專利名稱：防水紙襯涂敷磨料的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及涂敷磨料的制造方法，具體地涉及帶有紙背襯的涂敷磨料的制造方法，更具體地涉及防水涂敷磨料的制造方法。
這些材料一般包括紙背襯和用酚醛改性的清漆樹脂底涂層(maker)和膠結(jié)涂層(size coat)固定的磨粒。將改性清漆用作粘結(jié)劑是為了使該產(chǎn)品防水。然而，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品需要幾小時才能使粘結(jié)劑完全固化。因此，這意味著還有很大的“改進”余地。另一種防水處理包括把膠乳橡膠飽和劑用于紙背襯。
因此，現(xiàn)已提出用可輻射固化的樹脂粘結(jié)劑代替常見的用酚醛改性的清漆。遺憾的是，將紫外輻射用作固化手段不能用于紙背面。另外，紫外輻射只有很有限的穿透力，而且如果砂紙是高度填充的(常常是這樣)，磨粒形成紫外陰影，結(jié)果固化會是不均勻的。用穿透力強得多的電子束輻射可以獲得更快的固化速度。遺憾的是，這種輻射會使該紙降解，從而降低產(chǎn)品的內(nèi)部強度和整體性。
現(xiàn)已開發(fā)了具有突出的防水性、柔韌性和研磨性能的防水紙面磨料產(chǎn)品，而且這種產(chǎn)品可用以秒計而不是以小時或分鐘計的固化時間制造。
發(fā)明的概述在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，紙襯涂敷磨料用疏水可輻射固化樹脂底涂層和/或膠結(jié)涂層制成。對樹脂進行選擇，較好使之具有疏水性。這是指固化后的表面是防水的，且不會被水降解。
根據(jù)本發(fā)明更優(yōu)選的特征在粘結(jié)劑涂層中加入疏水添加劑也可產(chǎn)生或提高疏水性。
優(yōu)選的固化手段是紫外輻射，任選地在紫外引發(fā)固化后進行熱處理。如果磨料組分阻礙完全紫外固化或需要進行深度固化，這種方法常常是合適的。
如果所用的輻射固化手段是電子束輻射，通常宜用在電子束輻射下耐降解的合成纖維增強用作背襯的紙。這種紙通常稱為FRP，使用這種紙是本發(fā)明至少一個實施方式的優(yōu)選方面。
因此，本發(fā)明的一個實施方式的防水紙襯涂敷磨料包括用至少5％重量的耐電子束輻射的合成聚合物纖維增強的纖維素紙。
合成聚合物纖維能耐電子束輻射。這是指加入10％重量或更高的合成聚合物纖維的紙比沒有進行纖維增強的但其它方面都相似的纖維素紙在電子束輻射處理后至少保持25％以上的強度。FRP工業(yè)實例中的纖維常常被纖維素纖維纏繞，而不是放在紙表面上。這樣，它們就有助于或改善紙的撕裂強度。這種紙是眾所周知的工業(yè)產(chǎn)品，且用于許多用途中。發(fā)明的詳細描述提供底涂層和膠結(jié)涂層之一或兩者的粘結(jié)劑制劑包括至少部分能輻射(最好紫外輻射)固化的樹脂。這些一般經(jīng)自由基機理聚合的樹脂包括環(huán)氧丙烯酸酯樹脂、具有側(cè)接α,β-不飽和羰基的氨基塑料衍生物、烯類不飽和化合物、具有至少一個側(cè)接丙烯酸酯基的聚異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個側(cè)接丙烯酸酯基的聚異氰酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、環(huán)氧/線型酚醛清漆以及它們的混合物。
聚氨酯丙烯酸酯例如包括羥基為端基的異氰酸酯擴鏈的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。丙烯酸酯化環(huán)氧樹脂例如包括雙酚衍生物(如雙酚A環(huán)氧樹脂)的二丙烯酸酯。常見的氨基塑料衍生物具有至少1.1個側(cè)接α,β-不飽和羰基。合適的烯類不飽和化合物包括含碳原子、氫原子和氧原子以及任選的氮原子和鹵原子的單體化合物或聚合化合物。氧原子和氮原子一般存在于醚基、酯基、氨基甲酸酯基、酰胺基或脲基。常見的異氰酸酯衍生物具有至少一個側(cè)接丙烯酸酯基。
