特許 6865216 エポキシ官能性シランカップリング剤、表面改質された研磨粒子、及び結合研磨物品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6865216

(24)【登録日】2021年4月7日

(45)【発行日】2021年4月28日

(54)【発明の名称】エポキシ官能性シランカップリング剤、表面改質された研磨粒子、及び結合研磨物品

(51)【国際特許分類】

   B05D 7/24 20060101AFI20210419BHJP

   B05D 7/00 20060101ALI20210419BHJP

   B24D 3/00 20060101ALI20210419BHJP

   C08J 5/16 20060101ALI20210419BHJP

【ＦＩ】

   B05D7/24 302U

   B05D7/00 K

   B24D3/00 330D

   C08J5/16CEZ

【請求項の数】14

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2018-517588(P2018-517588)

(86)(22)【出願日】2016年10月5日

(65)【公表番号】特表2019-500198(P2019-500198A)

(43)【公表日】2019年1月10日

(86)【国際出願番号】US2016055538

(87)【国際公開番号】WO2017062482

(87)【国際公開日】20170413

【審査請求日】2019年10月3日

(31)【優先権主張番号】62/238,566

(32)【優先日】2015年10月7日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/332,958

(32)【優先日】2016年5月6日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505005049

【氏名又は名称】スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100110803

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 太朗

(74)【代理人】

【識別番号】100135909

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 和歌子

(74)【代理人】

【識別番号】100133042

【弁理士】

【氏名又は名称】佃 誠玄

(74)【代理人】

【識別番号】100157185

【弁理士】

【氏名又は名称】吉野 亮平

(72)【発明者】

【氏名】シロ−アームストロング，メリッサ シー．

(72)【発明者】

【氏名】リー，ヘ−ソン

【審査官】 鏡 宣宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開平６−３２２２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６７８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２１１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４７５５２５１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０５Ｄ １／００−７／２６

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ｂ２４Ｄ ３／００−９９／００

Ｃ０８Ｊ ５／００−５／２２

Ｃ０９Ｄ １／００−２０１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学結合した表面水酸基を有する研磨粒子を含む基材の表面を処理する方法であって、
ポリエポキシドと
式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
各Ｚは独立して１〜１８個の炭素原子を有する二価結合基を表し、
各Ｌは独立して加水分解性基を表す］
によって表されるアミノシランとの反応生成物を含むエポキシ官能性カップリング剤を用意することと、
エポキシ官能性カップリング剤を基材の表面と接触させることと、
を含む方法。

【請求項2】

ポリエポキシドの全エポキシ基について平均すると、ポリエポキシドのエポキシ基のうち半分以下がアミノシランと反応している、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ポリエポキシドがエポキシ化大豆油の構成成分を含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

Ｒ^２が−Ｚ−ＳｉＬ_３を表す、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

Ｌが独立してメトキシ、エトキシ、及びアセトキシからなる群から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

外面を有するアルミナ研磨粒子であって、外面に共有結合された接着性改質層を有しており、接着性改質層が、エポキシ官能性カップリング剤と研磨粒子の外面に共有結合している水酸基との反応生成物を含み、エポキシ官能性カップリング剤が、
ポリエポキシドと
式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
各Ｚは独立して１〜６個の炭素原子を有する二価結合基を表し、
各Ｌは独立して加水分解性基を表す］
によって表されるアミノシランとの反応生成物を含む、アルミナ研磨粒子。

