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【発明の名称】 タイコートを有する放射線硬化性研磨製品および製法
【発明者】 【氏名】ウィリアム・エル・ストーツェル

【氏名】スコット・アール・カラー

【要約】 【課題】研磨製品を製造する方法および該方法により得られる製品が提供される。

【構成】この方法には次の工程が含まれる:第1の主要面を有するバッキングを提供する工程;バッキングの第1の主要面を、第1の放射線硬化性成分を含むタイコートプレカーサでコーティングする工程;バッキングの第1の主要面にタイコートプレカーサをコーティングした後、その第1の主要面上に研磨剤スラリーを塗布する工程、ただし、研磨剤スラリーには複数の研磨剤粒子とバインダプレカーサとが含まれ、更に、バインダプレカーサには第2の放射線硬化性成分が含まれる;タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程;および、バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させて研磨製品を形成する工程、ただし、研磨製品には、バッキングと、研磨剤層と、バッキングと研磨剤層との間に配置されたタイコートと、が含まれる。好ましくは、この方法は構造化研磨製品を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)バッキングの第1の主要面を、第1の放射線硬化性成分を含むタイコートプレカーサでコーティングする工程と;
(b)該タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程と;
(c)該バッキングの第1の主要面に研磨剤スラリーを塗布する工程と;
(d)該バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させて研磨製品を形成する工程と;
を包含し、
該研磨剤スラリーには複数の研磨剤粒子とバインダプレカーサとが含まれ、更に、該バインダプレカーサには第2の放射線硬化性成分が含まれる、研磨製品の製造方法。
【請求項2】
(a)バッキングの第1の主要面を、第1の放射線硬化性成分を含むタイコートプレカーサでコーティングする工程と;
(b)該バッキングの第1の主要面に研磨剤スラリーを塗布する工程と;
(c)該タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程と、該バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程とを実質的に同時に行って、研磨製品を形成する工程と;
を包含し、
該研磨剤スラリーには複数の研磨剤粒子とバインダプレカーサとが含まれ、更に、該バインダプレカーサには第2の放射線硬化性成分が含まれる、研磨製品の製造方法。
【請求項3】
(a)前記バッキングに前記研磨剤スラリーを塗布する工程が、
(i)製造装置の接触面上に前記研磨剤スラリーを塗布する工程と;
(ii)該製造装置の接触面上の前記研磨剤スラリーと前記バッキングの第1の主要面とを接触させる工程と;
を含み、しかも
(b)前記バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させて研磨製品を形成する工程が、
(i)前記バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させて、造形された取扱適正のある構造物を形成する工程と;
(ii)造形された取扱適正のある該構造物を該製造装置から分離して研磨製品を形成する工程と;
を包含する、請求項1または2記載の方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、放射線硬化性研磨製品に関し、より詳細には、研磨剤層とバッキングとの接着を増強するタイコートを有する構造化研磨製品に関する。
【背景技術】
【0002】
長年にわたり、布バッキングを備えた被覆研磨製品では、動物グルー;澱粉;ラテックス;フェノール系処理剤コートまたはフェノール/ラテックス系処理剤コートなどの熱硬化性樹脂、から成る1つ以上の処理剤コートと、研磨剤コーティング中の熱硬化フェノール系バインダと、が利用されてきた。これらの組合せにより、一般的には、処理剤コートと布バッキング中の繊維との間、および研磨剤バインダと処理剤コートとの間の良好な接着が得られる。近年、いくつかの被覆研磨製品、特に、特許文献1および特許文献2に開示されている構造化研磨製品では、研磨剤層中において、フェノール系バインダの代わりにアクリレート系バインダなどの放射線硬化性バインダ系が使用され始めている。
【特許文献1】米国特許第5,152,917号明細書(Pieperら)
【特許文献2】米国特許第5,435,816号明細書(Spurgeonら)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
いくつかの用途に対して、従来のバッキング処理剤コート(例えば、含浸剤コート、プレサイズコートなど)と、これらの新しい放射線硬化性バインダとの接着性は、期待するほど強力ではなく、個々の研磨用途にもよるが、シェリングを生じることがある。特に、連続製造法を使用して研磨製品を製造する場合かつ比較的製造速度が速い場合に、こうしたシェリングを生じる。従って、処理済み布バッキング上でアクリレート系バインダなどの放射線硬化性バインダが利用でき、しかも比較的速い処理速度で連続製造法を使用しても良好な接着性が得られる系が必要である。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、研磨製品の製造方法を提供する。この方法には次の工程が含まれる:すなわち、第1の主要面を有するバッキングを提供する工程;バッキングの第1の主要面を、第1の放射線硬化性成分を含むタイコートプレカーサでコーティングする工程;バッキングの第1の主要面にタイコートプレカーサをコーティングした後、その第1の主要面上に研磨剤スラリーを塗布する工程、ただし、研磨剤スラリーには複数の研磨剤粒子とバインダプレカーサとが含まれ、更に、バインダプレカーサには第2の放射線硬化性成分が含まれる;タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程;および、バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させて研磨製品を形成する工程、ただし、研磨製品には、バッキングと、研磨剤層と、バッキングと研磨剤層との間に配置されたタイコートと、が含まれる。好ましくは、硬化工程は、放射線エネルギーを使用して行われる。
【0005】
タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程は、研磨剤スラリーを塗布する工程の前に行うことができる。このほか、タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程と、研磨剤スラリー中に含まれるバインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程とを実質的に同時に行ってもよい(すなわち、この方法の中の同じ硬化工程中に行ってもよい)。従って、バッキングの第1の主要面に研磨剤スラリーを塗布する場合、タイコートプレカーサは、未硬化のままでもよいし、少なくとも部分的に硬化させてもよいし、あるいは実質的に硬化させてもよい。従って、「タイコートバッキング」という用語は、本明細書中で使用する場合、研磨剤スラリーがコーティングされるバッキングを意味し、バッキングが、未硬化のタイコートプレカーサ、部分的に硬化されたタイコートプレカーサ、または実質的に硬化されたタイコートプレカーサでコーティングされる実施態様を包含するものとする。
【0006】
好ましくは、タイコートプレカーサとバインダプレカーサには、アクリレート官能性化合物が含まれる。より好ましくは、これらのプレカーサにはそれぞれ、アクリレートモノマと、少なくとも1つのアクリレートペンダント基を有するイソシアヌレート誘導体とが含まれる。特に好ましい実施態様において、タイコートプレカーサは、研磨剤スラリー中のバインダプレカーサと同じ組成を有する。
【0007】
本発明はまた、次の工程を含む、研磨製品の製造方法を提供する。すなわち、第1の主要面を有する処理済み布バッキングを提供する工程;処理済み布バッキングの第1の主要面を、第1の放射線硬化性成分を含有するタイコートプレカーサでコーティングする工程;接触面を有する放射線エネルギー透過性製造装置を提供する工程;製造装置の接触面上に研磨剤スラリーを塗布する工程、ただし、研磨剤スラリーには複数の研磨剤粒子とバインダプレカーサとが含まれ、更に、バインダプレカーサには第2の放射線硬化性成分が含まれる;バッキングの第1の主要面にタイコートプレカーサをコーティングした後、その第1の主要面上に、製造装置の接触面上の研磨剤スラリーを接触させる工程;タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程;製造装置を介して放射線エネルギーを透過させ、バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させることにより、造形された取扱適正のある構造物を形成する工程;および造形された取扱適正のある構造物を製造装置から分離して研磨製品を形成する工程、ただし、研磨製品には、処理済み布バッキングと、研磨剤層と、処理済み布バッキングと研磨剤層との間に配置されたタイコートと、が含まれる。本明細書中で使用する場合、造形された取扱適正のある構造物とは、製造装置により付形された凹凸パターンを実質的に消失することなく製造装置から取り出すのに十分な程度に固化されるように、研磨剤スラリー中に含まれるバインダプレカーサが少なくとも部分的に硬化された研磨剤スラリーを意味する。
