DE60018763T2

DE60018763T2 - Schleifkorn mit verbesserter elektrostatischer abscheidbarkeit

Info

Publication number: DE60018763T2
Application number: DE60018763T
Authority: DE
Inventors: Jason Sung
Original assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Current assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2020-07-20
Also published as: KR20020042635A; ATE291067T1; EP1204712A1; RU2201428C1; AU7329300A; AU751718B2; MXPA02001313A; US6110241A; BR0013015A; CA2380748A1; CN1368998A; ZA200200281B; CN1136286C; KR100421754B1; JP3771493B2; ES2240158T3; BR0013015B1; CA2380748C; WO2001010974A1; TWI263663B

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Schleifkorn, das sich besser für die Herstellung von beschichteten Schleifmitteln eignet.
Beschichtete Schleifmittel werden häufig durch das Abscheiden von einer aus einer härtbaren Binderharzformulierung bestehenden Schicht, bezeichnet als eine „Grundbinder"-Schicht, auf einem Substrat, und dann dem anschließenden Abscheiden von Schleifkörnern auf der ungehärteten oder unvollständig gehärteten Grundbinder-Schicht hergestellt. Die Körner haften an der Grundbinder-Schicht, die dann entweder teilweise oder vollständig gehärtet wird, bevor sie mit einer weiteren Schicht aus härtbarem Binderharz (die „Deckbinder" -Schicht) ausgestattet wird, welche das Schleifkorn überzieht. Diese Deckbinder -Schicht ist in gehärtetem Zustand dafür bestimmt, das Schleifkorn in Position zu halten, wenn das beschichtete Schleifmittel in Gebrauch ist.
Diese Erfindung bezieht sich in erster Linie auf die Technik zur Abscheidung des Schleifkorns auf der Grundbinder-Schicht. Es gibt zwei grundlegende Ansätze: Das Korn kann entweder durch die Schwerkraft auf die Oberfläche der Grundbinder-Schicht zugeführt werden oder es kann auf die gleiche Oberfläche geschleudert werden. Das letztere Verfahren ist am weitesten verbreitet, und die schleudernde Kraft ist von elektrostatischer Natur. Das Korn wird auf ein Bett oder eine Schale gelegt, und das Substrat mit der Grundbinder-Schicht darauf wird über das Bett geführt, wobei die Grundbinder-Schicht nach unten zeigt. Eine elektrostatische Differenz wird zwischen Platten hinter dem Substrat (und direkt über dem Bett) und unter dem Bett selbst aufgebaut. Die Schleifmittelpartikel werden geladen und werden gegen die Grundbinder-Schicht geschleudert und haften daran. Dies wird oft als UP-Abscheidung bezeichnet.
Das ist die Theorie und für viele Schleifkörner ist sie durchaus effektiv. Jedoch sind einige Schleifkörner, wie zum Beispiel insbesondere Schleifkörner aus Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid, hinsichtlich der Menge an Ladung, die sie halten können und die Zeit, für die die Ladung aufrecht erhalten werden kann, sehr empfindlich gegenüber dem Feuchtigkeitsgehalt in der Luft. Es ist bekannt, die Schleifkörner mit einem Salz, wie zum Beispiel Magnesiumchlorid, zu behandeln, um die Schleuderfähigkeit zu verbessern, aber selbst dann bleibt der Feuchtigkeitseffekt ein entscheidender Faktor. Falls es zugelassen wird, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Aufschleuderbereichs Schwankungen unterliegt, wird die Menge an Korn, die in irgendeinem Verfahren abgeschieden wird, am Ende unterschiedlich sein zu der Menge am Anfang oder die Bedeckung mit Korn wird ungleichmäßig sein.
Die Standardlösung für dieses Problem ist es, nur frisch behandeltes Korn zu benutzen und/oder das Korn innerhalb einer Umgebung, bei der die Temperatur und die Feuchtigkeit kontrolliert wird, abzuscheiden.
Die Schwere des Problems hängt zum Teil von der Korngröße ab. Es ist offensichtlich, dass je größer das Korn ist, umso mehr Ladung muß aufrecht gehalten werden, um es dem Korn zu ermöglichen, erfolgreich geschleudert zu werden. Das Problem scheint am schwersten bei Körnern aus Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid mit einer Korngröße von 24 oder gröber zu wiegen.
