KR102535026B1

KR102535026B1 - 접합된 연마 물품 및 이를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR102535026B1
Application number: KR1020227024516A
Authority: KR
Inventors: 멜리사 씨 쉴로-암스트롱; 해승 에이치 이
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: US20230001543A1; EP4076841A1; KR20220109473A; WO2021124059A1; EP4076841B1

Abstract

접합된 연마 물품은, 각각의 입자가 한 쪽 면 상에 카테콜-유사 중합체 수지의 코팅을 갖는, 복수의 연마 입자를 포함한다. 접합된 연마 물품은 접합된 연마 물품의 접합된 연마 매트릭스를 형성하는 페놀 수지 결합제를 또한 포함한다. 복수의 연마 입자는 페놀계 결합제 내에 보유된다.

Description

접합된 연마 물품 및 이를 제조하는 방법

접합된 연마재는 결합제 내에 보유된 연마 입자를 포함한다. 접합된 연마재 유형에는 예를 들어 연삭 휠, 절삭 휠, 혼(hone), 숫돌이 포함된다. 2가지 유형의 결합제가 일반적으로 사용된다. 여기에는 유리질 무기 결합제(유리질 접합제) 및 수지상 유기 결합제(수지 접합제)가 포함된다. 다수의 접합된 연마 물품은 하나 이상의 경화성 페놀 수지의 반응 생성물을 포함하는 페놀계 결합제를 포함한다.

도 1은 본 명세서에 기재된 실시 형태에 따른 예시적인 접합된 연마 절삭 휠의 개략 사시도이다.
도 2는 선 2-2를 따라 취한 도 1에 나타낸 예시적인 접합된 연마 절삭 휠의 개략 측단면도이다.
도 3은 카테콜계 중합체 수지를 형성하기 위한 화학 반응을 예시한다.
도 4는 페놀계 중합체 수지를 형성하기 위한 화학 반응을 예시한다.
도 5는 본 명세서에 기재된 실시 형태에 따른 접합된 연마 물품을 형성하는 방법을 예시한다.
도 6은 본 명세서에 기재된 실시 형태에 따른 접합된 연마 물품의 구성요소의 블록도를 예시한다.
도 7은 예시적인 접합된 연마 물품을 예시한다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복되는 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 다수의 다른 변형 및 실시 형태가 당업자에 의해 안출될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 축척대로 도시되지 않을 수 있다.

카테콜 모이어티는 코팅, 접착제 및 난연제를 포함하는 다양한 응용에서 관심을 받아 왔다. 1970년대에, 과학자들은 많은 연구자들에게 관심을 받은 특이한 현상인, 가혹하고 습한 조건에서의 홍합의 부착에 관한 철저한 연구를 수행하였다. 비정상적으로 높은 농도의 카테콜성 아미노산, 예컨대 3,4-다이하이드록시-L-페닐알라닌(DOPA)이 존재하는 것으로 밝혀졌으며, 연구 결과 카테콜 모이어티(다이하이드록실 페닐)가 수중 부착에 핵심적인 역할을 한다는 것이 궁극적으로 입증되었다. 그 후 연구자들은 홍합의 천연 접착제를 모방하는 카테콜 작용기를 갖는 재료를 제조하는 데 관심을 가졌다. 염기성 조건 하에서 자가중합될 수 있는 폴리도파민이 확인되었다. 그러한 방법은 다양한 기재(substrate) 상에 나노미터 도파민 코팅을 침착시키기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다.

유사한 방법이 연마재에 사용되어 왔다. 예를 들어, Saint-Gobain의 미국 특허 제10/556,321호는 TRIS 완충제 용액을 사용한 염기성 조건 하에서 2-(3,4-다이하이드록시페닐)에틸아민의 자가중합을 사용하는 것을 언급하며 폴리도파민 코팅된 연마 그레인(grain)으로 제조된 시편의 향상된 굴곡 강도를 보고하였다. 더 양호한 성능을 초래하지만, 이 코팅 방법은 높은 화학 물질 비용, 긴 코팅 시간(약 24시간), 지루한 건조 단계, 및 pH 민감성 반응 조건으로 인해 제조상 불리하다. 유사하게, 국제 특허 공개 WO 2019/135177호는 또한 카테콜 기를 갖는 표면 처리제를 기재한다. 그러나, 종래 기술 공보는 카테콜 기를 포함하는 출발 단량체(예컨대 도파민, 타닌산, 피로갈산, 에피네프린, 노르메타네프린, 티로신, DOPA, 노르에피네프린 등)를 개시하지만, 이들은 카테콜 그 자체를 시재료로서 사용하는 것을 교시하거나 제안하지는 않는다.

본 명세서에 기재된 바와 같이, 연마 입자용 수지 코팅에 대한 기초로서 카테콜을 사용하는 연마 물품 및 이를 제조하는 방법이 기재된다. 카테콜계 수지는 접합된 연마 물품의 수지 매트릭스와 연마 입자 사이의 접합을 증가시켜, 접합된 구성요소의 쉘링(shelling)을 감소시키고 수명을 개선한다. 카테콜 자체의 사용은 더 간단한 제조 방법의 사용을 통해 종래 기술의 공정에 비해 비용 절감을 가져온다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이,

용어 "접합된 연마 매트릭스"는 연마 입자, 결합제 수지, 및 선택적인 첨가제, 예컨대 충전제, 기공 형성제, 방향제, 강화 섬유 및 스크림(scrim), 및 로딩방지(antiloading) 화합물의 단일 덩어리를 지칭한다. 이는 예를 들어, 휠 허브(wheel hub), 샤프트 및 라벨과 같은 접합된 연마 물품의 외부 구성요소를 포함하지 않는다.

형상화된 연마 입자를 지칭하는 데 있어서, 용어 "길이"는 형상화된 연마 입자의 최대 치수를 지칭한다. "폭"은 길이에 수직한 형상화된 연마 입자의 최대 치수를 지칭한다. "두께" 또는 "높이"는 길이 및 폭에 수직한 형상화된 연마 입자의 치수를 지칭한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "카테콜-유사"분자는 도 3에 예시된 바와 같이 서로에 대해 오르토 위치에서 벤젠 고리에 부착된 2개의 하이드록실 기를 갖는 분자를 지칭한다. 벤젠 고리는 작용기가 부착될 수 있는 4개의 다른 위치를 갖는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "카테콜"은 다른 4개의 위치에 단일 수소 원자가 부착되어 있는 분자를 지칭한다. "카테콜-유사" 분자는 4개의 위치 중 최대 2개에 작용기가 부착되어 있는 분자를 지칭한다. 예를 들어, 다음 중 임의의 것이 카테콜-유사 분자의 예이다: 예를 들어, 도파민, 4-플루오로카테콜, 4-메틸카테콜, 4-클로로카테콜, 4-브로모카테콜, 1,2-다이하이드록시나프탈렌, 2,3-다이하이드록시나프탈렌, 1,2,4-트라이하이드록시벤젠, 3-메톡시카테콜, 3,4-다이하이드록시벤즈알데하이드, 4-tert-부틸피로카테콜, 3,4-다이하이드록시벤조니트릴, 2,3-다이하이드록시벤즈알데하이드, 3',4'-다이하이드록시아세토페논, 3,4-다이하이드록시벤질 알코올, 3,4-다이하이드록시벤조페논, 4-니트로카테콜, 노르다이하이드로구아이아레트산, 메틸 3,4-다이하이드록시벤조에이트, 4-알릴피로카테콜, 소듐 6,7-다이하이드록시나프탈렌-2-설포네이트, 3,5-다이-tert-부틸카테콜, 2-(3,4-다이하이드록시페닐)에틸 알코올, 3,4-다이하이드록시벤조산, 타이론(tiron) 일수화물, 피로갈롤, 타닌산, 갈산, 5-메틸피로갈롤, 2,3,6,7,10,11-헥사하이드록시트라이페닐렌, 헥사하이드록시벤젠, 3,4,5-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 2,3,4-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 및 2,3,4,4'-테트라하이드록시다이페닐메탄. 전술한 것들 중에서, 피로갈롤 기를 함유하는 표면 처리제의 예는 피로갈롤, 타닌산, 갈산, 5-메틸피로갈롤, 2,3,6,7,10,11-헥사하이드록시트라이페닐렌, 헥사하이드록시벤젠, 3,4,5-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 2,3,4-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 및 2,3,4,4'-테트라하이드록시다이페닐메탄을 포함한다.

본 발명에 따른 접합된 연마 물품은 접합된 연마 매트릭스(결합제로도 알려져 있음) 내에 보유된 연마 입자를 포함한다. 접합된 연마 매트릭스는 경화성 레졸 페놀 수지, 노볼락 페놀 수지, 또는 레졸 페놀 수지와 노볼락 페놀 수지의 조합을 경화시켜 형성된 페놀계 결합제를 포함한다.

노볼락 페놀 수지는, 산-촉매되며 포름알데하이드 대 페놀의 비가 1 미만, 전형적으로 0.5:1 내지 0.8:1인 것을 특징으로 한다. 레졸 페놀 수지는, 알칼리-촉매되며 포름알데하이드 대 페놀의 비가 1 이상, 전형적으로 1:1 내지 3:1인 것을 특징으로 한다. 노볼락 및 레졸 페놀 수지는 (예를 들어, 에폭시 화합물과의 반응에 의해) 화학적으로 개질될 수 있거나, 그것은 개질되지 않을 수 있다.

경화성 페놀 수지는 잘 알려져 있으며 상업적 공급원으로부터 쉽게 입수가능하다. 구매가능한 노볼락 수지의 예에는 DUREZ 1364, (미국 텍사스주 애디슨 소재의 Durez Corporation에 의해 상표명 VARCUM(예를 들어, 29302)으로 시판되는) 2-스텝, 분말형 페놀 수지, 또는 (미국 켄터키주 루이스빌 소재의 Hexion Specialty Chemicals, Inc.에 의해 시판되는) HEXION AD5534 RESIN이 포함된다. 본 발명의 실시에 유용한 구매가능한 레졸 페놀 수지의 예에는 Durez Corporation에 의해 상표명 VARCUM으로 시판되는 것(예컨대, 29217, 29306, 29318, 29338, 29353); 미국 플로리다주 바르토우 소재의 Ashland Chemical Co.에 의해 상표명 AEROFENE으로 판매되는 것(예컨대, AEROFENE 295); 및 대한민국 서울 소재의 Kangnam Chemical Company Ltd.에 의해 상표명 "PHENOLITE"로 시판되는 것(예컨대, PHENOLITE TD-2207)이 포함된다.

