专利名称：研磨工件的方法
背景技术：
光泽表面(如汽车漆和透明涂层、漆面、光泽塑料等)的表面加工和修补通常通过两步法进行。首先用磨料制品研磨待加工或修补的表面区域，然后在第二步骤中，通过在有抛光膏的条件下磨光而对研磨过的表面进行抛光。
结构化磨料制品，即具有多个与衬底结合的成型磨料复合物的那些磨料制品，被广泛用于第一研磨步骤中。在使用结构化磨料制品的研磨加工过程中，经常将液体如水或切削液加到研磨界面，以延长结构化磨料制品的使用寿命。
发明内容
在一个方面中，本发明提供研磨工件表面的方法，包括提供结构化磨料制品，其包括衬底和磨料层，衬底具有相对的主要表面(大表面)，磨料层包括多个粘结于主要表面之一上的成型磨料复合物，其中磨料复合物包括分散在聚合物粘结剂中的磨粒，并且其中可通过使包括可聚合型粘结剂前体、磨粒、和硅烷偶联剂的浆料至少部分地聚合，制成磨料复合物；使磨料层与工件表面接触；将至少工件或磨料制品之一与包括水和至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂的液体与接触；以及使至少磨料层和工件表面之一相对于另一个移动，以研磨工件表面的至少一部分。
在一个实施方案中，成型磨料复合物的至少一部分被精确成型。
在另一个实施方案中，成型磨料复合物的至少一部分未精确成型。
本发明的方法特点在于延长研磨加工中结构化磨料制品的使用寿命，随之又可降低研磨加工的总成本，并减少所需的更换磨损的结构化磨料制品的时间。
附图为说明根据本发明的一个示例性方法的截面侧视图。
具体实施例方式
根据本发明，在有液体的条件下使用结构化磨料制品研磨工件。示例性的这种加工方法在附图中说明，其中使结构化磨料制品100(其具有与衬底110的一个主要表面125结合的磨料层120)与工件190接触。磨料层120包括多个精确成型磨料复合物135，各精确成型磨料复合物135包括在聚合物粘结剂150中的磨粒140。使磨料层120相对于工件190移动，同时保持界面160，从而产生切屑145。从分配器180将包括水和至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂的液体130引到界面160，从而在例如相邻的精确成型磨料复合物135之间减少切屑145的积累。
通常，在研磨加工过程中，从基材或工件研磨下来的物质，也称为切屑，倾向于充填成型磨料复合物之间的空间和/或盖住磨料复合物的尖部，这种过程称为“填塞”，通常会缩短结构化磨料的使用寿命(即切削寿命)。虽然不希望束缚于理论，但是认为本发明的方法减少了磨料层表面上切屑的积累速度(即，疏松在研磨工件过程中产生的灰尘和残渣)，从而延长结构化磨料制品的使用寿命。
通过在有包括水和至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂的液体的条件下使用结构化磨料制品研磨工件，从而实现本发明。
硫酸盐和磺酸盐阴离子表面活性剂为本领域公知，并且已广泛市售，例如在“McCutcheon′s 2003 Volume IEmulsifiers & Detergents”(2003)，North American EditionThe Manufacturing ConfectionerPublishing Co.，Glen Rock，New Jersey，第302-306页中所述，和/或可根据常规方法制备，诸如由Schwartz，Perry和Berch在“Surface-ActiveAgents and Detergents Volume II”(1977)，R.E.Krieger PublishingCompany，Huntington，New York，第40-102页描述的那些方法。
可用的硫酸盐阴离子表面活性剂包括由式RO(A)mSO3M表示的水溶性盐或酸，其中R为具有8到30个碳原子的直链或支链烷基或羟烷基(例如具有12到18个碳原子的烷基或羟烷基)；A为-CH2CH2O-或-CH2CH(CH3)O-；M为H或阳离子，阳离子诸如是金属阳离子(例如钠、钾、锂、钙、镁)、或铵或取代的铵(例如，甲基-、二甲基-、和三甲基-铵阳离子；季铵阳离子诸如四甲铵、和二甲基哌啶阳离子；和衍生自烷基胺如乙胺、二乙胺、三乙胺的季铵阳离子；及其组合)；以及m为大于或等于零的正整数(例如，至少为0、1，乃至2，较大是并且包括3、4、5或甚至6)。
