KR20100057592A

KR20100057592A - 덧층을 갖는 구조화된 연마재 및 이의 제조 및 사용 방법

Info

Publication number: KR20100057592A
Application number: KR1020107002465A
Authority: KR
Inventors: 조셉 지 프리빌; 카루나세나 알라하퍼루마; 크레익 에프 램피어; 에드워드 제이 우
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2010-05-31
Also published as: EP2176031A1; CN101687309B; BRPI0814033A8; ATE540781T1; KR101506052B1; RU2471609C2; US8038750B2; JP2010533592A; US20090017727A1; CN101687309A; RU2010100771A; EP2176031B1; BRPI0814033A2; JP5133409B2; WO2009011973A1

Abstract

구조화된 연마 물품은 지형적으로 구조화된 연마층이 고정되어 있는 배킹을 포함한다. 지형적으로 구조화된 연마층은 정밀하게 형상화된 연마 복합체를 포함한다. 모스 경도가 적어도 4인 침식 입자 및 수용성 중합체를 포함하는 고형 덧층이 지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분 상에 배치된다. 구조화된 연마 물품을 제조 및 사용하는 방법이 또한 개시된다.

Description

덧층을 갖는 구조화된 연마재 및 이의 제조 및 사용 방법{STRUCTURED ABRASIVE WITH OVERLAYER, AND METHOD OF MAKING AND USING THE SAME}

수년 동안, 일반적으로 "구조화된 연마 물품"으로 알려진 소정 부류의 연마 물품은 표면 마무리에 사용하기 위해 상업적으로 판매되어 왔다. 구조화된 연마 물품은 배킹(backing)에 부착된 지형적으로 구조화된 연마층을 갖고, 예를 들어, 계면활성제를 선택적으로 포함하는 물과 같은 액체와 함께 흔히 사용된다. 지형적으로 구조화된 연마층은 각각이 결합제에 분산된 연마 입자를 갖는 복수의 형상화된 연마 복합체(전형적으로 미세 크기를 가짐)를 갖는다. 많은 경우에, 형상화된 연마 복합체는, 예를 들어, 다양한 기하학적 형상(예컨대, 피라미드형)에 따라 정밀하게 형상화된다. 이러한 구조화된 연마 물품의 예에는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠(3M) 컴퍼니에 의해 상표명 "트리작트(TRIZACT)"로 시판되는 것이 포함되며, 이들은 우레탄, 아크릴레이트 또는 실리케이트계 화학물질에 기초한 자동차 클리어 코트(clear coat)(예를 들어, 상표명 "466LA - 3M 트리작트 피니씨-잇 필름(TRIZACT FINESSE-IT FILM)"으로 입수 가능한 것)의 결함을 제거하기 위하여 자동차 산업에서 사용된다.

구조화된 연마 물품은 공구(예를 들어, 디스크 샌더(disk sander) 또는 랜덤 궤도 샌더(random orbit sander))에 장착된 백업 패드(backup pad)와 함께 종종 사용된다. 이러한 적용예에서, 구조화된 연마 물품은 사용 동안 백업 패드에 연마 물품을 부착하는 부착 계면층(예를 들어, 후크형 필름, 루프형 천 또는 접착제)을 전형적으로 갖는다.

많은 구조화된 연마 물품이 초기 사용시에는 강력한 절삭력이 부족한 것으로 알려져 있지만, 계속 사용함에 따라 절삭력이 개선되는 것을 알 수 있다. 연마 입자가 연마 복합체의 본체 내에서 결합제 중에 매립되어 있어 연마에 이용될 수 없기 때문에 이러한 것이 발생할 수 있다. 낮은 초기 절삭력의 문제를 해결하기 위해 본 기술 분야에 사용되는 한 가지 기술은 구조화된 연마 물품의 연마 표면을 초기 사용 전에 사포(sandpaper)와 같은 다른 코팅된 연마 물품을 사용하여 연마하는 것이었다.

현재의 제품들의 절삭 성능은, 폴리우레탄, 아크릴레이트, 분말 코팅, 또는 심지어 나노입자로 보강된 실리케이트계 하드 코팅과 같은 다양한 종류의 기술에 기초할 수 있는 공작물 코팅 재료의 유형에 매우 민감하다.

일 태양에서, 본 발명은 구조화된 연마 물품을 제공하는데, 이 연마 물품은

대향하는 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 배킹과;

배킹에 고정되고, 정밀하게 형상화된 연마 복합체를 포함하는 지형적으로 구조화된 연마층 - 여기서, 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 가교결합된 중합체성 결합제 중의 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 D₅₀을 가짐 - 과;

지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분 상에 배치된 고형 덧층 - 여기서, 고형 덧층은 모스 경도가 적어도 4인 침식 입자(eroding particle) 및 수용성 중합체를 포함하고, 침식 입자는 D₅₀이 연마 입자의 D₅₀보다 작거나 같음 - 을 포함한다.

일부 실시 형태에서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(알킬렌 옥사이드), 메틸 비닐 에테르와 말레산 무수물의 공중합체, 셀룰로오스 중합체, 구아 검, 또는 아크릴 중합체 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 배킹은 필름 배킹을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 침식 입자는 탄화규소 또는 산화알루미늄 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 침식 입자는 모스 경도가 연마 입자의 적어도 일부분보다 더 작다. 일부 실시 형태에서, 고형 덧층은 연속적이다. 일부 실시 형태에서, 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 높이가, 배킹에 대하여, 10 내지 525 마이크로미터의 범위이다. 일부 실시 형태에서, 구조화된 연마 물품은 배킹의 제2 주표면에 부착된 부착 계면층을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 가교결합된 중합체성 결합제는 아크릴계 물질, 페놀계 물질, 에폭시, 우레탄, 시아네이트, 아이소시아누레이트, 아미노플라스트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 연마 입자는 산화알루미늄, 융해 산화알루미늄, 열처리 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄, 탄화규소, 그린(green) 탄화규소, 알루미나-지르코니아, 세리아, 산화철, 가넷, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 연마 입자는 D₅₀이 0.01 내지 200 마이크로미터의 범위이다.

본 발명에 따른 구조화된 연마 물품은, 예를 들어, 공작물을 연마하는 데 유용하다. 다른 태양에서, 본 발명은 공작물을 연마하는 방법을 제공하는데, 이 방법은

본 발명에 따른 구조화된 연마 물품의 지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분을 물의 존재 하에 공작물과 마찰 접촉시키는 단계; 및

공작물 또는 지형적으로 구조화된 연마층 중 적어도 하나를 다른 하나에 대해 움직여서 공작물 표면의 적어도 일부분을 연마하는 단계를 포함한다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 구조화된 연마 물품을 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은

대향하는 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 배킹, 및

배킹에 고정되고, 정밀하게 형상화된 연마 복합체를 포함하는 지형적으로 구조화된 연마층 - 여기서, 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 가교결합된 중합체성 결합제 중의 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 D₅₀을 가짐 - 을 포함하는 구조화된 연마 물품을 제공하는 단계; 및

지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분 상에 고형 덧층 - 여기서, 고형 덧층은 모스 경도가 적어도 4인 침식 입자 및 수용성 중합체를 포함하고, 침식 입자는 D₅₀이 연마 입자의 D₅₀보다 작거나 같음 - 을 배치하는 단계를 포함한다.

