專利名稱：制造團(tuán)聚顆粒的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及制造包含粘合劑和固體微粒的團(tuán)聚顆粒的方法。由本發(fā)明制造的團(tuán)聚顆粒可用在一些產(chǎn)品中，如研磨材料、覆蓋顆粒(roofing granule)、過(guò)濾產(chǎn)品、硬涂層、噴丸介質(zhì)(shot blast media)、滾磨介質(zhì)、制動(dòng)襯片、防滑和耐磨涂層、合成骨質(zhì)(synthetic bone)、牙齒組合物、逆向反射片和層壓復(fù)合結(jié)構(gòu)。
在研磨工業(yè)中，常用涂覆的磨料制品通常由粘附到背襯上的一層磨粒組成。當(dāng)磨粒磨損時(shí)，得到研磨制品就會(huì)變成不可用了。且該背襯(涂覆的研磨制品中的一種更昂貴的組件)必需在其用壞之前處理掉。
業(yè)已作了多種嘗試，磨粒在背襯上的分布須能更好利用磨粒，從而延長(zhǎng)涂覆磨料制品的使用壽命。由于延長(zhǎng)了涂覆磨料制品的使用壽命，磨帶或磨盤需要更換的就較少，從而節(jié)約了時(shí)間并降低人力成本。單靠在背襯上沉積一厚層的磨粒并不能解決問(wèn)題，原因是位于表層磨粒下面的那些磨粒是不可能利用上的。
已知有幾種可以將磨粒分布在涂覆磨料制品上延長(zhǎng)制品壽命的方法。一種這樣的方法包括在涂覆磨料制品中加入磨料團(tuán)聚顆粒。磨料團(tuán)聚顆粒包含磨粒，它們用粘合劑粘合在一起形成聚集體。使用形狀和大小不規(guī)則的磨料團(tuán)聚顆粒難以預(yù)先控制與工件表面相接觸的磨粒的量。為此，需要一種能制造磨料團(tuán)聚顆粒的經(jīng)濟(jì)方法。
發(fā)明概述本發(fā)明包括由包含至少一種可輻射固化粘合劑和固體微粒的組合物制造團(tuán)聚顆粒的方法。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)例中，粘合劑是可輻射固化和可聚合的。
本發(fā)明的方法包括形成團(tuán)聚前體顆粒并使其固化。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)例中，第一步包括迫使粘合劑和固體微粒通過(guò)多孔基材，形成團(tuán)聚前體顆粒。然后，團(tuán)聚前體顆粒從多孔基材上分離出來(lái)，用輻射能照射以形成團(tuán)聚顆粒。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例中，迫使、分離和照射步驟的方法以垂直的連續(xù)方式在空間排列(orient)的，并以順序且連續(xù)的方式進(jìn)行。團(tuán)聚顆粒優(yōu)選在照射步驟之后和收集步驟之前是凝固和可處理的。
本發(fā)明的粘合劑前體包括可熱固化和可輻射固化粘合劑。粘合劑前體優(yōu)選包括環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸化的聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸化的環(huán)氧樹(shù)脂、烯鍵式不飽和樹(shù)脂、具有側(cè)接不飽和羰基的氨基塑料樹(shù)脂、具有至少一個(gè)側(cè)接丙烯酸酯基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)接丙烯酸酯基團(tuán)的異氰酸酯衍生物或其組合。優(yōu)選的固體微粒包括磨粒、填料、抗靜電劑、增強(qiáng)顆粒、無(wú)機(jī)粘合劑前體微粒、潤(rùn)滑劑、顏料、懸浮劑、塑料顆?；蚱浣M合。在一個(gè)實(shí)例中，固體微粒是組合物重量的5-95重量％。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例中，固體微粒是組合物重量的40-95重量％。
粘合劑前體和固體顆粒的組合物優(yōu)選具有高粘度。在最優(yōu)選的實(shí)例中，組合物由100％固體的粘合劑前體(即在加工溫度下沒(méi)有揮發(fā)性溶劑)形成。
迫使粘合劑前體和固體微粒通過(guò)多孔基材的方法包括擠壓、研磨、壓延或其組合。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例中，迫使的方法是通過(guò)使用Quadro EngineeringIncorporated生產(chǎn)的粉碎機(jī)提供的。
在一個(gè)實(shí)例中，團(tuán)聚前體顆粒經(jīng)過(guò)包含輻射源的第一固化區(qū)進(jìn)行照射。優(yōu)選的輻射源包括電子束、紫外光、可見(jiàn)光、激光或其組合。在另一實(shí)例中，團(tuán)聚顆粒通過(guò)第二固化區(qū)，再進(jìn)行固化。在第二固化區(qū)中的優(yōu)選能量源包括熱能、電子束、紫外光、可見(jiàn)光、激光、微波或其組合。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例中，團(tuán)聚顆粒是細(xì)絲形的，其長(zhǎng)度范圍為約100-約5000微米。細(xì)絲形的團(tuán)聚顆粒最優(yōu)選的長(zhǎng)度范圍約200-約1000微米。在一個(gè)實(shí)例中，團(tuán)聚顆粒在第一輻射步驟之后或通過(guò)第二固化區(qū)之后被粉碎。粉碎的優(yōu)選方法是使用Quadro Engineering Incorporated生產(chǎn)的粉碎機(jī)。
在一個(gè)實(shí)例中，團(tuán)聚顆粒的截面形狀包括圓形、多邊形或其組合。截面形狀優(yōu)選是恒定不變的。
在一個(gè)實(shí)例中，團(tuán)聚顆粒包括無(wú)機(jī)粘合劑前體添加劑。無(wú)機(jī)粘合劑前體添加劑優(yōu)選包括玻璃粉末、玻璃料、粘土、助熔礦物(fluxing mineral)、二氧化硅溶膠或其組合。
在一個(gè)實(shí)例中，聚集體前體顆粒包含改性添加劑。改性添加劑優(yōu)選包括偶聯(lián)劑、研磨助劑、填料、表面活性劑或其組合。
本發(fā)明的磨料團(tuán)聚顆?？苫烊氤Ｒ?guī)磨料制品(如粘合的磨料、涂覆的磨料和非織造磨料)中。磨料制品(具有本發(fā)明的磨料團(tuán)聚顆粒)顯示出了長(zhǎng)壽命、高切削率和良好的表面拋光度。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法制造的團(tuán)聚顆粒的正側(cè)視示意圖。顆粒包含磨粒作為固體微粒，且具有基本上圓形的截面。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法制造的團(tuán)聚顆粒的顯微照片。顆粒包含磨粒作為固體微粒，且具有基本上圓形的截面。
圖3是說(shuō)明本發(fā)明方法的側(cè)視示意圖。
圖4是一種粉碎機(jī)的透視圖，所述粉碎機(jī)的前面部分被切掉以露出所述粉碎機(jī)的內(nèi)部。
圖5是用在圖4的粉碎機(jī)中的篩網(wǎng)的透視圖。
詳細(xì)描述通常，本發(fā)明包括制造顆粒的方法。該方法包括迫使包含粘合劑前體和固體微粒的組合物通過(guò)多孔基材形成顆粒。在顆粒從或被從多孔基材上分離后，照射部分或全部粘合劑前體以固化或凝固粘合劑前體，以形成凝固的、可處理的粘合劑和團(tuán)聚顆粒。
圖1描述了由本發(fā)明的方法制備的細(xì)絲形團(tuán)聚顆粒的優(yōu)選且非限制性例子。
圖1圖示了術(shù)語(yǔ)“細(xì)絲形團(tuán)聚顆?！敝甘裁?。團(tuán)聚顆粒80本身包含粘合劑82和許多固體微粒84。如果許多固體微粒84是磨粒，那么粗角(roughcorner)85就會(huì)允許在普通涂覆磨料制造技術(shù)中使用的構(gòu)造(maker)涂層和上膠涂層上形成強(qiáng)機(jī)械粘合，。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“細(xì)絲形”指團(tuán)聚顆粒的長(zhǎng)寬比(長(zhǎng)寬比＝顆粒長(zhǎng)度(L)/顆粒寬度(W))大于或等于1。例如，圖1說(shuō)明了長(zhǎng)寬比大于1的細(xì)絲形團(tuán)聚顆粒。在圖1中，團(tuán)聚顆粒長(zhǎng)度L大于顆粒寬度W。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“粘合劑前體”指可變形或用熱或壓力或兩者來(lái)進(jìn)行變形的材料，它能通過(guò)輻射能、熱能或兩者使之變得可處理。在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“凝固、可處理粘合劑”指部分或全部粘合劑前體己聚合或固化到這樣的程度，即它基本上不能流動(dòng)或者不會(huì)經(jīng)歷形狀的顯著改變。術(shù)語(yǔ)“凝固、可處理粘合劑”并不表示部分或所有的粘合劑前體總是完全聚合或固化，但是它照射之后基本上聚合或固化以使之可收集，且沒(méi)有導(dǎo)致粘合劑的形狀顯著改變。