このほかに、第1の主要面を有する布バッキングと;布バッキングの第1の主要面上の放射線硬化されたタイコートと;放射線硬化されたタイコート上の研磨剤層であって、しかも、放射線硬化されたバインダ中に複数の研磨剤粒子を分散してなる研磨剤層と;を含む研磨製品が提供される。好ましくは、この製品は構造化研磨製品である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明は、研磨剤層と、バッキング、好ましくは布バッキング、より好ましくは処理済み布バッキングと、の接着性が改良された研磨製品の製造方法を提供する。この方法は、好ましくは、連続法として行われ、特に、比較的速い速度で行われる場合に有利である。この方法には、バッキングをタイコートプレカーサでコーティングする工程と;タイコートが施されたバッキングに、研磨剤粒子とバインダプレカーサとを含有する研磨剤スラリーを塗布する工程と;タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させる工程と;バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させて研磨製品を形成する工程と、が含まれる。タイコートプレカーサは、研磨剤スラリーの塗布前に、少なくとも部分的に硬化させることもできるし、バインダプレカーサと実質的に同時に、少なくとも部分的に硬化させることもできる。タイコートプレカーサには、研磨剤スラリー中で使用されるバインダプレカーサと同じように、放射線硬化性成分が含まれるが、これらの成分は同じであっても異なっていてもよい。好ましくは、タイコートプレカーサは、研磨剤スラリー中で使用されるバインダプレカーサと同じ成分を有する。
【0009】
典型的には、米国特許第5,152,917号(Pieperら)および同第5,435,816号(Spurgeonら)に開示されている構造化研磨製品などのスラリー被覆研磨製品は、連続製造法により作製される。これらの製品では、研磨剤スラリーの中で、典型的には連続法において放射線エネルギーを用いて硬化されるアクリレート系バインダプレカーサなどの放射線硬化性バインダ系が使用されている。しかしながら、この方法の実施速度は、硬化された研磨剤スラリー(すなわち、研磨剤層)とバッキングとの間で得られる接着のレベルによる制約を受ける可能性がある。典型的には、研磨剤スラリーとバッキングとの適切な接着を保証するために、15.5メートル/分未満の速度が使用される。しかしながら、これよりも速い速度では、研磨剤スラリーの接着性が低下する傾向を示し、特定の用途に対しては望ましくない可能性もある。
【0010】
放射線硬化性の系から調製されたタイコートを使用すると、研磨剤スラリー中のバインダプレカーサおよび場合によりタイコートプレカーサを部分的に硬化させる場合、特に、少なくとも約25メートル/分の研磨剤製造ライン速度、好ましくは、少なくとも約50メートル/分のライン速度、より好ましくは、少なくとも約75メートル/分のライン速度、更には、約100メートル/分程度の速い造ライン速度において、研磨剤層とバッキングとの接着が著しく改良される。本明細書中で使用する場合、「ライン速度」とは、バッキングに研磨剤スラリーを塗布する工程と、研磨剤スラリーのバインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化する工程とを含むコーティングプロセスの間にバッキングが移動する速度を意味する。「ライン速度」に関与するコーティングプロセスには、タイコートプレカーサを塗布する工程と、タイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化する工程とが含まれていてもよい。すなわち、研磨剤スラリーを塗布する際に、タイコートプレカーサを塗布して少なくとも部分的に硬化することもできるが、これらの工程を、先行するコーティングプロセスの中に行って、タイコートの施されたバッキングを保存しておき、後から研磨剤スラリーの塗布を行ってもよい。
【0011】
本発明の方法により製造される研磨製品は、研磨剤粒子をバインダ中に分散してなるほぼ連続した層を提供するようにバッキング上にコーティングされた研磨剤スラリーから作製される。本明細書中では、このような製品を、被覆研磨製品、より詳細には、スラリー被覆研磨製品と記す。研磨剤層とバッキングとの接着を増強するために、場合により1つ以上の処理剤コートで被覆されたバッキングと、研磨剤層との間にタイコートが配置される。研磨剤層は、平滑面、テクスチャ面、エンボス面、構造面などを有していてもよい。
【0012】
このようなスラリー被覆研磨製品を製造する1つの特に好ましい方法では、研磨剤スラリーを型の中に入れて複数の個々に造形された研磨剤プレカーサ複合体を形成し、次いで、バッキングと接触させ、その後、装置から取り出せるように少なくとも部分的に硬化し、造形された取扱適正のある構造物を形成する。本明細書中では、こうして得られた製品を、造形研磨剤複合体を含む構造化研磨製品と記す。個々の造形研磨剤複合体は、研削中に加工品と接触する加工面を有する三次元構造である。
【0013】
これらの造形研磨剤複合体は「正確に」造形されることが好ましい。これは、複合体の形状が、種々の側面の交点により規定される明瞭な終点を有する明確なエッジ長の明確に規定されたエッジを境界として結合された比較的平滑な側面によって規定されることを意味する。「境界とする」または「境界の」という用語は、各研磨剤複合体の実際の三次元形状の境界を決めて、その形状を規定する、各複合体の露出した面およびエッジを意味する。これらの境界は、走査型電子顕微鏡を用いて研磨製品の断面を観測すれば、容易に見分けることができる。これらの境界は、たとえ複合体がそれらの底部で共通の縁に沿って互いに当接する場合であっても、それぞれの複合体を互いに分離し、かつ識別する。これと比較して、正確な形状をもたない研磨剤複合体では、境界およびエッジが明確に規定されない。こうした例としては、硬化の完了する前に研磨剤複合体が垂れ下がる場合が挙げられる。場合によっては、予め決められたパターンまたは配列でバッキング上に研磨剤複合体を配置することが好ましい。
【0014】
図1を参照すると、構造化研磨製品10には、前面12と背面13を備えたバッキング11が含まれる。バッキングには更に、バッキングをコーティングする任意のバックフィルコート14、およびバッキングの前面12に適用される任意のプレサイズコート15が含まれていてもよい。構造化研磨剤層17とバッキング11との接着を増強するために、バッキング11(場合に応じて、バックフィルコート14、プレサイズコート15、またはこれらの両方のコートで被覆されていてもよい)と構造化研磨剤層17との間にタイコート16が配置される。構造化研磨剤層17には、バインダ20中に複数の研磨剤粒子19を分散してなる研磨剤複合体18が含まれる。
【0015】
バッキング
本発明の研磨製品に使用されるバッキングは、前面および背面(すなわち、第1の主要面および第2の主要面)を有し、従来の研磨剤バッキングで普通に使用される任意の好適な材料が利用できる。このような材料としては、例えば、下地処理の施されたおよび施されていないポリマフィルム、布、紙、バルカンファイバ、不織布ウェブ、およびこれらの組合せが挙げられる。バッキングにはまた、バッキングをシールするためにおよび/またはバッキングの物理的性質を改質するために、1種または複数種の処理剤が含まれていてもよい。これらの処理剤は当該技術分野で周知であるが、以下でより詳細に説明する。
【0016】
本発明の好ましいバッキングは、布バッキングである。布には、縦方向すなわち機械方向の糸と、横方向すなわち垂直方向の糸が含まれる。布バッキングは、織布バッキング、ステッチ式バッキング、または横糸挿入バッキングのいずれであってもよい。織布組織を有するものとしては、例えば、縦糸と横糸が4対1で織られた朱子織、3対1で織られた綾織、1対1で織られた平織、および2対1で織られた太綾織が挙げられる。ステッチ式布または横糸挿入バッキングでは、横糸と縦糸は編み込まれずに、互いに2つの別々の方向に向いている。縦糸は横糸の上部に置かれ、ステッチ糸によりまたは接着剤により互いに固定される。
【0017】