Das Dokument FR-A-2 739 864 offenbart für die Behandlung von Schleifkörnern ein Verfahren bestehend aus – dem Herstellen eines Gels durch das Mischen einer Lösung aus Natriumsilicat und einer kolloidalen Lösung aus Aluminiumhydrat in einem saurem Milieu, – dem Beschichten der Schleifkörner mit diesem Gel in einer Menge, die zwischen 0,1 und 5 % von ihrem Gewicht umfasst, – dem Trocknen der beschichteten Körner bei einer Temperatur zwischen 100 und 500°C.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schleifkorn zur Verfügung, dass über einen Bereich von Feuchtigkeitsbedingungen eine relativ konstante Schleuderfähigkeit beibehält. Die Erfindung stellt auch ein Verfahren für das Behandeln eines Schleifkorns zur Verfügung, um seine Schleuderfähigkeit zu verbessern. Obwohl die Erfindung eine breite Anwendbarkeit aufweist, ist sie in erster Linie nützlich für Körner, die auffällig gegenüber Feuchtigkeit sind, wie zum Beispiel Körner aus Aluminiumoxid/Zirconiumdioxid.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schleifkorn mit verbesserter Schleuderfähigkeit zur Verfügung, das eine erste, ein leitfähiges Material umfassende Oberflächenbeschichtung und eine zweite Oberflächenbeschichtung über der ersten, die eine siliciumhaltige Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silicaten, Organosilanen und deren Mischungen, aufweist.
Das leitfähige Material, das ein Bestandteil der ersten Oberflächenbeschichtung ist, kann ein leitfähiges Material aus Kohlenstoff, wie zum Beispiel Ruß oder Graphit oder eine andere elementare Form von Kohlenstoff sein. Um den Kohlenstoff zu ermöglichen, leichter an der Oberfläche des Schleifkorns zu haften, ist es bevorzugt, dass der Kohlenstoff als eine Aufschlämmung in einem organischen Bindemittel, wie zum Beispiel einer Polyvinylalkohol-Lösung, aufgebracht wird. Andere Bindemittel, die verwendet werden können, schließen ungesättigte Polyester, wie zum Beispiel Polyvinylacetat, ein.
Die zweite Beschichtung umfasst häufig ein Silicat, wie zum Beispiel ein Metallsilicat oder ein organisches Silicat, welches leicht zu Kieselsäure hydrolisiert. Das am leichtesten erhältliche Silicat ist ein Alkalimetallsilicat, wie zum Beispiel Natriumsilicat. Dies hat den Vorteil leicht erhältlich, in Wasser auflösbar und billig zu sein. Jedoch kann auch ein Alkylsilicat, wie zum Beispiel Ethylsilicat, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die siliciumhaltige Verbindung ein Organosilan von der Art sein, die gewöhnlich als Additive zur Adhäsionskontrolle oder als Haftungsvermittel verwendet wird. Solche Verbindungen sind zur Zeit als Z-6030 von der Dow Corning Corporation und als A-174 und A-1100 von der Union Carbide Corporation kommerziell erhältlich. Einige der am meisten bevorzugten Organosilane sind Aminosilane, wie zum Beispiel A-1100.
Die zweite Beschichtung wird vorzugsweise über der ersten Beschichtung aufgebracht, bevor diese getrocknet wird. So ist keine dazwischenliegende Trocknungsstufe erforderlich.
Die Menge der leitfähigen Kohlenstoffbeschichtung, die die erste Schicht umfasst, kann alles von 0,03 % des Gewichts des Schleifkorns und darüber, möglicherweise bis zu 0,1 % des Korngewichts, sein. Jedoch beträgt die verwendete Menge vorzugsweise 0,04 bis 0,08 % des Gewichts des Schleifkorns.
Die Menge des Silicats (gemessen als Silicumdioxid), das in der zweiten Beschichtung auf das Korn abgeschieden wird, beträgt vorzugsweise 0,01 bis 0,5 %, bevorzugt 0,02 bis 0,04 % des Eigengewichts des Korns.
Wo ein Organosilan verwendet wird, beträgt die zugegebene Menge, basierend auf dem Korngewicht, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 %, und besonders bevorzugt von 0,08 bis 0,15 %.
Das Korn selber kann jedes der typischen Schleifkörner, die heutzutage in Gebrauch sind, sein, wie zum Beispiel Schmelz-Aluminiumoxid oder keramisches Aluminiumoxid, Siliciumcarbid und Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid. Wie vorher angedeutet, ist das Problem hinsichtlich der Schleifkörner aus Schmelz -Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid am größten. Die Menge an Zirkoniumdioxid in solch einer Schmelz-Mischung kann alles von etwa 20 Gew.-% bis hoch zu dem theoretischen eutektischen Wert von etwa 43 Gew.-% sein.
Zeichnungen
1 zeigt die Veränderung der Kornaktivität mit der Veränderung des Kohlenstoffgehalts in der ersten Schicht bei einem konstanten Silicatgehalt in der zweiten Schicht.