在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“粘合劑”與術(shù)語(yǔ)“凝固、可處理粘合劑”含義相同。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“無(wú)機(jī)粘合劑前體”指微粒添加劑，當(dāng)在足夠高的溫度下加熱以燒掉團(tuán)聚顆粒中的有機(jī)材料時(shí)，該微粒添加劑隨后熔合形成硬的無(wú)機(jī)相把聚集體顆粒粘合在一起。無(wú)機(jī)粘合劑前體的例子包括玻璃粉末、玻璃料、粘土、助溶礦物、二氧化硅溶膠或其組合。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“無(wú)機(jī)聚集體前體團(tuán)聚顆?！敝赴嗽S多固體顆粒，可輻射固化可聚合粘合劑前體和無(wú)機(jī)粘合劑前體顆粒添加劑的本發(fā)明團(tuán)聚顆粒。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“可輻射固化可聚合的”指粘合劑前體部分，該粘合劑前體可利用由輻射能引發(fā)的聚合反應(yīng)變成凝固、可處理的粘合劑。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“多孔基材”指具有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口的材料，包含粘合劑前體和固體微粒的組合物可被迫通過(guò)該一個(gè)或多個(gè)開(kāi)孔。所述材料也應(yīng)具有足夠的完整性以承受反壓力、摩擦生熱或傳導(dǎo)/對(duì)流加熱。通常，多孔基材可包括篩網(wǎng)(例如美國(guó)專利5090968所述)、薄膜模頭、噴絲模頭、濾網(wǎng)片材(例如美國(guó)專利4393021所述)或篩(例如美國(guó)專利4773599所述)。本發(fā)明優(yōu)選的多孔基材包括具有1密爾(25微米)-500密爾(12.7毫米)直徑的幾何開(kāi)孔的圓錐形篩子。本發(fā)明最優(yōu)選的多孔基材包括具有15密爾(0.38毫米)-250密爾(6.35毫米)直徑的圓形開(kāi)孔的圓錐形篩。
圖3描述了優(yōu)選的裝置10，它適合用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的方法來(lái)制造細(xì)絲形的團(tuán)聚顆粒。在裝置10中，包含粘合劑前體和固體微粒的組合物1 2利用重力從料斗14或用手輸入機(jī)器18的進(jìn)料口16中，形成細(xì)絲形團(tuán)聚前體顆粒20。細(xì)絲形團(tuán)聚固體顆粒20從粉碎篩22中分離出來(lái)。由于重力，細(xì)絲形團(tuán)聚前體顆粒通過(guò)固化區(qū)24，在那里它們暴露于能源26下，以至少部分固化粘合劑前體，從而形成凝固、可處理的粘合劑和細(xì)絲形團(tuán)聚顆粒。細(xì)絲形團(tuán)聚顆粒28收集到容器30中。
圖3中的機(jī)器18可以是任何材料成形裝置，如擠出機(jī)、研磨/粉碎機(jī)、造粒機(jī)和平盤式團(tuán)聚機(jī)。圖4描述了特別優(yōu)選的材料成形機(jī)，一種粉碎機(jī)，它是由Quadro Engineering Incorporated制造的#197型，商品名為“QUADROCOMIL”。粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)40具有安裝在可旋轉(zhuǎn)軸44上的葉輪42。軸44和葉輪42位于具有進(jìn)料口48和出料口50的通道46中。葉輪42是這樣成形和安裝的，即當(dāng)所述葉輪相對(duì)所述篩旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述葉輪邊緣和所述篩的錐形壁之間的縫隙52基本上保持恒定。
通常，葉輪42的形狀可以是圓形、平板形或有角度的平板形。用在本發(fā)明中的葉輪42的優(yōu)選形狀是圓形。用在本發(fā)明中的葉輪42的最優(yōu)選形狀是箭頭形。
通常，縫隙52的寬度范圍為1-200密爾(25微米-5.1毫米)。用在本發(fā)明中的縫隙52的最優(yōu)選寬度為5-50密爾(0.13-1.3毫米)。
調(diào)節(jié)葉輪42的旋轉(zhuǎn)速度到最佳制造條件對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是很容易的。用在本發(fā)明中的葉輪42的最優(yōu)選旋轉(zhuǎn)速度為50-3500rpm。
通道46也包含支撐54和固定在支撐中的篩56，以使通過(guò)所述進(jìn)料口48到所述出料口50的粘合劑前體或凝固、可處理粘合劑通過(guò)篩56。篩56具有成形為截頭圓錐形的錐形有孔壁58，且篩56的寬端60是敞開(kāi)的，而窄端62至少是部分閉合的。在最常用的應(yīng)用中，最好具有完全閉合的窄端62。篩具有成形的開(kāi)孔64。
通常，篩開(kāi)孔64的形狀是彎曲形、圓形或多邊形，包括三角形、正方形和六邊形。用在本發(fā)明中的篩開(kāi)孔64的優(yōu)選形狀是圓形或正方形。用在本發(fā)明中的篩開(kāi)孔64的最優(yōu)選形狀是正方形或圓形，尺寸的范圍是15-250密爾(0.38-6.35毫米)。
如圖4所示，軸44的末端66從通道46中突出。動(dòng)力源(沒(méi)有顯示)可容易地連接到軸44的末端66上，使軸44和葉輪42相對(duì)所述篩56旋轉(zhuǎn)。動(dòng)力源優(yōu)選是可變速電動(dòng)馬達(dá)。但是，動(dòng)力源是常規(guī)的，許多其它動(dòng)力源也可用來(lái)驅(qū)動(dòng)粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)40。
圖3說(shuō)明了本發(fā)明方法的分離步驟。通常，分離步驟可以是主動(dòng)或被動(dòng)的。被動(dòng)分離方法在圖3中得到說(shuō)明。被動(dòng)分離是成形組合物達(dá)到臨界長(zhǎng)度的結(jié)果，在迫使組合物通過(guò)多孔基材之后，它就會(huì)與篩的開(kāi)孔分離。被動(dòng)分離隨下列因素而變1)組合物的物理和/或化學(xué)性質(zhì)(包括粘度)，2)與組合物(包括多孔基材)接觸的加工設(shè)備的物理和化學(xué)性質(zhì)和3)加工操作條件(包括組合物流速)。主動(dòng)分離是使用加工設(shè)備從多孔基材機(jī)械分離成形組合物的結(jié)果。主動(dòng)分離的一個(gè)例子是在垂直于組合物流動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)的刮片或氣刀。
圖3描述了通常的照射步驟。在照射步驟、第一固化區(qū)或第二固化區(qū)中的輻射能源包括電子束能、紫外光、可見(jiàn)光、微波、激光或其組合。
在優(yōu)選的實(shí)例中，紫外光可用作輻射源。在相同的實(shí)例中，鏡子可用在包含紫外輻射源的室中，以反射紫外光，從而加強(qiáng)了傳遞到團(tuán)聚前體顆粒上的能量。
電子束輻射(也就是已知的電離輻射)的能量水平約0.1-約20Mrad，優(yōu)選約1-約10Mrad。紫外輻射指波長(zhǎng)在約200-約400納米，優(yōu)選為約250-400納米范圍內(nèi)的輻射。輻射量的范圍為約50-約1000毫焦/厘米2，優(yōu)選是約100-約400毫焦/厘米2。適合提供這個(gè)劑量的燈源的例子提供了約100-約600瓦/英寸(39-236瓦/厘米)，優(yōu)選約300-約600瓦/英寸(118-236瓦/厘米)?？梢?jiàn)光輻射指波長(zhǎng)為約400-約800納米，優(yōu)選為約400-約550納米的非粒子輻射。充分固化粘合劑前體所需的輻射能量取決于許多因素，如粘合劑前體的化學(xué)性質(zhì)、在第一固化區(qū)中的停留時(shí)間、固體顆粒的類型和任選的改性添加劑(如果有的話)的類型。
根據(jù)本發(fā)明制造的團(tuán)聚顆?？扇芜x通過(guò)第二固化區(qū)，從而固化未固化的粘合劑前體(如果有的話)，形成具有不同于通過(guò)第一固化區(qū)后制造的細(xì)絲形團(tuán)聚顆粒的性質(zhì)的細(xì)絲形團(tuán)聚體。在第二照射步驟中，粘合劑前體優(yōu)選能夠通過(guò)輻射或熱能進(jìn)行固化。輻射能源如上述。熱能源可包括熱空氣沖擊、紅外輻射和熱水。熱固化的條件為約50-約200℃的溫度和從幾分之一分鐘到幾百分鐘的時(shí)間。所需的實(shí)際熱量與粘合劑前體的化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。
在一個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明的細(xì)絲形團(tuán)聚顆粒的長(zhǎng)寬比為1-30，優(yōu)選為1-15，最優(yōu)選為1-5。