布バッキング中の糸は、天然布バッキング、合成布バッキング、またはこれらの組合せであってもよい。糸は、撚り糸であっても加工糸であってもよい。天然糸としては、例えば、綿、大麻、カポック、亜麻、サイザル麻、ジュート、マニラ、およびこれらの組合せなどのセルロース系材料が挙げられる。合成糸としては、例えば、ポリエステル糸、ポリプロピレン糸、ガラス糸、ポリビニルアルコール糸、ポリイミド糸、芳香族ポリアミド糸、再生セルロース糸(レーヨン糸など)、ナイロン糸、ポリエチレン糸、およびこれらの組合せが挙げられる。本発明の好ましい糸は、ポリエステル糸、ナイロン糸、ポリエステルと綿の混合糸、セルロース糸、および芳香族ポリアミド糸である。
【0018】
ポリエステル糸は、二価アルコールとテレフタル酸とのエステル反応から調製される長鎖ポリマから作製される。好ましくは、このポリマは、ポリ(エチレンテレフタレート)の線状ポリマである。ポリエステル糸には3つの主要なタイプ:すなわち、リング紡績糸、オープンエンド糸、およびフィラメント糸がある。リング紡績糸は、ポリエステル糸を連続的にドラフトし、糸を撚り、更に、糸をボビンに巻き取ることによって作製される。オープンエンド糸は、スライバまたはロービングから直接作製される。一連のポリエステルロービングをほぐし、すべてのロービングを紡績機中で連続的に一体化させて、連続糸を形成する。フィラメント糸は、長く連続した繊維で、典型的には、フィラメント糸は、ポリエステル糸を非常に僅かに加撚した糸または加撚していない糸である。
【0019】
繊維の繊度は、約2000デニール未満、好ましくは約100〜1500デニールでなければならない。糸のサイズは、約1500〜12,000メートル/キログラムの範囲内になければならない。被覆研磨布バッキングに対しては、生布の重量、すなわち、未処理布または原布の重量は、約0.1〜1†kg/m2の範囲内、好ましくは約0.1〜0.75kg/m2の範囲内であろう。未処理「J」重量布は、典型的には、約130〜195kg/m2の重量を有し、「X」重量布は、典型的には、約200〜245kg/m2の重量を有し、「Y」重量布は、典型的には、約270〜330kg/m2の重量を有する。布バッキングはまた、大きな表面積をもたなければならない。
【0020】
被覆研磨布バッキングは、染色、延伸、糊抜き、またはヒートセットを施してもよい。このほか、布バッキング中の糸は、プライマ、染料、顔料、または湿潤剤を含んでいてもよい。布バッキングにはまた、含浸剤コート、プレサイズコート、バックサイズコート、サブサイズコート、バックフィルコート、フロントフィルコートなどの様々な処理剤コートが施されていてもよい。本明細書中で使用する場合、「処理済み」布バッキングという用語は、少なくとも1つのこうした処理剤コートを有する布バッキングを意味する。この処理済み布バッキングには、追加のコーティングが施されていない布、例えば、糊抜きまたはヒートセットされた布は含まれない。
【0021】
好ましくは、布バッキングには、これらの処理剤コートのうちの少なくとも1つが含まれる。これらの処理剤コートの目的は、バッキングをシールすることおよび/またはバッキング中の糸または繊維を保護すること、伸びを低減すること、耐熱性を向上させること、防湿性を向上させること、可撓性を調節すること、および/または接着性を改良することである。これらの処理剤コートを1つ以上追加すると、バッキングの前面または背面が「より平滑な」面になる。
【0022】
これらの処理剤コートのうちのいずれか1つを布バッキングに塗布した後、得られた処理済み布バッキングを熱処理またはカレンダ処理にかけることができる。熱処理は、オーブン中に配置された幅出機のフレームを用いて行うことができる。このほか、バッキングを加熱ホットカンを介して処理してもよい。カレンダ処理工程を行うと、表面の荒さがなくなり、典型的には、表面の平滑性が増大するだろう。
【0023】
従来の布処理剤としては、含浸剤コート、プレサイズコート、バックサイズコート、バックフィルコート、フロントフィルコートなどとしての利用のいかんにかかわらず、種々の澱粉、デキストリン、動物グルー、尿素ホルムアルデヒド樹脂、ポリ(ビニルアルコール)およびポリ(酢酸ビニル)の樹脂およびラテックス、エチルセルロース、ニトリルラテックス、スチレン/ブタジエンラテックス、ビニルおよびゴムラテックス、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、アクリレート樹脂、アクリル系ラテックス、ウレタン樹脂、ビニルエーテル官能性樹脂、ならびにこれらの組合せが含まれる。本発明のタイコートプレカーサ中で使用される放射線硬化性材料と併用するための好ましい布処理剤としては、ポリ(ビニルアセテート)ラテックス、ニトリルラテックス、スチレン/ブタジエンラテックス、アクリル系ラテックス、フェノール系樹脂、およびこれらの組合せが挙げられる。本発明のタイコートプレカーサ中で使用される放射線硬化性材料と併用するための特に好ましい布処理剤としては、アクリル系ラテックス、フェノール系樹脂、およびこれらの組合せが挙げられる。好適なアクリル系ラテックスは、次のような物理的性質:すなわち、約-50℃〜約+40℃、好ましくは約-5℃〜約+35℃のガラス転移温度;約1.38MPaを超える、好ましくは約6.89MPaを超える引張強度;および約10%を超える、好ましくは約5000%未満の、より好ましくは約250%〜1000%の伸び、を有するラテックスである。このようなアクリル系ラテックスは、オハイオ州ClevelandのB.F. Goodrich Co.、ペンシルヴェニア州BristolのAtoHaas North America, Inc.、Air Products and Chemicals, Inc.、Reichhold Chemical Co.から市販されている。好適なフェノール系樹脂は、水混和性で、所定のアクリル系ラテックスと共に連続した均質フィルムを形成する。このようなフェノール系樹脂は、テキサス州DallasのOccidental Chemical Corp.、オハイオ州ColumbusのGeorgia Pacific Resins, Inc.、オハイオ州ColumbusのAshland Chemical Co.、ミズーリ州St. LouisのMonsanto、およびドイツLetmatheのBakeliteから市販されている。
【0024】
タイコートおよびバインダ系
本発明の研磨製品中の研磨剤層で使用されるバインダ系は、バインダプレカーサから形成される。タイコートは、タイコートプレカーサから形成される。両方とも、固化可能な未硬化かつ流動性の樹脂系接着剤を含有する。両方とも、同じ成分を含んでいてよいし、異なる成分を含んでいてもよいが、ただし、両方とも以下の成分を含むものとする。固化は、硬化(すなわち、重合および/または架橋)により、あるいは乾燥(すなわち、液体の除去)および硬化により行うことができる。バインダプレカーサおよびタイコートプレカーサは、有機溶剤系組成物、水系組成物、または固形分100%の(すなわち、実質的に溶剤を含まない)組成物であってもよい。すなわち、バインダおよびタイコートは、固形分100%の配合物から形成してもよいし、溶剤(例えば、ケトン、テトラヒドロフラン、または水)を用いてコーティングし、続いて乾燥および硬化を行ってもよい。溶剤を使用する場合、プレカーサの他の成分と反応せず、しかも、例えば熱により除去できる溶剤が使用されるが、ただし、必ずしも完全に除去する必要はない。好ましくは、タイコートプレカーサとバインダプレカーサはいずれも、実質的に溶剤を含有しない(すなわち、溶剤の含有量が約1重量%未満である)固形分100%の配合物である。
【0025】
バインダプレカーサとタイコートプレカーサは、硬化オリゴマ/ポリマ材料を非可逆的に形成することができ、「熱硬化性」プレカーサと呼ばれることもある。「熱硬化性」プレカーサという用語は、本明細書中では、熱、および/または電子ビーム、紫外線、可視光線などの他のエネルギー源を作用させたとき、あるいは化学触媒、湿気などを作用させたとき、非可逆的に硬化する反応性を有する系を意味する。「反応性」という用語は、重合、架橋、または両方によって互いに反応するバインダプレカーサおよびタイコートプレカーサの成分を意味する。これらの成分は、樹脂として記載することもある。本明細書中で使用する場合、「樹脂」という用語は、モノマ、オリゴマ、ポリマ、またはこれらの組合せを含有する多分散系を意味する。
【0026】
研磨剤バインダおよびタイコートを形成するための好適な材料は、放射線を用いて硬化できる反応性成分(すなわち、架橋可能および/または重合可能な成分)を含んでなるプレカーサである。本明細書中では、これらの材料を放射線硬化性材料と記す。本明細書中で使用する場合、「放射線硬化性」とは、紫外線、可視光線、電子ビーム、またはこれらの組合せに暴露したときの樹脂系の重合および/または架橋、場合により、適切な触媒または開始剤を併用したときの樹脂系の重合および/または架橋、に関与する硬化機構を意味する。典型的には、2つのタイプの放射線硬化機構が存在する。すなわち、遊離基硬化機構およびカチオン硬化機構である。これらの硬化機構には、通常、1段階の硬化機構または1つのタイプの硬化機構が含まれる。本発明の研磨製品の中で使用するための好適な材料は、遊離基硬化性材料であるが、遊離基硬化性材料とカチオン硬化性材料の混合物を硬化して、両方の系の望ましい性質を得ることもできる。更に、放射線硬化可能な材料を含有する系であるかぎり、以下に説明するようなデュアル硬化系およびハイブリッド硬化系を使用することも可能である。