경화성 페놀 수지는 경화를 촉진하기 위해 적어도 하나의 촉매를 포함할 수 있다. 페놀 수지를 경화시키기에 적합한 예시적인 산성 촉매에는 황산, 염산, 인산, 옥살산, 및 p-톨루엔설폰산이 포함된다. 페놀 수지를 경화시키기에 적합한 알칼리 촉매에는 수산화나트륨, 수산화바륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 유기 아민, 또는 탄산나트륨이 포함된다. 원하는 유기 결합제 재료에 따라 촉매 및/또는 개시제가 접합된 연마 매트릭스 전구체(즉, 경화 후 접합된 연마 매트릭스를 형성하는 재료)에 첨가될 수 있다. 전형적으로, 접합된 연마 매트릭스 전구체 재료의 경화를 진행하기 위해 열이 가해지지만; 다른 에너지원(예를 들어, 마이크로파 방사선, 자외광, 가시광)이 또한 사용될 수 있다. 구체적인 경화제 및 사용량은 당업자에게 명백할 것이다.

접합된 연마 매트릭스는 접합된 연마 매트릭스의 총 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%의 페놀계 결합제를 포함한다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 경화성 페놀 수지는 8 내지 16 중량부의 노볼락 페놀 수지당 4 내지 8 중량부의 레졸 페놀 수지, 바람직하게는 9 내지 15 중량부의 노볼락 페놀 수지당 5 내지 7 중량부의 레졸 페놀 수지, 더욱 바람직하게는 10 내지 14 중량부의 노볼락 페놀 수지당 6 중량부의 레졸 페놀 수지의 혼합물을 포함한다.

페놀 수지는 분말 형태 및 액체 상태 모두로 사용될 수 있다. 페놀 수지가 널리 사용되지만, 예를 들어, 에폭시 수지, 우레아-포름알데하이드 수지, 아미노플라스트, 및 에폭시-반응성 아크릴 결합제를 포함하는 다른 유기 결합제 재료를 포함하는 것이 본 발명의 범주 내에 있다. 유기 결합제 재료는 또한 결합제 재료의 특성을 개선하거나 변경하기 위해 다른 결합제 재료로 개질될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 접합된 연마 물품(예컨대, 휠)은 결합제 재료와 연마 입자의 총 중량을 기준으로 약 10 내지 약 70 중량%, 전형적으로 30 내지 65 중량%, 더 전형적으로 45 내지 65 중량%의 연마 입자(예컨대, 형상화된 연마 입자 및/또는 파쇄된 연마 입자)를 포함한다.

접합된 연마 물품은 파쇄된 연마 입자를 그 자체로든 또는 형상화된 연마 입자와 조합해서든 포함할 수 있다. 형상화된 연마 입자 및 파쇄된 연마 입자 둘 모두가 사용되는 경우, 파쇄된 연마 입자는 전형적으로 형상화된 연마 입자보다 더 미세한 크기 등급 또는 등급들(예를 들어, 복수의 크기 등급이 사용되는 경우)의 것이지만, 이것은 필수 요건은 아니다.

유용한 파쇄된 연마 입자에는, 예를 들어, 미국 미네소타 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 상표명 3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN으로 구매가능한 것들과 같은, 융합된 산화알루미늄, 열 처리된 산화알루미늄, 백색 융합된 산화알루미늄, 세라믹 산화알루미늄 재료의 파쇄된 입자, 흑색 탄화규소, 녹색 탄화규소, 이붕화티타늄, 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화티타늄, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 석류석(garnet), 융합된 알루미나 지르코니아, 졸-겔 유도된 연마 입자, 산화철, 크로미아, 세리아, 지르코니아, 티타니아, 실리케이트, 산화주석, 실리카(예를 들어, 석영, 유리 비드, 유리 버블 및 유리 섬유), 실리케이트(예를 들어, 활석, 점토(예를 들어, 몬트모릴로나이트), 장석, 운모, 칼슘 실리케이트, 칼슘 메타실리케이트, 소듐 알루미노실리케이트, 소듐 실리케이트), 플린트(flint), 및 금강사(emery)가 포함된다. 졸-겔 유도된 연마 입자의 예는 미국 특허 제4,314,827호(Leitheiser 등), 제4,623,364호(Cottringer 등); 제4,744,802호(Schwabel), 제4,770,671호(Monroe 등), 및 제4,881,951호(Monroe 등)에서 찾아볼 수 있다. 연마 입자는 예를 들어 미국 특허 제4,652,275호(Bloecher 등) 또는 제4,799,939호(Bloecher 등)에 기재된 것들과 같은 연마 응집체(agglomerate)를 포함할 수 있는 것이 또한 고려된다.

알파 알루미나, 마그네슘 알루미나 스피넬, 및 희토류 육방정계 알루미네이트의 결정자(crystallite)로 구성된 연마 입자(예컨대, 형상화된 연마 입자 및/또는 파쇄된 연마 입자)는 예를 들어, 미국 특허 제5,213,591호(Celikkaya 등) 및 미국 특허 출원 공개 제2009/0165394 A1호(Culler 등) 및 제2009/0169816 A1호(Erickson 등)에 기재된 방법에 따라 졸-겔 전구체 알파 알루미나 입자를 사용하여 제조될 수 있다.

일부 실시 형태에서, 알파 알루미나 기반 연마 입자(예를 들어, 형상화된 연마 입자)는 다단계 공정에 따라 제조될 수 있다. 간단히, 이 방법은 알파 알루미나로 전환될 수 있는 시드형(seeded) 또는 비-시드형 졸-겔 알파 알루미나 전구체 분산물을 제조하는 단계; 형상화된 연마 입자의 원하는 외부 형상을 갖는 하나 이상의 주형 공동을 졸-겔로 충전하는 단계; 졸-겔을 건조시켜 전구체 연마 입자를 형성하는 단계; 형상화된 전구체 연마 입자를 주형 공동으로부터 빼내는 단계; 형상화된 전구체 연마 입자를 하소하여 하소된 형상화된 전구체 연마 입자를 형성하는 단계; 및 이어서 하소된 형상화된 전구체 연마 입자를 소결하여 형상화된 연마 입자를 형성하는 단계를 포함한다. 이 공정을 이제 더욱 상세하게 기재할 것이다.

제1 공정 단계는 알파 알루미나로 전환될 수 있는 알파 알루미나 전구체의 시드형 또는 비-시드형 분산액을 제공하는 것을 수반한다. 알파 알루미나 전구체 분산액은 종종 휘발성 성분인 액체를 포함한다. 일 실시 형태에서, 휘발성 성분은 물이다. 분산액은 주형 공동의 충전 및 주형 표면의 복제를 가능하게 하기 위해 분산액의 점도가 충분히 낮도록 충분한 양의 액체를 포함하여야 하지만, 후속하여 액체를 주형 공동으로부터 제거하는 것이 엄청나게 비싸지게 할 정도로 많은 액체를 포함해서는 안 된다. 일 실시 형태에서, 알파 알루미나 전구체 분산액은 산화알루미늄 일수화물(베마이트)의 입자와 같은, 알파 알루미나로 전환될 수 있는 2 중량% 내지 90 중량%의 입자와, 10 중량% 이상, 또는 50 중량% 내지 70 중량%, 또는 50 중량% 내지 60 중량%의 휘발성 성분, 예를 들어 물을 포함한다. 역으로, 알파 알루미나 전구체 분산액은 일부 실시 형태에서 30 중량% 내지 50 중량%, 또는 40 중량% 내지 50 중량%의 고형물을 함유한다.

베마이트 이외의 산화알루미늄 수화물이 또한 사용될 수 있다. 베마이트는 알려진 기술에 의해 제조될 수 있거나 상업적으로 입수될 수 있다. 구매가능한 베마이트의 예에는, 둘 모두가 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Sasol North America, Inc.로부터 입수가능한 상표명 "DISPERAL" 및 "DISPAL", 또는 미국 뉴저지주 플로햄 파크 소재의 BASF Corporation으로부터 입수가능한 "HiQ-40"을 갖는 제품이 포함된다. 이들 산화알루미늄 일수화물은 비교적 순수한데; 즉 이들은 일수화물 이외에, 존재하더라도, 비교적 적은 수화물 상을 포함하며 큰 표면적을 갖는다.

생성되는 형상화된 연마 입자의 물리적 특성은 일반적으로 알파 알루미나 전구체 분산액에 사용되는 재료의 유형에 좌우될 것이다. 일 실시 형태에서, 알파 알루미나 전구체 분산액은 겔 상태이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "겔"은 액체 내에 분산된 고체의 3차원 네트워크(network)이다.

알파 알루미나 전구체 분산액은 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체를 함유할 수 있다. 개질 첨가제는 연마 입자의 일부 바람직한 특성을 향상시키거나 후속 소결 단계의 유효성을 증가시키는 기능을 할 수 있다. 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체는 가용성 염, 전형적으로 수용성 염의 형태일 수 있다. 이들은 전형적으로 금속-함유 화합물로 이루어지며, 마그네슘, 아연, 철, 규소, 코발트, 니켈, 지르코늄, 하프늄, 크롬, 이트륨, 프라세오디뮴, 사마륨, 이테르븀, 네오디뮴, 란탄, 가돌리늄, 세륨, 디스프로슘, 에르븀, 티타늄 및 이들의 혼합물의 산화물의 전구체일 수 있다. 알파 알루미나 전구체 분산액에 존재할 수 있는 이들 첨가제의 특정 농도는 당업계의 기술에 기초하여 달라질 수 있다.

전형적으로, 개질 첨가제 또는 개질 첨가제의 전구체를 도입하면 알파 알루미나 전구체 분산액이 겔로 될 것이다. 알파 알루미나 전구체 분산액은 또한 일정 기간에 걸친 열의 적용에 의해 겔로 유도될 수 있다. 알파 알루미나 전구체 분산액은 또한 수화되거나 하소된 산화알루미늄의 알파 알루미나로의 변환을 향상시키기 위한 핵형성제(시딩(seeding))를 함유할 수 있다. 본 발명에 적합한 핵형성제는 변환의 핵이 될 알파 알루미나, 알파 산화철 또는 그의 전구체, 산화티타늄 및 티탄산염, 산화크롬, 또는 임의의 다른 재료의 미세 입자를 포함한다. 사용되는 경우, 핵형성제의 양은 알파 알루미나의 변환을 일으키기에 충분하여야 한다. 그러한 알파 알루미나 전구체 분산액의 핵형성은 미국 특허 제4,744,802호(Schwabel)에 개시되어 있다.