这种类型的示例性表面活性剂包括烷基硫酸盐和烷基聚醚硫酸盐。
可用的磺酸盐阴离子表面活性剂包括烷基磺酸盐和烷基芳基(即烷芳基)磺酸盐，诸如由式R1SO3M表示的水溶性盐或酸，其中M如上定义，R1为具有8到30个碳原子的直链或支链烷基或烯基(例如具有12到18个碳原子的烷基或烯基)、在烷基部分中具有至少8个碳原子和在芳基部分中具有至少6个碳原子的烷基-或二烷基-取代的芳基。
可用的磺酸盐阴离子表面活性剂还包括例如具有至少8个碳原子到最多30个碳原子的烷基的单-和二-烷基磺基琥珀酸盐(例如，1，4-双(2-乙基己基)磺基琥珀酸盐)、甘油醚磺酸盐、α-甲基酯磺酸盐、磺基脂肪酸、脂肪醇醚硫酸盐、甘油醚硫酸盐、混合有羟基的醚硫酸盐、单甘油酯(醚)硫酸盐、脂肪酸酰胺(醚)硫酸盐、单-和二-烷基磺基琥珀酸盐、单-和二-烷基磺基琥珀酰胺盐、磺基三甘油、烷基低聚葡糖苷硫酸盐、和前述的任何组合。
通常，至少一种硫酸盐或磺酸盐阴离子表面活性剂包括在液体中，用量为能在本发明的研磨加工中有效延长结构化磨料制品使用寿命。例如，基于液体的总重量，至少一种硫酸盐或磺酸盐阴离子表面活性剂可以以至少为0.1重量％、0.25重量％、或0.5重量％、多达包括3重量％、甚至5重量％的量包括在液体中，但更高和更低量的至少一种硫酸盐或磺酸盐阴离子表面活性剂也是有效的。
液体可进一步包括至少一种有机溶剂、增稠剂、填料、着色剂、助磨剂(例如矿物油)、或其组合。通常，有机溶剂应可溶解于水或与水可混溶。有机溶剂的例子包括酮、醚(包括聚醚)、醚酯、酰胺、腈、及其组合。通常，可以在搅拌下将液体的组分合并而制备液体。
在一个实施方案中，液体可主要包括(即不含会显著影响结构化磨料制品的研磨性能的材料)水、可任选的有机溶剂、和至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂。
可以将液体直接或间接地施加于待研磨工件的表面和/或施加于结构化磨料制品的磨料层上。例如，可以将液体施加于与待研磨工件的表面或结构化磨料制品的磨料层相反的表面或表面周侧，从而液体流动到或被带到在磨料层和工件表面之间形成的界面。
可以将液体非连续地施加于待研磨工件的表面和/或施加于结构化磨料制品的磨料层上。非连续式施加方法的例子包括脉冲式喷射和流注(例如使用手动喷射瓶)、浸涂和滴涂。连续式施加方法的例子包括连续喷射、流注和浸渍。可以例如手动方式、通过电脑、和/或机械方式调节或控制施加速率。
液体可被施加于全部的待研磨表面和/或磨料层，或施加于一部分(例如，通过覆没方式或浸渍方式)。
在一些实施方案中，可以在磨料层接触工件表面之前使液体与工件接触。
在另一些实施方案中，可以在磨料层接触工件表面之前使液体与磨料层接触。
可以使用研磨领域中公知的任何方法手动地或通过机械装置(诸如例如电动或气动马达)使结构化磨料制品相对于工件移动。结构化磨料制品可以以可拆装的方式固定在支撑板上(如使用磨盘方式的一般操作)或者可在没有支撑板条件下使用(例如，在使用磨带的情况下)。
一旦使用结构化磨料制品的研磨完成，通常将工件漂洗(例如用水)，以除去研磨加工过程中产生的残余物。在漂洗之后，可使用例如与磨光垫结合的抛光膏对工件进一步抛光。这种可任选的抛光膏通常在液体介质中包含细磨粒(例如平均粒径小于100微米、小于50微米、或乃至小于25微米)。关于抛光膏和抛光方法的细节在例如美国专利申请公开2003/0032368(Hara)中描述。
可用于本发明实践的结构化磨料制品通常具有包括多个固定在衬底上的非随机成型磨料复合物的磨料层。如本文中使用的，术语“磨料复合物”是指包括磨粒和粘结剂的本体。在一个实施方案中，可以根据预定图案(例如以阵列方式)将成型磨料复合物布置在衬底上。
在一个实施方案中，至少一部分的成型磨料复合物可包括“精确成型”的磨料复合物。这意味着由相对光滑的构成表面的侧面以明确边缘相交界或结合，来限定磨料复合物的形状，该明确边缘具有清晰的边缘长度，具有清晰的由各面相交而形成的端点。术语“交界”和“边界”是指各复合物暴露的表面和边缘，它们限定和定义各磨料复合物的实际的三维形状。当在扫描电子显微镜下观察磨料制品的横截面时，可容易地看见和辨别这些边界。即使复合物在它们的底部处在共用边界上彼此邻接，这些边界也可使精确成型复合物彼此区分和区别。比较起来，在没有精确形状的磨料复合物中，边界和边缘不是界限分明的(例如，当磨料复合物在其固化完成之前下陷时)。
