專利名稱：酰基氧化膦光固化砂布的制作方法
背景本發(fā)明涉及砂布，尤其涉及其中磨粒用可紫外光固化粘合劑固定就位的砂布。
在砂布的制造過程中，磨粒通常通過接合涂層粘結(jié)到背襯材料上，而且在磨粒上放上膠涂層，將它們固定在原位。有時，在上膠涂層上施加超上膠涂層(supersibe coat)，以賦予部分特殊性能例如防堵塞性、抗靜電特性，或者在使用期間磨粒接觸工件的點放置助磨劑。
雖然有時也使用其他的熱固性樹脂，但是在這種結(jié)構(gòu)中最經(jīng)常用于接合涂層和上膠涂層的粘合劑過去是而且目前仍然是酚醛樹脂。但是這種粘合劑固化慢，需要昂貴的干燥和固化設(shè)備來實現(xiàn)。部分因為這個原因，已經(jīng)有人提出了更快固化的粘合劑包括采用紫外光輻射固化的粘合劑，而且在一定程度上被采用了。
要明白，本文使用的“紫外光固化或可紫外光固化”一詞包括能夠通過暴露于光譜的可見光或紫外光區(qū)的光化光和電子束輻射而固化的樹脂。
通過使用多種暴露于紫外光時產(chǎn)生自由基的光引發(fā)劑中的一種，可加速這種粘合劑的固化。這些自由基產(chǎn)生劑的種類包括有機過氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、亞硝基化合物、丙烯酰鹵、水螅(hydrozones)、巰基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯酰咪唑、二咪唑、氯代烷基三嗪、苯偶姻醚、苯偶酰縮酮、噻噸酮和乙酰苯，包括這些化合物的衍生物。其中最經(jīng)常使用的是苯偶?？s酮，例如2，2-二甲氧基-2-苯基乙酰苯(以Irgacure 651商品名購自Ciba Specialty Chemicals)，和乙酰苯衍生物例如2，2-二乙氧基乙酰苯(“DEAP”，購自First Chemical Corporation)、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(“HMPP”，以商品名Darocur 1173購自Ciba Specialty Chemicals)、2-芐基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮(以Irgacure 369商品名購自Ciba Specialty Chemicals)和2-甲基-1-(4-(甲硫基)苯基)-2-嗎啉代-1-丙酮(以Irgacure 907商品名購自Ciba Specialty Chemicals)。
借助于這種光引發(fā)劑，所述樹脂的固化基本在數(shù)分鐘內(nèi)而不是數(shù)小時內(nèi)完成，因此就提供了節(jié)約大量成本的機會。但是，它們?nèi)匀挥腥秉c，在固體材料存在下，在激活光被遮蔽的區(qū)域，經(jīng)常固化不完全。這種現(xiàn)象會由于加入顏料或填料的結(jié)果而發(fā)生，但是不存在固體材料下，僅僅因為樹脂層特別厚，也會發(fā)生該現(xiàn)象。
當樹脂施加到磨粒上使圈套部分樹脂在固化期間暴露于紫外光時，該遮蔽效應或許可以接受。但是某些新產(chǎn)品通過加入粘合劑而偏離了接合/磨粒/上膠結(jié)構(gòu)，而且磨粒呈混合物形式，混合物中固化的粘合劑既將混合物粘合到背襯基材上又起磨粒分散于其中的基質(zhì)的作用。該混合物可以以均勻?qū)有问匠练e到基材上或以包含許多復合材料重復圖案的圖案形式沉積，每種復合材料都含有分散于粘合劑中的磨粒，形成所謂的有結(jié)構(gòu)或設(shè)計的磨料。會認識到，在這種制品中，遮蔽效應非常大，而且會限制可以使用的磨粒粒度和可以沉積到基材上的磨料層/粘合層的厚度。
不完全固化尤其在樹脂接觸基材的結(jié)構(gòu)部分中不好，因為它導致對基材的粘合性差，而且粘合性差又會導致研磨性能差。然而，這正是該影響最明顯之時，因為此時固化深度和遮蔽效應最明顯。
目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新光引發(fā)劑，在不借助于熱固化引發(fā)劑情形下，在固化可紫外光固化樹脂至比迄今認為可能達到的深度更深方面意外地有效。這會導致這樣的可能性，即較大的復合材料能夠構(gòu)成部分設(shè)計的磨料制品。這也可能免除熱引發(fā)劑而使樹脂完全固化。
發(fā)明的描述本發(fā)明包括制造包含由可紫外光固化樹脂粘合劑粘結(jié)的磨粒的研磨器具的方法，其中樹脂粘合劑存在于包含二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦作為光引發(fā)劑的配制物中。
