專利名稱：含助催化劑的可涂脲醛組合物由其制成的涂覆研磨材料及制取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及游離醛含量低的可涂脲醛粘合劑前體組合物，該組合物由助催化劑催化而成為固化的粘合劑。該催化劑之所以稱為“助催化劑”是由于其含有兩種組分銨鹽(例如氯化銨、硝酸銨、硫氰酸銨，等等)和路易斯酸(例如氯化鋁、氯化鐵、等等)。該助催化劑在制造涂覆研磨材料產(chǎn)品方面尤為有用。
利用酸/堿反應(yīng)控制脲-甲醛(UF)的加成反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的方法可以追溯至1918年Hanns John所做的工作。(為了方便起見，這里僅以脲-甲醛作為更適合的樹脂進(jìn)行討論，人們公認(rèn)，親核組分對(duì)于通過下面的反應(yīng)1-3(均含水)進(jìn)行的氨基-羰基縮聚
盡管加成反應(yīng)(反應(yīng)2)是既用酸又用堿催化的，縮聚反應(yīng)(反應(yīng)4)卻只用酸催化
氨基-羰基縮聚反應(yīng)所必需的親核組分可由任何一種質(zhì)子給體提供。最常用的是無(wú)機(jī)酸，OH-酸性化合物，酸性SH、NH和CH部分和某烯烴。
用UF作涂覆研磨材料的膠粘劑是在本世紀(jì)30年代中期由Minnesota Mining and Manufacturing Company(“3M”公司)首先獲得專利(英國(guó)專利第419，812號(hào))。此后用酸催化UF樹脂制造了許多不同的涂覆研磨材料。目前兩種最常見的與UF樹脂一起使用的催化劑是氯化鋁(AlCl3)和氯化銨(NH4Cl)。
涂覆研磨材料一般都包含象紙、布之類的襯底并用粘合劑將許多磨粒粘附在襯底上。在涂覆研磨材料中使用的一種典型的粘合劑是醛與脲和(或)脲衍生物的縮合共聚反應(yīng)產(chǎn)物。脲醛粘合劑具有均勻的物理性能，由此可獲得任何具有所需的預(yù)定厚度和顏色的粘合劑，同時(shí)仍保持涂覆研磨材料具有的所需柔韌度。脲醛粘合劑還耐噴砂處理時(shí)所使用的很多種液體(例如水、有機(jī)溶劑或酸堿之類的無(wú)機(jī)材料)的作用。
盡管脲醛樹脂在涂覆研磨材料中的應(yīng)用是很成功的，但人們?nèi)砸蠊I(yè)部門減少溶劑用量和減少未反應(yīng)的反應(yīng)物，因?yàn)樗鼈儠?huì)在涂覆研磨材料的制造過程中釋出揮發(fā)性有機(jī)烴(VOC);而且要求在保持或提高磨料的性能水平的同時(shí)提高磨料的質(zhì)量。
同時(shí)，外觀對(duì)于涂覆研磨材料的用戶來說也是重要的。人們已發(fā)現(xiàn)，如果要提高由單用氯化鋁作催化劑的脲樹脂制成的涂覆研磨材料的研磨性能，就必須采用比正常情況下更高的溫度方能使脲醛樹脂固化，但這會(huì)使涂覆研磨材料產(chǎn)生卷邊現(xiàn)象，這是值得注意的。(在涂覆研磨材料產(chǎn)品的制造過程中用氯化鋁作脲甲醛樹脂的催化劑已為人所知)。因此，如果能夠在不犧牲涂覆研磨材料的外觀和不增加材料損耗的情況下提高用脲醛樹脂制成的涂覆研磨材料的研磨性能，那就是很有利的。
單用AlCl3作催化劑時(shí)，膠凝時(shí)間、適用期和最高放熱溫度均取決于AlCl3的濃度。因此，涂覆研磨材料的性能取決于AlCl3的濃度和固化條件(時(shí)間的溫度)。
為了能夠在工廠的固化條件(即溫度為65-95℃左右)下獲得性能良好的產(chǎn)品，AlCl3的濃度必須接近粘合劑前體重量的1%。AlCl3的濃度為1%(重)時(shí)的缺點(diǎn)是其適用期太短，對(duì)于使用游離醛含量低(約占醛總重的0.1-1.0%)的脲醛樹脂的工廠一般所采用的分批操作來說是不足的。
如果單用NH4Cl作催化劑，膠凝時(shí)間、適用期和最高放熱溫度均不取決于NH4Cl的濃度，這點(diǎn)比使用路易斯酸催化劑優(yōu)越。但是，由于下面的反應(yīng)，NH4Cl的活性(催化劑使反應(yīng)催化的能力)取決于粘合劑前體組合物中的游離醛濃度
使用游離醛含量低的樹脂(例如Borden Chemical公司的“AL3029”牌號(hào)樹脂)時(shí)，NH4Cl要到反應(yīng)溫度提高到正常使用的溫度以上時(shí)方易于使縮聚反應(yīng)(4)活化。但是，如上所述，溫度提高會(huì)使涂覆研磨材料卷邊，不能使其性能改善。涂覆研磨材料的性能不取決于NH4Cl的濃度。因此，該體系的缺點(diǎn)是膠凝時(shí)間長(zhǎng)，在一般的工廠固化條件下其性能水平的提高是有限的。
就本發(fā)明人所知，技術(shù)上還沒有一種方法介紹將含有銨鹽和路易斯酸的助催化劑用于涂覆研磨材料產(chǎn)品的制造或由此得到的任何好處。
因此，如果能提供一種含有脲醛樹脂和助催化劑體系的粘合劑前體組合物(最好是溶液或分散體)和符合以上這些需要的涂覆研磨材料，那將是技術(shù)上的進(jìn)展。本發(fā)明的主要目的就是提供這樣的組合物，即該組合物固化后形成具有以前已知均勻物理性能的涂覆研磨材料粘合劑，而且該組合物還能加速涂覆研磨材料的生產(chǎn)過程，而并不使涂覆研磨材料薄片卷邊，并能提高研磨材料的研磨性能。
本發(fā)明的含有游離醛含量低的脲醛樹脂和助催化劑可涂粘合劑前體組合物具有更好的適用期(優(yōu)于單用路易斯酸或單用銨離子鹽作催化劑的脲醛樹脂)，同時(shí)仍保持或甚至提高了樹脂的活性。
更具體地說，本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種可涂的脲醛粘合劑前體組合物，其特點(diǎn)在于含有一種脲醛樹脂和一種助催化劑。該脲醛樹脂的醛/脲比至少為1.0左右，最好在約1.0-約2.0的范圍內(nèi)，且“游離醛”含量約占原來的醛的重量的0.1-3.0%左右，最好為0.1-1.0%左右。這里，“游離醛”是指未與脲反應(yīng)的那部分醛在醛的總重中所占的重量百分比。
該助催化劑基本上是由一種路易斯酸(最好是氯化鋁，AlCl3)和一種有機(jī)胺鹽或一種銨鹽組成。如果采用銨離子鹽，最好是使用氯化銨(NH4Cl)。一般采用無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)鹽的混合物，在某些情況下這是更為合適的。
