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技術 不織布研磨材製品

出願人 スリーエムカンパニー
発明者 山原通宏
出願日 1998年1月19日 (22年2ヶ月経過) 出願番号 1998-007672
公開日 1999年8月3日 (20年7ヶ月経過) 公開番号 1999-207848
状態 特許登録済
技術分野 研磨体及び研磨工具 積層体(2)
主要キーワード 樹脂系結合剤 重合樹脂材 衝撃緩和性 結合剤マトリックス オープン構造 低弾性率材料 渦巻形 有機ポリマー繊維
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課題

結合剤層研磨中研磨粒子を強固に保持し、使用寿命延長された不織布研磨材製品を提供すること。

解決手段

無作為に並べられた繊維から構成される不織布と;該不織布の繊維の表面に接着される衝撃緩和性粒子を含有してその上に結合剤層を提供する結合剤と;該結合剤層に部分的に埋没して接着される研磨粒子とを、有する不織布研磨材製品であって、該衝撃緩和性粒子が、弾性体材料でなるコア部と結合剤マトリックスと良好な相溶性を示す樹脂材料でなるシェル部とから成るコア−シェルゴム粒子である不織布研磨材製品。

概要

背景

不織布のような基材と、基材の表面上に設けられた結合剤層と、その少なくとも一部が結合剤層に埋没して基材の表面上に設けられている研磨粒子とを有する不織布研磨材製品は当業者に広く知られている。そして、かかる不織布研磨材製品の使用寿命延長するため種々の努力がなされている。

特公昭56−15896号公報には、結合剤層としてゴム結合剤を用いる不織布研磨材製品が記載されている。同55−40385号公報には、結合剤層として樹脂系結合剤とゴム系結合剤との混合物を用いる不織布研磨材製品が記載されている。

米国特許第2,958,593号には、高い空隙率を有するオープン構造低密度不織布を用い、結合剤層として樹脂系結合剤を用いる不織布研磨材製品が記載されている。同第4,437,271号には、複数の不織布研磨材製品が脱離可能に積層され、劣化した表面を適宜脱離させて新規研磨面を使用することが可能な不織布研磨材製品が記載されている。

特公平6−71705号公報(米国特許第4,609,380号)には、結合剤マトリックス中に研磨粒子を固定した砥石車であって、結合剤がポリエステルポリウレタンとこれと混和性重合体とのブレンドを含有してなる砥石車が記載されている。特表平8−510175号公報(米国特許第5,306,319号)には、結合剤マトリックス中に有機ポリマー繊維及び研磨粒子等を固定した表面処理用製品であって、結合剤がポリウレタンプレポリマーアミン化合物との反応生成物である表面処理用製品が記載されている。米国特許第5,573,844号には、不織布と伸縮防止有孔補強織地伸縮性結合剤層とを有してなる表面仕上げ用品が記載されている。

特公平3−55270号公報には、繊維質マトリックスとその中に支持された研磨材アグロメレートとを含む研磨用品であって、研磨材アグロメレートが研磨粒子と結合剤とでなる研磨用品が記載されている。特開平8−225715号公報には、エポキシ樹脂混合物窒化ホウ素粉末コアシェル型ゴム粒子とを添加してなるエポキシ樹脂組成物が記載されている。

特開平9−194571号公報にはコア−シェル型ゴム粒子を含有する(フルオレン化合物組合わせを含有する)硬化性エポキシ樹脂組成物が開示されている。特開平9−59482号公報にはコア−シェル型ゴム粒子を含有するフェノール樹脂組成物が開示されている。

米国特許第4753986号にはコア−シェル型ゴム粒子を含有するPET又はPBT樹脂組成物が開示されている。米国特許第3856883号には架橋剤としてコア−シェル型ゴム粒子を含有する硬化性樹脂組成物が開示されている。