일부 실시 형태에서, 이 방법은 부착 계면층을 배킹의 제2 주표면에 부착하는 단계를 추가로 포함한다.

일부 실시 형태에서, 고형 덧층을 배치하는 단계는, 침식 입자, 수용성 중합체 및 액체 비히클을 포함하는 액체 혼합물을 지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분 상에 코팅하는 단계, 및 충분한 양의 액체 비히클을 제거하여 고형 덧층을 제공하는 단계를 포함한다.

일부 이러한 실시 형태에서, 액체 혼합물을 코팅하는 단계는 롤 코팅 또는 분무 중 적어도 하나를 포함한다.

유리하게는, 심지어는 매우 적은 코팅 수준으로 본 발명에 따른 덧층을 갖는 구조화된 연마 물품은 고형 덧층이 없는 대응하는 구조화된 연마 물품에 비해 개선된 초기 절삭력을 나타내므로, 사용 전에 별도의 컨디셔닝 단계에 대한 필요성을 효과적으로 제거한다.

또한, 본 발명에 따른 덧층을 갖는 구조화된 연마 물품은 고형 덧층이 없는 대응하는 구조화된 연마 물품에서 종래에 달성되지 않았던, 분말 클리어 코트의 표면 마무리(surface finish)에 실용적인 것으로 밝혀졌다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이,

입자와 관련하여 용어 "D₅₀"은 부피를 기준으로 한 중위 입자 크기, 즉 입자의 50 부피%가 같거나 더 작은 입자 크기를 갖는 입자 크기를 말하고;

용어 "중합체"는 분자량이 적어도 1000 그램/몰이고 각각의 반복 연결 단위가 상대적으로 가볍고 단순한 분자인 임의의 수많은 천연 및 합성 화합물을 말하고;

연마 복합체를 설명하기 위해 사용되는 용어 "정밀하게 형상화된"은 다양한 면들의 교차에 의해 규정되는 뚜렷한 종점과 함께 뚜렷한 에지 길이를 갖는 잘 형성된 예리한 에지에 의해 경계지워지고 결합되는 상대적으로 매끄러운 표면 처리된 면에 의해 연마 복합체의 형상이 정의되는 것을 말한다.

<도 1>
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따라 상세하게 설명된 덧층을 갖는 예시적인 구조화된 연마재의 개략적인 측단면도.
<도 2>
도 2는 비교예 A에 사용된 폴리프로필렌 공구의 디지털 현미경사진.
<도 3>
도 3은 임의의 덧층으로 코팅하기 전의, 실시예 1에 사용된 구조화된 연마 물품의 디지털 현미경사진.
<도 4>
도 4는 실시예 1에 따라 제조된, 고형 덧층을 갖는 구조화된 연마 물품의 디지털 현미경사진.

이제 도 1을 참조하면, 예시적인 구조화된 연마 물품(100)은 대향하는 제1 주표면 및 제2 주표면(112, 114)을 각각 갖는 배킹(110), 및 배킹(110)에 고정된 지형적으로 구조화된 연마층(120)을 포함한다. 지형적으로 구조화된 연마층(120)은 정밀하게 형상화된 연마 복합체(130)를 포함한다. 정밀하게 형상화된 연마 복합체(130)는 가교결합된 중합체성 결합제(150) 중의 연마 입자(140)를 포함한다. 고형 덧층(160)은 지형적으로 구조화된 연마층(120)의 적어도 일부분 상에 배치된다. 고형 덧층(160)은 모스 경도가 적어도 4인 침식 입자(170) 및 수용성 중합체(180)를 포함한다. 침식 입자(170)는 D₅₀이 연마 입자(140)의 D₅₀보다 작거나 같다. 선택적인 부착 계면층(190)이 배킹(110)의 제2 주표면(114)에 부착된다.

적합한 배킹에는, 예를 들어, 중합체성 필름(프라이밍된 중합체성 필름 포함), 천, 종이, 유공성(foraminous) 및 비유공성 중합체성 폼, 가황 섬유, 섬유 보강된 열가소성 배킹, 멜트스펀(meltspun) 또는 멜트블로운(meltblown) 부직포, 이들의 처리된 버전(예를 들어, 방수 처리), 및 이들의 조합이 포함된다. 중합체성 필름에 사용하기 위한 적합한 열가소성 중합체는, 예를 들어, 폴리올레핀(예컨대, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌), 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트), 폴리아미드(예컨대, 나일론-6 및 나일론-6,6), 폴리이미드, 폴리카르보네이트, 이들의 블렌드, 및 이들의 조합을 포함한다. 전형적으로, 배킹의 적어도 하나의 주표면은 (예를 들어, 제1 주표면의 역할을 하기 위해) 평활하다. 배킹은 다양한 첨가제(들)를 포함할 수 있다. 적합한 첨가제의 예에는 착색제, 가공 조제, 보강 섬유, 열안정제, UV 안정제, 및 산화방지제가 포함된다. 유용한 충전제의 예에는 점토, 탄산칼슘, 유리 비드, 활석, 점토, 운모, 목분(wood flour), 및 카본 블랙이 포함된다.

배킹은 임의의 두께를 가질 수 있으나, 일반적으로 응집력있는 일체성(cohesive integrity)을 제공하기 충분하게 두꺼우며 일정 정도의 가요성을 허용하기 충분하게 얇지만, 배킹은 원한다면 강성일 수 있다. 배킹은 하나 이상의 처리(예를 들어, 백사이즈(backsize), 서브사이즈(subsize), 프리사이즈(presize), 타이 층, 프라이머 층, 및/또는 포화제(saturant))를 갖는 처리된 배킹을 포함할 수 있다. 배킹은, 예를 들어, 둘 이상의 개별 층을 갖는 공압출된 필름과 같은 복합 필름을 포함할 수 있다. 배킹의 제2 주표면은 미끄럼 방지 코팅 또는 마찰 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 코팅의 예에는 접착제 중에 분산된 무기 미립자(예를 들어, 탄산칼슘 또는 석영)가 포함된다.

지형적으로 구조화된 연마층은 의도한 사용 동안 배킹으로부터 분리되지 않도록 배킹에 고정된다. 전형적으로, 지형적으로 구조화된 연마층은 배킹과 직접 접촉하고 가교결합된 중합체성 결합제의 경화 중에 고정되나, 예를 들어, 접착제 층(예컨대, 고온 용융 접착제 층)과 같은 다른 수단에 의해 배킹에 고정될 수 있다.