通常，粘合劑前體(它可通過(guò)利用輻射能進(jìn)行聚合而變得可處理)包括丙烯酸化的聚氨酯、丙烯酸化的環(huán)氧樹(shù)脂、烯鍵式不飽和化合物、具有側(cè)接不飽和羰基的氨基塑料衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)接丙烯酸酯基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)接丙烯酸酯基團(tuán)的異氰酸酯衍生物、乙烯醚、環(huán)氧樹(shù)脂和其組合。術(shù)語(yǔ)丙烯酸酯包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
丙烯酸化的聚氨酯是羥基封端異氰酸酯的擴(kuò)鏈聚酯或聚醚的二丙烯酸酯。市售丙烯酸化的聚氨酯的例子包括購(gòu)自Morton Thiokol Chemical的“UVITHANE 782”和“UVITHANE 783”和購(gòu)自Radcure Specialties的“CMD 6600”、“CMD 8400”和“CMD 8805”。
丙烯酸化的環(huán)氧樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂的二丙烯酸酯，如雙酚和環(huán)氧樹(shù)脂的二丙烯酸酯。市售丙烯酸化環(huán)氧樹(shù)脂的例子包括購(gòu)自Radcure Specialties的“CMD3500”、“CMD 3600”和“CMD 3700”。
烯鍵式不飽和化合物包括包含碳原子、氫原子和氧原子以及任選的氮原子和鹵原子的單體和聚合化合物。氧原子、氮原子或兩者通常存在于醚、酯、氨基甲酸酯、酰胺和脲基團(tuán)中。烯鍵式不飽和化合物優(yōu)選的分子量小于約4000，且優(yōu)選是這樣得到的酯，即包含脂肪族單羥基或脂肪族多羥基的化合物與不飽和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸、馬來(lái)酸等)之間的反應(yīng)得到的酯。丙烯酸酯的代表性例子包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、二丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、三丙烯酸三羥甲基丙烷酯、三丙烯酸甘油酯、三丙烯酸季戊四醇酯、甲基丙烯酸季戊四醇酯和四丙烯酸季戊四醇酯。其它烯鍵式不飽和化合物包括羧酸的單烯丙基、多烯丙基和多甲基烯丙基酯和酰胺，如鄰苯二甲酸二烯丙基酯、己二酸二烯丙基酯和N，N-二烯丙基己二酰胺。而且，其它烯鍵式不飽和化合物包括苯乙烯、二乙烯基苯和乙烯基甲苯。其它含氮、烯鍵式不飽和化合物包括三(2-丙烯?；?氧乙基)異氰脲酸酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
氨基塑料可以是單體或低聚物的。氨基塑料樹(shù)脂每分子中具有至少一個(gè)側(cè)接a，b-不飽和羰基。這些a，b-不飽和羰基可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺基團(tuán)。這些樹(shù)脂的例子包括N-羥甲基-丙烯酰胺、N，N’-氧二亞甲基雙丙烯酰胺、鄰和對(duì)丙烯酰胺基甲基苯酚、丙烯酰胺基甲基線性酚醛樹(shù)脂和其組合。這些材料進(jìn)一步描述在美國(guó)專利4903440和美國(guó)專利5236472中。
具有至少一個(gè)側(cè)接丙烯酸酯基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物和具有至少一個(gè)側(cè)接丙烯酸酯基團(tuán)的異氰酸酯衍生物進(jìn)一步描述在美國(guó)專利4652274中。優(yōu)選的異氰脲酸酯材料是三(羥乙基)異氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
適用于本發(fā)明的乙烯醚的例子包括乙烯醚官能化的氨基甲酸酯低聚物，購(gòu)自Allied Signal的商品“VE 4010”、“VE 4015”、“VE 2010”、“VE 2020”和“VE 4020”。
環(huán)氧樹(shù)脂具有環(huán)氧乙烷環(huán)，且是根據(jù)陽(yáng)離子機(jī)理開(kāi)環(huán)聚合的。環(huán)氧樹(shù)脂包括單體環(huán)氧樹(shù)脂和聚合的環(huán)氧樹(shù)脂。這些樹(shù)脂的骨架和取代基團(tuán)變化非常大。例如，骨架可以是通常與環(huán)氧樹(shù)脂有關(guān)的類型，它上面的取代基可以是沒(méi)有活性氫原子的基團(tuán)，所述活性氫原子可在室溫下與環(huán)氧乙烷環(huán)反應(yīng)。環(huán)氧樹(shù)脂用的取代基的代表性例子包括鹵原子、酯基、醚基、磺酸基、硅氧烷基團(tuán)、硝基和磷酸酯基團(tuán)。本發(fā)明中優(yōu)選的環(huán)氧樹(shù)脂的例子包括2，2-雙〔4-(2，3-環(huán)氧丙氧基)苯基〕丙烷(雙酚A的二縮水甘油醚)和商品名為“EPON 828”、“EPON 1004”和“EPON 1001F”(購(gòu)自Shell Chemical Co.)、“DER-331”、“DER-332”和“DER-334”(購(gòu)自Dow Chemical Co.)的材料。其它合適的環(huán)氧樹(shù)脂包括苯酚甲醛酚醛清漆的縮水甘油醚(如購(gòu)自Dow Chemical Co.的“DEN-431”和“DEN-428”)。用在本發(fā)明中的環(huán)氧樹(shù)脂可在加入適當(dāng)光引發(fā)劑的條件下根據(jù)陽(yáng)離子機(jī)理進(jìn)行聚合。這些樹(shù)脂進(jìn)一步描述在美國(guó)專利4318766和美國(guó)專利4751138中。
如果使用紫外或可見(jiàn)光，那么光引發(fā)劑優(yōu)選包含在混合物中。當(dāng)暴露在紫外或可見(jiàn)光中時(shí)，光引發(fā)劑產(chǎn)生了自由基源或陽(yáng)離子源。然后這種自由基或陽(yáng)離子源引發(fā)了粘合劑前體的聚合反應(yīng)。當(dāng)使用電子束能量源時(shí)光引發(fā)劑是可選的。
光引發(fā)劑(當(dāng)它暴露在紫外光中時(shí)產(chǎn)生自由基源)的例子包括，但不限于這些化合物，所述化合物選自有機(jī)過(guò)氧化物、偶氮化合物、醌、二苯甲酮、亞硝基化合物、?；u、腙(hydrozone)、巰基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯酰咪唑、雙咪唑、氯烷基三嗪、安息香醚、苯偶酰縮酮(benzil ketal)、噻噸酮和乙酰苯衍生物及其混合物。光引發(fā)劑(當(dāng)它暴露在可見(jiàn)光中時(shí)產(chǎn)生自由基源)的例子描述在美國(guó)專利4735632中。
陽(yáng)離子光引發(fā)劑產(chǎn)生酸源，以引發(fā)環(huán)氧樹(shù)脂或氨基甲酸酯的聚合。陽(yáng)離子光引發(fā)劑可包括具有鎓陽(yáng)離子和含鹵的金屬或非金屬配合陰離子的鹽。其它陽(yáng)離子光引發(fā)劑包括有機(jī)金屬配合陽(yáng)離子和含鹵金屬或非金屬配合陰離子的鹽。這些光引發(fā)劑進(jìn)一步描述在美國(guó)專利4751138中。其它的例子是在美國(guó)專利4985340、歐洲專利0306161和歐洲專利0306162中所述的有機(jī)金屬鹽和鎓鹽。還有其它陽(yáng)離子引發(fā)劑包括有機(jī)金屬配合物的離子鹽，其中金屬選自元素周期表的IVB、VB、VIIB和VIIIB族的元素。
本發(fā)明中固體微粒包含磨粒、塑料微粒、增強(qiáng)微粒、無(wú)機(jī)粘合劑前體微粒、填料、磨料助劑、纖維、潤(rùn)滑劑、顏料、抗靜電劑、懸浮劑及其組合。
在一個(gè)實(shí)例中，固體微粒包括磨粒作為許多固體微粒。固化的粘合劑前體(即粘合劑)可用來(lái)把磨粒粘合在一起形成成形的磨料團(tuán)聚顆粒。磨粒通常的平均粒度為約0.5-1500微米，優(yōu)選約1-約1300微米，更優(yōu)選約1-約800微米，最優(yōu)選約1-約400微米。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)例中，磨粒的Mohs硬度至少約為8，更優(yōu)選大于9。這些磨粒的材料的例子包括熔凝氧化鋁、陶瓷氧化鋁、白色熔凝氧化鋁、熱處理氧化鋁、二氧化硅、碳化硅、坯料碳化硅、氧化鋁氧化鋯(alumina zirconia)、金剛石、二氧化鈰、立方氮化硼、石榴石、磨石及其組合。根據(jù)溶膠凝膠過(guò)程，陶瓷氧化鋁是優(yōu)選的，如美國(guó)專利4314827、4744802、4623364、4770671、4881951、5011508和5213591中所述。陶瓷磨粒包括α-氧化鋁和任選的金屬氧化物改性劑，如氧化鎂、氧化鋯、氧化鋅、氧化鎳、氧化鉿、氧化釔、二氧化硅、氧化鐵、氧化鈦、氧化鑭、二氧化鈰、氧化釹及其組合。陶瓷氧化鋁也可任選包含成核劑，如α-氧化鋁、氧化鐵、氧化鐵前體、氧化鈦、氧化鉻(chromia)或其組合。陶瓷氧化鋁也可具有形狀，如美國(guó)專利5201916和5090968所述。