用于本發(fā)明的脲醛樹脂可以是“改性的”或“未改性的”(該兩術(shù)語(yǔ)與本技術(shù)領(lǐng)域所知并使用的相同)?！案男缘摹边@一術(shù)語(yǔ)是指脲在與醛反應(yīng)之前或與醛反應(yīng)過程中通過與糠醇(糠醛)和(或)三聚氰胺進(jìn)行反應(yīng)而改性。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供磨料產(chǎn)品。按照本發(fā)明介紹的方法制成的一種磨料產(chǎn)品是含有砂帶底涂層和粘性涂層的涂覆研磨材料，底涂層將許多磨粒結(jié)和排列在襯底上，而粘性涂層則起到進(jìn)一步支承磨料的作用，底涂層和粘性涂層二者之中至少有一種是用本發(fā)明的粘合劑前體組合制成的。
含有許多用脲醛粘合劑固定在襯底上的涂覆研磨材料的制造方法包括以下步驟(a)提供上述本發(fā)明可涂覆脲醛粘合劑前體組合物;
(b)將該組合物涂覆在襯底上以形成涂覆的襯底;
(c)將許多磨粒加到已涂覆的襯底上;以及(d)將步驟(c)的產(chǎn)物在足以使脲醛樹脂固化的條件下處理。
呈不包封的膨松三維纖維薄片(其中的纖維在纖維相互接觸的許多位置上通過固化的脲醛粘合劑相互粘合在一起)形成的非織造研磨材料亦在本發(fā)明的之內(nèi)。該粘合劑也可用于將磨粒粘附到薄片的纖維上。
本發(fā)明的粘合劑前體組合物具有足夠的適用期，而且其膠凝時(shí)間短、樹脂反應(yīng)性大，因此，其固化條件是比較好的。由此獲得的是固化程度可以控制的可涂脲醛粘合劑前體組合物，這使磨料產(chǎn)品特別是涂覆研磨材料的性能和外觀得到改善。通過下面的介紹還可以看到本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1和圖2(在實(shí)施例中討論)用圖說明粘合劑前體組合物中的各種催化劑的表觀催化活性，它是用差示掃描量熱法測(cè)定的。
“可涂的”這一術(shù)語(yǔ)在這里是指本發(fā)明的粘合劑前體組合物易于用磨料技術(shù)領(lǐng)域中常用的涂布裝置(例如刮刀涂布機(jī)、輥式涂布機(jī)、流桿涂布機(jī)(flow-bar coater)、電動(dòng)噴霧式涂布機(jī)、等等)涂布或噴涂到基底上。該特性也可以用粘合劑前體組合物的粘度來表示?？赏空澈蟿┣绑w組合物的用布洛克菲爾德粘度計(jì)(用3號(hào)回轉(zhuǎn)桿，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分)在室溫(約25℃)下測(cè)得的粘度不應(yīng)超過約2000厘泊(cps)。最好粘度約在70-900cps的范圍內(nèi)?！翱赏空澈蟿┣绑w組合物”這一術(shù)語(yǔ)在這里是指含有未固化的脲醛樹脂和水并在固化時(shí)變成粘合劑的這樣一種可涂布的均勻混合物。術(shù)語(yǔ)“粘合劑”是指固化的粘合劑。
術(shù)語(yǔ)“固體百分含量”是指在固化條件下保留的有機(jī)物質(zhì)的重量百分比。固體百分含量低于約30%時(shí)，由于釋了VOC而不能使用，而固體百分含量高于約95%時(shí)，難以用粘合劑前體組合物涂布，即使在加熱情況下亦如此。
重要的是要指出，脲醛樹脂的反應(yīng)性和固化取決于樹脂的醛/脲比、催化劑種類、催化劑濃度、粘合劑前體組合物在加了其他添加劑之后的pH值(氫離子濃度的以10為底的對(duì)數(shù)的負(fù)數(shù))以及固化時(shí)間和溫度。正如上面已提及，另一重要因素是“游離”醛含量。為了避免環(huán)境污染，目前更適用于可涂組合物的脲醛樹脂一般都是游離醛含量低的，因此需要改進(jìn)的催化劑以適合該類樹脂。
本發(fā)明的粘合劑前體溶液使用一種助催化劑體系。該助催化劑基本上是由一種路易斯酸(最好為氯化鋁，AlCl3)和一種有機(jī)鹽或無(wú)機(jī)鹽組成。路易斯酸催化劑的簡(jiǎn)單定義是能接受一個(gè)電子對(duì)的化合物，且其在15℃下在水中的溶解度最好至少為50克/立方厘米左右。
更為適合的路易斯酸(或能起到路易斯酸作用的化合物)系選自氯化鋁、氯化鐵(Ⅱ)和氯化銅(Ⅱ)。尤為適合的是氯化鋁路易斯酸，可以是非水合物形式的氯化鋁(AlCl3)，也可以是六水合物形式的氯化鋁(AlCl3·6H2O)。
路易斯酸在粘合前體溶液的用量一般宜為粘合劑前體總重的約0.1-5.0%(采用20-30%固體水溶液)。如果使用氯化鋁(AlCl3)，當(dāng)28%AlCl3固體水溶液點(diǎn)占粘合劑前體總重的0.6%(重)時(shí)效果最好。
適用于本發(fā)明的助催化劑基本上是由一種路易斯酸(最好為氯化鋁，AlCl3)和一種含水有機(jī)胺鹽或一種銨離子鹽組成。如果使用銨離子鹽，最好使用銨離子(NH+4)和鹵離子(例如氯離子Cl-、氟離子F-、溴離子Br-等)生成的鹽。尤為適合的銨離子鹽是氯化銨(NH4Cl)。本發(fā)明的粘合劑前體最好使用在0℃下在水中的溶解度至少約為20克/立方厘米的銨離子鹽。
硫酸銨((NH4)2SO4)、過二硫酸銨((NH4)2S2O8)、硫代硫酸銨((NH4)2S2O3)和硝酸銨(NH4NO3)亦屬本發(fā)明范圍內(nèi)的可用的銨離子鹽，特別與AlCl3一起用作助催化劑。特別是，雖然與單獨(dú)用AlCl3作催化劑時(shí)的情況相比助催化劑AlCl3/(NH4)2SO4并不能使涂覆研磨材料的性能有多少改善，但發(fā)現(xiàn)用該助催化劑制得的涂覆研磨材料的性能并未降低，這是意想不到的。
路易斯酸與銨離子鹽的干重比一般宜為0.6∶1-0.15∶1左右。
銨離子鹽在本發(fā)明的粘合劑前體組合物中的用量為組合物的固體總重的約0.5-5.0%(采用其20-30%(重)固體水溶液)。如果銨離子鹽要采用氯化銨，其25%(重)固體水溶液的用量為2.0%(重)時(shí)效果極佳。
可以根據(jù)需要用末端胺基之間有許多亞甲基單元的直鏈或支鏈有機(jī)胺鹽作為鹽組分。有機(jī)胺鹽使本發(fā)明的最終磨料產(chǎn)品具有柔韌性。更適合的直鏈有機(jī)胺鹽系選自用下面的通式表示的那類化合物式中X和Y均為鹵原子，可同可不同，n為約3-10的整數(shù)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)可用的這類直鏈有機(jī)胺的一例是六亞甲基二胺的二氯化物鹽，它是通過用鹽酸(HCl)使六亞甲基二胺的水溶液酸化而獲得的。一種可用的支鏈有機(jī)胺鹽為可從du Pont公司獲得的牌號(hào)為“Dytek-A”的2-甲基-戊二胺。