정밀하게 형상화된 연마 복합체는 임의의 정밀한 형상을 가질 수 있으나, 전형적으로 피라미드형 연마 복합체, 절두(truncated) 피라미드형 연마 복합체, 프리즘형 연마 복합체, 유르트(yurt)형 연마 복합체, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 용어 "피라미드형 연마 복합체"는 피라미드, 즉 다각형 밑면 및 공유점(정점)에서 만나는 삼각형 측면들을 갖는 입체 도형의 형상을 갖는 연마 복합체를 말한다. 정밀하게 형상화된 연마 복합체의 적합한 예에는 3-측면, 4-측면, 5-측면 및 6-측면 피라미드형 연마 복합체, 절두 피라미드형 연마 복합체, 프리즘형 연마 복합체, 및 유르트형 연마 복합체가 포함된다. 상이한 형상의 정밀하게 형상화된 연마 복합체 및/또는 상이한 높이의 정밀하게 형상화된 복합체의 조합을 또한 사용할 수 있다. 예를 들어, 피라미드형의 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 높이가 더 낮은 절두 피라미드형의 정밀하게 형상화된 연마 복합체와 함께 산재될 수 있다. 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 규칙적(모든 측면이 동일함)이거나 비규칙적일 수 있다.

정밀하게 형상화된 연마 복합체는 지형적으로 구조화된 연마층을 규정하고 전형적으로 조밀한 배열(예를 들어, 어레이)로 배열되며, 여기서 인접한 정밀하게 형상화된 연마 복합체들은 각각의 밑면에서 서로 접촉하지만, 적어도 일부의 인접한 정밀하게 형상화된 연마 복합체들 사이에는 분리가 허용될 수 있다. 지형적으로 구조화된 연마층 내에는 간극(예를 들어, 줄무늬)이 존재할 수 있다.

배킹에 대한 정밀하게 형상화된 연마 복합체의 높이는 전형적으로 적어도 10 마이크로미터 내지 600 마이크로미터의 범위이지만, 그 높이는 더 높거나 더 낮을 수 있다. 더 전형적으로, 배킹에 대한 정밀하게 형상화된 연마 복합체의 높이는 10 마이크로미터 내지 525 마이크로미터의 범위, 또는 심지어 10 마이크로미터 내지 100 마이크로미터의 범위이다.

미세 마무리 용도를 위해서, 지형적으로 구조화된 연마층 내의 정밀하게 형상화된 연마 복합체의 면적 밀도는 제곱센티미터당 적어도 150, 1,500, 또는 심지어 7,800개의 연마 복합체(예를 들어, 제곱인치당 적어도 1,000, 10,000, 또는 심지어 적어도 20,000개의 연마 복합체) 내지 제곱센티미터당 7,800, 11,000개, 또는 심지어 15,000개 만큼의 연마 복합체(제곱인치당 50,000, 70,000, 또는 심지어 100,000개 만큼의 연마 복합체)의 범위이지만, 더 크거나 또는 더 작은 연마 복합체 밀도도 또한 사용될 수 있다.

연마 기술 분야에 알려져 있는 임의의 연마 입자가 연마 복합체에 포함될 수 있다. 유용한 연마 입자의 예는 산화알루미늄, 융해 산화알루미늄, 열처리 산화알루미늄(브라운 산화알루미늄, 열처리 산화알루미늄, 및 백색 산화알루미늄을 포함함), 세라믹 산화알루미늄, 탄화규소, 그린 탄화규소, 알루미나 지르코니아, 크로미아(chromia), 세리아, 산화철, 가닛, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 및 이들의 조합을 포함한다. 수리 또는 마무리 용도를 위해서, 유용한 연마 입자 크기는 전형적으로 적어도 0.01, 0.1, 1, 3 또는 심지어 5 마이크로미터 내지 35, 50, 100, 또는 심지어 200 마이크로미터 이하의 범위이지만, 이러한 범위를 벗어나는 입자 크기가 또한 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 연마 입자의 D₅₀은 적어도 0.01, 0.1, 1, 3 또는 심지어 5 마이크로미터 내지 35, 50, 100 또는 심지어 200 마이크로미터 이하의 범위이지만, 이러한 범위를 벗어나는 D₅₀ 값이 또한 사용될 수 있다.

미국 특허 제4,311,489호(크레스너(Kressner)), 및 미국 특허 제4,652,275호와 미국 특허 제4,799,939호(둘 모두는 블뢰처(Bloecher) 등)에 기재된 바와 같이, 연마 입자는 (결합제 이외의 것에 의해서) 함께 결합되어 응집체를 형성할 수 있다.

연마 입자는 표면 처리될 수 있다. 일부 경우에, 표면 처리는 결합제에 대한 접착성을 증가시키거나 또는 연마 입자의 연마 특성을 변경시키는 것 등을 할 수 있다. 표면 처리의 예에는 커플링제, 할라이드 염, 실리카를 포함하는 금속 산화물, 내화 금속 질화물, 및 내화 금속 탄화물이 포함된다.

(피라미드형이든 절두 피라미드형이든) 연마 복합체는 전형적으로 연마 입자와 동일한 차수의 크기를 갖는 희석제 입자를 또한 포함할 수 있다. 이러한 희석제 입자의 예에는 석고, 대리석, 석회석, 부싯돌(flint), 실리카, 유리 버블, 유리 비드, 및 알루미늄 실리케이트가 포함된다.

연마 입자는 결합제 중에 분산되어 연마 복합체를 형성한다. 가교결합된 중합체성 결합제는 일반적으로 대응하는 경화성 결합제 전구체로부터 형성된다. 구조화된 연마 물품의 제조 동안, 경화성 결합제 전구체는 경화 공정에 도움이 되는 에너지 공급원에 노출된다. 에너지 공급원의 예에는 열 에너지와, 전자빔, 자외선 광 및 가시 광을 포함하는 방사 에너지가 포함된다.

경화 중에, 경화성 결합제 전구체는 가교결합된 중합체성 재료를 형성하여 고형화된 결합제로 변환된다. 완전히 경화할 필요는 없지만 경화성 결합제 전구체의 고형화가 일어나기에 충분하게 경화되면, 연마 복합체가 형성된다.

두 가지 주 부류의 열경화성 수지, 축합 경화성 및 첨가 중합성 수지가 있다. 첨가 중합성 수지는 방사 에너지에 대한 노출에 의해 쉽게 경화되기 때문에 유리하다. 첨가 중합성 수지는 양이온 기작(cationic mechanism) 또는 자유 라디칼 기작(free radical mechanism)을 통해 중합될 수 있다. 이용되는 에너지 공급원 및 결합제 전구체의 화학적 특성에 따라, 중합 개시를 돕기 위해 경화제, 개시제, 또는 촉매가 가끔 바람직하다.

전형적인 결합제 전구체의 예에는 페놀 수지, 우레아-포름알데히드 수지, 아미노플라스트 수지, 우레탄 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 시아네이트 수지, 아이소시아누레이트 수지, 아크릴레이트 수지(예를 들어, 아크릴레이트화 우레탄, 아크릴레이트화 에폭시, 에틸렌계 불포화 화합물, 펜던트 알파, 베타-불포화 카르보닐 기를 갖는 아미노플라스트 유도체, 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트 기를 갖는 아이소시아누레이트 유도체, 및 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트 기를 갖는 아이소시아네이트 유도체), 비닐 에테르, 에폭시 수지, 및 이들의 조합이 포함된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 둘 모두를 포함한다.

