專利名稱：具有改進(jìn)投射性的磨粒的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及在制備涂覆磨料方面具有改進(jìn)適宜性的磨粒。
涂覆磨料的通常制法是在底材上沉積一層可固化的粘合劑樹(shù)脂制劑(被稱為“構(gòu)造”涂層(＂maker＂coat))，然后再在未經(jīng)固化或者未經(jīng)完全固化的構(gòu)造涂層上沉積磨粒。然后對(duì)粘上磨粒的構(gòu)造涂層進(jìn)行部分固化或完全固化，隨后再施加另一層可固化的樹(shù)脂粘合劑(“上膠”涂層(＂size＂coat))將磨粒覆蓋住。該上膠涂層固化后是用來(lái)當(dāng)涂覆磨粒使用時(shí)將其保持在位。
本發(fā)明主要涉及用來(lái)在構(gòu)造涂層上沉積磨粒的技術(shù)。存在兩種基本的方法一種是磨粒通過(guò)重力作用落到構(gòu)造涂層表面上；另一種是將磨粒射到構(gòu)造涂層表面上。后一種技術(shù)得到了最廣泛的使用，投射力在本性上是靜電力。將磨粒放在床或盤上，使具有構(gòu)造涂層的底材(構(gòu)造涂層面朝下)從床上方經(jīng)過(guò)。在底材背面的板(直接在床上方)和床本身下面的板之間施加靜電電位差。磨粒就帶電，因此射向構(gòu)造涂層并粘合在上面。該技術(shù)通常被稱為UP沉積。
理論就是這樣，它對(duì)于許多磨粒都是相當(dāng)有效的。但是有一些磨粒(特別例如是氧化鋁/氧化鋯磨粒)在所帶電荷量及電荷保持時(shí)間這兩方面非常容易受到空氣中濕氣含量的影響。已知可用諸如氯化鎂之類的鹽處理磨粒來(lái)提高其投射性(projectability)，但是即便這時(shí)濕氣影響仍是一個(gè)主要因素。通常的情況是若允許投射區(qū)的濕度變化，則在任何一次操作中，后來(lái)所沉積的磨粒量會(huì)不同于開(kāi)始時(shí)的磨粒量，要不就是磨粒覆蓋層呈斑駁狀。這一問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解決方法是只使用剛經(jīng)過(guò)處理的磨粒和/或在溫度和濕度受控制的環(huán)境中沉積磨粒。
該問(wèn)題的嚴(yán)重程度部分取決于磨粒的尺寸。顯然，磨粒越大，需要保持的使其能成功射出的電荷量就越大。對(duì)于氧化鋁/氧化鋯這樣具有24粒度尺寸(gritsize)或更粗的粒子而言，問(wèn)題的嚴(yán)重性似乎表現(xiàn)到了最大程度。
本發(fā)明提供了一種磨粒，它在一定的濕度條件范圍內(nèi)能保持較恒定的投射性。本發(fā)明還提供處理磨粒改進(jìn)其投射性的方法。盡管本發(fā)明具有廣泛適用性，但主要用于對(duì)濕氣敏感的磨粒，如氧化鋁/氧化鋯磨粒。
發(fā)明概述本發(fā)明提供具有改進(jìn)投射性的磨粒，該磨粒具有含導(dǎo)電性材料的第一表面涂層和位于該第一表面涂層上的第二表面涂層，該第二表面涂層包含選自硅酸鹽(酯)、有機(jī)硅烷和它們的混合物的含硅化合物。
作為第一表面涂層一個(gè)組分的導(dǎo)電性材料可以是碳材料，如炭黑或石墨或?qū)щ娦缘钠渌荚匦问健榱耸固几菀椎卣持谀チ１砻嫔?，?yōu)選的是以在有機(jī)粘合劑(如聚乙烯醇溶液)中的漿液形式施加碳。其它可用的粘合劑包括不飽和聚酯，如聚乙酸乙酯。
第二涂層通常包含硅酸鹽(酯)，如易于水解成硅酸的金屬硅酸鹽或有機(jī)硅酸鹽(酯)。最易獲得的硅酸鹽是堿金屬硅酸鹽，如硅酸鈉，其優(yōu)點(diǎn)是容易獲得、易分散于水且價(jià)廉。然而，也可使用硅酸烷基酯，如硅酸乙酯。含硅化合物或者可以是通常用作粘合控制劑或偶聯(lián)添加劑類型的有機(jī)硅烷。這些化合物通?？梢允琴?gòu)自Dow Corning Corporation的Z-6030，購(gòu)自Union Carbide Corporation的A-174和A-1100。一些最佳的有機(jī)硅烷是氨基硅烷，如A-1100。
優(yōu)選是在第一涂層干燥之前就在其上面施加第二涂層，這樣就無(wú)需中間的干燥階段。
構(gòu)成第一層的導(dǎo)電性碳涂層的量可以為磨粒重量的0.03％和更多，或許可以是磨粒重量的0.1％。然而，該用量?jī)?yōu)選是磨粒重量的0.04-0.08％。
第二涂層中沉積在磨粒上的硅酸鹽(酯)的量(以二氧化硅計(jì))優(yōu)選是磨粒本身重量的0.01-0.5％，更好是0.02-0.04％。