【0027】
カチオン系において、カチオン光開始剤は、紫外光/可視光に反応して分解し、酸触媒(例えば、プロトン酸またはルイス酸)を生成する。酸触媒は、イオン機構を介して架橋反応を進展させる。エポキシ樹脂、特に脂環式エポキシ樹脂は、カチオン硬化に使用される最も一般的な樹脂であるが、芳香族エポキシ樹脂およびビニルエーテル系オリゴマを使用することもできる。更に、エポキシ樹脂を用いたカチオン硬化において、ポリオールを連鎖移動剤および柔軟剤として使用することもできる。また、Eckberg et al., 「エポキシシロキサンのUV硬化」, Radiation Curing in Polymer Science and Technology: Volume IV, Practical Aspects and Applications, Fouassier and Rabek, eds., Elsevier Applied Science, NY, Chapter 2, 19-49 (1993)に開示されているエポキシシロキサンを、カチオン光開始剤を用いて硬化することもできる。カチオン光開始剤としては、アリールスルホニウム塩などのオニウムカチオンの塩、ならびに鉄アレーン系などの有機金属塩が挙げられる。カチオン光開始剤の例は、米国特許第4,751,138号(Tumeyら)および同第4,985,340号(Palazzotti)ならびに欧州特許出願第306,161号および同第306,162号に開示されている。
【0028】
遊離基系において、放射線は、不飽和材料の重合を開始させる反応性の高い種を非常に迅速にかつ制御下で発生させる。遊離基硬化性材料としては、例えば、アクリレート樹脂、α,β不飽和カルボニルペンダント基を有するアミノプラスト誘導体、少なくとも1つのアクリレートペンダント基を有するイソシアヌレート誘導体、少なくとも1つのアクリレートペンダント基を有するイソシアネート誘導体、不飽和ポリエステル(例えば、有機二酸とグリコールとの縮合生成物)、および他のエチレン系不飽和化合物、ならびにこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの遊離基硬化性の系は、放射線エネルギーを用いて硬化できるが、系の中に遊離基の供給源(例えば、ペルオキシドまたはアゾ化合物)があるかぎり、熱エネルギーを用いて硬化することもできる。従って、「放射線硬化性」という用語、より詳細には、「遊離基硬化性」という用語は、それらの用語の範囲内に、熱エネルギーを用いて硬化することもでき、しかも遊離基硬化機構が関与する系をも含む。これとは対照的に、「放射線硬化」という用語は、放射線エネルギーに暴露することにより硬化させた系を意味する。
【0029】
本発明に使用するための好適なアクリレート樹脂としては、単官能性および多官能性アクリレートモノマ、ならびにアクリレート化ウレタン(すなわち、ウレタンアクリレート)、アクリレート化エポキシ(すなわち、エポキシアクリレート)、アクリレート化ポリエステル(すなわち、ポリエステルアクリレート)、アクリレート化アクリル、およびアクリレート化ポリエーテル(すなわち、ポリエーテルアクリレート)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。本明細書中で使用する場合、「アクリレート」化合物および「アクリレート官能性」化合物という用語は、モノマ、オリゴマ、またはポリマにかかわらず、アクリレートおよびメタクリレートの両方を含む。
【0030】
好適な単官能性アクリレートモノマとしては、例えば、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、イソオクチルアクリレート、オキセチル化フェノールアクリレート、イソボルニルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ビニルピロリドン、2-フェノキシエチルアクリレート、2-(エトキシエトキシ)エチルアクリレート、エチレングリコールメタクリレート、テトラヒドロキシフルフリルアクリレート(THFアクリレート)、カプロラクトンアクリレート、およびメトキシトリプロピレングリコールモノアクリレートが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好適な多官能性アクリレートモノマとしては、例えば、トリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリトリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリトリトールトリメチルアクリレート、グリセロールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、テトラメチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジアクリレートねエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ペンタエリトリトールテトラアクリレート、ペンタエリトリトールテトラメタクリレート、および1,6-ヘキサンジアクリレートが挙げられるが、これらに限定されるものではない。このような化合物は、商品名EBECRYLとしてジョージア州SmyrnaのUCB Radcure Inc.から、商品名PHOTOMERとしてニュージャージー州HobokenのHenkel Corp.から、更に、商品名SARTOMERとしてペンシルヴェニア州West ChesterのSartomer Co.から市販されている。好ましくは、タイコートプレカーサ組成物およびバインダプレカーサ組成物には多官能性アクリレートモノマが含まれる。
【0031】
アクリレート化ウレタンは、ヒドロキシ末端イソシアネート伸長ポリエステルまたはポリエーテルのジアクリレートエステルである。アクリレート化ウレタンは、脂肪族であっても芳香族であってもよいが、屋外暴露の影響を受けにくいという点でアクリレート化脂肪族ウレタンが好ましい。市販のアクリレート化ウレタンとしては、例えば、商品名PHOTOMER (例えば、PHOTOMER 6010)としてニュージャージー州HobokenのHenkel Corp.から市販されている化合物;商品名EBECRYL 220 (分子量1000の六官能性芳香族ウレタンアクリレート)、EBECRYL 284 (分子量1200の脂肪族ウレタンジアクリレートを1,6-ヘキサンジオールジアクリレートで希釈したもの)、EBECRYL 4827 (分子量1600の芳香族ウレタンジアクリレート)、EBECRYL 4830 (分子量1200の脂肪族ウレタンジアクリレートをテトラエチレングリコールジアクリレートで希釈したもの)、EBECRYL 6602 (分子量1300の六官能性芳香族ウレタンアクリレートをトリメチロールプロパンエトキシトリアクリレートで希釈したもの)、およびEBECRYL 8402 (分子量1000の脂肪族ウレタンジアクリレート)としてジョージア州SmyrnaのUCB Radcure Inc.から市販されている化合物;商品名SARTOMER (例えば、SARTOMER 9635、9645、9655、963-B80、966-A80など)としてペンシルヴェニア州West ChesterのSartomer Co.から市販されている化合物;ならびに商品名UVITHANE (例えば、UVITHANE 782)としてイリノイ州ChicagoのMorton Internationalから市販されている化合物;が挙げられる。
【0032】
アクリレート化エポキシは、エポキシ樹脂のジアクリレートエステルであり、例えば、ビスフェノールAエポキシ樹脂のジアクリレートエステルが挙げられる。市販のアクリレート化エポキシとしては、例えば、商品名EBECRYL 600 (分子量525のビスフェノールAエポキシジアクリレート)、EBECRYL 625 (分子量550のエポキシノボラックアクリレート)、およびEBECRYL 860 (分子量1200のエポキシ化大豆油アクリレート)としてジョージア州SmyrnaのUCB Radcure Inc.から市販されている化合物;ならびに商品名PHOTOMER 3016 (ビスフェノールAエポキシジアクリレート)、PHOTOMER 3038 (エポキシアクリレート/トリプロピレングリコールジアクリレートのブレンド)、PHOTOMER 3071 (改質ビスフェノールAアクリレート)などとしてニュージャージー州HobokenのHenkel Corp.から市販されている化合物;が挙げられる。
【0033】