不織布研磨材製品の使用寿命は、研磨中に結合剤層が研磨粒子を長時間保持することにより延長される。従って、結合剤層は、研磨中に研磨粒子にかかる応力及び衝撃力対抗して研磨粒子を強固に保持する必要がある。

結合剤層が研磨粒子を強固に保持するための一手段は、結合剤層の弾性率を上げることである。しかしながら、単に結合剤層の弾性率を上げただけでは研磨中に研磨粒子にかかる衝撃を緩和できず、研磨粒子が結合剤層から容易に脱落する。その結果、不織布研磨材製品の使用寿命は短くなる。

研磨中に研磨粒子にかかる応力及び衝撃力に対抗して結合剤層が研磨粒子を強固に保持するためには、結合剤層は一定以上の弾性率と耐衝撃性とを併せ持つ必要がある。

研磨中に研磨粒子にかかる衝撃を緩和するためには、結合剤層に弾性や可撓性を有する材料を用いる手段、及び高弾性率の結合剤マトリックスにゴム粒子のような低弾性率材料を添加するアロイ化法等がある。

しかしながら、SBR及びNBRのようなゴム系結合剤でなる結合剤層は軟らかすぎて研磨粒子の保持が不十分である。また、ゴム系結合剤と樹脂系結合剤とのブレンドでなる結合剤層は、一般に両樹脂の相溶性が悪いため不均質であり、強度に劣り、研磨粒子の保持が不十分である。アロイ化法においても、添加される低弾性率材料は、一般に、結合剤マトリックスとの相溶性が悪いため、それを含む結合剤層の弾性率が低下し、研磨粒子の保持が不十分となる。

概要

結合剤層が研磨中に研磨粒子を強固に保持し、使用寿命が延長された不織布研磨材製品を提供すること。

無作為に並べられた繊維から構成される不織布と;該不織布の繊維の表面に接着される衝撃緩和性粒子を含有してその上に結合剤層を提供する結合剤と;該結合剤層に部分的に埋没して接着される研磨粒子とを、有する不織布研磨材製品であって、該衝撃緩和性粒子が、弾性体材料でなるコア部と結合剤マトリックスと良好な相溶性を示す樹脂材料でなるシェル部とから成るコア−シェルゴム粒子である不織布研磨材製品。

目的

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは、結合剤層が研磨中に研磨粒子を強固に保持し、使用寿命が延長された不織布研磨材製品を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
1件

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請求項1

無作為に並べられた繊維から構成される不織布と;該不織布の繊維の表面に接着される衝撃緩和性粒子を含有してその上に結合剤層を提供する結合剤と;該結合剤層に部分的に埋没して接着される研磨粒子とを、有する不織布研磨材製品であって、該衝撃緩和性粒子が、弾性体材料でなるコア部と結合剤マトリックスと良好な相溶性を示す樹脂材料でなるシェル部とから成るコア−シェルゴム粒子である不織布研磨材製品。

請求項2

前記衝撃緩和性粒子が平均粒子直径0.1〜10μmを有する請求項1記載の不織布研磨材製品。

請求項3

前記衝撃緩和性粒子が、結合剤マトリックス100重量部に対して5〜15重量部の量で含有される請求項1記載の不織布研磨材製品。

技術分野

0001

本発明は金属、プラスチック、及び木材のような材料を研磨するための不織布研磨材製品に関し、特に、結合剤層中に衝撃緩和性粒子を含有する不織布研磨材製品に関する。

背景技術

0002

不織布のような基材と、基材の表面上に設けられた結合剤層と、その少なくとも一部が結合剤層に埋没して基材の表面上に設けられている研磨粒子とを有する不織布研磨材製品は当業者に広く知られている。そして、かかる不織布研磨材製品の使用寿命延長するため種々の努力がなされている。

0003

特公昭56−15896号公報には、結合剤層としてゴム結合剤を用いる不織布研磨材製品が記載されている。同55−40385号公報には、結合剤層として樹脂系結合剤とゴム系結合剤との混合物を用いる不織布研磨材製品が記載されている。