더 안정한 하이드로졸 또는 콜로이드 알파 알루미나 전구체 분산액을 제조하기 위해 알파 알루미나 전구체 분산액에 펩타이징제(peptizing agent)가 첨가될 수 있다. 적합한 펩타이징제는 일양성자산(monoprotic acid) 또는 산 화합물, 예를 들어 아세트산, 염산, 포름산 및 질산이다. 다양성자산(multiprotic acid)이 또한 사용될 수 있지만, 이는 알파 알루미나 전구체 분산액을 신속하게 겔화시켜, 추가의 성분을 취급하거나 그것에 도입하는 것을 어렵게 할 수 있다. 베마이트의 일부 상업적 공급원은 안정한 알파 알루미나 전구체 분산액을 형성하는 데 도움을 줄 산 역가(acid titer)(예컨대, 흡수된 포름산 또는 질산)를 함유한다.

알파 알루미나 전구체 분산액은 임의의 적합한 수단에 의해, 이를테면 예를 들어 펩타이징제를 함유하는 물과 산화알루미늄 일수화물을 단순히 혼합함으로써, 또는 펩타이징제가 첨가된 산화알루미늄 일수화물 슬러리를 형성함으로써 형성될 수 있다.

혼합 동안 버블을 형성하거나 공기를 동반하는 경향을 감소시키기 위해 소포제 또는 다른 적합한 화학 물질이 첨가될 수 있다. 필요한 경우, 습윤제, 알코올 또는 커플링제와 같은 추가의 화학 물질이 첨가될 수 있다. 알파 알루미나 연마 입자는 미국 특허 제5,645,619호(Erickson 등)에 개시된 바와 같이 실리카 및 산화철을 함유할 수 있다. 알파 알루미나 연마 입자는 미국 특허 제5,551,963호(Larmie)에 개시된 바와 같이 지르코니아를 함유할 수 있다. 대안적으로, 알파 알루미나 연마 입자는 미국 특허 제6,277,161호(Castro)에 개시된 바와 같이 미세구조체 또는 첨가제를 가질 수 있다.

제2 공정 단계는 적어도 하나의 주형 공동, 그리고 바람직하게는 복수의 공동을 갖는 주형을 제공하는 것을 수반한다. 주형은 대체로 평탄한 하부 표면 및 복수의 주형 공동을 가질 수 있다. 복수의 공동은 제조 공구로 형성될 수 있다. 제조 공구는 벨트, 시트(sheet), 연속 웨브(web), 윤전 그라비어 롤(rotogravure roll)과 같은 코팅 롤, 코팅 롤에 장착된 슬리브(sleeve), 또는 다이일 수 있다. 일 실시 형태에서, 제조 공구는 중합체성 재료를 포함한다. 적합한 중합체성 재료의 예는 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리(에테르 설폰), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 이들의 조합과 같은 열가소성 재료, 또는 열경화성 재료를 포함한다. 일 실시 형태에서, 전체 공구는 중합체성 또는 열가소성 재료로부터 제조된다. 다른 실시 형태에서, 복수의 공동의 표면과 같은, 건조 동안에 졸-겔과 접촉하는 공구의 표면은 중합체성 또는 열가소성 재료를 포함하며, 공구의 다른 부분은 다른 재료로부터 제조될 수 있다. 예로서, 적합한 중합체성 코팅이 금속 공구에 적용되어 그의 표면 장력 특성을 변화시킬 수 있다.

중합체성 또는 열가소성 공구는 금속 마스터 공구로부터 복제될 수 있다. 마스터 공구는 생산 공구에 대해 요구되는 것과 역 패턴(inverse pattern)을 가질 것이다. 마스터 공구는 제조 공구와 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 일 실시 형태에서, 마스터 공구는 금속, 예를 들어, 니켈로부터 제조되며, 다이아몬드 선삭된다. 중합체성 시트 재료는 마스터 공구와 함께 가열되어, 둘을 함께 프레싱함으로써 중합체성 재료가 마스터 공구 패턴으로 엠보싱되게 할 수 있다. 중합체성 또는 열가소성 재료가 또한 마스터 공구 상으로 압출되거나 캐스팅되고 이어서 프레싱될 수 있다. 열가소성 재료를 냉각시켜 고화하고 제조 공구를 생성한다. 열가소성 제조 공구가 이용되는 경우, 열가소성 제조 공구를 일그러뜨려 그의 수명을 제한할 수 있는 과도한 열을 발생시키지 않도록 주의를 기울여야 한다. 제조 공구 또는 마스터 공구의 설계 및 제작에 관한 더 많은 정보는 미국 특허 제5,152,917호(Pieper 등); 제5,435,816호(Spurgeon 등); 제5,672,097호(Hoopman 등), 제5,946,991호(Hoopman 등), 제5,975,987호(Hoopman 등), 및 미국 특허 제6,129,540호(Hoopman 등)에서 찾을 수 있다.

공동에의 접근은 주형의 상부 표면 또는 하부 표면 내의 개구로부터 이루어질 수 있다. 일부 경우에, 공동은 주형의 전체 두께에 걸쳐 연장될 수 있다. 대안적으로, 공동은 주형의 두께의 단지 일부에 걸쳐 연장될 수 있다. 일 실시 형태에서, 상부 표면은 주형의 하부 표면에 실질적으로 평행하며, 이때 공동은 실질적으로 균일한 깊이를 갖는다. 주형의 적어도 한쪽 면(side), 즉 공동이 형성된 면은 휘발성 성분이 제거되는 단계 동안 주위 분위기에 노출된 상태로 남아 있을 수 있다.

공동은 형상화된 연마 입자를 제조하기 위한 지정된 3차원 형상을 갖는다. 깊이 치수는 상부 표면으로부터 하부 표면 상의 최저 지점까지의 수직 거리와 동일하다. 주어진 공동의 깊이는 균일할 수 있거나, 그의 길이 및/또는 폭을 따라 달라질 수 있다. 주어진 주형의 공동들은 동일한 형상을 갖거나 상이한 형상을 가질 수 있다.

제3 공정 단계는 (예를 들어, 통상적인 기술에 의해) 주형 내의 공동을 알파 알루미나 전구체 분산액으로 충전하는 것을 수반한다. 일부 실시 형태에서, 나이프 롤 코팅기(knife roll coater) 또는 진공 슬롯 다이 코팅기(vacuum slot die coater)가 사용될 수 있다. 원하는 경우, 주형으로부터 입자를 제거하는 것을 돕기 위해 주형 이형제가 사용될 수 있다. 전형적인 주형 이형제에는 오일, 예를 들어 땅콩유 또는 광유, 어유(fish oil), 실리콘, 폴리테트라플루오로에틸렌, 아연 스테아레이트 및 흑연이 포함된다. 일반적으로, 주형 이형제가 필요한 경우, 주형의 단위 면적당 약 0.1 mg/in²(0.02 mg/㎠) 내지 3.0 mg/in²(약 0.46 mg/㎠), 또는 약 0.1 mg/in²(0.02 mg/㎠) 내지 약 5.0 mg/in²(0.78 mg/㎠)의 주형 이형제가 존재하도록, 졸-겔과 접촉하는 제조 공구의 표면에, 물 또는 알코올과 같은 액체 중의 주형 이형제, 예를 들어 땅콩유가 적용된다. 일부 실시 형태에서, 주형의 상부 표면은 알파 알루미나 전구체 분산액으로 코팅된다. 알파 알루미나 전구체 분산액은 상부 표면 상으로 펌핑될 수 있다.

다음으로, 스크레이퍼(scraper) 또는 레벨러 바(leveler bar)를 사용하여 알파 알루미나 전구체 분산액을 주형의 공동 내로 완전히 밀어 넣을 수 있다. 공동에 들어가지 않은 알파 알루미나 전구체 분산액의 잔여 부분은 주형의 상부 표면으로부터 제거되어 재활용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 알파 알루미나 전구체 분산액의 적은 부분이 상부 표면 상에 남아 있을 수 있고, 다른 실시 형태에서는 상부 표면에는 분산액이 실질적으로 없다. 스크레이퍼 또는 레벨러 바에 의해 가해지는 압력은 전형적으로 100 psi(0.7 MPa) 미만, 50 psi(0.3 MPa) 미만, 또는 심지어 10 psi(69 ㎪) 미만이다. 일부 실시 형태에서, 생성되는 형상화된 연마 입자의 두께에 있어서의 균일성을 보장하기 위해 알파 알루미나 전구체 분산액의 노출된 표면이 실질적으로 상부 표면을 넘어 연장되지 않는다.

제4 공정 단계는 휘발성 성분을 제거하여 분산액을 건조시키는 것을 수반한다. 바람직하게는, 휘발성 성분은 빠른 증발률에 의해 제거된다. 일부 실시 형태에서, 증발에 의한 휘발성 성분의 제거는 휘발성 성분의 비등점을 초과한 온도에서 일어난다. 건조 온도에 대한 상한은 종종 주형을 제조하는 재료에 따라 좌우된다. 폴리프로필렌 공구의 경우, 이 온도는 플라스틱의 융점 미만이어야 한다. 일 실시 형태에서, 약 40 내지 50% 고형물의 수분산액 및 폴리프로필렌 주형의 경우, 건조 온도는 약 90℃ 내지 약 165℃, 또는 약 105℃ 내지 약 150℃, 또는 약 105℃ 내지 약 120℃일 수 있다. 더 높은 온도는 개선된 제조 속도로 이어질 수 있지만, 또한 주형으로서의 그의 유효 수명을 제한하는 폴리프로필렌 공구의 열화로 이어질 수 있다.

제5 공정 단계는 주형 공동으로부터 결과적인 형상화된 전구체 연마 입자를 제거하는 것을 수반한다. 형상화된 전구체 연마 입자는 주형에서 하기 공정들을 단독으로 또는 조합하여 사용함으로써 공동으로부터 제거될 수 있다: 주형 공동으로부터 입자를 제거하기 위한 중력, 진동, 초음파 진동, 진공 또는 가압 공기.

연마 입자 전구체는 주형 밖에서 추가로 건조될 수 있다. 알파 알루미나 전구체 분산액이 주형 내에서 원하는 수준까지 건조된 경우, 이러한 추가의 건조 단계는 필요하지 않다. 그러나, 일부 경우에, 알파 알루미나 전구체 분산액이 주형 내에 머무르는 시간을 최소화하기 위해 이러한 추가의 건조 단계를 채용하는 것이 경제적일 수 있다. 전형적으로, 형상화된 전구체 연마 입자는 50℃ 내지 160℃, 또는 120℃ 내지 150℃의 온도에서, 10분 내지 480분, 또는 120분 내지 400분 동안 건조될 것이다.

제6 공정 단계는 형상화된 전구체 연마 입자를 하소시키는 것을 수반한다. 하소 동안에, 본질적으로 모든 휘발성 재료가 제거되며, 알파 알루미나 전구체 분산액 중에 존재한 다양한 성분이 금속 산화물로 변환된다. 형상화된 전구체 연마 입자는 일반적으로 400℃ 내지 800℃의 온도로 가열되며, 자유수(free water)와 90 중량%를 초과하는 임의의 결합된 휘발성 재료가 제거될 때까지 이 온도 범위 내에 유지된다. 선택적인 단계에서, 함침 공정에 의해 개질 첨가제를 도입하는 것이 요구될 수 있다. 하소된 형상화된 전구체 연마 입자의 기공 내로 수용성 염이 함침에 의해 도입될 수 있다. 이어서, 형상화된 전구체 연마 입자는 다시 예비 소성된다. 이러한 선택 사항은 미국 특허 제5,164,348호(Wood)에 추가로 기재되어 있다.

