Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung beschichteter Schleifmittel.

Die Verwendung von UV-strahlungshärtbaren Formulierungen bei der Herstellung von beschichteten Schleifmitteln wurde seit vielen Jahren gelehrt. Eines der frühesten Beispiele dieser Form von Bindemitteln ist in der US-A-4,773,920 beschrieben, welche die Verwendung von Bindemittel-Schleifkornmischungen lehrt, die durch strahlungsinduzierte freie radikalische Polymerisation aushärtbar sind. In der US-A-5,014,468 werden die Probleme der UV-strahlungsinduzierten Polymerisation im Zusammenhang mit beschichteten Schleifmitteln rückblickend und zusammenfassend betrachtet. Es wird deutlich gemacht, dass angesichts der begrenzten Durchdringung des UV-Lichts durch eine Formulierung, welche Pigmente und/oder relativ grobkörnige Schleifmittelteilchen umfasst, die UV-Strahlung in ihrer Nützlichkeit für relativ dünne Schichten in gewisser Weise begrenzt ist.

Die Probleme, welche die Anwendbarkeit von UV-strahlungshärtenden Polymeren in beschichteten Schleifmitteln beschränken, werden am deutlichsten bei Endbearbeitungs- Formulierungen (finishing formulations) wahrgenommen. Dies sind Formulierungen, die zu Stoffmaterialien zugesetzt werden, um sie darauf vorzubereiten, Grundierungsbeschichtungen (maker coats) bei der Herstellung von beschichteten Schleifmitteln aufzunehmen.

Typischerweise umfassen sie Polymere und Füllstoffe, die dazu gedacht sind, die Unterlage zu sättigen und eine Oberfläche zu gewährleisten, auf welcher die Grundierungsbeschichtung fest haftet. Daher werden typischerweise Bindemittel mit einer sehr signifikanten Menge von Füllstoffen verwendet. Der Füllstoff ist eine notwendige Komponente, um die Kosten zu verringern, die Durchgangswege innerhalb des Stoffes zu blockieren, um dessen Porosität zu verringern und um die physikalischen Eigenschaften der Unterlage zu modifizieren. Insbesondere verbessert der Zusatz von Füllstoffen die Dehngrenze (modulus) der ausgehärteten Formulierungen und verringert zur gleichen Zeit die Menge der (üblicherweise teuren) Polymer-bildenden Bestandteile, welche das Bindemittel umfasst.

Die Gegenwart von schweren Füllstoffbeladungen ist sehr unvorteilhaft für die Verwendung von UV-strahlungsaushärtenden Bindemitteln. Die UV-Strahlung kann auf Grund des schattierenden Effekts der Stoffteilchen nicht tief genug eindringen.

Ähnliche Probleme treten auf, wenn eine Grundierungs- oder Deckbeschichtung (maker or size coat)verwendet wird, die Füllstoffteilchen umfasst. Die GB 2087 263 offenbart Füllstoffzusammensetzungen umfassend einen Füllstoff und ein strahlungshärtbares Harz, wobei die Aushärtung mittels eines Elektronenstrahls durchgeführt wird, der sehr viel stärker als UV-Strahlung ist. Diverse Füllstoffe werden erwähnt, wie etwa Calciumcarbonat, Aluminiumsilicat und Aluminiumtrihydrat. Dieses Patent hat diese Füllstoffe im Hinblick auf deren Fähigkeit in großen Mengen in dem Harz verwendbar zu sein, genannt. Der Füllstoff Aluminiumtrihydrat wird nicht als Füllstoff betrachtet, der besondere Merkmale aufweist.

Die EP 0 552 698 lehrt Grundierungs- und/oder Deckbeschichtungen, die keine großen Füllstoffmengen enthalten, obwohl die Füllbeschichtungen große Mengen von Füllstoffen enthalten müssen, um so die Porosität des Stoffes zu verschließen.

Die Vorteile der UV-Härtung in bezug auf die Aushärtungsgeschwindigkeit und die Vielseitigkeit der Formulierungseigenschaften sind sehr gut bekannt. Es würde daher einen großen Vorteil ergeben, wenn der abschattende Effekt von Füllstoffteilchen ausgemerzt werden könnte.

Die vorliegende Erfindung gewährleistet einen Weg, um die vorteilhaften Ergebnisse des Zusatzes von Füllstoffen sicher zu stellen, ohne die Aushärtungsgeschwindigkeit eines UV- aushärtenden Bindemittels beträchtlich zu verschlechtern.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Beschichtungszusammensetzung zur Verfügung, umfassend eine UV-polymerisierbare Formulierung sowie von 25-50 Volumenprozent Aluminiumtrihydrat als Füllstoff, welche im wesentlichen transparent für UV-Licht ist, sowie ein beschichtetes Schleifmittel gemäß Anspruch 4.

