ВОДОСТОЙКАЯ НАЖДАЧНАЯ БУМАГА С БУМАЖНОЙ ПОДЛОЖКОЙ Российский патент 2000 года по МПК B24D11/02 B24D3/20 B24D3/34 

Данное изобретение относится к производству наждачной бумаги и, в частности, к изготовлению наждачной бумаги с бумажной подложкой, конкретно водостойкой наждачной бумаги.

Такие материалы обычно включают бумажную подложку с зернистыми частицами, удерживаемыми при помощи модифицированной фенольной лаковой смолы, и аппретирующие покрытия. Применение модифицированного лака в качестве связующего придает материалу водостойкость. Однако было установлено, что в случае таких материалов требуется несколько часов для завершения отверждения связующего, что влечет за собой необходимость наличия большого запаса заготовок. Другая обработка для придания водостойкости сводится к использованию латекса каучука для пропитки субстрата. Вместо обычных лаков на основе модифицированной фенольной смолы для пропитки бумажных субстратов были также предложены радиационно-отверждаемые смолы. Однако УФ-облучение нельзя использовать для отверждения смол со стороны подложки. Кроме того, УФ-радиация характеризуется очень ограниченной проникаемостью и, если бумага заполнена в большой степени зернами (как это часто бывает), зерна отбрасывают тень для УФ-света, и отверждение не может быть однородным. Большие скорости отверждения могут быть достигнуты при применении облучения электронным пучком, который обладает большей проницаемостью, однако это облучение может разрушить бумагу, что приведет к получению изделия с пониженной внутренней прочностью и ухудшенной монолитностью.

Техническим результатом, обеспечиваемым водостойким абразивным изделием на бумажной подложке, согласно настоящему изобретению являются улучшенные водостойкость, гибкость и абразивные свойства изделия и возможность изготовления при времени отверждения, измеряемом секундами.

Общее описание изобретения
Согласно предпочтительному аспекту изобретения получают наждачную бумагу на бумажной подложке с гидрофобной радиационно-отверждаемой смолой и/или аппретирующим покрытием. Смолу выбирают таким образом, чтобы она проявляла гидрофобные свойства, что означает, что отвержденная поверхность является водостойкой и не разрушается водой.

Эта гидрофобность обусловлена или же повышена за счет добавления гидрофобной добавки к связующему, которая представляет собой силоксан с боковыми функциональными акрилатными группами.

Предпочтительным механизмом отверждения является УФ-облучение, которое может сопровождаться термообработкой после инициирования отверждения УФ-облучением. Это часто бывает желательным в тех случаях, когда полное УФ-отверждение ингибируется абразивными компонентами или же желательна большая глубина отверждения.

В случае применения в качестве источника радиационного отверждения пучка электронов часто является целесообразным предусмотреть, чтобы бумага, используемая в качестве подложки, была армирована синтетическими волокнами, которые являются устойчивыми к разрушению под воздействием облучения электронным пучком. Такая бумага часто обозначается как FRP и использование такой бумаги является предпочтительным аспектом, по меньшей мере, одного варианта данного изобретения.

Таким образом, водостойкая наждачная бумага на бумажной подложке согласно одному варианту изобретения содержит целлюлозную бумажную подложку, армированную, по меньшей мере, 5 вес.% синтетических полимерных волокон, стойких к действию пучка электронов.

Синтетические полимерные волокна устойчивы к облучению пучком электронов, это означает, что бумага, в которую они введены в количестве 10 вес.% или более, сохраняет, по меньшей мере, на 25 % больше свою прочность после облучения пучком электронов, чем целлюлозная бумага такого же состава, но не армированная волокнами. Волокна в промышленных видах FRP часто переплетаются с целлюлозными волокнами, а не лежат на поверхности бумаги. Таким образом, они увеличивают или изменяют прочность на разрыв бумаги. Такая бумага является широко известным промышленным продуктом и используется в различных областях.

