专利名称：具有粘结层的经涂敷的磨料制品、及其制造和使用方法
背景技术：
一般说来，经涂敷的磨料制品具有固定于背衬的磨粒。更常见的是，经涂敷的磨料制品具有含两个相背主表面的背衬和固定于其中一个主表面上的磨料层。磨料层通常包含磨粒和粘结剂，其中粘结剂用于将磨粒固定到背衬上。
一种普通类型的经涂敷的磨料制品具有磨料层，其中磨料层具有底漆层(make layer)、面漆层(size layer)和磨粒。在制造这种经涂敷的磨料制品时，将包含第一粘结剂前体的底漆层施加到背衬的主表面。然后使磨粒至少部分地嵌入底漆层中(例如通过静电涂敷)，并使第一粘结剂前体固化(即，交联)，以使颗粒固定于底漆层。然后在底漆层和磨粒上施加包含第二粘结剂前体的面漆层，随后使粘结剂前体固化。
另一种普通类型的经涂敷的磨料制品具有固定于背衬主表面上的磨料层，其中通过将由粘结剂前体和磨粒组成的淤浆施加于背衬的主表面上，然后使粘结剂前体固化，来形成磨料层。
在另一个方面中，经涂敷的磨料制品可能还包含覆盖磨料层的超面漆层(supersize layer)。超面漆层通常包含助磨剂和/或抗填充材料。
可任选地是，用于经涂敷的磨料制品中的背衬可以用一层或多层被涂敷的涂层进行处理。典型的背衬处理材料的实例是背部面漆层(backsize layer)(即，在背衬的一个主表面上的涂层，其中这个主表面是与磨料层相背的主表面)、预涂面漆层(presize layer)或粘结层(即，位于背衬上、并被设置在磨料层和背衬之间的涂层)和/或用于浸渍背衬的浸渍剂。次面漆类似于浸渍剂，不同之处在于次面漆被施加在预先处理过的背衬上。
然而，根据具体选择的磨料层和背衬(经过处理或未经过处理)的不同，在研磨期间磨料层可能会与背衬部分地分离，而导致磨粒脱离。这一现象在磨料领域中被称为“脱落”。大多数情况下不希望出现脱落，因为这样会导致性能受损。
在一种方法中，人们已经采用布置在背衬和磨料层之间的粘结层来解决在一些经涂敷的磨料制品中出现的脱落问题。
然而，尽管有这些进步，仍然需要可以减少经涂敷的磨料制品中出现脱落问题的新型材料和新方法。
发明概述在一个方面中，本发明提供一种经涂敷的磨料制品，其包含具有主表面的背衬、固定到该主表面的至少一部分上的粘结层、固定到该粘结层的至少一部分上的磨料层，该磨料层包含磨粒和至少一种粘结剂树脂，其中该粘结层可以通过将各向同性的可聚合组合物至少部分地聚合而制成，其中所述的可聚合组合物包含至少一种多官能氮丙啶、至少一种酸性的自由基聚合性单体和至少一种具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，其中该低聚物经均聚反应可得到其玻璃化转变温度小于50℃的聚合物。
在一些实施方案中，磨料层包含底漆层、嵌入该底漆层中的磨粒、以及面漆层，其中该底漆层包含第一粘结剂树脂，该面漆层包含固定到该底漆层和该磨粒上的第二粘结剂树脂。
在一些实施方案中，磨粒分散在粘结剂树脂中。
在另一个方面中，本发明提供一种制造经涂敷的磨料制品的方法，该方法包括在背衬的至少一部分上布置粘结层前体，该粘结层前体包含各向同性的组合物，该组合物包含至少一种多官能氮丙啶、至少一种酸性的自由基聚合性单体和至少一种具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，其中该低聚物经均聚反应可得到其玻璃化转变温度小于50℃的聚合物；将该粘结层前体至少部分地聚合；在所述的至少部分聚合的粘结层前体上布置聚合性底漆树脂前体；将磨粒至少部分地嵌入该底漆树脂前体中；以及将该底漆树脂前体至少部分地聚合。
在另一个方面中，本发明提供一种制造经涂敷的磨料制品的方法，该方法包括在背衬的至少一部分上布置粘结层前体，该粘结层前体包含各向同性的组合物，该组合物包含至少一种多官能氮丙啶、至少一种酸性的自由基聚合性单体和至少一种具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，其中该低聚物经均聚反应可得到其玻璃化转变温度小于50℃的聚合物；将该粘结层前体至少部分地聚合；在所述的至少部分聚合的粘结层前体上布置淤浆，其中该淤浆包含聚合性粘结剂前体和磨粒；以及将该粘结剂前体至少部分地聚合。
本发明的经涂敷的磨料制品通常可用于研磨工件，并且在研磨过程中可表现出较低程度的脱落。
本文所使用的术语“(甲基)丙烯酰基”既包括“丙烯酰基”，又包括“甲基丙烯酰基”。
图1是示例性的经涂敷的磨料制品的剖视图；图2是另一个示例性的经涂敷的磨料制品的剖视图；和图3是再一个示例性的经涂敷的磨料制品的剖视图。
发明详述本发明的经涂敷的磨料制品包含具有主表面的背衬、固定到该主表面的至少一部分上的粘结层和固定到该粘结层的至少一部分上的磨料层。
适合的背衬包括本领域中已知的用于制造经涂敷的磨料制品的那些。通常，背衬具有两个相背的主表面。背衬的厚度通常为0.02-5毫米，期望为0.05-2.5毫米，更期望为0.1-0.4毫米，但是也可采用这些范围之外的厚度。
背衬可以是挠性的或刚性的，并且可以由各种各样的材料制成，这些材料包括在经涂敷的磨料制品的制造中通常用作背衬的那些。其实例包括纸张、织物、膜、聚合物泡沫、硬化纸板、织造材料和非织造材料、以及这些材料中的两种或多种的组合。背衬也可以是两种材料(例如纸/膜、布/纸或膜/布)的叠层。
示例性的挠性背衬包括聚合物膜(包括涂有底漆的膜)，例如聚烯烃膜(例如聚丙烯(包括双轴取向聚丙烯)、聚酯膜、聚酰胺膜、纤维素酯膜)、金属箔、网、稀松布、泡沫体(例如天然海绵材料或聚氨酯泡沫)、布(例如由含有聚酯、尼龙、丝、棉、和/或人造丝的纤维或纱线制成的布)、纸、钢纸、硬化纸板、非织造材料、及其组合。布质背衬可以是织成的或缝编成的。