アクリレート化ポリエステルは、アクリル酸と、二塩基酸/脂肪族/ジオール系ポリエステルと、の反応生成物である。市販のアクリレート化ポリエステルとしては、例えば、商品名PHOTOMER 5007 (分子量2000の六官能性アクリレート)、PHOTOMER 5018 (分子量1000の四官能性アクリレート)、およびPHOTOMER 5000シリーズに属する他のアクリレート化ポリエステルとしてニュージャージー州HobokenのHenkel Corp.から市販されている化合物;ならびに商品名EBECRYL 80 (分子量1000の四官能性改質ポリエステルアクリレート)、EBECRYL 450 (脂肪酸改質ポリエステルヘキサアクリレート)、およびEBECRYL 830 (分子量1500の六官能性ポリエステルアクリレート)、としてジョージア州SmyrnaのUCB Radcure Inc.から市販されている化合物;が挙げられる。
【0034】
アクリレート化アクリルは、後続の反応のために遊離基を生成可能な反応性のアクリル酸のペンダント基または末端基を有するアクリル系オリゴマまたはポリマである。市販のアクリレート化アクリルとしては、例えば、商品名EBECRYL 745、754、767、1701、および1755としてジョージア州SmyrnaのUCB Radcure Inc.から市販されている化合物が挙げられる。
【0035】
少なくとも1つのアクリレートペンダント基を有するイソシアヌレート誘導体および少なくとも1つのアクリレートペンダント基を有するイソシアネート誘導体については、米国特許第4,652,274号(Boetcherら)に更に説明されている。本発明の好ましいバインダプレカーサおよびタイコートプレカーサとしては、少なくとも1つのアクリレートペンダント基を有するイソシアヌレート誘導体が挙げられる。好ましいイソシアヌレートは、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリアクリレートである。
【0036】
アミノプラスト樹脂は、分子またはオリゴマ1つ当たり少なくとも1つのα,β不飽和カルボニルペンダント基を有する。これらの不飽和カルボニル基は、アクリレートタイプの基、メタクリレートタイプの基、またはアクリルアミドタイプの基のいずれであってもよい。アクリルアミド基を有する樹脂としては、例えば、N-(ヒドロキシメチル)-アクリルアミド、N,N'-オキシジメチレンビスアクリルアミド、オルト-およびパラ-アクリルアミドメチル化フェノール、アクリルアミドメチル化フェノールノボラック、グリコールウリルアクリルアミド、アクリルアミドメチル化フェノール、およびこれらの組合せが挙げられる。これらの材料については、米国特許第4,903,440号(Larsonら)、同第5,055,113号(Larsonら)、および同第5,236,472号(Kirkら)に更に説明されている。
【0037】
他の好適なエチレン系不飽和樹脂としては、典型的には、エステル基、アクリレート基、およびアミド基を含有するモノマ、オリゴマ、およびポリマの化合物が挙げられる。このようなエチレン系不飽和化合物は、好ましくは、約4,000未満の分子量を有する。こうした化合物は、好ましくは、脂肪族モノヒドロキシ基または脂肪族ポリヒドロキシ基を含有する化合物と;アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸などの不飽和カルボン酸と、の反応により得られるエステルである。アクリレートの代表的な例は、先に記載した通りである。他のエチレン系不飽和樹脂としては、カルボン酸のモノアリル、ポリアリル、およびポリメタリルエステルならびにアミドが挙げられるが、具体的には、ジアリルフタレート、ジアリルアジペート、N,N-ジアリルアジパミド、スチレン、ジビニルベンゼン、ビニルトルエンが含まれる。更に他の化合物としては、トリス(2-アクリロイル-オキシエチル)-イソシアヌレート、1,3,5-トリ(2-メタクリロイルエチル)-s-トリアジン、アクリルアミド、メタクリルアミド、N-メチルメタクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-ビニルピロリドン、およびN-ビニルピペリドンが挙げられる。
【0038】
デュアル硬化樹脂系では、重合または架橋は、同じ反応機構または異なる反応機構のいずれかを介して2つの別々の段階で行われる。ハイブリッド硬化樹脂系では、紫外線/可視光線または電子ビームに暴露すると同時に、2つの機構の重合または架橋が起こる。これらの系で起こりうる化学硬化機構としては、アクリル系二重結合の遊離基重合、スチレンまたは他のモノマの不飽和ポリエステルの遊離基重合、およびビニルエーテルまたはエポキシのカチオン硬化が挙げられるが、これらに限定されるものではない。従って、デュアル硬化系およびハイブリッド硬化系は、例えば、放射線硬化と熱硬化との組合せ、または放射線硬化と湿分硬化との組合せが可能である。電子ビーム硬化と紫外線/可視光線硬化との組合せもまた可能である。硬化機構の組合せは、例えば、1つの構造の上に2つのタイプの官能性を有する材料を混合することにより、または1つのタイプの官能性を有する異なる材料を混合することにより実施可能である。このような系については、Peeters,「放射線硬化におけるデュアル硬化系およびハイブリッド硬化系の概観」, Radiation Curing in Polymer Science and Technology: Volume III, Polymer Mechanisms, Fouassier and Rabek, eds., Elsevier Applied Science, NY, Chapter 6, 177-217 (1993)に説明がある。
【0039】
放射線硬化性材料のうちで、アクリレートは、本発明のバインダプレカーサおよびタイコートプレカーサの中で使用するうえで特に好ましい。このような材料としては、例えば、単官能性または多官能性アクリレート(すなわち、アクリレートおよびメタクリレート)、アクリレート化エポキシ、アクリレート化ポリエステル、アクリレート化芳香族または脂肪族ウレタン、アクリレート化アクリル、アクリレート化シリコーン、およびこれらの組合せまたはブレンドが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの材料は、モノマであってもよいし、または様々な分子量(例えば、100〜2000の重量平均分子量)のオリゴマ(すなわち、典型的には2〜100個のモノマ単位、多くの場合2〜20個のモノマ単位を含有するいくらか小さい分子量のポリマ)であってもよい。
【0040】
光開始剤は、典型的には、本発明の紫外線/可視光線硬化性プレカーサ中に含まれる。光重合開始剤(すなわち、光開始剤)の具体例としては、有機ペルオキシド、アゾ化合物、キノン、ベンゾフェノン、ニトロソ化合物、アクリルハリド、ヒドロゾン、メルカプト化合物、ピリリウム株、トリアクリルイミダゾール、ビスイミダゾール、クロロアルキルトリアジン、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、チオキサントン、およびアセトフェノン、ならびにこれの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。特定の例としては、ベンジル、メチルo-ベンゾエート、ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾフェノン/第三級アミン、アセトフェノン(例えば、2,2-ジエトキシアセトフェノン)、ベンジルメチルケタール、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、2-ベンジル-2-N,N-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-1-ブタノン、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィンオキシド、2-メチル-1-4(メチルチオ)、フェニル-2-モルホリノ-1-プロパン、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)(2,4,4-トリメチルフェニル)ホスフィンオキシドなどが挙げられる。このような光開始剤としては、ニューヨーク州ArdsleyのCiba-Geigy Corp.から商品名DAROCUR 4265(2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オンと2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドとの50:50のブレンド)およびCGI1700(ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチルホスフィンと2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オンとの25:75のブレンド)として入手可能な化合物が含まれる。タイコートプレカーサおよびバインダプレカーサには、上述のライン速度を提供するのに十分な量の光開始剤が含まれる。典型的には、この量は、プレカーサの全組成物を基準に、約0.01重量%〜5重量%の範囲内である。
【0041】
研磨剤粒子