【請求項7】

ポリエポキシドがエポキシ化大豆油の構成成分を含む、請求項６に記載のアルミナ研磨粒子。

【請求項8】

ポリエポキシドの全エポキシ基について平均すると、ポリエポキシドのエポキシ基のうち半分以下がアミノシランと反応している、請求項６又は７に記載のアルミナ研磨粒子。

【請求項9】

Ｒ^２が−Ｚ−ＳｉＬ_３を表す、請求項６〜８のいずれか一項に記載のアルミナ研磨粒子。

【請求項10】

Ｌが独立してメトキシ、エトキシ、及びアセトキシからなる群から選択される、請求項６〜９のいずれか一項に記載のアルミナ研磨粒子。

【請求項11】

バインダー材料内に保持された請求項６〜１０のいずれか一項に記載の複数のアルミナ研磨粒子を含む、樹脂結合研磨物品。

【請求項12】

バインダー材料がフェノール樹脂を含む、請求項１１に記載の樹脂結合研磨物品。

【請求項13】

樹脂結合研磨ホイールを含む、請求項１１又は１２に記載の樹脂結合研磨物品。

【請求項14】

樹脂結合研磨カットオフホイールを含む、請求項１１又は１２に記載の樹脂結合研磨物品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、シランカップリング剤、及びそれを使用して作製された樹脂結合研磨物品に関する。

【背景技術】

【0002】

結合研磨物品は、バインダー（当技術分野では結合マトリックス又はバインダー材料としても公知である）中に保持された研磨粒子を有し、バインダーが研磨粒子を成形塊として結合させている。典型的な結合研磨剤の例としては、研削ホイール、研削石、研削ホーン、及び研削カットオフホイールが挙げられる。バインダーは、有機樹脂（樹脂結合剤）、セラミック若しくはガラス材料（ガラス質結合剤）、又は金属（金属結合剤）とすることができる。

【0003】

カットオフホイールは、典型的には、一般的な切断操作に使用する比較的薄いホイールである。ホイールは、典型的には、直径約１〜約２００センチメートル、厚さ数ミリメートル〜数センチメートルである（直径の大きなホイールほど大きな厚さを有する）。それらは、１分当たり約１０００〜約５００００回転の速度で操作される場合があり、ポリマー、複合金属、又はガラスを例えば名目上の（nominal）長さまで切断する等の操作に使用される。カットオフホイールはまた「工業用カットオフ鋸刃」としても公知であり、鋳物工場等一部の環境においては「チョップ・ソー」としても公知である。それらの名前が意味するように、カットオフホイールは、例えば金属ロッド等のストックを、ストックを研磨して貫通することによって切断するのに使用される。

【0004】

結合研磨物品に関しては、切断速度及び耐久性等の特性が重要である。例えば、カットオフホイールの場合は、比較的短期間の使用後に、切断性能が半分以上に低下することがある。同一の性能レベルで研磨特性が改良されかつ／又はコストが抑えられた新規の樹脂結合研磨剤が絶えず求められている。

【発明の概要】

【0005】

１つの態様において、本開示は、化学結合した表面水酸基を有する基材の表面を処理する方法であって、
ポリエポキシドと
式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
各Ｚは独立して１〜１８個の炭素原子を有する二価結合基を表し、
各Ｌは独立して加水分解性基を表す］
によって表されるアミノシランとの反応生成物を含むエポキシ官能性カップリング剤を用意することと、
エポキシ官能性カップリング剤を基の材表面と接触させることと
を含む方法を提供する。

【0006】

本開示による方法は、エポキシ官能性シランカップリング剤と縮合して有機バインダー材料と更に結合することができる、化学結合した表面水酸基を有する基材（例えば、アルミナ又はシリカ研磨粒子）の表面の処理に特に有用である。

【0007】

したがって、他の態様において、本開示は、外面を有する研磨粒子であって、外面に共有結合された接着性改質層を有しており、表面改質層が、エポキシ官能性カップリング剤と研磨粒子の外面に共有結合している水酸基との反応生成物を含み、エポキシ官能性カップリング剤が、
ポリエポキシドと
式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
各Ｚは独立して１〜６個の炭素原子を有する二価結合基を表し、
各Ｌは独立して加水分解性基を表す］
によって表されるアミノシランとの反応生成物を含む、研磨粒子を提供する。

