JP2014514173A - 成形砥粒のエラストマー結合凝集塊を含有する不織布研磨物品 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
不織布研磨物品は、一般に、不織繊維ウェブ(例えば、嵩高で目の粗い繊維ウェブ)と、研磨粒子と、結合物質(通常、「バインダー」と呼ばれる)とを有し、この結合物質は、不織繊維ウェブ内の繊維を互いに接着させ、研磨粒子を繊維ウェブに固定する。不織布研磨物品の例としては、3M Company(Saint Paul,Minnesota)から商品名「SCOTCH−BRITE」として販売されているもののような、不織布研磨ハンドパッドが挙げられる。
不織布研磨物品を被加工物上で使用している間の不織布研磨物品の切削及び得られる仕上がりは、重要な性能属性である。一部の用途では、使用中の不織布研磨物品の切削を維持、又は更には増加さながら、被加工物の得られる表面粗さ(仕上がり)を低減することが非常に望ましい。驚くべきことに、本発明による不織布研磨物品は、開示される試験方法に従って評価した場合に、実施例に示される代替不織布研磨物品と比較して、表面仕上げの有意な改善を示すことが見出された。
本明細書で使用するとき、「含む」、「有する」、及び「包含する」という単語の変形形態は、法律的に同意義でありかつ制約されない。したがって、記載された要素、機能、工程、又は制限に加えて、記載されていない追加的な要素、機能、工程、又は制限が存在する場合がある。
嵩高で目の粗い不織布研磨物品(例えば、ウェブ及びシート)、一体型砥石車、及び回旋状砥石車を含む、本発明による種々の代表的な研磨物品は、例えば、不織繊維ウェブ上に、典型的にはスラリー形態である硬化性組成物をコーティングするような工程を含むプロセスを通して製造することができる。硬化性組成物は、硬化性ポリウレタンプレポリマーと、有効量のアミン硬化剤と、少なくとも1種のカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、フッ素化非イオン性界面活性剤、又はシリコーン系非イオン性界面活性剤と、二脚状アミノシランとを含む。回旋状又は一体型砥石車の形成において、不織繊維ウェブは、典型的には、嵩高で目の粗い不織繊維物品で用いられる不織繊維ウェブに比べて、圧縮(即ち、高密度化)されている。
前述の研磨物品で用いるのに適した不織繊維ウェブは、研磨材分野において周知である。典型的には、不織布ウェブは、もつれた繊維のウェブを含む。繊維は、連続繊維、短繊維、又はこれらの組み合わせを含んでよい。例えば、不織繊維ウェブは、少なくとも約20ミリメートル(mm)、少なくとも約30mm、又は少なくとも約40mm、かつ約110mm未満、約85mm未満、又は約65mm未満の長さを有するステープルファイバーを含んでもよいが、より短い繊維及びより長い繊維(例えば、連続繊維)も有用である場合がある。繊維は、少なくとも約1.7デシテックス(dtex、即ちg/10000m)、少なくとも約6dtex、又は少なくとも約17dtex、かつ約560dtex未満、約280dtex未満、又は約120dtex未満の繊度又は線密度を有してよいが、より小さな及び/又はより大きな線密度を有する繊維が有用である場合がある。異なる線密度を有する繊維の混合物もまた、例えば、使用時に特に好ましい表面仕上がりが得られる研磨物品を提供するために有用である場合がある。スパンボンド不織布を用いる場合、フィラメントは、実質的により大きな直径、例えば、直径2mm以下又はそれ以上であってよい。
本発明の凝集塊に組み込むのに有用な研磨粒子は、形成セラミック研磨粒子、特に、成形セラミック研磨粒子である。成形セラミック研磨粒子は、同時継続中の米国特許公開第2010/0151196号の開示に従って調製された。成形セラミック研磨粒子は、例えば、辺長0.054インチ(1.37mm)及び成形型深さ0.012インチ(0.3mm)の正三角形の形状のポリプロピレン製成形型の型穴からアルミナゾルゲルを成形することによって調製された。乾燥及び焼成の後、かかる得られた成形セラミック研磨粒子は三角形板を含み、該三角形板は約570マイクロメートル(最長寸法)であり、30メッシュふるいを通過した。
本発明の凝集塊は、第1の可撓性のバインダーを含む。好適な可撓性バインダーの例としては、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ブチルゴム、スチレンブタジエンコポリマー、及びニトリルゴムのものが挙げられる。