這些樹脂的實例通常通過丙烯酸酯單體或低聚物(包括二丙烯酸酯和三丙烯酸酯)與線型酚醛清漆、環(huán)氧樹脂或聚氨酯或低聚氨酯的反應(yīng)制得。通過改變各組分的比例可調(diào)節(jié)最終樹脂的性質(zhì)。通常在制造粘結(jié)劑樹脂時所需的性質(zhì)是硬度和韌度。
如果樹脂粘結(jié)劑本身不是疏水的，則必須通過加入能賦予疏水性的可共聚單體(帶有側(cè)接丙烯酸酯官能團的硅氧烷)來賦予這種性質(zhì)。環(huán)氧丙烯酸酯樹脂常有足夠的疏水性，特別是那些液態(tài)且無需額外溶劑就可用于粘結(jié)劑涂層中的環(huán)氧丙烯酸酯樹脂。這些樹脂具有在固化過程中無需除去溶劑的優(yōu)點。一種這樣的環(huán)氧丙烯酸酯樹脂是以商品名稱Ebecryl 3605購自UCB Radcure。
如果用紫外輻射固化粘結(jié)劑，通常需要光引發(fā)劑來引發(fā)自由基聚合反應(yīng)。合適光引發(fā)劑的實例包括二苯酮、氧化磷、亞硝基化合物、丙烯酰鹵、腙、巰基化合物、吡喃鎓(pyrillium)化合物、三丙烯酰基咪唑、苯并咪唑、氯代烷基三嗪、苯偶姻醚、苯偶酰縮酮、噻噸酮、樟腦醌和苯乙酮衍生物。也可使用陽離子光引發(fā)劑。這種光引發(fā)劑的實例包括芳基重氮鎓鹽、芳基锍鹽、芳基碘鎓鹽和二茂鐵鹽。
熱引發(fā)劑是通常所需的額外組分，因為它們可被紫外固化過程中釋放出來的熱量所活化，結(jié)果增加了固化的程度或深度，且可能避免需要后固化的操作。合適的熱引發(fā)劑包括偶氮化合物、咪唑和有機過氧化物，如二酰基過氧化物、乙?；酋；^氧化物、過二碳酸二烷基酯、叔烷基過氧酯、單過碳酸(O,O-叔烷基)烷基酯、二(叔烷基過氧)縮酮、二叔烷基過氧化物、叔烷基過氧化氫和酮過氧化物。
通常提供波長約為200-700納米，較好約為250-400納米的紫外輻射。在進行紫外輻射的同時或以后可附加熱處理。
如果使用電子束輻射處理，一般使用的加速電壓約為150-400千伏，雖然某些掃描電子束裝置在超過500千伏的加速電壓下工作。常見的電子束設(shè)備可穿透密度高達750克/米2的物質(zhì)。
通過加入如具有能使硅烷或硅氧烷有效粘接于粘結(jié)劑樹脂的官能團(如羥基或丙烯酸酯官能團)的硅烷或硅氧烷添加劑，任選地可使粘結(jié)劑制劑產(chǎn)生或提高其疏水性，同時保持總體疏水性。硅烷本質(zhì)上是疏水的，因此它能提高涂敷磨料產(chǎn)品的防水性。這種硅烷適宜于加入膠結(jié)涂層中，其余量也可加入涂覆在膠結(jié)涂層上的分離涂層中。硅烷可與其它添加劑(如抗靜電劑、抗負載(anti-loading)添加劑或研磨助劑一起加入。合適硅烷的實例是γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。可用于這種用途的硅氧烷的實例是BYK-371，一種購自BYK Chemie的含有側(cè)接丙烯酸酯基的硅氧烷。
粘接在背襯來制造本發(fā)明涂敷磨料的磨?？梢允浅Ｓ糜谥圃焱糠竽チ系娜魏文チ?。它包括氧化鋁(熔凝和燒結(jié))、碳化硅、熔凝氧化鋁/氧化鋯、立方氮化硼、金剛石和上述兩種或多種的混合物。
如上所述，當電子束輻射是選擇的固化手段時，較好使用加入增強纖維的紙張(這種紙張通常稱為“FRP”)。適用于制造FRP的增強纖維包括聚酯、聚烯烴、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯以及上述物質(zhì)的共聚物或這些纖維的混合物。
常見的FRP通常含有約10-40％重量的增強聚合物纖維。最優(yōu)選的增強纖維由聚酯(如聚對苯二甲酸乙二醇酯)或聚酰胺(如尼龍66)制成。這些纖維通常是短纖維，但也可以使用纏結(jié)的連續(xù)長絲，雖然FRP生產(chǎn)過程變得復(fù)雜一些。合成聚合物纖維的直徑通常和與之纏繞的纖維素纖維的直徑相同，但只要不偏離本發(fā)明的基本范圍，它的直徑可以稍大一些或稍小一些。
