KR102341036B1

KR102341036B1 - 경화성 조성물, 연마 물품, 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR102341036B1
Application number: KR1020187034676A
Authority: KR
Inventors: 해승 이; 멀리사 씨 실로-암스트롱
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2017-05-01
Publication date: 2021-12-20
Anticipated expiration: 2037-05-01
Also published as: JP2019520222A; CN109070314A; US20190185658A1; US10702974B2; EP3452253B1; CN109070314B; KR20190004744A; EP3452253A1; JP6983179B2; WO2017192426A1

Abstract

경화성 조성물은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함한다. 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어진다. 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 사용한 연마 물품 및 그의 제조 방법이 또한 개시된다.

Description

경화성 조성물, 연마 물품, 및 이의 제조 방법

본 발명은 대체로 연마 물품 및 그를 제조하는 방법 및 재료에 관한 것이다.

연마 물품은 일반적으로 결합제 재료 내에 보유된 연마 입자를 포함한다. 연마재의 일반적인 부류에는 금속 결합 (즉, 결합제 재료가 금속성임), 유리질(vitreous) 결합 (즉, 결합제 재료가 유리질임), 및 수지 결합 (즉, 결합제 재료가 경화된 유기 수지임)이 포함된다.

결합된 연마 물품(bonded abrasive article)은 형상화된 덩어리로서 연마 입자들을 함께 결합하는 결합제 (본 기술 분야에서 결합 매트릭스 또는 결합제 재료로도 알려져 있음) 내에 보유된 연마 입자들을 갖는다. 전형적인 결합된 연마재의 예에는 연삭 휠(grinding wheel), 연마석(stone), 숫돌(hone), 및 절삭 휠(cut-off wheel)이 포함된다. 결합제는 유기 수지 (수지 결합), 세라믹 또는 유리상 재료 (유리질 결합), 또는 금속 (금속 결합)일 수 있다.

절삭 휠은 일반적인 절단 작업에 사용되는 전형적으로 비교적 얇은 휠이다. 휠은 전형적으로 약 1 내지 약 200 센티미터의 직경, 및 수 밀리미터 내지 수 센티미터 두께를 갖는다 (더 큰 직경 휠의 경우에 더 큰 두께를 가짐). 그것은 약 1000 내지 50000 rpm (분당 회전수)의 속도로 작동될 수 있고, 중합체, 복합 금속, 또는 유리를, 예를 들어, 공칭 길이로 절단하는 것과 같은 작업을 위해 사용된다. 절삭 휠은 또한 "산업용 절삭 톱날"로 알려져 있으며, 예컨대, 주조소(foundry)와 같은 일부 환경에서 "찹 소우"(chop saw)로 알려져 있다. 그의 명칭이 함축하듯이, 절삭 휠은, 예를 들어, 스톡(stock)을 통한 연마에 의해, 예를 들어, 금속 봉과 같은 스톡을 절단하기 위해 사용된다.

결합된 연마 물품의 경우, 절단 속도 및 내구성과 같은 특성이 중요하다. 예를 들어, 구매가능한 절삭 휠의 경우에, 절단 성능은 비교적 짧은 사용 후에 절반보다 더 많이 감소할 수 있다. 연마 특성을 개선하고/하거나 동일한 성능 수준에서 비용을 감소시키는 새로운 수지 결합 연마재에 대한 지속적 요구가 있다.

일 태양에서, 본 발명은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하는 경화성 조성물을 제공하며, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어진다. 본 발명은 경화성 조성물을 적어도 부분적으로 경화시킴으로써 제조되는 적어도 부분적으로 경화된 경화성 조성물을 마찬가지로 제공한다.

경화성 조성물은, 예를 들어, 연마 물품을 제조하는 데 유용하다.

따라서, 본 발명은 연마 물품의 제조 방법을 또한 제공하며, 이 방법은 경화성 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함하고, 경화성 조성물은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하고, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어진다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 결합제 내에 보유된 연마 입자를 포함하는 연마 물품을 제공하며, 결합제는 경화된 경화성 조성물을 포함하고, 경화성 조성물은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하고, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어진다.

유리하게는, 본 발명에 따라 제조된 연마 물품은 아이소시아네이트-작용성 유기실란을 첨가하지 않고서 제조된 상응하는 연마 물품에 비하여 개선된 연마 성능을 나타낼 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "아이소시아네이트-작용화된 연마 입자"는 적어도 하나의 아이소시아네이트 기가 직접적으로 또는 간접적으로 (즉, 하나 이상의 추가적인 공유 결합된 원자를 통해) 연마 입자에 공유 결합됨을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "페놀 수지"는 적어도 하나의 페놀 (예를 들어, 페놀, 레조르시놀, m-크레졸, 3,5-자일레놀, t-부틸페놀, 및/또는 p-페닐페놀)과 적어도 하나의 알데하이드 (예를 들어, 포름알데하이드, 아세트알데하이드, 클로랄, 부티르알데하이드, 푸르푸랄, 및/또는 아크롤레인)의 반응에 의해 얻어지는 합성 열경화성 수지를 지칭한다.

본 발명의 특징 및 이점이 상세한 설명뿐만 아니라 첨부된 청구범위를 고려할 때 추가로 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 결합된 연마 휠(100)의 개략 사시도이고;
도 2는 선 2-2를 따라 취한 도 1에 나타낸 예시적인 결합된 연마 휠(100)의 개략 측단면도이다.
본 명세서 및 도면에서의 도면 부호의 반복된 사용은 본 발명의 동일한 또는 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 다수의 다른 변형 형태 및 실시 형태가 당업자에 의해 창안될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 일정한 축척으로 작성되지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 경화성 조성물은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함한다. 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어진다.

유용한 페놀 수지는 노볼락 페놀 수지 및 레졸 페놀 수지를 포함할 수 있다. 노볼락 페놀 수지는, 산-촉매되며 포름알데하이드 대 페놀의 비가 1 미만, 전형적으로 0.5:1 내지 0.8:1인 것을 특징으로 한다. 레졸 페놀 수지는, 알칼리 촉매되며 포름알데하이드 대 페놀의 비가 1 이상, 전형적으로 1:1 내지 3:1인 것을 특징으로 한다.

선택적으로 그러나 전형적으로, 경화성 조성물은 경화 공정을 개시하고/하거나 촉진하기 위해 하나 이상의 촉매 및/또는 경화제 (예를 들어, 열촉매, 경질화제(hardener), 가교결합제, 광촉매, 열개시제, 및/또는 광개시제)를 추가로 포함한다. 페놀 수지를 경화시키기에 적합한 예시적인 산성 촉매에는 황산, 염산, 인산, 옥살산, 및 p-톨루엔설폰산이 포함된다. 페놀 수지를 경화시키기에 적합한 알칼리 촉매에는 수산화나트륨, 수산화바륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 유기 아민, 또는 탄산나트륨이 포함된다.

