KR19990087574A - 코팅된 연마제 및 그의 백킹 - Google Patents

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KR19990087574A
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니겔 데이비슨
앤드류 제이. 볼
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스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

본 발명은 (a) 하나 이상의 주요 표면을 가지는 백킹 기재,
(b) 다수의 연마제 입자, 및
(c) 상기 다수의 연마제 입자를 상기 백킹 기재의 하나 이상의 주요 표면에 결합시키는 결합제를 포함하고,
상기 백킹 기재가, 기본 중량이 약 200 g/m2미만이고 본질적으로 라텍스 침윤제를 함유하지 않으며, 다수의 연마제 입자를 가진 하나 이상의 주요 표면상에 압출된 하나 이상의 열가소성 중합체 층을 가지는 종이를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 연마 시트 재료에 관한 것이다.

Description

코팅된 연마제 및 그의 백킹
본 발명은 코팅된 연마제 및 한쪽면 이상에 압출된 중합체 코팅을 가지는 낮은 기본 중량의 종이로 이루어지는 코팅된 연마제용 백킹에 관한 것이다.
종이는 비교적 싼 가격, 다양한 두께 및 강도로의 이용가능성, 및 그의 물리적 및 화학적 특성을 개질시키는 화학적 처리에 대한 순응성으로 인해, 코팅된 연마 시트 재료용 백킹 재료로서 아마도 가장 통상적으로 사용된다. 그럼에도 불구하고, 개선된 물리적 특성 및(또는) 보다 낮은 원가를 가진 백킹 재료를 계발하는데 지속적인 관심이 있다.
통상적인 종이 기재의 연마 시트 (특히 보다 경량인 것들)에 의해 나타난 구체적인 문제점은 시트 자체를 접거나 좁은 반경의 곡면부에 감을 경우, "쉘링 (shelling)", 또는 무기질 손실의 문제이다. 극단적인 경우, 코팅의 사이징 가능 부분 (무기질과 결합제의 혼합)이 박편으로 떨어질 수 있다. 이 문제는 연마제/종이 적층물을 통한 비균일한 인장 응력이 연마제층을 통한 균열이 수지/종이 계면을 따라 전파되도록함으로써 발생하는 것으로 믿어지고, 이는 종이 표면으로부터의 탈층을 통한 코팅의 박편 박리를 초래한다. 이 문제는 보다 부서지기 쉬운 우레아-포름알데히드 메이크 수지 대신에 가요성 메이크 접착제를 사용함으로써 완화될 수 있다. 그러나, 이는 생산 비용을 상당히 증가시킨다.
미국 특허 제4606154호는 연마제 입자를 신장성 기재에 부착하는 문제를 논의하고, 이에 대한 해결책으로서 직물 기재와, 이 기재 및 통상적인 연마성 무기질 코팅 사이에 탄성 (고무상) 중간층을 사용하는 것을 제시한다.
코팅된 연마 시트용 백킹으로 "비처리된" 종이가 사용될 경우, 일반적으로 적합한 강도 및 내구성을 위해 200 g/m2이상의 기본 중량이 필요하며, 기본 중량 250 내지 300 g/m2의 실린더 종이가 통상적이다. 본 명세서에서의 "비처리된"이란 용어는 화학적 처리 (특히, 수지를 사용한 코팅 또는 침윤)를 거치지 않고 건조 상태로 제조된 종이를 일컫는다. 수지를 사용한 코팅 또는 침윤에 의한 종이의 처리는 일반적으로 종이에 방수 또는 방유성을 부여하기 위해 수행되지만, 또한 종이의 인장 강도 및 내구성을 증가시킬 수도 있다. 따라서, 습식 샌딩용으로 고안된 연마 시트는 흔히 기본 중량이 200 g/m2보다 훨씬 낮은 라텍스-침윤된 종이로된 백킹으로 이루어진다. 그러나, 라텍스 침윤제의 사용은 원료, 및 라텍스의 건조 또는 경화에 필요한 에너지의 측면에서 제조 비용을 상당히 증가시킨다. 더욱이, 라텍스 침윤제는 유럽 특허 공개 제0237784호에 기재된 것과 같이 통상적으로 사용되는 많은 메이크 및 사이즈 수지와 상용될 수 있다.
코팅된 연마제용 백킹 재료로서, 종이층 및 중합체 필름층으로 이루어지는 복합재를 사용하는 것은 영국 특허 공개 제1451331호에 기재되어 있다. 상기 특허는 일반적으로 종이인 하나 이상의 섬유상 시트의 적층물 및 플라스틱 재료로된 치수적으로 안정한 예비 성형된 플라스틱 재료로된 시트를 포함하고 상기 섬유상 재료 중 1개 시트가 적층물의 한쪽 면에 노출되어 있는 백킹, 및 적층물의 반대쪽 면에 결합되고 그 중에 연마제 입자가 박혀있는 경화된 접착제를 가지는 연마 시트를 개시한다. 비록 플라스틱 재료상에 연마제를 직접 코팅하는 것이 가능하다고 말하고 있지만, 이는 바람직하지 않고, 플라스틱 재료 및 연마제 사이에 제2 섬유상 시트를 포함하는 것이 좋다. 종이 및 플라스틱층 사이의 결합은 접착제를 사용하여 이뤄지고, 공인된 잇점은 치수 안정성면에서의 개선이다.