Подробное описание изобретения
Состав связующего для связывания зерен и/или аппретирующих покрытий содержит смолу, которая отверждается, по меньшей мере, частично, под воздействием радиации, наиболее предпочтительно УФ-облучения. Такие смолы, которые обычно полимеризуются по свободнорадикальному механизму, включают эпоксиакрилаты, производные аминопласты, содержащие боковые a,b-ненасыщенные карбонильные группы, этилен-ненасыщенные соединения, производные изоциануратов, содержащие, по меньшей мере, одну боковую акрилатную группу, изоцианаты, содержащие, по меньшей мере, одну боковую акрилатную группу, уретанакрилаты, эпоксиноволаки и их смеси.

Акрилатсодержащие уретаны включают, например, диакриловые эфиры гидроксилсодержащих сложных или простых полиэфиров, полученных с использованием изоцианатов в качестве удлинителя. Акрилатсодержащие эпоксиды включают, например, диакриловые эфиры производных бисфенолов, например бисфенол А-эпоксиды. Типичные производные аминопластов содержат, по меньшей мере, 1,1 боковую a, b-ненасыщенную карбонильную группу. Подходящие этилен-ненасыщенные соединения включают мономерные или полимерные соединения, которые содержат атомы углерода, водорода и кислорода и, возможно, азота и галогенов. Атомы кислорода и азота, обычно, содержатся в простых эфирных, сложноэфирных, уретановых, амидных или мочевиновых группах. Типичные производные изоцианатов содержат, по меньшей мере, одну боковую акрилатную группу.

Примеры таких смол обычно получают реакцией акрилового мономера или олигомера (включая ди- или триакрилаты) с новолаком, эпоксидной смолой или уретановым полимером или олигомером. Свойства конечного продукта можно менять, изменяя соотношение компонентов. Обычно при получении связующего желательными свойствами являются твердость и жесткость.

Гидрофобные свойства связующего (смолы) могут быть усилены за cчет добавления (мет) акрилатных силанов и силоксанов с функциональными группами, придающими гидрофобность, и их смесей. Эпоксиакрилаты часто уже обладают определенной степенью гидрофобности, особенно те эпоксиакрилаты, которые являются жидкими и не требуют дополнительных растворителей для использования их в качестве связующего. Эти смолы имеют дополнительное преимущество в том, что во время отверждения нет необходимости в удалении растворителя. Один такой эпоксиакрилат доступен под торговым названием Ebecryl 3605 (UCB Radcure).

Если связующее отверждается под действием УФ-облучения, обычно для инициирования свободнорадикальной полимеризации обычно требуется фотоинициатор. Примеры подходящих фотоинициаторов включают бензофеноны, фосфиноксиды, нитрозо-соединения, галоидангидриды акриловых кислот, гидразоны, меркаптосоединения, соединения пириллия, триакрилимидазолы, бензимидазолы, хлоралкилтриазины, бензоиновые эфиры, бензилкетали, тиоксантоны, камфорхинон и производные ацетофенона. Можно также использовать катионные фотоинициаторы и примеры таких фотоинициаторов включают арилдиазоний, арилсульфоний, арилиодоний и соли ферроцения.

Часто желательными дополнительными компонентами являются термические инициаторы, так как их можно активировать теплом, выделяющимся во время отверждения, инициированного УФ-облучением, увеличивая тем самым степень или глубину отверждения и, возможно, устраняя необходимость в наличии стадий после отверждения. Подходящими термическими инициаторами являются азосоединения, имидазолы и органические перекиси, например перекиси диацилов, перекиси ацетилсульфонилов, диалкилпероксидикарбонаты, треталкилпероксиэфиры, 0,0-(треталкил)алкилмонопероксикарбонаты, ди(треталкилперокси)-кетали, ди(треталкил)перекиси, треталкилгидроперекиси и перекиси кетонов.

УФ-облучение обычно имеет длину волны между, примерно, 200 и 700 нм и, более предпочтительно, между, примерно, 250 и 400 нм. Оно может сопровождаться термообработкой, осуществляемой одновременно и последовательно с УФ-облучением.

Облучение электронным пучком, если оно используется, обычно предусматривает напряжение от примерно 150 кВ до 400 кВ, хотя некоторые сканирующие устройства для получения электронных пучков работают при напряжениях более 500 кВ. Обычное оборудование может генерировать электроны, проникающие в вещество с плотностью до, примерно, 750 гм/м².

