树脂的量占该至少部分固化的环氧树脂和该有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。
如本文所用：
“碱溶胀性”意指在pH大于7的水溶性碱的水性溶液中能够至少部分地溶胀；
“碱溶胀性/可溶性”意指碱溶胀性或碱可溶性(即，碱溶胀性和/或碱可溶性)中的至少一者；
除非另外明确指明，否则“聚合物”是指有机聚合物；并且
“水基”意指溶解或分散在以水为主要成分的液体介质中。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1是根据本公开的示例性带涂层磨料制品100的示意性横截面侧视图。
图2是示例性精确成形的磨料颗粒200的示意性透视图。
图3是用比较顶胶层前体CSSR-F制备的带涂层磨料制品的数字照片。
图4是用顶胶层前体ESSR-5制备的带涂层磨料制品的数字照片。
应当理解，本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其它修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。
具体实施方式
根据本公开的带涂层磨料制品的示例性实施方案在图1中示出。现在参见图1，带涂层磨料制品100具有背衬120和磨料层130。磨料层130包含通过底胶层150和复胶层160固定到背衬120的主表面170的磨料颗粒140。顶胶层180覆盖复胶层160。
例如，根据本公开的带涂层磨料制品可包括诸如背衬抗静电处理层等附加层，和/或如果需要的话，也可包括附接层。
例如，可用的背衬包括本领域中已知的用于制备带涂层磨料制品的背衬。通常，背衬具有两个相反的主表面，但并非必须如此。背衬的厚度通常在约0.02毫米至约5毫米的范围内、有利地在约0.05毫米至约2.5毫米的范围内并且更有利地在约0.1毫米至约1.0毫米的范围内，但是也可使用在这些范围之外的厚度。一般来讲，背衬的强度应足以抵抗研磨工艺期间的撕裂或其它损坏。背衬的厚度和光滑度也应适于提供带涂层磨料制品的期望厚度和光滑度；例如，根据带涂层磨料制品的预期应用或使用。
示例性背衬包括：致密的非织造织物(例如，针刺、熔纺、纺粘、水刺缠结或熔喷的非织造织物)、针织织物、缝编织物和/或织造织物；稀松布；聚合物膜；它们的经处理的形式；和这些材料中的两种或更多种的组合物。
织物背衬可由任何已知纤维制成，无论是天然纤维、合成纤维，还是天然纤维和合成纤维的共混物。可用的纤维材料的示例包括包含聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰胺(例如，六亚甲基己二酰二胺、聚己内酰胺)、聚丙烯、丙烯酸、醋酸纤维素、聚偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物、氯乙烯-丙烯腈共聚物、石墨、聚酰亚胺、丝、棉、亚麻布、黄麻、***或人造丝的纤维或纱线。可用的纤维可具有天然材料，或具有例如从服装裁剪、地毯制造、纤维制造或纺织加工中回收的再循环材料或废弃材料。可用的纤维可为同质的，或为诸如双组分纤维之类的复合材料(例如，共纺的皮-芯型纤维)。这些纤维可以是拉伸的和卷曲的，但是也可为连续长丝，诸如通过挤出工艺形成的那些长丝。
背衬可具有任何合适的基重；通常，在100克/平方米至1250克/平方米(gsm)的范围内，更通常在450gsm至600gsm的范围内，并且甚至更通常在450gsm至575gsm的范围内。在许多实施方案中(例如，磨带和磨片)，背衬通常具有良好的柔韧性；然而，这不是必需的(例如，硫化纤维盘)。为了促进粘结剂树脂粘附到背衬，可通过已知方法将背衬的一个或多个表面改性，包括电晕放电、紫外光照射、电子束照射、火焰放电和/或拉毛。
底胶层是通过将底胶层前体涂覆在背衬的主表面上并且至少部分地固化底胶层前体而形成的。底胶层前体包含热固性/可固化组合物。可用于底胶层前体的合适热固性/可固化树脂的示例包括例如可自由基聚合的单体和/或低聚物、环氧树脂、丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、氨基塑料树脂、氰酸酯树脂以及它们的组合。可用的粘结剂前体包括热固化树脂和辐射固化树脂，这些树脂可例如通过热和/或通过暴露于辐射而被固化。根据可固化树脂，通常包括的催化剂和/或引发剂(例如，热引发剂和/或光引发剂)的量为底胶层前体的至多10重量％。催化剂和/或引发剂的选择在本领域的普通技术人员的能力范围内。关于底胶层前体的附加细节可见于美国专利号4,588,419(Caul等人)、美国专利号4,751,138(Tumey等人)和美国专利号5,436,063(Follett等人)。
底胶层前体和底胶层可通过各种添加剂(例如，纤维、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、抗静电剂(例如，炭黑、氧化钒和/或石墨)、偶联剂(例如，硅烷、钛酸盐、锆铝酸盐等)、增塑剂、悬浮剂)进行改性。
在一些实施方案中，底胶层前体包含甲阶酚醛树脂和有机聚合物流变改性剂。有机聚合物流变改性剂包含碱溶胀性/可溶性聚合物。以固形物计，甲阶酚醛树脂的量占甲阶酚醛树脂和有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。