研磨剤粒子の粒子サイズは、典型的には、約0.1〜1500マイクロメートル、好ましくは、0.1〜400マイクロメートルである。好ましくは、研磨剤粒子のMOH硬度は、少なくとも約8、より好ましくは少なくとも約9である。このような研磨剤粒子としては、例えば、褐色酸化アルミニウム、熱処理酸化アルミニウム、および白色酸化アルミニウムなどの溶融酸化アルミニウム;緑色炭化珪素;炭化珪素;クロミア;アルミナジルコニア;ダイヤモンド;酸化鉄;セリア;立方窒化硼素;ガーネット;ゾル-ゲル研磨剤粒子、およびこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0042】
研磨剤粒子という用語にはまた、単一の研磨剤粒子が互いに結合した凝集体が含まれる。研磨剤凝集体については、米国特許第4,311,489号(Kressner)、同第4,652,275号(Bloecherら)、および同第4,799,939号(Bloecherら)に更に説明されている。
【0043】
研磨製品中で使用される研磨剤粒子および/または本発明に従って作製された研磨剤粒子にはまた、表面コーティングが施されていてもよい。表面コーティングにより、研磨製品中の研磨剤粒子とバインダとの間の接着が改良されることが知られている。また、表面コーティングにより、製品の研磨性を改良することができる。このような表面コーティングについては、例えば、米国特許第5,011,508号(Waldら)、同第5,009,675号(Kunzら)、同第4,997,461号(Markhoff-Mathenyら)、同第5,213,951号(Celikkayaら)、同第5,085,671号(Martinら)、および同第5,042,99,号(Kunzら)に記載されている。
【0044】
このほか、研磨製品には、研磨剤粒子と希釈剤粒子とのブレンドが含まれていてもよい。これらの希釈剤粒子は、(1)無機粒子(非研磨性無機粒子);(2)有機粒子;(3)無機粒子とバインダの混合物を含む複合希釈剤粒子;および(4) 有機粒子とバインダの混合物を含む複合希釈剤粒子;から成る群より選ぶことができる。非研磨性無機粒子には、典型的には、約6未満のMoh硬度を有する材料が含まれる。非研磨性無機粒子には、以下で説明する研削助剤、充填剤などが含まれていてもよい。これらの希釈剤粒子の粒子サイズは、約0.01〜1500マイクロメートルの範囲内、典型的には約1〜1000マイクロメートの範囲内にすることができる。希釈剤粒子は、研磨剤粒子と同じ粒子サイズおよび同じ粒子サイズ分布をもっていてもよいし、それらが異なっていてもよい。
【0045】
バインダ系用の任意の添加剤
バインダプレカーサおよび/またはタイコートプレカーサには更に、充填剤、研削助剤、繊維、滑剤、湿潤剤、チキソトロープ材料、界面活性剤、顔料、染料、帯電防止剤、カップリング剤、可塑剤、沈殿防止剤などの添加剤が含まれていてもよい。これらの材料の量は、所望の性質が得られるように選択される。これらを使用すると、研磨複合材料の浸食性を変化させることができる。場合によっては、研磨剤複合材料の浸食性をより高めるために、意図的に添加剤を添加する。それにより、目つぶれした研磨剤粒子を放出して新しい研磨剤粒子を露出させる。
【0046】
充填剤および研削助剤は、粒状材料であってもよい。充填剤として働く粒状材料としては、例えば、シリカ、珪酸塩、金属硫酸塩、金属酸化物などが挙げられる。研削助剤として働く材料としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、ナトリウム氷晶石、およびテトラフルオロ硼酸カリウムなどのハロゲン塩;スズ、鉛、ビスマス、コバルト、アンチモン、鉄、およびチタンなどの金属;ポリ塩化ビニルおよびテトラクロロナフタレンなどの有機ハロゲン化物;硫黄および硫黄化合物;黒鉛;などが挙げられる。研削助剤は、結果として性能を改良するように、研磨の化学的および物理的プロセスに著しい影響を与える材料である。特に、当該技術分野では、研削助剤は、(1)研磨剤粒子と、研磨される加工品との間の摩擦を低減し;(2)研磨剤粒子が「キャッピング」を起こすのを防止し(すなわち、金属粒子が研磨剤粒子の先端に融着するのを防止し);(3)研磨剤粒子と加工品との間の界面温度を低下させ;更に、(4)研削抵抗を減少させる;と考えられている。メイクコート、サイズコート、およびスーパーサイズコートで被覆された研磨製品では、研削助剤は、典型的には、研磨剤粒子の表面を覆うサイズコートまたはスーパーサイズコートの中で使用される。必要な場合には、研削助剤は、典型的には、研磨製品に対して約5〜300g/m2の量で使用される。
【0047】
帯電防止剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、酸化バナジウム、保湿剤などが挙げられる。これらの帯電防止剤は、米国特許第5,061,294号(Harmerら)、同第5,137,542号(Buchananら)、および同第5,203,884号(Buchananら)に開示されている。
【0048】
カップリング剤は、バインダプレカーサと、充填剤粒子または研磨剤粒子との間に会合橋を形成することができる。カップリング剤としては、例えば、シラン、チタン酸塩、ジルコアルミン酸塩が挙げられる。研磨剤スラリーは、好ましくは、約0.01重量%〜3重量%のカップリング剤を含有する。カップリング剤の組込み方法には様々な手段がある。例えば、バインダプレカーサ中にカップリング剤を直接添加してもよい。このほか、充填剤粒子の表面にカップリング剤を付着させてもよい。更に他の手段としては、充填剤粒子の表面にカップリング剤を付着させてから、研磨製品中に組込んでもよい。
【0049】
研磨製品の製造方法
本発明の研磨製品は、約4〜117g/m2、好ましくは約12〜63 g/m2、より好ましくは約16〜34 g/m2の被覆重量でタイコートプレカーサを用いてバッキングをコーティングすることにより作製される。タイコートプレカーサは、ナイフコーティング、ダイコーティング、グラビアコーティング、スクイズロールコーティング、スプレーコーティング、カーテンコーティング、および支持体に少なくとも単分子層を均一に塗布できる他の方法により、塗布することができる。次に、などの様々な方法により、こうしたタイコートの施されたバッキングに研磨剤スラリーを塗布することができるか、またはタイコートの施されたバッキングを、所望の表面形状を反転させた型の中の研磨剤スラリーと接触させることができる。
【0050】
タイコートプレカーサは、研磨剤スラリーを塗布する前に、少なくとも部分的に硬化させることができる。このほか、タイコートプレカーサは、バインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させるときに、同時に、少なくとも部分的に硬化させることができる。「部分的」硬化という用語は、試験管を逆さにしてもスラリーが流動しない状態まで、樹脂を重合および/または架橋することを意味する。構造化研磨製品に対して、樹脂と装置の界面における樹脂の部分的硬化は、装置を除去できるようにするうえで重要である。部分的硬化は、当業者の慣例に従って、照射量および放射線を調節することにより行われる。更に硬化が必要な場合、時間の延長、および/または熱エネルギーなどの他のエネルギー源への暴露により、更に硬化させることができる。
【0051】
本発明の硬化工程に使用するための好適なエネルギー源としては、熱エネルギー、電子ビーム、紫外線、可視光線、またはこれらの組合せが挙げられる。好ましくは、放射線エネルギーを使用し、より好ましくは、UV/可視光線を使用する。電離放射線としても知られる電子ビームは、約0.1Mrad〜約10Mradのエネルギーレベルで、かつ約75Kev〜約5mevの加速電圧レベルで、好ましくは約250Kev〜約300Kevの加速電圧レベルで使用することができる。紫外線とは、約200ナノメートル〜約400ナノメートルの範囲内の波長を有する非粒子放射線を意味する。118〜236ワット/cmの紫外線を使用することが好ましい。可視光線とは、約400ナノメートル〜約800ナノメートルの範囲内の波長を有する非粒子放射線を意味する。
【0052】
硬化速度は、研磨剤スラリー層およびタイコートプレカーサ層の厚さ、ならびにこれらの層の組成に依存する。研磨剤粒子および/または任意の添加剤の中には、放射線エネルギーを吸収してバインダプレカーサおよびタイコートプレカーサの硬化を抑制するものもあるが、このような放射線の吸収を補償するのに必要な程度まで放射線エネルギーの照射量を増大することができる。しかしながら、重要なことは、数秒以内で、更には1秒以下で、研磨製品を十分に硬化することである。研磨剤スラリー層およびタイコートプレカーサ層の厚さを約0.076cmにすることができるという点で、これは極めて予想外のことであった。このほか、放射線エネルギーで研磨製品を硬化した後、熱エネルギーで後硬化することができる。一般的には、こうした処理を行っても、バインダプレカーサまたはタイコートプレカーサの硬化に関して利点が得られる訳ではないが、従来の布処理剤コートに対して利点が得られる場合がある。
【0053】