Состав связующего приобретает или повышает свою гидрофобность за счет введения силана или силоксана, содержащего функциональные группы, которые способствуют тому, что силан или силоксан эффективно связывается со связующим, такие как гидроксильные или акрилатные функциональные группы, при этом общая гидрофобность сохраняется. Силанам присуща гидрофобность и поэтому они повышают водостойкость наждачной бумаги. Такой силан обычно вводится в аппретирующее покрытие, а дополнительные количества можно также вводить в отдельный слой покрытия, наносимый на аппретирующее покрытие. Это может быть сделано в сочетании с другими добавками, например антистатическими или антизасаливающими добавками, или абразивные добавки. Примером подходящего силана является гамма- метакрилоксипропилтриметоксисилан и примером силоксана, который может быть использован в этом качестве, является BYK-371, силоксан, содержащий боковые акрилатные группы, выпускаемый BYK Chemie.

Абразивный материал, соединяемый с подложкой для получения наждачной бумаги, согласно данному изобретению, может быть любым, используемым обычно в производстве наждачной бумаги. Он включает окись алюминия (и плавленный, и спеченный глинозем), карбид кремния, плавленная окись алюминия/окись циркония, кубический нитрид бора, алмазы и смеси любых двух или нескольких указанных выше веществ.

Как было объяснено выше, в случае, когда для отверждения применяют пучок электронов, предпочтительно использовать бумагу, армированную волокнами (такая армированная бумага обычно называется "FRP"). Подходящими армирующими волокнами для изготовления FRP являются полиэфирные, полиолефиновые, полиамидные, полиакрило-нитрильные, поликарбонатные, а также волокна из сополимеров на основе указанных веществ, и смеси таких волокон.

Коммерческие FRP обычно содержат около 10-40 вес.% армирующих полимерных волокон. Наиболее предпочтительные армирующие волокна получают из сложных полиэфиров, например полиэтилентерефталата или полиамидов, например найлона 66. Волокна обычно являются штапельными, но можно также применять переплетенные непрерывные волокна, хотя процесс изготовления FRP усложняется. Диаметр синтетических полимерных волокон обычно равен диаметру целлюлозных волокон, с которыми они переплетаются, но диаметр может быть несколько больше или меньше согласно данному изобретению.

Предпочтительные FRP, используемые в изделиях согласно данному изобретению, обычно содержат 10-40%, предпочтительно 15-30 вес.% синтетических волокон. Ясно, что чем толще волокна, тем выше содержание синтетического волокна.

Описание предпочтительных вариантов
Далее изобретение описано со ссылкой на следующие примеры, которые иллюстрируют изобретение, но никоим образом не ограничивают его объем.

На фиг.1 показана диаграмма, показывающая гидрофобность изделия согласно данному изобретению и сравнительные данные для изделия, не содержащего акрилированного производного силоксана.

Пример 1
Этот пример показывает свойства наждачной бумаги, изготовленной согласно данному изобретению, а также материалов, изготовленных без добавок, повышающих гидрофобность. Наждачная бумага была разрезана с получением дисков для испытаний по методике Schieffer.

Согласно этой методике. диск диаметром примерно 11,4 см прикрепляют в горизонтальном положении к подложке с использованием кольцевого зажимного приспособления. Деталь из алюминия 6061 затем приводят в соприкосновение с образцом с заданным постоянным усилием и вращают с заданным числом оборотов. В данном случае усилие равно 8 фунтов (35,43 Н), а число оборотов равно 200.

После окончания опыта измеряют и записывают разницу весов детали и диска.

Опыт проводили с дисками из следующих материалов:
Бумага: TPZ0702, A-бумага (Kimberly Clark)
Абразивное зерно: TGR 1920 (120 крошка SiC) или TGR 1910 (180 крошка SiC)
Основное покрытие: 80/20 смесь Ebecryl 3605/NVP; с 3% Darocure 1173 (фотоинициатор) 1% EMI 24 (термоинициатор)
Аппретирующее покрытие: Смесь, содержащая 24% Ebecryl 3700, 28% ICTA, 28% TMPTA и 20% TRPGDA с 3% Darocure 1173 (фотоинициатор) 4% BYK 371;
или
Смесь, содержащая 24% Ebecryl 3700, 28% ICTA, 28% TMPTA и 20% TRPGDA с 3% Darocure 1173 (фотоинициатор).