【0008】

本開示による処理された研磨粒子は、バインダー材料中に保持されている処理された研磨粒子を含む研磨物品、特に樹脂結合研磨物品（例えば、研削ホイール及びカットオフホイール）に有用である。予想外にも、本発明者らは、特に水を研磨液体中に若しくは研磨液体として使用した場合に又は湿度環境で使用した場合に、これらの表面改質された研磨粒子を含む（すなわち、本開示のエポキシ官能性カップリング剤を使用している）樹脂結合カットオフホイール等の樹脂結合研磨物品は、現在の代替方法よりも使用中における研磨特性劣化の劇的な減少を呈し得ることを見出した。

【0009】

更に他の態様において、本開示は、
ポリエポキシドと
式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
各Ｚは独立して１〜１８個の炭素原子を有する二価結合基を表し、
各Ｌは独立して加水分解性基を表す］
によって表されるアミノシランとの反応生成物を含むエポキシ官能性カップリング剤であって、平均すると、ポリエポキシドのエポキシ基のうち半分以下がアミノシランと反応している、エポキシ官能性カップリング剤を提供する。

【0010】

本明細書において使用される「化学結合」という用語は、原子及び／又は基が単なる物理的吸着及び／又は水素結合以外のものによって結合することを意味する。

【0011】

本明細書において使用される「エポキシ基」という用語は、飽和３員環状エーテル部分（例えば、

【化1】

）を指す。

【0012】

本明細書において使用される「樹脂結合（resin bond）」という用語は、「樹脂結合（resin bonded）」という用語と同一であり、研磨剤の分野で一般的な方法にしたがって本明細書において使用される。

【0013】

本明細書において使用される「フェノール樹脂」という用語は、少なくとも１つのフェノール（例えば、フェノール、レゾルシノール、ｍ−クレゾール、３，５キシレノール、ｔ−ブチルフェノール、及び／又はｐ−フェニルフェノール）を少なくとも１つのアルデヒド（例えば、ホルムアルデヒト、アセトアルデヒド、クロラール、ブチルアルデヒド、フルフラール、及び／又はアクロレイン）と反応させることによって得られる合成熱硬化性樹脂を指す。

【0014】

本明細書において使用される「ポリエポキシド」という用語は、少なくとも２つのエポキシ基を有する化合物を指す。

【0015】

本開示の特徴及び利点は、「発明を実施するための形態」並びに添付の「特許請求の範囲」を考慮することで、更に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本開示の１つの実施形態による、例示的な樹脂結合研磨カットオフホイールの概略斜視図である。

【図2】図１に示される例示的な樹脂結合研磨カットオフホイールの、線２−２に沿った概略側断面図である。

【0017】

本明細書及び図中で繰り返し使用される参照符号は、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図する。多くの他の変更及び実施形態を当業者であれば考案することができ、それらは本開示の原理の範囲及び趣旨に含まれることを理解されたい。図面は、縮尺通りに描かれていない場合がある。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本開示による好ましいエポキシ官能性カップリング剤は、ポリエポキシド及びアミノシランの反応生成物を含む。

【0019】

有用なポリエポキシドは少なくとも２つのエポキシ基を有する。例えば、ポリエポキシドは、少なくとも３つのエポキシ基、少なくとも４つのエポキシ基、少なくとも５つのエポキシ基、又は更には少なくとも６つのエポキシ基を有していてもよい。多くのポリエポキシドが市販されている。他のものは従来の方法によって容易に合成することができる。

【0020】

例示のポリペプチドとしては、モノマーポリエポキシド、オリゴマーポリエポキシド、ポリマーポリエポキシドが挙げられる。好適なポリエポキシドは、１つ以上のグリシジル基を含んでいても、グリシジル基を含まなくても、又はグリシジルエポキシ基及び非グリシジルエポキシ基の混合物を含んでいてもよい。有用なポリエポキシドとしては、例えば、芳香族ポリエポキシド、脂環式ポリエポキシド、及び脂肪族ポリエポキシドが挙げられてもよい。ポリエポキシドの混合物もまた使用してもよい。