0004

米国特許第2,958,593号には、高い空隙率を有するオープン構造低密度不織布を用い、結合剤層として樹脂系結合剤を用いる不織布研磨材製品が記載されている。同第4,437,271号には、複数の不織布研磨材製品が脱離可能に積層され、劣化した表面を適宜脱離させて新規な研磨面を使用することが可能な不織布研磨材製品が記載されている。

0005

特公平6−71705号公報(米国特許第4,609,380号)には、結合剤マトリックス中に研磨粒子を固定した砥石車であって、結合剤がポリエステルポリウレタンとこれと混和性重合体とのブレンドを含有してなる砥石車が記載されている。特表平8−510175号公報(米国特許第5,306,319号)には、結合剤マトリックス中に有機ポリマー繊維及び研磨粒子等を固定した表面処理用製品であって、結合剤がポリウレタンプレポリマーアミン化合物との反応生成物である表面処理用製品が記載されている。米国特許第5,573,844号には、不織布と伸縮防止有孔補強織地伸縮性結合剤層とを有してなる表面仕上げ用品が記載されている。

0006

特公平3−55270号公報には、繊維質マトリックスとその中に支持された研磨材アグロメレートとを含む研磨用品であって、研磨材アグロメレートが研磨粒子と結合剤とでなる研磨用品が記載されている。特開平8−225715号公報には、エポキシ樹脂混合物窒化ホウ素粉末コアシェル型ゴム粒子とを添加してなるエポキシ樹脂組成物が記載されている。

0007

特開平9−194571号公報にはコア−シェル型ゴム粒子を含有する(フルオレン化合物組合わせを含有する)硬化性エポキシ樹脂組成物が開示されている。特開平9−59482号公報にはコア−シェル型ゴム粒子を含有するフェノール樹脂組成物が開示されている。

0008

米国特許第4753986号にはコア−シェル型ゴム粒子を含有するPET又はPBT樹脂組成物が開示されている。米国特許第3856883号には架橋剤としてコア−シェル型ゴム粒子を含有する硬化性樹脂組成物が開示されている。

0009

不織布研磨材製品の使用寿命は、研磨中に結合剤層が研磨粒子を長時間保持することにより延長される。従って、結合剤層は、研磨中に研磨粒子にかかる応力及び衝撃力対抗して研磨粒子を強固に保持する必要がある。

0010

結合剤層が研磨粒子を強固に保持するための一手段は、結合剤層の弾性率を上げることである。しかしながら、単に結合剤層の弾性率を上げただけでは研磨中に研磨粒子にかかる衝撃を緩和できず、研磨粒子が結合剤層から容易に脱落する。その結果、不織布研磨材製品の使用寿命は短くなる。

0011

研磨中に研磨粒子にかかる応力及び衝撃力に対抗して結合剤層が研磨粒子を強固に保持するためには、結合剤層は一定以上の弾性率と耐衝撃性とを併せ持つ必要がある。

0012

研磨中に研磨粒子にかかる衝撃を緩和するためには、結合剤層に弾性や可撓性を有する材料を用いる手段、及び高弾性率の結合剤マトリックスにゴム粒子のような低弾性率材料を添加するアロイ化法等がある。

0013

しかしながら、SBR及びNBRのようなゴム系結合剤でなる結合剤層は軟らかすぎて研磨粒子の保持が不十分である。また、ゴム系結合剤と樹脂系結合剤とのブレンドでなる結合剤層は、一般に両樹脂の相溶性が悪いため不均質であり、強度に劣り、研磨粒子の保持が不十分である。アロイ化法においても、添加される低弾性率材料は、一般に、結合剤マトリックスとの相溶性が悪いため、それを含む結合剤層の弾性率が低下し、研磨粒子の保持が不十分となる。

発明が解決しようとする課題

0014

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは、結合剤層が研磨中に研磨粒子を強固に保持し、使用寿命が延長された不織布研磨材製品を提供することにある。