페놀 수지는 잘 알려져 있으며, 상업적 공급원들로부터 용이하게 입수가능하다. 구매가능한 노볼락 수지의 예에는 미국 미시간주 노비 소재의 스미토모 베이크라이트 노스 아메리카, 인크.(Sumitomo Bakelite North America, Inc.)/듀레즈 코포레이션(Durez Corp.)에 의해 상표명 듀레즈(DUREZ) 및 바르쿰(VARCUM)으로 시판되는 것들; 또는 미국 오하이오주 콜럼버스 소재의 헥시온 스페셜티 케미칼즈, 인크.(Hexion Specialty Chemicals, Inc.)에 의해 상표명 베이크라이트(BAKELITE), 셀로본드(CELLOBOND), 루타펜(RUTAPHEN), 또는 듀라이트(DURITE)로 시판되는 것들이 포함된다. 본 발명의 실시에 유용한 구매가능한 레졸 페놀 수지의 예에는 듀레즈 코포레이션에 의해 상표명 바르쿰으로 시판되는 것들; 미국 플로리다주 바르토우 소재의 애쉬랜드 케미칼 컴퍼니(Ashland Chemical Co.)에 의해 상표명 에어로펜(AEROFENE)으로 시판되는 것들; 대한민국 서울 소재의 강남 케미칼 컴퍼니 리미티드.(Kangnam Chemical Company Ltd.)에 의해 상표명 페놀라이트(PHENOLITE)로 시판매되는 것들; 및 미국 조지아주 애틀랜타 소재의 조지아-퍼시픽(Georgia-Pacific)에 의해 시판되는 레졸 페놀 수지가 포함된다. 적합한 페놀 수지에 관한 추가의 상세 사항은, 예를 들어 미국 특허 제5,591,239호 (라슨(Larson) 등) 및 제5,178,646호 (바버, 주니어(Barber, Jr.) 등)에서 찾아 볼 수 있다.

다른 첨가제, 예를 들어 충전제, 증점제, 강인화제(toughener), 연삭 보조제(grinding aid), 안료, 섬유, 점착부여제, 윤활제, 습윤제, 계면활성제, 소포제, 염료, 가소제, 현탁제, 살균제, 살진균제, 연삭 보조제, 및 정전기 방지제가 또한 경화성 조성물에 포함될 수 있다. 경화성 조성물은 비-아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 추가로 포함할 수 있지만; 이는 전형적으로 요구되지 않는다.

아이소시아네이트-개질된 연마 입자는 연마 입자의 표면을, 아이소시아나토 기를 함유하는 유기실란으로 화학적으로 개질함으로써 제조될 수 있다. 바람직하게는, 아이소시아네이트-작용화된 유기실란은 하기 화학식에 의해 나타내어진다:

Z는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기 (예를 들어, 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜틸렌, 헥실렌)를 나타내며 선형, 분지형, 또는 환형일 수 있다. 각각의 Y는 독립적으로 가수분해성 기를 나타낸다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 '가수분해성 기'는 가수분해될 수 있는 기를 나타내며, 이는 물과 반응하여, 연마 입자의 표면 상의 기 (예를 들어, 하이드록실 기)와 추가로 반응할 수 있는 실라놀 기 (Si-OH 기)를 제공할 수 있음을 의미한다. 가수분해 반응 및 축합 반응은 자발적으로 및/또는 가수분해/축합 촉매의 존재 하에 일어날 수 있다. 가수분해성 기의 예에는 할라이드 기, 예를 들어 염소, 브롬, 요오드 또는 불소, 알콕시 기 (-OR', 여기서 R'은, 바람직하게는 1 내지 6개, 더욱 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 함유하며 하나 이상의 할로겐 원자로 선택적으로 치환될 수 있는 알킬 기를 나타냄), 아실옥시 기 (-O-(C=O)-R", 여기서, R"은 R'에 대해 정의된 바와 같음), 아릴옥시 기 (-OR'", 여기서 R'"은, 할로겐, 및 하나 이상의 할로겐 원자로 선택적으로 치환될 수 있는 C₁-C₄ 알킬 기로부터 독립적으로 선택되는 하나 이상의 치환체로 선택적으로 치환될 수 있는, 바람직하게는 6 내지 12개, 더욱 바람직하게는 6 내지 10개의 탄소 원자를 함유하는 아릴 모이어티(moiety)를 나타냄)가 포함된다. 상기 화학식들에서, R', R", 및 R'"은 분지형 구조를 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 바람직한 가수분해성 기 Y에는 메톡시 기 및 에톡시 기가 포함된다. 특히, 바람직한 아이소시아네이트-작용화된 유기실란에는 3-아이소시아나토프로필트라이메톡시실란, 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란, 2-아이소시아나토에틸트라이메톡시실란, 및 2-아이소시아나토에틸트라이에톡시실란이 포함된다.

연마 입자에 첨가되어야 하는 (커플링제로서 기능할 수 있는) 아이소시아나토 기를 함유하는 유기실란의 양은 일반적으로 연마 입자의 표면적에 따라 어느 정도 좌우될 것이다. 바람직하게는, 이는 연마 입자의 표면을 단층으로 덮는 수준으로 첨가되지만; 이는 필수 요건은 아니다. 일부 실시 형태에서, 연마 입자에 첨가되는 아이소시아나토 기를 함유하는 유기실란의 양은, 연마 입자와 아이소시아나토 기를 함유하는 유기실란의 총 중량을 기준으로, 0.005 중량% 이하, 바람직하게는 0.003 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.002 중량% 이하이다.

일반적으로, 연마 입자(들)는, 바람직하게는 실릴 모이어티를 통해 (예를 들어, 가수분해에 의해) 아이소시아네이트-작용화된 유기실란에 반응성인 표면을 가져야 한다.

유용한 연마 입자에는, 예를 들어, 미국 미네소타 세인트 폴 소재의 쓰리엠(3M) 컴퍼니로부터 상표명 쓰리엠 세라믹 어브레이시브 그레인(3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN)으로 구매가능한 것들과 같은, 융합된 산화알루미늄, 열 처리된 산화알루미늄, 백색 융합된 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄 재료, 흑색 탄화규소, 녹색 탄화규소, 이붕화티타늄, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 석류석(garnet), 융합된 알루미나 지르코니아, 졸-겔 유도된 연마 입자, 산화철, 크로미아, 세리아, 지르코니아, 티타니아, 실리케이트, 산화주석, 실리카 (예를 들어, 석영, 유리 비드, 유리 버블 및 유리 섬유), 실리케이트 (예를 들어, 활석, 점토 (예를 들어, 몬트모릴로나이트), 장석, 운모, 칼슘 실리케이트, 칼슘 메타실리케이트, 소듐 알루미노실리케이트, 소듐 실리케이트), 플린트(flint), 또는 금강사(emery)의 파쇄된 입자가 포함된다. 졸-겔 유도된 파쇄된 연마 입자의 예에는 미국 특허 제4,314,827호 (레이티저(Leitheiser) 등), 제4,623,364호 (코트링어(Cottringer) 등); 제4,744,802호 (슈바벨(Schwabel)), 제4,770,671호 (몬로(Monroe) 등); 및 제4,881,951호 (몬로 등)에서 찾아볼 수 있다. 연마 입자는, 예를 들어, 미국 특허 제7,887,608호 (슈바벨 등)에 기재된 것들과 같은 유리질 연마 응집체(agglomerate)를 포함할 수 있는 것으로 또한 고려된다.