用于本發(fā)明產(chǎn)品的優(yōu)選FRPs通常含有10-40％，較好15-30％重量的合成纖維。顯然纖維越粗，合成纖維的含量就可能越接近這種范圍的上限。
優(yōu)選實施方式的描述現(xiàn)在參照如下說明性實施例來描述本發(fā)明。這些實施例不是用來對本發(fā)明基本范圍作必要的限定。實施例1本實施例表明用電子束輻射固化機理制成的涂敷磨料的性能。將涂敷磨料切成測試用的圓磨片。用Schieffer試驗將其與市售“Fastcut”防水紙磨片(用常規(guī)酚醛樹脂清漆粘結(jié)劑體系將碳化硅磨粒粘接到橡膠-乳液飽和的A-weight紙基底上制成的磨片進行比較。
在該試驗中，用處于水平位置的環(huán)形夾緊裝置將直徑約為11.4厘米的磨片固定在預(yù)備的支承墊上。然后以預(yù)定的恒力使外徑為2.54厘米、長度為5.08厘米和用6061鋁制成的圓柱形工件與該墊接觸，并按預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)旋轉(zhuǎn)。在本實施例中，所選的力為7磅(31牛頓)，轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定為400。
試驗完成后，測量和記錄工件和磨片的重量差。
對用下述電子束固化底涂層和膠結(jié)涂層制成的磨片進行上述試驗。將Schieffer試驗數(shù)據(jù)與用市售防水紙襯磨片所得的數(shù)據(jù)進行比較。紙張購自Kimberly Clark的Tanco A2,C-39406底涂層 購自Morton International的Uvithane 783脂族二丙烯酸化聚氨酯N-乙烯基吡咯烷酮丙烯酸異冰片酯FC-171表面活性劑BYK-A510脫氣劑A174硅烷偶合劑膠結(jié)涂層購自UCB的Ebecryl 3603三官能丙烯酸化環(huán)氧線型酚醛清漆N-乙烯基吡咯烷酮丙烯酸異冰片酯FC-171表面活性劑BYK-A510脫氣劑A174硅烷偶合劑固化時間工業(yè)對比121℃,6-7小時電子束固化 幾秒鐘表1試樣試樣磨削量磨片損耗量磨削/損耗對比試樣 0.6 0.13 4.62電子束固化 0.5 0.1 5.00每種情況下的磨粒是碳化硅(粒度180)。由此可見，用電子束固化制劑制成的防水砂紙的研磨性能基本上與市售防水砂紙的性能相同。試樣的磨削量和磨片的損耗量都以克計，且分別指從試樣上磨削掉的金屬和磨片的重量損耗。實施例2本實施例比較纖維增強紙與常規(guī)紙張的耐電子束照射性。FRP是以標識符C75148“A”weight出售的Kimberly Clark產(chǎn)品。它包括合成纖維增強材料。對比紙張是實施例1中所述的市售Tanco A2紙。在每種情況下，將紙張暴露在350千伏電子束輻射下。定期測量撕裂強度，將初始撕裂強度的百分保留率對所受的總輻射(兆拉德計)作圖。
比較FRP的撕裂強度與相似重量的常規(guī)紙張(如常用于市售防水砂紙中的紙張)的撕裂強度，可非常清楚地看到常規(guī)紙張被電子束處理嚴重降解。這就是以前不用這種固化技術(shù)的原因，盡管可大大節(jié)省所用的時間。固化大多數(shù)丙烯酸酯類涂料所需的常規(guī)劑量為2-5兆拉德/次(對于甲基丙烯酸酯類為8-12兆拉德)。因此，在固化底涂層和膠結(jié)涂層后，紙基底常被降解。使用FRP基本上解決了這個問題，且允許使用這種有利的技術(shù)。實施例3本實施例比較四種防水砂紙試樣用常規(guī)技術(shù)制得的砂紙膠乳橡膠飽和劑制成的一種標準對比試樣(實施例1中所用的“FastCut”市售產(chǎn)品)。試驗方法是實施例1中所述的Schieffer試驗。