유럽 특허 공개 제0237784호는 중간 장벽재가 상부 코팅을 백킹 시트에 부착시키는 반면 백킹 시트 및 상부 코팅을 분리하는데 적합하여 백킹 시트 및 중간 장벽재로부터의 간섭을 받지 않고 상부 코팅이 경화되도록 하는, 라텍스-처리된 백킹 시트 및 백킹 시트의 상부에 놓인 중간 장벽재층으로 이루어진, 연마제 그리트 (grit) 접착제 상부 코트를 지지하는 기재를 개시한다. 바람직한 양태에서, 중간 장벽재는 폴리에틸렌과 같은 중합체 재료 또는 유사한 재료로 압출된 층의 형태이다. 라텍스-처리된 백킹 시트는 통상 종이 100부 당 15 내지 100부의 고체 침윤제를 함유하는, 라텍스-처리되거나 또는 침윤된 기저 종이로서 기재되어 있다. 장벽재의 목적은 라텍스 침윤제와 사용된 접착제의 상호 작용을 방지하여 연마제 그리트를 보호하는 것이다.
유럽 특허 공개 제0587171호는 상부 및 하부 표면을 가지는 가요성 종이 하부 부재 및 하부 부재의 상부면에 부착된 중합체 필름층의 조합으로 이루어지는 가요성 백킹 부재, 및 백킹 부재의 필름층 성분의 표면에 부착되고 연마제 입자가 고착되어 있는 메이크 코트를 가지고, 필름층 및 이에 부착하는 메이크 코트간의 필 (peel) 부착이 종이 하부 부재의 플라이 (ply) 부착 강도보다 더 큰, 코팅된 연마재를 개시한다. 기술된 잇점은 자동차 차체의 접합부의 그라인딩용으로 디스크형 연마재를 사용할 경우에, 백킹 부재에 있어서 보다 매끄러운 표면 (미세-등급의 연마에 유용) 및 에지-치핑 (edge-chipping) 경향의 감소이다. 백킹 부재의 종이 성분은 코팅된 연마재에 백킹 부재로서 현재 통상적으로 사용된 임의의 종이들인 것으로 기재되어 있고, 288 g/m2의 실린더 종이가 예시되어 있다. 비록 화학적으로 개질된 폴리올레핀 및 폴리아미드와 같은 재료들도 유용하다고 말하고 있지만, 바람직한 중합체 필름은 에틸렌/아크릴산 공중합체의 아연염과 같은 이오노머이다
상기 언급된 문헌들은 종이를 처리하거나 다른 기재에 종이를 적층시키는 것을 교시한다. 일반적으로 공지된 처리 및(또는) 적층 단계들은 원료 및 공정의 측면 모두에서, 기저 종이에 비용을 증가시킨다.
연마제 산업에서 원하는 바는 낮은 단가지만 여전히 코팅된 연마제 백킹용으로 필수적인 적절한 특성을 나타내는 종이이다.
본 발명은
(a) 하나 이상의 주요 표면을 가지는 백킹 기재,
(b) 다수의 연마제 입자, 및
(c) 상기 다수의 연마제 입자를 상기 백킹 기재의 하나 이상의 주요 표면에 결합시키는 결합제를 포함하고,
상기 백킹 기재가, 기본 중량이 약 200 g/m2미만이고 본질적으로 라텍스 침윤제를 함유하지 않으며, 다수의 연마제 입자를 가진 하나 이상의 주요 표면상에 압출된 하나 이상의 열가소성 중합체 층을 가지는 종이를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅된 연마 시트 재료를 제공한다.
본 발명은 저가이고 경량인 종이를 코팅된 연마 시트 재료용 백킹 기재로서 사용할 수 있게 한다. 압출된 중합체 코팅의 부재시, 상기 저가이고 경량인 종이는 탈층 저항성인 가요성의 코팅된 연마제용 유효 백킹으로 사용하기에는 일반적으로 물리적 특성이 충분하지 못할 것이다.
본 발명의 연마재의 백킹 기재에 사용된 종이는 기본 중량이 200 g/m2미만이고 일반적으로 150 g/m2미만, 바람직하게는 120 g/m2미만이며 50 g/m2정도로 낮을 수 있다. 종이는 라텍스 침윤제를 필요로 하지 않으며 본질적으로 라텍스 침윤제를 함유하지 않는다. "본질적으로 라텍스 침윤제를 함유하지 않는다"는 것은 종이가 라텍스 침윤제를 5 중량% 이하로 함유한다는 것을 의미한다. 일반적으로 종이는 라텍스 침윤제를 3 중량% 미만으로 함유하고 바람직하게는 라텍스 침윤제를 함유하지 않는다. 유사하게, 종이는 바람직하게는 임의의 접착제형 침윤제를 본질적으로 함유하지 않으며, 보다 바람직하게는 전혀 함유하지 않는다. 적합한 종이의 예는 위사 포리스트 리미티드. (Wisa Forest Limited, UK)로부터 시판되는, "스완 화이트 (Swan White) X"이다.