有机聚合物流变改性剂包含碱溶胀性/可溶性聚合物。以固形物计，甲阶酚醛树脂的量占甲阶酚醛树脂和有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。
一般来讲，酚醛树脂通过酚和甲醛的缩合形成，并且通常归类为甲阶酚醛树脂或酚醛清漆酚醛树脂。酚醛清漆酚醛树脂为酸催化的并且甲醛与酚的摩尔比为小于1:1。甲阶(resole/resol)酚醛树脂可用碱性催化剂催化，并且甲醛与酚的摩尔比为大于或等于一，通常在1.0和3.0之间，因此存在羟甲基侧基。适用于催化甲阶酚醛树脂的醛和酚组分之间的反应的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺、和碳酸钠，所有这些都作为溶解在水中的催化剂溶液。
甲阶酚醛树脂通常被涂覆为具有水和/或有机溶剂(例如醇)的溶液。通常，溶液包含的固形物为约70重量％至约85重量％，但可使用其它浓度。如果固形物含量非常低，则需要更多的能量来除去水和/或溶剂。如果固形物含量非常高，则所得酚醛树脂的粘度过高，这通常导致加工问题。
酚醛树脂是公知的，并且可容易地从商业来源获得。可用于实施本公开的可商购获得的甲阶酚醛树脂的示例包括以商品名VARCUM(例如，29217、29306、29318、29338、29353)由杜雷兹公司(Durez Corporation)销售的那些；以商品名AEROFENE(例如，AEROFENE 295)由美国佛罗里达州巴托的阿施兰德化学公司(Ashland Chemical Co.,Bartow,Florida)出售的那些；和以商品名PHENOLITE(例如，PHENOLITE TD-2207)由韩国首尔的江南化学有限公司(Kangnam Chemical Company Ltd.of Seoul,South Korea)销售的那些。
在以下参考文献中给出酚醛树脂及其制造的综述性讨论：Kirk-Othmer,《化学技术百科全书》，第4版，约翰威立国际出版公司，1996年，纽约，第18卷，第603-644页(Kirk-Othmer,Encyclopedia of Chemical Technology,4th Ed.,John Wiley&Sons,1996,NewYork,Vol.18,pp.603-644)。
除了甲阶酚醛树脂之外，可固化组合物含有有机聚合物流变改性剂，该有机聚合物流变改性剂包含碱溶胀性/可溶性聚合物。可固化组合物包含甲阶酚醛树脂(通常用水稀释)和有机聚合物流变改性剂，该有机聚合物流变改性剂包含碱溶胀性/可溶性聚合物。以固形物计，其中甲阶酚醛树脂的量占甲阶酚醛树脂和有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％(优选82重量％至99.99重量％，并且甚至更优选88重量％至99.99重量％)。因此，基于甲阶酚醛树脂和有机聚合物流变改性剂的总重量，可固化组合物包含0.01重量％至25重量％、优选0.01重量％至18重量％、并且更优选0.01重量％至12重量％的有机聚合物流变改性剂。如果需要，可使用多于一种甲阶酚醛树脂和/或多于一种有机聚合物流变改性剂的组合。
适用作有机聚合物流变改性剂的碱溶胀性/可溶性聚合物包括例如碱溶胀性/可溶性乳液(ASE)有机聚合物、疏水改性的碱溶胀性/可溶性乳液聚合物(HASE)和疏水改性的乙氧基化聚氨酯聚合物(HEUR)。
例如，有机聚合物流变改性剂可选自碱溶胀性/可溶性丙烯酸乳液聚合物(ASE)、疏水改性的碱溶胀性/可溶性丙烯酸乳液聚合物(HASE)和疏水改性的乙氧基化聚氨酯(HEUR)有机聚合物。
碱溶胀性/可溶性乳液(ASE)流变改性剂是不溶性丙烯酸类聚合物在水中的分散体，该不溶性丙烯酸类聚合物在其整个聚合物链中分布有高百分比的酸性基团。当这些酸性基团被中和时，所形成的盐被水合。根据酸性基团的浓度、分子量和交联度，盐在水性溶液中溶胀或变为完全水溶性的。
随着水性制剂中所中和聚合物的浓度增加，聚合物链溶胀，从而导致粘度增大。
ASE聚合物可由酸和丙烯酸酯共聚单体合成，并且通常通过乳液聚合来制备。示例性可商购获得的ASE聚合物包括以ACUSOL 810A、ACUSOL 830、ACUSOL 835、ACUSOL 842和ACRYSOL RM-38出售的那些。
疏水改性的碱溶胀性/可溶性乳液(HASE)聚合物通常用于改变水性乳液体系的流变性。在碱、有机物或无机物的影响下，HASE颗粒通过HASE聚合物链之间和/或与乳液组分之间的分子间疏水聚集而逐渐溶胀和膨胀以形成三维网络。该网络与所膨胀的HASE链产生的流体动力学排除体积结合，产生所需的增稠效果。该网络对所施加的应力敏感，在剪切下分解，并且在应力消除时复原。
HASE流变改性剂可由以下单体制得：(a)烯键式不饱和羧酸，(b)非离子烯键式不饱和单体，和(c)烯键式不饱和疏水单体。代表性的HASE聚合物体系包括EP 226097B1(vanPhung等人)、EP 705852B1(Doolan等人)、美国专利号4,384,096(Sonnabend)和美国专利号5,874,495(Robinson)中所示的HASE聚合物体系。