通常，根据预定的图案或阵列将成型磨料复合物布置在衬底上，但这不是必要条件。
成型磨料复合物可布置为使得其一些工作面从磨料层的抛光表面凹进。
适当的衬底包括研磨领域中所使用的衬底，例如，聚合物膜(包括涂底胶的聚合物膜)、布、纸、多孔和无孔的聚合物泡沫、硬化纸板、纤维强化热塑性衬底、非织造物、其处理形式(例如进行防水处理)、及其组合。
衬底可以在其背面上具有一个结合系统部件，以将磨料制品固定在支撑垫或支持垫上。这种结合系统部件可为例如压敏粘结剂或胶带、用于粘扣结合的环织物、用于粘扣结合的钩结构、或交叉结合系统。关于这种结合系统的细节可以在例如美国专利5,152,917(Pieper等人)、5,454,844(Hibbard等人)、5,672,097(Hoopman)、5,681,217(Hoopman等人)、和美国专利申请2003/0143938(Braunschweig等人)和2003/0022604(Annen等人)中找到。
单独的磨料复合物包括分散在聚合物粘结剂中的磨粒。
可以在磨料复合物中包含研磨领域中已知的任何磨粒。可使用的磨粒的例子包括氧化铝、熔融氧化铝、热处理过的氧化铝、陶瓷氧化铝、碳化硅、绿色碳化硅、铝锆磨料、二氧化铈、氧化铁、石榴石、金刚石、立方氮化硼、及其组合。对于修补和加工应用，可使用的磨粒的平均粒径通常为至少0.01、1、3、甚至5微米，到多达并包括35、100、250、500、甚至达到1,500微米，但也可使用此范围之外的粒径。
可用于磨料复合物中的聚合物粘结剂的例子包括热塑性树脂，例如聚酯、聚酰胺、及其组合；热固性树脂，例如，酚醛树脂、氨基塑料树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、丙烯酸化异氰脲酸酯树脂、氰酸酯树脂、脲醛树脂、异氰脲酸酯树脂、丙烯酸化聚氨酯树脂、丙烯酸化环氧树脂、胶、及其组合；以及上述组合。
结构化磨料制品的制备方式通常为形成磨粒和上述粘结剂树脂的可固化或可聚合前体(即粘结剂前体)的浆料，将浆料与衬底接触并使粘结剂前体固化和/或聚合(例如通过暴露于能量源下)，使得到的结构化磨料制品具有多个固定到衬底上的成型磨料复合物。能量源的例子包括热能和辐射能(包括电子束、紫外光和可见光)。
例如，在一个实施方案中，可以将浆料直接涂布在其中具有精确成型腔的生产工具上，并使其接触衬底，或者涂布在衬底上并使其接触生产工具。在这个实施方案中，然后通常在浆料存在于生产工具的腔体中时使其凝固或固化。
为了促进上述粘结剂树脂与磨料粒子之间的结合桥接，在磨粒与可固化或可聚合型前体的浆料中包括硅烷偶联剂，其量通常为0.01到5重量％，更通常为0.01到3重量％，更通常为0.01到1重量％，但根据例如磨粒的粒径也可使用其它的量。适当的硅烷偶联剂包括例如甲基丙烯酰氧基丙基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、3，4-环氧环己基甲基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、和γ-巯丙基三甲氧基硅烷(例如Dow ChemicalCompany，Midland，Michigan出品，以各商品名称“A-174”、“A-151”、“A-172”、“A-186”、“A-187”、和“A-189”销售)；烯丙基三乙氧基硅烷、二烯丙基二氯硅烷、二乙烯基二乙氧基硅烷、和m、p-苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷(例如United Chemical Industries，Bristol，Pennsylvania出品，以各商品名称“A0564”、“D4050”、“D6205”、和“S1588”销售)；二甲基二乙氧基硅烷、二羟基二苯基硅烷；三乙氧基硅烷；三甲氧基硅烷；三乙氧基硅烷醇；3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷；甲基三甲氧基硅烷；乙烯基三乙酰氧基硅烷；甲基三乙氧硅烷；四乙基原硅酸酯；四甲基原硅酸酯；乙基三乙氧基硅烷；戊基三乙氧基硅烷；乙基三氯硅烷；戊基三氯硅烷；苯基三氯硅烷；苯基三乙氧基硅烷；甲基三氯硅烷；甲基二氯硅烷；二甲基二氯硅烷；二甲基二乙氧基硅烷；和类似的化合物；及其混合物。