Das UV-Licht, das zum Starten der Polymerisation verwendet wird, hat eine Wellenlänge von etwa 250 bis etwa 400 nm. Ein Füllstoff wird für die Zwecke dieser Beschreibung als transparent gegenüber diesem Licht angesehen, wenn bei Aussetzung einer Formulierung enthaltend einen UV-polymerisierbaren Bestandteil und 25 Volumenprozent des Füllstoffes an UV-Licht die Tiefe der erhaltenen Aushärtung größer als 50% und stärker bevorzugt mehr als 75% der Tiefe beträgt, die erreicht wird, wenn die Formulierung ohne den Füller mit derselben Strahlungsmenge bestrahlt wird.

Die Tiefe der Aushärtung wird gemessen durch Aufbringen der Formulierung auf eine Bänderoberfläche, welche unter einer UV-Quelle mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit durchläuft, so dass die Formulierung immer der gleichen Menge an Strahlung ausgesetzt ist. Das Ergebnis ist die Bildung einer dünnen Kruste auf der Oberfläche der Formulierung. Die Dicke dieser Kruste ist ein ausgezeichnetes Maß für die relative Tiefe des Eindringens der UV-Strahlung bei verschiedenen Beladungsniveaus und Arten von Füllstoffen.

Die arm häufigsten verwendeten Füllstoffe sind Calciumcarbonat und Siliziumdioxid (silica), und von diesen ist bekannt, dass sie eine relativ geringe Transparenz für UV-Licht haben. Dementsprechend schränkt die Verwendung dieser Füllstoffe die Dicke der Schichten, die ausgehärtet werden kann, beträchtlich ein. Die vorliegende Erfindung folgt aus der Entdeckung, dass bestimmte bekannte Füllstoffmaterialien eine unerwartete Überlegenheit gegenüber anderen aufweisen, wenn sie in UV-härtbaren Formulierungen verwendet werden.

Sie verhalten sich nicht nur sehr gut bei der Verbesserung des Moduls der ausgehärteten Formulierung, sondern erlauben, da sie UV-transparent sind, überraschenderweise auch die Aushärtung mit einer viel größeren Dicke als diejenige, die möglich ist, wenn alternative Füllstoffe verwendet werden.

Der UV-härtbare Bestandteil der Formulierung der Erfindung umfasst jedes der im Stand der Technik als für die Herstellung von beschichteten Schleifmitteln verwendbar beschriebene Material, einschließlich acrylierten Epoxidharzen, Urethanacrylaten, acrylierten Epoxidnovolacen, ungesättigten Polyestern, Polyvinylethern und dergleichen. Die bevorzugten Bindemittel der Erfindung umfassen acrylierte Epoxidharze und Urethanacrylate.

Die Teilchengröße des UV-transparenten Füllstoffs liegt vorzugsweise bei etwa 1 bis etwa 60 u, und stärker bevorzugt von etwa 1 bis etwa 20u und insbesondere bevorzugt von etwa 1 bis 10 u. Das besonders bevorzugte hydrierte Aluminiumoxid zur Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung ist Aluminiumtrihydrat mit einer Gewichtsmittelteilchengröße von etwa 1 bis etwa 7 u.

Der Volumenanteil an Füllstoff, der in den Zusammensetzungen der Erfindung vorliegen kann, kann von 25 bis etwa 50 Volumenprozent umfassen. Der Modul verbessert sich zum maximalen Packungsanteil eines einzelnen Füllstoffs. Dieser ist im allgemeinen abhängig von der Teilchengröße und -form. Da der UV-polymerisierbare Bestandteil die primäre Funktion des Gewährleistens einer bindenden Schicht aufweist, ist es möglich, den maximalen Packungsanteil anzunähern, ohne die wichtigen physikalischen Eigenschaften der ausgehärteten Formulierung deutlich zu beeinträchtigen. Daher sind Füllstoffanteile im oberen Bereich der oben genannten Bereichsgrenzen oft bevorzugt, beispielsweise von etwa 30 bis 40 Volumenprozent.

Fig. 1 ist ein Diagramm, welches die Aushärtungstiefe zeigt, die unter Verwendung verschiedener Füllstoffe in verschiedenen Anteilen erhalten wurde, wenn diese in eine UV- aushärtende Formulierung eingebaut wurden.

Die Fig. 2 bzw. 3 zeigen die gleichen Aushärtungstiefediagramme mit 100 und 150 Fuß/Minute (30,8 und 46,2 Meter/Minute) Geschwindigkeiten des Durchgangs unter der UV- Quelle. Die Legende des Diagramms, wie sie bei Fig. 1 erscheint, trifft auch für die Fig. 2 und 3 zu.