페놀 수지가 본 발명에 적합하며 우수한 열적 특성, 입수 가능성(availability), 및 상대적으로 낮은 가격 및 취급 용이성을 갖는다. 두 가지 유형의 페놀계 수지, 레졸(resole) 및 노볼락(novolac)이 있다. 레졸 페놀 수지는 포름알데히드 대 페놀의 몰 비가 1:1 이상, 전형적으로 약 1.5:1.0 내지 3.0:1.0이다. 노볼락 수지는 포름알데히드 대 페놀의 몰비가 1:1 미만이다. 구매 가능한 페놀 수지의 예에는 미국 텍사스주 달라스 소재의 옥시덴탈 케미칼즈 코포레이션(Occidental Chemicals Corp.)의 상표명 "두레즈(DUREZ)" 및 "바르쿰(VARCUM)"; 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 몬산토 컴퍼니(Monsanto Co.)의 "레지녹스(RESINOX)"; 및 미국 오하이오주 더블린 소재의 애쉬랜드 스페셜티 케미칼 컴퍼니(Ashland Specialty Chemical Co.)의 "에어로펜(AEROFENE)" 및 "아로탑(AROTAP)"으로 알려진 것들이 포함된다.

아크릴레이트화 우레탄은 전형적으로 하이드록시-말단 NCO-연장된 폴리에스테르 또는 폴리에테르의 (더 많거나 더 적은 아크릴레이트 작용기를 가질 수 있지만) 다이아크릴레이트 에스테르이다. 구매 가능한 아크릴레이트화 우레탄의 예는 모튼 티오콜 케미칼(Morton Thiokol Chemical)의 상표명 "유비탄(UVITHANE) 782", 미국 조지아주 스미르나 소재의 UCB 라드큐어(UCB Radcure)의 "CMD 6600", "CMD 8400" 및 "CMD 8805"로 입수 가능한 것들을 포함한다.

아크릴레이트화 에폭시는 에폭시 수지의 다이아크릴레이트 에스테르, 예를 들어, 비스페놀 A 에폭시 수지의 다이아크릴레이트 에스테르이다. 구매 가능한 아크릴레이트화 에폭시의 예에는 UCB 라드큐어로부터 상표명 "CMD 3500", "CMD 3600", 및 "CMD 3700"으로 입수 가능한 것들이 포함된다.

에틸렌계 불포화 수지는 탄소, 수소, 및 산소 원자, 및 선택적으로 질소 및 할로겐을 포함하는 단량체성 및 중합체성 화합물 둘 모두를 포함한다. 산소 또는 질소 원자 또는 둘 모두는 일반적으로 에테르, 에스테르, 우레탄, 아미드, 및 우레아 기에 존재한다. 에틸렌계 불포화 화합물은 바람직하게는 분자량이 약 4,000 g/몰 미만이고, 바람직하게는 지방족 모노하이드록시기 또는 지방족 폴리하이드록시기를 포함하는 화합물과 불포화 카르복실산, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 크로톤산, 아이소크로톤산, 말레산 등의 반응으로부터 만들어진 에스테르이다. 아크릴레이트 수지의 대표적인 예는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 스티렌, 다이비닐벤젠, 비닐 톨루엔, 에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 메타크릴레이트, 헥산다이올 다이아크릴레이트, 트라이에틸렌 글리콜 다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이아크릴레이트, 글리세롤 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 메타크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트를 포함한다. 다른 에틸렌계 불포화 수지는 카르복실산의 모노알릴, 폴리알릴, 및 폴리메트알릴 에스테르 및 아미드, 예를 들어 다이알릴 프탈레이트, 다이알릴 아디페이트, 및 N,N-다이알릴아디프아미드를 포함한다. 또 다른 질소 함유 화합물은 트리스(2-아크릴로일-옥시에틸)아이소시아누레이트, 1,3,5-트라이(2-메티아크릴옥시에틸)-s-트라이아진, 아크릴아미드, 메틸아크릴아미드, N-메틸아크릴아미드, N,N-다이메틸아크릴아미드, N-비닐피롤리돈, 및 N-비닐피페리돈을 포함한다.

아미노플라스트 수지는 분자 또는 올리고머 당 적어도 하나의 펜던트 알파, 베타-불포화 카르보닐 기를 갖는다. 이러한 불포화 카르보닐 기는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 또는 아크릴아미드 유형의 기일 수 있다. 이러한 재료의 예에는 N-(하이드록시메틸)아크릴아미드, N,N'-옥시다이메틸렌비스아크릴아미드, 오르토- 및 파라-아크릴아미도메틸레이트화 페놀, 아크릴아미도메틸레이트화 페놀 노볼락, 및 이들의 조합이 포함된다. 이러한 재료는 미국 특허 제4,903,440호 및 미국 특허 제5,236,472호 (둘 모두는 키르크(Kirk) 등)에 추가로 기재되어 있다.

적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트 기를 갖는 아이소시아누레이트 유도체 및 적어도 하나의 펜던트 아크릴레이트 기를 갖는 아이소시아네이트 유도체는 미국 특허 제4,652,274호(뵈트허(Boettcher) 등)에 추가로 기재되어 있다. 아이소시아누레이트 재료의 일 예는 트리스(하이드록시에틸) 아이소시아누레이트의 트라이아크릴레이트이다.

에폭시 수지는 하나 이상의 옥시란 고리(들)를 가지며 고리 개환에 의해 중합된다. 이러한 에폭사이드 수지는 단량체성 에폭시 수지 및 올리고머성 에폭시 수지를 포함한다. 유용한 에폭시 수지의 예에는 2,2-비스[4-(2,3-에폭시프로폭시)-페닐 프로판] (비스페놀의 다이글리시딜 에테르) 및 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 레졸루션 퍼포먼스 프로덕츠(Resolution Performance Products)의 상표명 "에폰(EPON) 828", "에폰 1004", 및 "에폰 1001F" 및 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Co.)의 상표명 "DER-331", "DER-332" 및 "DER-334"로 입수 가능한 재료들이 포함된다. 다른 적합한 에폭시 수지에는 다우 케미칼 컴퍼니의 상표명 "DEN-431" 및 "DEN-428"로 구매 가능한 페놀 포름알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르가 포함된다.

본 발명의 에폭시 수지는 적합한 양이온성 경화제의 첨가를 이용한 양이온 기작을 통해 중합될 수 있다. 양이온성 경화제는 산 공급원(acid source)을 발생시켜 에폭시 수지의 중합을 개시한다. 이들 양이온성 경화제는 오늄 양이온 및 금속 또는 준금속(metalloid)의 할로겐 함유 착물 음이온을 갖는 염을 포함할 수 있다.