不織布研磨ウェブは、硬化性の第2のバインダーで本発明の凝集塊を不織繊維ウェブに接着させることによって作製される。典型的には、研磨凝集塊のコーティング重量(硬化性組成物中の他の成分とは独立して)は、例えば、用いられる特定の第2のバインダー、研磨凝集塊を塗布するプロセス、及び研磨凝集塊の寸法に依存し得る。例えば、(任意の圧縮前の)不織布ウェブ上の研磨凝集塊のコーティング重量は、少なくとも200g/平方メートル(g/m)、少なくとも600g/m、若しくは少なくとも800g/m、及び/又は2000g/m未満、約1600g/m未満、若しくは約1200g/m未満であってもよいが、より重い又はより軽いコーティング重量も用いることができる。
本発明の不織布研磨物品は、様々な従来形態のいずれかの形態であり得る。図1は、不織繊維ウェブと、第1の可撓性バインダーによって結合されている形成セラミック研磨粒子を含む凝集塊と、凝集塊を不織布繊維ウェブに結合している第2のバインダーとを含む不織布研磨物品100を示す。図4〜図6は、成形セラミック研磨粒子と第1の可撓性バインダーとを含む研磨凝集塊を示す。図から分かるように、成形セラミック研磨粒子は三角形板を含む。
実施例のための凝集バインダーを含む溶液を、以下に記載の構成成分を混合することによって調製した。
凝集塊前駆体組成物は、スパチュラを使用して手で混合された無機物(任意のフィラーを有する研磨粒子)とバインダーとを含んだ。AR1、AR2、及びAR4を用いて形成された凝集塊は、固形分に基づいて94重量%無機物であった。AR3を用いて形成された凝集塊は、固形分に基づいて90重量%無機物であった。
ステンレス鋼製のパテナイフを使用して、微細複製されたポリプロピレン金型の15cm×86cmシートの型穴に、凝集塊前駆体組成物を押し込んだ。金型の全厚さは2.2mmであり、厚さ1.5mmの壁で分離された4.0mm平方及び深さ1.6mmの複数の正確に成形された微細複製された型穴を有した。金型は、米国特許第6,076,248号(Hoopmanら)の手順に概ね従って、対応するマスターロールから作製された。
3000グラムの研磨粒子を250グラムのAR1と十分に混合して、砕けやすく粘着性の凝集塊前駆体組成物を調製した。この凝集塊前駆体組成物を、商品名「QUADRO COMIL」(「モデル番号197」、Quadro Engineering Incorporated,Waterloo,Ontario,Canada)で入手した破砕機を用いて、研磨凝集塊粒子に加工した。破砕機の操作の詳細は、Cullerらに付与されたPCT国際公開特許第WO 02/32832 A1号に見出すことができる。このプレミックスを、50rpm〜3500rpmで駆動するインぺラを用いて、円錐状のスクリーンの75ミル(1.9mm)の円形開口部を通して押し出した。臨界長に達すると、フィラメント状に成形された凝集塊前駆体粒は、重力によって分離してアルミニウム製の回収皿に向かって落ちる。前駆体粒子の単層又は二重層を皿の中で回収した後、バインダー樹脂を硬化させるために、これを320°F(160℃)に設定したオーブンに15分間入れた。室温まで冷ました後、95ミル(2.4mm)の丸い穴の開いた円錐状のスクリーンを備えた破砕機(「QUADRO COMIL」)に研磨凝集塊粒子を一度通過させることによって、研磨凝集塊粒子のサイズを減少させた。サイズが減少した粒子を、14メッシュ(1400マイクロメートル)スクリーンでふるいにかけた。スクリーン上にとどまったこれら粒子を使用して一体型砥石車を作製した。研磨凝集塊の例は図5に示されている。
厚さ1〜2cmの無機物の層(bed)にAR4を数滴適用することによって、砥粒、又は砥粒及びフィラーの凝集塊を形成した。液滴は、無機物の層のおよそ7cm上方で垂直位置に支持された、先端の尖っていない22ゲージの皮下注射針に溶液を送り込むよって作り出された。樹脂液滴は、適用後10秒以内に無機物の層の中に浸潤し、無機物又は無機物/フィラー配合物の表面積に応じてある量の材料を濡らした。凝集塊を302°F(150℃)にて30分にわたって硬化させた後、非凝集無機物とふるい分け、この非凝集無機物は凝集塊形成プロセスに戻されて再循環された。あるいは、AR2を同様のやり方で無機物又は無機物/フィラーの層の上に滴下させ、200°F(91℃)にて90分にわたって硬化させた後、215°F(102℃)にて16時間にわたって硬化させた。個々の凝集塊の重量は0.033及び0.076グラムであり、重量で12〜4%の樹脂を含有した。得られた研磨凝集塊の例は図6に示されている。