졸-겔 유도된 연마 입자를 제조하는 방법에 관한 추가의 상세 사항은, 예를 들어 미국 특허 제4,314,827호 (레이티저); 제5,152,917호 (피퍼(Pieper) 등); 제5,213,591호 (셀릭카야(Celikkaya) 등); 제5,435,816호 (스퍼게온(Spurgeon) 등); 제5,672,097호 (후프만(Hoopman) 등), 제5,946,991호 (후프만 등), 제5,975,987호 (후프만 등), 및 제6,129,540호 (후프만 등)와, 미국 특허 출원 공개 제2009/0165394 A1호 (쿨러(Culler) 등) 및 제2009/0169816 A1호 (에릭슨(Erickson) 등)에서 찾아 볼 수 있다.

연마 입자는 형상화될 수 있다 (즉, 그의 제조 방법에 의해 부여되는 비-랜덤 형상을 가짐). 예를 들어, 형상화된 연마 입자는 미국 특허 제5,201,916호 (베르그(Berg)); 제5,366,523호 (로웬호스트(Rowenhorst)(재발행 특허 제35,570호)); 및 제5,984,988호 (베르그)에 기재된 바와 같은 졸-겔 기술을 사용하여 성형 공정에 의해 제조될 수 있다. 미국 특허 제8,034,137호 (에릭슨 등)는 특정 형상으로 형성된 다음에 파쇄되어, 그들의 원래 형상 특징부의 일부분을 보유하는 샤드(shard)를 형성한 알루미나 연마 입자를 기재한다. 일부 실시 형태에서, 형상화된 알파 알루미나 입자는 정밀 형상화된다 (즉, 입자는 입자를 제조하기 위해 사용되는 생산 공구 내의 공동의 형상에 의해 적어도 부분적으로 결정되는 형상을 가짐). 그러한 연마 입자 및 이의 제조 방법에 관한 상세 사항은, 예를 들어 미국 특허 제8,142,531호 (아데프리스(Adefris) 등); 제8,142,891호 (쿨러 등); 및 제8,142,532호 (에릭슨 등)와; 미국 특허 출원 공개 제2012/0227333호 (아데프리스 등); 제2013/0040537호 (슈바벨 등); 및 제2013/0125477호 (아데프리스)에서 찾아 볼 수 있다.

적합한 연마 입자는 연마 산업 공인 규정 공칭 등급에 따라 독립적으로 크기설정될 수 있다. 예시적인 연마 산업 공인 등급 표준은 ANSI(American National Standards Institute), FEPA(Federation of European Producers of Abrasives), 및 JIS(Japanese Industrial Standard)에 의해 공표된 것들을 포함한다. ANSI 등급 명칭(즉, 규정 공칭 등급)은 예를 들어 ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 36, ANSI 46, ANSI 54, ANSI 60, ANSI 70, ANSI 80, ANSI 90, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400, 및 ANSI 600을 포함한다. FEPA 등급 명칭은 F4, F5, F6, F7, F8, F10, F12, F14, F16, F16, F20, F22, F24, F30, F36, F40, F46, F54, F60, F70, F80, F90, F100, F120, F150, F180, F220, F230, F240, F280, F320, F360, F400, F500, F600, F800, F1000, F1200, F1500, 및 F2000을 포함한다. JIS 등급 명칭은 JIS8, JIS12, JIS16, JIS24, JIS36, JIS46, JIS54, JIS60, JIS80, JIS100, JIS150, JIS180, JIS220, JIS240, JIS280, JIS320, JIS360, JIS400, JIS600, JIS800, JIS1000, JIS1500, JIS2500, JIS4000, JIS6000, JIS8000, 및 JIS10,000을 포함한다.

대안적으로, 연마 입자는 ASTM E-11 "시험 목적을 위한 쇠그물 및 체에 대한 표준 규격(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)"에 따른 미국 표준 시험 체를 사용하여 공칭 선별 등급으로 분류될 수 있다. ASTM E-11은 지정된 입자 크기에 따른 재료의 분류를 위해 프레임에 장착된 짜여진 쇠그물 매체를 사용하여 시험 체의 설계 및 구성에 대한 요건을 규정하고 있다. 전형적인 명칭은 -18+20으로 나타낼 수 있는데, 이는 파쇄된 연마 입자가 18번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 충족시키는 시험 체를 통과하고 20번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 충족시키는 시험 체에 걸려 보유된다는 것을 의미한다. 일 실시 형태에서, 파쇄된 연마 입자는 입자의 대부분이 18 메시 시험 체를 통과하고 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 메시 시험 체에 걸려 보유될 수 있게 하는 입자 크기를 갖는다. 다양한 실시 형태에서, 파쇄된 연마 입자는 -18+20, -20/+25, -25+30, -30+35, -35+40, -40+45, -45+50, -50+60, -60+70, -70/+80, -80+100, -100+120, -120+140, -140+170, -170+200, -200+230, -230+270, -270+325, -325+400, -400+450, -450+500, 또는 -500+635의 공칭 선별 등급을 가질 수 있다. 대안적으로, -90+100과 같은 맞춤 메시 크기(custom mesh size)가 사용될 수 있다.

아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응은, 가수분해성 기가 가수분해에 의해 제거된 다음 연마 입자의 표면에서 연마 입자와 축합되어 1, 2, 또는 바람직하게는 3개의 공유 결합을 형성함으로써, 아이소시아나토 (즉, O=C=N-) 기를 연마 입자에 단단히 고정하도록 하는 조건 하에서 바람직하게 수행된다. 그러한 반응을 수행하기 위한 조건은 당업자에게 잘 알려져 있다. 일부 경우에, 단순 혼합이 충분할 수 있다. 바람직하게는, 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 연마 입자의 실질적으로 전체 표면이 아이소시아네이트-작용성 유기실란과의 반응에 의해 개질되는 충분한 양으로 연마 입자와 조합되지만, 이는 필수 요건은 아니다. 예를 들어, 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 연마 입자 100 중량부당 0.01 내지 3 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량부의 양으로 사용될 수 있지만, 이러한 범위 밖의 양이 또한 사용될 수 있다.