示例性可商购获得的HASE聚合物包括由陶氏化学公司(Dow Chemical)以商品名ACUSOL 801S、ACUSOL 805S、ACUSOL 820和ACUSOL 823销售的HASE聚合物。
ASE和HASE流变改性剂是pH触发的增稠剂。每种乳液聚合物是水溶胀性的还是水溶性的通常取决于其分子量。两种形式均是可接受的。关于合成ASE和HASE聚合物的更多细节可见于例如美国专利号9,631,165(Droege等人)。
疏水改性的乙氧基化聚氨酯(HEUR)聚合物大致由醇、二异氰酸酯和一种或多种聚亚烷基二醇合成。HEUR是包含疏水基团的水溶性聚合物，并且由于疏水基团在水中彼此缔合而被归类为缔合增稠剂。与HASE不同，HEUR是非离子物质，并且不依赖于碱来激活增稠机制。当它们的疏水基团与给定制剂中的其他疏水成分缔合时，其产生分子内或分子间连接。从一般规律来讲，缔合的强度取决于疏水封盖或封闭单元的数量、大小和频率。HEUR会如普通的表面活性剂那样形成胶束。然后，胶束通过与其表面的缔合而在其他成分之间连接。这建立了三维网络。
示例性可商购获得的HEUR聚合物包括由陶氏化学公司(Dow Chemical)以商品名ACUSOL 880、ACUSOL 882、ACRYSOL RM-2020、ACRYSOL RM-8W和ACRYSOL RM-12W出售的那些。
关于HEUR的更多细节可见于例如美国专利申请公开号2017/0198238(Kensicher等人)和2017/0130072(McCulloch等人)以及美国专利号7,741,402(Bobsein等人)和8,779,055(Rabasco等人)。
一旦将底胶层前体涂覆到背衬上，并且在固化之前，就将磨料颗粒部分嵌入底胶层前体中。然后，底胶层前体的固化将磨料颗粒固定在底胶层中。
可用的磨料颗粒可为粉碎操作的结果(例如，已根据形状和尺寸分类的粉碎磨料颗粒)或成形操作的结果(即，成形的磨料颗粒)，其中磨料前体材料被成形(例如，模制)、干燥和转变成陶瓷材料。也可使用粉碎产生的磨料颗粒与成形操作产生的磨料颗粒的组合。磨料颗粒可为例如单个颗粒、团聚物、复合颗粒以及它们的混合物的形式。
磨料颗粒应具有足够的硬度和表面粗糙度以在研磨工艺中起到粉碎的磨料颗粒的作用。优选地，磨料颗粒具有的莫氏硬度为至少4、至少5、至少6、至少7或甚至至少8。
合适的磨料颗粒包括例如粉碎的磨料颗粒，该粉碎的磨料颗粒包含：熔融氧化铝、经热处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如可从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,Minnesota)以3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN商购获得的陶瓷氧化铝材料)、棕色氧化铝、蓝色氧化铝、碳化硅(包括绿色碳化硅)、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、石榴石、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、氧化铁、氧化铬、氧化锆、二氧化钛、氧化锡、石英、长石、燧石、金刚砂、溶胶-凝胶法制备的陶瓷(例如，α氧化铝)以及它们的组合。可从其中分离磨料颗粒的溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒及其制备方法的示例可见于美国专利4,314,827(Leitheiser等人)；4,623,364(Cottringer等人)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)和4,881,951(Monroe等人)中。还设想，磨料颗粒可包括研磨团聚物，诸如例如，在美国专利号4,652,275(Bloecher等人)或4,799,939(Bloecher等人)中描述的那些。在一些实施方案中，磨料颗粒可用偶联剂(例如，有机硅烷偶联剂)进行表面处理或其它物理处理(例如，氧化铁或氧化钛)以增强粉碎磨料颗粒与粘结剂的粘附性。磨料颗粒可在它们与粘结剂结合之前进行处理，或者它们可被就地通过将偶联剂包括到粘结剂中进行表面处理。
优选地，磨料颗粒(并且尤其是磨料颗粒)包含陶瓷磨料颗粒，诸如例如溶胶-凝胶法制备的多晶α氧化铝颗粒。可根据在例如美国专利号5,213,591(Celikkaya等人)和美国公布专利申请号2009/0165394A1(Culler等人)和2009/0169816A1(Erickson等人)中描述的方法使用溶胶-凝胶α氧化铝颗粒前体来制备由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的微晶构成的陶瓷磨料颗粒。关于制备溶胶-凝胶法衍生的磨料颗粒的方法的更多细节可见于例如美国专利号4,314,827(Leitheiser)、5,152,917(Pieper等人)、5,435,816(Spurgeon等人)、5,672,097(Hoopman等人)、5,946,991(Hoopman等人)、5,975,987(Hoopman等人)和6,129,540(Hoopman等人)，以及美国公开专利申请号2009/0165394Al(Culler等人)。