本發(fā)明尤其很適用于制造砂布，但它也適用于制造其他研磨器具例如薄磨輪和較薄的段。也包括其中輪狀固體基材的周邊帶有較薄磨料涂層的磨輪。然而，本發(fā)明最易于適用制造砂布，其中磨粒在可輻射固化粘合劑中的漿料用來形成基材上的研磨表面。砂布優(yōu)選帶有凸紋圖案表面，或其上有圖案的表面(設(shè)計的研磨器具)，如USP5,014,468、USP5,152,917、USP5,833,724和USP5,840,088所述。
可輻射固化粘合劑能夠是通過輻射引發(fā)機理發(fā)生固化的粘合劑中的任意一種。這些樹脂通常包括具有可聚合丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯側(cè)基的單體的聚合物和共聚物。它們包括丙烯酸化的氨基甲酸酯、環(huán)氧化合物、異氰酸酯和異氰脲酸酯，盡管它們經(jīng)常與沒有(甲基)丙烯酸酯基團的單體例如N-乙烯基吡咯烷酮共聚。也已知丙烯酸化的聚酯和氨基塑料是有用的。也發(fā)現(xiàn)某些烯鍵式不飽和化合物可以由光引發(fā)技術(shù)聚合。最經(jīng)常使用的粘合劑以丙烯酸化的環(huán)氧和/或丙烯酸化的氨基甲酸酯為基礎(chǔ)，而且選擇配方來平衡剛性(主要反映聚合物鏈之間的交聯(lián)密度)和反映聚合物鏈長的模量。通過為粘合劑配方選擇合適比率的單和/或二-和/或三官能組分，就能夠獲得合適的剛性。模量的控制能夠例如通過選擇低聚物組分和/或通過向配方中加入熱塑性樹脂來實現(xiàn)。要明白所有這些變化都包括于本發(fā)明中，只要配制物的輻射固化可通過使用二(2，4，6-三甲基苯甲?；?苯基氧化膦光引發(fā)劑而加快。
通常，粘合劑配制物的樹脂組分的聚合被二(2，4，6-三甲基苯甲?；?苯基氧化膦對之很敏感的紫外光輻射引發(fā)。但是樹脂也能夠在其他輻射例如可見光、電子輻射或其他光化輻射作用下聚合。要明白所有這些樹脂都包括于“可輻射固化”一詞中。
為用來制造本發(fā)明研磨器具的粘合劑配制物的基本組分的引發(fā)劑是?；趸?，要明白該詞包括具有下式的化合物 其中X、Y和Z中的至少一個選自具有式R-CO-的基團，其中R是氫或取代或未取代的烷基、芳基、烷芳基、芳烷基或雜環(huán)基團，不含這種?；腦、Y和Z中的任何一個是氫或取代或未取代的烷氧基或苯氧基或取代或未取代的烷基、芳基、烷芳基、芳烷基或雜環(huán)基團。BTBPPO(二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦)以Irgacure 819商品名購自Ciba Specialty Chemicals。氧化膦是購自BASF的2，4，6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(為Lucirin TPO)和2，4，6-三甲基苯甲?；已趸交趸?為Lucirin LR8893)。
因此，如果需要，二(2，4，6-三甲基苯甲?；?苯基氧化膦引發(fā)劑能夠單獨使用或也可與光引發(fā)劑甚至熱引發(fā)劑組合使用。
當使用磨料/粘合劑配制物時，也可加入其他組分，包括而不局限于填料例如氧化硅、滑石粉、三水合鋁等，其他功能性添加劑例如助磨劑、增粘劑、抗靜電劑或防堵塞的添加劑和顏料。
優(yōu)選實施方式的描述下面參照某些說明本發(fā)明及其所提供的優(yōu)點的優(yōu)選實施方式描述本發(fā)明。但是它們不對本發(fā)明范圍有任何必要的限制。
實施例1該實施例說明各種光引發(fā)劑的固化深度。丙烯酸酯基粘合劑的標準漿料含有預定量的粒度為P320的氧化鋁磨粒。漿料中磨粒的比率是17.39％(體積)，漿料中四氟硼酸鉀微粒的比率是27.29％(體積)。
將漿料配成差別僅在于漿料中9R75Quinn Violet顏料的含量不同的幾種樣品。評價4種Irgacure光引發(fā)劑819(二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦)、651(一種芐基縮酮)、369(一種α-氨基-乙酰苯)和907(一種α-氨基-乙酰苯)。在多種顏料和光引發(fā)劑濃度下測量了每次固化的深度。在每種情形下，都將混合物涂布到J-重量聚酯機織物基材上，并以50英尺/分鐘(15.2米/分鐘)的速度通過由600瓦V燈泡和300瓦H燈泡組成的紫外光源(Fusion UVSystems，Inc.馬里蘭州)下方。固化深度由下述方法測量。將混合物倒入箔容器(直徑為1.5英寸(3.81厘米)、深度為0.375英寸(0.95厘米)至0.25英寸(0.635厘米)深)。使其通過UV單元。取出任何多余的未固化樹脂，接著，測量固化部分的厚度作為固化深度。