경화성 조성물은, 경화된 조성물 (예를 들어, 결합된 연마재에서)의 총 중량을 기준으로, 전형적으로 5 내지 30 중량%, 더욱 전형적으로 10 내지 25 중량%, 더욱 전형적으로 15 내지 24 중량%의 양으로 페놀 수지를 포함하지만, 다른 양이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 경화성 조성물은 경화되어, 다양한 연마 물품, 예를 들어 결합된 연마 물품에 포함될 수 있다.

이제, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 예시적인 수지 결합 연마 절삭 휠(100)은 절삭 휠(100)을 예컨대 전동 공구 (도시되지 않음)에 부착시키기 위해 사용되는 중심 구멍(112)을 갖는다. 절삭 휠(100)은 연마 입자 (예를 들어, 본 발명에 따라 아이소시아네이트-작용성 유기실란으로 표면 처리되고 후속하여 페놀 수지와 반응된 형상화되고/되거나 파쇄된 연마 입자) 및 페놀성 결합제 재료(25)를 포함한다.

이제 도 2를 참조하면, 절삭 휠(100)은 연마 입자 (예를 들어, 형상화되고/되거나 파쇄된 연마 입자)(30) 및 페놀성 결합제 재료(25)를 포함한다. 절삭 휠(100)은 선택적인 제1 스크림(scrim)(115)과 선택적인 제2 스크림(116)을 가지며 이들은 절삭 휠(100)의 서로 반대편에 있는 주 표면 상에 배치된다.

본 발명에 따른 결합된 연마 물품 (예를 들어, 연삭 휠 및 절삭 휠)은 일반적으로 성형 공정에 의해 제조된다. 성형 동안, 경화성 조성물은 연마 입자와 혼합된다. 일부 경우에, 액체 매질 (수지 또는 용매)이 먼저 연마 입자에 적용되어 연마 입자의 외부 표면을 습윤화하고, 이어서 습윤화된 입자가 분말형 매질과 혼합된다. 본 발명에 따른 결합된 연마 물품 (예를 들어, 연마 휠)은 압축 성형, 사출 성형 또는 트랜스퍼 성형 등에 의해 제조될 수 있다. 성형은 열간 또는 냉간 프레싱, 또는 당업자에게 알려진 임의의 적합한 방식에 의해 행해질 수 있다.

촉매 및/또는 개시제가 경화성 조성물에 포함될 수 있다. 전형적으로, 경화성 조성물의 경화를 진행하기 위해 열이 가해지지만; 다른 에너지원 (예를 들어, 마이크로파 방사선, 자외광, 가시광)이 또한 사용될 수 있다. 구체적인 경화제 및 사용량이 당업자에게 명백할 것이다.

경화 온도 및 압력은 경화성 조성물 및 연마 물품 설계에 따라 달라질 것이다. 적합한 조건의 선택은 당업자의 역량 내에 있다. 페놀성 결합제에 대한 예시적인 조건은 실온에서 4 인치 직경당 약 20 톤 (244 ㎏/㎠)의 압력을 가한 후 경화성 조성물을 경화시키기에 충분한 시간 동안 최대 약 185℃의 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다.

일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 결합된 연마 물품은, 결합된 연마 물품의 총 중량을 기준으로, 약 10 내지 약 65 중량%, 전형적으로 30 내지 60 중량%, 더욱 전형적으로 40 내지 60 중량%의 연마 입자를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 결합된 연마 물품 (또는 임의의 다른 연마 물품)에 함유된 연마 입자의 50 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 95 중량% 이상, 또는 심지어 전부가, 경화 동안 페놀 수지와 반응한 아이소시아네이트-개질된 연마 입자로부터 유도되며, 따라서 경화된 페놀성 결합제 매트릭스에 공유 결합된다.

일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 결합된 연마 물품은, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌 입자, 빙정석, 염화나트륨, FeS₂ (이황화철), 또는 KBF₄와 같은 추가적인 연삭 보조제를, 다른 구성 요소의 중량 범위 요건이 충족되는 것을 조건으로, 전형적으로 1 내지 25 중량%, 더욱 전형적으로 10 내지 20 중량%의 양으로 포함한다. 연삭 보조제는, 일반적으로 절단 계면의 온도를 감소시킴으로써 절삭 휠의 절단 특징을 개선하도록 첨가된다. 연삭 보조제는 단일 입자 또는 연삭 보조제 입자들의 응집체의 형태일 수 있다. 정밀하게 형상화된 연삭 보조제 입자의 예는 미국 특허 출원 공개 제2002/0026752 A1호 (쿨러 등)에 교시된다.

일부 실시 형태에서, 경화성 조성물 (및/또는 상응하는 경화된 조성물)은, 예를 들어, 미국 일리노이 시카고 소재의 유니바 유에스에이(UNIVAR USA)로부터의 산티사이저(SANTICIZER) 154 플라스티사이저(PLASTICIZER)로서 입수가능한 것과 같은 가소제를 함유한다.

일부 실시 형태에서, 경화성 조성물 (및/또는 상응하는 경화된 조성물)은, 다른 구성 요소의 중량 범위 요건이 충족되는 것을 조건으로, 충전제 입자를 함유한다. 공간을 점유하고/하거나 다공성을 제공하기 위해 충전제 입자가 첨가될 수 있다. 다공성은 수지 결합 연마 물품이, 사용되거나 마모된 연마 입자를 탈락시켜 새로운 또는 닳지 않은 연마 입자를 노출시킬 수 있게 한다. 본 발명에 따른 결합된 연마 물품 (예를 들어, 휠)은 임의의 범위의 다공도; 예를 들어, 약 1 부피% 내지 50 부피%, 전형적으로 1 부피% 내지 40 부피%를 갖는다. 충전제의 예에는 버블 및 비드 (예를 들어, 유리, 세라믹, 점토, 중합체, 금속), 코르크, 석고, 대리석, 석회암, 알루미늄 실리케이트, 및 이들의 조합이 포함된다.

결합된 연마 물품 (예를 들어, 휠)을 제조하기 위해, 경화성 혼합물은 실온에서 (예컨대, 4 인치 직경당 20 톤 (244 ㎏/㎠)의 인가된 압력으로) 주형 내로 프레싱된다. 이어서, 성형된 휠은 경화성 페놀 수지를 경화시키기에 충분한 시간 동안 최대 약 185℃의 온도에서 가열함으로써 경화된다.

본 발명에 따른 결합된 연마 물품은, 예를 들어, 절삭 휠 및 연마 산업 타입(Type) 27의 (예를 들어, 문헌 [American National Standards Institute standard ANSI B7.1-2000 (2000) in section 1.4.14]에서와 같이) 중심-함몰형 연삭 휠로서 유용할 수 있다.