제7 공정 단계는 하소된 형상화된 전구체 연마 입자를 소결하여 알파 알루미나 입자를 형성하는 것을 수반한다. 소결 전에, 하소된 형상화된 전구체 연마 입자는 완전히 치밀화되지 않으며, 이에 따라 형상화된 연마 입자로서 사용되는 데 요구되는 경도가 결여되어 있다. 소결은 하소된 형상화된 전구체 연마 입자를 1000℃ 내지 1650℃의 온도로 가열하고, 실질적으로 모든 알파 알루미나 일수화물(또는 등가물)이 알파 알루미나로 변환되고 다공도(porosity)가 15 부피% 미만으로 감소될 때까지 이 온도 범위 내에 유지함으로써 일어난다. 이러한 수준의 전환을 달성하기 위해 하소된 형상화된 전구체 연마 입자가 소결 온도에 노출되어야 하는 시간 길이는 다양한 요인에 좌우되지만 보통 5초 내지 48시간이 전형적이다.

다른 실시 형태에서, 소결 단계에 대한 지속 시간은 1분 내지 90분의 범위이다. 소결 후에, 형상화된 연마 입자는 비커스 경도(Vickers hardness)가 10 GPa, 16 GPa, 18 GPa, 20 GPa, 또는 그 초과일 수 있다.

설명된 공정을 변경하기 위해, 예를 들어 재료를 하소 온도로부터 소결 온도로 급속하게 가열하는 것, 알파 알루미나 전구체 분산액을 원심분리하여 슬러지 및/또는 폐기물을 제거하는 것과 같은 다른 단계가 사용될 수 있다. 또한, 공정은 원하는 경우 공정 단계들 중 둘 이상을 조합함으로써 변경될 수 있다. 본 발명의 공정을 변경하는 데 사용할 수 있는 통상적인 공정 단계는 미국 특허 제4,314,827호(Leitheiser)에 더욱 완전하게 기재되어 있다.

형상화된 연마 입자를 제조하는 방법에 관한 더 많은 정보는 미국 특허 출원 공개 제2009/0165394 Al호(Culler 등)에 개시되어 있다.

형상화된 연마 입자는 바람직하게는, 예를 들어 스탬핑 또는 펀칭과 같은 다른 제조 대안보다 더 높은 특징부 명료도(definition)를 제공하는 다이아몬드 공구를 사용하여 절삭된 공구(즉, 주형)를 사용하여 제조될 수 있다. 전형적으로, 공구 표면 내의 공동은, 예리한 에지를 따라 만나고, 절두 피라미드의 측부 및 상부를 형성하는 평탄한 면들을 갖는다. 생성된 형상화된 연마 입자는 공구 표면 내의 공동의 형상 (예를 들어, 절두 피라미드)에 상응하는 각각의 공칭 평균 형상을 갖지만, 공칭 평균 형상으로부터의 변화(예를 들어, 랜덤 변화)가 제조 동안에 일어날 수 있고, 그러한 변화를 보이는 형상화된 연마 입자는 본 명세서에 사용되는 바와 같은 형상화된 연마 입자의 정의 내에 포함된다.

바람직하게는, 형상화된 연마 입자의 밑면과 상부는 실질적으로 평행하여, 프리즘형 또는 절두 피라미드형의 형상이 되며, 밑면과 각각의 측면 사이의 이면각(dihedral angle)은 독립적으로 45 내지 90도, 전형적으로 70 내지 90도, 더욱 전형적으로 75 내지 85도의 범위일 수 있지만, 이들은 필수 요건은 아니다.

형상화된 연마 입자는 전형적으로 0.001 mm 내지 26 mm, 더욱 전형적으로 0.1 mm 내지 10 mm, 그리고 더욱 전형적으로 0.5 mm 내지 5 mm의 범위의 길이를 갖도록 선택되지만, 다른 길이가 또한 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 길이는 연마 입자가 수용되는 접합된 연마 물품(예를 들어, 휠)의 두께에 대한 분율로서 표현될 수 있다. 예를 들어, 형상화된 연마 입자는 접합된 연마 휠의 두께의 절반보다 큰 길이를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자의 길이는 접합된 연마 휠의 두께보다 클 수 있다.

형상화된 연마 입자는 전형적으로 0.001 mm 내지 26 mm, 더욱 전형적으로 0.1 mm 내지 10 mm, 그리고 더욱 전형적으로 0.5 mm 내지 5 mm의 범위의 폭을 갖도록 선택되지만, 다른 길이가 또한 사용될 수 있다.

형상화된 연마 입자는 전형적으로 0.005 mm 내지 1.6 mm, 더욱 전형적으로 0.2 mm 내지 1.2 mm의 범위의 두께를 갖도록 선택된다.

일부 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자는 적어도 2, 3, 4, 5, 6, 또는 그 초과의 종횡비(aspect ratio)(길이 대 두께)를 가질 수 있다.

형상화된 연마 입자 상의 표면 코팅은 연마 물품 내의 형상화된 연마 입자와 결합제 재료 사이의 접착을 개선하는 데 사용될 수 있거나, 형상화된 연마 입자의 정전 침착을 돕는 데 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자 중량에 대해 0.1 내지 2%의 표면 코팅의 양으로 미국 특허 제5,352,254호(Celikkaya)에 기재된 바와 같은 표면 코팅이 사용될 수 있다. 그러한 표면 코팅은 미국 특허 제5,213,591호(Celikkaya 등); 제5,011,508호(Wald 등); 제1,910,444호(Nicholson); 제3,041,156호(Rowse 등); 제5,009,675호(Kunz 등); 제5,085,671호(Martin 등); 제4,997,461호(Markhoff-Matheny 등); 및 제5,042,991호(Kunz 등)에 기재되어 있다. 또한, 표면 코팅은 형상화된 연마 입자가 캡핑(capping)되는 것을 방지할 수 있다. 캡핑은 연마되고 있는 작업물로부터의 금속 입자가 형상화된 연마 입자의 상부에 접합되는(welded) 현상을 기술하는 용어이다. 상기 기능을 수행하는 표면 코팅은 당업자에게 알려져 있다.

전형적으로, 파쇄된 연마 입자는 연마 산업 공인 규정 공칭 등급에 따라 독립적으로 크기 설정된다. 예시적인 연마 산업 공인 등급 표준은 ANSI(American National Standards Institute), FEPA(Federation of European Producers of Abrasives), 및 JIS(Japanese Industrial Standard)에 의해 공표된 것들을 포함한다. 그러한 산업 공인 등급 표준은, 예를 들어, ANSI 4, ANSI 6, ANSI 8, ANSI 16, ANSI 24, ANSI 30, ANSI 36, ANSI 40, ANSI 50, ANSI 60, ANSI 80, ANSI 100, ANSI 120, ANSI 150, ANSI 180, ANSI 220, ANSI 240, ANSI 280, ANSI 320, ANSI 360, ANSI 400, 및 ANSI 600; FEPA P8, FEPA P12, FEPA P16, FEPA P24, FEPA P30, FEPA P36, FEPA P40, FEPA P50, FEPA P60, FEPA P80, FEPA P100, FEPA P120, FEPA P150, FEPA P180, FEPA P220, FEPA P320, FEPA P400, FEPA P500, FEPA P600, FEPA P800, FEPA P1000, FEPA P1200; FEPA F8, FEPA F12, FEPA F16, 및 FEPA F24;및 JIS 8, JIS 12, JIS 16, JIS 24, JIS 36, JIS 46, JIS 54, JIS 60, JIS 80, JIS 100, JIS 150, JIS 180, JIS 220, JIS 240, JIS 280, JIS 320, JIS 360, JIS 400, JIS 400, JIS 600, JIS 800, JIS 1000, JIS 1500, JIS 2500, JIS 4000, JIS 6000, JIS 8000, 및 JIS 10,000을 포함한다. 더욱 전형적으로, 분쇄된 산화알루미늄 입자 및 비-시드형 졸-겔 유도된 알루미나-기반 연마 입자는 ANSI 60 및 80, 또는 FEPA F36, F46, F54 및 F60 또는 FEPA P60 및 P80 등급 표준에 맞추어 독립적으로 크기가 매겨진다.

대안적으로, 연마 입자는 ASTM E-11 "시험 목적을 위한 쇠그물 및 체에 대한 표준 규격(Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purposes)"을 따르는 미국 표준 시험 체를 사용하여 공칭 선별 등급으로 등급화될 수 있다. ASTM E-11은 지정된 입자 크기에 따른 재료의 분류를 위해 프레임에 장착된 짜여진 쇠그물 매체를 사용하여 시험 체의 설계 및 구성에 대한 요건을 규정하고 있다. 전형적인 명칭은 -18+20으로 나타낼 수 있는데, 이는 형상화된 연마 입자가 18번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 충족시키는 시험 체를 통과하고 20번 체에 관한 ASTM E-11 규격을 충족시키는 시험 체에 걸려 보유된다는 것을 의미한다. 일 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자는 입자의 대부분이 18 메시 시험 체를 통과하고 20, 25, 30, 35, 40, 45 또는 50 메시 시험 체에 걸려 보유될 수 있게 하는 입자 크기를 갖는다. 다양한 실시 형태에서, 형상화된 연마 입자는 하기를 포함하는 공칭 선별 등급을 가질 수 있다: -18+20, -20+25, -25+30, -30+35, -35+40, -40+45, -45+50, -50+60, -60+70, -70+80, -80+100, -100+120, -120+140, -140+170, -170+200, -200+230, -230+270, -270+325, -325+400, -400+450, -450+500, 또는 -500+635. 대안적으로, -90+100과 같은 맞춤 메시 크기가 사용될 수 있다.

연마 입자는, 예를 들어 접합된 연마 물품에 걸쳐 균일하거나 불균일하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 접합된 연마 휠이 연삭 휠 또는 절삭 휠이면, 연마 입자는 중간(예를 들어, 연삭 또는 절삭 휠의 외부 면으로부터 멀리 위치됨)을 향해 집중되거나, 또는 연삭 또는 절삭 휠의 외부 에지에만, 즉 주연부에만 집중될 수 있다. 중심 부분은 더 적은 양의 연마 입자를 포함할 수 있다. 다른 변형에서는, 제1 연마 입자가 휠의 한쪽 면에 있고 반대편 면에는 상이한 연마 입자가 있을 수 있다. 그러나, 전형적으로 모든 연마 입자가 서로 균질하게 분포되는데, 이는 휠의 제조가 더 용이하기 때문이다.