이러한 비용 절감에 덧붙여, 열가소성 중합체 및 공정 조건을 적절히 선택함으로써, 통상적인 종이 백킹 (paper-backed) 제품에 비해 현저히 개선된 성능을 가지는 연마 시트 재료를 제조할 수 있다. 하나의 뚜렷한 잇점은 시트를 접거나 좁은 반경의 곡면부에 맞추기 위해 힘을 가할 경우, 열가소성 층에 의해 균열 진행 에너지가 흡수됨으로써 성취되는 것으로 보이는, 균열 및 탈층에 대한 저항성으로서 증명된 개선된 가요성이다. 다른 잇점은 내구성, 작업 수명 및 절삭 성능의 측면에서 증명될 수 있다. 더욱이, 이들 잇점들은 심지어 저가의 부서지기 쉬운 우레아-포름알데히드 수지를 메이크 접착제로 사용한 경우에도 유지된다.
넓은 범위의 열가소성 중합체가 종이에 압출될 수 있다. 그러한 중합체의 예로는 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌 아크릴산 공중합체, 폴리우레탄, 폴리아미드 및 폴리에스테르 등과 그의 조합들이 있다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 중합체는 에틸렌 부틸 아크릴레이트 중합체이다. 압출된 중합체층(들)의 코팅 중량은 일반적으로 5 내지 50 g/m2, 바람직하게는 20 내지 35 g/m2, 더욱 바람직하게는 25 내지 30 g/m2의 범위이다. 열가소성 중합체는 단일층으로 압출되거나, 또는 2개 이상의 열가소성 중합체층이 종이에 공압출될 수 있다. 저밀도 폴리에틸렌과 같은 중합체들은 비교적 값이 싸고 종이에 직접 압출되거나 에틸렌/부틸 아크릴레이트 공중합체 등의 보다 값비싼 열가소성 중합체의 층으로 오버코팅될 수 있다. 이는 에틸렌/부틸 아크릴레이트 공중합체의 바람직한 특성을 지니는 한편, 열가소성 중합체의 비용을 감소시킨다.
적합한 압출 코팅 기술은 문헌 [R.H. Cramm, "Extrusion Coating", in Pulp and Paper: Chemistry and Chemical Technology, J.P. Casey editor, Vol. IV, 3rd edition, Wiley-Interscience, N.Y., 1983, pp. 2501-2532]에 개시되어 있다. 하나의 적용 방법은 장벽 코팅 재료의 핫 멜트 (hot melt) 필름을 백킹 시트와 접촉시킨 다음 니프 (nip) 롤러를 사용하여 이 조합물에 압력을 가하는 압출 코팅 공정이다. 공압출은 구성 성분 하부층을 가지는 다층의 코팅이 2개 이상의 압출기로부터의 중합체 유입물들을 합함으로써 단일 코팅 단계에서 제조되는 또 다른 방법이다. 수지 블렌딩은 발생하지 않는다. 그 대신, 서로 치밀하게 접촉하는 별도의 부재 하부층이 형성된다.
본 발명자들은 열가소성 중합체 및 연마제층의 결합제, 및 열가소성 중합체 및 백킹 종이 사이의 결합 특성이 제조 공정 중에 연마 시트를 열가소성 중합체의 연화점 이상의 온도로 가열함으로써 개선될 수 있음을 발견하였다. 재료는 5분 이상, 일반적으로 15 내지 30분 동안 중합체의 연화점 이상으로 가열되는 것이 바람직하다.
또한 열가소성 중합체 층은 다양한 첨가제를 함유하여 층의 물리적 특성을 개질시키거나 그의 비용을 감소시킬 수 있다. 이들 첨가제의 예로는 충전제, 염료, 안료, 가소제, 대전 방지제, 습윤제, 커플링제, 공정 보조제 등이 있다.
백킹 기재의 구성과는 별도로, 본 발명의 연마 시트 재료의 구성은 통상적인 기술 및 재료를 채택할 수 있다. 슬러리 코팅, 일렉트로-코팅, 드롭 코팅 등과 같은 임의의 공지된 연마재 코팅 방법을 사용할 수 있다.
코팅된 연마제는 통상적으로 제1 결합제층을 가지는 백킹을 포함한다. 이 제1 결합제층은 통상적으로 메이크 코트라 일컫고 연마제 입자를 백킹에 결합시킨다. 연마제 입자 위에는 제2 결합제층이 있다. 이 제2 결합제층은 통상적으로 사이즈 코트라 일컫고 연마제 입자를 강화시킨다. 선택적으로, 수퍼사이즈 (supersize)라 일컫는 제3 결합제층이 제2 결합제층 위에 존재할 수 있다. 연마제 코팅은 상이한 크기 및 형태의 연마제 입자으로된 임의의 혼합물을 포함할 수 있다. 연마제 코팅은 기재 상에서 불균일한 층 또는 일정한 패턴으로 코팅된 형태일 수 있다.
조사 경화된 수지 시스템 및 핫 멜트 수지 시스템을 포함하는 넓은 범위의 공지된 메이크 및 사이즈 수지가 사용될 수 있다. 적합한 수지의 비제한적인 예로는 페놀 수지, 에폭시 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 아크릴레이트 수지, 우레탄 수지 및 에틸렌적으로 불포화된 수지, 및 이들의 조합들이 있다. 적합한 우레아-포름알데히드 수지 조성물의 예는 국제 특허 제94/06839호 및 PCT/US95/09667에 개시되어 있다. 적합한 핫 멜트 수지는 미국 특허 제5436063호, 국제 특허 제95/11111호 및 유럽 특허 공개 제0638392호에 개시되어 있다.