절삭 휠은 전형적으로 두께가 0.80 밀리미터(mm) 내지 16 mm, 더욱 전형적으로 1 mm 내지 8 mm이며, 전형적으로 직경이 2.5 cm 내지 100 cm (40 인치), 더욱 전형적으로 약 7 cm 내지 13 cm이지만, 다른 치수가 또한 사용될 수 있다 (예를 들어, 직경이 100 cm만큼 큰 휠이 알려져 있다). 절삭 휠을 전동 공구에 부착시키기 위해 선택적인 중심 구멍이 사용될 수 있다. 존재할 경우, 중심 구멍은 전형적으로 직경이 0.5 cm 내지 2.5 cm이지만, 다른 크기가 사용될 수 있다. 선택적인 중심 구멍은, 예를 들어 금속 플랜지(flange)에 의해 보강될 수 있다. 대안적으로, 기계적 고정구가 절삭 휠의 한쪽 표면에 축방향으로 고정될 수 있다. 예에는 나사가공된 포스트(post), 나사가공된 너트, 티네르만 너트(Tinnerman nut), 및 베이오넷 마운트 포스트(bayonet mount post)가 포함된다.

선택적으로, 본 발명에 따른 결합된 연마 물품, 특히 절삭 휠은 수지 결합 연마 휠을 보강하는 스크림 및/또는 배킹(backing)을 추가로 포함할 수 있으며; 예를 들어, 수지 결합 연마 휠의 하나 또는 2개의 주 표면 상에 배치되거나, 또는 수지 결합 연마 휠 내에 배치된다. 예에는, 종이, 중합체성 필름, 금속 포일, 가황 처리된 섬유, 합성 섬유 및/또는 천연 섬유 부직물 (예컨대, 로프티 오픈(lofty open) 부직 합성 섬유 웨브 및 멜트스펀(meltspun) 스크림), 합성 및/또는 천연 섬유 편물, 합성 섬유 및/또는 천연 섬유 직물 (예컨대, 직조된 유리 천/스크림, 직조된 폴리에스테르 천, 이들의 처리된 변형물, 및 이들의 조합)이 포함된다. 적합한 다공성 보강 스크림의 예에는, 예를 들어 멜트스펀, 멜트 블로운(melt blown), 웨트 레이드(wet-laid), 또는 에어 레이드(air-laid)될 수 있는, 다공성 유리섬유 스크림 및 다공성 중합체성 스크림 (예컨대, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리이미드, 및/또는 폴리우레탄을 포함함)이 포함된다. 일부 경우에, 섬유가 절삭 휠에 걸쳐 균질하게 분산되도록, 결합 매질 내에 보강 스테이플 섬유를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

본 명세서에서 기재된 다양한 보강 부재 (예컨대, 스크림 및 배킹)의 다공성 및 평량의 선택은 연마재 기술 분야의 숙련자의 역량 내에 있으며, 전형적으로 의도된 사용에 따라 좌우된다.

본 발명에 따른 결합된 연마 물품은, 예를 들어 작업물을 연마하는 데 유용하다. 예를 들어, 이는 작업물에 대한 열 손상을 피할 수 있는 비교적 낮은 작업 온도를 유지하면서 우수한 연삭 특징을 나타내는 연삭 또는 절삭 휠로 형성될 수 있다.

절삭 휠은 예를 들어, 잉가솔-랜드(Ingersoll-Rand), 수(Sioux), 밀워키(Milwaukee) 및 도트코(Dotco)로부터 입수가능한 것들과 같은 임의의 직각 연삭 공구에서 사용될 수 있다. 공구는 일반적으로 약 1000 내지 50000 RPM의 속도로 전기식 또는 공압식으로 구동될 수 있다.

사용 동안, 수지 결합 연마 휠은 건식 또는 습식으로 사용될 수 있다. 습식 연삭 중에, 휠은 물, 오일-기반 윤활제, 또는 물-기반 윤활제와 함께 사용된다. 본 발명에 따른 결합된 연마 물품은, 예를 들어, 탄소강 시트 또는 바 스톡(bar stock) 및 더욱 이종의 금속 (예를 들어, 스테인리스강 또는 티타늄)과 같은 다양한 작업물 재료에 대해, 또는 더 연성의 더욱 많은 철을 함유한 금속 (예를 들어, 연강, 저합금강, 또는 주철)에 대해 특히 유용할 수 있다.

본 발명에 따른 경화성 조성물은 또한 경화되어, 예를 들어 코팅된 연마 물품 및 부직 연마 물품과 같은 연마 물품에 포함될 수 있다.

코팅된 연마 물품의 제조에 관한 상세 사항은, 예를 들어 미국 특허 제4,734,104호 (브로베르그(Broberg)); 제4,737,163호 (라키(Larkey)); 제5,203,884호 (부카난(Buchanan) 등); 제5,417,726호 (스타우트(Stout) 등); 제5,496,386호 (브로베르그 등); 제5,609,706호 (베너딕트(Benedict) 등); 제5,520,711호 (헬민(Helmin)); 제5,954,844호 (로(Law) 등); 제5,961,674호 (가글리아르디(Gagliardi) 등); 제4,751,138호 (방지(Bange) 등); 제5,766,277호 (드보에(DeVoe) 등); 및 제6,228,133호 (터버(Thurber) 등)에서 찾아 볼 수 있다.

부직 연마 물품 및 그의 제조 방법에 관한 추가 상세 사항은, 예를 들어 미국 특허 제2,958,593호 (후버(Hoover) 등); 제4,991,362호 (헤이어(Heyer) 등); 제5,554,068호 (카르(Carr) 등); 제5,712,210호 (윈디쉬(Windisch) 등), 제5,591,239호 (라손(Larson) 등); 제5,681,361호 (샌더스(Sanders)); 제5,858,140호 (베르거(Berger) 등); 제5,928,070호 (럭스(Lux)); 제6,017,831호 (비어드슬레이(Beardsley) 등); 제6,207,246호 (모렌(Moren) 등); 및 제6,302,930호 (럭스)에서 찾아 볼 수 있다.

본 발명의 목적 및 이점이 하기의 비제한적인 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에서 언급된 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명의 선택적 실시 형태

제1 실시 형태에서, 본 발명은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하는 경화성 조성물을 제공하며, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어진다.

제2 실시 형태에서, 본 발명은, 연마 입자가 알파 알루미나를 포함하는, 제1 실시 형태에 따른 경화성 조성물을 제공한다.

제3 실시 형태에서, 본 발명은, 아이소시아네이트-작용성 유기실란이 화학식 O=C=N-Z-SiY₃ (여기서, Z는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기를 나타내고, 각각의 Y는 독립적으로 가수분해성 기를 나타냄)에 의해 나타내어지는, 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 경화성 조성물을 제공한다.

제4 실시 형태에서, 본 발명은, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란이 적어도 하나의 3-아이소시아나토프로필트라이알콕시실란을 포함하는, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 경화성 조성물을 제공한다.