背衬可以为如在例如美国专利No.5,417,726(Stout等人)中描述的纤维增强的热塑性材料，或为如在例如美国专利No.5,573,619(Benedict等人)中描述的无接头环带。同样，背衬也可为如在例如美国专利No.5,505,747(Chesley等人)中描述的具有突出的钩状柄的聚合物基质。同样，背衬也可为例如在美国专利No.5,565,011(Follett等人)中描述的圈状织物。
示例性的刚性背衬包括金属板和陶瓷板。适合的刚性背衬的另一个实例在例如美国专利No.5,417,726(Stout等人)中有所描述。
背衬可以是经过处理的背衬，其中所述背衬被覆有一种或多种诸如预涂面漆、背部面漆、次面漆和/或浸渍剂之类的处理材料。关于背衬处理的其他细节可以在例如美国专利No.5,108,463(Buchanan等人)、5,137,542(Buchanan等人)、5,328,716(Buchanan)和5,560,753(Buchanan等人)中找到。
粘结层可以通过以下方法制备将粘结层前体至少部分地聚合，其中该粘结层前体是各向同性的可聚合组合物，该组合物包含多官能氮丙啶、酸性的自由基聚合性单体和具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，其中该低聚物经均聚反应可得到其玻璃化转变温度小于50℃的聚合物。
本文所使用的术语“多官能氮丙啶”是指含多个氮杂环丙基的物质。适合的多官能氮丙啶包括例如美国专利No.3,225,013(Fram)、4,769,617(Canty)和5,534,391(Wang)中公开的那些。具体的实例包括三羟甲基丙烷三[3-氮杂环丙基丙酸酯]、三羟甲基丙烷三[3-(2-甲基氮杂环丙基)丙酸酯]、三羟甲基丙烷三[2-氮杂环丙基丁酸酯]、三(1-氮杂环丙基)氧化膦、三(2-甲基-1-氮杂环丙基)氧化膦、季戊四醇三[3-(1-氮杂环丙基)丙酸酯]和季戊四醇四[3-(1-氮杂环丙基)丙酸酯]。也可以使用至少两种多官能氮丙啶的组合。
市售可得的多官能氮丙啶包括商品名为“XAMA-2”(据信是三羟甲基丙烷三[3-(2-甲基氮杂环丙基)丙酸酯])和“XAMA-7”(据信是季戊四醇三(β-(N-氮杂环丙基)丙酸酯))的产品，这两者均可得自位于美国南卡罗来那州Lake Wylie市的EIT公司；商品名为“HYDROFLEX XR2990”(据信是三羟甲基丙烷三[3-(2-甲基氮杂环丙基)丙酸酯])的产品，可得自位于美国明尼苏达州Vadnais Heights市的H.B.Fuller公司；以及商品名为“NEOCRYL CX-100”(据信是三羟甲基丙烷三[3-(2-甲基氮杂环丙基)丙酸酯])的产品，可得自位于美国马萨诸塞州Wilmington市的Zeneca Resins公司。
基于多官能氮丙啶、酸性的自由基聚合性单体和具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物的总重量，被引入粘结层前体中的多官能氮丙啶的量通常为至少0.5重量％、1重量％或2重量％，至多4重量％、6重量％、8重量％、或者甚至10重量％或更高。
该酸性的自由基聚合性单体既具有酸性基团又具有自由基聚合性基团(例如，(甲基)丙烯酰基)。该酸性基团可以为(例如)基于碳的、基于硫的或基于磷的酸性基团，并且可以是游离酸或呈部分中和或完全中和的状态。该酸性的自由基聚合性单体可以具有多于一个的酸性基团和/或自由基聚合性基团。
可用的基于碳的酸性的自由基聚合性单体包括(例如)(甲基)丙烯酸、马来酸、马来酸单烷基酯、富马酸、富马酸单烷基酯、衣康酸、异巴豆酸、巴豆酸、柠康酸和丙烯酸β-羧基乙酯。
可用的基于硫的酸性的自由基聚合性单体包括(例如)甲基丙烯酸2-磺基乙酯、苯乙烯磺酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸。
酸性的自由基聚合性单体是市售可得的，例如可购自位于美国俄亥俄州Cincinnati市的Cognis公司(商品名为“PHOTOMER 4173”)和位于美国宾夕法尼亚州Exton市的沙多玛公司(“CN118”、“CD9050”、“CD9051”和“CD9052”)。
可用的基于磷的酸性的自由基聚合性单体包括(例如)乙烯基膦酸。
基于多官能氮丙啶、酸性的自由基聚合性单体和具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物的总重量，被引入粘结层前体中的酸性的自由基聚合性单体的量通常为至少1重量％或2重量％，至多5重量％、10重量％、20重量％、30重量％或者甚至45重量％或更高。
选择这样的具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，该低聚物经自由基均聚反应(例如，通过光引发或热引发)可得到其玻璃化转变温度等于或低于50℃(摄氏度)的聚合物。本文所使用的术语“低聚物”是指由少量链接在一起的单体单元所构成的分子。低聚物所含的单体单元通常低于一百个，更通常低于三十个。
可用的具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物包括(例如)脂族和芳族聚氨酯(甲基)丙烯酸酯低聚物、聚丁二烯(甲基)丙烯酸酯低聚物、丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯低聚物、聚醚(甲基)丙烯酸酯低聚物、脂族和芳族聚酯(甲基)丙烯酸酯低聚物、环氧(甲基)丙烯酸酯低聚物、及其组合。