在一些优选的实施方案中，可用的磨料颗粒(特别是在磨料颗粒的情况下)可以是成形的磨料颗粒，其可见于美国专利号5,201,916(Berg)、5,366,523(Rowenhorst(Re 35,570))和5,984,988(Berg)。美国专利号8,034,137(Erickson等人)描述已形成特定形状的氧化铝磨料颗粒，然后将其压碎以形成碎片，该碎片保持其初始形状特征结构的一部分。在一些实施方案中，磨料颗粒为精确成形的(即，颗粒的形状至少部分地由用于制备它们的生产工具中的腔的形状决定)。关于此类磨料颗粒及其制备方法的细节可见于例如美国专利号8,142,531(Adefris等人)、8,142,891(Culler等人)、8,142,532(Erickson等人)、9,771,504(Adefris)以及美国专利申请公开号2012/0227333(Adefris等人)、2013/0040537(Schwabel等人)和2013/0125477(Adefris)中。一种特别有用的精确成形的磨料颗粒形状是具有三个侧壁的薄片形状，该三个侧壁中的任一侧壁可以是直的或凹的，并且可以相对于薄片基部是竖直的或倾斜的；例如，如上文引用的参考文献中所述的形状。图2示出了示例性此类精确成形的磨料颗粒200。
磨料颗粒上的表面涂层可用于改善磨料颗粒与粘结剂材料之间的粘附力，或有助于磨料颗粒的静电沉积。在一个实施方案中，可以相对于磨料颗粒的重量的0.1％至2％的表面涂层的量使用在美国专利5,352,254(Celikkaya)中所述的表面涂层。此类表面涂层在美国专利号5,213,591(Celikkaya等人)、5,011,508(Wald等人)、1,910,444(Nicholson)、3,041,156(Rowse等人)、5,009,675(Kunz等人)、5,085,671(Martin等人)、4,997,461(Markhoff-Matheny等人)和5,042,991(Kunz等人)中有所描述。另外，表面涂层可以防止成形的磨料颗粒被封盖。“封盖”是描述来自正在研磨的工件的金属颗粒被焊接到磨料颗粒顶部的现象的术语。执行上述功能的表面涂层对本领域的技术人员而言是已知的。
在一些实施方案中，磨料颗粒的长度和/或宽度可被选择为在0.1微米至3.5毫米(mm)的范围内，更典型地在0.05mm至3.0mm的范围内，并且更典型地在0.1mm至2.6mm的范围内，但是也可使用其他长度和宽度。
可选择厚度在0.1微米至1.6毫米、更通常1微米至1.2毫米范围内磨料颗粒，但是也可使用其它厚度。在一些实施方案中，磨料颗粒可具有至少2、3、4、5、6或更大的纵横比(长度与厚度的比)。
可根据磨料行业公认的规定标称等级将磨料颗粒独立地按尺寸分类。示例性磨料行业公认的分级标准包括由ANSI(美国国家标准学会)、FEPA(欧洲磨料制造者联盟)和JIS(日本工业标准)颁布的那些标准。此类行业公认的分级标准包括，例如：ANSI 4、ANSI 6、ANSI 8、ANSI 16、ANSI 24、ANSI 30、ANSI 36、ANSI 40、ANSI 50、ANSI 60、ANSI 80、ANSI100、ANSI 120、ANSI 150、ANSI 180、ANSI 220、ANSI 240、ANSI 280、ANSI 320、ANSI 360、ANSI 400、和ANSI 600；FEPA P8、FEPA P12、FEPA P16、FEPA P24、FEPA P30、FEPA P36、FEPAP40、FEPA P50、FEPA P60、FEPA P80、FEPA P100、FEPA P120、FEPA P150、FEPA P180、FEPAP220、FEPA P320、FEPA P400、FEPA P500、FEPA P600、FEPA P800、FEPA P1000、FEPA P1200；FEPA F8、FEPA F12、FEPA F16和FEPA F24；以及JIS 8、JIS 12、JIS 16、JIS 24、JIS 36、JIS46、JIS 54、JIS 60、JIS 80、JIS 100、JIS 150、JIS 180、JIS 220、JIS 240、JIS 280、JIS320、JIS 360、JIS 400、JIS 600、JIS 800、JIS 1000、JIS 1500、JIS 2500、JIS 4000、JIS6000、JIS 8000和JIS 10,000。更通常的是，将粉碎的氧化铝颗粒和无晶种溶胶-凝胶法制备的基于氧化铝的磨料颗粒的尺寸独立地被设定成ANSI 60和80或者FEPA F36、F46、F54和F60或者FEPA P60和P80分级标准。