2 zeigt die Veränderung der Kornaktivität mit der Veränderung des Silicatgehalts in der zweiten Schicht bei einem konstanten Gehalt an Kohlenstoff in der ersten Schicht.
3 stellt ein Balkendiagramm dar, das die Kornaktivität mit einer zweiten Beschichtung aus Silicat und mit einer zweiten Beschichtung aus Organosilan zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele erklärt werden, wobei diese so zu verstehen sind, dass sie keine notwendigen Einschränkungen bezüglich des Umfangs der Erfindung andeuten.
In den Beispielen ist der Kohlenstoffbestandteil der ersten Schicht Rußpulver und die ausgewählte Form wird unter dem Handelsnamen „Vulcan-XC72R" von der Cabot Corporation verkauft. Das ausgewählte Schleifkorn war ein Schleifkorn aus Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid mit einer Korngröße von 24, das von der Norton Company unter dem eingetragenen Warenzeichen „NORZON" NZP verkauft wird.
Beispiel 1
Eine wässrige Lösung mit 7,5 Gew.-% Polyvinylalkohol wurde mit Ruß gemischt, um ein Material herzustellen, aus dem die erste Schicht gebildet wird. Die Menge an behandeltem Schleifkorn betrug 454 g, und das Material der ersten Schicht umfasste 3,5 g einer 7,5 %-igen Lösung aus Polyvinylalkohol, 0,8 g Wasser und 0,23 g Ruß. Die Mischung wurde auf das Korn gegossen und in einer Mischmaschine gemischt, um eine gleichmäßige Schicht auf der Oberfläche des Korns zur Verfügung zu stellen.
Dann wurde das beschichtete Korn mit einer Lösung, die 0,40 Gew.-% Natriumsilicat enthält, behandelt. Dieses Korn wurde in die Mischmaschine gegossen, bevor die erste Schicht getrocknet war. Mit dem Trocknen wurde erst begonnen, nachdem die zweite Beschichtung fertiggestellt worden war. Dies erfolgte bei 100°C über Nacht.
Der „Kornaktivitätsindex" wurde dann berechnet. Dieser Index wird als der reziproke Wert der „Kornaktivität" multipliziert mit 20 definiert. Die „Kornaktivität" ist die Anzahl der Sekunden, die für eine festgelegte Menge an Korn, die über eine festgelegte Entfernung bei einer festlegelegten Ladungsdifferenz geschleudert wird, benötigt wird. Er ist deshalb in erster Linie als ein vergleichendes Werkzeug nützlich, um die Veränderung der Schleuderfähigkeit bei sich verändernden Bedingungen zu zeigen. Der Index wird durch das Platzieren eines bekannten Gewichts an Korn auf einer Platte eines Paares von sich gegenüberliegenden Platten, die auf einem Standard-Abstand gehalten werden, und die dafür ausgelegt sind, mit einer Spannungsdifferenz zwischen den beiden Platten bei einem festgesetzten Niveau (in diesem Falle von 14,5 Volt) geladen zu werden. Das Gewicht des Korns auf der Oberfläche der Platte wurde auf einer kontinuierlichen Basis gemessen, und die Ladungsdifferenz zwischen den Platten wurde bestimmt. Die Zeit, die dafür benötigt wird, annähernd zwei Gramm des Korns über die Lücke zu schleudern, wurde gemessen. Für diesen besonderen Versuch wird eine Schleuderzeit (die Kornaktivität) von unter 20 Sekunden als annehmbar angesehen.
Der Kornaktivitäts-Index wurde als annähernd 1,9 gemessen und der annehmbare Mindestwert beträgt etwa 0,9. Die Zweifach-Beschichtung der Erfindung ist deshalb äußerst wirkungsvoll, um ein Korn bereitzustellen, das in einem UP -Beschichtungsverfahren geschleudert werden kann.
Als eine Ausweitung dieser Untersuchung wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, bei denen zu allererst der Gehalt an Ruß in der ersten Schicht konstant gehalten wurde, und die Menge an Natriumsilicat in der zweiten Schicht verändert wurde. Die Ergebnisse sind in dem als 1 dargestelltem Diagramm aufgeführt.
Das Ergebnis durch das Verändern der Menge an Ruß in der ersten Schicht war unterschiedlich, während die Menge an Natriumsilicat in der zweiten Schicht konstant gehalten wurde. Die Ergebnisse werden in dem Diagramm, das als 2 erscheint, dargestellt.