【0021】

グリシジル基を含む好適なポリエポキシドの例としては、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡ型樹脂及びそれらの誘導体等の多価フェノールポリグリシジルエーテル、エポキシクレゾールノボラック樹脂、エポキシフェノールノボラック樹脂、並びに芳香族カルボン酸のグリシジルエステル（例えば、フタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、トリメリット酸トリグリシジルエステル、及びピロメリト酸テトラグリシジルエステル）、並びにＮ、Ｎ、Ｎ’、Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−メチレンビスベンゼンアミン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、テトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、多価脂肪酸ポリグリシジルエステル、例えば、ジグリシジルオキサレート、ジグリシジルマレエート、ジグリシジルスクシネート、ジグリシジルグルタレート、ジグリシジルアジペート及びジグリシジルピメレートが挙げられる。市販のグリシジル基含有ポリエポキシドの例には、Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な商品名ＡＲＡＬＤＩＴＥを有するもの（例えば、ＡＲＡＬＤＩＴＥ ＭＹ−７２０、ＡＲＡＬＤＩＴＥ ＭＹ−７２１、ＡＲＡＬＤＩＴＥ ０５１０、ＡＲＡＬＤＩＴＥ ＰＹ−７２０、及びＡＲＡＬＤＩＴＥ ＥＰＮ １１７９）、Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘ．）から入手可能な商品名ＥＰＯＮ ＲＥＳＩＮを有するもの（例えば、ＥＰＯＮ ＲＥＳＩＮ ８２８、ＥＰＯＮ ＲＥＳＩＮ ８２６、ＥＰＯＮ ＲＥＳＩＮ ８６２、及びＥＰＯＮ ＲＥＳＩＮ ＣＳ−３７７）、並びに商品名ＤＥＲ（例えばＤＥＲ ３３０）、及びＤＥＮ（例えば、ＤＥＮ ４３８及びＤＥＮ ４３９）を有する芳香族ポリエポキシドが含まれる。いくつかの好ましい実施形態において、ポリエポキシドにはエポキシ化ノボラック又はレゾール樹脂が含まれる。いくつかの好ましい実施形態において、ポリエポキシドにはＮ、Ｎ−ジグリシジル−４−グリシジルオキシアニリンが含まれる。

【0022】

グリシジル基を含まない好適なポリエポキシドの例としては、エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（例えば、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート（例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商品名ＥＲＬ−４２２１で入手可能）３，４−エポキシ−２−メチルシクロヘキシルメチル３，４−エポキシ−２−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ビス（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジペート、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキサンカルボキシレート（例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商品名ＥＲＬ−４２０１で入手可能））、ビニルシクロヘキセンジオキシド（例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商品名ＥＲＬ−４２０６で入手可能）、ビス（２，３−エポキシシクロペンチル）エーテル（例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商品名ＥＲＬ−０４００で入手可能）、ビス（３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル）アジペート（例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商品名ＥＲＬ−４２８９で入手可能）、ジペンテリックジオキシド（例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．から商品名「ＥＲＬ−４２６９」で入手可能）、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル−５，１’−スピロ−３’，４’−エポキシシクロヘキサン−１，３−ジオキサン、２，２−ビス（３，４−エポキシシクロヘキシル）プロパン、エポキシ化ポリブタジエン、及びエポキシ化大豆油が挙げられる。

【0023】

これらのうち、エポキシ化大豆油（ＣＡＳ Ｒｅｇ．Ｎｏ．８０１３−０７−８）は、研磨粒子の表面処理として使用されるエポキシ官能性カップリング剤の作製における使用に好ましい。エポキシ化大豆油（epoxidized soybean oil）（エポキシ化大豆油（epoxidized soya bean oil）とも称される）は容易に入手可能であり、かつ世界中で最も低コストの植物油のうちの１つである。エポキシ化大豆油は、大豆油が過酸化水素及び酢酸又はギ酸のいずれかによって酸化した結果である。エポキシ化大豆油は、工業上、比較的低価格で大量に入手可能である。エポキシ化大豆油は、主要構成成分として以下を含む混合物である。