另选地，磨料颗粒可使用符合美国标准测试筛是根据ASTM E-11“StandardSpecification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes(针对测试目的的筛布和筛的标准规格)”制定。ASTM E-11规定了试验筛的设计和构造需求，该试验筛使用安装在框架中的钢丝网织造筛布的介质根据指定的粒度对材料进行分类。-18+20即为典型的标号表示，其意指成形的磨料颗粒可通过符合ASTM E-11规格的18号测试筛，但可保留在符合ASTM E-11规格的20号测试筛上。在一个实施方案中，成形的磨料颗粒具有这样的粒度：使得大多数颗粒通过18目测试筛并且可保留在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目测试筛上。在各种实施方案中，成形的磨料颗粒可具有包括以下的标称筛分等级：-18+20、-20+25、-25+30、-30+35、-35+40、-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450/-450+500或-500+635。另选地，可使用诸如-90+100的定制目尺寸。
复胶层一般通过在至少部分固化的底胶层和磨料颗粒上涂覆并且至少部分地固化包含热固性/可固化组合物的复胶层前体，并且至少部分地固化该复胶层前体而形成。合适的复胶层前体/复胶层可具有与上述包含在底胶层前体/底胶层中的组合物相同或不同的组合物。
在一些实施方案中，复胶层前体包含甲阶酚醛树脂和有机聚合物流变改性剂，如上文在底胶层前体/底胶层的情况下所述。
顶胶层前体包含水基环氧树脂和如上文所述的有机聚合物流变改性剂。
示例性水基环氧树脂及其前体(例如，水分散性环氧树脂)包括：由俄亥俄州哥伦布的瀚森公司(Hexion，Columbus，Ohio)销售的环氧树脂，诸如EPI-Rez Resin WD-510水分散性液体树脂，以及商品名为EPI-REZ Resin 3510-W-60和EPI-REZ Resin 7510-W-60、EPI-REZ Resin 3515-W-60、EPI-REZ Resin 3520-WY-55、EPI-REZ Resin 6520-WH-53、EPI-REZ Resin 7520-WD-52、EPI-REZ Resin 3522-W-60、EPI-REZ Resin 3540-WY-55、EPI-REZ Resin 3546-WH-53、EPI-REZ Resin 5520-W-60、EPI-REZ Resin 5522-WY-55、EPI-REZ Resin 5003-W-55、EPON Resin RSW-2801、EPI-REZ Resin 5108-W-60和EPI-REZResin 6006-W-68的树脂分散体；由密苏里州克莱顿的奥林公司(Olin Corp.,Clayton,Missouri)以商品名D.E.R.900、D.E.R.913、D.E.R.915、D.E.R.916和D.E.R.917销售的环氧树脂；以及来自德国法兰克福市湛新公司(Allnex Corp.,Frankfurt,Germany)的商品名为BECKOPOX VEP 2381W/55WA的环氧树脂。一些优选的水基环氧树脂包括双酚A的二缩水甘油醚。
在一些实施方案中，顶胶层由含有水基环氧树脂、非离子乳化剂、水、咪唑固化剂、四氟硼酸钾研磨助剂和分散剂的组合物形成。一旦将环氧分散体施加到带涂层磨料产品，就可以将其加热以引起环氧树脂的聚合。加热通常在约80℃至约130℃、优选约105℃至约115℃的温度下进行约10分钟至约250分钟，优选约20分钟至约50分钟的时间段。关于水基环氧树脂和含有其的顶胶层的更多细节可见于例如美国专利号5,556,437(Lee等人)。
通常，顶胶层还含有至少一种助磨剂，然而并非必须如此。
助磨剂是一种显著影响研磨的化学过程和物理过程、使性能得到改善的材料。助磨剂涵盖多种不同的材料，并且可以是基于无机或基于有机的。助磨剂的化学基团的示例包括蜡、有机卤化物化合物、卤化物盐、金属及其合金、以及硬脂酸盐和硬脂酸盐的金属盐。有机卤化物化合物将通常在研磨期间分解，并且释放卤酸或气态卤化物。此类材料的示例包括氯化石蜡，例如四氯化萘、五氯化萘、和聚氯乙烯。卤化物盐的示例包括氯化钠、钾冰晶石、钠冰晶石、铵冰晶石、四氟硼酸钾、四氟硼酸钠、氟化硅、氯化钾、和氯化镁。金属的示例包括锡、铅、铋、钴、锑、镉、铁、和钛。
其它杂项助磨剂包括硫、有机硫化合物、石墨、和金属硫化物。可以使用不同助磨剂的组合，并且在一些情况下，这可产生协同增强作用。
助磨剂在带涂层磨料中特别有用。在带涂层磨料制品中，助磨剂通常用于顶胶层，该顶胶层施加在复胶层的表面的上方。然而，有时将助磨剂添加到复胶层。通常，掺入带涂层磨料制品中的助磨剂的量为约50克/平方米至800克/平方米(g/m2)，优选约80g/m2至475g/m2，然而并非必须如此。
顶胶层通常具有5克/平方米至1100克/平方米(gsm)、优选50gsm至700gsm、并且更优选250gsm至600gsm的基重，但并非必须如此。底胶层、复胶层和可选的顶胶层的基重通常至少部分地取决于磨料粒度等级和磨料制品的具体类型。
底胶层、复胶层和顶胶层通过至少部分地固化相应的前体(即底胶层前体、复胶层前体、顶胶层前体)而形成。
底胶层、复胶层和顶胶层以及它们的前体还可含有添加剂，诸如纤维、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、抗静电剂(例如，炭黑、氧化钒和/或石墨等)、偶联剂(例如，硅烷、钛酸盐和/或锆铝酸盐等)、增塑剂、悬浮剂等。对这些可选添加剂的量进行选择，以提供优选的特性。偶联剂可改善对磨料颗粒和/或填料的粘附力。可固化组合物可以是热固化的、辐射固化的或它们的组合。