这些低聚物的制备方法是本领域公知的，多种可用的自由基聚合性低聚物都是市售可得的。其实例包括脂族和芳族聚氨酯(甲基)丙烯酸酯低聚物，例如可得自位于美国乔治亚州Smyrna市UCBChemicals公司(商品名为“EBECRYL 270”、“EBECRYL 8804”、“EBECRYL 8807”、“EBECRYL 4827”、“EBECRYL 6700”、“EBECRYL 5129”或“EBECRYL 8402”)、以及可得自位于美国宾夕法尼亚州Exton市的沙多玛公司(商品名为“CN 1963”、“CN934”、“CN 953B70”、“CN 984”、“CN 962”、“CN 964”、“CN 965”、“CN 972”和“CN 978”)；聚酯(甲基)丙烯酸酯低聚物，例如可得自UCB Chemicals公司(商品名为“EBECRYL 80”、“EBECRYL 81”、“EBECRYL 657”、“EBECRYL 810”、“EBECRYL 450”、“EBECRYL 870”或“EBECRYL 2870”)、以及可得自沙多玛公司(商品名为“CN 292”)；聚醚(甲基)丙烯酸酯低聚物，例如可得自沙多玛公司(商品名为“CN 501”、“CN 502”、“CN 550”和“CN 551”)；丙烯酸类低聚物，例如可得自沙多玛公司(商品名为“CN 816”、“CN 817”和“CN 818”)；环氧(甲基)丙烯酸酯低聚物，例如可得自沙多玛公司(商品名为“CN 119”和“CN 121”)；以及聚丁二烯(甲基)丙烯酸酯低聚物，例如可得自沙多玛公司(商品名为“CN 301”)。
基于多官能氮丙啶、酸性的自由基聚合性单体和具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物的总重量，被引入粘结层前体中的低聚物的量通常为至少30重量％、35重量％、40重量％或45重量％，到至多50重量％、60重量％、70重量％、80重量％、90重量％或者甚至95重量％或更高。
可任选地是，粘结层前体还可以包含一种或多种能够使该粘结层前体至少部分聚合的固化剂。可用的固化剂包括自由基引发剂，例如用于自由基聚合的光引发剂和/或热引发剂。可以使用光引发剂和/或热引发剂的混合物。
可用的光引发剂包括已知可用于使多官能丙烯酸酯发生自由基光固化发应的那些。示例性的光引发剂包括安息香及其衍生物，如α-甲基安息香；α-苯基安息香；α-烯丙基安息香；α-苄基安息香；安息香醚，如苯偶酰二甲基缩酮(例如可购自位于美国纽约州Tarrytown市的汽巴精化有限公司，商品名为“IRGACURE 651”)、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香正丁醚；苯乙酮及其衍生物，如2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(例如可购自汽巴精化有限公司，商品名为“DAROCUR 1173”)和1-羟基环己基苯基酮(例如可购自汽巴精化有限公司，商品名为“IRGACURE 184”)；2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮(例如可购自汽巴精化有限公司，商品名为“IRGACURE 907”)；2-苄基-2-(二甲氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮(例如可购自汽巴精化有限公司，商品名为“IRGACURE 369”)。
其它可用的光引发剂包括(例如)新戊偶姻乙醚(pivaloin ethylether)；茴香偶姻乙醚(anisoin ethyl ether)；蒽醌类化合物(如蒽醌、2-乙基蒽醌、1-氯蒽醌、1，4-二甲基蒽醌、1-甲氧基蒽醌或苯并蒽醌)；卤甲基三嗪；二苯甲酮及其衍生物；上述物质的碘盐和锍盐；钛络合物如双(η5-2，4-环戊二烯-1-基)双[2，6-二氟-3-(1H-吡咯-1-基)苯基]钛(例如可购自汽巴精化有限公司，商品名为“CGI 784DC”)；卤甲基硝基苯(如4-溴甲基硝基苯)；单-和双-酰基膦(例如可购自汽巴精化有限公司，商品名为“IRGACURE 1700”、“IRGACURE 1800”、“IRGACURE1850”和“DAROCUR 4265”)。
例如，为了增强光引发剂对特定的光化辐射源的敏感性，可以将一种或多种光谱增感剂(例如，染料)与可任选的光引发剂一起添加到粘结层前体中。
适合的自由基聚合热引发剂的实例包括过氧化物，例如过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰、过氧化二月桂酰、过氧化环己烷、甲乙酮过氧化物；氢过氧化物，例如叔丁基化过氧氢和氢过氧化枯烯；过二碳酸二环己酯；2，2’-偶氮二异丁腈和过氧化苯甲酰叔丁酯。市售可得的自由基聚合热引发剂的实例包括可得自位于美国特拉华州Wilmington市E.I.du Pont de Nemours公司的商品名为“VAZO”(例如，“VAZO 64”和“VAZO 52”)的引发剂、以及可得自位于美国宾夕法尼亚州Philadelphia市ElfAtochem North America公司的商品名为“LUCIDOL 70”的引发剂。
如果粘结层前体中存在固化剂的话，则通常以有效地促进聚合反应的量使用固化剂，例如其用量为粘结层前体的总量的0.01重量％到至多10重量％，但是也可采用这些范围之外的量。
除了其它组分之外，本发明的粘结层前体可以包含可任选的添加剂，例如用于改进性能和/或外观。示例性的添加剂包括填料、溶剂、增塑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、偶联剂、香料、纤维、润滑剂、触变材料、抗静电剂、悬浮剂、颜料和染料。