課題を解決するための手段

0015

本発明は、無作為に並べられた繊維から構成される不織布と;該不織布の繊維の表面に接着される衝撃緩和性粒子を含有してその上に結合剤層を提供する結合剤と;該結合剤層に部分的に埋没して接着される研磨粒子とを、有する不織布研磨材製品であって、該衝撃緩和性粒子が、弾性体材料でなるコア部と結合剤マトリックスと良好な相溶性を示す樹脂材料でなるシェル部とから成るコア−シェルゴム粒子である不織布研磨材製品を提供するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

発明を実施するための最良の形態

0016

本発明で用いる不織布は、多数のフィラメントを結合させて成る嵩高のシート材料であり、不織布研磨材製品の基材として当業者によく知られている材料である。代表的な不織布は、例えば、特公平3−55270号公報第10欄第10行から同第11欄第25行に記載されている。

0017

本発明で用いるのに好ましい不織布は3〜500デニール程度の太さを有するナイロン又はポリエステル熱可塑性有機フィラメントから形成された、厚さ2〜50mmのものである。

0018

結合剤層は、結合剤でなる層である。結合剤とは、不織布と研磨粒子とを結合する実質的に硬質の有機及び無機材料をいう。例えば、フェノール樹脂尿素ホルムアルデヒド樹脂セラック(shellac)、エポキシ樹脂イソシアヌレートポリウレタン獣皮にかわ等を例示できる。

0019

本発明の結合剤層は特定の衝撃緩和性粒子を含有する。これは、結合剤層に耐衝撃性を付与して研磨中に研磨粒子にかかる衝撃を緩和するためである。

0020

しかしながら、それにより結合剤層の弾性率が低下すると、研磨粒子の保持が不十分となり、却って不織布研磨材製品の使用寿命が短くなる。従って、結合剤層の弾性率低下が最低となるよう結合剤マトリックスの樹脂及び衝撃緩和性粒子の組合わせを選択する必要がある。

0021

結合剤層に衝撃緩和性粒子を含有させた場合でも結合剤層の弾性率を低下させないためには、結合剤マトリックスと衝撃緩和性粒子の表面とが、親和し、より好ましくは相溶する必要がある。つまり、結合剤マトリックスと衝撃緩和性粒子の表面とは同質の樹脂材料で構成することが好ましい。

0022

本発明で結合剤マトリックスに用いるのに好ましい樹脂はアクリル系樹脂ウレタン系樹脂エポキシ系樹脂フェノール系樹脂、及びこれらの混合物である。特に好ましい樹脂はアクリル系樹脂である。このアクリル系樹脂は、硬化剤等を含み、熱硬化することにより結合剤マトリックスを形成する。

0023

アクリル系樹脂としては、メタクリル酸エステルを主成分とし、これにスチレン酢酸ビニルアクリロニトリルシリコーン系やフッソ系のモノマーを共重合させたものが使用できる。

0024

硬化剤としては、イソシアネート系化合物、及びブチル化メラミン及びフルエータルメラミンのようなメラミン系化合物等が挙げられ、これらの2種以上を併用することもできる。

0025

衝撃緩和性粒子として好ましいものは、弾性体材料でなるコア部と結合剤マトリックスと良好な相溶性を示す樹脂材料でなるシェル部とから成るコア−シェルゴム粒子である。コア部はスチレン−ブタジエンゴム水素化スチレン−ブタジエンゴム、アクリルゴム等からなる。シェル部はアクリル樹脂組成物への分散性のよいポリメチルメタクリレートポリメチルメタクリレート−スチレン)、ポリ(メチルメタクリレート−グリシジルメタクリレート)等からなる。

0026

例えば、結合剤マトリックスとしてウレタンアクリル混合樹脂を用いる場合はシェル部がポリメチルメタクリレート及びグリシジルメタクリレートを含む樹脂でなるコア−シェルゴム粒子を用いることが好ましい。又、結合剤マトリックスとしてエポキシ樹脂を用いる場合はシェル部がポリメチルメタクリレートを含む樹脂でなるコア−シェルゴム粒子を用いることが好ましい。