제5 실시 형태에서, 본 발명은, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란이 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 및 3-아이소시아나토프로필트라이메톡시실란 중 적어도 하나를 포함하는, 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 경화성 조성물을 제공한다.

제6 실시 형태에서, 본 발명은 연마 물품의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은 경화성 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함하고, 경화성 조성물은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하고, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어진다.

제7 실시 형태에서, 본 발명은, 연마 입자가 알파 알루미나를 포함하는, 제6 실시 형태에 따른 연마 물품의 제조 방법을 제공한다.

제8 실시 형태에서, 본 발명은, 아이소시아네이트-작용성 유기실란이 화학식 O=C=N-Z-SiY₃ (여기서, Z는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기를 나타내고, 각각의 Y는 독립적으로 가수분해성 기를 나타냄)에 의해 나타내어지는, 제6 실시 형태 또는 제7 실시 형태에 따른 연마 물품의 제조 방법을 제공한다.

제9 실시 형태에서, 본 발명은, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란이 적어도 하나의 3-아이소시아나토프로필트라이알콕시실란을 포함하는, 제6 실시 형태 내지 제8 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 연마 물품의 제조 방법을 제공한다.

제10 실시 형태에서, 본 발명은, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란이 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 및 3-아이소시아나토프로필트라이메톡시실란 중 적어도 하나를 포함하는, 제6 실시 형태 내지 제9 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 연마 물품의 제조 방법을 제공한다.

제11 실시 형태에서, 본 발명은 결합제 내에 보유된 연마 입자를 포함하는 연마 물품을 제공하며, 결합제는 경화된 경화성 조성물을 포함하고, 경화성 조성물은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하고, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어진다.

제12 실시 형태에서, 본 발명은, 결합된 연마 물품을 포함하는, 제11 실시 형태에 따른 연마 물품을 제공한다.

제13 실시 형태에서, 본 발명은, 결합된 연마 물품이 결합된 연마 휠을 포함하는, 제11 실시 형태 또는 제12 실시 형태에 따른 연마 물품을 제공한다.

제14 실시 형태에서, 본 발명은, 연마 입자가 알파 알루미나를 포함하는, 제11 실시 형태 내지 제13 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 연마 물품을 제공한다.

제15 실시 형태에서, 본 발명은, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란이 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 및 3-아이소시아나토프로필트라이메톡시실란 중 적어도 하나를 포함하는, 제11 실시 형태 내지 제14 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 연마 물품을 제공한다.

제16 실시 형태에서, 본 발명은, 아이소시아네이트-작용성 유기실란이 화학식 O=C=N-Z-SiY₃ (여기서, Z는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기를 나타내고, 각각의 Y는 독립적으로 가수분해성 기를 나타냄)에 의해 나타내어지는, 제11 실시 형태 내지 제14 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 연마 물품을 제공한다.

실시예

달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 실시예에서, 달리 명시되지 않는다면 그램은 "g"로 축약되고, 중량%는 총 중량을 기준으로 한 중량 퍼센트를 의미한다.

아래의 표 1은 예에서 사용되는 다양한 재료를 열거한다.

[표 1]

연마 입자 SAP의 제조

실시예에서의 정밀하게 형상화된 알파 알루미나 연마 입자 SAP는, 정삼각형 폴리프로필렌 주형 공동 내에서 알루미나 졸-겔을 성형함으로써 미국 특허 제8,142,531호 (아데프리스 등)의 실시예 1의 개시 내용에 따라 제조하였다. 추가로, SAP는 알루미나 (미국 펜실베이니아주 피츠버그 소재의 알마티스(Almatis)로부터 입수한 하이드랄 코트(HYDRAL COAT) 5)의 미세 (약 0.5 마이크로미터) 입자의 코팅을 가졌고, 이러한 입자 코팅은 미국 특허 제5,213,591호 (셀릭카야 등)의 방법에 따라 적용하였다.

접착 촉진제 제조

AP1

실란 축합 촉매, CAT1을, 100부의 APTES에 대해 1부의 CAT1로 APTES에 혼입하였다. TOL을 첨가하고 완전히 혼합하여 5 중량% 고형물 용액을 생성하였다.

AP2

실란 축합 촉매, CAT1을, 급속 경화를 위해 100부의 BTESPA에 대해 1부의 CAT1로 BTESPA에 혼입하였다. TOL을 첨가하고 완전히 혼합하여 5 중량% 고형물 용액을 생성하였다.

AP3

실란 축합 촉매, CAT1을, 100 부의 TESPIS에 대해 1부의 CAT1로 TESPIS에 혼입하였다. TOL을 첨가하고 완전히 혼합하여 5 중량% 고형물 용액을 생성하였다.

AP4

실란 축합 촉매, CAT1을, 100부의 TESPIS에 대해 1부의 CAT1로 TESPIS에 혼입하였다. ACE를 첨가하고 완전히 혼합하여 5 중량% 고형물 용액을 생성하였다.

실시예 1

레이저-절단 알루미나 기재, AlOxSub를 다이아몬드 절단기를 사용하여 반으로 절단하여, 57.15 cm × 114.3 cm × 1.0 cm (2.25 in × 4.50 in × 0.040 in)의 치수를 갖는 기재를 제조하였다. 절단된 알루미나 기재를 저울로 (가장 가까운 0.01 g까지) 칭량하였고, 중량 A였다. 칭량된 기재를 브러시로 세정하고, 메이어 로드 코팅기(Mayer rod coater)(RDS36 와이어 사이즈 코팅기)를 사용하여 접착 촉진제 AP1을 표면 상에 적용하여 82.3 μm 깊이의 습윤 두께 층을 생성하였다. 접착 촉진제 처리된 알루미나 기재를 대류식 오븐에서 65℃에서 30분 동안 건조시켰다.

1000 mL 비커에서, 100 g의 SAP를 측정하였다. 고르지 않은 코팅 및 그레인 응집을 방지하기 위해 비커를 진탕하면서, 제조된 접착 촉진제 용액 AP1을, 분무 코팅기 (미국 일리노이주 콜 시티 소재의 프리베일(Prevail))를 사용하여 그레인 표면 상에 고르게 적용하였다. 0.1 중량% APTES의 코팅을 생성하기에 충분한 AP1 용액을 분무하였다. 코팅 용액이 모두 적용되면, 균일한 코팅을 위해 그레인이 건조될 때까지 비커를 계속 진탕하였다. 그레인이 시각적으로 건조해지면, 오븐에서 65℃에서 30분 동안 추가로 건조시켰다.

RP를 사용하기 적어도 20분 전에 실온으로 도입하여 그의 점도를 9℃에서 저장 시 점도로부터 감소시켰다. 희석 없이 메이어 로드 코팅기로 RP를 AP1 처리된 AlOxSub 상에 적용하였다. 82.3 μm의 RP 습윤 두께를 초래하는 RDS36 와이어 사이즈 코팅기를 사용하였다.