也可以将反应性稀释剂添加到粘结层前体中，例如用于调节其粘度和/或固化组合物的物理性能。适合的反应性稀释剂的实例包括单官能和多官能(甲基)丙烯酸酯单体稀释剂(例如，乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、二缩三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二缩三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯)、乙烯基醚(例如，丁基乙烯基醚)、乙烯基酯(例如，乙酸乙烯酯)和苯乙烯系单体(例如，苯乙烯)。
通常只需要在充分混合的条件下将各组分混合在一起，以制成粘结层前体。在组合物的各个组分互溶的情况下，该组合物可以为整体均匀的。为了促进混合，可以采用搅动和/或搅拌。在粘度较高的情况下，可以将混合物加热来降低其粘度。
可以通过各种方法将粘结层前体施加到背衬上，这些方法包括(例如)诸如刷涂、喷涂、辊涂、幕涂、凹版涂敷和刮涂之类的技术。可以将有机溶剂添加到各向同性的可聚合组合物中，从而有助于所使用的具体的涂敷技术。然后可以在足以干燥(如果存在有机溶剂的话)并且使涂料至少部分聚合的温度下将已涂敷的背衬处理一段时间，从而使该涂料固定到该背衬上。在经过至少10秒、20秒或30秒或者甚至更长(可任选)的一段时间之后，通常(例如)通过多种公知技术中的任意一种(例如，经受电子束辐射、光化辐射(即紫外和/或可见光区的电磁辐射)和热能)使粘结层前体至少部分地聚合。如果使用光化辐射，则粘结层前体中通常存在至少一种光引发剂。如果使用热能，则粘结层前体中通常存在至少一种热引发剂。可以在空气或惰性气氛(例如，氮气或氩气)中进行聚合。
在一个示例性的实施方案中，磨料层包含底漆层、嵌入该底漆层中的磨粒、以及面漆层，其中该底漆层包含第一粘结剂树脂，该面漆层包含固定到该底漆层和该磨粒上的第二粘结剂树脂。
参照图1，本发明的示例性的经涂敷的磨料制品100具有背衬110、根据本发明的粘结层120(其固定到背衬110的主表面115上)、以及固定到粘结层120上的磨料层130。磨料层130又包含磨粒160，磨粒160由底漆层140和面漆层150固定到粘结层120上。
该底漆层和面漆层可以包含适合用于研磨应用的任何粘结剂树脂。通常，通过用底漆层前体涂敷背衬(经过处理或未经过处理)的至少一部分来制备该底漆层。然后将磨粒至少部分地嵌入(例如，通过静电涂敷)底漆层前体(其包含第一粘结剂前体)中，并将该底漆层前体至少部分地聚合。接下来，通过以下方法制备该面漆层用其中含有第二粘结剂前体(其可以与第一粘结剂前体相同或不同)的面漆层前体涂敷该底漆层和磨粒的至少一部分，并将该面漆层前体至少部分地固化。在一个实施方案中，可以在用磨粒涂敷之前，将底漆层前体部分地聚合，并在制造过程中的稍后时刻将其进一步聚合。
在一个实施方案中，可以将超面漆施加到面漆层的至少一部分上。可用的第一和第二粘结剂前体在磨料技术领域中是熟知的，其包括(例如)自由基聚合性单体和/或低聚物、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、氨基塑料树脂、氰酸酯树脂、或其组合。
可用的磨粒在磨料技术领域中是熟知的，其包括(例如)熔融氧化铝、热处理氧化铝、熔融白刚玉、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方氮化硼、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、溶胶-凝胶磨粒、二氧化硅、氧化铁、氧化铬、氧化铈、氧化锆、二氧化钛、硅酸盐、金属碳酸盐(例如碳酸钙(例如，白垩、方解石、泥灰岩、石灰华、大理石和石灰石)、碳酸钙镁、碳酸钠、碳酸镁)、二氧化硅(例如，石英、玻璃小珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(例如，滑石、粘土(蒙脱土)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠)、金属硫酸盐(例如，硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸铝钠、硫酸铝)、石膏、三水合铝、石墨、金属氧化物(例如，氧化锡、氧化钙、氧化铝、二氧化钛)和金属亚硫酸盐(例如，亚硫酸钙)、金属颗粒(例如，锡、铅、铜)、由热塑性材料(例如，聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚酯、聚乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚丙烯、缩醛聚合物、聚氯乙烯、聚氨酯、尼龙)形成的塑料磨粒、由交联聚合物(例如，酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、三聚氰胺-甲醛、丙烯酸酯树脂、丙烯酸改性异氰尿酸酯树脂、脲醛树脂、异氰尿酸酯树脂、丙烯酸改性聚氨酯树脂、丙烯酸改性环氧树脂)形成的塑料磨粒、及其组合。
在本发明的经涂敷的磨料制品的另一个示例性实施方案中，磨料层可以包含被分散在粘结剂中的磨粒。现参照图2，示例性的经涂敷的磨料制品200具有背衬210、根据本发明的粘结层220(其固定到背衬210的主表面215上)、以及固定到粘结层220上的磨料层230。磨料层230包含被分散在粘结剂240中的磨粒260。
在制造这种经涂敷的磨料制品的过程中，通常将包含粘结剂前体和磨粒的淤浆涂敷到背衬的主表面上，然后将该粘结剂前体至少部分地固化。适合的粘结剂前体和磨粒包括(例如)上文列出的那些。