磨粒也可具有表面涂層。表面涂層可提高磨料團(tuán)聚顆粒中的磨粒和粘合劑之間的粘合和/或改變磨粒的磨損性質(zhì)。這些表面涂層如美國(guó)專利5011508、美國(guó)專利1910444、美國(guó)專利3041156、美國(guó)專利5009675、美國(guó)專利4997461、美國(guó)專利5213591和美國(guó)專利5042991所述。磨粒也可在其表面包含偶聯(lián)劑。如硅烷偶聯(lián)劑。適合本發(fā)明的偶聯(lián)劑的例子包括有機(jī)硅烷、鋯鋁酸鹽和鈦酸鹽?？轨o電劑的例子包括石墨、炭黑、導(dǎo)電聚合物、濕潤(rùn)劑、氧化釩等。可調(diào)節(jié)這些材料的量以提供所需的性質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)例中，固體顆粒包括單一類型的磨粒、兩種或多種類型的不同磨?；蚓哂兄辽僖环N類型填料的至少一種類型的磨粒。填料用材料的例子包括碳酸鈣、玻璃泡、玻璃珠、灰石、大理石、石膏、粘土、SiO2、Na2SiF6、冰晶石、有機(jī)泡、有機(jī)珠和無(wú)機(jī)粘合劑前體微粒。
研磨助劑包括許多不同材料，可以是無(wú)機(jī)或有機(jī)化合物。研磨助劑的例子包括蠟、有機(jī)鹵化物、鹵鹽和金屬及其合金。有機(jī)鹵化物通常在研磨時(shí)分解，釋放出氫鹵酸或氣體鹵化物。這些材料的例子包括氯化蠟，如四氯萘、五氯萘和聚氯乙烯。鹵鹽的例子包括氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀和氯化鎂。金屬的例子包括錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵和鈦。其它研磨助劑包括硫、有機(jī)硫化物、石墨和金屬硫化物。本發(fā)明的范圍也包括使用不同的研磨助劑的組合，在一些例子中，這樣可產(chǎn)生增效作用。上述研磨助劑的例子是一些代表性的例子，并沒(méi)有包含全部的研磨助劑。
抗靜電劑可包括石墨、炭黑、導(dǎo)電聚合物顆?；蚱浣M合。
用在本發(fā)明中的組合物還可包括改性添加劑，如填料、無(wú)機(jī)粘合劑前體和表面活性劑。
適用于本發(fā)明的填料例子包括木紙漿、蛭石及其組合、金屬碳酸鹽(如碳酸鈣，即白堊、方解石、泥灰石、石灰華、大理石和石灰石，碳酸鈣鎂、碳酸鈉、碳酸鎂)、二氧化硅(如無(wú)定形二氧化硅、石英、玻璃珠、玻璃粉末、玻璃泡和玻璃纖維)、硅酸鹽(如滑石、粘土(蒙脫土)、長(zhǎng)石、云母、硅酸鈣、偏硅酸鈣、鋁硅酸鈉、硅酸鈉)、金屬硫酸鹽(如硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈉、硫酸鋁鈉、硫酸鋁)、石膏、蛭石、木粉、三水合鋁、金屬氧化物(如氧化鈣(石灰)、氧化鋁、二氧化鈦)和金屬亞硫酸鹽(如亞硫酸鈣)。
適用于本發(fā)明的無(wú)機(jī)粘合劑前體例子包括玻璃粉末、玻璃料、粘土、助熔礦物、二氧化硅溶膠或其組合。
如果團(tuán)聚顆粒包含磨粒，那么細(xì)絲形團(tuán)聚顆粒優(yōu)選能在研磨時(shí)分解。粘合劑前體、磨粒和任選添加劑的選擇和數(shù)量可影響顆粒的分解性質(zhì)。
下列實(shí)施例進(jìn)一步描述了本發(fā)明的具體實(shí)例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明也包括實(shí)施例中的實(shí)施方式的改進(jìn)和變化，說(shuō)明性實(shí)施例并沒(méi)有限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例下列縮寫用在實(shí)施例中。實(shí)施例中所有的份、百分?jǐn)?shù)、比等都是指重量，除非有其它說(shuō)明。
AO熱處理的熔凝氧化鋁磨粒，購(gòu)自Treibacher，Villach，Austria。
ASF無(wú)定形二氧化硅填料，購(gòu)自DeGussa Corp.，商品名“OX-50”。
AG321溶膠凝膠衍生的氧化鋁類磨粒，購(gòu)自Minnesota Mining andManufacturing，St.Paul，MN，商品名“CUBITRON 321”。
CaCO3碳酸鈣填料，購(gòu)自J.M.Huber Corp.，Quincy，IL。
CEO平均粒度約為0.5微米的二氧化鈰磨料顆粒，購(gòu)自Rhone Poulenc，Shelton，CT。
Cer陶瓷磨料礦石CCPL，購(gòu)自Treibacher，Villach，Austria。
CH枯烯氫過(guò)氧化物，購(gòu)自Aldrich Chemical Company，Inc Milwaukee，WI。
CMSK處理的偏硅酸鈣填料，購(gòu)自NYCO，Willsboro，NY，商品名“WOLLOSTOKUP”。
CRY冰晶石RTN，購(gòu)自Tarconard Trading a/s，Avernakke Nyberg，Denmark。
EAAPET膜背襯用的乙烯-丙烯酸共聚物底涂料。
KB12，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙酮(diphenylethanone)，購(gòu)自LambertiS.P.A.(通過(guò)Sartomer Co.)，商品名“ESACURE KB1”。
KBF4四氟硼酸鉀SPEC 102和104，購(gòu)自Atotech USA，Inc.，Cleveland，OH。
PCPearless Clay#4，購(gòu)自R.T.Vanderbilt Co.，Inc.，Bath，SC。
Perkadox16S，二-(4-叔丁基環(huán)己基)過(guò)氧二碳酸酯，購(gòu)自AKZO NobelChemical，Inc.，Chicago，IL。
PET5密爾(125微米)厚的聚酯膜背襯。
PH22-苯甲基-2-N，N-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮，購(gòu)自CibaGeigy Corp.，商品名“IRGACURE 369”。
PH32-苯基-2，2-二甲氧基乙酰苯，購(gòu)自Ciba Geigy Corp.，商品名“IRGACURE 651”。
PRO60/40/1TMPTA/TATHEIC/KB1的混合物，購(gòu)自Sartomer Co。
SCA硅烷偶聯(lián)劑，3-甲基丙烯酰氧丙基-三甲氧基硅烷，購(gòu)自UnionCarbide，商品名“A-174”。
SGP鋁-硼-硅酸鹽玻璃粉，325目，購(gòu)自Specialty Glaas Inc.，Oldsmar，F(xiàn)L，商品名“SP1086”。
SiC碳化硅研磨礦石，購(gòu)自Minnesota Mining and Manufacturing，St.Paul，MN。
TATHEIC三(羥基乙基)異氰脲酸酯的三丙烯酸酯，購(gòu)自Sartomer Co.，商品名“SR368”。
TMPTA三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，購(gòu)自Sartomer Co.，商品名“SR351”。
VAZO 522，2-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)，購(gòu)自DuPont Co.，Wilmington，DE。
制造團(tuán)聚前體顆粒漿料的一般方法為了形成包含粘合劑前體和固體顆粒的漿料組合物，可使用傳統(tǒng)方法把組分混合在一起，如高速剪切混合、空氣攪拌或滾動(dòng)。在混合時(shí)為了最少夾帶空氣可在混合物上使用真空。
通過(guò)徹底混合固體微粒(如磨粒和熱引發(fā)劑(如果有的話)形成預(yù)混料)制備漿料組合物。預(yù)混料包括粘合劑前體，該預(yù)混料包括列在表1或表1A(下面)中的組分?；旌虾螅瑵{料組合物在進(jìn)行額外加工步驟之前冷卻下來(lái)。該漿料組合物非常稠，它具有類似水泥的處理性質(zhì)。表1和表1A中的比例以重量計(jì)。