본 발명에 따른 접합된 연마 물품은, 다른 구성요소의 중량 범위 요건이 충족되는 것을 조건으로, 상기에 언급된 것들을 넘어 추가의 연마 입자를 포함할 수 있다. 예에는 융합된 산화알루미늄(융합된 알루미나-지르코니아를 포함함), 갈색 산화알루미늄, 청색 산화알루미늄, 탄화규소(녹색 탄화규소를 포함함), 석류석, 다이아몬드, 입방정 질화붕소, 탄화붕소, 크로미아, 세리아, 및 이들의 조합이 포함된다.

바람직한 실시 형태에서, 접합된 연마 매트릭스에는 유리질 결합제가 없다. 이는, 기껏해야, 연마 입자를 보유하기에 불충분한 유리질 결합제가 존재하고/하거나, 유리질 결합제가 연마 입자를 보유하기에 충분히 균일하게 분포되지 않음을 의미한다. 가장 바람직하게는, 유리질 결합제가 전혀 존재하지 않는다. 예시적인 유리질 결합제는 규질(silicaceous) 유리를 포함한다. 마찬가지로, 접합된 연마 매트릭스 전구체에는 규질 유리가 없을 수 있다.

도. 1은 예시적인 접합된 연마 물품을 나타낸다. 이제 도 1을 참조하면, 접합된 연마 절삭 휠(100). 접합된 연마 매트릭스(110)는, 예를 들어, 전동 공구(도시되지 않음)에 절삭 휠(100)을 부착하기 위해 사용되는 중심 구멍(112) 주위에 환형부를 형성한다.

이제 도 2를 참조하면, 절삭 휠(100)은 연마 입자(20)와 선택적인 통상적으로-파쇄된 연마 입자(30), 및 페놀계 결합제(25)를 포함한다. 절삭 휠(100)은 선택적인 제1 스크림(115)과 선택적인 제2 스크림(116)을 가지며 이들은 절삭 휠(100)의 서로 반대편에 있는 주 표면(132, 134) 상에 배치된다.

일부 실시 형태에서, 본 발명에 따른 접합된 연마 물품은, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌 입자, 빙정석, 염화나트륨, FeS₂(이황화철), 포타슘 알루미늄 플루오라이드, 또는 KBF₄와 같은 추가적인 연삭 보조제(들)를, 다른 구성요소의 중량 범위 요건이 충족되는 것을 조건으로, 접합된 연마 매트릭스의 총 중량을 기준으로, 전형적으로 1 내지 25 중량%, 더욱 전형적으로 4 내지 10 중량%의 양으로 함유한다. 연삭 보조제는, 일반적으로 절단 계면의 온도를 감소시킴으로써 절삭 휠의 절단 특징을 개선하도록 첨가된다. 연삭 보조제는 단일 입자 또는 연삭 보조제 입자들의 응집체의 형태일 수 있다. 정밀하게 형상화된 연삭 보조제 입자의 예는 미국 특허 출원 공개 제2002/0026752 A1호(Culler 등)에 교시된다.

일부 실시 형태에서, 접합된 연마 매트릭스는, 예를 들어, 미국 일리노이주 시카고 소재의 UNIVAR USA, Inc.로부터의 SANTICIZER 154 PLASTICIZER로 입수가능한 것과 같은 가소제를 함유한다.

본 발명에 따른 접합된 연마 물품은, 다른 구성요소의 중량 범위 요건이 충족되는 것을 조건으로, 예를 들어 충전제 입자와 같은 추가 구성요소를 함유할 수 있다. 공간을 점유하고/하거나 다공성을 제공하기 위해 충전제 입자가 첨가될 수 있다. 다공성은 접합된 연마 물품이, 사용되거나 마모된 연마 입자를 탈락시켜 새로운 또는 닳지 않은 연마 입자를 노출시킬 수 있게 한다. 본 발명에 따른 접합된 연마 물품(예를 들어, 휠)은 임의의 범위의 다공도; 예를 들어, 약 1 부피% 내지 50 부피%, 전형적으로 1 부피% 내지 40 부피%를 갖는다. 충전제의 예에는 버블 및 비드(예를 들어, 유리, 세라믹(알루미나), 점토, 중합체, 금속), 코르크, 석고, 대리석, 석회암, 플린트, 실리카, 알루미늄 실리케이트, 및 이들의 조합이 포함된다.

페놀계 결합제에 대한 연마 입자의 접착력을 향상시키기 위해 연마 입자들 중 적어도 일부는 커플링제로 표면 처리될 수 있다. 일 실시 형태에서, 연마 입자는 경화성 페놀 수지(들)와 조합하기 전에 처리될 수 있다. 그러한 처리는 도 2에 예시된 바와 같이 코팅(50)의 형태일 수 있다.

카테콜은 페놀 수지를 위한 베이스 화합물인 페놀과 유사한 구조를 갖는다. 도 3은 중합된 카테콜계 수지를 생성하기 위한 화학 반응(300)을 예시한다. 촉매(330)를 사용하여 카테콜계 화합물(310)을 포름알데하이드(320)와 반응시켜 교호 사슬 공중합체(340)를 형성한다. 카테콜계 화합물(310)은 4개의 비특이적 작용기, R₁, R₂, R₃, 및 R₄를 갖는 것으로 예시된다. 이들 기 중 적어도 2개는 중합을 용이하게 하기 위해 수소 원자여야 한다. 본 명세서의 실시예 및 방법은 본 명세서에서 카테콜로 지칭되는 오르토 다이하이드록실-벤젠을 사용하여 얻은 결과를 기재하지만, 다른 베이스 화합물이 가능하다는 것이 명백히 고려된다. 반응(300)은 산 또는 염기성 촉매를 사용하여 촉매될 수 있다. 반응 시간을 감소시키거나 반응 속도를 증가시키기 위해 열이 또한 제공될 수 있다.

카테콜 수지는 산성 또는 염기성 촉매의 존재 하에 카테콜 및 포름알데하이드를 사용한 통상적인 단계적 성장 중합에 의해 제조될 수 있다. 합성된 수지는 연마 입자 상에 코팅하기 쉽고, 접합된 물품 매트릭스를 형성하는 페놀계 결합 수지와 고도로 상용성이다. 반응 시 포름알데하이드가 카테콜에 비해 (몰 비로) 과량으로 충전되는 경우, 레졸 유형 카테콜 수지가 생성되며 재료를 열경화성 시스템으로 만들기 위해 추가적인 가교결합제가 필요하지 않다. 다른 한편, 과량의 카테콜이 사용된 경우, 노볼락 유형 카테콜 수지가 생성되며, 이는 경화된 네트워크 구조를 형성하기 위해 가교결합제를 필요로 한다. 헥사메틸렌 테트라민(HEXA)이 하나의 예시적인 경화제이지만, 다른 것들이 가능하다. 카테콜 수지는 전형적인 페놀계 결합 수지와 화학 결합 및/또는 공유 결합을 형성하면서 연마 그레인과 강한 결합을 형성할 수 있다. 결과적으로, 수지 코팅된 그레인이 접합된 연마 물품을 제조하는 데 사용되는 경우, 연마재와 매트릭스 수지 사이의 결합 강도를 향상시킴으로써 전체 성능을 개선할 수 있다. 카테콜 모이어티는 알루미나 또는 지르코니아와 같은 금속 산화물로부터 제조된 연마 그레인에 특히 중요하다.

생성되는 교호 공중합체는 초기 투입에 따라 카테콜 또는 메틸올 작용기로 종결될 수 있다. 카테콜이 몰 과량으로 제공되는 경우, 공중합체는 카테콜 작용기로 종결되어 카테콜 노볼락 수지가 생성된다. 일 실시 형태에서, 카테콜 노볼락 수지는 카테콜:포름알데하이드가 1:1 내지 2:1이 되도록, 1 내지 2의 포름알데하이드에 대한 카테콜의 바람직한 몰비로부터 형성된다. 반대로, 포름알데하이드가 몰 과량으로 제공되는 경우, 공중합체는 메틸올 기로 종결되어 카테콜 레졸 수지가 생성된다. 일 실시 형태에서, 카테콜 레졸 수지는 1:1 내지 2:1의 포름알데하이드 대 카테콜의 바람직한 몰비로부터 형성된다. 메틸올 기는 상당히 더 반응성이어서, 고체로 경화될 수지-유사 중합체를 생성한다. 카테콜-종결 중합체는 여전히 고체로 경화될 수 있지만, 경화제를 필요로 할 것이다. 헥사메틸렌테트라민이 사용될 수 있는 하나의 촉매이지만, 다이알데하이드(예컨대 글리옥살(에탄다이알), 글루타르산 다이알데하이드), 푸르푸릴 알코올, 및 멀티메틸올 화합물(예컨대, 2,6-비스(하이드록시메틸)-p-크레졸)과 같은 다른 것들이 또한 가능하다.

포름알데하이드와 중합된 카테콜 또는 카테콜-유사 분자는 페놀 수지와 구조가 유사하다. 페놀 수지를 형성하기 위한 중합 반응이 도 4에 예시되어 있다. 페놀(410)은 포름알데하이드(420)와 반응하여 공중합체(440)를 형성한다. 포름알데하이드가 몰 과량으로 제공되는 경우, 레졸 페놀(450)이 형성된다. 페놀이 몰 과량으로 제공되는 경우, 노볼락 페놀(460)이 형성된다. 카테콜 중합 반응과 유사하게, 페놀 수지는 더 빠른 반응 속도를 위해 산성 또는 염기성 촉매를 사용하여 그리고 가열 하에 형성될 수 있다.

연마 입자와 페놀 수지 매트릭스 사이의 결합을 증가시키기 위해, 카테콜 중합체는 연마 입자를 위한 코팅으로서 사용될 수 있다. 카테콜 코팅된 연마 입자는 0.1 중량% 이상의 카테콜 수지, 또는 약 0.5 중량% 이상의 카테콜 수지, 또는 약 1 중량% 이상의 카테콜 수지, 또는 약 2 중량% 이상의 카테콜 수지, 또는 약 3 중량% 이상의 카테콜 수지, 또는 약 4 중량% 이상의 카테콜 수지, 또는 약 5 중량% 이상의 카테콜 수지를 함유할 수 있다.

도 5는 본 명세서에 기재된 실시 형태에 따른 접합된 연마 물품을 형성하는 방법을 예시한다. 방법(500)은 수지 접합된 연마 물품을 형성하는 데 유용할 수 있다.