在另一个示例性实施方案中，本发明的经涂敷的磨料制品可以包括结构化磨料制品。现参照图3，示例性的结构化磨料制品300具有背衬310、根据本发明的粘结层320(其固定到背衬310的主表面315上)、以及固定到粘结层320上的磨料层330。磨料层330包含多个精确成形的磨料复合物355。该磨料复合物包含被分散在粘结剂350中的磨粒360。
在制造这种经涂敷的磨料制品的过程中，可以将包含粘结剂前体和磨粒的淤浆涂敷到其中具有多个精确成形的空腔的工具中。然后将该淤浆至少部分地聚合，并通过(例如)粘合剂或使该淤浆进一步聚合的方式使其与粘结层粘附在一起。适合的粘结剂前体和磨粒包括(例如)上文列出的那些。
该磨料复合物可以具有各种各样的形状，包括(例如)选自立方形、块状、圆柱形、棱柱形、棱锥形、截顶棱锥形、圆锥形、截顶圆锥形、十字形和半球形的那些形状。
可任选地是，经涂敷的磨料制品可以进一步包含(例如)背部面漆、预涂面漆和/或次面漆(即，位于粘结层和主表面之间的涂层，该粘结层固定在该主表面上)、和/或同时涂敷背衬的两个主表面的浸渍剂。经涂敷的磨料制品可以进一步包含覆盖磨料涂层的至少一部分的超面漆。如果存在超面漆的话，超面漆通常包含助磨剂和/或抗填充材料。
本发明的经涂敷的磨料制品可以被制成(例如)带、辊、圆盘(包括有孔圆盘)和/或薄片。对于带的情形，可以使用已知的方法将磨料薄片的两个自由端连在一起以形成接合带。
用于制备经涂敷的磨料制品的技术和材料的进一步描述可以参见(例如)美国专利No.4,314,827(Leitheiser等人)、4,518,397(Leitheiser等人)、4,588,419(Caul等人)、4,623,364(Cottringer等人)、4,652,275(Bloecher等人)、4,734,104(Broberg)、4,737,163(Larkey)、4,744,802(Schwabel)、4,751,138(Tumey等人)、4,770,671(Monroe等人)、4,799,939(Bloecher等人)、4,881,951(Wood等人)、4,927,431(Buchanan等人)、5,498,269(Larmie)、5,011,508(Wald等人)、5,078,753(Broberg等人)、5,090,968(Pellow)、5,108,463(Buchanan等人)、5,137,542(Buchanan等人)、5,139,978(Wood)、5,152,917(Pieper等人)、5,201,916(Berg等人)、5,203,884(Buchanan等人)、5,227,104(Bauer)、5,304,223(Pieper等人)、5,328,716(Buchanan)、5,366,523(Rowenhorst等人)、5,378,251(Culler等人)、5,417,726(Stout等人)、5,429,647(Larmie)、5,436,063(Follett等人)、5,490,878(Peterson等人)、5,492,550(Krishnan等人)、5,496,386(Broberg等人)、5,520,711(Helmin)、5,549,962(Holmes等人)、5,551,963(Larmie)、5,556,437(Lee等人)、5,560,753(Buchanan等人)、5,573,619(Benedict等人)、5,609,706(Benedict等人)、5,672,186(Chesley等人)、5,700,302(Stoetzel等人)、5,851,247(Stoetzel等人)、5,913,716(Mucci等人)、5,942,015(Culler等人)、5,954,844(Law等人)、5,961,674(Gagliardi等人)、5,975,988(Christianson)、6,059,850(Lise等人)和6,261,682(Law)。
根据本发明的磨料制品可用于研磨工件，在研磨过程中，经涂敷的磨料制品的磨料层的至少一部分与工件表面的至少一部分摩擦接触，然后使经涂敷的磨料制品或工件中的至少一者相对于另一者移动，以研磨表面的至少一部分。该研磨操作可以通过(例如)手或机器来进行。可任选地是，可以将液体(例如，水、油)和/或表面活性剂(例如，皂类、非离子型表面活性剂)涂敷到工件上，从而(例如)有助于研磨操作。
以下非限制性实施例将进一步说明本发明的目的和优点，但是在这些实施例中所述的具体材料及其用量、以及其它条件和细节不应该被理解为是用来过度限制本发明。
实施例除非另作说明，否则在实施例和说明书的剩余部分中记载的所有的份数、百分比和比例等都是以重量计，并且实施例中使用的所有试剂都得自或购自普通化学品供应商，如位于美国密苏里州Saint Louis市的Sigma-Aldrich Chemical公司，或者可以通过常规技术合成。
在全部实施例中均使用以下缩写。
缩写表
90°剥离粘附性试验将待测试的经涂敷的磨料制品制成大约8cm宽×25cm长的材料片。如下所述，用层叠粘合剂1(LA1)或层叠粘合剂2(LA2)涂敷木板(17.8cm×7.6cm×0.6cm)的一半长度对于LA1，用热熔胶喷胶器(可购自3M公司，商品名为“POLYGUN II HOT MELTAPPLICATOR”)喷涂该粘合剂；对于LA2，用2英寸(5.1cm)的漆刷通过刷涂的方式手动涂敷该粘合剂。在经涂敷的磨料制品的带有磨粒的那侧上，用层叠粘合剂涂敷该制品的全宽，但长度方向上仅涂敷起始的15cm。将经涂敷的磨料制品的带有磨粒的那侧附着到上述木板的含有层叠粘合剂涂层的那侧，使得经涂敷的磨料制品的没有沾上层叠粘合剂的那10cm从该板伸出。施加压力使得该板和经涂敷的磨料制品紧密地粘结。对于LA2，将木板和经涂敷的磨料制品构成的粘结组件在25℃下固化大约12小时，然后在50℃下固化12小时。