底胶层、复胶层和顶胶层以及它们的前体还可含有填料材料、稀释磨料颗粒(例如，如下文所述)或助磨剂，通常呈颗粒材料的形式。通常，颗粒材料为无机材料。可用于本公开的填料的示例包括：金属碳酸盐(例如，碳酸钙(例如白垩、方解石、泥灰土、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(例如，石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)硅酸盐(例如，滑石、粘土、(蒙脱石)长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝酸钠、硅酸钠)金属硫酸盐(例如，硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、蛭石、木粉、三水合铝、碳黑、金属氧化物(例如，氧化钙(石灰)、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如，亚硫酸钙)。
关于带涂层磨料制品和它们的制造方法的更多细节可见于，例如，美国专利号4,734,104(Broberg)、4,737,163(Larkey)、5,203,884(Buchanan等人)、5,152,917(Pieper等人)、5,378,251(Culler等人)、5,436,063(Follett等人)、5,496,386(Broberg等人)、5,609,706(Benedict等人)、5,520,711(Helmin)、5,961,674(Gagliardi等人)和5,975,988(Christianson)。
根据本公开的带涂层磨料制品可用于例如研磨工件。此类方法可包括：使根据本公开的磨料颗粒与工件表面摩擦接触，并且使带涂层磨料颗粒和工件表面中的至少一者相对于另一者移动，以研磨工件表面的至少一部分。用根据本公开的带涂层磨料制品进行研磨的方法包括例如荒磨(即，高压高切削)到抛光(例如，用带涂层磨带抛光医用植入物)，其中后者通常采用更细等级(例如，ANSI 220及更细等级)的磨料颗粒来完成。用于特定研磨应用的磨料颗粒的尺寸对于本领域的技术人员将是显而易见的。
研磨可以干法或湿法进行。对于湿法研磨，所引入的液体可以按轻雾到完全水流的形式提供。常用液体的示例包括水、水溶性油、有机润滑剂、和乳液。这些液体可用来减少与研磨相关的热和/或作为润滑剂使用。液体可含有微量添加剂，诸如杀菌剂、消泡剂等。
工件的示例包括铝金属、碳钢、低碳钢(例如1018低碳钢和1045低碳钢)、工具钢、不锈钢、硬化钢、钛、玻璃、陶瓷、木材、木材类材料(例如胶合板和刨花板)、油漆、涂漆表面、以及有机物涂覆表面等。在研磨期间施加的力通常在约1至约100千克(kg)的范围内，但也可以使用其它压力。
本公开的选择实施方案
在第一实施方案中，本公开提供了一种制备带涂层磨料制品的方法，该方法包括：
提供具有相反的第一主表面和第二主表面的背衬，其中底胶层设置在该第一主表面的至少一部分上并且将磨料颗粒粘结到该背衬，进一步地，其中复胶层设置在该底胶层和该磨料颗粒的至少一部分上；
以及
在该复胶层的至少一部分上涂覆顶胶层前体，并且至少部分地固化该顶胶层前体以提供顶胶层，
其中该顶胶层前体包含水基环氧树脂和有机聚合物流变改性剂，
其中该有机聚合物流变改性剂包含碱溶胀性/可溶性聚合物，并且其中，以固形物计，该水基环氧树脂的量占该水基环氧树脂和该有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。
在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的方法，其中该至少部分地固化该顶胶层前体在悬垂式烘箱中进行。
在第三实施方案中，本公开提供了根据第一或第二实施方案所述的方法，其中顶胶层前体具有每平方米5克至1100克的基重。
在第四实施方案中，本公开提供了根据第一至第三实施方案中任一实施方案所述的方法，其中该有机聚合物流变改性剂选自碱溶胀性/可溶性丙烯酸类聚合物、疏水改性的碱溶胀性/可溶性丙烯酸类聚合物、疏水改性的乙氧基化聚氨酯聚合物以及它们的组合。
在第五实施方案中，本公开提供了根据第一至第四实施方案中任一实施方案所述的方法，其中，以固形物计，该水基环氧树脂的量占该水基环氧树脂和该有机聚合物流变改性剂的总重量的85重量％至99.99重量％。
在第六实施方案中，本公开提供了根据第一至第五实施方案中任一实施方案所述的方法，其中该磨料颗粒包括成形的磨料颗粒。
在第七实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案所述的方法，其中该成形的磨料颗粒包括精确成形的磨料颗粒。
在第八实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案所述的方法，其中该成形的磨料颗粒包括精确成形的三角形薄片。
在第九实施方案中，本公开提供了一种带涂层磨料制品，该带涂层磨料制品包括：
背衬，该背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；
底胶层，该底胶层设置在该第一主表面的至少一部分上并且将磨料颗粒粘结到该背衬；