従来の構造化研磨製品を製造する好ましい方法については、米国特許第5,436,816号(Spurgeonら)に記載されている。1方法には次の工程が含まれる:すなわち、(1)製造装置の接触面上に研磨剤スラリーを導入する工程、ただし、製造装置は特定の表面形状またはパターンを有する接触面を備えている;(2)スラリーがタイコートの施されたバッキングの前面(すなわち、第1の主要面)を濡らすように、タイコートの施されたバッキングを製造装置の接触面に導入し、中間製品を形成する工程;(3)バインダプレカーサとタイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させた後、中間製品を製造装置の接触面から引き離して、造形された取扱適正のある構造体を形成する工程;および(4);バッキング上の造形された取扱適正のある構造体(すなわち、構造化研磨製品)を製造装置から引き離す工程。
【0054】
もう1つの方法には次の工程が含まれる:(1) 研磨剤スラリーがバッキングの前面(すなわち、第1の主要面)を濡らすように、タイコートの施されたバッキング上に研磨剤スラリーを導入し、中間製品を形成する工程;(2)研磨剤スラリーが製造装置の接触面の形状(すなわち、表面凹凸またはパターン)をとるのに十分な加圧を行った状態で、製造装置の接触面に中間製品を導入する工程;(3) バインダプレカーサとタイコートプレカーサを少なくとも部分的に硬化させた後、中間製品を製造装置の接触面から引き離して、造形された取扱適正のある構造体を形成する工程;および;(4) バッキング上の造形された取扱適正のある構造体(すなわち、構造化研磨製品)を製造装置から引き離す工程。これらの方法は、バッチ法または連続法であってもよいが、連続法が好ましい。連続法を使用する場合、タイコートプレカーサは、インライン方式で、塗布し、かつ少なくとも部分的に硬化することができる。
【0055】
製造装置が透明な材料(例えば、ポリプロピレンまたはポリエチレン熱可塑性プラスチック)から作製されている場合、可視光線または紫外線のいずれかが製造装置を透過して研磨剤スラリー中に入り、バインダプレカーサを硬化することができる。これについては、米国特許第5,435,816号(Spurgeonら)に更に説明がある。このほか、研磨剤バッキングが可視光線または紫外線を透過する場合、可視光線または紫外線が研磨剤バッキングを透過するようにしてもよい。好ましくは、製造装置は放射線透過性であり、放射線エネルギー、特に紫外線/可視光線が製造装置を透過する。
【0056】
こうして固化された研磨剤スラリー(すなわち、造形された取扱適正のある構造体または研磨剤複合体)は、製造装置の反転パターンを有する。製造装置上で少なくとも部分的に硬化または固化させると、研磨剤複合体は正確な所定のパターンを呈する。バインダを更に固化または硬化させて製造装置から引き離すことができる。
【0057】
構造化研磨製品を作製するには、複数の正確に造形されたキャビティを有する製造装置を使用する。これらのキャビティは、本質的に研磨剤複合体の反転形状を有し、研磨剤複合体を付形する働きをする。キャビティの寸法は、研磨剤複合体の所望の形状および寸法が得られるように、選択される。
【0058】
製造装置は、ベルト、シート、連続シートもしくはウェブ、輪転グラビアロールなどのコーティングロール、コーティングロール上に取り付けられたスリーブ、またはダイであってもよい。製造装置は、金属(例えば、ニッケル)金属合金、またはプラスチックから形成されていてもよい。金属製の製造装置は、彫刻、ホビング、電鋳、エッチング、ダイヤモンド切削などにより作製することができる。金属製の製造装置に対する好ましい技法の1つは、ダイヤモンド切削である。好ましくは、米国特許第5,436,816号(Spurgeonら)に開示されているようなポリプロピレンから作製された熱可塑性製造装置がよい。製造装置はまた、研磨剤複合体を製造装置から容易に剥離できるようにするために、米国特許第5,436,816号(Spurgeonら)に開示されているようなシリコーンおよびフルオロケミカルなどの剥離コーティングを備えていてもよい。
【実施例】
【0059】
以下の実施例により、本発明を更に説明するが、これらに限定されるものではない。部、パーセント、比などは、特に記載のない限り、重量基準である。実施例全体を通して、以下の表記を使用する。



【0060】
構造化研磨製品を作製するための一般的手順
本発明のスラリーを利用した研磨製品は、一般的には、米国特許第5,436,816号(Spurgeonら)に従って作製したが、ただし、タイコートプレカーサを追加した。最初に、布バッキングの前面にタイコートプレカーサを塗布した。次いで、研磨剤粒子を、39.55% TMPTA、16.95% TATHEIC、0.56% PH2、1.98% ASP、1.98% MSCA、および38.98% KBF4から成るバインダプレカーサと完全に混合することにより、研磨剤スラリー組成物を調製した。各場合で使用したスラリーは、角錐形パターンを有する高さ0.036cmの様々なピッチのパターンを備えたポリプロピレン製造装置上に、スラリーが装置に充填されるようにコーティングした。角錐は、底面が互いに突き合わされるように配置した。角錐の底面の幅は約530マイクロメートル、角錐の高さは約353マイクロメートルであった。このパターンはPCT公開第WO95/07797号(Hoopman)の図1に示されている。
【0061】
次に、布の前面(すなわち、タイコートの施された面)をスラリーが濡らすように、ニップロールを用いてタイコートの施された布を製造装置に押しつけた。同時に、紫外線/可視光線がポリプロピレン製の装置を透過して、バインダプレカーサを含有した研磨剤スラリー中に入るようにした。紫外線/可視光線は、バインダプレカーサの放射線硬化性樹脂の重合を開始させ、結果として、研磨剤スラリーを、布バッキングに接合された研磨剤複合体に変換した。紫外線/可視光線の光源は、商品名Fusion Systems D bulbとして市販されている2つのバルブであり、236ワット/cm(バルブ幅)で作動させた。最後に、布/研磨剤複合体をポリプロピレン製の製造装置から分離し、被覆研磨製品を得た。
【0062】
試験手順
以下の試験手順を用いて、実施例に従って作製した構造化研磨製品を試験した。
【0063】
90°剥離試験
構造化研磨剤層とバッキングとの接着度を測定するために、試験対象シートを、幅約8cm×長さ25cmのサンプルにした。木製ボード(17.78cm×7.62cm×厚さ0.64cm)の長さの1/2を、接着剤でコーティングした。被覆研磨サンプルの長さの最初の15cmだけについて幅全体にわたり、研磨剤を有する面上に接着剤をコーティングした。接着剤は、ミネソタ州St. Paulの3M Companyから市販されている3M Jet Melt Adhesive #3779であり、Polygun IIを用いて塗布した。こうして、研磨剤を有するサンプルの面を、接着剤の塗布されていない研磨剤サンプルの10cmがボードから張り出すように、接着剤コーティングを有するボードの面に接合した。ボードとサンプルがしっかりと結合するように圧力を加え、かつ十分な時間をかけて接着剤を冷却し、固化させた。
【0064】
次に、被覆研磨剤試験試料の幅が5.1cmまで低下するように、試験対象サンプルに直線に沿って切れ目を入れた。得られた研磨剤サンプル/ボード複合体を、商品名SINTECHの引張試験機の上側ジョーに取り付けられた掴持具中に水平に固定し、研磨剤サンプルの張り出し部分の約1cmを、ジョーの間隔が12.7cmと成るように下側ジョー中に固定した。この機械により0.5cm/秒の速度でジョーを引き離したが、その際、サンプルの一部分がボードから分離するように、木製ボードから90°の角度で被覆研磨剤サンプルを牽引した。分離は、研磨剤構成体の層の間で生じた。この機械は、分離に必要な、試料幅1cmあたりの力を記録した。必要な力が大きいほど、研磨剤構成体の耐シェリング性は良好である。
【0065】
実施例の物品のいくつかに対して90°剥離接着力の試験を行った。分離に必要な力はkg/cmで表した。結果は表1〜7に示されている。この力の大きさは、少なくとも1.8kg/cm、より好ましくは少なくとも2 kg/cmであることが好ましい。なぜなら、接着性が不十分で、構造化研磨剤層と布の界面が弱いと、特に、動的条件下における性能が劣化するからである。
【0066】
ロッカードラム試験
湾曲していない構造化研磨製品を10.2cm×15.2cmのシートにした。これらのサンプルを、1.3cm×10.1cmの摩耗路を形成する小さな円弧に沿って往復して振動(揺動)する試験機の円筒形スチールドラム上に取り付けた。構造化研磨剤で、1.3cm×1.3cm×15.2cmのタイプ1018炭素鋼加工品を研磨した。この摩耗路上で毎分約60ストロークの揺動を行った。レバーアームを介して加工品に加えた負荷は、3.6Kgであった。500サイクル(ただし、1サイクルは1往復運動に相当する)を行った後で除去された炭素鋼の全量を、全研磨量として記録した。結果は、4つの試験試料の平均として以下の表に報告されている。これ以降では、ロッカードラム試験と記す。
【0067】
実施例