銨離子鹽和有機(jī)胺鹽的混合物一般用于本發(fā)明的粘合劑前體組合物，而且在某些情況下是更為適合的。例如，助催化劑的鹽組分可由50%(重)氯化銨與50%(重)六亞甲基二胺二氯化物鹽組成。
用于本發(fā)明的可涂粘合劑前體組合物的脲醛樹脂可由脲或任何脲衍生物與任何醛組成，只要它們是能涂布的、在助催化劑存在的情況下能相互迅速反應(yīng)并使磨料產(chǎn)品具有符合使用要求的研磨性能。該樹脂包含醛與“脲”(下面還要進(jìn)一步說明其定義)的反應(yīng)產(chǎn)物。如上所述，在磨料工業(yè)中宜使用脲-甲醛樹脂，這是由于其熱性質(zhì)好、易于獲得、價(jià)格低且易于處理。脲醛樹脂宜含30-95%固體，最好含60-80%固體，在添加水和催化劑之前的粘度約為125-1500cps(用布洛克菲爾德粘度計(jì)并采用3號(hào)回轉(zhuǎn)桿測(cè)定，測(cè)定時(shí)的轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，溫度為25℃)，其數(shù)均分子量至少為200左右，最好約為200-700。
尤其適用于本發(fā)明的一種脲醛樹脂是Borden Chemical公司的牌號(hào)為“AL3029”的樹脂。這是一種未改性的(即不含糠醛)脲-甲醛樹脂，含65%固體，用布洛克菲爾德粘度計(jì)測(cè)定(用3號(hào)回轉(zhuǎn)桿，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，溫度為25℃)的粘度為325cps，游離甲醛含量為0.1-0.5%，甲醛與脲的摩爾比(“F/U比”)約為1.4-1.6。
本發(fā)明的粘合劑前體采用牌號(hào)為“AL3029”的脲-甲醛樹脂時(shí)，其各成分的合適的和尤為合適的用量范圍如表A所示。
表A含助催化劑體系的粘合劑前體的合適的配方(用重量百分比表示)合適比 更合適比AL3029(65%固體) 70-95 80-95H2O 5-10 7-8NH4Cl(25%固體) 3-6 4-5AlCl3(28%固體) 0.1-1.0 0.5-0.7用于生成可用于本發(fā)明可涂粘合劑前體組合物的脲醛樹脂的醛包括環(huán)狀、直鏈和支鏈烷基醛、亞烷基醛和芳族醛。最好這些醛的分子量約低于300，以獲得粘度較小的粘合劑前體組合物。適用的醛的例子有甲醛、苯甲醛、丙醛、己醛、環(huán)己醛、乙醛、丁醛、戊醛和其他低分子量醛。更為合適的是甲醛，這是因?yàn)樗子讷@得、價(jià)格低、固化樹脂的性能好，而且能產(chǎn)生低粘度粘合劑前體組合物。
本發(fā)明中使用的“脲”這一術(shù)語(yǔ)不限于指脲(H2NCONH2)，也包括直鏈和支鏈的脲衍生物和環(huán)狀脲衍生物以及硫脲?？捎糜诒景l(fā)明的脲衍生物最好至少含有一個(gè)能與醛反應(yīng)的官能團(tuán)。盡管脲由于其能使磨料產(chǎn)品具有前面所述的優(yōu)點(diǎn)而更適用于本發(fā)明的可涂粘合劑前體組合物，但有時(shí)用脲衍生物代替一部分脲是有利的，因?yàn)檫@能改善生成的磨料產(chǎn)品的物理性能和(或)使VOC(例如未反應(yīng)的游離醛)的釋出量減少。適用的脲衍生物可選自用下面的通式(Ⅰ)表示的這一類化合物或其混合物
式中X＝O或S;R1、R2、R3和R4各為一價(jià)基，選自氫、C1-C10烷基、含有約2-4個(gè)碳原子和或1個(gè)或1個(gè)以上羥基的羥烷基以及含1個(gè)或1個(gè)以上羥基的羥基多亞烷氧基;但須符合以下條件(ⅰ)該化合物至少含1個(gè)-NH基和1個(gè)-OH基或至少含2個(gè)-OH基或至少2個(gè)-NH基;
(ⅱ)R1與R2或R1與R3可鍵合而形成環(huán)狀結(jié)構(gòu);以及(ⅲ)R1、R2、R3和R4決不能同時(shí)均為H。
如果使用脲衍生物，較適用的有R1為2-羥乙基、R2與R3鍵合成亞乙基橋而R4為氫從而形成羥乙基亞乙基脲(HEEU)的那些衍生物。用上面的通式表示的化合物中的其他典型脲衍生物有N-2-羥乙基-N′-丁基脲、N，N′-雙(2-羥乙基)-N′-丁基脲和N，N′-雙(2-羥乙基)脲?？捎糜诒景l(fā)明的其他脲衍生物在美國(guó)專利5，039，759的7欄中列出。HEEU可從Union Carbide公司獲得，其牌號(hào)為“UCAR RD-65-2”。
可用于本發(fā)明的硫脲的典型例子是通式(Ⅰ)中X＝S所代表的硫脲化合物。
上述脲和硫脲可用本技術(shù)領(lǐng)域已知的方法制備。例如，N-(2-羥乙基)-N，N′-亞乙基脲的制備方法是使氨乙基乙醇胺與氨基甲酸二甲酯的等摩爾混合物在一用氮?dú)鉀_洗過的容器中在加熱(約80℃)的情況下進(jìn)行反應(yīng)，將該混合物攪拌3小時(shí)，然后靜置過夜。接著再將混合物加熱至近195℃，同時(shí)回收甲醇和其他揮發(fā)性物質(zhì)。然后將留在容器中的物質(zhì)進(jìn)行真空蒸餾，生成脲餾出液。制備該脲和其他脲的詳細(xì)情況在美國(guó)專利5，039，759呈的9-13欄中公開。
通常還宜添加溶劑以使本發(fā)明的粘合劑前體組合物可涂布。該溶劑宜為水，但擅長(zhǎng)本技術(shù)的人只要做過一些實(shí)驗(yàn)都會(huì)了解，有機(jī)溶劑有時(shí)也是必需的，根據(jù)涂布方法而使用醛、脲衍生物，等等。僅用水作溶劑時(shí)，其用量宜達(dá)到粘合劑前體溶液的水容許量，盡管這對(duì)于使本發(fā)明的組合物具有可涂布的特性來說并不是必要的。水容許量宜大于100%左右，最好大于150%左右。(“水容許量”的定義是蒸餾水重量與最初樹脂重量的最大百分比值，蒸餾水可通過滴定的方式加到攪拌著的未固化樹脂中，以使樹脂/水混合物開始發(fā)生肉眼可見的相分離(其證明是出現(xiàn)乳濁的外觀)，分成水相和有機(jī)相。