表1.預(yù)混料#1的組成組分 ％PH2 6.58TMPTA 39.4TATHEIC 16.89KBF4 39.21ASF 1.96SCA 1.96表1A.預(yù)混料#2的組成組分 ％KB1 .274TMPTA 32.874TATHEIC 21.916CMSK 41.09ASF 1.1SCA 2.74制造團(tuán)聚顆粒的一般方法在優(yōu)選的實(shí)例中，在粉碎機(jī)(Quadro Engineering Incorporated生產(chǎn)的#197型，商品名為“QUADRO COMIL”)的幫助下把漿料加工成團(tuán)聚顆粒。粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)優(yōu)選裝有葉輪和固定隔板(spacer)。具有圓形或方形洞開(kāi)孔的錐形篩可用來(lái)產(chǎn)生所需的細(xì)絲形。通過(guò)粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)的料斗加入漿料，同時(shí)以預(yù)定的速度(rpm)旋轉(zhuǎn)葉輪。通過(guò)葉輪迫使?jié){料通過(guò)錐形篩中的開(kāi)孔，當(dāng)達(dá)到臨界長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)絲形團(tuán)聚前體顆粒從篩的外部分離，并由于重力落下通過(guò)裝有2個(gè)600瓦“d”Fusion燈(設(shè)定在高功率下)的UV固化室(由Fusion Company設(shè)計(jì)制造，其型號(hào)為#DRE 410 Q)。細(xì)絲形團(tuán)聚前體顆粒通過(guò)暴露在UV照射下部分固化，從而轉(zhuǎn)變成固體可處理的形式。細(xì)絲形團(tuán)聚顆粒還可利用下述實(shí)施例中的熱能、微波能或附加的UV能來(lái)進(jìn)行固化。
使用團(tuán)聚顆粒制造涂覆的磨料制品的一般方法使用了本發(fā)明的團(tuán)聚顆粒的磨料制品是這樣制備的，即在具有0.8密爾(20微米)EAA底涂層的5密爾(0.13毫米PET膜上施涂12密爾(0.3毫米)預(yù)混料(根據(jù)表1制造的)涂層。把團(tuán)聚顆粒傾倒在涂覆膜上，且輾轉(zhuǎn)在涂覆片材上的團(tuán)聚顆粒直到得到均勻涂層。通過(guò)搖動(dòng)涂覆片材除去過(guò)量團(tuán)聚顆粒，直到所有的過(guò)量顆粒都掉下來(lái)。把涂覆樣品用膠帶貼到金屬板上，并以30FPM(9.1米/分鐘)的速度通過(guò)600瓦“D”Fusion燈(設(shè)定為高功率)三次暴露在紫外和可見(jiàn)光中。固化樣品彎曲在2英寸(5.1厘米)的棒上。然后磨料制品用預(yù)混料(根據(jù)表1制造)進(jìn)行上膠涂覆(size coat)，并用漆刷施涂。通過(guò)吸附在紙巾上除去過(guò)量膠水。施加空氣流以更均勻地涂布膠水。在UV燈下使樣品以30FPM(9.1米/分鐘)的速度再移動(dòng)3次，然后固化上膠的樣品。固化磨料制品再?gòu)澢?英寸(5.1厘米)的棒上。適當(dāng)切割樣品以根據(jù)搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試(rocker drum test)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法如下。
測(cè)試方法搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試彎曲的磨料制品轉(zhuǎn)變成2.5英寸×10英寸(通過(guò)6.4厘米×25.4厘米)的板。這些樣品安裝在測(cè)試機(jī)的圓柱形鋼鼓上，它以小弧度前后搖擺(搖動(dòng))。1018碳鋼工件(3/16英寸(0.48厘米)正方形)固定在杠桿臂上，所述杠桿臂安裝在磨料樣品的上方，8lb(3.6千克)的負(fù)載施加在工件上。當(dāng)磨料制品前后搖擺時(shí)研磨工件。在磨料制品上產(chǎn)生3/16英寸×5.5英寸(0.48厘米×14厘米)的磨損路徑。在該磨損路徑上有約60次動(dòng)作(stroke)/分鐘。壓縮空氣流(20psi，137kpsi)沿著樣品從其磨損路徑中清除出研磨切屑和碎片。在1000周(前后運(yùn)動(dòng)一次記為一周)之后除去的鋼量記為間隔切削(interval cut)，總切削是在測(cè)試終點(diǎn)除去的累積鋼量。
壓碎試驗(yàn)約5克團(tuán)聚顆粒放在Dixie杯中，并用手壓碎以降低其長(zhǎng)度，如果初始形狀為細(xì)絲形的話。把壓碎的團(tuán)聚顆粒傾倒在玻璃板上。只壓碎長(zhǎng)度小于100密爾(2.5毫米)的樣品。所用的壓碎測(cè)試機(jī)是Chatillon DPP-25型測(cè)力計(jì)，它裝有板壓裝置。測(cè)力計(jì)讀數(shù)從0到25磅(0-11.3千克)。測(cè)力計(jì)的板壓下端(foot)水平放在待壓碎的顆粒上，用手施加恒定的壓力直到顆粒破裂(聽(tīng)到聲音和/或感覺(jué))。記錄顆粒破裂所需的壓力，重復(fù)測(cè)試其它11個(gè)樣品。列在表中的壓碎試驗(yàn)值是使12個(gè)試驗(yàn)配方的顆粒破裂的平均壓力。
實(shí)施例1-5通過(guò)在低速剪切下徹底混合900克表1(上述)中的預(yù)混料組合物與2.2克CH和3450克P-120礦石制備實(shí)施例1的團(tuán)聚顆粒。使用粉碎機(jī)(“QUADROCOMIL”)(裝有與小圓形葉輪間隔為75密爾(1.9毫米)的45密爾(1.14毫米)圓錐形篩，所述葉輪以1601RPM轉(zhuǎn)動(dòng))加工漿料。部分固化的團(tuán)聚顆粒在1000瓦的微波爐中再固化4分鐘。固化的團(tuán)聚顆粒通過(guò)再次使之經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)(裝有擦子篩(開(kāi)孔尺寸為94密爾(2.4毫米))、0.05英寸(1.3毫米)的隔板和1601RPM的反向切割方形葉輪)進(jìn)行粉碎。然后粉碎的團(tuán)聚顆粒根據(jù)制備磨料制品的方法制成磨料制品用于搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試。實(shí)施例1的搖桿轉(zhuǎn)鼓切削結(jié)果如下表2所示。
如實(shí)施例1相同的方法制備實(shí)施例2-5，不同的是有下列變化團(tuán)聚顆粒不在微波爐中再次固化，而是在230°F(110℃)的加熱爐中固化7小時(shí)。實(shí)施例2通過(guò)3次經(jīng)過(guò)125密爾(3.2毫米)的擦子篩進(jìn)行粉碎。實(shí)施例3通過(guò)2次經(jīng)過(guò)94密爾(2.4毫米)的擦子篩進(jìn)行粉碎。實(shí)施例4通過(guò)1次經(jīng)過(guò)79密爾(2毫米)的擦子篩進(jìn)行粉碎。實(shí)施例5通過(guò)1次經(jīng)過(guò)62密爾(1.6毫米)的擦子篩進(jìn)行粉碎。
比較例A購(gòu)自產(chǎn)品號(hào)為P-120 KK712的VSM(Hannover，Germany)。
表2實(shí)施例編號(hào)搖桿轉(zhuǎn)鼓周數(shù) 切削量(克)1 1000 0.742000 0.683000 0.554000 0.465000 0.26比較例A 1000 0.732000 0.743000 0.704000 0.635000 0.372 1000 0.762000 0.803000 0.764000 0.703 1000 0.792000 0.833000 0.794000 0.704 1000 0.762000 0.843000 0.834000 0.615 1000 0.702000 0.783000 0.744000 0.62表2(上述)所示的干搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)團(tuán)聚顆粒(包含磨粒作為固體微粒)是使用本發(fā)明的方法制造的且用在磨料制品中時(shí)，它們提供的在軟鋼上的研磨結(jié)果和市售涂覆磨料產(chǎn)品相差不大，所述市售涂覆磨料產(chǎn)品包含相同礦石級(jí)別的團(tuán)聚磨料顆粒。表2(上述)中磨料的結(jié)果還說(shuō)明，由粉碎步驟產(chǎn)生的團(tuán)聚顆粒的尺寸會(huì)影響研磨性能。
實(shí)施例6-10實(shí)施例6-10的成形團(tuán)聚顆粒是通過(guò)在低剪切的條件下徹底混合630克表1(上述)中的預(yù)混料組合物與1.8克CH和2415克P-120 AO礦石制造的。
使用粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)加工漿料，所述粉碎機(jī)裝有表3(上述)中所列的各種尺寸和形狀的錐形篩，該錐形篩與以1601RPM轉(zhuǎn)動(dòng)的小圓形葉輪間隔75密爾(1.9毫米)。部分固化的團(tuán)聚顆粒再在350°F(177℃)的加熱爐中固化6小時(shí)。團(tuán)聚顆粒再通過(guò)粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)進(jìn)行粉碎，所述粉碎機(jī)裝有開(kāi)孔尺寸為74密爾(1.9毫米)的擦子篩、0.05英寸(1.3毫米)的隔板和以300RPM轉(zhuǎn)動(dòng)的反向切割方形葉輪。然后粉碎的團(tuán)聚顆粒根據(jù)制造磨料制品的方法制成磨料制品用于搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試。實(shí)施例6-10的干搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試結(jié)果如下表3所示。