0027

このようなコア−シェルゴム粒子は、まず、ゴム原料となるモノマーを乳化重合してゴム粒子を形成し、このゴム粒子に樹脂モノマーグラフト重合し、次いで得られたラテックスを安定化することにより製造できる。

0028

ゴム粒子でなるコア部は、ブタジエン、スチレン、水素化スチレン、メチルメタクリレート、及びエチルメタクリレートのような原料モノマーを、架橋剤、連鎖移動剤及び乳化剤のような通常の添加剤と共に水中に入れ、40〜95℃の温度で撹拌しながら反応させて形成する。粒子寸法平均粒子直径100〜600nm程度に調節することが好ましい。

0029

このゴム粒子分散体を撹拌しながら、その中に、メチルメタクリレート、スチレン、及びグリシジルメタクリレートのような樹脂モノマーと上述のような添加剤とを滴下し、その後、撹拌を続けて、コア部の上に重合樹脂材料でなるシェル部を形成する。ついで、安定剤を添加し、塩析及び酸析のような造粒処理を行って粒子寸法を平均粒子直径100〜200μm程度に調節する。固形分を水洗脱水、及び乾燥することにより、コア−シェルゴム粒子の粉末が得られる。

0030

コア−シェルゴム粒子は、東京都中央区の呉羽化学工業(株)より「パライド」、大阪市区の化学工業(株)より「カネエース」、東京都千代田区の日本ゼオン(株)より「ハイブレン」等の商品名で市販されており、これらを用いてもよい。

0031

本発明の結合剤に含有させるコア−シェルゴム粒子は、粒子直径が0.1〜10μm、好ましくは0.1〜1μm程度である。調製又は購入したコア−シェルゴム粒子の粉末が多数の粒子の集合体であってこれ以上の寸法である場合は、粉砕して用いればよい。

0032

コア−シェルゴム粒子の粒子直径が0.1μmを下回ると粒子が凝集し易くなり、結合剤マトリックス中への分散が不均一になる。10μmを上回ると衝撃緩和性粒子としての効果が無くなる。

0033

コア−シェルゴム粒子は結合剤マトリックス100重量部に対して1〜20重量部、好ましくは5〜15重量部の量で含有させる。コア−シェルゴム粒子の含有量が1重量部を下回ると衝撃緩和性の改善ができず、従来品と同様に脱粒が生じる。20重量部を上回ると基本樹脂の特性が失われ、一般的に研磨材バインダーとして特に要求される耐久性が低下する。

0034

本発明で用いる研磨粒子は当業界で通常用いられるものである。典型的には、酸化アルミニウム炭化珪素窒化珪素酸化ジルコニウム酸化クロム酸化鉄ダイヤモンド立方体窒化ホウ素アルミナジルコニア及びエメリー等が挙げられる。粒子寸法は平均粒子直径4〜500μm(JIS36〜3000番)のものが好ましい。

0035

本発明の不織布研磨材製品は、当業者に周知の方法により作製できる。例えば、まず、未硬化結合剤樹脂に衝撃緩和性粒子、研磨粒子及び溶剤を加えて十分均一に分散させて結合剤組成物を作製する。不織布の表面上に、この結合剤組成物を所定の厚さに塗布し、メイク被覆とする。この上に研磨粒子を均一に散布して付着させた後、メイク被覆を加熱して乾燥硬化させる。

0036

以下の実施例(研磨材料として研磨シートを用いた例)により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。実施例中特に明示しない限り「部」は重量基準である。