精确成型磨料复合物可为任何三维形状，它们在磨料层的暴露表面上产生突出或凹进中的至少一种。可使用的形状包括例如立方体、棱柱、锥体(例如四方锥体或六角锥体)、平头锥体、圆锥体、截头圆锥体。也可使用不同形状和/或尺寸的磨料复合物的组合。结构化磨料的磨料层可为连续的或不连续的。
对于精密加工应用，磨料层中成型磨料复合物的密度通常为每平方英寸至少1,000、10,000、甚至至少20,000个磨料复合物(例如每平方厘米至少150、1,500、甚至7,800个磨料复合物)到多至每平方英寸50,000、70,000、甚至达到100,000个磨料复合物(每平方厘米多达并包括7,800、11,000、甚至达到15,000个磨料复合物)，但也可使用更大或更小密度的磨料复合物。
关于具有精确成型磨料复合物的结构化磨料制品、及其生产方法的细节可以在例如美国专利5,152,917(Pieper等人)、5,435,816(Spurgeon等人)、5,672,097(Hoopman)、5,681,217(Hoopman等人)、5,454,844(Hibbard等人)、5,851,247(Stoetzel等人)、和6,139,594(Kincaid等人)中找到。
可用于本发明实践的具有精确成型磨料复合物的结构化磨料制品可作为膜和/或磨盘购得，例如由3M Company，Saint Paul，Minnesota以商品名称“3M TRIZACT FINESSE-IT”销售。其例子包括“3M FINESSE-IT TRIZACT FILM，466LA”(绿色碳化硅磨粒，平均粒度4.0微米)、“3M TRIZACT GC3000”(绿色碳化硅磨粒，平均粒度4.0微米)、“3M TRIZACT GC4000”(绿色碳化硅磨粒，平均粒度3.0微米)、“3M TRIZACT HOOKIT II FILM-568XA”(二氧化铈磨粒)、“3M TRIZACT HOOKIT II FILM-268XA”(氧化铝磨粒，有A35、A20、A10和A5的粒度尺寸)。
在另一个实施方案中，具有较大磨料复合物尺寸的结构化磨料制品也可用于实践本发明，例如得自3M Company商品名称为“TRIZACT CF”的磨料制品。
在另一个实施方案中，可通过将包括可聚合型粘结剂前体、磨粒、和硅烷偶联剂的浆料完全涂布与衬底接触的筛网，而制备结构化磨料制品。在这个实施方案中，通常接着在浆料存在于筛网的开口中时使其进一步聚合(例如通过暴露于能量源下)，从而形成通常对应于筛网的开口形状的多个成型磨料复合物。关于这种类型的筛网涂布的结构化磨料的细节可以在例如美国专利申请公开2001/0041511(Lack等人)中找到。
在另一个实施方案中，可以将包括可聚合型粘结剂前体、磨粒、和硅烷偶联剂的浆料以形成图案的方式置放在衬底上(例如通过丝网印刷或凹版印刷)，部分聚合使得涂布浆料的至少表面具有塑性但是不能流动，在部分聚合的浆料成分上形成凸形花纹，并且随后进一步聚合(例如通过暴露于能量源下)，以形成附着于衬底的多个成型磨料复合物。通过这种和相关方法制备的这种形成凸形花纹的结构化磨料制品在例如美国专利5,833,724(Wei等人)、5,863,306(Wei等人)、5,908,476(Nishio等人)、6,048,375(Yang等人)、6,293,980(Wei等人)、和美国专利申请公开2001/0041511(Lack等人)中描述。这种市售的形成凸形花纹的结构化磨料制品的例子包括可购自Norton-St.Gobain Abrasives Company，Worcester，Massachusetts商品名称为“NORAX”的磨带和磨盘，诸如例如“NORAX U264-X80”、“NORAX U266-X30”、“NORAX U264-X80”、“NORAXU264-X45”、“NORAX U254-X45、X30”、“NORAX U264-X16”、“NORAX U336-X5”和“NORAX U254-AF06”。
根据可与其连接的任何支撑垫的特定形状而定，结构化磨料制品可为任何形状，例如圆形的(例如磨盘)、椭圆形的、扇形边缘的、或矩形的(例如磨板)，或者其可形成环带。结构化磨料制品可在其中具有狭槽或狭缝，并且可设有穿孔(例如有孔磨盘)。