表3實(shí)施 搖桿轉(zhuǎn) 切削 篩子說(shuō)明 壓碎強(qiáng)例鼓周數(shù) 量，度，lbs(千克 克)6 10000.75方形/62密爾(1.6毫米)/37密爾(0.9410.4(4.7)毫米)厚20000.7130000.6440000.5850000.447 10000.78圓形/45密爾(1.14毫米)直徑/31密爾9.3(4.2)(0.8毫米)厚20000.7430000.6540000.6050000.378 10000.74圓形/62密爾(1.6毫米)直徑/37密爾 11.4(5.2)(0.94毫米)厚20000.7030000.6740000.6050000.409 10000.76圓形/32密爾(0.8毫米)直徑/25密爾 9.5(4.3)(0.64毫米)厚20000.7730000.7640000.7050000.6460000.541010000.76圓形/75密爾(0.94毫米)直徑/37密爾3.9(1.8)(0.94毫米)厚20000.6630000.5640000.4750000.41
表3(上述)中所示的干搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，團(tuán)聚顆粒的單位截面積在顆粒壽命范圍內(nèi)影響切削率。它也說(shuō)明，如用方形篩制成的團(tuán)聚顆粒的結(jié)果所示，使用其它形狀可得到可接受的性能。在顯微鏡下觀察團(tuán)聚顆粒的截面積，顯示方形篩使團(tuán)聚顆粒具有方形單元截面部分，圓形篩使團(tuán)聚顆粒具有圓形單元截面部分。
實(shí)施例11-15如實(shí)施例6相同的方法制造實(shí)施例11-15，不同的是改變實(shí)施例12-15中的預(yù)混料的量，以研究礦石負(fù)載對(duì)用本發(fā)明方法制造團(tuán)聚顆粒的影響。不同于在實(shí)施例6和11中的630克預(yù)混料，實(shí)施例12用了609克，實(shí)施例13用了579克，實(shí)施例14用了670克，實(shí)施例15用了548克。
對(duì)于這些實(shí)施例，在粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)上作出下述變化。使用具有125密爾(3.2毫米)隔板的以350RPM轉(zhuǎn)動(dòng)的大圓形葉輪片來(lái)制造團(tuán)聚顆粒。結(jié)果如下表4所示。
表4實(shí)施例 搖桿轉(zhuǎn)鼓周數(shù) 切削量，克壓碎強(qiáng)度，磅(千克)11 1000 0.70 8.9(4)2000 0.663000 0.644000 0.525000 0.4912 1000 0.74 9.0(4.1)2000 0.683000 0.594000 0.515000 0.3813 1000 0.72 8.9(4)2000 0.703000 0.604000 0.545000 0.4614 1000 0.68 8.3(3.8)2000 0.663000 0.564000 0.505000 0.4015 1000 0.72 8.3(3.8)2000 0.743000 0.674000 0.545000 0.51粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)能夠加工實(shí)施例11-15的樣品，但是礦石負(fù)載會(huì)影響團(tuán)聚顆粒粘附在一起和通過(guò)UV燈固化在一起的數(shù)量。實(shí)施例14(它具有最低的礦石負(fù)載)有8-10個(gè)獨(dú)立團(tuán)聚顆粒粘附在一起，并通過(guò)UV固化步驟固化在一起。通過(guò)比較，實(shí)施例15(它具有最高的礦石負(fù)載)沒(méi)有任何團(tuán)聚顆粒粘附和固化在一起。實(shí)施例11-13具有不同的粘合和固化在一起的團(tuán)聚顆粒量，通常約2或3。粘附/固化團(tuán)聚顆粒非常容易分離，除了實(shí)施例14的情況。表4(上述)中的干搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試結(jié)果也說(shuō)明，在測(cè)試時(shí)間范圍內(nèi)礦石負(fù)載并沒(méi)有影響切削率。
實(shí)施例1-15的涂覆制品是使用UV固化構(gòu)造和上膠體系制造的。
實(shí)施例16-20進(jìn)行實(shí)施例16-20以說(shuō)明，使用粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)加工其它礦石類型和尺寸。表5(下述)列出了實(shí)施例16-20的配方。這些漿料根據(jù)實(shí)施例1的方法混合。在配方中，實(shí)施例18具有另外的364克KBF4，實(shí)施例20具有另外的165克KBF4。實(shí)施例16和18在230°F下熱固化7小時(shí)。實(shí)施例18也在微波爐中固化2分鐘。表5(下述)中的所有實(shí)施例可使用粉碎機(jī)(“QUADROCOMIL”)進(jìn)行加工，所示粉碎機(jī)使用了具有以1601RPM轉(zhuǎn)動(dòng)的小圓形葉輪的45密爾(1.14毫米)圓形錐形篩。但是，在實(shí)施例17和20中產(chǎn)生的一些團(tuán)聚顆粒在UV固化后粘結(jié)在一起。作為一種補(bǔ)救，漿料的粘度需要向上調(diào)節(jié)，以使團(tuán)聚顆粒不粘在一起。根據(jù)制造搖桿轉(zhuǎn)鼓樣品的方法制造磨料制品，并使用干搖桿轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。這些結(jié)果如下表6所示。
表5實(shí)施例 礦石等級(jí)/礦石類型 預(yù)混料，克 CH，克Cab-0-克sil，克16 P-180/2700 AO900 2.2 1517 P- AO900 2.32000/200018 P-120/2435 SiC 546 2.5 1219 P-120/3500 Cer 900 2.220 P-80/2820AO900 2.8 15表6實(shí)施例搖桿轉(zhuǎn)鼓周期切削率，克 壓碎強(qiáng)度，磅(千克)161000 0.56 NA2000 0.633000 0.614000 0.565000 0.48171000 0.08 7.8(3.5)2000 0.083000 0.064000 0.065000 0.06181000 0.51 NA2000 0.483000 0.43191000 0.71 10.8(4.9)2000 0.713000 0.724000 0.725000 0.72201000 0.80 8.8(4)2000 0.563000 0.34實(shí)施例17說(shuō)明，非常小的磨料礦石(P-2000等級(jí))可用本發(fā)明所述的配方加工。實(shí)施例20說(shuō)明，非常大的磨料礦石可用本發(fā)明所述的配方加工。實(shí)施例18和19說(shuō)明，其它類型的礦石可用本發(fā)明的配方加工。
使用實(shí)施例18的磨料團(tuán)聚顆粒來(lái)制造涂覆的磨料帶。所用的背襯是具有228克/米2的65/35聚酯/棉花開(kāi)口端斜紋織物(Millken & Co.，Lagrange，GA提供)，它經(jīng)過(guò)染色涂覆并進(jìn)行干燥。然后布用丙烯酸膠乳(B.F.Goodrich Corp.提供，商品名“HYCAR 2679”)和GP 387-D51酚醛樹(shù)脂(Georgia Pacific Co.提供)的溶液進(jìn)行浸漬，以得到重量為38克/米2的85/15丙烯酸/酚醛干燥涂層。然后用酚醛樹(shù)脂(Ashland Co.提供，商品名“AFOFENE 72155”)#4高嶺粘土和丁腈乳膠(B.F.Goodrich Co.提供，商品名“HYCAR 1581”)的溶液涂覆斜紋一側(cè)，以得到重量為38克/米2的50/35/15酚醛/粘土/丁腈干燥涂層。施加60粒(grain)(3.9克)用水基酚醛樹(shù)脂填充的常用碳酸鈣，且將73粒(4.7克)實(shí)施例18的團(tuán)聚顆粒滴涂到構(gòu)造涂覆背襯上。并在175°F(80℃)預(yù)固化30分鐘，在200°F(93℃)預(yù)固化90分鐘。預(yù)固化涂層是用110粒(7.1克)82％固體、水基環(huán)氧樹(shù)脂(它包含分散在其中的四氟硼酸鉀研磨助劑)進(jìn)行上膠涂覆。上膠涂層在175°F(80℃)固化60分鐘，在195°F(91℃)固化120分鐘。固化產(chǎn)物用3/8英寸(9.5毫米)的棒完全彎曲。完全彎曲的涂覆磨料制品使用標(biāo)準(zhǔn)接合方法轉(zhuǎn)變成3英寸×132英寸的帶子(7.6厘米×3.35厘米)。帶子通過(guò)使用14英寸(35.6厘米)直徑、1145度鋸齒形、90肖氏A硬度的輪(在5和10磅(2.27和4.54千克)正交力下以1300RPM轉(zhuǎn)動(dòng))研磨在自動(dòng)儀器上的1英寸×7英寸(2.5厘米×17.8厘米)鈦工件進(jìn)行測(cè)試。帶子測(cè)試20分鐘，并每隔60秒鐘記錄切削量。對(duì)比帶購(gòu)自3M Company St.Paul Mn，商品名“3M P-120421A”。自動(dòng)儀器測(cè)試(robot test)結(jié)果如下表7所示。