다른 양이온성 경화제는 유기금속 착물 양이온 및 금속 또는 준금속의 할로겐 함유 착물 음이온을 갖는 염을 포함하며, 이는 미국 특허 제4,751,138호(투메이(Tumey) 등)에 추가로 기재되어 있다. 다른 예는 유기금속 염이고, 오늄 염은 미국 특허 제4,985,340호(팔라쪼또(Palazzotto) 등); 미국 특허 제5,086,086호(브라운-웬슬리(Brown-Wensley) 등) 및 제5,376,428호(팔라쪼또 등)에 기재되어 있다. 또 다른 양이온성 경화제는 금속이 주기율 표의 IVB, VB, VIB, VIIB 및 VIIIB 족 원소로부터 선택되는 유기금속 착물의 이온성 염을 포함하며, 이는 미국 특허 제5,385,954호(팔라쪼또 등)에 기재되어 있다.

자유 라디칼 경화성 수지에 관련하여, 일부 경우에 연마 슬러리가 자유 라디칼 경화제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 전자 빔 에너지 공급원의 경우에는, 전자 빔 그 자체가 자유 라디칼을 발생시키기 때문에 경화제가 항상 필요한 것은 아니다.

자유 라디칼 열 개시제의 예에는 과산화물(peroxide), 예를 들어 벤조일 퍼옥사이드, 아조 화합물, 벤조페논 및 퀴논이 포함된다. 자외선 또는 가시 광 에너지 공급원의 경우, 이러한 경화제는 때때로 광개시제(photoinitiator)로 불린다. 자외선광에 노출되는 경우 자유 라디칼 공급원을 발생시키는 개시제의 예는, 유기 과산화물, 아조 화합물, 퀴논, 벤조페논, 니트로소 화합물, 아크릴 할라이드, 하이드로존, 머갑토 화합물, 피릴륨 화합물, 트라이아크릴이미다졸, 비스이미다졸, 클로로알키트라이아진, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 티옥산톤, 및 아세토페논 유도체, 및 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것들을 포함하지만 이로 한정되는 것은 아니다. 가시광에 노출되는 경우 자유 라디칼 공급원을 발생시키는 개시제의 예는 미국 특허 제4,735,632호(옥스맨(Oxman) 등)에서 찾을 수 있다. 가시광과 함께 사용하기 위한 한 가지 적합한 개시제는 미국 뉴욕주 테리타운 소재의 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터 상표명 "이르가큐어(IRGACURE) 369"로 입수 가능하다.

지형적으로 구조화된 연마층을 제조하기 위하여, 연마 입자, 경화성 결합제 전구체 및 정밀하게 형상화된 연마 복합체에 포함시키기 위한 임의의 첨가 성분을 포함하는 슬러리를 제조하고, 원하는 지형적으로 구조화된 연마층에 대해 상보적인 형상 및 배열의 정밀하게 형상화된 공동(cavity)의 표면을 갖는 생산 공구에 대해 밀어낸다. 이어서, 이 슬러리가 생산 공구의 공동 내에 존재하는 동안 전형적으로 슬러리를 충분히 경화시켜 이를 고형화하고 배킹에 고정한다. 다음으로, 지형적으로 구조화된 연마층이 부착된 배킹을 공구로부터 분리하여 구조화된 연마 물품을 형성한다. 이때 또는 나중에 결합제의 추가적인 경화(예를 들어, 후경화)를 행할 수 있다.

생산 공구는 벨트, 시트, 연속 시트 또는 웨브, 로토그라비어 롤과 같은 코팅 롤, 코팅 롤에 장착된 슬리브, 또는 다이일 수 있다. 생산 공구는 금속(예를 들어, 니켈), 금속 합금 또는 플라스틱으로 구성될 수 있다. 금속 생상 공구는 예를 들어 조각(engraving), 보빙(bobbing), 전기주조, 또는 다이아몬드 선삭(turning)과 같은 임의의 종래 기술에 의해 제조될 수 있다.

열가소성 공구는 금속 마스터 공구로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 생산 공구에 요구되는 역패턴(inverse pattern)을 가질 것이다. 마스터 공구는 생산 공구와 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 마스터 공구는 바람직하게는 금속, 예를 들어 니켈로 제조되고, 다이아몬드 선삭된다. 열가소성 시트 재료는 선택적으로 마스터 공구와 함께 가열될 수 있으며, 그 둘을 함께 가압함으로써 열가소성 재료는 마스터 공구 패턴으로 엠보싱된다. 열가소성 재료를 또한 마스터 공구 상에 압출 또는 주조한 다음 가압할 수 있다. 열가소성 재료를 고형화되도록 냉각하여 생산 공구를 생성한다. 바람직한 열가소성 생산 공구 재료의 예는 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이의 조합을 포함한다. 열가소성 생산 공구가 이용되는 경우, 열가소성 생산 공구를 뒤틀리게 할 수 있는 과다한 열을 발생하지 않도록 주의를 기울여야 한다.

생산 공구는 또한 생산 공구로부터 연마 물품의 보다 용이한 해제(release)가 가능하도록 이형 코팅을 포함할 수 있다. 금속을 위한 이러한 이형 코팅의 예는 경질 탄화물, 질화물 또는 붕화물 코팅을 포함한다. 열가소성 재료를 위한 이형 코팅의 예에는 실리콘 및 불소화합물계 물질이 포함된다.

정밀하게 형상화된 연마 복합체가 배킹에 고정되어 있는 지형적으로 구조화된 연마 물품 및 그 제조 방법에 관한 추가적인 상세 내용은 예를 들어 미국 특허 제5,152,917호(파이퍼(Pieper) 등); 미국 특허 제5,435,816호(스퍼전(Spurgeon) 등); 미국 특허 제5,672,097호(후프만(Hoopman)); 미국 특허 제5,681,217호(후프만 등); 미국 특허 제5,454,844호(히바드(Hibbard) 등); 미국 특허 제5,851,247호(스퇴첼(Stoetzel) 등); 미국 특허 제6,139,594호(킨카이드(Kincaid) 등); 및 공계류 중인 본 출원인의 미국 특허 출원 제11/380,444호(우(Woo) 등)에서 찾을 수 있다.

균일한 또는 불균일한 두께를 가질 수 있으며, 연속적인 또는 불연속적일 수 있는 고형 덧층이 지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분 상에 배치된다. 예를 들어, 고형 덧층은 연속적인 또는 불연속적인 패턴에 따라 지형적으로 구조화된 연마층 상에 배치될 수 있다. 더 전형적으로, 고형 덧층은 지형적으로 구조화된 연마층의 외측 표면(즉, 연마 표면)의 사실상 전체에 배치된다.

고형 덧층은 침식 입자 및 수용성 중합체를 포함한다.

모스 경도가 적어도 4(예를 들어, 모스 경도가 적어도 약 4.8)인 한에는 침식 입자가 예컨대 연마 입자와 관련하여 본 명세서에 기재된 것과 같은 임의의 알려진 연마 재료를 포함할 수 있는데, 이럼으로써 가교결합된 중합체성 결합제를 연마하여 연마 복합체의 연마 입자를 노출시킬 수 있다. 예를 들어, 침식 입자는 탄화규소 또는 산화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

침식 입자는 D₅₀이 연마 입자의 D₅₀보다 작거나 같으며, 더 큰 입자는 공작물에 바람직하지 못한 표면 스크래치를 야기할 수 있기 때문이다. 유사하게는, 침식 입자는 모스 경도가 연마 입자의 적어도 일부분 또는 심지어 전체보다 더 작을 수 있으며, 이는 일반적으로 연마 입자에 비하여 공작물에 대한 침식 입자의 연마 효과를 감소시킨다.