工件可包括任何材料并且可为任何形状。适当的材料的例子包括陶瓷、漆料、热塑性或热固性聚合物、聚合物涂层、多晶硅、木材、大理石、及其组合。基板形式的例子包括模制的和/或成型制品(例如光学透镜、机动车车身板、艇身、柜台、和水槽)、晶片、片材、和块状物。本发明的方法对于聚合物材料如汽车漆和透明涂层(如汽车透明(清漆)涂层)的修补和/或抛光特别有用，其例子包括聚丙烯酸-多元醇-聚异氰酸酯组合物(例如在美国专利5,286,782(Lamb等人)中描述的)；羟基官能化丙烯酸-多元醇-聚异氰酸酯组合物(例如，如美国专利5,354,797(Anderson,等人)所述的)、聚异氰酸酯-碳酸酯-三聚氰胺组合物(例如，如美国专利6,544,593(Nagata等人)描述的)、高固含量聚硅氧烷组合物(例如，如美国专利6,428,898(Barsotti等人)中所述的)。一种适当的透明涂层包括分散在交联聚合物中的纳米级二氧化硅粒子。这种透明涂层的例子可得自PPGIndustries，Pittsburgh.Pennsylvania，商品名称“CERAMICLEAR”。
可通过本发明修补和/或抛光的其它适当的聚合物材料包括船用胶涂层、聚碳酸酯透镜、由合成材料制成的工作台面和水槽，例如由E.I.du Pont de Nemours&Company，Wilmington，Delaware以商品名称“DUPONT CORIAN”销售的材料。
通过以下非限制性实施例进一步说明本发明的目的和优点，但是不应用这些实施例中叙述的特定材料及其用量、以及其它条件和细节对本发明进行不当限定。
实施例除非另作说明，用于实施例的所有试剂都得自或购自一般化学品供应商，如Sigma-Aldrich Chemical Company，Saint Louis，Missouri，或者可通过常规方法合成。
在以下实施例中使用以下缩写“ABR1”是指具有磨料层的结构化磨盘，磨料层由四面体磨料复合物的密堆积偏置阵列组成，各四面体磨料复合物具有92微米的底宽、63微米的高度、并且由分散在聚合物粘结剂中的绿色碳化硅磨粒(平均粒度4.0微米)组成，得自3M Company，商品名称“3MTRIZACT FILM 466LA，A5 DISC”；“ABR2”是指覆层磨料膜，其不是结构化磨料制品，得自3MCompany，商品名称“7 MICRON 268L IMPERIAL MICROFINISHING FILM”；“ABR3”是指具有由成型磨料复合物四边形阵列组成的磨料层的1.25英寸(3.2cm)磨盘，每个成型磨料复合物具有大约1045×1315和1465×1325微米之间的底宽、大约489微米的高度、并且由分散在聚合物粘结剂中的氧化铝磨粒组成，并且由Norton-St.Gobain Abrasives Company，Worcester，Massachusetts的商品名称为“NORAX X5 U336”的结构化磨带冲压而成；“ABR4”是指具有由多尺寸的复合物棱锥形阵列组成的磨料层的1.25英寸(3.2cm)磨盘，每个多尺寸的复合物具有大约610×675和730×1008微米之间的底宽、大约514微米的高度、并且由分散在聚合物粘结剂中的氧化铝磨粒组成，并且由Norton-St.GobainAbrasives Company的商品名称为“NORAX AF06 U254”的结构化磨带冲压而成；“ABR5”是指具有由四面体磨料复合物的密堆积偏置阵列组成的磨料层的1.25英寸(3.2cm)磨盘，每个四面体的磨料复合物具有92微米的底宽、63微米的高度、并且由分散在聚合物粘结剂中的绿色碳化硅磨粒(平均粒度3.0微米)组成，得自3M Company，商品名称“3M TRIZACT GC 4000”；“ABR6”是指具有由四面体磨料复合物的密堆积偏置阵列组成的磨料层的结构化磨盘，每个四面体的磨料复合物具有92微米的底宽、63微米的高度、并且由分散在聚合物粘结剂中的绿色碳化硅磨粒(平均粒度4.0微米)组成，得自3M Company，商品名称“3MTRIZACT FILM GC 3000”；“ABR7”是指根据下文所述ABR7的制备方法生产的结构化磨盘；“ABR8”是指根据下文所述ABR8的制备方法生产的结构化磨盘；“ACR1”是指2-苯氧基丙烯酸酯，购自Sartomer Company，Inc.，Exton，Pennsylvania，商品名称“SR339”；“ACR2”是指三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，购自SartomerCompany，Inc.