表7.實(shí)施例18的涂覆磨料帶與市售等級(jí)為P-120的常規(guī)涂覆磨料帶的鈦研磨結(jié)果的比較樣品研磨壓力，Lbs/ 總切削量，克P-120 421A的總正交(千克/正交)切削率，％P-120 3M421A3.8-5.521.4100(1.7-2.5)實(shí)施例183.8-5.529.7139(1.7-2.5)P-120 3M421A9.0-11(4.1-5) 39.4100實(shí)施例189.0-11(4.1-5) 67.0170如表7所示的自動(dòng)儀器研磨結(jié)果顯示，用本發(fā)明的團(tuán)聚顆粒制成的帶子比常規(guī)研磨帶在兩種典型研磨壓力下除去更多的鈦。對(duì)于測(cè)試的結(jié)構(gòu)，當(dāng)正交力更高時(shí)，本發(fā)明的磨料制品性能更好(除去更多的鈦)。
制成磨料制品的所有前述實(shí)施例是用全紫外固化構(gòu)造和上膠體系制成的。
實(shí)施例21-23實(shí)施例21如下制備把52∶48(重量比)碳酸鈣填充酚醛構(gòu)造樹(shù)脂的均勻涂料使用#60繞線棒施涂到位于刮涂(draw-down)裝置(Paul N.Gardner Co.，Pompano Beach，F(xiàn)L提供，商品名“ACCU-LAB”)的50VX背襯上，以得到676克/米2重的涂層；50VX背襯是基重為390-400克/米2的35/19 20/28 100％的棉斜紋2/1背襯，它是由Vereingte Schmirgel und Maschinen Fabriken AG，Hanover，Germany提供的；把團(tuán)聚顆粒傾倒到濕構(gòu)造樹(shù)脂上，前后滾動(dòng)幾次以在背襯上提供完全負(fù)荷的、均勻分布的團(tuán)聚顆粒涂層。搖落過(guò)量的團(tuán)聚顆粒，涂覆材料在180°F(82℃)的強(qiáng)制空氣爐中加熱一整夜。然后把52∶48(重量比)的碳酸鈣-填充酚醛上膠樹(shù)脂(size resin)通過(guò)漆刷用手均勻施涂。上膠的樣品在180°F(82℃)加熱1小時(shí)，接著在200°F(93℃)固化2小時(shí)，然后在220°F(104℃)固化30分鐘，在245°F(118℃)固化1小時(shí)。固化后，涂覆磨料樣品彎曲在2″(5厘米)直徑的棒上。根據(jù)實(shí)施例21制造實(shí)施例22，不同的是使用#36繞線棒得到493克/2的構(gòu)造樹(shù)脂涂層。根據(jù)實(shí)施例21制造實(shí)施例23，不同的是使用#52繞線棒施涂構(gòu)造樹(shù)脂，得到614克/米2重的涂層。
進(jìn)行實(shí)施例21-23，顯示常規(guī)酚醛類構(gòu)造和上膠樹(shù)脂可與團(tuán)聚顆粒一起使用，以把它們粘合到布背襯上制造磨料制品。如實(shí)施例19相同的方法制造團(tuán)聚顆粒。干燥搖桿轉(zhuǎn)鼓測(cè)試結(jié)果如表8所示。表8中的結(jié)果與比較例A對(duì)比在切削率和使用壽命上有利。這些結(jié)果說(shuō)明，團(tuán)聚顆粒可與常規(guī)磨料構(gòu)造和上膠樹(shù)脂系以及可輻射固化構(gòu)造和上膠樹(shù)脂體系的許多組合一起使用。
表8實(shí)施例 搖桿轉(zhuǎn)鼓周數(shù) 切削量，克21 1000 0.682000 0.723000 0.684000 0.665000 0.596000 0.557000 0.5022 1000 0.702000 0.633000 0.724000 0.675000 0.626000 0.547000 0.4223 1000 0.682000 0.723000 0.704000 0.685000 0.646000 0.587000 0.568000 0.52
實(shí)施例24-27制備實(shí)施例24-27以證明本發(fā)明的通用性。這些實(shí)施例是通過(guò)與制造實(shí)施例11相同的通用方法制造的。實(shí)施例24具有2160克表1A中的預(yù)混料、6克CH、28.8克M5和6450克P-180 AO，并在5夸脫(4.7升)Hobart混合器中以1速進(jìn)行混合。實(shí)施例25具有680克表1(上述)中的預(yù)混料、1.8克CH、2770克P-120 AO和274克PC。實(shí)施例26具有680克表1(上述)中的預(yù)混料、1.8克CH、2590克P-120 AO和457克P-180坯料碳化硅。實(shí)施例27具有1188克TMPTA、12克KB1和5000克0.5微米二氧化鈰。在實(shí)施例24-27制成的團(tuán)聚顆粒的壓碎強(qiáng)度如下表9所示。這些實(shí)施例在350°F(177℃)的爐中再固化6小時(shí)，除了實(shí)施例25和26，它們?cè)?4英寸(61厘米)汞柱的真空烘箱中再固化1小時(shí)。表9(下述)顯示了實(shí)施例24-27的壓碎強(qiáng)度。
表9實(shí)施例 壓碎強(qiáng)度，(磅(千克))24 16.2(7.4)25 1.9(0.9)26 6.0(2.7)27 10(4.5)實(shí)施例28-31進(jìn)行實(shí)施例28以說(shuō)明，其它類型的機(jī)器可用來(lái)迫使組合物通過(guò)多孔基材，以制造本發(fā)明的團(tuán)聚顆粒。實(shí)施例28的團(tuán)聚顆粒是通過(guò)在低剪切下徹底混合2160克表1(上述)中的預(yù)混料組合物與6克CH和8280克P-120 AO礦石制備的。使用裝有65密爾(1.65毫米)圓形開(kāi)孔和在篩和刮片之間存在1/16英寸(1.6毫米)縫隙的刮條轉(zhuǎn)片篩機(jī)器(wiper bar rotor sizing screen machine)加工漿料。形成的團(tuán)聚前體顆粒收集在盤子上，并以30FPM用600瓦Fusion d燈泡燈進(jìn)行輻射，以提供團(tuán)聚顆粒。團(tuán)聚顆粒還在350°F(177℃)的加熱爐中再固化6小時(shí)。固化的細(xì)絲壓碎強(qiáng)度是15.9磅(7.2千克)。
進(jìn)行實(shí)施例29和30以說(shuō)明，其它熱引發(fā)劑可用來(lái)在加熱爐中再固化由本發(fā)明制備的團(tuán)聚顆粒。漿料配方與實(shí)施例28相同，不同的是實(shí)施例29使用6克Vazo 52和實(shí)施例30使用6克Perkadox 16S代替在實(shí)施例28使用的CH引發(fā)劑。通過(guò)使用了45密爾(1.14毫米)圓形篩、以350RPM轉(zhuǎn)動(dòng)的實(shí)心葉輪、套環(huán)和225密爾(5.7毫米)隔片的粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)加工漿料。輻射后，團(tuán)聚顆粒再在350°F(177℃)的加熱爐中固化6小時(shí)。實(shí)施例29的壓碎強(qiáng)度是15磅(6.8千克)，而實(shí)施例30是11磅(5千克)。
實(shí)施例31是根據(jù)實(shí)施例29的方法制備的，不同的是團(tuán)聚顆粒再在195°F(91℃)的熱水中固化1小時(shí)。再固化的團(tuán)聚顆粒的壓碎強(qiáng)度是11磅(5千克)。這個(gè)實(shí)施例顯示其它熱能源可用在再固化步驟。
實(shí)施例32和33在實(shí)施例32和33中制造無(wú)機(jī)聚集體前體團(tuán)聚顆粒。如“制造團(tuán)聚前體顆粒漿料的一般方法”所述制造漿料，其中使用了#60等級(jí)的AG321磨粒和SGP玻璃粉。漿料配方列在下表10中。
表10
SGP和AG321用手在塑料容器中預(yù)混合，然后緩慢加入到TMPTA、KB1和TH1的樹(shù)脂混合物中。12夸脫(11.36升)Hobart混合器(A120T型)與平板打漿機(jī)轉(zhuǎn)子一起使用。在加入SGP/AG321混合物時(shí)，混合器在最低的速度設(shè)定下旋轉(zhuǎn)。在加入所有組分后，把速度升到“中等”，并繼續(xù)混合25分鐘?；旌衔锏淖罱K溫度為約100°F(38℃)-120°F(49℃)。
如“制造團(tuán)聚顆粒的一般方法”所述制造無(wú)機(jī)聚集體前體團(tuán)聚顆粒。粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)設(shè)定如下，小圓形葉輪為0.075″(1.9毫米)間隔，錐形篩具有0.062″(1.6毫米)圓、擦子型小孔，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)速度設(shè)定為470rpm。根據(jù)本發(fā)明制造無(wú)機(jī)聚集體前體團(tuán)聚顆粒，把它們放在鋁盤中，并在350°F(177℃)的強(qiáng)制空氣爐再固化6小時(shí)。聚集體前體團(tuán)聚顆粒再通過(guò)粉碎機(jī)(“QUADRO COMIL”)一次進(jìn)行再篩分，所述粉碎機(jī)使用了0.075″(1.90毫米)隔片和0.094″(2.39毫米)擦子篩。再篩分的顆粒進(jìn)行篩分，通過(guò)#24目篩(-24目)的粒徑部分與保留在#24目篩(+24目)上的部分分離。收集+24目顆粒部分，使用壓碎測(cè)試測(cè)量聚集體前體團(tuán)聚顆粒的強(qiáng)度。