블록(510)에서, 연마 입자가 제조된다. 연마 입자는 파쇄된 연마 입자를 포함할 수 있으며, 이 경우 연마 입자를 제조하는 단계는 연마 입자를 크기별로 스크리닝하는 것을 포함할 수 있다. 연마 입자는 또한 전술한 방법을 사용하여 제조될 수 있는 형상화된 연마 입자를 포함할 수 있다.

블록(520)에서, 카테콜 수지가 제조될 수 있다. 카테콜 수지는 카테콜(522), 포름알데하이드(524) 및 촉매(526)를 조합함으로써 제조된다. 블록(520)에서의 제조는, 포름알데하이드(524) 또는 카테콜(522)이 몰 과량으로 존재하는지 여부에 따라, 레졸 형태 카테콜 수지 또는 노볼락 형태 카테콜 수지를 형성할 수 있다. 일부 실시 형태에서 카테콜 수지는 원위치에서(in situ) 형성될 수 있다.

블록(530)에서, 카테콜 수지는 연마 입자의 실질적으로 전체 표면 상에서 카테콜 수지 코팅이 달성되도록 연마 입자와 조합된다. 일부 실시 형태에서, 이는 용매(532) 중에서 카테콜 수지 및 연마 입자를 조합함으로써 달성된다. 용매를 제거하거나 카테콜 수지의 완전한 경화를 가능하게 하기 위해 건조 기간(534)이 필요할 수 있다. 코팅을 돕기 위해 다른 재료(536)가 사용될 수 있다. 노볼락 형태 카테콜 수지의 경우, 연마 입자 상에 코팅을 제공하도록 카테콜 수지의 충분한 촉매 작용을 위해 산성 또는 염기성 조건에서 혼합이 일어날 필요가 있을 수 있다. 수지는 총 그레인 중량에 대한 중량 백분율로서 0.001 내지 0.50 중량%로 적용될 수 있다. 예를 들어, 수지는 총 그레인 중량에 대한 중량 퍼센트가 0.001 중량% 이상, 0.01 중량% 이상, 0.1 중량% 이상, 0.15 중량% 이상, 0.20 중량% 이상, 0.25 중량% 이상, 0.30 중량% 이상, 0.35 중량% 이상, 0.40 중량% 이상, 0.45 중량% 이상 또는 0.50 중량% 이상일 수 있다.

블록(540)에서, 코팅된 연마 물품은 수지 결합제와 혼합된다. 수지 결합제는 레졸 페놀계 결합제(542), 노볼락 페놀계 결합제(544), 또는 레졸 페놀계 결합제와 노볼락 페놀계 결합제의 조합일 수 있다. 첨가제(546)가 존재할 수 있다. 예를 들어, 접합된 연마 물품의 가공성 또는 성능의 기능성을 제공하거나 개선하기 위해 파라핀 오일, 또는 다른 윤활유가 결합제 혼합물에 첨가될 수 있다. 충전제, 2차 연마 입자 또는 다른 재료(549)를 포함하는 다른 첨가제가 또한 존재할 수 있다. 또한, 수지 결합제가 노볼락 결합제인 실시 형태에서, 결합제가 경화하기 위해 가교결합제(548)가 필요할 수 있다.

블록(550)에서, 연마 물품이 형성된다. 연마 물품을 형성하는 단계는 수지-연마 입자 혼합물을 원하는 형상으로 형성하는 단계를 포함한다. 이는 압력(554)의 적용을 포함할 수 있다. 원하는 형상을 생성하기 위해 주형이 또한 사용될 수 있다. 접합된 연마 물품의 하나 이상의 면 상에 스크림(552)이 배치될 수 있다. 결합제의 완전한 경화는 열(556)의 적용을 필요로 할 수 있다.

도 6은 본 명세서에 기재된 실시 형태에 따른 접합된 연마 물품의 구성요소의 블록도를 예시한다. 접합된 연마 물품(600)은 복수의 연마 입자(610)로 형성된다. 연마 입자는 관련 형상(612)을 가질 수 있다. 형상은 삼각형 형상 또는 사다리꼴 형상의 입자와 같이 정밀하게 선택된 형상일 수 있다. 그러나, 다른 형상이 또한 명백하게 고려된다. 형상(612)은 또한 입자들 사이에서 상이할 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 상이한 크기의 입자가 존재할 수 있다. 또한, 정밀하게 형상화된 입자는 파쇄된 입자 또는 판상 입자와 조합하여 존재할 수 있다. 각각의 연마 입자(610)는 조성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 연마 입자는 산화알루미늄을 포함한다. 그러나, 다른 금속 산화물이 또한 다른 실시 형태에 대해 구상된다. 또한, 연마 입자는 둘 이상의 상이한 조성으로 접합된 연마 물품(600) 내에 존재할 수 있다. 개별 입자(610)는 또한 제1 조성 및 제2 조성, 예를 들어 지르코니아로 도핑된 알파 알루미나, 또는 다른 적합한 조합을 가질 수 있다.

연마 입자들 중 적어도 일부는 코팅(616)을 갖는다. 일 실시 형태에서, 코팅은 카테콜계 중합체 수지일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 코팅은 포름알데하이드와 반응된 카테콜-유사 베이스 화합물을 갖는 중합체성 코팅이다. 코팅은 레졸 유형 코팅 또는 노볼락 유형 코팅일 수 있다. 예를 들어, 카테콜-유사 베이스 화합물은 다음 중 임의의 것일 수 있다: 예를 들어, 도파민, 4-플루오로카테콜, 4-메틸카테콜, 4-클로로카테콜, 4-브로모카테콜, 1,2-다이하이드록시나프탈렌, 2,3-다이하이드록시나프탈렌, 1,2,4-트라이하이드록시벤젠, 3-메톡시카테콜, 3,4-다이하이드록시벤즈알데하이드, 4-tert-부틸피로카테콜, 3,4-다이하이드록시벤조니트릴, 2,3-다이하이드록시벤즈알데하이드, 3',4'-다이하이드록시아세토페논, 3,4-다이하이드록시벤질 알코올, 3,4-다이하이드록시벤조페논, 4-니트로카테콜, 노르다이하이드로구아이아레트산, 메틸 3,4-다이하이드록시벤조에이트, 4-알릴피로카테콜, 소듐 6,7-다이하이드록시나프탈렌-2-설포네이트, 3,5-다이-tert-부틸카테콜, 2-(3,4-다이하이드록시페닐)에틸 알코올, 3,4-다이하이드록시벤조산, 타이론 일수화물, 피로갈롤, 타닌산, 갈산, 5-메틸피로갈롤, 2,3,6,7,10,11-헥사하이드록시트라이페닐렌, 헥사하이드록시벤젠, 3,4,5-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 2,3,4-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 및 2,3,4,4'-테트라하이드록시다이페닐메탄. 전술한 것들 중에서, 피로갈롤 기를 함유하는 표면 처리제의 예는 피로갈롤, 타닌산, 갈산, 5-메틸피로갈롤, 2,3,6,7,10,11-헥사하이드록시트라이페닐렌, 헥사하이드록시벤젠, 3,4,5-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 2,3,4-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 및 2,3,4,4'-테트라하이드록시다이페닐메탄을 포함한다.

접합된 연마 물품(600)은 또한 결합제 재료(610)를 포함한다. 결합제(610)는 페놀계 수지(612)이며, 다른 첨가제(614), 예컨대 충전제 재료를 포함할 수 있다. 페놀계 수지는 일 실시 형태에서 레졸 유형 수지 또는 노볼락 유형 수지일 수 있다.

접합된 연마 물품(600)은 또한 연삭 보조제, 윤활제, 또는 다공성 형성 첨가제와 같은 다른 재료 또는 첨가제(620)를 포함할 수 있다.

도 7은 예시적인 접합된 연마 물품을 예시한다. 물품(700)은 절삭 휠이다.

본 발명에 따른 접합된 연마 휠은 예를 들어, 절삭 휠 및 연마 산업 타입(Type) 27(예를 들어, 문헌[American National Standards Institute standard ANSI B7.1-2000 (2000) in section 1.4.14]에서와 같이) 중심-함몰형 연삭 휠로서 유용하다.

절삭 휠은 전형적으로 두께가 0.80 밀리미터(mm) 내지 16 mm, 더욱 전형적으로 1 mm 내지 8 mm이며, 전형적으로 직경이 2.5 cm 내지 100 cm, 더욱 전형적으로 약 7 cm 내지 13 cm이지만, 다른 치수가 또한 사용될 수 있다(예를 들어, 직경이 100 cm만큼 큰 휠이 알려져 있다). 절삭 휠을 전동 공구에 부착시키기 위해 선택적인 중심 구멍이 사용될 수 있다. 존재할 경우, 중심 구멍은 전형적으로 직경이 0.5 cm 내지 2.5 cm이지만, 다른 크기가 사용될 수 있다. 선택적인 중심 구멍은, 예를 들어 금속 플랜지(flange)에 의해, 보강될 수 있다. 대안적으로, 기계적 고정구가 절삭 휠의 한쪽 표면에 축방향으로 고정될 수 있다. 예에는 나사가공된 포스트(post), 나사가공된 너트, 티네르만 너트(Tinnerman nut), 및 베이오넷 마운트 포스트(bayonet mount post)가 포함된다.

선택적으로, 본 발명에 따른 접합된 연마 휠, 특히 절삭 휠은, 예를 들어, 접합된 연마 휠의 1개 또는 2개의 주 표면 상에 배치되거나 또는 접합된 연마 휠 내에 배치된, 접합된 연마 휠을 보강하는 스크림 및/또는 배킹(backing)을 추가로 포함할 수 있다. 예에는, 종이, 중합체성 필름, 금속 포일, 가황 처리된 섬유, 합성 섬유 및/또는 천연 섬유 부직물(예컨대, 로프티 오픈(lofty open) 부직 합성 섬유 웨브 및 멜트스펀(meltspun) 스크림), 합성 및/또는 천연 섬유 편물, 합성 섬유 및/또는 천연 섬유 직물(예컨대, 직조된 유리 천/스크림, 직조된 폴리에스테르 천, 이들의 처리된 변형물, 및 이들의 조합)이 포함된다. 적합한 다공성 보강 스크림의 예에는, 예를 들어 멜트스펀, 멜트 블로운(melt blown), 웨트 레이드(wet-laid), 또는 에어 레이드(air-laid)될 수 있는, 다공성 유리섬유 스크림 및 다공성 중합체성 스크림(예컨대, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리이미드, 및/또는 폴리우레탄을 포함함)이 포함된다. 일부 경우에, 섬유가 절삭 휠에 걸쳐 균질하게 분산되도록, 결합 매질 내에 보강 스테이플 섬유를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

본 명세서에서 기재된 다양한 보강 부재(예컨대, 스크림 및 배킹)의 다공성 및 평량의 선택은 연마재 기술 분야의 숙련자의 역량 내에 있으며, 전형적으로 의도된 사용에 따라 좌우된다.