，商品名称“SR351”；“AD1”是指疏水改性的多元羧酸分散剂，得自Rohm & HaasCompany，Spring House，Pennsylvania，商品名称“TAMOL 165A”；“AD2”是指多元羧酸分散剂，得自BASF Corporation，MountOlive，New Jersey，商品名称“SOKALAN CP-10”；“AD3”是指多元羧酸分散剂，得自BASF Corporation，商品名称“SOKALAN PA-20”；“AD4”是指丙烯酸酯共聚物分散剂的铵盐的水溶液，得自BYK-Chemie USA，Inc.，Wallingford.Connecticut，商品名称“BYK156”；“AD5”是指改性的聚氨酯分散剂，得自EKFA AdditivesNorthern America，Inc.，Stow，Ohio，商品名称“EFKA 4550”；“NS1”是指辛基苯氧基聚乙氧基乙醇聚乙二醇(非离子表面活性剂)，得自Dow Chemical Company，Midland，Michigan，商品名称“FRITON X-100”；“AS1”是指十二烷基苯磺酸钠，得自Pilot Chemical Company，Santa Fe Springs，California，商品名称“CALSOFT F90”；“AS2”是指辛酸钠，得自Aldrich Chemical Company，Milwaukee，Wisconsin；“AS3”是指辛基硫酸钠，得自Aldrich Chemical Company；“AS4”是指十二烷酸钠，得自Aldrich Chemical Company；“AS5”是指十二烷基硫酸钠，得自Aldrich Chemical Company；“AS6”是指磷酸酯的钾盐，得自Dow Chemical Company，商品名称“TRITON H-66”；“AS7”是指胺C12-C14叔烷基乙氧基化硫酸盐的钠盐，得自DowChemical Company，商品名称“TRITON QS-15”；“AS8”是指烷基芳基醚硫酸钠，得自Dow Chemical Company，商品名称“TRITON W-30”；“AS9”是指1，4-双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠得自DowChemical Company，商品名称“TRITON GR-5M”；“AS10”是指烷基芳基聚醚磺酸钠，得自Dow ChemicalCompany，商品名称“TRITON X-200”；“CPA1”是指γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，得自Crompton Corporation，Middlebury，Connecticut，商品名称“A-174”；“MIN1”是指绿色碳化硅矿物质，购自Fujimi Corporation，Tualitin，Oregon，商品名称“GC 3000 GREEN SILICON CARBIDE”；“DSP1”阴离子型聚酯分散剂，得自Uniqema，New Castle，Delaware，商品名称“HYPERMER KD-10”；“TP1”是指汽车的透明涂层试板，得自Du Pont Automotive，Troy，Michigan，商品名称“GEN 1V AC”；“TP2”是指汽车的透明涂层试板，得自ACT Laboratory，Inc.，Hillsdale，Michigan，商品名称“E10CG066 2K4”；“TP3”是指汽车的透明涂层试板，得自ACT Laboratory，Inc.，商品名称“DCT5002H”；