메이크 및 사이즈 코팅은 일반적으로 연마용 물품에 이용되는 다른 물질들을 함유할 수 있다. 첨가제라 일컫는 이들 물질들로는 충전제, 연삭 보조제, 커플링제, 대전 방지제, 습윤제, 윤활제, 염료, 안료, 가소제, 이형제, 또는 이들의 조합들이 있다. 또한 충전제는 제1 및 제2 결합제층에서 첨가제로서 사용될 수 있을 것이다. 경제성 및 유익한 결과 모두를 위해, 충전제는 접착제의 중량을 기준으로, 통상 메이크 코팅에 있어서는 약 50% 또는 사이즈 코팅에 있어서는 약 70%의 양을 초과하지 않는다. 많은 경우, 연마제 입자를 백킹에 고착시키기 위해 사용된 메이크 접착제의 코팅 중량은 압출된 중합체 필름의 불투과성으로 인해, 통상적인 종이 백킹 상에 제조된 연마 시트와 비교해서 보다 적게 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 보다 고가인 가요성 수지를 대신해서 저가의 부서지기 쉬운 수지를 사용할 수 있게 한다. 이는 원료 및 에너지를 더 아낄 수 있음을 의미한다.
상기 연마용품은 100% 단일 연마제 입자를 함유할 수 있다. 별법으로, 연마용품은 상이한 연마제 입자의 블렌드 또는 혼합물을 포함할 수 있다. 무기질은 30% 내지 100%, 바람직하게는 50% 내지 100%로 코팅되어 개 (開) 또는 폐 (閉) 코트 구조를 형성할 수 있다. 이들 통상적인 연마제 입자으로는 용융 산화알루미늄, 열처리된 산화알루미늄, 백색 용융 산화알루미늄, 실리카, 탄화규소, 이붕소화티탄, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티탄, 다이아몬드, 입방형 질화붕소, 석류석, 용융 알루미나 이산화지르코늄, 다른 졸 겔 연마제 입자 등이 있다. 다이아몬드 및 입방형 질화붕소 연마제 입자는 단결정 또는 다결정일 수 있다. 이들 통상적인 연마제 입자의 입자 크기는 약 0.01 내지 1500 ㎛, 전형적으로 1 내지 1000 ㎛의 범위일 수 있다. 또한 연마제 입자는 유기 또는 무기 코팅을 함유할 수 있다. 그러한 표면 코팅들은 예를 들어 미국 특허 제5011508호, 동 제1910444호, 동 제3041156호, 동 제5009675호, 동 제4997461호, 동 제5213951호, 동 제5085671호 및 동 제5042991호에 기재되어 있다.
코팅된 연마제는 코팅된 연마제의 "로딩 (loading)"를 방지하는 수퍼사이즈 코팅을 함유할 수 있다. "로딩"은 연마제 입자들 사이의 공간이 지스러기 (swarf; 작업물로부터 벗겨진 물질)로 채워진 다음 이 물질이 누적되는 것을 설명하기 위해 사용된 용어이다. 예를 들어, 목재 샌딩 동안, 목재 입자들로 이루어진 지스러기는 연마제 입자들 사이의 공간에 끼어들게 되고, 연마제 입자의 절삭력은 급격히 감소한다. 상기 로딩 방지 물질의 예로는 지방산의 금속염들, 예를 들어 스테아르산아연, 스테아르산칼슘, 스테아르산리튬, 우레아-포름알데히드, 왁스, 무기질유, 가교결합된 실란, 가교결합된 실리콘, 플루오르 화합물 및 이들의 조합들이 있다. 연마재는 예를 들어 벨트, 디스크, 시트, 테이프, 데이지 (daisy) 등과 같은 다양한 모양 및 형태로 구성될 수 있다. 미국 특허 제3849849호에 기재된 것과 같이 다수의 디스크가 디스크 롤로 개조될 수 있다.
하나의 양태에서, 압력 감지성 접착제는 코팅된 연마제의 배면상에 코팅되어 생성되는 코팅된 연마제가 백업 패드에 고착될 수 있게 한다. 다른 양태에서, 코팅된 연마제는 후크 (hook) 또는 루프형 (loop) 부착 시스템을 함유하여 코팅된 연마제를 백업 패드에 고착시킬 수 있다. 루프 직물은 백업 패드 상의 후크와 함께, 코팅된 연마제의 배면상에 존재할 수 있다. 별법으로, 후크는 백업 패드 상의 루프와 함께, 코팅된 연마제의 배면상에 존재할 수 있다. 이 후크 및 루프형 부착 시스템은 미국 특허 제4609581호 및 동 제5254194호 및 국제 특허 공개 제95/19242호에 더 설명되어 있다.
몇몇 경우, 코팅된 연마제의 배면상에 압력 감지성 접착제를 혼입하는 것이 바람직하고, 이로써 생성되는 코팅된 연마제를 백업 패드에 고착시킬 수 있다. 본 발명에 적합한 압력 감지성 접착제의 대표적인 예로는 라텍스 크레이프 (crepe), 로진, 아크릴 중합체 및 공중합체 (예, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리아크릴레이트 에스테르), 비닐 에테르 (예, 폴리비닐 n-부틸 에테르), 알키드 접착제, 고무 접착제 (예, 천연 고무, 합성 고무, 염소화고무), 및 이들의 혼합물들이 있다. 바람직한 압력 감지성 접착제는 이소오크릴아크릴레이트:아크릴산 공중합체이다.