【化2】

及び

【化3】

【0024】

したがって、それは、本開示を実施するのに有用なポリエポキシドの供給源としての使用に好適である。同様に、他の多価不飽和植物油のエポキシ化誘導体をまた、ポリエポキシドの供給源として使用してもよい。例としては、エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化菜種油、エポキシ化綿実油、エポキシ化サフラワー油、及びエポキシ化ヒマワリ油が挙げられる。

【0025】

本開示によるエポキシ官能性カップリング剤を作製するのに有用なアミノシランは式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル（例えば、メチル、エチル、プロピル、又はブチル）基を表す］
によって表される。

【0026】

各Ｚは独立して１〜１８個の炭素原子を有する二価結合基を表す。好ましい連結基Ｚとしては、例えばメチレン、エタン−１，２−ジイル、プロパン−１，２−ジイル、プロパン−１，３−ジイル、ブタン−１，４−ジイル、及びシクロヘキサン−１，４−ジイル等の１〜６個の炭素原子を有する脂肪族基及び脂環式基、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２）_２−、並びに、例えばフェニレン及び

【化4】

［式中、ｎ＝１、２、又は３である］等の芳香族基（例えば、アリーレン及びアルキレニルアリーレン）が挙げられる。

【0027】

各Ｌは独立して加水分解性基（すなわち、水に曝露されたときにケイ素原子から自発的に解離する基）を表す。加水分解性基の例としては、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−ＯＨ、−ＯＣ（＝Ｏ）ＣＨ_３、−ＯＣＨ_３、−ＯＳｉ（ＣＨ_３）_３、及び−ＯＣ_２Ｈ_５が挙げられる。

【0028】

例示の有用なアミノシランとしては、Ｇｅｌｅｓｔ，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから全て入手可能なビス（トリエトキシシリルプロピル）アミン、ビス（トリメトキシシリルプロピル）アミン、Ｎ−メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、及びＮ−メチルアミノプロピルトリス（トリメチルシロキシ）シラン、並びに従来の方法によって作製することができるＮ−メチルアミノプロピルトリエトキシシランが挙げられる。

【0029】

平均すると、ポリエポキシドのエポキシ基のうち半分以下がアミノシランと反応している。いくつかの実施形態において、ポリエポキシドのエポキシ基のうちの１〜３つがアミノシランと反応している。いくつかの実施形態において、ポリエポキシドのうちの１つ又は２つのエポキシ基がアミノシランと反応している。

【0030】

概して、アミノシランがポリエポキシドとエポキシ官能性カップリング剤を形成するには、任意選択で軽く加熱しながら、単に混合するだけで十分である。必要に応じて、反応は有機溶媒中で又は無溶媒下で行ってもよい。

【0031】

いくつかの立体的に障害された又は置換されたアミノシラン及びポリエポキシドは、これらの反応性が低いために、反応温度を高くし、エポキシ官能性カップリング剤を形成する必要がある。この場合、未反応のアミノシラン及びポリエポキシドのブレンドを、基材に適用することができ、その後、高温での更なる加工ステップ（例えば、樹脂硬化）中に、実際の接着促進剤をｉｎ ｓｉｔｕで生成することができる。

【0032】

本開示による１種類を超えるエポキシ官能性カップリング剤の組み合わせを使用してもよい。一部の適用に関しては、その組み合わせは、従来のカップリング剤を上述のエポキシ官能性シランカップリング剤とともに更に含むことが望ましい場合がある。