タイプJまたはタイプXのバッキングを使用して、構造化研磨製品を作製した。タイプJのバッキングは、アクリル系ラテックス/レゾールフェノール系樹脂(85部のアクリル系ラテックスおよび15部のフェノール系樹脂)プレサイズのブレンドを含むセルロース系布バッキングであった。タイプXは、アクリル系ラテックス/レゾールフェノール系樹脂(85部のアクリル系ラテックスおよび15部のフェノール系樹脂)プレサイズ、およびニトリルラテックス/レゾールフェノール系樹脂(40部のラテックスおよび60部のフェノール系樹脂)バックフィル、のブレンドを含むポリ/綿(ポリエステルと綿のブレンド)系布バッキングであった。
【0068】
実施例1〜4
表1に記載のデータに対するタイコートプレカーサ(No. 1)は、3本ロールスクイズ法によりコーティングされたTMPTA、TATHEIC、およびPH樹脂の70/30/1ブレンドであった。商品名Fusion System D Bulbとして市販されているバルブ1個の紫外線/可視光線の光源を、157ワット/cm(バルブ幅)かつライン速度45.7メートル/分で使用して、少なくとも部分的にタイコートプレカーサを硬化させた。構造化研磨製品を作製するための一般的手順のところで既に説明したように、研磨剤スラリー(No. 1)には、58.9%の等級P-320 WAOと41.1%のバインダプレカーサが含まれていた。
【0069】


【0070】
このデータは、先に説明したように、タイコートがコーティングされ、かつ処理された3つの個々のロールの再現性を示している。このデータはまた、タイコートを使用すると接着力が顕著に改良されることを示している。
【0071】
実施例5〜13
表2に記載のデータに対するタイコートプレカーサ(No. 2)は、ベッド式ナイフ法により0.003cmのギャップに設定してインライン方式でバッキング上にコーティングされたTMPTA、TATHEIC、およびPH2樹脂の70/30/1ブレンドであった。タイコートプレカーサを予備硬化せずに、研磨剤スラリーを塗布し、硬化させた。タイコートプレカーサ(No. 3)は、ウェブ式ナイフ法により0.003cmのギャップに設定してインライン方式でバッキング上にコーティングされたTMPTA、TATHEIC、およびPH2樹脂の70/30/1ブレンドであった。タイコートプレカーサを予備硬化せずに、研磨剤スラリーを塗布し、研磨剤スラリー中に含まれるバインダプレカーサを少なくとも部分的に硬化させた。
【0072】


1nt = 試験せず。
2 複数回の試験を行ったため、範囲を記した。
【0073】
このデータは、タイコートプレカーサの塗布時、ベッド式ナイフコーティング法によりバックアップ支持体を設けると、作動速度を増大した場合、接着力を高い値に保持するうえで有効であることを示唆する。このデータはまた、研磨剤スラリーを塗布する前にタイコートプレカーサを硬化する必要はないことを示している。
【0074】
実施例14〜17
表3のデータに対して、研磨剤スラリー(No. 2)には49%のバインダプレカーサと51%のGW等級F-400が含まれ、研磨剤スラリー(No. 3)には46%のバインダプレカーサと54%のGW等級F180が含まれていた。タイコート(No. 4)は3本ロールスクイズ法によりコーティングしたが、このコートには50/50/1のTMPTA、THATHEIC、およびPH2が含まれていた。
【0075】


【0076】
GWを使用した構造化研磨構成体では、ほとんどの用途に対して許容しうる最小の接着力は0.90Kg/cmであった。タイコートを使用すると、これらのライン速度において許容しうる接着力の値を示す。
【0077】
実施例18〜29
表4のデータに対して、研磨剤スラリー(No. 4)には40.8%のバインダプレカーサと59.2%の等級F180 BTRが含まれ、研磨剤スラリー(No. 5)には42.62%のバインダプレカーサと57.38%の等級F240 BTRが含まれ、研磨剤スラリー(No. 6)には43%のバインダプレカーサと57%の等級F220 BTRが含まれ、更に、研磨剤スラリー(No. 7)には48%のバインダプレカーサと52%の等級F360 BTRが含まれていた。タイコートプレカーサ(No. 1およびNo. 4)は、前述したようにコーティングした。
【0078】



1nt = 試験せず。
【0079】
このデータは、広範な鉱物サイズおよびライン速度にわたり、タイコートが接着力を改良することを示している。これらの試験を検証するために、チタンを基剤としたゴルフクラブの研削が関与する実際の顧客向け用途の中で、ベルトの試験を行った。チタンを基剤としたゴルフクラブの造形部分の研削に対して、タイコートを有する実施例23および24は、タイコートをもたない実施例22と比較して、研削された部分の数に関して25%の改良を示し、かつ最初から最後までより一様に作動した。実施例23および24から作製されたベルトは、実施例22のベルトと比較して、バッキングからの研磨剤のシェリングが少ないことから、構造化研磨剤層とバッキングとの接着は、実際にベルトを使用したときに改良されていることが示唆される。こうした研削性能および寿命の実質的な改良は、構成体中でタイコートを使用することにより得られる結果として予想できるものではなかった。
【0080】
実施例30〜41
表5に記載のデータに対するタイコートプレカーサおよび研磨剤スラリーは、先に記載した通りである。一部のサンプルに対して、116℃において12時間の後硬化を施した。
【0081】


【0082】
タイプXの布バッキングだけは、その上に存在するバックフィルコーティングを硬化させるために、熱による後硬化を行うことが望ましいが、表5のデータを見ると、熱による後硬化は、一般的には接着性に対してほとんど影響を及ぼさないことが分かる。
【0083】
実施例42〜54
表6のデータに対するタイコートプレカーサ(No. 5)は、PH2の使用量がわずか0.16部であったこと以外は、タイコートプレカーサ(No. 1)と同じであった。タイコートプレカーサ(No. 6)は、PH2の使用量がわずか0.25部であったこと以外は、タイコートプレカーサ(No. 1)と同じであった。タイコートプレカーサ(No. 7)は、PH2の使用量がわずか0.5部であったこと以外は、タイコートプレカーサ(No. 1)と同じであった。タイコートプレカーサ(No. 8)は、PH2の使用量がわずか0.75部であったこと以外は、タイコートプレカーサ(No. 1)と同じであった。いずれも、タイコートプレカーサ(No. 1)の場合と同じように、コーティングおよび硬化を行った。
【0084】
実施例42〜54は、#24線巻ロッドを用いてバッキング(3.14cm×4.72cm)上にタイコートプレカーサをコーティングし、バッキング上に処理剤の一様な層を展開することにより作製した。このサンプルを金属トレーにテープ留めし、236ワット/cmのFusion Dバルブの下を、記載のライン速度および周囲条件で通過させることにより、コーティングされたバッキングを硬化させた。この処理済みサンプルを、実施例1の場合と同じ方法で構造化研磨剤スラリーでコーティングしたが、ただし、次のような変更を加えた。3.14cm×4.72cmの布サンプルを、幅3.94cmの0.008cmポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムにテープ留めし、ラインを15.2メートル/秒で移動させた。
【0085】


【0086】
硬化させた構造化研磨剤スラリーとバッキングとの接着力の結果を見ると、試験した移動速度およびタイコートの硬化雰囲気は、得られる接着力に影響を与えないことが分かる。タイコートを硬化させてバッキングに接合するために使用した光開始剤の濃度は、バッキングに対する構造化研磨剤の接着力に影響を及ぼし、試験した樹脂系の0.25部を超える濃度で最良の結果を呈した。
【0087】
実施例55〜56
表7のデータについては、布バッキング上で処理剤コート(例えば、プレサイズコートまたはバックフィルコート)を使用しなかった。タイコートプレカーサ(No. 4)および研磨剤スラリー(No. 1)は、先に記載した通りである。
【0088】



【0089】
この実施例は、布処理剤が存在しない場合でさえも、タイコートが接着力の値を増大させることを示している。
【図面の簡単な説明】
【0090】
【図1】構造化研磨製品である。
【符号の説明】
【0091】
10 構造化研磨製品
11 バッキング
14 バックフィルコート
15 プレサイズコート
16 タイコート
17 構造化研磨剤層
18 研磨剤複合体
19 研磨剤粒子
20 バインダ
【出願人】 【識別番号】590000422
【氏名又は名称】スリーエム カンパニー
【出願日】 平成19年10月3日(2007.10.3)
【代理人】 【識別番号】100081422
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 光雄

【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二

【識別番号】100088801
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 宗雄


【公開番号】 特開2008−12670(P2008−12670A)
【公開日】 平成20年1月24日(2008.1.24)
【出願番号】 特願2007−260012(P2007−260012)