AP1 처리된 SAP (12 g)를 개질된 알루미늄 칭량 팬에 넣고, 이 알루미늄 팬을 가볍게 두드려서 RP 및 AP1 코팅된 AlOxSub 상에 고르게 뿌렸다. 뿌리는 속도 및 양은 두드리는 속도 및 알루미늄 팬 유지각(holding angle)을 변화시켜 조정하였다. 제조된 샘플을 오븐에서 70℃에서 1 내지 2시간, 이어서 100℃에서 1 내지 2시간, 이어서 140℃에서 1 내지 2시간, 이어서 188℃에서 22 내지 26시간 경화시켰다. 이어서, 제조된 샘플을 100℃에서 1 내지 2시간, 이어서 50℃에서 1 내지 2시간 냉각하였다.

문지름 시험(rub testing)을 위한 2개의 샘플을 제조하였다.

실시예 2

SAP를 AP1로 처리하여 0.3 중량% APTES의 코팅을 생성한 점을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다.

실시예 3

AlOxSub를 AP2로 코팅하고 SAP를 AP2로 처리하여 0.3 중량% BTESPA의 코팅을 생성한 점을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다.

실시예 4

AlOxSub를 AP3으로 코팅하고 SAP를 AP3으로 처리하여 0.1 중량% TESPIS의 코팅을 생성한 점을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다.

실시예 5

SAP를 AP3으로 처리하여 0.3 중량% TESPIS의 코팅을 생성한 점을 제외하고는 실시예 4를 반복하였다.

비교예 A

접착 촉진제를 AlOxSub에 적용하지 않고 SAP 상에 코팅하지 않은 점을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다.

실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 A로부터의 2개의 샘플을 하기에 기재된 문지름 시험 방법에 의해 분석하였고, 그 결과가 표 2 및 표 3에 기록되어 있다.

문지름 시험 방법

샘플 표면을 비교적 부드러운 하나의 고무 매트로 문질러서, 기재에 완전히 비결합되거나 매우 약하게 결합된 SAP의 임의의 부분을 제거하였다. 사전-문지름 후에, 공기를 송풍하여 샘플을 완전히 세정하여, 임의의 남아 있는 느슨한 입자를 제거하였다. 사전-문지름이 완료되었을 때, 각각의 샘플을 저울로 (가장 가까운 0.01 g까지) 칭량하고 중량 B로 기록하였다.

중량 B = AlOxSub + RP + 결합된 SAP

중량 B = 중량 A + RP + 결합된 SAP

이어서, 사전-문지름된 기재를 알루미늄 트레이에 넣고 탈이온수(DI water)를 샘플에 부어서 샘플을 침지하였다. 침지를 위한 탈이온수의 양은 샘플을 완전히 잠기게 하기에 충분하였다. 침지 공정을 실온에서 24시간 동안 계속하였다. 24시간 후에 샘플을 물에서 꺼내고, 젖은 샘플을 종이 타월로 눌러 닦은 다음 에어 건(air gun)으로 1분 이상 동안 송풍함으로써 젖은 샘플을 건조시켰다.

알루미나 블레이드 (57.15 cm × 114.3 cm × 1.0 cm (2.25 in × 4.50 in × 0.040 in)로 절단된 AlOxSub)를 샘플에 대해 45도 각도로 기울여 샘플의 길이를 따라 아래로 문질렀다. 블레이드에 가해지는 중량은 2250 g ± 250 g로 일정하게 유지하였다. 문지름 공정 동안, 약하게 결합된 그레인이 샘플로부터 탈착되었다. 알루미늄 블레이드에 의한 2회 횡단 문지름 후에, 샘플 표면을 브러시로 주의 깊게 세정하여 탈착된/느슨한 그레인을 제거하고 샘플의 중량을 중량 C로 기록하였다. 문지름 및 세정 공정을 2회 더 반복하고 (총 4회의 문지름), 샘플의 중량을 중량 D로 기록하였다. 문지름 및 세정 공정을 2회 더 반복하고 (총 6회의 문지름), 샘플의 중량을 중량 E로 기록하였다. 문지름 및 세정 공정을 2회 더 반복하고 (총 8회의 문지름), 샘플의 중량을 중량 F로 기록하였다. 문지름 및 세정 공정을 2회 더 반복하고 (총 10회의 문지름), 샘플의 중량을 중량 G로 기록하였다.

실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 A에 대한 중량 A 내지 중량 G가 표 2에 나타나 있다.

표 3은 실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 A에 대한 문지름의 함수로서 퍼센트 그레인 중량 유지율(grain weight retention)을 보고한다. 퍼센트 그레인 중량 유지율은 다음과 같이 계산한다:

[표 2]

[표 3]

아이소시아네이트-작용성 실란을 사용한 실시예 4 및 실시예 5는 아미노-작용성 실란 처리 단독보다 무기 알루미나 그레인과 유기 페놀 수지 사이에서 우수한 접착력을 갖는다. 이는 더 높은 그레인 유지율에 의해 입증된다.

실시예 6

비커에, 100 g의 SAP를 넣었다. 이어서, 고르지 않은 코팅 및 그레인 응집을 방지하기 위해 비커를 진탕하면서, 분무 코팅기 (미국 일리노이주 콜 시티 소재의 프리베일)를 사용하여 2.0 g의 제조된 접착 촉진제 용액 AP4를 그레인 표면 상에 고르게 적용하였다. 일단 스프레이 공정이 완료되면, 코팅된 입자 표면이 건조해질 때까지 비커를 실온에서 계속 교반하였다. 그레인이 시각적으로 건조해지면, 오븐에서 65℃에서 30분 동안 추가로 건조시켰다. 제조된 그레인은 절삭 휠 제조 전에 비닐 봉지 또는 유리병에 보관하였다. 공정을 6회 반복하여 600 g의 0.1 중량% TESPIS 코팅된 SAP를 생성하였다.

RP (60 g)를 600 g의 0.1 중량% AP4 코팅된 SAP에 첨가하고, 배합물을 키친에이드 커머셜 혼합기(KitchenAid Commercial mixer)(모델 KSM C50S)에서 7분 동안 속도 1로 혼합하였다. 이어서, 이 혼합물을 340 g의 PP와 조합하고 추가로 7분 동안 혼합하였다. 제2 혼합 단계의 중간에, 5 mL의 PO를 혼합물에 첨가하였다.

비교예 B

사용한 연마 그레인이 어떠한 처리도 되지 않은 600 g의 SAP인 점을 제외하고는 실시예 6을 반복하였다.

실시예 7

연마 그레인을 AP4로 코팅하여 0.3 중량% TESPIS의 코팅을 생성한 점을 제외하고는 실시예 6을 반복하였다.