复胶层，该复胶层覆盖在该底胶层和该磨料颗粒的至少一部分上；和
顶胶层，该顶胶层设置在该复胶层上，
其中该顶胶层包含至少部分固化的环氧树脂和有机聚合物流变改性剂，并且其中该至少部分固化的环氧树脂的量占该至少部分固化的环氧树脂和该有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。
在第十实施方案中，本公开提供了根据第九实施方案所述的带涂层磨料制品，其中该有机聚合物流变改性剂选自碱溶胀性/可溶性丙烯酸类聚合物、疏水改性的碱溶胀性/可溶性丙烯酸类聚合物、疏水改性的乙氧基化聚氨酯聚合物以及它们的组合。
在第十一实施方案中，本公开提供了根据第九或第十实施方案所述的带涂层磨料制品，其中该至少部分环氧树脂的量占该至少部分固化的环氧树脂和该有机聚合物流变改性剂的总重量的85重量％至99.99重量％。
在第十二实施方案中，本公开提供了根据第九至第十一实施方案中任一实施方案所述的带涂层磨料制品，其中该磨料颗粒包括成形的磨料颗粒。
在第十三实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案所述的带涂层磨料制品，其中该成形的磨料颗粒包括精确成形的磨料颗粒。
在第十四实施方案中，本公开提供了根据第十二实施方案所述的带涂层磨料制品，其中该成形的磨料颗粒包括精确成形的三角形薄片。
通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
实施例
除非另有说明，否则实施例及本说明书其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。下表1报告了实施例中所使用的材料。
表1
Figure BDA0004113679840000161
Figure BDA0004113679840000171
树脂的制备
比较顶胶层前体CSSR-A
向3升塑料容器中装入438克ER、173克水、8.7克ADD4、55.1克ADD 5、13.8克ADD 6、18.1克SF1、1.9克SF2和319.4克LR，然后用顶置式机械搅拌器混合10分钟。接着，在15分钟的时间内加入1972克FIL2。用顶置式搅拌器将所得混合物搅拌15分钟。
比较顶胶层前体CSSR-B、CSSR-C、CSSR-D和CSSR-E
向118ml玻璃广口瓶中装入99.5克CSSR-A和0.25克FIL1。用顶置式搅拌器将混合物搅拌5分钟以制备比较顶胶层前体CSSR-B。以类似方式制备比较顶胶层前体CSSR-C、CSSR-D和CSSR-E，并且配方描述于表2中。
顶胶层前体ESSR-1和ESSR-2
向118ml玻璃器皿中加入99.5克CSSR-A和0.5克ADD 2。用顶置式搅拌器将混合物搅拌5分钟以制备顶胶层前体1(ESSR-1)。示例性顶胶层前体2(ESSR-2)以类似方式制备，并且配方描述于表2中。
顶胶层前体ESSR-3和ESSR-4
向118ml玻璃罐中加入99.5克CSSR-A和0.5克ADD。用顶置式搅拌器将混合物搅拌5分钟以制备顶胶层前体ESSR-3。顶胶层前体ESSR-4实施例以类似方式制备，并且配方描述于下表2中。
表2
Figure BDA0004113679840000181
倾斜平面流动测试
倾斜平面流动测试包括在规定温度下将0.1克树脂滴置于水平放置的载玻片上，然后在设定为48.7°角的倾斜装置上快速倾斜载玻片1分钟(参见图1、2和表2、3)。以毫米(mm)为单位记录树脂在一分钟内行进的距离。距离越小，树脂将越不可能出现过度流动并且导致在悬垂式固化烘箱中出现底部环形粘闭(bottom loop puddling)。数据分析(图1、图2和表2、图3)清楚地说明了ESSR-1、2、3和4的触变性质。事实上，以100％固形物重量计，这些实施例显示了相对于比较例(CSSR-A、B、C和D)得到了10倍至20倍的提升。
下表3显示了各种树脂在室温(RT)和41℃下的倾斜平面流动测试结果。
表3
Figure BDA0004113679840000191
底胶树脂MR
向17升桶中装入7812克PF、6823克FIL1和364克水来制备底胶树脂。用顶置式搅拌器将树脂在室温下混合30分钟。
复胶树脂SR1
向17升桶中加入11100克PF、5800克FIL1、5800克FIL1、420克ADD5和2000克水来制备复胶树脂。用顶置式搅拌器将树脂在室温下混合30分钟。
复胶树脂SR2
向17升桶中加入11100克PF、5800克FIL1、5800克FIL1、420克ADD5、118克ADD3和2000克水来制备复胶树脂。用顶置式搅拌器将树脂在室温下混合30分钟。
顶胶层前体ESSR-5
示例性顶胶层前体ESSR-5通过以下方式制备：向17升桶中装入18180克CSSR-A、92克ADD2、92克ADD3和614克水，用顶置式机械搅拌器混合30分钟。
带涂层磨料比较顶胶CSSR-F