본 발명의 시트 재료는 래핑 코팅된 연마용품의 형태일 수 있다. 래핑 코팅된 연마용품은 연마제 코팅이 결합되어 있는 백킹을 포함한다. 연마제 코팅은 결합제 중에 분포된 연마제 입자의 혼합물을 포함한다. 몇몇 경우, 결합제는 상기 연마제 코팅을 백킹에 결합시킨다. 전형적으로, 이들 연마제 입자의 입자 크기는 평균 약 200 ㎛ 미만이다. 연마제 코팅은 텍스쳐 또는 패턴화될 수 있다. 연마제 코팅은 또한 아래에서 논의되는 첨가제들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 시트 재료는 구조화된 연마용품의 형태일 수 있다. 구조화된 연마용품은 정교한 모양을 가진 다수의 연마 복합재가 결합되어 있는 백킹을 포함한다. 이들 연마 복합재는 결합제 중에 분포된 연마제 입자의 혼합물을 포함한다. 몇몇 경우, 결합제는 연마 복합재를 백킹에 결합시킨다. 통상, 이들 연마제 입자의 입자 크기는 평균 약 200 ㎛ 미만이다. 연마제 코팅은 패턴 또는 텍스쳐된 외측 표면을 가질 수 있다. 이들 연마 복합재는 또한 아래에서 논의되는 첨가제들을 더 함유할 수 있다. 본 발명의 추가 잇점은 염료 및(또는) 안료들이 종이 상에 압출된 열가소성 중합체로 쉽게 혼입될 수 있다는 것이다. 따라서, 상이한 색상 (예컨대, 상이한 등급의 연마제를 위한 코드와 같은)으로된 일정 범위의 백킹 기재를 생성하는 것이 가능하고, 상이한 색상의 코팅된 연마 시트 재료를 제조하기 위해서, 메이크 또는 사이즈 수지에 안료를 혼입시켜 착색된 재료를 제조할 경우에 필요하게 되는 코팅 장치의 세척을 필요로 하지 않고 무색 메이크 또는 사이즈 수지용의 동일한 코팅 장치를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 시트 재료는 당업계에 공지된 코팅 기술로 제조될 수 있다. 예를 들어, 메이크, 사이즈 및 수퍼사이즈 코트를 포함하는 연마재는 아래와 같이 제조될 수 있으며, 이들 문헌들에서는 경화전의 코팅 조성물을 코팅 전구체라 일컫는다.
메이크 코팅 전구체는 스프레이 코팅, 롤 코팅, 다이 코팅, 분말 코팅, 전사식 코팅, 핫 멜트 코팅 또는 나이프 코팅과 같은 임의의 통상적인 기술로 압출 코팅된 종이 위에 도포된다. 연마제 입자는 건조되거나 부분적으로 경화되기 전에 메이크 코트 전구체로 투사된다. 통상적으로 연마제 입자는 정전 (靜電) 코팅 공정에 의해 투사된다. 그 다음, 사이즈 코트 전구체가 연마제 입자 위에 임의의 통상적인 기술에 의해 도포된다. 끝으로, 수퍼사이즈 코트 전구체가 임의의 통상적인 기술에 의해 사이즈 코트 위에 도포된다.
또한 압출 코팅된 백킹 종이가 구조화된 연마용품 또는 래핑 코팅된 연마용품으로 혼입될 수도 있다.
코팅된 연마제의 제조 방법은 미국 특허 제5152917호 및 동 제5435816호에 기재되어 있다. 하나의 방법은 1) 특정 패턴을 가지는 제조 공구상에 연마제 슬러리를 도입하는 단계,
2) 제조 공구의 외측면에 백킹을 도입하여 슬러리를 백킹 중 하나의 주요 면에 입혀서 중간 제품을 형성하는 단계,
3) 수지상 접착제를 적어도 부분적으로 경화시키거나 겔화시킨 후, 중간 제품을 제조 공구의 외측 표면으로부터 떼어내서 코팅된 연마용품을 형성하는 단계, 및
4) 제조 공구로부터 코팅된 연마용품을 제거하는 단계로 이루어진다.
또 다른 방법은 1) 백킹 상에 연마제 슬러리를 도입하여 슬러리를 백킹의 전면에 입혀서 중간 제품을 형성하는 단계,
2) 특정 패턴을 가지는 제조 공구에 중간 제품을 도입하는 단계,
3) 수지상 접착제를 적어도 부분적으로 경화되거나 겔화시킨 후, 중간 제품을 제조 공구의 외측면으로부터 떼어내서 코팅된 연마용품을 형성하는 단계, 및
4) 제조 공구로부터 코팅된 연마용품을 제거하는 단계로 이루어진다. 제조 공구가 투명한 재료, 예컨대 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 열가소성 수지로 제조된 경우, 이에 따라 가시 광선 또는 자외선이 제조 공구를 통해 연마제 슬러리로 투과되어 수지상 접착제를 경화시킬 수 있다. 이들 2가지 방법에 있어서, 생성되는 응고된 연마제 슬러리 또는 연마 복합재는 제조 공구의 반대 패턴을 가질 것이다. 제조 공구 상에서 적어도 부분적으로 경화 또는 응고됨으로써, 연마 복합재는 정교한 소정의 패턴을 가진다. 수지상 접착제는 제조 공구로부터 떼어진후 더 응고되거나 경화될 수 있다.