Zusammengenommen zeigen die Diagramme auf, dass der optimale Gehalt an Ruß und an Natriumsilicat bei etwa 500 ppm liegt. Dies stimmt mit den 0,05 Gew.-% an Kohlenstoff und den 0,05 Gew.-% an Natriumsilicat (oder etwa 0,025 %, gemessen als Siliciumdioxid) überein.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wurde die Kornaktivität mit a) der gleichen zweiten Beschichtung aus Natriumsilicat, die in Beispiel 1 benutzt wurde und b) mit einer auf dem Korngewicht basierenden 0,1 %-igen Beschichtung eines Aminosilans („A-1100") als zweite Beschichtung erhalten.
In jedem Falle war die erste Beschichtung genau diejenige wie in Beispiel 1 beschrieben, und das Verfahren für die Untersuchung der Aktivität war ebenfalls das gleiche.
Das Balkendiagramm, dargestellt als 3, zeigt , dass das Aminosilan, obwohl nicht ganz so wirksam wie das Silicat, zufriedenstellende Niveaus an Schleuderfähigkeit für das beschichtete Korn erreichte. Außerdem gewährte es eine verbesserte Schleifleistung, wahrscheinlich als ein Ergebnis der besseren Adhäsion zwischen der Bindung und dem Korn, welche dieses Additiv unterstützte.

Claims

Schleifkorn mit verbesserter Schleuderfähigkeit mit einer ersten, ein leitfähiges Material umfassenden Oberflächenbeschichtung auf dem Korn und mit einer zweiten Oberflächenbeschichtung über der ersten, die eine siliciumhaltige Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silicaten, Aminosilanen und deren Mischungen enthält.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem das leitfähige Material in der ersten Oberflächenbeschichtung ausgewählt ist aus Ruß und Graphit.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem die Menge des leitfähigen Materials, das auf der Oberfläche des Korns abgeschieden ist, höchstens 0,1 % des Korngewichtes darstellt.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem die Menge des auf der Oberfläche des Korns abgeschiedenen leitfähigen Materials von 0,04 bis 0,08% des Korngewichtes darstellt.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem die zweite Oberflächenbeschichtung ein Alkalimetallsilicat umfasst.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem die zweite Oberflächenbeschichtung ein Silicat in einer Menge (gemessen als Siliciumdioxid) von 0,01 bis 0,5% des Korngewichtes umfasst.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem die zweite Oberflächenbeschichtung ein Silicat in einer Menge (gemessen als Siliciumdioxid) von 0,02 bis 0,04% des Korngewichtes umfasst.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem die zweite Oberflächenbeschichtung ein Aminosilan umfasst.
Schleifkorn gemäß Anspruch 8, in dem die zweite Oberflächenbeschichtung ein Aminosilan in einer Menge umfasst, die von 0,05 bis 0,2% des Korngewichtes beträgt.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem das Korn ein geschmolzenes Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid ist.
Schleifkorn gemäß Anspruch 1, in dem das Schleifkorn eine Korngröße von 24 oder gröber aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Schleifkorn mit verbesserter Schleuderfähigkeit, umfassend: a) Bereitstellen eines Schleifkorns ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid und geschmolzenem Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid; b) Aufbringen einer ersten Oberflächenbeschichtung auf das Korn, die ein in einem Träger dispergiertes, leitfähiges Material umfasst; c) Aufbringen einer zweiten Beschichtung über der ersten Oberflächenbeschichtung, wobei die zweite Beschichtung eine siliciumhaltige Verbindung ausgesucht aus der Gruppe bestehend aus Silicaten, Organosilanen und deren Mischungen enthält; und d) Trocknen des beschichteten Korns.
Verfahren gemäß Anspruch 12, in dem die erste Beschichtung vor dem Aufbringen der zweiten nicht getrocknet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, in dem der Träger für die erste Beschichtung eine hydrophile polymere Flüssigkeit ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, in dem der Träger ein Polyvinylalkohol und das leitfähige Material Ruß ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12, in dem die zweite Beschichtung als eine wässrige Lösung von Natriumsilicat aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, in dem die zweite Beschichtung ein Organosilan umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 12, in dem die erste Beschichtung in einer Menge aufgebracht wird, die ausreicht, um, bezogen auf das Korngewicht, von 0,04 bis 0,08 Gew.-% des leitfähigen Materials abzuscheiden.
Verfahren gemäß Anspruch 16, in dem die Menge der aufgebrachten zweiten Beschichtung ausreichend ist, um, bezogen auf das Korngewicht, von 0,02 bis 0,04% des Silicats (gemessen als Siliciumdioxid) abzuscheiden.
Verfahren gemäß Anspruch 17, in dem die Menge der aufgebrachten zweiten Beschichtung ausreichend ist, um, bezogen auf das Korngewicht, von 0,05 bis 0,2% eines Organosilans abzuscheiden.