當(dāng)使用有機(jī)硅烷時(shí)，加入量?jī)?yōu)選是磨粒重量的0.05-0.2％，特別好是0.08-0.15％。
磨粒本身可以是目前使用的典型磨粒中的任一種，如熔凝氧化鋁或陶瓷氧化鋁、碳化硅和氧化鋁/氧化鋯。如前所述，已有技術(shù)中的問(wèn)題對(duì)于熔凝氧化鋁/氧化鋯磨粒最嚴(yán)重。在該熔凝混合物中氧化鋯的含量可以從約20重量％直至約43重量％的理論低共熔點(diǎn)組成。
附1示出了在第二涂層中硅酸鹽(酯)含量恒定的情況下磨?；钚噪S第一涂層中碳含量變化的關(guān)系。
圖2示出了在第一涂層中碳含量恒定的情況下磨?；钚噪S第二涂層中硅酸鹽(酯)含量變化的關(guān)系。
圖3是表示具有硅酸鹽(酯)第二涂層和有機(jī)硅烷第二涂層的磨粒的活性的條形圖。
較佳實(shí)施方案的描述現(xiàn)參考以下實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，這些實(shí)施例不應(yīng)理解成對(duì)本發(fā)明范圍作出了必然限制。
在實(shí)施例中，第一層的碳組分是炭黑粉末，選用的樣品由Cabot Corporation以商品名“Vulcan-XC72R”出售。所選磨粒是Norton Company以注冊(cè)商標(biāo)＂NORZON＂NZP出售的24粒度的氧化鋁/氧化鋯。
實(shí)施例1將7.5重量％的聚乙烯醇水溶液與炭黑混合，制備用于形成第一涂層的材料。處理的磨粒量為454克，第一涂層材料包含3.5克7.5％聚乙烯醇溶液、0.8克水和0.23克炭黑。將該混合物倒到磨粒上，在混合機(jī)中混合，在磨粒表面上獲得均勻涂層。
然后用含0.40重量％硅酸鈉的溶液處理涂覆磨粒。在第一涂層干燥之前將其倒入混合機(jī)中。在施加完第二涂層之后才進(jìn)行干燥。于100℃進(jìn)行干燥過(guò)夜。
然后計(jì)算“磨?；钚灾笖?shù)”，該指數(shù)的定義是“磨?；钚浴钡牡箶?shù)乘以20?！澳チ匣钚浴敝冈诠潭姾刹畹那闆r下固定量的磨粒要投射越過(guò)固定距離所需的秒數(shù)。因此磨料活性主要用作比較手段來(lái)表示投射性隨不同條件的變化，其測(cè)量方法如下。將已知重量的磨粒放在一對(duì)相對(duì)放置的板中的一塊板上，這一對(duì)板保持一定的標(biāo)準(zhǔn)距離且兩塊板之間以固定量的電位差(這里是14.5伏)進(jìn)行充電。連續(xù)地測(cè)量板表面上磨粒的重量，在兩塊板之間建立電位差。測(cè)量約2克磨粒投射越過(guò)兩塊板之間距離的時(shí)間。對(duì)于此特定實(shí)驗(yàn)，投射時(shí)間(磨粒活性)低于20秒被認(rèn)為是可以接受的。
測(cè)得的磨粒活性指數(shù)約為1.9，可接受的最小值約為0.9。因此，本發(fā)明的雙層涂層對(duì)于提供能在UP涂覆操作中投射的磨粒非常有效。
作為對(duì)本研究的擴(kuò)展，發(fā)明人進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，首先將第一層中炭黑含量保持恒定而變化第二層中硅酸鈉的含量。結(jié)果列于

圖1所示的圖中。
在第二層中硅酸鈉的含量保持恒定時(shí)，變化第一層中炭黑含量所得的結(jié)果不同。結(jié)果列于表2所示的圖中。綜合兩張圖表的結(jié)果表明，炭黑和硅酸鈉的最佳含量出現(xiàn)在約500ppm，對(duì)應(yīng)于0.05重量％碳和0.05重量％硅酸鈉(或者以二氧化硅計(jì)為約0.025％)。
實(shí)施例2本實(shí)施例中，對(duì)具有a)與實(shí)施例1所用相同的硅酸鈉第二涂層和b)磨粒重量的0.1％的氨基硅烷(＂A-1100＂)第二涂層的磨粒測(cè)量磨粒活性。這兩種情況下第一涂層與實(shí)施例1中所述完全相同，磨?；钚缘臏y(cè)試方法也一樣。
圖3所示的條形圖表明，氨基硅烷盡管不如硅酸鹽那么有效，但其獲得的涂覆磨粒投射性水平也令人滿意。此外，用氨基硅烷涂覆的磨粒具有增強(qiáng)的研磨性能，可能是因?yàn)樵撎砑觿┐龠M(jìn)了粘合劑與磨粒之間的粘合性。
權(quán)利要求