結(jié)果如

圖1(a、b和c)中的三維圖所示。在每種情形下，關(guān)系圖都顯示了兩種光引發(fā)劑的固化深度的比率。因此，大于1的光引發(fā)劑深度比率說明其固化深度比與之對照的光引發(fā)劑的大。
從對比含有二(2，4，6-三甲基苯甲?；?苯基氧化膦光引發(fā)劑(819)的配制物與含有常規(guī)的芐基縮酮引發(fā)劑(651)的配制物的圖1(a)可見，?；趸⒐庖l(fā)劑形成一致的較大的固化深度。圖1(b)說明含有α-氨基-乙酰苯光引發(fā)劑(369)的配制物比量幾乎與819相同的651好。圖1(c)說明不是所有的α-氨基-乙酰苯性能都同樣地好，因為907比651差很多。
為了得到光引發(fā)劑性能的更完整的認識，測量了固化涂層與聚酯背襯之間的粘合強度。該測試是簡單的通過/破壞測試，其中通過將制品向上彎曲成90°直角，來測試固化材料的粘合性，數(shù)值1表示制品不分離，0表示會發(fā)生任何分離。圖2(a、b、c、d)分別記錄了4種光引發(fā)劑819、369、907和651中的每一種的三維圖中的結(jié)果。它說明對于酰基氧化膦光引發(fā)劑(圖2a)，僅在最高的顏料負荷和最低光引發(fā)劑含量點才破壞。651制品的顏料含量高于0.2％(圖2d)，就會破壞，與369(圖2b)在0.8％或更大的顏料濃度破壞相似，后者除了當光引發(fā)劑濃度為4％時，發(fā)生破壞前，可容許顏料濃度高達1.6％。光引發(fā)劑907(圖2c)在所有條件下都破壞，除了顏料含量低于0.1％，而且光引發(fā)劑濃度至少為4％時。這些圖清楚地證明了圖1中的評價，并加入了關(guān)于對基材粘合性的認識，該認識令人信服地證明了819二(2，4，6-三甲基苯甲?；?苯基氧化膦光引發(fā)劑可給出比最好的α-氨基乙酰苯(369)好得多的令人滿意的粘合性數(shù)值范圍。
實施例2在本實施例中，使用三種配制物制成具有設(shè)計表面的砂布。在每種情形下，使用同樣的丙烯酸酯粘合劑，以及粒度為P320的17.39％(體積)氧化鋁磨料和27.79％(體積)四氟硼酸鉀。
使用的背襯是X重量棉機織物，采用USP5,833,724所述的壓花技術(shù)形成設(shè)計的磨料表面。加上的圖案是三螺旋線，每英寸25條線。
采用下述方法評價設(shè)計的三種磨料性能，它們的區(qū)別僅在于加入到粘合劑/磨料配制物中的光引發(fā)劑不同。
采用修改的121Fss Ring Test方法，對上述實施例樣品進行研磨測試。在每種情形下，使用6.4厘米×152.4厘米的帶，而且?guī)б?524smpm的速度運動。該帶在16psi(110KN/m2)壓力下與304不銹鋼圈工件(17.8厘米外徑O.D.，15.2厘米外徑I.D.和3.1厘米寬)接觸。帶后的接觸輪是7英寸(17.8厘米)60肖氏硬度的平面橡膠輪。工件以3smpm速度運動。
將20個圈預粗糙化至起始Ra為80微英寸。然后研磨每隔1分鐘，測量切削量。用每個帶對20個圈共研磨20分鐘，記錄切削物料的總量。
在每種情形下，測量1分鐘之后的起始切削量和20分鐘之后的總切削量。結(jié)果如下表所示。配制物用所用的Irgacure光引發(fā)劑標明。根據(jù)本發(fā)明制備的砂布以粗體表示。表中最后一行評價了購買的常規(guī)的非設(shè)計磨料的砂布制品。
從該表中會知道，本發(fā)明的砂布在該決定性的“真實應用”測試中，很輕松地就比采用如實施例1中評價的性能較好的配制物制成的相似制品好。
實施例3在本實施例中，評價了含有同樣丙烯酸酯基粘合劑和17.62％(體積)碳化硅磨粒(粒度150)和27.62％(體積)四氟硼酸鉀的配制物的固化深度和粘合性。圖3比較了這些配制物的固化深度。這些配制物的不同僅在于使用的光引發(fā)劑的性質(zhì)不同。將每種配制物都沉積到X重量棉機織物背襯。每種配制物都在兩種條件下進行評價沒有表面處理和有表面處理，表面處理中碳化硅磨粒(與配制物中的相似)和助磨劑的混合物與四氟硼酸鉀的重量比為2∶1。
對這些制品進行實施例1所述的粘合性測試。在表中，“1”表示通過，“0”表示破壞。
1173*指Darocure 1173(2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，或HMPP)，它是以該商品名購自Ciba Special Chemicals的光引發(fā)劑。
紫外光源*在每種情形下，除了所指出的輻射源以外，包括從300瓦H燈泡發(fā)出的輻射。
示出混合物時，存在的組分的比率如下819/1173(1∶3)和369/1173(1∶3)。