带涂层磨料实施例和比较例通过以下方式制备：以210克/平方米(gsm)的涂覆量将底胶树脂MR辊涂到30.48cm宽的连续聚酯背衬(如Thurber等人在美国专利号6,843,815的实施例12中所述)上，随后以605gsm的重量静电涂覆矿物SAP1。将带涂层材料在90℃下固化90分钟并在102℃下固化60分钟。然后用复胶树脂SR1以567克/平方米(gsm)的涂覆量辊涂所得材料。将该材料在90℃下固化60分钟并且在102℃下固化60分钟。然后用比较顶胶层前体CSSR-A以567克/平方米(gsm)的涂覆量辊涂所得材料。最后将材料在90℃下固化60分钟，在102℃下固化12小时，并且在109℃下固化1小时。
带涂层磨料实施例顶胶ESSR-5
带涂层磨料实施例和比较例通过以下方式制备：以210克/平方米(gsm)的涂覆量将底胶树脂MR辊涂到30.48cm宽的连续聚酯背衬(如Thurber等人在美国专利号6,843,815的实施例12中所述)上，随后以605gsm的重量静电涂覆矿物SAP1。将带涂层材料在90℃下固化90分钟并且在102℃下固化60分钟。然后用复胶树脂SR2以567克/平方米(gsm)的涂覆量辊涂所得材料。将该材料在90℃下固化60分钟并且在102℃下固化60分钟。然后用比较顶胶层前体ESSR-5以567克/平方米(gsm)的涂覆量辊涂所得材料。最后将材料在90℃下固化60分钟，在102℃下固化12小时，并且在109℃下固化1小时。
带涂层磨料顶胶层前体的比较
如图3和图4所示，使用比较顶胶层前体CSSR-F(图3中所示)制备的带涂层磨料制品显示出底部毛圈粘闭问题，而除了使用顶胶层前体ESSR-5(图4中所示)之外的相同带涂层磨料制品没有该问题。
本申请中以引用方式并入的所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式并入。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以本申请中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (14)

1.一种制备带涂层磨料制品的方法，所述方法包括：
提供具有相反的第一主表面和第二主表面的背衬，其中底胶层设置在所述第一主表面的至少一部分上并且将磨料颗粒粘结到所述背衬，进一步地，其中复胶层设置在所述底胶层和所述磨料颗粒的至少一部分上；以及
在所述复胶层的至少一部分上涂覆顶胶层前体，并且至少部分地固化所述顶胶层前体以提供顶胶层，
其中所述顶胶层前体包含水基环氧树脂和有机聚合物流变改性剂，其中所述有机聚合物流变改性剂包含碱溶胀性/可溶性聚合物，并且，其中以固形物计，所述水基环氧树脂的量占所述水基环氧树脂和所述有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少部分地固化所述顶胶层前体在悬垂式烘箱中进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述顶胶层前体具有每平方米5克至1100克的基重。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述有机聚合物流变改性剂选自碱溶胀性/可溶性丙烯酸类聚合物、疏水改性的碱溶胀性/可溶性丙烯酸类聚合物、疏水改性的乙氧基化聚氨酯聚合物以及它们的组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，以固形物计，所述水基环氧树脂的量占所述水基环氧树脂和所述有机聚合物流变改性剂的总重量的85重量％至99.99重量％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述磨料颗粒包括成形的磨料颗粒。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述成形的磨料颗粒包括精确成形的磨料颗粒。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述成形的磨料颗粒包括精确成形的三角形薄片。
9.一种带涂层磨料制品，包括：
背衬，所述背衬具有相反的第一主表面和第二主表面；
底胶层，所述底胶层设置在所述第一主表面的至少一部分上并且将磨料颗粒粘结到所述背衬；
复胶层，所述复胶层覆盖在所述底胶层和所述磨料颗粒的至少一部分上；和
顶胶层，所述顶胶层设置在所述复胶层上，
其中所述顶胶层包含至少部分固化的环氧树脂和有机聚合物流变改性剂，并且其中所述至少部分固化的环氧树脂的量占所述至少部分固化的环氧树脂和所述有机聚合物流变改性剂的总重量的75重量％至99.99重量％。
10.根据权利要求9所述的带涂层磨料制品，其中所述有机聚合物流变改性剂选自碱溶胀性/可溶性丙烯酸类聚合物、疏水改性的碱溶胀性/可溶性丙烯酸类聚合物、疏水改性的乙氧基化聚氨酯聚合物以及它们的组合。
11.根据权利要求9所述的带涂层磨料制品，其中所述至少部分环氧树脂的量占所述至少部分固化的环氧树脂和所述有机聚合物流变改性剂的总重量的85重量％至99.99重量％。
12.根据权利要求9所述的带涂层磨料制品，其中所述磨料颗粒包括成形的磨料颗粒。
13.根据权利要求12所述的带涂层磨料制品，其中所述成形的磨料颗粒包括精确成形的磨料颗粒。
14.根据权利要求12所述的带涂层磨料制品，其中所述成形的磨料颗粒包括精确成形的三角形薄片。
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