수용성 중합체는 물에 용해 가능하며 전형적인 주위 및/또는 패키징 조건 하에서, 바람직하게는 주위 온도에서 또는 주위 온도보다 약간 높은 온도에서(예를 들어, 25℃에서 및/또는 40℃에서) 고형화되는 임의의 중합체 또는 중합체들의 혼합물일 수 있다. 적합한 수용성 중합체의 예에는 폴리비닐 알코올 (예를 들어, 상대적으로 분자량이낮고/낮거나 가수 분해도가 약 95% 미만인 폴리비닐 알코올), 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(알킬렌 옥사이드) (예를 들어, 폴리에틸렌 옥사이드 및 폴리프로필렌 옥사이드 왁스), 메틸 비닐 에테르와 말레산 무수물의 공중합체, 셀룰로오스 중합체, 구아 검, 아크릴 중합체, 및 이들의 조합이 포함된다.

건조 상태에서 침식 입자를 보유하기에 충분한 수용성 중합체가 존재하는 한, 침식 입자 및 수용성 중합체는 임의의 부피비(예를 들어, 침식 입자와 수용성 중합체를 합한 전체에 대한 침식 입자의 부피비가 5 내지 75%)로 존재할 수 있다.

덧층은 임의의 코팅 중량을 가질 수 있으나, 전형적으로 제곱미터당 3.2 내지 16 그램 (24 제곱인치당 0.05 내지 0.25 그램) 범위의 코팅 중량이 성능 및 비용의 우수한 균형을 제공한다.

전형적으로 덧층은 수용성 중합체가 용해되어 있는 액체 비히클 중의 침식 입자의 분산물로서 지형적으로 구조화된 연마층의 가장 바깥쪽 표면 상에 배치되고, 덧층을 고형화하기 위해 충분한 액체 비히클을 제거하는 (예를 들어, 오븐 내에서의) 건조 단계가 뒤따르지만, 다른 방법을 또한 사용할 수 있다. 액체 비히클은 전형적으로 수성 액체 비히클, 예를 들어, 물, 또는 물과 혼화성 휘발성 유기 용매 또는 용매들(예를 들어, 메탄올, 에탄올, 아이소프로판올, 및/또는 아세톤)의 혼합물이다. 덧층은 지형적으로 구조화된 연마층에 연속적인 또는 불연속적인 층으로서 적용될 수 있으며, 이는 균일하거나 균일하지 않고, 패턴화되거나 또는 그렇지 않을 수 있다. 수용성 중합체가 용해되어 있는 액체 비히클 중의 침식 입자의 분산물을 적용하는 방법은, 예를 들어, 롤 코팅 및 분무를 포함한다.

배킹의 배면(즉, 지형적으로 구조화된 연마층의 반대쪽의 배킹의 면)에는 통상적인 관행에 따라 적절한 정보를 인쇄하여, 예를 들어, 제품 식별 번호, 등급 번호, 및/또는 제조사와 같은 정보를 나타낼 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 연마 복합체를 통해 인쇄물을 읽을 수 있을 만큼 연마 복합체가 충분히 투명한(translucent) 경우, 배킹의 전면에 이러한 동일한 유형의 정보를 인쇄할 수 있다.

본 발명에 따른 구조화된 연마 물품은 예를 들어 랜덤 궤도 샌더와 같은 공구에 고정되는 지지 패드 또는 백업 패드에 구조화된 연마 물품을 고정하는 것을 용이하게 하기 위해 배킹의 제2 주표면에 부착된 부착 계면층을 선택적으로 가질 수 있다. 선택적인 부착 계면층은 접착제(예를 들어, 감압 접착제) 층 또는 양면 접착 테이프일 수 있다.

선택적인 부착 계면층은 적절하게 기능하도록 지지 패드 또는 백업 패드에 부착된 하나 이상의 보완 요소와 함께 작용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 선택적 부착 계면층은 후크-루프 부착구용 루프형 천 (예를 들어, 후크형 구조가 부착된 백업 또는 지지 패드에 사용하기 위한 것), 후크-루프 부착구용 후크형 구조 (예를 들어, 루프형 천이 부착된 백업 또는 지지 패드에 사용하기 위한 것), 또는 연동형(intermeshing) 부착 계면층 (예를 들어, 백업 패드 또는 지지 패드 상의 유사한 버섯형 상호 체결 패스너와 맞물리도록 설계된 버섯형 상호 체결 패스너)을 포함할 수 있다. 이러한 부착 계면층에 관한 추가적인 상세 내용은, 예를 들어, 미국 특허 제4,609,581호(오트(Ott)); 미국 특허 제5,152,917호(파이퍼 등.); 미국 특허 제5,254,194호(오트); 미국 특허 제5,454,844호(히바드 등); 미국 특허 제5,672,097호(후프만); 미국 특허 제5,681,217호(후프만 등); 및 미국 특허 출원 제2003/0143938호(브라운슈바이크(Braunschweig) 등) 및 미국 특허 출원 제2003/0022604호(안넨(Annen) 등)에서 찾을 수 있다.

마찬가지로, 예컨대 미국 특허 제5,672,186호(체슬리(Chesley) 등)에 기재된 바와 같이, 배킹의 제2 주표면은 돌출된 복수의 일체 형성된 후크를 가질 수 있다. 이어서, 이들 후크는 구조화된 연마 물품과, 루프 직물이 부착된 백업 패드 사이의 결합을 제공할 것이다.

본 발명에 따른 구조화된 연마 물품은 함께 사용될 수 있는 임의의 지지 패드의 특정 형상에 따라 임의의 형상, 예를 들어, 원형(예컨대, 디스크), 타원형 또는 직사각형(예컨대, 시트)일 수 있고 톱니칼 에지(scalloped edge)를 가질 수 있거나, 또는 무단 벨트의 형태를 가질 수 있다. 구조화된 연마 물품은 내부에 슬롯 또는 슬릿을 가질 수 있고 구멍(예를 들어, 천공된 디스크)을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 구조화된 연마 물품은 공작물, 특히, 예를 들어, 자동차 도장 또는 클리어 코트와 같은 경질화된 중합체성 층을 갖는 공작물들을 연마하는 데 일반적으로 유용하다.

공작물은 임의의 재료를 포함할 수 있고 임의의 형태를 가질 수 있다. 재료의 예는 금속, 금속 합금, 신종 금속 합금, 세라믹, 도장 표면, 플라스틱, 중합성 코팅, 석재, 다결정질 규소, 목재, 대리석, 및 이의 조합을 포함한다. 공작물의 예는 몰딩되고/되거나 형상화된 물품(예를 들어, 광학 렌즈, 자동차 차체 패널, 선체, 카운터 및 싱크), 웨이퍼, 시트 및 블록을 포함한다.