Rando Machine Corporation(Macedon,New York)から商品名「RANDO−WEBBER」として入手可能な、エアレイド繊維ウェブ成形機上で、不織ウェブを成形した。繊維ウェブは、1インチ及び1/2インチ(25.4mm及び12.7mm)のステープル長を有する70デニールのナイロンクリンプセット繊維(E.I.du Pont de Nemours & Company(Wilmington,Delaware)から入手可能)から成形した。ウェブの重量は約105g/平方メートル(gsm)であり、厚さは約0.4インチ(10mm)であった。ウェブを水平な2本ロール塗布機に運び、そこでプレボンド樹脂を89gsmの湿潤アドオン重量で塗布した。プレボンド樹脂は次の組成を有した(全て成分重量に対する百分率):54.1%のBL16、19.9%のK450S、26%のPMA。330°F(166℃)で4.5分間、対流式オーブンにコーティングしたウェブを通すことにより、プレボンド樹脂を非粘着性状態に硬化し、厚さ約6mm、坪量168gsmの予め接着した不織繊維ウェブを得た。
予め計量した厚さ0.25インチ(6.4mm)の試験される一体型砥石車を、砥石車の縁部における表面速度が毎分約3500フィート(1065メートル)となるように調節された機械駆動変速旋盤の軸上に、垂直配向で実装した。軸の高さで水平に保持されている、厚さ0.0625インチ(1.59mm)の2インチ×11インチ(5.08cm×27.9cm)冷延炭素鋼又はT304ステンレス鋼パネルの縁部を、約5ポンド(22.2ニュートン)の力で20秒にわたって、砥石車の回転している縁部に押し込んだ。試験手順中にパネルから取り除かれた物質の量を「切削(cut)」と称し、試験手順の前後のパネルの重量の差として定義した。試験手順中に砥石車から取り除かれた物質の量を「損耗(wear)」と称し、試験手順の前後の砥石車の重量の差として定義した。
厚さ6.4mmの砥石車を背面スタンドの上に定置し、表面速度が毎分約3500フィート(1065メートル)となるように速度を調節することによって、仕上がりサンプルを作製した。厚さ0.0625インチ(1.59mm)の2インチ×11インチ(5.08cm×27.94cm)冷延炭素鋼又はT304ステンレス鋼パネルの面を、約5ポンド(22.2ニュートン)の圧力を加えながら研磨した。パネルを砥石車の上に8回通過させ、各通過の間に約0.25インチ(6.4mm)進め、パネルを毎秒約2インチ(5.04cm)移動させることによって、長さ4インチ(10.2cm)のパネルを仕上げた。仕上がりは、Perthometer PRK表面計(Feinpruf GmbH;Gottingen,Germany)を用いて測定された。各表面上で10回測定した。高値及び低値は無効とし、残りの8回のデータ点を平均化した。
直径5.5インチ(14cm)及び側壁の高さ0.12インチ(3mm)の円形のステンレス鋼製型枠の上に16グラムのAR1を載置することによって、弾性率測定用のフィルムを調製した。溶媒の大部分を排除するために、サンプルを、180°F(82℃)に設定された強制空気オーブンの中に1時間入れた。次に、オーブンを2時間にわたって260°F(127℃)に設定して硬化を完了させた。厚さ約0.027インチ(0.69mm)の得られたフィルムを鋼製型枠から取り外した。1インチ×4インチ(2.54cm×10.2cm)の試料をフィルムから切り取り、MTS Systems Corporation(Eden Prairie,Minnesota)から入手可能なAdvantage(商標)2000N容量空気式サンプルグリップを装備したMTS Model QTest Elite100引張試験機を使用して、ASTM D882−10「Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting」に従って測定を行った。
ウレタン結合一体型砥石車を、凝集塊の形成及び一体型砥石車の作製に関するセクションで上記した手順に従って、表1に記載の構成成分を用いて作製した。この一体型砥石車を、一体型砥石車性能試験及び一体型砥石車の仕上げ試験に従って試験した。結果を表2に示す。比較例G〜Lに関しては、研磨粒子サイズが小さかったので切削の量が非常に少なかったため、切削及び損耗データは収集しなかった。比較例G〜Lは、得られた仕上がりの比較を示すために提示されている。