연마 물품의 제조

실시예 6의 혼합물 및 실시예 7의 혼합물과 비교예 B의 혼합물을 주위 조건에서 20시간 동안 방치하였다. 다음으로, 각각의 혼합물을 12-메시 스크린 (+12/팬)을 통해 체질하여 응집체를 제거하였다. SCRIM2의 125 mm 직경 디스크를 125 mm 직경 주형 공동의 하부에 놓았다. 주형은 내경이 23 mm이었다. 실시예 1로부터의 충전 혼합물 (27.5 g)을 SCRIM2의 상부에 펴 발랐다. 이어서, SCRIM1을 충전 혼합물의 상부에 놓고, 작은 직경의 실험 라벨(label)을 스크림의 상부에 놓았다. 금속 플랜지 (폴란드 야스워 소재의 루멧 피피유에이치(Lumet PPUH)로부터의 28 mm × 22.45 mm × 1.2 mm)를 각각의 라벨의 상부에 놓았다. 주형을 밀폐하고 스크림-충전물-스크림 샌드위치를 프레싱된 30 톤 (244.5 ㎏/㎠)의 하중으로 실온에서 3초 동안 프레싱하였다. 각각의 혼합물로부터 6개의 휠을 제조하였다. 프레싱 후에, 절삭 휠 전구체를 주형으로부터 꺼내고, 경화 프로그램 동안 형상을 유지하기 위하여 알루미늄 플레이트와 PTFE 시트 사이의 스택(stack) 상에 놓았다. 이어서, 휠을 30시간 경화 사이클, 즉 75℃까지 2시간, 90℃까지 2시간, 110℃까지 5시간, 135℃까지 3시간, 188℃까지 3시간, 188℃에서 13시간, 및 이어서 60℃까지 2시간 냉각에 의해 스택 내에서 경화시켰다. 휠의 최종 두께는 대략 0.053 인치 (1.35 mm)였다.

절단 시험 방법

1/8 인치(3.2 mm) 두께 스테인리스 강의 40 인치(101.6 cm) 길이 시트를 그의 주 표면이 수평에 대해 35도 각도로 경사진 채로 고정하였다. 가이드 레일(guide rail)을 경사진 시트의 하향으로 비스듬한 상부 표면을 따라 고정시켰다. 디월트 모델(DeWalt Model) D28114 4.5-인치 (11.4-cm)/5-인치 (12.7-cm) 절삭 휠 앵글 그라인더(angle grinder)를 가이드 레일에 고정하여 공구가 중력 하에 하향 경로로 안내되게 하였다.

평가를 위한 절삭 휠을 공구 상에 장착하여, 절삭 휠 공구가 중력 하에 레일을 따라 하향으로 내려가게 릴리즈되었을 때, 절삭 휠이 스테인리스 강 시트의 전체 두께와 마주하게 하였다. 절삭 휠 공구를 가동시켜 절삭 휠을 10000 rpm으로 회전하게 하였고, 공구를 릴리즈하여 그의 하강을 개시하게 하였으며, 60초 후에 스테인리스 강 시트에서의 생성된 절단의 길이 (1분 절단(One Minute Cut))를 측정하였다. 절삭 휠의 치수를 절단 시험 전 및 후에 측정하여 마모를 결정하였다. 실시예 6 및 실시예 7과 비교예 B로부터의 3개의 절삭 휠을 제조된 그대로 시험하였고, 또한 90% RH 및 90℉ (32℃) 환경 챔버에서 10일의 에이징 및 이어서 50℃에서 2시간의 컨디셔닝 후에 시험하였다.

1분 절단은 절단 휠이 1분 만에 스테인리스 강 시트를 통해 연마하는 거리로서 측정하였다. 마모 속도는 휠이 절단하는 시간의 함수로서의 휠 부피의 손실이다. 엔지니어링 성능은, 절단의 길이에 휠 두께를 곱한 다음 휠의 질량 변화로 나눈 것이다. 실시예 6 및 실시예 7과 비교예 B에 대한 절단 시험의 결과가 하기 표 4에 보고되어 있다.

[표 4]

특허증을 위한 상기 출원에서의 모든 인용된 참고 문헌, 특허, 및 특허 출원은 전체적으로 일관된 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 출원과 포함되는 참고 문헌의 부분들 사이에 불일치 또는 모순이 있는 경우, 전술한 설명에서의 정보가 우선할 것이다. 당업자가 청구되는 발명을 실시할 수 있게 하기 위해 주어진 전술한 설명은, 청구범위 및 그에 대한 모든 동등물에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims

페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하며, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어지고,
상기 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 화학식 O=C=N-Z-SiY₃ (여기서, Z는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기를 나타내고, 각각의 Y는 독립적으로 가수분해성 기를 나타냄)에 의해 나타내어지는, 경화성 조성물.
제1항에 있어서, 연마 입자는 알파 알루미나를 포함하는, 경화성 조성물.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 적어도 하나의 3-아이소시아나토프로필트라이알콕시실란을 포함하는, 경화성 조성물.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 및 3-아이소시아나토프로필트라이메톡시실란 중 적어도 하나를 포함하는, 경화성 조성물.
경화성 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키는 단계를 포함하며, 경화성 조성물은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하고, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어지고,
상기 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 화학식 O=C=N-Z-SiY₃ (여기서, Z는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기를 나타내고, 각각의 Y는 독립적으로 가수분해성 기를 나타냄)에 의해 나타내어지는, 연마 물품의 제조 방법.
제5항에 있어서, 연마 입자는 알파 알루미나를 포함하는, 연마 물품의 제조 방법.
제5항에 있어서, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 적어도 하나의 3-아이소시아나토프로필트라이알콕시실란을 포함하는, 연마 물품의 제조 방법.
제5항에 있어서, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 및 3-아이소시아나토프로필트라이메톡시실란 중 적어도 하나를 포함하는, 연마 물품의 제조 방법.
결합제 내에 보유된 연마 입자를 포함하며, 결합제는 경화된 경화성 조성물을 포함하고, 경화성 조성물은 페놀 수지 및 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자를 포함하고, 아이소시아네이트-작용화된 연마 입자는 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란과 연마 입자의 반응 생성물로 이루어지고,
상기 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 화학식 O=C=N-Z-SiY₃ (여기서, Z는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기를 나타내고, 각각의 Y는 독립적으로 가수분해성 기를 나타냄)에 의해 나타내어지는, 연마 물품.
제9항에 있어서, 결합된 연마 물품(bonded abrasive article)을 포함하는, 연마 물품.
제9항에 있어서, 결합된 연마 물품은 결합된 연마 휠을 포함하는, 연마 물품.
제9항에 있어서, 연마 입자는 알파 알루미나를 포함하는, 연마 물품.
제9항에 있어서, 적어도 하나의 아이소시아네이트-작용성 유기실란은 3-아이소시아나토프로필트라이에톡시실란 및 3-아이소시아나토프로필트라이메톡시실란 중 적어도 하나를 포함하는, 연마 물품.
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