Die Fig. 4 zeigt den Anstieg der Knoophärte verschiedener Formulierungen umfassend ansteigende Mengen von Füllstoff in dem gleichen Bindemittel. Wiederum trifft die Legende der Fig. 1 auch auf dieses Diagramm zu.

Fig. 5 zeigt die Aushärtungstiefe aufgetragen gegen den Volumenprozentanteil von ATH in einem kommerziellen Epoxidacrylat Oligomer/Monomerblend, bei verschiedenen Liniengeschwindigkeiten.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die in den Zeichnungen präsentierten Daten beschrieben. Diese Daten sind zur Veranschaulichung der Erfindung gedacht und nicht dazu, irgendwelche Beschränkungen des notwendigen Schutzumfangs der Erfindung anzudeuten.

Die Fig. 1-3 zeigen in klarer Weise, dass die Tiefe der Aushärtung bei konventionellen Füllstoffen wie etwa Calciumcarbonat oder Siliziumdioxid mit steigenden Mengen des Füllstoffs kontinuierlich abnimmt. Bei Aluminiumhydraten dagegen beginnt die Aushärtungstiefe nach einer anfänglichen Verringerung mit ansteigender Konzentration des Füllstoffs ebenfalls tatsächlich zu steigen. In diesen Experimenten umfasst das Bindemittel eine Mischung von Epoxidacrylat (70%)/N-Vinylpyrrolidon (30%).

Die Formulierungen wurde unter einer UV-Quelle mit einer linearen Geschwindigkeit von 50 Fuß/Minute (15,4 Metern/Min) durchgeführt. Das Boehmit-Experiment wurde bei einer langsameren Geschwindigkeit durchgeführt, welche für die größere anfängliche Aushärtungstiefe (bei Konzentration Null) verantwortlich ist.

Fig. 4 zeigt, dass die verschiedenen Füllstoffe sehr ähnliche Niveaus der Verbesserung der Härte der Formulierung erzeugen, wenn sie ausgehärtet sind.

Fig. 5: Wie vorweggenommen werden kann, zeigt diese Zeichnung, dass die Aushärtungstiefe mit steigender Liniengeschwindigkeit, die sich in einer kürzeren Aussetzungszeit an UV- Strahlung auswirkt, abfällt. Unerwarteterweise ist der Effekt der Gegenwart des Füllstoffes jedoch beträchtlich geringer, wenn höhere Liniengeschwindigkeiten verwendet werden. Es ist also in gewisser Weise überraschend, dass bei allen Geschwindigkeiten Volumenanteile des Füllstoffs oberhalb von etwa 30% die Aushärtungstiefe tatsächlich erhöhen.

In den Fig. 1-4 werden die Eigenschaften von 5 verschiedenen Formulierungen beschrieben. Diese unterscheiden sich nur in der Art des Füllstoffs und die verschiedenen Füllstoffe sind wie folgt zu identifizieren:

ATH S23 ... Aluminiumtrihydrat mit einer Gewichtsmittelteilchengröße von 7,5 u.

ATH S3 ... Aluminiumtrihydrat mit einer Gewichtsmittelteilchengröße von 1 u, erhältlich von Alcoa Industrial Chemicals.

MinSil 5 ... ein amorphes geschmolzenes Siliziumdioxid mit einer Gewichtsmittelteilchengröße von 7u, erhältlich von Minco Inc.

Camel Carb ... ein Calciumcarbonat mit einer Gewichtsmittelteilchengröße von 7,5 u, erhältlich von Global Stone PenRoc Inc.

Boehmit ... ein alpha-Aluminiumoxidmonohydrat, erhältlich von Condea unter dem Handelsnamen Disperal.

50%ATH-S23 + 50% MinSil 5 ... Wie der Name andeutet ist dies eine Mischung von gleichen Teilen der genannten Bestandteile

Wie oben aufgezeigt verwendeten die in Fig. 5 bewerteten Produkte das bevorzugte Aluminiumtrihydrat mit einem unterschiedlichen Bindemittel zu dem, das in den anderen ausgewerteten Formulierungen verwendet wurde.

Eine genaue Betrachtung der Daten in den Tabellen 1 bis 3 zeigt in klarer Weise, dass die Tiefe, bis zu der die UV-Strahlung in der Lage ist, einzudringen, (und so zu einer Aushärtung zu führen) bei den hydrierten Alumiumoxiden beträchtlich größer ist als mit den eher konventionellen Füllstoffen. Da diese Verbesserung erhalten werden kann, ohne signifikante Opfer bei den physikalischen Eigenschaften des resultierenden ausgehärteten Materials (aus Fig. 4) zu erbringen, ist es klar, dass die Verwendung von UV-transparenten Füllstoffen wie etwa Aluminiumtrihydrat sehr erwünscht ist.