フェノール樹脂結合一体型砥石車を、凝集塊の形成及び一体型砥石車の作製に関するセクションで上記した手順に従って、表3に記載の構成成分を用いて作製した。この一体型砥石車を、一体型砥石車性能試験及び一体型砥石車の仕上げ試験に従って試験した。結果を表4に示す。
AR1弾性率を、上記樹脂弾性率の測定のセクションの手順に従って測定した。様々なフリーラジカル硬化樹脂によって結合された凝集塊を含有する、ウレタン結合を用いた砥石車を、凝集塊の形成及び一体型砥石車の作製に関するセクションで上記した手順に従って、表5に記載の構成成分を用いて作製した。この一体型砥石車を、一体型砥石車の仕上げ試験に従って試験した。結果を表6に示す。
正確に成形された粒子の凝集塊によってもたらされる仕上がりにフィラーが与える影響を実証するために、実施例8及び9、並びに実施例Z及びAAを作製した。ウレタンで結合した一体型砥石車を、凝集塊の形成及び一体型砥石車の作製に関するセクションで上記した手順に従って、表7に記載の構成成分を用いて作製した。この一体型砥石車を、一体型砥石車性能試験及び一体型砥石車の仕上げ試験に従って試験した。表8に結果を示す。
予想外の改善された仕上げ結果は、凝集塊形成方法と無関係であることを実証するために、実施例10及び11を作製した。ウレタンで結合した一体型砥石車を、凝集塊の形成及び一体型砥石車の作製に関するセクションで上記した手順に従って、表9に記載の変数を用いて作製した。この一体型砥石車を、一体型砥石車性能試験及び一体型砥石車の仕上げ試験に従って試験した。結果を表10に示す。
Claims (11)
- 不織布研磨物品であって、
不織繊維ウェブと、
第1の可撓性バインダーによって結合されている形成セラミック研磨粒子を含む凝集塊と、
前記凝集塊を前記不織布繊維ウェブに結合する第2のバインダーと、を含む、不織布研磨物品。 - 前記形成セラミック粒子が、三角形板を含む成形セラミック研磨粒子を含む、請求項1に記載の不織布研磨物品。
- 前記第1の可撓性バインダーがポリウレタンを含み、前記第2のバインダーがポリウレタンを含む、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 前記第1の可撓性バインダーがポリウレタンを含み、前記第2のバインダーがフェノール樹脂を含む、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 前記第1の可撓性バインダーの弾性率が、28,000psi(193.05MPa)未満である、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 前記第1の可撓性バインダーの弾性率が、23,000psi(158.58MPa)未満である、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 前記凝集塊が、前記形成セラミック研磨粒子の平均粒子サイズより小さい平均粒子サイズを有するフィラー粒子を含み、該フィラー粒子が、前記凝集塊中の全粒子の5重量%〜40重量%を含む、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 前記凝集塊が、略球形の場合には最大直径、又は非球形の場合には最大側辺長を含む、1.8〜3mmのサイズを有する、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 前記形成セラミック研磨粒子サイズを前記凝集塊サイズで除した比が、0.0033〜0.5である、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 前記凝集塊がフィラー粒子を含み、前記形成セラミック研磨粒子の含有量が75重量%〜96重量%であり、前記第1の可撓性バインダーの含有量が4重量%〜10重量%であり、前記フィラー粒子の含有量が10重量%〜35重量%である、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
- 回旋状砥石車又は一体型砥石車のいずれかを含む、請求項1又は2に記載の不織布研磨物品。
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