本發(fā)明的可涂粘合劑前體組合物可含填料、纖維、潤(rùn)滑、研磨劑、濕潤(rùn)劑和其他添加劑(例如表面活性劑、顏料、染料、偶合劑、增塑劑和懸浮劑)。這些物質(zhì)的用量要根據(jù)所需的性能選定。但也可以在本發(fā)明粘合劑前體組合物的配制時(shí)不加這些添加劑，而在即將涂布到基底上之前將其混合到粘合劑前體中。
在磨料產(chǎn)品中經(jīng)常使用填料的目的是降低成本、改善尺寸穩(wěn)定性和其他物理特性。任何填料，只要它不會(huì)對(duì)粘合劑前體的流變特性和所得的磨料產(chǎn)品的研磨性能產(chǎn)生不利的影響，均可選用。更適合的填料有偏硅酸鈣，硫酸鋁、氧化鋁三水合物、冰晶石、氧化鎂、高嶺土、石英和玻璃。能起到研磨劑作用的填料有冰晶石、氟硼酸鉀、長(zhǎng)石和硫。填料的用量不等，僅受一個(gè)條件的限制，即可保證磨料產(chǎn)品保持令人滿意的機(jī)械性能(例如柔韌性和韌度)。
在組成中含有本發(fā)明的固化可涂粘合劑前體組合物的涂覆研磨材料產(chǎn)品一般含有柔韌的襯底，例如紙張、布織物、非織造底基、硬化紙板、聚合物薄膜及其組合物和經(jīng)處理的這些物質(zhì)。未處理的襯底可視情選用浸漬涂料、背面涂膠用涂料和(或)填孔處理用涂料(presize coatings)處理。對(duì)于經(jīng)處理的布襯底來說，在浸漬涂料、背面涂膠涂料和填孔處理涂料之間沒有明顯的分界線，這些涂料在被這些涂料的樹脂盡量浸透的布襯底內(nèi)會(huì)合。
典型的浸漬涂料有丙烯酸膠乳、天然橡膠、熱固性樹脂和上述脲醛樹脂。背面涂膠用涂料和填孔處理用涂料也可含上述脲醛樹脂。
然后將底涂料涂布到未處理的或經(jīng)過處理的襯底上，并在底涂料固化之前將磨粒附著在其上面。底涂料在附著磨料之后和涂布粘性涂料之前一般宜部分固化或膠凝。
非織造研磨材料產(chǎn)品也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這時(shí)使用的是不包封的膨松纖維基底，用本發(fā)明的粘合劑前體組合物制成的粘合劑使纖維在相互接觸粘合在一起。根據(jù)用戶的需要，也可以將磨?；蚍悄チ?例如填料)粘附到纖維上。非織造研磨材料在美國(guó)專利2，958，593號(hào)中有一般介紹。
本發(fā)明的固化粘合劑前體也可用于制造粘合磨料產(chǎn)品。粘合磨料產(chǎn)品一般是由許多分開的磨?；蚓劢Y(jié)的磨料組成的具有一定形狀的物質(zhì)，這些磨粒用有機(jī)的或陶瓷的粘合物質(zhì)固定在一起，該具有一定形狀的固化物質(zhì)宜制成砂輪形式。但是不需要在使粘合劑前體固化之前將粘合劑前體組合物和磨粒放入模具中。例如可以將粘合劑前體和磨粒倒到一表面上并固化成平的粘合磨料片材。
用于本發(fā)明的磨?？梢允怯糜谥圃焱扛埠涂椩煅心ゲ牧系娜魏纹胀ǖ燃?jí)的磨粒，并可由例如燧石、石榴石、氧化鋁、陶瓷氧化鋁、氧化鋁-氧化鋯(包括熔融氧化鋁-氧化鋯，例如美國(guó)專利3，781，172;3，891，408和3，893，826中所公開的、Worcester，Massachusetts的Nortonw公司以牌號(hào)“NorZon”進(jìn)行市場(chǎng)供應(yīng))、金剛石、碳化硅(包括涂布了耐火材料的碳化硅，例如美國(guó)專利4，505，720中所公開的)、α-氧化鋁基陶瓷材料(可由Minnesota Mining and Manufacturing Company獲得，牌號(hào)為“CUBITRON”，例如在美國(guó)專利4，314，827;4，518，397;4，574，003;4，744，802;4，770;671和4，881，951中所公開的)或其混合物。磨?？梢允欠珠_的磨?；蚍珠_磨粒的附聚物。磨粒在襯底上的濃度與普通的一樣。磨粒可以有一定的排列方向，也可以沒有一定方向地分布在襯底上，這取決于特定的涂覆研磨材料產(chǎn)品的要求。
磨粒的種類和大小的選擇在一定的程度上取決于所需要的表面光潔度。工件的表面光潔度可在研磨前和研磨后測(cè)定，其方法是將工件裝入一表面光度儀(例如可由Rank Taylor-Hobson，Leicester，England公司獲得的牌號(hào)“Rank Surtronic3”的表面光度儀)的試樣夾具中進(jìn)行測(cè)定。一般每次試驗(yàn)均記錄Run-5個(gè)取樣長(zhǎng)度的最大峰谷比的平均值。一般希望制得的涂研磨材料在使工件上產(chǎn)生令人滿意的表面光潔度的同時(shí)具有更好的研磨能力。
與以前已知的方法相比，本發(fā)明的制造磨料產(chǎn)品的方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即由于使用游離醛含量低的樹脂，在制造過程中釋出的VOC減少。在本說明書所述的可涂布粘合劑前體組合物中加入脲衍生物組分也能大大減少粘合劑前體組合物固化過程中甲醛的釋出量，并能提高未固化的粘合劑前體組合物的水容許量。通過仔細(xì)選擇脲醛樹脂能在僅用水作溶劑的情況下便獲得適合于涂布的粘度。這樣就不必為了調(diào)節(jié)粘度而使用會(huì)產(chǎn)生VOC的有機(jī)溶劑。
在制造本發(fā)明的涂覆研磨材料產(chǎn)品的過，本發(fā)明的可涂粘合劑前體組合物在固化的情況下，可用作襯底(例如布、紙和塑料薄片)的處理涂料，以浸漬襯底或作為背涂涂料或前面涂料(填孔涂料)，作為初步固定磨粒的底涂料，作為將磨料牢固地固定到襯底上的粘性涂料或上述涂料的任何組合。此外本發(fā)明的可涂粘合劑前體組合物在固化的情況下可用于僅使用單一涂料粘合劑(即用單一的涂料取代底涂料/粘結(jié)涂料的組合)的涂布磨粒產(chǎn)品。
如果本發(fā)明的可涂粘合劑前體組合物是通過一個(gè)或一個(gè)以上處理工序涂布到襯底上以形成處理涂層，那么可使經(jīng)過處理的襯底通過一加熱的圓筒而使該處理涂層受固化，而不需要使襯底懸掛固化以使處理涂層(一層或多層)固定。襯底用處理涂料適當(dāng)處理后可在其上涂布底涂料。涂了底涂料之后將磨粒加到底涂料的表面上。然后使帶有磨粒的底涂料受熱，使粘合劑固化到足以將磨粒固定在襯底上的程度。接著涂粘性涂料，并將粘性涂料/磨粒/底涂料的組合物加熱，最好是用一圓筒使其固化。該方法使得用于可涂磨粒結(jié)構(gòu)中的底涂料和粘性涂料基本固化。