Ebecryl 3605 представляет собой акрилированный эпоксидный олигомер, выпускаемый под этим названием UCB Radcure Inc.

NVP представляет собой N-винилпирролидон.

Darocure 1173 представляет собой фотоинициатор фирмы Ciba-Geigy.

EMI-24 представляет собой термоинициатор.

Ebecryl 3700 представляет собой акрилированный эпоксидный олигомер, выпускаемый под этим названием UCB Radcure Inc.

ICTA представляет собой трис(2-гидроксиэтил)изоцианурата триакрилат.

TMPTA представляет собой тетраметилолпропантриакрилат.

TRPGDA представляет собой диакрилат трипропиленгликоля.

BYK-371 представляет собой силоксан, содержащий боковые акрилатные группы, выпускаемый BYK Chemie.

Изготовление
Основные покрытия были осаждены на одной и той же линии, движущейся со скоростью 10 фут/мин (3,1 м/мин), и отверждены с использованием "D" лампочки. Аппретирующее покрытие было получено с помощью валковой машины для нанесения покрытий и было отверждено при помощи "D" лампочки во время движения линии со скоростью 50 фут/мин (15,5 м/мин).

Количества, осажденные в каждом случае, приведены в таблице 1.

Результаты испытаний полученных изделий по Schieffer приведены ниже в таблице 2.

Для определения гидрофобности наждачной бумаги по изобретению угол контакта с водой поверхности с аппретирующим покрытием по сравнительному примеру сравнивают с соответствующим показателем поверхности с аппретирующим покрытием по изобретению.

Результаты показаны на фиг. 1.

Вышеуказанные результаты показывают, что введение добавки BYK-371 значительно повышает отношение срез/потеря для бумаги с крошкой обоих размеров. Это также коррелируется со значительным увеличением гидрофобности, о чем свидетельствует величина угла контакта с водой.

Водостойкую наждачную бумагу изготавливают с использованием основного и/или аппретирующего покрытия, включающих радиационно-отверждаемое связующее, которое после полимеризации является гидрофобным. Связующее (смола) может быть отверждено под действием ультрафиолетового облучения или облучения пучком электронов. Смола представляет собой жидкое эпоксиакрилатное связующее, а бумажная подложка - бумагу, армированную волокном. Смола может содержать дополнительную добавку, выбранную из группы, включающей (мет)акрилатные силаны и силоксаны с функциональными группами и их смеси. Смола может быть использована как в основном, так и в аппретирующем покрытии. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Наждачная бумага на бумажной подложке, включающая основное и/или аппретирующее покрытие из гидрофобной радиационно отверждаемой смолы, отличающаяся тем, что смола содержит силан или силоксан с боковыми акрилатными функциональными группами. 2. Наждачная бумага по п.1, отличающаяся тем, что гидрофобная смола отверждена под действием ультрафиолетового (УФ) облучения. 3. Наждачная бумага по п.1, отличающаяся тем, что смола отверждена под действием облучения пучком электронов. 4. Наждачная бумага по п.1, отличающаяся тем, что смола представляет собой жидкое эпоксиакрилатное связующее. 5. Наждачная бумага по п. 1, отличающаяся тем, что бумажная подложка представляет собой бумагу, армированную волокном. 6. Способ изготовления водостойкой наждачной бумаги на бумажной подложке, включающий нанесение на бумажную подложку последовательно основного покрытия, слоя абразивных частиц и аппретирующего покрытия, отличающийся тем, что, по меньшей мере, в основном или аппретирующем покрытии используют гидрофобную смолу, содержащую силан или силоксан с боковыми акрилатными функциональными группами, которую отверждают действием облучения, выбранного из группы, содержащей облучение пучком электронов и УФ-облучение. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что связующее дополнительно подвергают отверждению под действием нагревания. 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что гидрофобная смола представляет собой жидкую эпоксиакрилатную смолу. 9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что смола дополнительно содержит добавку, выбранную из группы, включающей (мет)акрилатные силаны и силоксаны с функциональными группами и их смеси. 10. Способ по п.6, отличающийся тем, что гидрофобную смолу используют как в основном, так и в аппретирующем покрытии.