0037

実施例1
東京都中央区の呉羽化学工業社製コア−シェルゴム粒子「クレハパラロイドEXL2314」で、一次粒子直径が0.5μmのものを用いる。このコア−シェルゴム粒子10部、東京都中央区の旭電化工業社ウレタン樹脂「アデカニューエース#50」50部、東京都新宿区の日立化成工業社製アクリル樹脂「ヒタロイド3088」50部、大阪市淀川区の武田薬品工業社製イソシアネート硬化剤タケネートA3」34部、埼玉県久喜市のゴードー溶剤社製プロピレングリコールモノメチルエーテルアセトンPGM−AC)とメチルイソブチルケトンとの1:1(重量比)混合物336部を三本ロールミルを用いて十分に混練した。

0038

この結合剤組成物を、住友3M社製の15デニールのナイロン6,6でなる目付150g/m2、厚さ10mm、直径10cmの円形の不織布の両面にスプレー方式を用いて塗布した。乾燥塗布量は380g/m2とした。

0039

このメイク被覆層の上に、粒子寸法(ANSI)#60のシリコンカーバイドミネソタマイニングアンドマニュファクチュアリング社製研磨粒子)800部を、スキャター方式を用いて均一に散布して付着させた。その後、この材料をオーブンに入れ、150℃で10〜30分加熱して、結合剤層を硬化させた。

0040

得られた不織布研磨材製品は直径10cm、及び厚さ10mmの研磨ホイールである。この不織布研磨材製品の耐久性及び研磨性試験した。結果を表1に示す。

0041

耐久性は、不織布研磨材製品を用いて研磨ピースを所定の条件で5分間研磨し、研磨の前後における不織布研磨材製品の重量の変化(g/m2)により評価した。この値は研磨により不織布研磨材製品から脱落した研磨粒子の量を示す。

0042

研磨ピースとして直径10mmの銅片を用いた。研磨条件荷重25g/cm2、研磨速度200rpmとした。

0043

研磨性は、不織布研磨材製品を用いて研磨ピースを所定の条件で25分間研磨し、研磨の前後における研磨ピースの重量の変化(g)により評価した。この値は研磨された研磨ピースの量を示す。研磨ピース及び研磨条件は耐久性試験と同一とした。

0044

実施例2
平均粒子直径0.1μmのコア−シェルゴム粒子を7重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0045

実施例3
平均粒子直径10μmのコア−シェルゴム粒を7重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0046

実施例4
平均粒子直径0.1μmのコア−シェルゴム粒子を14重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0047

実施例5
平均粒子直径10μmのコア−シェルゴム粒子を14重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0048

比較例1
平均粒子直径0.01μmのコア−シェルゴム粒子を27重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0049

比較例2
平均粒子直径0.01μmのコア−シェルゴム粒子を10重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0050

比較例3
平均粒子直径100μmのコア−シェルゴム粒子を10重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0051

比較例4
平均粒子直径0.1μmのコア−シェルゴム粒子を27重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0052

比較例5
平均粒子直径10μmのコア−シェルゴム粒子を27重量部の量で用いること以外は実施例1と同様にして不織布研磨材製品を調製し、試験した。結果を表1に示す。

0053

実施例耐久性(g/m2)研磨性(g)
1 8〜14 150〜180
2 12〜18 160〜180
3 12〜18 160〜200
4 6〜10 90〜130
5 6〜10 100〜150
比較1 31〜55 50〜120
比較2 15〜25 80〜120
比較3 20〜25 80〜110
比較4 5〜14 50〜110
比較5 5〜14 70〜130

0054

以上の結果より、所定の粒子直径のコア−シェルゴム粒子を所定量含有する本発明の不織布研磨材製品は、これらの条件を満たさないものと比較して研磨初期における脱粒量が少なく、良好な研磨性能が長時間持続する。

0055

かかる特性の向上は、上記研磨ディスクシートばかりでなく、渦巻形式、ラミネート形式、及びフラップ形式のような研磨ブラシ等においても確認されている。

発明の効果

0056

結合剤層が研磨中に研磨粒子を強固に保持し、使用寿命が延長された不織布研磨材製品が提供された。

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