固化情況下的本發(fā)明可涂粘合劑前體組合物只需要用于構(gòu)成涂布磨料產(chǎn)品的至少一種粘合劑層，即處理涂層、底涂層、粘結(jié)涂層，而不需要用于每一種粘合劑層，其他粘合劑層可使用本技術(shù)領(lǐng)域已知的各種其他粘合劑，例如環(huán)氧樹脂基粘合劑。如果有不止一層使用本發(fā)明的粘合劑，涂布磨料中每層的固化條件不必相同。
可以預(yù)期，本發(fā)明的固化型可涂粘合劑前體組合物也可以用作非織造磨料產(chǎn)品的粘合劑。非織造磨料產(chǎn)品一般含有不包封、多孔、膨松的纖維氈，其上用粘合劑粘結(jié)著磨料。有一種較好的方法是使脲醛樹脂的30-95%固體溶液與磨粒組合而成可涂熱固性粘合劑前體淤漿，將該淤漿涂布在至少一部分不包封的膨松纖維氈上，并使所得結(jié)構(gòu)在足以將粘合劑前體組合物固化的條件下進(jìn)行處理(最好是使熱空氣或其他熱的流體通過已涂粘合劑前體組合物的薄片。在使粘合劑前體溶液固化之前還可以根據(jù)需要采用例如靜電沉積或電動(dòng)噴霧等方法再加上一些磨粒。在4，748，043號(hào)美國(guó)專利中介紹了一種合適的電動(dòng)噴霧涂布方法。
配制本發(fā)明的粘合劑前體組合物時(shí)，有時(shí)需要將一種樹脂乳液共混進(jìn)去，該共混物用作處理含合成紗的布襯底的樹脂，或用作底涂料和(或)粘性涂料。具有上述性能的粘合劑前體組合物與樹脂乳液和相容性很好。相容的粘合劑前體/樹脂乳液混合物在干燥時(shí)會(huì)生成透明薄膜，雖然并沒有這樣要求，我們認(rèn)為其所以有這種相容性是由于本發(fā)明的粘合劑前體的組成不含有機(jī)溶劑但有上述含量的游離醛。
可加入本發(fā)明的粘合劑前體組合物中的樹脂乳液的例子有丙烯腈丁二烯乳液、丙烯酸乳液、丁二烯乳液、丁二烯苯乙烯乳液及其組合。這些樹脂乳液在市場(chǎng)可從不同的廠商購(gòu)得，包括市場(chǎng)上能從Rohm and Haas公司購(gòu)得的商品牌號(hào)為“Rhoplex”和“Acrylsol”的那些丙烯酸樹脂乳液。用于本發(fā)明的樹脂乳液一般宜為100%水基的且不含任何有機(jī)溶。但有些樹脂乳液可含極少量有機(jī)溶劑，即少于20%(重)，更適合的是少于10%(重)，最好少于5%(重)。
在本發(fā)明的粘合劑前體中加入一種以上樹脂乳液也屬本發(fā)明的范圍。脲醛樹脂與樹脂乳液的含量比(按固體計(jì))約為10-99%∶1-90%，宜為50-95%∶5-50%，最好為75-95%∶5-25%。
如果上述涂覆研磨材料并不是所有涂層均使用本發(fā)明的粘合劑前體組合物，那么對(duì)于不使用脲醛粘合劑前體的那些涂層來說可以使用其他的樹脂膠粘劑。一般宜使用的其他樹脂膠粘劑的例子有酸固化和堿固化的酚醛樹脂、氨基塑料樹脂、三聚氰胺樹脂、環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、異氰脲酸酯樹脂、脲甲醛樹脂、可輻射固化樹脂(即用一種或多種不飽和單體制成的樹脂，例如丙烯酸氨基甲酸酯樹脂、丙烯酸環(huán)氧樹脂等)、上述樹脂乳液及其混合物。
另外，本發(fā)明的粘合劑前體的脲醛樹脂可與一種或多種下列樹脂膠粘劑共混，然后將該混合物用于一種或多種涂層酸固化的酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂和上述樹脂乳液。兩種通常與脲-甲醛樹脂混合的樹脂為(1)牌號(hào)為“VINAC281”的化學(xué)品，這是一種聚醋酸乙烯均聚物，以及(2)牌號(hào)為“VINAC400”的化學(xué)品，這是一種醋酸乙烯/環(huán)氧乙烷的共聚物，以上兩種化學(xué)品均可從Air Products，Allentown，PA公司獲得。
酚醛樹脂主要有兩種可溶酚醛樹脂(resole)和可溶可熔酚醛樹脂(novolac)。可溶酚醛樹脂中甲醛與酚的摩爾比大于或等于1，一般為1.0-3.0，而且用堿作催化劑?？扇芸扇鄯尤渲屑兹┡c酚的摩爾比小于1，一般呈粉末狀，而且一般用酸作催化劑。本發(fā)明設(shè)想液態(tài)可溶酚醛樹脂可用于與本發(fā)明所使用的酸催化脲-甲醛樹脂分離的涂層，而可酸固化的酚醛樹脂既可用于分離的涂層，也可與酸固化的脲-甲醛樹脂混合。
如果在本發(fā)明中使用酚醛粘合劑前體，它最好基本上是由酚與甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物組成。尤其適用于本發(fā)明的堿催化酚醛粘合劑前體中甲醛與酚的摩爾比在1.50∶1-約2.5∶1之間，宜為1.60∶1-22∶1，最好為約1.8∶1-約2.0∶1。
如果酚醛粘合劑前體要以液體形式與用于本發(fā)明的可酸固化脲醛樹脂混合，則必須使用酸催化的酚醛樹脂。有了這種酸催化劑，一般能很好地提高粘合劑前體的脲衍生物與醛的反應(yīng)速率或聚合速率。該粘合劑前體的pH應(yīng)在約2-7的范圍內(nèi)，最好約為2-5。
酸性催化劑的例子有鹽酸、硝酸、甲酸、對(duì)甲苯磺酸及其組合。鹽酸是更為適合的酸性催化劑。酸性催化劑的用量應(yīng)少于脲醛樹脂重量的5%，宜少于2%，更好的是少于1%，最好為0.5-0.9%。
測(cè)定本發(fā)明的組合物和磨料產(chǎn)品的特性時(shí)采用了以下試驗(yàn)方法。
最高效熱溫度用Wilmington，Delaware的E.I.duPont de Nemours & Co.(“duPont”)的“Series 9990 Diffeential Thermal Analyzer”型號(hào)差示掃描量熱計(jì)測(cè)得了粘合劑前體溶液試樣的差示掃描量熱法的差示熱分析圖。操作該儀器時(shí)在20-140℃溫度范圍的加熱速率為10℃/分。將所試驗(yàn)的粘合劑前體稱重并在一單獨(dú)的容器中混合。然后將少量(50-90毫克)要試驗(yàn)的粘合劑前體置于一大容積的膠囊中并立即將該膠囊置于上述儀器中并以上述的速率加熱以測(cè)定最高放熱溫度，該溫度在曲線圖示值讀數(shù)上為最大溫度峰值。有關(guān)差示掃描量熱法的一般介紹可參閱Watson等人的ADifferential Scanning Calorimeter for Quantitative Differential Thermal Analysis一文，刊登于Anal.Chem.，Vol.26，No.4，pp.1233-1238(1964年6月)