본 발명에 따른 구조화된 연마 물품은 전형적으로 차량 도장 및 클리어코트(예를 들어, 자동차 클리어코트)와 같은 중합체성 코팅의 수리 및/또는 폴리싱에 유용하며, 그 예에는 폴리아크릴-폴리올-폴리아이소시아네이트 조성물(예를 들어, 미국 특허 제5,286,782호(램(Lamb) 등)에 기재된 것); 하이드록실 작용성 아크릴-폴리올-폴리아이소시아네이트 조성물(예를 들어, 미국 특허 제5,354,797호(앤더슨(Anderson) 등)에 기재된 것); 폴리아이소시아네이트-카르보네이트-멜라민 조성물(예를 들어, 미국 특허 제6,544,593호(나가타(Nagata) 등)에 기재된 것); 및 고체 함량이 높은 폴리실록산 조성물(예를 들어, 미국 특허 제6,428,898호(바르소티(Barsotti) 등)에 기재된 것)이 포함된다.

용도에 따라, 연마 계면에서의 힘은 약 0.1 킬로그램 (㎏) 내지 1000 ㎏ 초과의 범위일 수 있다. 일반적으로, 이러한 범위는 연마 계면에서의 힘이 1 ㎏ 내지 500 ㎏ 사이이다. 또한, 용도에 따라, 연마 중에 액체가 존재할 수 있다. 이러한 액체는 물 및/또는 유기 화합물일 수 있다. 전형적인 유기 화합물의 예는 윤활유, 오일, 유화된 유기 화합물, 절삭 유체, 계면활성제(예를 들어, 비누, 유기설페이트, 설포네이트, 유기포스포네이트, 유기포스페이트), 및 이의 조합을 포함한다. 이들 액체는 또한 소포제, 탈지제, 부식 방지제, 및 그 조합과 같은 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 구조화된 연마 물품을 사용함에 있어서, 바람직하게는 적어도 약간의 물을 포함하는 액체가 연마 공정 동안 연마 계면을 습윤시키는 데 사용된다.

본 발명에 따른 구조화된 연마 물품은 예를 들어 구조화된 연마층에 대체로 수직한 중심 축을 따라 회전하는 회전 공구, 또는 랜덤 궤도를 갖는 공구(예를 들어, 랜덤 궤도 샌더)에 사용될 수 있고, 사용 동안 연마 계면에서 진동할 수 있다. 일부 경우, 이러한 진동으로 인해 연마되고 있는 공작물 상의 표면이 더 미세해 질 수 있다.

본 발명의 목적 및 이점은 하기의 비제한적 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

<실시예>

달리 지시되지 않는 한, 실시예 및 나머지 명세서에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다.

이하의 약어들이 하기 실시예에서 사용된다.

비교예 A

중량부로 규정된 연마 슬러리를 다음과 같이 제조하였다: 13.2부 ACR1, 20.0부 ACR2, 0.5부 DSP1, 2.0부 CPA1, 1.1부 UVI1 및 63.2부 MIN7를 실험실용 에어 믹서를 사용하여 20℃에서 대략 15분 동안 균질하게 분산시켰다. 미국 특허 출원 제11/380,444호(우 등)의 도 2에 도시된 바와 같이, 21 마이크로미터(0.83 밀)의 깊이로 절단된 밑면 폭이 동일한 피라미드형 어레이의 3 × 3 열에 의해 분리된, 밑면 폭 83.8 × 83.8 마이크로미터(3.3 밀 × 3.3 밀) × 깊이 63.5 마이크로미터(2.5 밀)의 11 × 11 열을 갖는 균일하게 분포되고 조밀 패킹되고 교대하는 34도 나선형 절삭된 피라미드형 어레이를 구비한 30.5 ㎝ (12 in) 폭의 미세복제된 폴리프로필렌 공구에 나이프 코팅을 통하여 슬러리를 적용하였다. 공구는 일반적으로 미국 특허 제5,975,987호(후프만 등)의 절차에 따라 대응하는 마스터 롤로부터 준비하였다. 이어서, 슬러리 충전된 폴리프로필렌 공구를 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "MA370M"으로 입수되는 94.2 마이크로미터 (3.71 밀) 두께의 에틸렌 아크릴산 프라이밍된 폴리에스테르 필름의 30.5 ㎝ (12 in) 폭의 웨브 상에 놓고, 닙 롤(25.4 ㎝ (10 in) 폭의 웨브에 대하여 620.5 ㎪ (90 psi)의 닙 압력)을 통과시키고, 웨브를 9.14 m/min (30 ft/min (fpm))으로 이동시키면서 미국 메릴랜드주 게이더스버그 소재의 퓨전 시스템즈 인크.(Fusion Systems Inc.)의 자외선(UV) 램프, 타입 "D" 전구를 이용하여 236 W/㎝ (600 W/in)로 조사하였다. 폴리프로필렌 공구를 에틸렌 아크릴산 프라이밍된 폴리에스테르 필름으로부터 분리하여, 도 3에 도시된 바와 같이 에틸렌 아크릴산 프라이밍된 폴리에스테르 필름에 부착된 완전히 경화된 정밀하게 형상화된 연마층을 얻었다. 필름의 배면(지형적으로 구조화된 연마층의 반대쪽)에 감압 접착제(쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "3M 스카치 브랜드(SCOTCH BRAND) 442KW"로 입수 가능)를 라미네이팅하였다. 이어서, 1.91 ㎝ (0.75 in) 내지 3.18 ㎝ (1.25 in)의 직경 범위의 다양한 디스크 크기를 연마 재료로부터 다이 커팅하였다.

실시예 1

표 1에 보고된 재료 및 양을 사용하여 하기 절차에 따라 부피부(part by volume, pbv) 기준으로 광물 분산물을 제조하였다. 물 중의 BIN1의 20 중량% 용액을 제조하였다. 이 용액에 충분한 MIN1 광물을 첨가하여, 건조 덧층의 총 부피에 대해 광물 함량이 20%가 되게 하였다. pH 약 9에서 THK1을 첨가함으로써 분산물의 점도를 2 내지 3 파스칼-초 범위의 전단 점도로 조절하였다.

비교예 A에서 제조된 30.5 ㎝ (12 인치) 폭의 구조화된 연마 물품(SA1)에 광물 분산물을 롤 코팅을 통해 적용하였다. 코팅된 구조화된 연마재를 65.6℃ (150℉)에서 10분 동안 건조시켰다. 고형 덧층을 갖는 생성된 구조화된 연마 물품을 도 4에 나타냈다.

실시예 2 및 실시예 3과 비교예 B 내지 비교예 D

표 1에 보고된 바와 같이 상이한 중합체를 사용하여 광물 분산물을 제조한 점을 제외하고는, 실시예 1에 기재된 방법에 따라 실시예 2 및 실시예 3과 비교예 B 내지 비교예 D를 제조하였다.