“TP4”是指汽车的透明涂层试板，得自ACT Laboratory，Inc.，商品名称“CRT60000”；“TP5”是指汽车的透明涂层试板，得自ACT Laboratory，Inc.，商品名称“E126CE012”“TP6”是指汽车的透明涂层试板，得自Du Pont Automotive，商品名称“GEN VI CC”；和“TP7”是指汽车的透明涂层试板，得自PPG Industries，Pittsburgh.Pennsylvania，商品名称“PPG 2K CERAMICLEAR”；和“UV11”是指酰基氧化膦，得自BASF Corporation，Florham Park，New Jersey，商品名称“LUCERIN TPO-L”；ABR7的制备如下制备以重量份定义的磨料浆料使用实验室空气搅拌器在20℃下将13.2份的ACR1、20.0份的ACR2、0.5份的DSP1、2.0份的CPA1、1.1份的UNI1和63.2份的MIN1均匀地分散约15分钟。将7×12英寸(17.8×30.5cm)、3.75密耳(76.2微米)厚的涂有乙烯丙烯酸底胶的聚酯板用胶带粘接在平的铝板上。然后将具有0.0041平方英寸(104.1平方微米)的开口的4.2密耳(106.7微米)的聚丙烯单丝网状物用胶带粘接在聚酯薄膜上。将磨料浆料用橡胶刮涂到聚丙烯网状物中，并使用两个以400瓦/英寸(157.5W/cm)操作的低压汞弧灯，以27英尺/分钟(8.23米/分钟)的速度，通过得自American Ultraviolet Company，Lebanon，Indiana的UV处理机两遍，而使浆料固化。除去单丝网状物并将双面压敏胶带层压到聚酯载体上。然后从结构化磨料薄板冲压得到1.25英寸(3.2cm)的磨盘。
ABR8的制备使用ABR7的制备中所述的方法，但是聚酯薄板用胶带粘接于直径6.5英寸(16.5cm)的1加仑(3.785升)金属罐的外侧。然后将单丝网状物用胶带粘接到聚酯薄板，然后从金属罐除去该组合结构并用胶带粘接到平的铝板上。
在以下实施例中使用以下试验方法。
切削寿命试验如下进行切削寿命试验将具有直径为1.25英寸(3.18cm)的带标识磨料制品的磨盘安装于5英寸(12.7cm)×1.25英寸(3.18cm)厚的乙烯基覆面的泡沫支撑垫(得自3M Company，商品名称“3M FINESSE-IT STIKITBACKUP PAD”)上。将支撑垫安装在得自Dynabrade，Inc.，Clarence，New York的商品名称“DYNABRADE MODEL 59025”的精加工轨道砂光机上。
然后使用24盎司的喷射瓶，喷出1或2次液体，用足以覆盖磨料层整个表面的量，用标示液体喷雾覆盖磨盘的磨料层。手动使磨料层接触工件，然后在90psi(621千帕斯卡)和零度角(即，手动对工件表面保持为平面)，以7,500转/分钟(rpm)研磨工件3到5秒。在试验板的邻接区上重复喷雾和研磨步骤直到磨盘被残渣堵塞，这是通过对不完全的透明涂层的去除来进行目测的。将磨盘没有堵塞时的可使用次数(即循环数)记录为磨盘的切削寿命。
实施例1-50和比较例A-W通过将表1中所示用量的表面活性剂和水混合制备液体。使用表1中所示的工件根据切削寿命试验测定切削寿命。切削寿命试验的结果在表1中报告(如下)。
表1
本领域术人员可对本发明进行多种不可预见的改进和改变，而不脱离本发明的范围和精神实质，应该理解，本发明不受本文中所述说明性实施方案的过度限制。
权利要求
1.一种研磨工件表面的方法，包括提供结构化磨料制品，其包括衬底和磨料层，所述衬底具有相对的主要表面，磨料层包括多个粘结于主要表面之一上的成型磨料复合物，其中所述磨料复合物包括分散在聚合物粘结剂中的磨粒，以及，其中可通过使包括可聚合型粘结剂前体、磨粒、和硅烷偶联剂的浆料至少部分地聚合，制成所述磨料复合物；使所述磨料层与所述工件表面接触；使包括水和至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂的液体至少与所述工件或所述磨料制品之一接触；以及使至少所述磨料层和所述工件表面之一相对于另一个移动，以研磨所述工件表面的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述成型磨料复合物被精确成型。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述成型磨料复合物的至少一部分未精确成型。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂选自二烷基磺基琥珀酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐、烷基聚醚硫酸盐、烷基芳基聚醚磺酸盐、烷基芳基醚硫酸盐、烷基硫酸盐、及其组合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸盐、辛基硫酸盐、十二烷基硫酸盐、1，4-双(2-乙基己基)磺基琥珀酸盐、及其组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，基于组合物总重量，液体包括的至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂的量为至少0.1重量％到多达包括5重量％。