래핑 코팅된 연마제에 있어서, 연마제 슬러리는 백킹의 하나 이상의 면에 코팅된다. 이 코팅은 스프레잉, 그라비어 (rotogravure) 코팅, 롤 코팅, 침지 코팅 또는 나이프 코팅에 의해 성취될 수 있다. 코팅 공정 후, 수지상 접착제는 에너지원에 노출되어 응고된다. 이들 에너지원으로는 열 및 조사 에너지 (예, 전자빔, 자외선 및 가시 광선)가 있을 수 있다. 또한 래핑 코팅된 연마제의 제조 방법은 미국 특허 제4773920호에 개시되어 있다.
본 발명은 아래의 실시예에 의해 예시될 것이고, 실시예에서는 아래의 약어들을 사용하였다.
BLMFX- 위사 포리스트 (UK) 리미티드로부터 "스완 화이트 X"란 상품명으로 시판 중인, 표백되고 이중 칼렌더링된 종이,
LDPE- 2 내지 16 범위의 용융 인덱스를 가지는 저밀도 폴리에틸렌,
EBA- 아크릴레이트 함량 약 17%의 에틸렌/부틸 아크릴레이트 공중합체,
EMA- 아크릴레이트 함량 약 17%의 에틸렌/메틸 아크릴레이트 공중합체,
EAA- 아크릴레이트 함량 약 17%의 에틸렌/아크릴산 공중합체,
수어린 (Surlyn) - 미국 델라웨어주 윌밍턴에 소재한 E.I. 듀퐁사로부터 시판되는, 에틸렌/아크릴산 공중합체의 아연염인 이오노머 수지의 상품명.
<실시예 1>
P80 또는 P180급의 용융 산화알루미늄 연마제 입자를 사용하여 코팅된 연마 시트의 시료를 제조하였다. 중량부로 나타낸 메이크 및 사이즈의 조성은 아래와 같다.
메이크 조성 P180 P80
우레아 포름알데히드 수지 1.1 0.44
비닐 아세테이트/비닐 클로라이드/에틸렌 공중합체 1.0 0
아크릴로니트릴/아크릴 에스테르 공중합체 라텍스 0 1.0
염화암모늄/헥사민 수지 경화제 0.11 0.04
사이즈 (모두 무기질급)
우레아 포름알데히드 수지 1.0
비닐 아세테이트/비닐 클로라이드/에틸렌 공중합체 0.33
염화암모늄/헥사민 수지 경화제 0.1
메이크를 롤 코팅하고 연마제 입자를 정전기적으로 코팅한 후, 시트를 66℃에서 14분간 경화시켰다.
사이즈를 도포한 후, 65℃로 승온시키고 이 온도를 약 1시간 동안 유지시켜 코팅을 경화하였다.
제조된 시료를 아래에 표에 나타내었고, 표 중 120 BLMFX/10LDPE/15EBA는 10 g/m2의 저밀도 폴리에틸렌 및 15 g/m2의 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체로 압출된 층을 가지는 120 g/m2의 종이를 나타내고 잔류하는 백킹은 유사한 표기를 사용한다.
압출된 층을 도포하기 전에 종이를 코로나 처리하였다.
시료 무기질급 백킹 공칭 메이크 중량 (g/m2) 공칭 메이크 중량 (g/m2) 공칭 사이즈 중량 (g/m2)
1 P80 120 BLMFX/10LDPE/15EBA 18 125 130
2 P80 120 BLMFX/15 수어린 18 125 130
3 P80 아조-위긴스 (Arjo-Wiggins) R7* 연마제 백킹 (비교용) 18 125 130
4 P180 120 BLMFX/15EBA 6 51 61
5 P180 아조-위긴스 AL71* 연마제 백킹 (비교용) 25 80 60
* 아조-위긴스 S.A.사로부터 구입
시료 1 및 2는 압출된 중합체 필름을 가지지 않는 시료 3과 비교하여 개선된 가요성 및 탈층 저항성을 보였으며, 시료 1이 시료 2에 비해 월등하였다. 탈층 저항성은 시트를 접거나 타이트한 곡선으로 구부릴 경우 플레이킹 (flaking)에 대한 저항성으로서 산정하였다.
시료 4는 시판되는 코팅된 연마제를 대표하는 시료 5와 비교해서 월등히 개선된 가요성 및 탈층 저항성을 나타내었다.
무기질급 P80 및 P180 및 상기 메이크 및 사이즈 배합물을 사용하여 아래와 같이 추가 시험을 실시하였다.
시료 무기질급 백킹 공칭 메이크 중량 (g/m2) 공칭 메이크 중량 (g/m2) 공칭 사이즈 중량 (g/m2)
6 P80 150 BLMFX/15LDPE/15EBA 18 125 130
7 P180 150 BLMFX/15LDPE/15EBA 7 68 58
모든 시료들은 표준 연마제 코팅 라인 위에 용이하게 코팅되었고 아래 성분을 포함하는 수퍼사이즈로 오버코팅 (overcoat) 되었다.
영국 리즈에 소재한 헨켈 케미칼스 리미티드 (Henkel Chemicals Limited)로부터 시판되는 "노프코 (Nopco) 1097A" 81.3%, 영국 수어리 카샬턴에 소재한 바이너물 리미티드 (Vinamul Limited)로부터 시판되는 "바이너크릴 (Vinacryl) 71322" 16.3%, 3M 유나이티드 킹덤 피엘씨.로부터 시판되는 "FC 396" 0.8%, 및 물 1.6%.
28 g/m2의 건조 코팅 중량을 제공하도록 수퍼사이즈를 코팅하고 100℃ 이상에서 수초간 경화시켰다.