在25℃下、沿着直线在经涂敷的磨料制品的两侧上切割该磨料制品，使得其宽度减小到5.1cm。将所得的磨料制品/木板复合材料水平地安装在与拉伸试验机的上部夹紧装置相连的夹具中，该拉伸试验机可购自位于美国明尼苏达州Eden Prairie市的MTS Systems公司，商品名为“SINTECH 6W”。将经涂敷的磨料制品的伸出部分中的大约1cm安装到该机器的下部夹紧装置中，使得两个夹紧装置之间的距离为12.7cm。该机器以0.05厘米/秒(cm/sec)的速度将该夹紧装置分开，其中以90°的角度将经涂敷的磨料制品拉离该木板，使得经涂敷的磨料制品的一部分与木板分离。记录达到这种分离所需要的力(即，剥离力)(单位为千克/厘米(kg/cm))。
制备粘结层前体组合物的通用方法在20℃下，将酸性的自由基聚合性单体添加到具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物中，接着添加引发剂。使用机械搅拌器将混合物搅拌均匀，然后在50℃的烘箱中加热2小时。在从烘箱中取出混合物之后，添加多官能氮丙啶，并且继续搅拌10分钟直到多官能氮丙啶溶解，最后得到各向同性的粘结层前体组合物。
制备具有粘结层的背衬的通用方法如上文所述，使用4英寸(1.6cm)宽的手持式涂敷刀(可得自位于美国佛罗里达州Pompano Beach市的Paul N.Gardner公司)将刚制备的、热的粘结层前体组合物涂敷到经过处理的背衬上。将涂敷刀间距设置为225微米。然后将涂有粘结层前体的背衬在761瓦特/平方英寸(118W/cm2)和16.4英尺/分钟(5米/分钟)的条件下通过使用“FUSION D”灯泡的UV处理机(得自位于美国马里兰州Gaithersburg市的Fusion UV Systems公司，商品名为“UV PROCESSOR”)一次，来辐照该背衬，然后在120℃下加热10-20分钟，得到粘结层固定于其上的背衬。所得粘结层的标称涂层重量是110g/m2。
淤浆树脂1(SR1)的制备将1917g ACR1、19g PI1、1738g F2、2235g MN2、74g A1和17g A2加入一加仑(4L)的塑料容器中。在25℃下将该树脂机械搅拌1小时。
粉末涂料1(PC1)的制备如美国专利申请20040018802(Welygan等人)的实施例1所述，制成由树脂和矿物构成的粉末涂料。
粘结剂前体1(BP1)的制备将544g RPR1和442g F1加入一加仑(4L)的塑料容器中。用顶置搅拌器将反应物搅拌30分钟，然后用水稀释到一千克的总重量。
粘结剂前体2(BP2)的制备在25℃下，将425g ACR1、11g PI2和726g F1加入一加仑(4L)的塑料容器中，并将其机械搅拌一小时。
将磨料层粘结到粘结层的通用方法按照以下步骤将磨料层粘结到粘结层使用手持式涂敷刀以4密耳(101微米)的涂层厚度将粘结剂前体1或2涂敷到粘结层上。
例如，用粘结剂前体1涂敷使用手持式涂敷刀以4密耳(101微米)的涂层厚度将粘结剂前体1涂敷到粘结层上。将MN1滴涂到粘结剂前体1中以形成紧密的矿物涂层，然后在90℃下将粘结剂前体1加热60分钟，然后在105℃下加热12小时。
例如，用粘结剂前体2涂敷使用手持式涂敷刀以4密耳(101微米)的涂层厚度将粘结剂前体2涂敷到粘结层上。将MN1滴涂到粘结剂前体2中以形成紧密的矿物涂层，并且将粘结剂前体2在761瓦特/平方英寸(118W/cm2)和16.4英尺/分钟(5米/分钟)的条件下通过使用“FUSION D”灯泡的UV处理机(得自位于美国马里兰州Gaithersburg市的Fusion UV Systems公司，商品名为“UVPROCESSOR”)一次。
例如，用粉末涂料1涂敷使用手持式涂敷刀以10密耳的涂层厚度将粉末涂料1涂敷到粘结层上。将所得的粉末涂料以25fpm(7.6m/min)的速度通过IR灯下使之熔化，然后在150℃下加热1小时。
例如，用淤浆1涂敷使用手持式涂敷刀以2-3密耳(101微米)的涂层厚度将淤浆1涂敷到如美国专利申请No.10/668,736(Collins等人)的实施例1所述的工具(其中具有精确成形的空腔)上，然后将其转移到粘结层，由此将淤浆1涂敷到粘结层上。将淤浆在761瓦特/平方英寸(118W/cm2)和50英尺/分钟(15m/min)的条件下通过两个使用“FUSION D”灯泡的UV处理机(得自位于美国马里兰州Gaithersburg市的Fusion UV Systems公司，商品名为“UVPROCESSOR”)一次，然后在120℃下加热24小时。
实施例1-25如表1所示，按照制备粘结层前体的通用方法制成粘结层前体。然后按照制备具有粘结层的背衬的通用方法，在所示背衬上涂敷粘结层前体并固化而形成粘结层。然后将磨料层施加到粘结层上。对最后得到的经涂敷的磨料制品进行90°剥离粘附性试验。在表1中，经涂敷的磨料制品在涂敷磨料的范围内受到破坏。
表1
*磨料和粘结层对膜的粘附作用超过膜的内部强度，导致膜被撕裂。
在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以对本发明作出各种各样的改进和改变，并且应当理解的是，本发明不受本文中所述的说明性实施方案的过度限制。
权利要求