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，基于组合物总重量，液体包括的至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂的量为至少0.5重量％到多达包括3重量％。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂选自十二烷基苯磺酸盐、辛基硫酸盐、十二烷基硫酸盐、1，4-双(2-乙基己基)磺基琥珀酸盐、及其组合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体主要包括水和至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体进一步包括有机溶剂。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体进一步包括增稠剂、填料、着色剂或助磨剂中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体被直接施加于所述工件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述磨料层接触工件表面之前，使所述液体接触所述工件。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体被直接施加于所述磨料层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述磨料层接触所述工件表面之前，使所述液体接触所述磨料层。
16.根据权利要求14所述的方法，其中在所述磨料层与所述工件接触之后，使所述液体接触至少所述磨料层和所述工件之一。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体被非连续地施加于至少所述磨料层或所述工件之一。
18.根据权利要求1所述的方法，其中工件包括玻璃、金属、漆料、聚合物透明涂层、多晶硅、或其组合。
19.根据权利要求1所述的方法，其中所述工件包括至少汽车透明涂层或船用胶涂层之一。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述磨料层为非连续的。
21.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构化磨料制品包括磨盘。
22.根据权利要求1所述的方法，其中所述磨粒的平均粒径为至少3微米到最大到包括35微米。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构化磨料制品通过包括以下步骤的加工过程形成将包括磨粒、硅烷偶联剂和可聚合型粘结剂前体的浆料置放在衬底上；部分地聚合所置放的浆料，使得至少所置放浆料的表面具有塑性但不流动；在部分聚合的浆料上压印图案；以及使经压印的部分聚合的浆料进一步聚合，以形成多个附着于所述衬底上的成型磨料复合物。
24.根据权利要求1所述的方法，其中结构化磨料制品通过包括以下步骤的加工过程形成将浆料涂布在与衬底接触的整个筛网上，所述浆料包括磨粒、硅烷偶联剂和可聚合型粘结剂前体；当涂布的浆料在筛网的开口中时，使涂布的浆料至少部分地聚合；以及从所述衬底除去筛网，从而形成多个成型磨料复合物。
全文摘要
本发明公开了一种在有包括水和至少一种磺酸盐或硫酸盐阴离子表面活性剂的液体的条件下，用结构化磨料制品研磨工件表面的方法。
文档编号C09G1/04GK1886232SQ200480035000
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月5日 优先权日2003年11月26日
发明者爱德华·J·吴, 唐娜·W·班格, 克雷格·F·兰菲尔 申请人:3M创新有限公司