實施例4在本實施例中，采用這樣的評價技術(shù)，其中在20psi(138KN/m2)下研磨5/8”×23/8”×93/4”(15.9mm×60.3mm×247.7mm)鈦工件，來評價各種設(shè)計磨料對6AL-4V鈦的切削功率。40D肖氏硬度的平面橡膠接觸輪用作接觸輪。帶速度是3000sfpm(914.4smpm)，工件以7sfpm(2.1smpm)往復運動。
配制物以下述兩種圖案中的一種沉積到X重量棉機織物背襯上三螺旋線(TH)，每英寸25條線；錐體圖案(P)，每英寸25條錐體線。通過將圖案壓花至沉積在基材上的漿料表面，可形成圖案。在每種情形下，使用購自FusionUV Systems Inc.(馬里蘭州)的300瓦V燈泡和300瓦H燈泡，實施UV固化。
在每種情形下，15分鐘后測量總切削量。結(jié)果如下表所示。
*XCF 047是購買的采用碳化硅磨粒制成的非設(shè)計的磨料。
實施例5在本實施例中，比較了由三種不同光引發(fā)劑得到的固化深度。將每種引發(fā)劑加入到實施例1中使用的粘合劑中，但是沒有其他添加劑或成分與引發(fā)劑一同存在。加入量是1％(重量)，將粘合劑/引發(fā)劑混合物施涂到基材上，當基材在光源下以13.4米/分鐘的速度移動時，對涂覆的基材實施由300瓦D燈泡發(fā)出的輻射。在第二種評價中，輻射源是600瓦D燈泡，在光源下通過的速度也是13.4米/分鐘。
評價的引發(fā)劑是Irgacure 1700(25％DMBAPO與75％HMPP)和Irgacure4265(50％TPO與50％HMPP)，它們與單獨的Irgacure 1173(HMPP)比較。
結(jié)果如下表所示
因此，顯然，?；⒁l(fā)劑與其他引發(fā)劑的混合物形成的固化深度比總量相同的任一種混合組分大。
從上述實施例中提供的數(shù)據(jù)，可簋明白?；趸⒐庖l(fā)劑可以單獨使用或與其他光引發(fā)劑組合使用，以保證增大的固化深度和對基材更好的粘合，而且結(jié)果可提供良好的總切削量，可完全滿足或超過商業(yè)上的期望值。
權(quán)利要求
1.一種制造研磨器具的方法，該方法包括提供磨粒和包含可輻射固化樹脂和二(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光引發(fā)劑的可固化粘合劑配制物，并通過暴露于激活輻射使粘合劑配制物固化，使得樹脂至少部分固化，而且磨粒以彼此之間的固定空間關(guān)系進行固定。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的二(2，4，6-三甲基苯甲?；?苯基氧化膦光引發(fā)劑在混合物中與酮光引發(fā)劑一同存在。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的配制物的可輻射固化樹脂成分含有前體配制物，它一旦固化就會提供至少一種選自帶丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯側(cè)基的單體的聚合物和共聚物中的聚合物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在粘合劑配制物的樹脂成分固化之前，將所述的粘合劑配制物施涂到背襯材料片上。
5.如權(quán)利要求6所述的方法，其中在混合物沉積到背襯材料之前，將所述的磨粒分散于粘合劑配制物中。
6.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在粘合劑配制物的樹脂成分的固化完成之前，將所述的磨料/粘合劑混合物沉積到背襯材料上并成型，形成凸紋結(jié)構(gòu)的重復圖案。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在粘合劑配制物的樹脂成分固化之前，將所述的磨粒分散于粘合劑配制物中，并使粘合劑/磨料混合物成形成研磨器具的形狀。
8.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述的器具是磨輪。
9.一種設(shè)計的研磨器具，它由權(quán)利要求1所述的方法制成。
全文摘要
采用可輻射固化樹脂粘合劑制成的磨具例如砂布,如果它們含有二(2,4,6－三甲基苯甲?；?苯基氧化膦光引發(fā)劑,就能夠形成更大的粘合劑固化深度。
文檔編號B32B27/04GK1330583SQ99814346
公開日2002年1月9日 申請日期1999年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月16日
發(fā)明者楊文良, P·韋, 隋國鑫, A·C·加埃塔 申請人:圣戈本磨料股份有限公司