與“FastCut”磨片進行比較的本發(fā)明制劑是如下幾個1．電子束固化試樣本試樣將Ebecryl 3605(以該商品名稱購自UCB RadcureInc.的丙烯酸化環(huán)氧低聚物)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)的80/20混合物用作底涂層和膠結(jié)涂層中的粘結(jié)劑。
2．紫外固化試樣除試樣1中的Ebecryl 3605和NVP以外，本試樣還含有3％購自Ciba-Geigy的光引發(fā)劑Darocure 1173。
3．紫外/陽離子固化試樣除試樣2中的組分外，本試樣還含有4％CyracureUVI-6974。它是以此商品名稱購自Union Carbide的銻鎓鹽，其作用是促進陽離子固化機理。
在每個試樣中的磨粒為粒度60的碳化硅。在第一組比較中，給出如下的本發(fā)明粘結(jié)劑制劑電子束固化試樣在線速度為30英尺/分鐘和2兆拉德劑量下進行固化。將紫外固化試樣以45英尺/分鐘的線速度順序地暴露在一個300瓦/英寸Fusion“D”型燈泡和一個400瓦/英寸“H”型燈泡下。紫外劑量等于1.6焦耳/厘米2，峰值輻照度為8.9瓦/厘米2。在紫外+熱固化對比中，在121℃還對試樣熱處理2小時。
在如實施例1所述的Schieffer試驗中測得的磨削/損耗之比列于下表中。
試樣 沒有熱處理 熱處理電子束 4.89 ---僅紫外 6.818 8.555紫外+熱 6.509 7.504對比0.723 0.723對比試樣的固化在約120℃下進行7小時。本發(fā)明試樣的固化在幾分鐘內(nèi)完成。
由上述數(shù)據(jù)可知，與對比磨片相比，本發(fā)明試樣不僅獲得了快得多的固化速度，而且在Schieffer試驗中的磨削量高得多。
權(quán)利要求
1．紙襯涂敷磨料，其特征在于它含有疏水可輻射固化的樹脂底涂層和/或膠結(jié)涂層。
2．如權(quán)利要求1所述的涂敷磨料，其特征在于所述的疏水樹脂可用紫外輻射固化。
3．如權(quán)利要求1所述的涂敷磨料，其特征在于所述的樹脂含有液體環(huán)氧丙烯酸酯粘結(jié)劑組分。
4．如權(quán)利要求3所述的涂敷磨料，其特征在于所述的樹脂還含有具有側(cè)接丙烯酸酯官能團的硅氧烷。
5．如權(quán)利要求1所述的涂敷磨料，其特征在于所述的制劑可用電子束輻射固化。
6．如權(quán)利要求1所述的涂敷磨料，其特征在于所述的紙背襯是纖維增強紙。
7．防水紙襯涂敷磨料的制造方法，其特征在于在紙背襯上依次涂覆底涂層、磨粒層和膠結(jié)涂層，底涂層和膠結(jié)涂層中至少一種含有疏水樹脂粘結(jié)劑，而且該粘結(jié)劑用選自電子束輻射和紫外輻射的輻射固化。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于對粘結(jié)劑還進行熱固化處理。
9．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的疏水樹脂含有液體環(huán)氧丙烯酸酯樹脂。
10．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的樹脂還含有選自(甲基)丙烯酸酯官能的硅烷和硅氧烷以及它們的混合物的添加劑。
11．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在底涂層和膠結(jié)涂層中都使用疏水樹脂。
全文摘要
用含聚合時疏水的可輻射固化粘結(jié)劑的底涂層和/或膠結(jié)涂層制造防水涂敷砂紙。
文檔編號B24D3/20GK1220628SQ97195101
公開日1999年6月23日 申請日期1997年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月22日
發(fā)明者A·C·加埃塔, G·S·斯威 申請人:諾頓公司