본 발명에 따른 접합된 연마 물품(예를 들어, 연삭 휠 및 절삭 휠)은 일반적으로 성형 공정에 의해 제조된다. 성형 동안, 액체 유기 전구체 결합제 재료, 분말형 무기 전구체 결합제 재료, 분말형 유기 전구체 결합제 재료, 또는 이의 조합이 연마 입자와 혼합된다. 일부 경우에, 액체 매질(수지 또는 용매)이 먼저 연마 입자에 적용되어 연마 입자의 외부 표면을 습윤화하고, 이어서 습윤화된 입자가 분말형 매질과 혼합된다. 본 발명에 따른 접합된 연마 물품(예를 들어, 접합된 연마 휠)은 압축 성형, 사출 성형 또는 트랜스퍼 성형 등에 의해 제조될 수 있다. 성형은 열간 또는 냉간 프레싱, 또는 당업자에게 알려진 임의의 적합한 방식에 의해 행해질 수 있다.

유기 결합제 전구체 재료의 경화 온도는 선택된 재료 및 접합된 연마 물품 유형 및 설계(예를 들어, 휠 설계)에 따라 달라질 것이다. 적합한 조건의 선택은 당업자의 역량 내에 있다. 페놀계 결합제에 대한 예시적인 조건은 실온에서 4 인치 직경당 약 20 톤 (244 ㎏/㎠)의 압력을 가한 후 유기 결합제 전구체 재료를 경화시키기에 충분한 시간 동안 온도를 최대 약 185℃로 가열하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 접합된 연마 휠은 예를 들어 작업물을 연마하는 데 유용하다. 예를 들어, 이는 작업물에 대한 열 손상을 피할 수 있는 비교적 낮은 작업 온도를 유지하면서 우수한 연삭 특징을 나타내는 연삭 또는 절삭 휠로 형성될 수 있다.

절삭 휠은, 예를 들어, Ingersoll-Rand, Sioux, Milwaukee, 및 미국 노스캐롤라이나주 에이펙스 소재의 Apex Brands로부터 입수가능한 것들과 같은 임의의 직각 연삭 공구에서 사용될 수 있다. 공구는 일반적으로 약 1000 내지 50000 RPM의 속도로 전기식 또는 공압식으로 구동될 수 있다.

사용 중에, 접합된 연마 휠은 건식 또는 습식으로 사용될 수 있다. 습식 연삭 중에, 휠은 물, 오일-기반 윤활제, 또는 물-기반 윤활제와 함께 사용된다. 본 발명에 따른 접합된 연마 휠은, 예를 들어 탄소강 시트 또는 바 스톡(bar stock) 및 더욱 이종의 금속(more exotic metal)(예컨대, 스테인리스강 또는 티타늄)과 같은 다양한 작업물 재료에, 또는 더 연성의 더 많은 철을 함유한 금속(예컨대, 연강, 저합금강, 또는 주철)에 특히 유용할 수 있다.

접합된 연마 물품이 제공된다. 접합된 연마 물품은, 각각의 입자가 한 쪽 면 상에 카테콜-유사 중합체 수지의 코팅을 갖는, 복수의 연마 입자를 포함한다. 접합된 연마 물품은 접합된 연마 물품의 접합된 연마 매트릭스를 형성하는 페놀 수지 결합제를 또한 포함한다. 복수의 연마 입자는 페놀계 결합제 내에 보유된다.

접합된 연마 물품은 페놀계 결합제가 레졸 페놀계 결합제를 포함하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 페놀계 결합제가 노볼락 페놀계 결합제를 포함하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 페놀계 결합제가 노볼락 페놀계 성분과 레졸 페놀계 성분 둘 모두를 포함하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 카테콜-유사 중합체 수지가 다이하이드록실벤젠 및 포름알데하이드 단량체로부터 형성된 카테콜 중합체이도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 카테콜 중합체가 레졸-유형 수지이도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 카테콜 중합체가 노볼락-유형 수지이도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 카테콜-유사 중합체가 교호 공중합체를 포함하고, 교호하는 단량체들 중 하나는 추가 작용기를 갖는 카테콜-유형 분자를 포함하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 카테콜-유사 중합체가 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체를 포함하도록 구현될 수 있다: 예를 들어, 도파민, 4-플루오로카테콜, 4-메틸카테콜, 4-클로로카테콜, 4-브로모카테콜, 1,2-다이하이드록시나프탈렌, 2,3-다이하이드록시나프탈렌, 1,2,4-트라이하이드록시벤젠, 3-메톡시카테콜, 3,4-다이하이드록시벤즈알데하이드, 4-tert-부틸피로카테콜, 3,4-다이하이드록시벤조니트릴, 2,3-다이하이드록시벤즈알데하이드, 3',4'-다이하이드록시아세토페논, 3,4-다이하이드록시벤질 알코올, 3,4-다이하이드록시벤조페논, 4-니트로카테콜, 노르다이하이드로구아이아레트산, 메틸 3,4-다이하이드록시벤조에이트, 4-알릴피로카테콜, 소듐 6,7-다이하이드록시나프탈렌-2-설포네이트, 3,5-다이-tert-부틸카테콜, 2-(3,4-다이하이드록시페닐)에틸 알코올, 3,4-다이하이드록시벤조산, 타이론 일수화물, 피로갈롤, 타닌산, 갈산, 5-메틸피로갈롤, 2,3,6,7,10,11-헥사하이드록시트라이페닐렌, 헥사하이드록시벤젠, 3,4,5-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 2,3,4-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 및 2,3,4,4'-테트라하이드록시다이페닐메탄. 전술한 것들 중에서, 피로갈롤 기를 함유하는 표면 처리제의 예는 피로갈롤, 타닌산, 갈산, 5-메틸피로갈롤, 2,3,6,7,10,11-헥사하이드록시트라이페닐렌, 헥사하이드록시벤젠, 3,4,5-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 2,3,4-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 및 2,3,4,4'-테트라하이드록시다이페닐메탄을 포함한다.

접합된 연마 물품은 카테콜 코팅이 복수의 연마 입자의 각각의 0.1 중량% 이상을 구성하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 카테콜 코팅이 복수의 연마 입자의 각각의 약 1% 내지 약 5%를 구성하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 연마 입자가 산화알루미늄을 포함하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 연마 입자가 알파 알루미나를 포함하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 연마 입자가 산화지르코늄을 포함하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품은 접합된 연마 매트릭스가 중심 구멍 주위에 배치된 환형부를 포함하도록 구현될 수 있다.

접합된 연마 물품을 형성하는 방법이 제공된다. 본 방법은 연마 입자를 제공하는 단계를 포함한다. 본 방법은 연마 입자를 카테콜-유형 수지로 코팅하는 단계를 또한 포함한다. 본 방법은 코팅된 연마 입자를 페놀 수지 결합제와 조합하여 접합된 물품 혼합물을 형성하는 단계를 또한 포함한다. 본 방법은 접합된 물품 혼합물을 형상화된 접합된 연마 물품 전구체로 형성하는 단계를 또한 포함한다. 본 방법은 접합된 연마 물품을 형성하도록 접합된 연마 물품 전구체를 경화시키는 단계를 또한 포함한다.

본 방법은 카테콜-유사 단량체를 포름알데하이드와 반응시킴으로써 카테콜-유형 수지 코팅을 형성하는 단계를 또한 포함할 수 있다.

본 방법은 반응이 카테콜-유사 단량체와 포름알데하이드를 산성 또는 염기성 촉매의 존재 하에 반응시키는 것을 포함하도록 구현될 수 있다.

본 방법은 카테콜-유사 단량체가 추가 작용기를 갖는 카테콜을 포함하도록 구현될 수 있다.

본 방법은 포름알데하이드가 몰 과량으로 제공되도록 구현될 수 있다.

본 방법은 카테콜-유사 단량체가 몰 과량으로 제공되도록 구현될 수 있다.

본 방법은 카테콜-유사 단량체가 카테콜이도록 구현될 수 있다.

본 방법은 코팅이 레졸-유형 카테콜-유형 수지이도록 구현될 수 있다.

본 방법은 코팅이 노볼락-유형 카테콜-유형 수지이도록 구현될 수 있다.

본 방법은 코팅이 연마 입자의 약 1 중량% 내지 5 중량%를 구성하도록 구현될 수 있다.

본 방법은 연마 입자가 산화알루미늄을 포함하도록 구현될 수 있다.

본 방법은 연마 입자가 산화지르코늄을 포함하도록 구현될 수 있다.

본 방법은 연마 입자가 형상화된 연마 입자이도록 구현될 수 있다.

본 방법은 접합된 연마 물품 혼합물을 형성하는 단계가 접합된 물품 혼합물의 적어도 일부에 압력을 가하는 단계를 포함하도록 구현될 수 있다.

본 방법은 접합된 연마 물품 전구체를 경화시키는 단계가 접합된 연마 물품 전구체를 가열하는 단계를 포함하도록 구현될 수 있다.

금속 산화물계 연마 입자 및 연마 입자의 면을 덮는 카테콜계 공중합체 수지 코팅을 포함하는 연마 입자가 제공된다.

연마 입자는 금속 산화물이 알파 알루미나이도록 구현될 수 있다.

연마 입자는 알파 알루미나 연마 입자가 형상화된 연마 입자이도록 구현될 수 있다.

연마 입자는 카테콜계 공중합체가 노볼락-유형 수지이도록 구현될 수 있다.

연마 입자는 카테콜계 공중합체가 레졸-유형 수지이도록 구현될 수 있다.

연마 입자는 코팅이 연마 입자의 실질적으로 모든 면을 덮도록 구현될 수 있다.

연마 입자는 코팅이 연마 입자의 10 중량% 미만을 구성하도록 구현될 수 있다.

연마 입자는 코팅이 연마 입자의 0.5 중량% 이상이도록 구현될 수 있다.

실시예

달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 실시예에서, 달리 명시되지 않는다면 그램은 "g"로 축약되고, 중량%는 총 중량을 기준으로 한 중량 퍼센트를 의미한다.

[표 1]

실시예 1 (수지 A: 0.15 중량% 카테콜 레졸 코팅)

250 mL 1구 둥근 바닥 플라스크에서, 74.58 g의 CE, 68.72 g의 FH (37%), 56.72 g의 탈이온수 및 5.42 g의 SH를 측정하였다. 혼합물을 자기 교반 막대로 교반하여 균질한 액체 혼합물을 제조하였다. 이어서, 용액을 45℃로 가열하고 45℃에서 24시간 동안 계속 교반하였다. 이것은 수지 A로 불리는 제조된 카테콜 수지 용액이다.