이 시료를 목재에 대한 절삭 성능 및 탈층 저항성에 대해서, 가요성 메이크 접착제의 잇점을 가지는 "3M 235U" (상품명; 3M 유나이티드 킹덤 피엘씨 제품)와 비교하였다. 절삭 성능은 약 170 KPa로 주어진 압력에서 시료 연마용품으로 비벼서 10개의 막대기로부터 제거된 오크의 양을 측정하여 산정하였다. 각 막대기를 850 rpm으로 회전하고 있는 연마제로 10초간 비볐다. 연마제는 입자으로 오크를 샌딩하였다.
연마제의 기재는 바르콜 (Barcol) 경도 상에서 약 89 등급의 페놀 수지로된 백업 패드이었다.
P180으로된 시료 7은 "3M 235U"와 비교하여 탈층 저항성 및 절삭 성능이 대등함을 나타내었고, 이는 본 발명이 부서지기 쉬운 메이크 코팅을 사용하여 "3M 235U"에 버금가는 특성을 성취할 수 있음을 설명한다. P80으로된 시료 6은 연마제의 일부 탈층을 나타내었고, 이는 부서지기 쉬운 연마제층의 두께를 증가시킴에 따른 효과를 설명한다. 그럼에도 불구하고, P80의 절삭 성능은 여전히 시판되는 "3M 235U"의 100%였고, 이는 중합체 코팅이 절삭 성능면에서 해로운 영향을 끼치지 않음을 확인시켜 주었다.
<실시예 2>
실시예 1의 P80 무기질 및 메이크 및 사이즈 배합물을 사용하여 시료를 제조하였다. 아래의 백킹 기재를 사용하였다.
시료 백킹
8 및 11 120 BLMFX/5 LDPE/20 EBA
9 및 12 120 BLMFX/5 LDPE/30 EBA
10 및 13 120 BLMFX/25 EBA
또한 상이한 경화 조건도 평가하였다. 시료의 1 세트 (시료 8 내지 10)을 70℃에서 12분간 경화시키고, 동일한 시료 세트 (시료 11 내지 13)를 105℃에서 30분간 경화시켰다.
시료에 대한 시험으로 70℃에서 경화된 시료 8 내지 10이 비교적 쉽게 탈층됨을 밝혔다. 이와는 반대로, 105℃에서 경화된 시료 11 내지 13은 코트의 탈층을 보이지 않았고, 결국에는 종이의 내부 탈층을 일으켰다.
중합체층의 연화점 이상의 온도로 적층물을 가열하는 것이 중합체 및 메이크 코트 및 가능하게는 중합체 및 백킹 종이 사이의 결합을 현저히 개선시켰다는 것이 이론화되었다. 이를 입증하기 위해, 70℃에서 경화된 시료 8 내지 10을 120℃의 오븐에서 15분간 가열하였다. 냉각시킨 후, 시료를 탈층 저항성에 대해 재시험하였고 모든 경우에서 현저히 개선되었음을 발견하였다. 실제로 120℃로 가열한 후에 시료 8 내지 10 모두는 백킹 종이의 탈층이 먼저 일어나는, 105℃에서 경화된 시료 11 내지 13과 유사한 가요성 및 탈층 저항성을 가졌다. 따라서, 결론적으로 특성을 개선시키기 위해서 연마용품을 중합체층의 연화점 이상으로 가열 (예를 들어, 메이크 접착제 및 종이에 중합체를 양호하게 결합시키기 위해 제조 공정 중에 몇분간)하는 것이 바람직하다.
코팅된 종이 백킹 자체에 대한 실험에 의해 이러한 사실의 추가 증거가 밝혀졌다.
120 BLMFX/30 EBA 압출된 코팅된 종이의 시료 (시료 14)를 시험하였고, 종이 자체의 탈층이 거의 없거나 없이, 중합체층이 종이로부터 벗겨질 수 있다는 것을 발견하였다. 105℃에서 15분간 가열한 후, 중합체의 표면이 무광에서 광택 외양으로 바뀌었고 중합체는 종이의 현저한 탈층 없이 종이로부터 벗겨질 수 없었으므로 종이 열가소성 수지 결합이 개선되었음을 나타내었다.
<실시예 3>
120 BLMFX/30 EBA 백킹을 사용하는 P80 미네날 등급 갈색 산화알루미늄 코팅된 연마제 (시료 15)에 대해 추가 실험을 수행하였다. 중량부로 나타낸 메이크 및 사이즈 조성은 아래와 같다.
메이크 중량부
우레아-포름알데히드 수지 1.1
비닐 아세테이트/비닐 클로라이드/에틸렌 공중합체 1.0
염화암모늄/헥사민 수지 경화제 0.11
사이즈 중량부
우레아-포름알데히드 수지 3.0
비닐 아세테이트/비닐 클로라이드/에틸렌 공중합체 1.0
염화암모늄/헥사민 수지 경화제 0.3
코팅 중량은 아래와 같다.
메이크 중량 (g/m2) 무기질 중량 (g/m2) 사이즈 중량 (g/m2)
20 102 113
메이크 코팅을 백킹에 도포한 후, 연마제 입자들을 정전기적으로 코팅하였고 생성되는 구조물을 105℃에서 경화시키고 이 온도를 약 30분간 유지하였다.