1.一種具有改進(jìn)投射性的磨粒，該磨粒上具有含導(dǎo)電性材料的第一表面涂層和位于該第一表面涂層上的第二表面涂層，該第二表面涂層包含選自硅酸鹽(酯)、氨基硅烷和它們的混合物的含硅化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于所述第一表面涂層中的導(dǎo)電性材料選自炭黑和石墨。
3.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于沉積在磨粒表面上導(dǎo)電性材料的量占磨粒重量的百分?jǐn)?shù)最多為0.1％。
4.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于沉積在磨粒表面上導(dǎo)電性材料的量占磨粒重量的0.04-0.08％。
5.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于所述第二表面涂層包含堿金屬硅酸鹽。
6.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于所述第二表面涂層包含硅酸鹽(酯)，其用量以二氧化硅計(jì)為磨粒重量的0.01-0.5％。
7.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于所述第二表面涂層包含硅酸鹽(酯)，其用量以二氧化硅計(jì)為磨粒重量的0.02-0.04％。
8.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于所述第二表面涂層包含氨基硅烷。
9.如權(quán)利要求8所述的磨粒，其特征在于所述第二表面涂層包含用量為磨粒重量0.05-0.2％的氨基硅烷。
10.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于所述磨粒是熔凝氧化鋁/氧化鋯。
11.如權(quán)利要求1所述的磨粒，其特征在于所述磨粒的粒度尺寸為24或者更粗。
12.一種制備具有改進(jìn)投射性的磨粒的方法，該方法包括a)提供磨粒，所述磨粒選自氧化鋁和熔凝氧化鋁/氧化鋯；b)在所述磨粒上施加包含分散在載體中的導(dǎo)電性材料的第一表面涂料；c)在第一表面涂層上施加第二表面涂料，所述第二表面涂料包含選自硅酸鹽(酯)、有機(jī)硅烷和它們的混合物的含硅化合物；d)干燥經(jīng)涂覆的磨粒。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于在施加所述第二表面涂料之前不干燥所述第一表面涂層。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述用于第一表面涂料的載體是親水的聚合物液體。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述載體是聚乙烯醇，所述導(dǎo)電性材料是炭黑。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于以硅酸鈉水溶液的形式施加所述第二表面涂料。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述第二表面涂料包含有機(jī)硅烷。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述第一表面涂料的施加量足以沉積占磨粒重量0.04-0.08重量％的導(dǎo)電性材料。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述第二表面涂料的施加量足以沉積以二氧化硅計(jì)占磨粒重量0.02-0.04％的硅酸鹽(酯)。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述第二表面涂料的施加量足以沉積占磨粒重量0.05-0.2％的有機(jī)硅烷。
全文摘要
本發(fā)明提供具有在UP沉積過(guò)程中改進(jìn)投射性的磨粒,它具有第一導(dǎo)電性涂層和包含含硅化合物的第二涂層。
文檔編號(hào)C09G1/02GK1368998SQ00811302
公開(kāi)日2002年9月11日 申請(qǐng)日期2000年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月6日
發(fā)明者J·孫 申請(qǐng)人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司