쿼트 유리병에서, 650 g의 연마 그레인, SAP를 측정하였다. 강철 블레이드(블레이드 크기: 80 mm X 20 mm)를 갖는 오버헤드 기계식 혼합기(IKA Eurostar 40 Digital)를 배치하여 그레인을 혼합하였다. 이어서, 기계식 혼합기(교반 rpm: 300)로 그레인을 계속 혼합하면서 피펫을 사용하여 1.95 g(0.15 중량%)의 제조된 카테콜 수지 용액을 그레인 표면 상에 적가하였다. 수지 용액의 첨가가 완료되면, 혼합물을 추가 5분 동안 계속 교반하여 그레인 표면을 고르게 코팅하였다. 처리된 그레인을 알루미늄 트레이로 옮기고 사용 전에 24시간 이상 동안 주위 조건 하에서 건조시켰다. 최종 그레인을 SAP-수지A로 지칭한다. 표 2는 실시예를 위한 그레인 및 수지 용액 조성물을 나타낸다.

RP(58 g) 혼합물을 650 그램의 SAP-수지A에 첨가하고 KitchenAid Commercial 혼합기(모델 KSM500PSSM)에서 혼합하였다. 이어서, 이 혼합물을 KitchenAid Commercial 혼합기(모델 KSM500PSSM)에서 294 그램의 PP와 조합하였다. 제2 혼합 단계의 중간에, 5.0 mL의 PO를 혼합물에 첨가하였다. 혼합물을 1일 동안 정치시킨 다음, 생성된 절삭 혼합물을 12 메시 스크린을 사용하여 체질하여 집합체(aggregate)를 제거하였다.

SCRIM2-M1을 5 인치(127 mm) 직경 x 1 인치(2.5 cm) 깊이의 금속 주형 공동의 하부에, 코팅된 쪽을 위로 하여 배치하였다. 주형은 내경이 23 mm였다. 이어서, 절삭 휠 충전 혼합물(38 g)을 코팅된 스크림의 상부에 배치하였다. 이어서, SCRIM2-M1을 충전 혼합물의 상부에, 코팅된 면을 아래로 하여 배치하였다. 123 mm 직경 종이 라벨을 SCRIM2-M1의 상부에 추가하였다. 금속 플랜지(폴란드 야스워 소재의 Lumet PPUH로부터의 28 mm x 22.45 mm x 1.2 mm)를 라벨의 상부에 배치하였다. 주형을 폐쇄하고 스크림-충전물-스크림 샌드위치를 50 톤(907 ㎏)의 하중으로 실온에서 2초 동안 프레싱하였다. 이어서, 절삭 휠 전구체를 주형으로부터 제거하였고 30시간(hr) 경화 사이클로, 즉, 75℃에서 2시간, 90℃에서 2시간, 110℃에서 5시간, 135℃에서 3시간, 188℃에서 3시간, 188℃에서 13시간, 그리고 이어서 2시간 동안 60℃로 냉각하여 스택으로 경화시켰다. 휠의 최종 두께는 1.8 mm였다. 총 5개의 휠에 대해 실시예 1의 4개의 복제물을 제조하였다.

[표 2]

실시예 2 (수지 B1: 0.25 중량% 노볼락 레졸 코팅)

절삭 휠을 제조하는 데 사용된 그레인이 SAP-수지B인 점을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다. 250 mL 1구 둥근 바닥 플라스크에 83.0 g의 CE, 45.9 g의 FH (37%), 71 g의 탈이온수 및 4.2 g의 OAD를 넣어서 수지 B를 제조하였다. 혼합물을 자기 교반 막대로 교반하여 균질한 액체 혼합물을 제조하였다. 이어서, 반응물을 90℃로 가열하고 90℃에서 8시간 동안 계속 교반하였다.

이어서, 기계식 혼합기(교반 rpm: 300)로 그레인을 계속 혼합하면서 피펫을 사용하여 3.25 g(0.25 중량%)의 제조된 카테콜 수지 B 용액을 그레인 표면 상에 적가하였다. 수지 용액의 첨가가 완료되면, 혼합물을 추가 5분 동안 계속 교반하여 그레인 표면을 고르게 코팅하였다. 처리된 그레인을 알루미늄 트레이로 옮기고 사용 전에 24시간 이상 동안 주위 조건 하에서 건조시켰다. 최종 그레인을 SAP-수지B1로 지칭한다. 표 2는 실시예를 위한 그레인 및 수지 용액 조성물을 나타낸다.

실시예 2에 따라 5개의 절삭 휠을 제조하였다.

실시예 2 (수지 B2: 0.35 중량% 노볼락 레졸 코팅)

기계식 혼합기(교반 rpm: 300)로 그레인을 계속 혼합하면서 피펫을 사용하여 4.55 g(0.35 중량%)의 제조된 카테콜 수지 B 용액을 그레인 표면 상에 적가한 점을 제외하고는 실시예 2를 반복하였다. 수지 용액의 첨가가 완료되면, 혼합물을 추가 5분 동안 계속 교반하여 그레인 표면을 고르게 코팅하였다. 처리된 그레인을 알루미늄 트레이로 옮기고 사용 전에 24시간 이상 동안 주위 조건 하에서 건조시켰다. 최종 그레인을 SAP-수지B2로 지칭한다. 표 2는 실시예를 위한 그레인 및 수지 용액 조성물을 나타낸다.

실시예 3에 따라 5개의 절삭 휠을 제조하였다.

비교예 A

SAP 그레인을 코팅되지 않은 상태로 남겨둔 점을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다. 비교예 A에 따라 5개의 절삭 휠을 제조하였다.

절단 시험 방법

0.12 인치(3 mm) 두께의 스테인리스 강의 40 인치(1 m) 길이 시트를 그의 주 표면이 수평에 대해 35도 각도로 경사진 상태로 고정시켰다. 가이드 레일(guide rail)을 경사진 시트의 하향으로 비스듬한 상부 표면을 따라 고정시켰다. DeWalt Model DWE431144N 4.5 인치(11.4 cm)/5 인치(12.7 cm) 절삭 휠 앵글 그라인더(angle grinder)를 가이드 레일에 고정하여 공구가 중력 하에 하향 경로로 안내되게 하였다. 평가를 위한 절삭 휠을 공구 상에 장착하여, 절삭 휠 공구가 중력 하에 레일을 따라 하향으로 내려가게 릴리즈되었을 때, 절삭 휠이 스테인리스 강 시트의 전체 두께와 마주하게 하였다. 절삭 휠 공구를 활성화시켜 절삭 휠을 10000 rpm으로 회전하게 하였고, 공구를 릴리즈하여 그것의 하강을 개시하게 하였으며, 60 초 후 스테인리스 강 시트에서의 최종 절삭의 길이를 측정하였다. 절삭 휠의 치수를 절단 시험 전 및 후에 측정하여 마모를 결정하였다. 1분 절단은 1분 만에 휠이 절단된 거리[mm]이다. 마모율[㎣/min]은 절단 시 휠의 부피 제거 속도이다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 카테콜 레졸 및 카테콜 노볼락 그레인 코팅은 모두 1분 절단을 유지하면서 마모율을 감소시킨다.

[표 3]

Claims

접합된 연마 물품으로서,
각각의 입자가 한 쪽 면 상에 카테콜-유사 중합체 수지의 코팅을 갖는, 복수의 연마 입자; 및
상기 접합된 연마 물품의 접합된 연마 매트릭스를 형성하는 페놀 수지 결합제를 포함하며, 상기 복수의 연마 입자는 페놀계 결합제 내에 보유되는, 접합된 연마 물품.
제1항에 있어서, 상기 페놀계 결합제는 레졸 페놀계 결합제를 포함하거나, 또는 상기 페놀계 결합제는 노볼락 페놀계 결합제를 포함하는, 접합된 연마 물품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카테콜-유사 중합체는 교호 공중합체를 포함하고, 교호하는 단량체들 중 하나는 추가 작용기를 갖는 카테콜-유형 분자를 포함하는, 접합된 연마 물품.
제3항에 있어서, 상기 카테콜-유사 중합체는, 도파민, 4-플루오로카테콜, 4-메틸카테콜, 4-클로로카테콜, 4-브로모카테콜, 1,2-다이하이드록시나프탈렌, 2,3-다이하이드록시나프탈렌, 1,2,4-트라이하이드록시벤젠, 3-메톡시카테콜, 3,4-다이하이드록시벤즈알데하이드, 4-tert-부틸피로카테콜, 3,4-다이하이드록시벤조니트릴, 2,3-다이하이드록시벤즈알데하이드, 3',4'-다이하이드록시아세토페논, 3,4-다이하이드록시벤질 알코올, 3,4-다이하이드록시벤조페논, 4-니트로카테콜, 노르다이하이드로구아이아레트산, 메틸 3,4-다이하이드록시벤조에이트, 4-알릴피로카테콜, 소듐 6,7-다이하이드록시나프탈렌-2-설포네이트, 3,5-다이-tert-부틸카테콜, 2-(3,4-다이하이드록시페닐)에틸 알코올, 3,4-다이하이드록시벤조산, 타이론(tiron) 일수화물, 피로갈롤, 타닌산, 갈산, 5-메틸피로갈롤, 2,3,6,7,10,11-헥사하이드록시트라이페닐렌, 헥사하이드록시벤젠, 3,4,5-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 2,3,4-트라이하이드록시벤즈알데하이드, 및 2,3,4,4'-테트라하이드록시다이페닐메탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 단량체를 포함하는, 접합된 연마 물품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 카테콜 코팅은 상기 복수의 연마 입자의 각각의 약 1% 내지 약 5%를 구성하는, 접합된 연마 물품.
접합된 연마 물품을 형성하는 방법으로서,
연마 입자를 제공하는 단계;
상기 연마 입자를 카테콜-유형 수지로 코팅하는 단계;
코팅된 연마 입자를 페놀 수지 결합제와 조합하여 접합된 물품 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 접합된 물품 혼합물을 형상화된 접합된 연마 물품 전구체로 형성하는 단계; 및
상기 접합된 연마 물품을 형성하도록 상기 접합된 연마 물품 전구체를 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
제6항에 있어서,
카테콜-유사 단량체를 포름알데하이드와 반응시킴으로써 카테콜-유형 수지 코팅을 형성하는 단계를 또한 포함하는, 방법.
제7항에 있어서, 반응은 상기 카테콜-유사 단량체와 포름알데하이드를 산성 또는 염기성 촉매의 존재 하에 반응시키는 것을 포함하는, 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅은 레졸-유형 카테콜-유형 수지이거나, 또는 노볼락-유형 카테콜-유형 수지인, 방법.
연마 입자로서,
금속 산화물계 연마 입자; 및
상기 연마 입자의 면을 덮는 카테콜계 공중합체 수지 코팅을 포함하는, 연마 입자.
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