1.一种经涂敷的磨料制品，该磨料制品包含具有主表面的背衬、固定到该主表面的至少一部分上的粘结层、固定到该粘结层的至少一部分上的磨料层，所述磨料层包含磨粒和至少一种粘结剂树脂，其中所述粘结层可以通过将各向同性的可聚合组合物至少部分地聚合而制成，其中所述的可聚合组合物包含至少一种多官能氮丙啶、至少一种酸性的自由基聚合性单体和至少一种具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，其中所述低聚物经均聚反应可得到其玻璃化转变温度小于50℃的聚合物。
2.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中所述的各向同性的可聚合组合物还包含固化剂。
3.根据权利要求2所述的经涂敷的磨料制品，其中所述固化剂包含至少一种自由基光引发剂。
4.根据权利要求2所述的经涂敷的磨料制品，其中所述固化剂包含至少一种自由基热引发剂。
5.根据权利要求2所述的经涂敷的磨料制品，其中基于所述的酸性的自由基聚合性单体和所述的具有至少两个自由基聚合性基团的低聚物的总重量，所述的多官能氮丙啶的量为0.5-10％，并且其中所述的酸性的自由基聚合性单体的量为1-45％。
6.根据权利要求2所述的经涂敷的磨料制品，其中基于所述的酸性的自由基聚合性单体和所述的具有至少两个自由基聚合性基团的低聚物的总重量，所述的多官能氮丙啶的量为2-4％，并且其中所述的酸性的自由基聚合性单体的量为2-20％。
7.根据权利要求2所述的经涂敷的磨料制品，其中所述的多官能氮丙啶选自三羟甲基丙烷三[3-氮杂环丙基丙酸酯]、三羟甲基丙烷三[3-(2-甲基氮杂环丙基)丙酸酯]、三羟甲基丙烷三[2-氮杂环丙基丁酸酯]、三(1-氮杂环丙基)氧化膦、三(2-甲基-1-氮杂环丙基)氧化膦、季戊四醇三-3-(1-氮杂环丙基丙酸酯)、季戊四醇四-3-(1-氮杂环丙基丙酸酯)、及其组合。
8.根据权利要求7所述的经涂敷的磨料制品，其中所述磨料层具有底漆层和面漆层，所述底漆层包含第一粘结剂树脂，其中所述磨粒嵌在所述底漆层中，所述面漆层包含固定到所述底漆层和所述磨粒上的第二粘结剂树脂。
9.根据权利要求2所述的经涂敷的磨料制品，其中所述的酸性的自由基聚合性单体选自(甲基)丙烯酸、马来酸、马来酸单烷基酯、富马酸、富马酸单烷基酯、衣康酸、异巴豆酸、巴豆酸、柠康酸、丙烯酸β-羧基乙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、乙烯基膦酸、及其组合。
10.根据权利要求2所述的经涂敷的磨料制品，其中所述的具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物选自脂族和芳族聚氨酯(甲基)丙烯酸酯低聚物、聚丁二烯(甲基)丙烯酸酯低聚物、丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯低聚物、聚醚(甲基)丙烯酸酯低聚物、脂族和芳族聚酯(甲基)丙烯酸酯低聚物、环氧(甲基)丙烯酸酯低聚物、及其组合。
11.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中所述磨料层可以由包含至少一种以下物质的成分制成，所述物质为自由基聚合性单体、自由基聚合性低聚物、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、氨基塑料树脂、氰酸酯树脂、或其组合。
12.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中所述磨料层具有底漆层和面漆层，所述底漆层包含第一粘结剂树脂，其中所述磨粒嵌在所述底漆层中，所述面漆层包含固定到所述底漆层和所述磨粒上的第二粘结剂树脂。
13.根据权利要求12所述的经涂敷的磨料制品，其中所述磨料层还包含超面漆。
14.根据权利要求12所述的经涂敷的磨料制品，其中所述背衬包括经过处理的背衬，所述的经过处理的背衬包含至少一种选自预涂面漆、背部面漆、次面漆和浸渍剂中的处理材料。
15.根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品，其中所述磨粒分散在所述粘结剂树脂中。
16.根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品，其中所述的各向同性的可聚合组合物还包含固化剂。
17.根据权利要求16所述的经涂敷的磨料制品，其中所述固化剂包含至少一种自由基光引发剂。
18.根据权利要求16所述的经涂敷的磨料制品，其中所述固化剂包含至少一种自由基热引发剂。
19.根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品，其中基于所述的酸性的自由基聚合性单体和所述的具有至少两个自由基聚合性基团的低聚物的总重量，所述的多官能氮丙啶的量为0.5-10％，并且其中所述的酸性的自由基聚合性单体的量为1-45％。
20.根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品，其中基于所述的酸性的自由基聚合性单体和所述的具有至少两个自由基聚合性基团的低聚物的总重量，所述的多官能氮丙啶的量为2-4％，并且其中所述的酸性的自由基聚合性单体的量为2-20％。
21.根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品，其中所述的多官能氮丙啶选自三羟甲基丙烷三[3-氮杂环丙基丙酸酯]、三羟甲基丙烷三[3-(2-甲基氮杂环丙基)丙酸酯]、三羟甲基丙烷三[2-氮杂环丙基丁酸酯]、三(1-氮杂环丙基)氧化膦、三(2-甲基-1-氮杂环丙基)氧化膦、季戊四醇三-3-(1-氮杂环丙基丙酸酯)、季戊四醇四-3-(1-氮杂环丙基丙酸酯)、及其组合。