실시예 4 내지 실시예 6과 비교예 E 및 비교예 F

표 1에 보고된 바와 같이 상이한 광물을 광물 분산물에 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1에 기재된 방법에 따라 실시예 4 내지 실시예 6과 비교예 E 및 비교예 F를 제조하였다.

실시예 7 내지 실시예 11

상이한 광물 농도(표 1에 보고된 바와 같음)를 광물 분산물에 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1에 기재된 방법에 따라 실시예 7 내지 실시예 11을 제조하였다.

비교예 G

표1에 보고된 바와 같이, 결합제를 광물 분산물에 사용하지 않은 점을 제외하고는, 실시예 1에 기재된 방법에 따라 비교예 G를 제조하였다.

비교예 H

표 1에 보고된 바와 같이 1 중량%의 SURF1을 광물 분산물에 첨가한 점을 제외하고는, 비교예 G에 기재된 방법에 따라 비교예 H를 제조하였다.

비교예 I

표 1에 보고된 바와 같이 결합제 및 광물을 광불 분산물에 전혀 사용하지 않고 1 중량%의 SURF1을 광물 분산물에 첨가한 점을 제외하고는, 실시예 1에 기재된 방법에 따라 비교예 I를 제조하였다.

수동 닙 제거 평가

실시예 1 및 비교예 A를 주위의 오렌지 필(orange peel)의 수반되는 평탄화(leveling) 없이 자동차 클리어코트 시험 패널 TP1에서의 더스트 닙(dust nib)을 제거(닙 제거)할 수 있는 능력에 대하여 평가하였다. 경화된 클리어코트(TP1)에서의 더스트 닙을 시각적으로 확인하고 물을 가볍게 분무하였다. 평가할 구조화된 연마 물품의 3.18 ㎝ (1.25 인치) 시편(표 1에 보고된 바와 같음)을 백업 패드(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "3M 피니씨-잇 스틱잇 백업 패드, 부품 번호 02345"로 구매 가능한, 경도가 40 내지 60 쇼어 00인 3.18 ㎝ (1.25 인치) 직경의 비닐면 백업 패드)에 부착하고, 이어서 미국 뉴욕주 클라렌스 소재의 딘어브레이드, 인크.(Dynabrade, Inc.)로부터 입수된 공기구동식 랜덤 궤도 샌더, 모델 번호 "57502"에 부착하였다. 하향력(down force)을 생성하기 위해 연마 물품의 중심이 공구 중량을 이용하는 상태로 620 ㎪(90 psi)의 에어 라인 압력을 이용하여 시험 패널 상의 주어진 더스트 닙(외경 1 ㎜ 미만)을 3초의 연마 시간에 연마하였다. 각각의 연마 기간 후에, 아이소프로판올을 사용하여 시험 패널(TP1)을 깨끗이 와이핑하였다. 더스트 닙의 부위에서 연마된 시험 패널의 시각적 검사를 기록하였다. 결과가 표 1 (하기)에 보고되어 있다.

본 명세서에 인용된 특허, 특허 출원 및 공보는 개별적으로 포함되는 것처럼 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있으며, 본 발명은 본 명세서에 설명된 예시적인 실시 형태들로 부당하게 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

Claims

대향하는 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 배킹;
배킹에 고정되고, 정밀하게 형상화된 연마 복합체를 포함하는 지형적으로 구조화된 연마층 - 여기서, 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 가교결합된 중합체성 결합제 중의 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 D₅₀을 가짐 - ; 및
지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분 상에 배치된 고형 덧층 - 여기서, 고형 덧층은 모스 경도가 적어도 4인 침식 입자(eroding particle) 및 수용성 중합체를 포함하고, 침식 입자는 D₅₀이 연마 입자의 D₅₀보다 작거나 같음 - 을 포함하는 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(알킬렌 옥사이드), 메틸 비닐 에테르와 말레산 무수물의 공중합체, 셀룰로오스 중합체, 구아 검, 또는 아크릴 중합체 중 적어도 하나를 포함하는 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올 또는 폴리(비닐피롤리돈) 중 적어도 하나를 포함하는 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 배킹은 필름 배킹을 포함하는 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 침식 입자는 탄화규소 또는 산화알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 침식 입자는 모스 경도가 연마 입자의 적어도 일부분보다 더 작은 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 고형 덧층은 연속적인 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 높이가 배킹에 대하여 10 내지 525 마이크로미터의 범위인 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 배킹의 제2 주표면에 부착된 부착 계면층을 추가로 포함하는 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 가교결합된 중합체성 결합제는 아크릴계 물질, 페놀계 물질, 에폭시, 우레탄, 시아네이트, 아이소시아누레이트, 아미노플라스트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 포함하는 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 연마 입자는 산화알루미늄, 융해 산화알루미늄, 열처리 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄, 탄화규소, 그린(green) 탄화규소, 알루미나-지르코니아, 세리아, 산화철, 가넷, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조화된 연마 물품.
제1항에 있어서, 연마 입자는 D₅₀이 0.01 내지 200 마이크로미터의 범위인 구조화된 연마 물품.
제1항의 구조화된 연마 물품의 지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분을 물의 존재 하에 공작물과 마찰 접촉시키는 단계; 및
공작물 또는 지형적으로 구조화된 연마층 중 적어도 하나를 다른 하나에 대해 움직여서 공작물 표면의 적어도 일부분을 연마하는 단계를 포함하는, 공작물을 연마하는 방법.
대향하는 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 배킹과,
배킹에 고정되고, 정밀하게 형상화된 연마 복합체를 포함하는 지형적으로 구조화된 연마층 - 여기서, 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 가교결합된 중합체성 결합제 중의 연마 입자를 포함하고, 연마 입자는 D₅₀을 가짐 - 을 포함하는 구조화된 연마 물품을 제공하는 단계; 및
지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분 상에 고형 덧층 - 여기서, 고형 덧층은 모스 경도가 적어도 4인 침식 입자 및 수용성 중합체를 포함하고, 침식 입자는 D₅₀이 연마 입자의 D₅₀보다 작거나 같음 - 을 배치하는 단계를 포함하는, 구조화된 연마 물품을 제조하는 방법.
제14항에 있어서, 고형 덧층을 배치하는 상기 단계는:
침식 입자, 수용성 중합체 및 액체 비히클을 포함하는 액체 혼합물을 지형적으로 구조화된 연마층의 적어도 일부분 상에 코팅하는 단계; 및
충분한 양의 액체 비히클을 제거하여 고형 덧층을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(알킬렌 옥사이드), 메틸 비닐 에테르와 말레산 무수물의 공중합체, 셀룰로오스 중합체, 구아 검, 또는 아크릴 중합체 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올 또는 폴리(비닐피롤리돈) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제14항에 있어서, 침식 입자는 모스 경도가 연마 입자의 적어도 일부분보다 더 작은 방법.
제14항에 있어서, 정밀하게 형상화된 연마 복합체는 높이가 배킹에 대하여 10 내지 525 마이크로미터의 범위인 방법.
제14항에 있어서, 부착 계면층을 배킹의 제2 주표면에 부착하는 단계를 추가로 포함하는 방법.