適用期試驗(yàn)粘合劑前體溶液的適用期一般是指從最初將催化劑混合到樹脂成分中直到粘合劑前體溶液的粘度增加到其初始粘度的兩部所經(jīng)過的那段時(shí)間。粘度用布洛克菲爾德粘度計(jì)(用3號(hào)回轉(zhuǎn)桿，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分)在約25℃下測(cè)定。
75℃下的膠凝時(shí)間膠凝時(shí)間是在特定催化劑用量下的聚合度的間接量度。膠凝時(shí)間越短表示樹脂的分子量越大。在每次測(cè)量中均使用了市場(chǎng)上能購(gòu)得的Sunshine Co.的商品名稱為“Sunshine Gelmeter”的膠凝時(shí)間測(cè)定裝置。該膠凝時(shí)間測(cè)量裝置是一種扭轉(zhuǎn)裝置，其中有一玻璃棒(長(zhǎng)168毫米，直徑為6.35毫米)，其一端通過一夾頭與一扭力絲(0.254毫米直徑的琴弦，可從Sunshine Co.獲得)相連，而琴弦則又通過一電磁聯(lián)軸節(jié)與一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，使扭力絲/玻璃棒的組合物從驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)垂直掛下。在夾頭與電磁聯(lián)軸節(jié)之間的扭力絲的長(zhǎng)度約為2.81厘米。用一試管(150×18毫米)在其中裝入要試驗(yàn)的樹脂(25±3℃)，一直裝到試管的約65毫米高度處，并將試管置入75℃水浴。將玻璃棒插入樹脂中，使棒的下端約距試管底部6.35毫米，并使管中的樹脂液面在水溶液面之下。然后通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使玻璃棒/扭力絲在水浴中旋轉(zhuǎn)。當(dāng)該組合物旋轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)從連接玻璃棒與扭力絲的夾頭伸出的凸塊地旋轉(zhuǎn)，最后與一從測(cè)量裝置伸出的相似的固定凸塊接觸。進(jìn)行每一試驗(yàn)時(shí)針將兩凸塊之間距調(diào)到2.38毫米。記錄旋轉(zhuǎn)的凸塊接觸固定凸塊所需的時(shí)間，即為每種樹脂的膠凝時(shí)間。
干燥條件下的席費(fèi)爾(Schiefer)試驗(yàn)該試驗(yàn)測(cè)量涂布磨料產(chǎn)品在干燥條件下(約22℃和約45%相對(duì)濕度)的研磨量(從工件去除的材料)和表面光潔度(經(jīng)研磨的表面的相對(duì)質(zhì)量)。
將一從所試驗(yàn)的研磨材料上切割下來的10.16厘米直徑的圓試樣用一種壓敏膠粘劑(3M Industrial Tape＃442雙膠帶)固定在一墊片上，該墊片則固定在席費(fèi)爾磨損試驗(yàn)機(jī)(可從Gaithersburg，Maryland的Frazier Precisien Company獲得)的從動(dòng)板上。用Bloomington，Minnesota的Sielye Plastics公司的牌號(hào)為“POLYCAST”的丙烯酸塑料制成的外徑為10.16厘米、內(nèi)徑為5.24厘米、厚度為1.27厘米的環(huán)形丙烯酸塑料作工件。在將工件裝到磨損試驗(yàn)機(jī)的工件夾具上之前記錄其初始重量，精確至毫克。將一4.54公斤的重塊置于磨損試驗(yàn)機(jī)的重量盤中并將已裝好的磨料試樣放下到工件上并開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)500轉(zhuǎn)后自動(dòng)停止。每次500轉(zhuǎn)試驗(yàn)后擦去工件上的碎屑并稱重。每次500轉(zhuǎn)試驗(yàn)的累積研磨量為初始重量與每次試驗(yàn)后的重量之差。
自由磨損試驗(yàn)將按照本發(fā)明的方法制得的涂布研磨材料固定在一隨機(jī)軌道砂輪磨光機(jī)(National Detroit公司制造，牌號(hào)為“DAQ”)上，每次試驗(yàn)均用該研磨材料研磨每次試驗(yàn)所用的帶有已知漆膜的鋼基底均購(gòu)自Hillsdale，MI的ACT公司，它是涂布了0.074-0.127毫米厚度的漆膜的鋼基底。該漆是duPont公司的底涂層透明涂層漆，牌號(hào)“RK7103”，是ACT公司按照General Motors公司的998-4065號(hào)涂漆說明書涂布在鋼基底上的。磨損量用克表示，每次試驗(yàn)均按通過涂漆的基底在磨損前和磨損規(guī)定時(shí)間(例如1，2或3分鐘)后分別稱重然后進(jìn)行計(jì)算而得。
材料如實(shí)施例所述，使用了下列材料(引號(hào)表示牌號(hào))“AL3029”(Borden Chemical公司產(chǎn)品)是一種未改性的(即不含糖醛的)脲-甲醛樹脂，含65%固體，用布洛克菲爾德粘度計(jì)(用3號(hào)回轉(zhuǎn)桿，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分)在25℃下測(cè)得的粘度為325厘泊，游離甲醛含量為0.1-0.5%，F(xiàn)/U為1.4-1.6。
Union Carbide公司的牌號(hào)為“TERGITOL”的化學(xué)品是一種非離子型表面活化劑;
“P-320”是P-320級(jí)氧化鋁磨粒，可從奧地利的Treibacher，Treibach獲得，其牌號(hào)為“ALODOR FRPL”。
“AlCl3”是28%(重)AlCl3·6H2O水溶液，可從PVS Chemicals公司，Detroit，MI獲得;
“NH4Cl”是氯化銨，可從許多供應(yīng)廠商獲得并使其溶于水中，濃度約為25%(重);
“AMP”為2-氨基-2-甲基-1-丙醇，可從Kodak Chemicals公司獲得，“A”(重量)紙是涂有膠乳保護(hù)層的重量為80-105克/平方米的紙，使能局部涂布底涂層樹脂;
“A3469”是一種硬脂酸鋅在水中的分散體，并含有纖維素粘合劑。
除以上材料外，實(shí)施例9還用甘油作增塑劑。實(shí)施例9并且長(zhǎng)石(一種硅酸鋁)作填料。