22.根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品，其中所述的酸性的自由基聚合性单体选自(甲基)丙烯酸、马来酸、马来酸单烷基酯、富马酸、富马酸单烷基酯、衣康酸、异巴豆酸、巴豆酸、柠康酸、丙烯酸β-羧基乙酯、甲基丙烯酸2-磺基乙酯、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸、乙烯基膦酸、及其组合。
23.根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品，其中所述的具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物选自脂族和芳族聚氨酯(甲基)丙烯酸酯低聚物、聚丁二烯(甲基)丙烯酸酯低聚物、丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯低聚物、聚醚(甲基)丙烯酸酯低聚物、脂族和芳族聚酯(甲基)丙烯酸酯低聚物、环氧(甲基)丙烯酸酯低聚物、及其组合。
24.根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品，其中所述背衬是经过处理的背衬，所述的经过处理的背衬包含预涂面漆、背部面漆或次面漆中的至少一种。
25.根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品，其中所述磨料层包括精确成形的磨料复合物。
26.根据权利要求25所述的经涂敷的磨料制品，其中所述背衬包括聚合物膜。
27.根据权利要求25所述的经涂敷的磨料制品，其中所述组合物还包含固化剂。
28.一种制造经涂敷的磨料制品的方法，该方法包括在背衬的至少一部分上布置粘结层前体，其中该粘结层前体包含各向同性的组合物，该组合物包含至少一种多官能氮丙啶、至少一种酸性的自由基聚合性单体和至少一种具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，其中所述低聚物经均聚反应可得到其玻璃化转变温度小于50℃的聚合物；将所述粘结层前体至少部分地聚合；在所述的至少部分聚合的粘结层前体上布置聚合性底漆树脂前体；将磨粒至少部分地嵌入所述底漆树脂前体中；以及将所述底漆树脂前体至少部分地聚合。
29.根据权利要求28所述的方法，该方法还包括在所述的至少部分聚合的底漆树脂和所述磨粒的至少一部分上布置聚合性面漆树脂前体；以及将所述面漆树脂前体至少部分地聚合。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述背衬是经过处理的背衬，所述的经过处理的背衬具有至少一种固定到其上的选自预涂面漆、背部面漆、次面漆和浸渍剂中的处理剂。
31.一种制造经涂敷的磨料制品的方法，该方法包括在背衬的至少一部分上布置粘结层前体，其中所述粘结层前体包含各向同性的组合物，所述组合物包含至少一种多官能氮丙啶、至少一种酸性的自由基聚合性单体和至少一种具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，其中所述低聚物经均聚反应可得到其玻璃化转变温度小于50℃的聚合物；将所述粘结层前体至少部分地聚合；在所述的至少部分聚合的粘结层前体上布置淤浆，其中所述淤浆包含聚合性粘结剂前体和磨粒；以及将所述粘结剂前体至少部分地聚合。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述背衬是经过处理的背衬，所述的经过处理的背衬具有至少一种固定到其上的选自预涂面漆、背部面漆、次面漆和浸渍剂中的处理剂。
33.根据权利要求31所述的方法，该方法还包括提供一种表面上具有多个精确成形的空腔的工具，以及促使所述淤浆进入所述空腔的至少一部分中。
34.一种研磨工件的方法，该方法包括提供根据权利要求1所述的经涂敷的磨料制品；使所述磨料层的至少一部分与所述工件的表面的至少一部分摩擦接触；以及使所述经涂敷的磨料制品或所述工件中的至少一者相对于另一者移动，以研磨所述表面的至少一部分。
35.一种研磨工件的方法，该方法包括提供根据权利要求11所述的经涂敷的磨料制品；使所述磨料层的至少一部分与所述工件的表面的至少一部分摩擦接触；以及使所述经涂敷的磨料制品或所述工件中的至少一者相对于另一者移动，以研磨所述表面的至少一部分。
36.一种研磨工件的方法，该方法包括提供根据权利要求15所述的经涂敷的磨料制品；使所述磨料层的至少一部分与所述工件的表面的至少一部分摩擦接触；以及使所述经涂敷的磨料制品或所述工件中的至少一者相对于另一者移动，以研磨所述表面的至少一部分。
37.一种研磨工件的方法，该方法包括提供根据权利要求25所述的经涂敷的磨料制品；使所述磨料层的至少一部分与所述工件的表面的至少一部分摩擦接触；以及使所述经涂敷的磨料制品或所述工件中的至少一者相对于另一者移动，以研磨所述表面的至少一部分。
全文摘要
一种经涂敷的磨料制品具有粘结层，该粘结层可以通过将各向同性的可聚合组合物至少部分地聚合而制成，其中所述的可聚合组合物包含多官能氮丙啶、酸性的自由基聚合性单体和具有至少两个自由基聚合性侧基的低聚物，其中该低聚物经均聚反应可得到其玻璃化转变温度小于50℃的聚合物。
文档编号B24D11/00GK1968786SQ200580019719
公开日2007年5月23日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年6月18日
发明者史蒂文·J·凯佩特, 欧内斯特·L·瑟伯, 唐·H·金凯德, 罗纳德·D·普罗沃 申请人:3M创新有限公司