實(shí)施例32的顆粒的平均壓碎強(qiáng)度是20.2lbs(9.2千克)。實(shí)施例33的顆粒的平均壓碎強(qiáng)度是11.4lbs(5.2千克)。
實(shí)施例34和35實(shí)施例34和35是通過(guò)本發(fā)明方法制備的團(tuán)聚顆粒例子，其中多種固體顆粒不是磨粒而是研磨助劑顆粒。實(shí)施例34的漿料(研磨助劑微粒是CaCO3)是在低剪切下在20分鐘內(nèi)徹底混合1700克TMPTA、5800克CaCO3和6克CH制備的。實(shí)施例35的漿料(其中研磨助劑微粒是KBF4)是通過(guò)在低剪切下在20分鐘內(nèi)徹底混合1530克表1(上述)中的預(yù)混料、3克CH、3186克Spec 102 KBF4和8687克Spec 104 KBF4制備的。
根據(jù)“制造團(tuán)聚顆粒的一般方法”制造團(tuán)聚顆粒，其中粉碎機(jī)(“QUADROCOMIL”)如下設(shè)定，45密爾(1.14毫米)圓錐形篩與小圓形葉輪的間隔為.075英寸(1.9毫米)，該小圓形葉輪以1601RPM旋轉(zhuǎn)。由本方法制造的團(tuán)聚顆粒在350°F(177℃)的爐中再固化6小時(shí)。在實(shí)施例34和35中制備的固化顆粒的壓碎強(qiáng)度(由上述壓碎測(cè)試方法得到)如下表11所示。
表11實(shí)施例 壓碎強(qiáng)度，磅(千克)34 9.6(4.4)35 8.5(3.9)在表11中的壓碎強(qiáng)度數(shù)據(jù)說(shuō)明，通過(guò)本發(fā)明的方法，可制造一定強(qiáng)度的非磨料團(tuán)聚顆粒，從而使團(tuán)聚顆粒用在其它用途或加工中。
權(quán)利要求
1.一種制造團(tuán)聚顆粒的方法，它包括以下步驟(a)迫使包含可輻射固化可聚合粘合劑前體和許多固體微粒的組合物通過(guò)多孔基材，形成團(tuán)聚前體顆粒；(b)從多孔基材中分離團(tuán)聚前體顆粒；(c)照射團(tuán)聚前體顆粒，其中輻射能從輻射能源輸送到團(tuán)聚固體微粒上，以至少部分固化粘合劑前體，形成團(tuán)聚顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在照射步驟之后收集所述團(tuán)聚顆粒。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述照射步驟包括使團(tuán)聚前體顆粒通過(guò)包含輻射源的第一固化區(qū)的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述團(tuán)聚顆粒通過(guò)第二固化區(qū)，其中能量從能量源輸送到團(tuán)聚顆粒上，以再固化團(tuán)聚顆粒。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述粘合劑前體包括環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸化聚氨酯樹(shù)脂、丙烯酸化環(huán)氧樹(shù)脂、烯鍵式不飽和樹(shù)脂、具有側(cè)接不飽和羰基的氨基塑料樹(shù)脂、具有至少一個(gè)側(cè)接丙烯酸酯基團(tuán)的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個(gè)側(cè)接丙烯酸酯基團(tuán)的異氰酸酯衍生物或其組合。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述許多固體微粒包含填料、塑料微粒、增強(qiáng)微粒、無(wú)機(jī)粘合劑前體微粒、抗靜電劑、潤(rùn)滑劑、顏料、懸浮劑或其組合。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述團(tuán)聚顆粒是細(xì)絲形的，且其長(zhǎng)度范圍為約10-約1500微米。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述團(tuán)聚顆粒的長(zhǎng)度為約20-約800微米。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述團(tuán)聚顆粒的長(zhǎng)度為約50-約400微米。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述團(tuán)聚顆粒具有基本恒定的截面形狀。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述截面形狀包括圓形、多邊形或其組合。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述團(tuán)聚前體顆粒還包括改性添加劑。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述改性添加劑包括偶聯(lián)劑、研磨助劑、填料、無(wú)機(jī)粘合劑前體、表面活性劑或其組合。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述迫使組合物通過(guò)多孔基材形成團(tuán)聚顆粒的步驟包括擠出、研磨或壓延方法。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述輻射源包括電子束、紫外線、可見(jiàn)光、激光或其組合。
16.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述輻射源包括電子束、紫外線、可見(jiàn)光、激光或其組合。
17.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述能量源包括電子束、紫外線、可見(jiàn)光、微波、激光、熱或其組合。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(a)、(b)和(c)是順序且連續(xù)進(jìn)行的。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(a)、(b)和(c)以垂直且連續(xù)的方式在空間排列。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述步驟(a)、(b)和(c)是順序且連續(xù)進(jìn)行的。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述許多固體微粒占組合物的5-95重量％。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述許多固體微粒占組合物的40-95重量％。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述組合物是100％固體。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述粉碎步驟是在照射步驟之后對(duì)團(tuán)聚顆粒進(jìn)行的。
25.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述粉碎步驟是在通過(guò)第二固化區(qū)之后對(duì)團(tuán)聚顆粒進(jìn)行的。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于所述粉碎步驟包括研磨、壓碎和滾動(dòng)的方法。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于所述粉碎步驟包括研磨、壓碎和滾動(dòng)的方法。
28.根據(jù)權(quán)利要求1制造的團(tuán)聚顆粒。
29.根據(jù)權(quán)利要求1制造的無(wú)機(jī)聚集體前體團(tuán)聚顆粒。
全文摘要
由包含至少一種可輻射固化粘合劑和固體微粒的組合物制造團(tuán)聚顆粒的方法。該方法包括以下步驟，即迫使組合物通過(guò)多孔基材形成團(tuán)聚前體顆粒，該顆粒接著從多孔基材上分離出去。然后，在收集之前照射顆粒形成凝固的、可處理團(tuán)聚顆粒。
文檔編號(hào)C08J5/14GK1469915SQ01817349
公開(kāi)日2004年1月21日 申請(qǐng)日期2001年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月16日
發(fā)明者S·R·卡勒, J·L·麥卡德?tīng)? J·W·尼爾森, J·T·華萊士, S R 卡勒, 華萊士, 尼爾森, 麥卡德?tīng)?申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司