온도를 75℃로 점차 증가시키고 이 온도를 약 30분간 유지함으로써 사이즈 코팅을 경화시켰다. 시료 7 및 8에서와 같이 수퍼사이즈 코팅을 도포하였다.
통상적인 종이 백킹 연마용품의 제조에 일상적으로 사용된 장비 및 조건을 사용하여 별문제없이 시료 15를 코팅하였다.
가요성 및 탈층 저항성이 우수하였고, 탈층은 종이 내부에서 발생하였다. 시료 15의 절삭 성능을 실시예 1에서와 같이 산정하였고 이는 시판되는 "3M 235U"의 270%로 밝혀졌다.
<실시예 4>
아래의 백킹 기재를 사용하여 시료들을 제조하였다.
시료 백킹
16 120 BLMFX/10 LDPE/15 EMA
17 120 BLMFX/20 LDPE/10 EMA
18 120 BLMFX
중량부로 나타낸 아래의 메이크 및 사이즈 배합물을 사용하였다.
메이크 중량부
우레아-포름알데히드 수지 1.1
비닐 아세테이트/비닐 클로라이드/에틸렌 공중합체 1.0
염화암모늄/헥사민 수지 경화제 0.11
사이즈 중량부
우레아-포름알데히드 수지 3.0
비닐 아세테이트/비닐 클로라이드/에틸렌 공중합체 1.0
염화암모늄/헥사민 수지 경화제 0.3
코팅 중량은 아래와 같다.
메이크 중량 (g/m2) 무기질 중량 (P80) (g/m2) 사이즈 중량 (g/m2)
30 85 65
경화 주기:
메이크를 롤 코팅하고 연마제 입자를 정전기적으로 코팅한 후, 시트를 66℃에서 14분간 경화시켰다.
사이즈를 도포한 후, 65℃로 온도를 상승시키고 이 온도를 약 1시간 동안 유지함으로써 코팅을 경화시켰다.
코팅되지 않은 종이 (시료 18)이 현저한 탈층을 나타내는 반면, 시료 16 및 17은 탈층 저항성을 나타내었으며, 이는 EMA, EAA도 또한 본 발명에 적합한 중합체임을 의미한다.

Claims (18)

  1. (a) 하나 이상의 주요 표면을 가지는 백킹 기재,
    (b) 다수의 연마제 입자, 및
    (c) 상기 다수의 연마제 입자를 상기 백킹 기재의 하나 이상의 주요 표면에 결합시키는 결합제를 포함하는 코팅된 연마 시트 재료에 있어서,
    상기 백킹 기재가, 기본 중량이 약 200 g/m2미만이고 라텍스 침윤제를 거의 함유하지 않으며, 다수의 연마제 입자를 가진 하나 이상의 주요 표면상에 압출된 하나 이상의 열가소성 중합체 층을 가지는 종이로 이루어진 것을 특징으로 하는 코팅된 연마 시트 재료.
  2. 제1항에 있어서, 종이가 150 g/m2미만의 기본 중량을 가지는 것인 코팅된 연마 시트 재료.
  3. 제2항에 있어서, 종이가 120 g/m2미만의 기본 중량을 가지는 코팅된 연마 시트 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 중합체가 에틸렌/부틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/아크릴산 공중합체 및 저밀도 폴리에틸렌 중에서 선택된 것인 코팅된 연마 시트 재료.
  5. 제4항에 있어서, 중합체가 에틸렌 및 부틸 아크릴레이트의 공중합체인 코팅된 연마 시트 재료.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 종이의 표면이 저밀도 폴리에틸렌 및 에틸렌/부틸 아크릴레이트 공중합체가 공압출된 층으로 코팅된 것인 코팅된 연마 시트 재료.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 압출된 열가소성 중합체의 코팅 중량이 10 내지 50 g/m2인 코팅된 연마 시트 재료.
  8. 제7항에 있어서, 압출된 열가소성 중합체의 코팅 중량이 20 내지 35 g/m2인 코팅된 연마 시트 재료.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 압출된 열가소성 중합체의 코팅 중량이 25 내지 30 g/m2인 코팅된 연마 시트 재료.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 압출된 열가소성 중합체가 착색된 것인 코팅된 연마 시트 재료.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 종이가 라텍스 침윤제를 3 중량% 미만으로 함유하는 것인 코팅된 연마 시트 재료.
  12. 제11항에 있어서, 종이가 라텍스 침윤제를 함유하지 않는 것인 코팅된 연마 시트 재료.
  13. 실시예들을 참고로 하여 실질적으로 본 명세서에 기재된 것과 같은 코팅된 연마 시트 재료.
  14. 라텍스 침윤제를 거의 함유하지 않으면서, 기본 중량이 200 g/m2미만인 종이를 제공하고, 상기 종이의 표면상에 하나 이상의 열가소성 중합체층을 압출하고, 결합제 중에 박힌 연마제 입자를 포함하는 연마제 매질을 열가소성 중합체 위에 코팅하는 것을 포함하는 코팅된 연마 시트 재료의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 코팅된 재료가 5분 이상 동안 열가소성 중합체의 연화점 이상의 온도로 가열되는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 재료가 15분 내지 30분 동안 중합체의 Tg 이상으로 가열되는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 종이, 중합체 및 코팅 중량이 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에서 정의된 것들로부터 선택된 것인 방법.
  18. 제15항에 있어서, 실시예들을 참고로 하여 실질적으로 본 명세서에 기재된 것과 같은 방법.
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