實(shí)施例以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不是對(duì)本發(fā)明的限定。所有涂層的重量單位均為克/平方米(g/cm2)。所有樹脂配方中的比例和百分比均按重量計(jì)，用于制造可涂粘合劑前體的脲-甲醛樹脂中的甲醛與脲之比約為1.4∶1-1.6∶1(標(biāo)準(zhǔn)脲-甲醛樹脂可從Borden Chemical公司獲得，其牌號(hào)為“AL3029”。
比較實(shí)例A-F和實(shí)施例1-6為了進(jìn)行比較，最好把單一催化劑體系與組合催化劑體系相比。因此，用比較實(shí)例將單一催化劑體系與用于本發(fā)明的助催化劑體系相比較。
在實(shí)施例1-6和比較實(shí)例A-C中，利用“典型的工廠條件”將底涂層涂布到“A”(重量)紙襯底上。典型的工廠條件包括8-62克/平方米濕重(4.2-32.2克/平方米干重)的底涂層;將P-320級(jí)氧化鋁磨粒用靜電方法涂布到底涂層上，然后使底涂層在60-90℃下固化2-90分鐘;接著涂布粘結(jié)涂層(組成與底涂層相同)，濕重為29-124克/平方米(干重為16-68克/平方米)，并在50-90℃下固化2-90分鐘。實(shí)施例1-6和比較實(shí)施A-C用A3469作超粘結(jié)涂層。
如果單用AlCl3作催化劑(比較實(shí)例A-C)，膠凝時(shí)間、適用期和最高放熱溫度均取決于AlCl3的濃度。該數(shù)據(jù)歸納在表1中。比較實(shí)例D-F(與比較實(shí)例A-C相似，僅AlCl3的用量略有不同)的涂布研磨材料的性能也取決于AlCl3的濃度和固化條件(時(shí)間和溫度)。這也在表2中列出。
為了在工廠的固化條件(即固化溫度約為80-85℃，坯料通過的速度為10-100米/分)下獲得性能良好的產(chǎn)品，AlCl3的濃度必須接近溶液重量的1%。AlCl3的濃度為1%(重量)時(shí)的缺點(diǎn)是其適用期太短，不適合于工廠的分批生產(chǎn)。
如果單用NH4Cl作催化劑(比較實(shí)例G-I，表3)，膠凝時(shí)間、適用期和最高放熱溫度均不取決于NH4Cl的濃度，這是其勝過路易斯酸催化劑的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。但是，發(fā)現(xiàn)NH4Cl的活性(催化劑使反應(yīng)催化的能力)由于下面反應(yīng)(5)而取決于粘合劑前體溶液中的游離甲醛濃度
使用游離醛含量低的樹脂(例如Border Chemical公司的牌號(hào)為“AL3029”的樹脂)時(shí)，NH4Cl在反應(yīng)溫度升高到正常使用溫度以上之前不易使縮合反應(yīng)(4)活化。但是，如上所述，提高溫度會(huì)使涂布研磨材料卷邊，因而不能使其性能改善。涂布研磨材料的性能不取決于NH4Cl的濃度。因此，使用NH4Cl時(shí)的缺點(diǎn)是膠凝時(shí)間長(zhǎng)而且在典型的工廠固化條件下性能改善有限。
在實(shí)施例1-6(表4和5)中，牌號(hào)為“AL3029”的脲-甲醛樹脂是用X%AlCl3+y%NH4Cl的助催化劑催化的，其膠凝時(shí)間、適用期和DSC最高放熱溫度均取決于AlCl3的濃度，而不取決于NH4Cl的濃度。根據(jù)DSC數(shù)據(jù)(圖1和2)，AL3029+用于比較實(shí)例A-F的粘合劑前體溶液中的X%AlCl3催化劑與AL3029+用于實(shí)施例4-6中的(2%NH4Cl+X%AlCl3)助催化劑在活化方面的差別是很少的。但從實(shí)施7與比較實(shí)例3(表7)的比較試驗(yàn)觀察到，當(dāng)這些催化劑用于P-320級(jí)涂布研磨材料的粘結(jié)樹脂時(shí)，在相同的固化條件下共催化劑與AL3029樹脂一起使用時(shí)性能比AL3029+X%AlCl3粘合劑前體溶液提高20-30%(見表2)。
在本發(fā)明的粘合劑前體溶液中采用助催化劑體系之所以能提高活性估計(jì)是由于NH4Cl改善了固化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。也可以設(shè)想，活性更大的AlCl3引發(fā)反應(yīng)，產(chǎn)生游離甲醛，而這通過反應(yīng)(5)又產(chǎn)生額外的HCl，使pH降低并改善了縮合反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。
實(shí)施例8在工廠中進(jìn)行試驗(yàn)，將含有共催化劑的本發(fā)明粘合劑前體溶液涂布到“A”(重量)紙上。將表7所示的配制物作為粘結(jié)樹脂涂底膠樹脂和P-320級(jí)氧化鋁磨粒上(實(shí)施例8)，而比較實(shí)例K則為具有能從Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Panl.MN獲得的牌號(hào)為“STIKIT GOLD PAPERA WELGHT”結(jié)構(gòu)的涂布研磨材料。這兩種粘結(jié)樹脂均以同樣的用量涂布在同樣的底涂層和磨粒上并在同樣的加熱爐條件下固化。這兩種試樣均用超粘結(jié)涂層“A3469”進(jìn)行自由磨損試驗(yàn)。自由磨損試驗(yàn)結(jié)果歸納在表8中。在該情況下，本發(fā)明的含有助催化劑體系的粘合劑前體溶液(實(shí)施例8)的刻磨量顯著地大于比較實(shí)例K的情況。
實(shí)施例9和比較實(shí)例L另一工廠試驗(yàn)是利用助催化劑來確定一種改善(通過更高的固化程度)粗級(jí)-甲醛粘結(jié)涂層/底膠涂層結(jié)構(gòu)的途徑。比較實(shí)例L所用的粘結(jié)樹脂體系含54%AL3029脲-甲醛樹脂、23.8%H2O、0.2%2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP)、5.2%甘油、9.9%長(zhǎng)石和0.75%AlCl3(催化劑)，在工廠固化后生成的涂覆研磨材料有25-30%固化不足(根據(jù)干燥條件下的席費(fèi)爾試驗(yàn)的性能測(cè)定結(jié)果和表2中關(guān)于“完全固化”的定義)。另一方面，實(shí)施例9的涂布研磨材料是用含有54%AL3029、23.8%水、9.9%長(zhǎng)石、5.2%甘油、6.3%NH4Cl、0.6%AlCl3和0.16%AMP的粘結(jié)樹脂制成的，僅5-11%固化不足。該體系還使涂布可以在坯料以更快速度通過的情況下進(jìn)行。
表 1比較實(shí)例A～C AL3029+X%AlCl3的物理性能
表 2比較實(shí)例 D-FAL3029+X%AlCl3的性能數(shù)據(jù)
＊固化程度(%)的定義是在比放熱溫度高10℃的溫度下固化的涂布研磨材料的2分鐘平均刻磨量除以后固化試樣(即在110℃下固化約60分鐘的試樣)的2分鐘平均刻磨量。
表 3比較實(shí)例G～I(xiàn) AL3029+X%NH4Cl的物理性能
表 4實(shí)施例 1～3AL3029+X%NH4Cl+0.35%AlCl3的物理性能
表 5 實(shí)施例 4～6 AL3029+2%NH4Cl+X%AlCl3的物理性能
表 6AL3029+X%AlCl3(比較實(shí)例J)與AL3029+4%NH4Cl+X%AlCl3(實(shí)施例7)的比較
＊見表2中的定義表 7 本發(fā)明的典型粘合劑前體組合物(實(shí)施例8)
表 8
＊該粘合劑前體溶液的牌號(hào)為“AL8405”，含7%糠醇和2～3%游離甲醛實(shí)施例10-11和比較實(shí)例M-U這組例子比較了用不同的酸催化劑制成的涂布研磨材料的研磨性能。實(shí)施例10和11使用了助催化劑。用于實(shí)施例10-11和比較實(shí)例M-U的催化劑在表9中列出。
對(duì)于實(shí)施例10-11和所有比較實(shí)例M-U來說，用作底涂層和粘結(jié)涂層的脲-甲醛樹脂均為AL3029，所用底涂層的濕重約為49克/平方米，粘結(jié)涂層的濕重約為49克/平方米，所涂布的P-320磨料的用量約為40克/平方米，在所有例子中，粘結(jié)樹脂在71℃固化10分鐘，而且每個(gè)例子中都有一部分涂覆研磨材料除了其粘結(jié)樹脂在71℃下固化10分鐘之外再在113℃下“后固化”60分鐘。此外，表9中的每個(gè)實(shí)例(固化試樣和后固化試樣)均使用了硬脂酸鈣超粘結(jié)涂層，其濕涂布量約為21克/平方米，并在91℃下固化1分鐘。
在每個(gè)例子中均對(duì)催化劑用量作了調(diào)節(jié)以使粘合劑前體的PH約達(dá)4.1-4.3。使用AlCl3和FeCl3時(shí)，其用量為0.4%(重);NH4Cl和(NH4)2SO4的用量為2.0%(重);對(duì)甲苯磺酸(PTSA)的用量為0.65%(重);甲酸(FA)用量為0.25%(重)，這些重量百分比均系對(duì)粘合劑前體溶液的固體總重而言?！把心チ俊笔怯们懊嫠龅淖杂赡p試驗(yàn)測(cè)定的，測(cè)定時(shí)所采用的研磨時(shí)間為2分鐘。此外，“固化%”(見表2中的定義)也在表9中列出。
表 9
從表9可以看出，實(shí)施例9中使用了共催化劑AlCl3+NH4Cl而制得的涂布研磨材料的固化程度顯著地高于所有比較實(shí)例(至少高出17.8%)，而且實(shí)施例9的涂布研磨材料的研磨能力大于單獨(dú)使用AlCl3或NH4Cl的涂布研磨材料。而且，使用AlCl3+(NH4)2SO4助催化劑的研磨材料的“后固化”研磨是在所有實(shí)例中是最高的。
以上的實(shí)例表明，本發(fā)明的粘合劑前體溶液的活性提高了，從而能在典型的工廠條件下充分固化，同時(shí)其適用期對(duì)工廠操作來說也是足夠的。
這次工作還證明，用本發(fā)明的可涂布粘合劑前體溶液制成的磨料產(chǎn)品的性能與以前已知的磨料一樣好或甚至更好。雖然以上實(shí)例對(duì)本發(fā)明來說是有代表性的，但并不是要限定所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種可涂布的脲醛粘合劑前體組合物，其特點(diǎn)是含有一種脲醛樹脂和一種助催化劑，該脲-醛樹脂的醛/脲比至少約為1.0且其游離醛含量約占醛總重的0.1-3.0%，該助催化劑基本上是由一種路易斯酸和一種鹽組成，該鹽系選自有機(jī)胺鹽和銨離子鹽。
2.權(quán)利要求1所述的粘合劑前體組合物，其還有一個(gè)特點(diǎn)是所述的路易斯酸易選自氯化鋁、氯化鐵(Ⅲ價(jià))和氯化銅(Ⅱ價(jià))。
3.權(quán)利要求1所述的粘合劑前體組合物，其還有一個(gè)特點(diǎn)是所述的銨離子鹽為氯化銨。
4.權(quán)利要求1所述的粘合劑前體組合物，其還有一個(gè)特點(diǎn)是所述的有機(jī)銨系選自用下面的通式表示的一類化合物。式中X和Y為鹵原子，可同可不同，n為約3-10的整數(shù)。
5.權(quán)利要求1所述的粘合劑前體組合物，其還有一個(gè)特點(diǎn)是所述的路易斯酸為氯化鋁，所述的銨離子鹽為氯化銨。
6.權(quán)利要求1所述的粘合劑前體組合物，其還有一個(gè)特點(diǎn)是含有磨粒。
7.權(quán)利要求1所述的粘合劑前體組合物，其還有一個(gè)特點(diǎn)是所述的醛為甲醛，所述的醛/脲比約為1.0-2.0，所述的路易斯酸為氯化鋁，所述的銨離子鹽為氯化銨。
8.一種涂布研磨材料，其中至少有一層是固化的脲-醛粘合劑，該固化的脲-醛粘合劑系用權(quán)利要求1的粘合劑前體組合物制成。
全文摘要
含有脲-醛樹脂和助催化劑的可涂覆脲-醛粘合劑前體組合物，產(chǎn)生質(zhì)量更為穩(wěn)定的涂覆研磨材料。此外，該組合物具有更長(zhǎng)的適用期并能在較低的溫度下固化。該脲-醛樹脂的醛/脲比至少為1、0左右，最好約為1、0—2、0，其游離醛含量為醛的總重的3.0％左右。該助催化劑基本上由一種路易斯酸和一種選自銨離子鹽和有機(jī)銨鹽的鹽組成。同時(shí)介紹了用該組合物制造涂覆磨料產(chǎn)品和其他磨料產(chǎn)品的方法。
文檔編號(hào)B24D3/28GK1084872SQ9311769
公開日1994年4月6日 申請(qǐng)日期1993年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月15日
發(fā)明者J·E·福特, E·Y·初, H·E·魯?shù)?申請(qǐng)人:明尼蘇達(dá)州采礦和制造公司