【0033】

エポキシ官能性シランカップリング剤は、バインダー前駆体材料と反応できるような基剤表面の処理に有用であり、エポキシ樹脂反応性バインダー前駆体系（例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アミノプラスト樹脂、２成分ポリウレタン、ポリイソシアネート、及びヒドロキシ−又はアミノ−官能アクリル系樹脂）に対するカップリング剤の機能を果たし、少なくともいくつかの研磨状態下で研磨粒子の固定が改善された結合研磨物品をもたらす。一般的には、このことは、エポキシ官能性シランカップリング剤を基材へ単に適用することによって、無溶媒下で達成することができるが、必要に応じて、例えばコーティング量を極めて少量にするために溶媒を使用してもよい。

【0034】

エポキシ官能性シランカップリング剤は、バインダー前駆体材料と反応できるような（例えば、下記のような）研磨粒子表面の処理に特に有用であり、少なくともいくつかの研磨状態下で研磨粒子の固定が改善された、結合、被覆又は不織研磨物品が得られる。典型的には、これは、エポキシ官能性シランカップリング剤を研磨粒子へ単に適用することによって、無溶媒下で達成することができるが、必要に応じて、溶媒を使用してもよい。

【0035】

ここで図１を参照すると、本開示の１つの実施形態による例示の樹脂結合研磨カットオフホイール１００は、カットオフホイール１００を例えば動力駆動の工具に取り付けるために使用される中央孔１１２を有する（図示せず）。カットオフホイール１００は、任意選択の研磨粒子２０（例えば、本開示によるエポキシ官能性アミノシランカップリング剤で表面処理された成形及び／又は破砕研磨粒子）、並びに／又は任意選択の従来の粉砕し分級された研磨粒子３０、並びに樹脂結合剤２５を含む。

【0036】

ここで図２を参照すると、カットオフホイール１００は、任意選択の研磨粒子（例えば、成形及び／又は破砕研磨粒子）２０、及び／又は任意選択の従来の粉砕研磨粒子３０、及びバインダー材料２５を含む。カットオフホイール１００は、任意選択の第１スクリム１１５及び任意選択の第２スクリム１１６を有し、これはカットオフホイール１００の両主表面上に配置される。

【0037】

本開示による樹脂結合研磨物品（例えば、研削ホイール及び切断ホイール）は、概ね、成型プロセスによって作製される。成型中に、液状有機、粉状無機、粉状有機、又はこれらの組み合わせのいずれかのバインダー前駆体材料が研磨粒子と混合される。場合によっては、液状媒体（樹脂又は溶媒のいずれか）を、研磨粒子に最初に適用し、その外面を湿潤させ、その後、湿潤粒子を粉状媒体と混合する。本開示による樹脂結合研磨物品（例えば研磨ホイール）は、圧縮成型工程、射出成型工程、トランスファー成型工程等によって作製されてもよい。成型は、ホットプレス法若しくはコールドプレス法又は当業者に公知の任意の好適な方法のいずれかによって行うことができる。

【0038】

樹脂結合剤は、１つ以上の有機バインダー材料を含む。有機結合剤材料は、典型的には、樹脂結合研磨ホイールの総重量に基づいて、５重量％〜３０重量％、より典型的には１０重量％〜２５重量％、より典型的には１５重量％〜２４重量％の量で含まれる。フェノール樹脂は、最も一般に用いられる有機バインダー材料であり、粉状形状及び液状状態の両方で使用されうる。フェノール樹脂が広く使用されているが、例えばエポキシ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、アミノプラスト、及びエポキシ反応性アクリルバインダーを含めた、他の有機バインダー材料を使用することも本開示の範囲内である。有機バインダー材料はまた、バインダー材料の特性を改良し又は変えるために、他のバインダー材料によって改質されてもよい。

【0039】

所望の有機バインダー材料に応じて、触媒及び／又は開始剤を有機バインダー前駆体材料（すなわち、硬化してバインダー材料を形成する材料）に添加してもよい。典型的には、熱を適用し、有機バインダー前駆体材料の硬化を促進するが、他のエネルギー源（例えば、マイクロ波放射線、紫外光、可視光）を使用してもよい。使用される特定の硬化剤及び量は当業者であれば明らかであろう。

【0040】

有用なフェノール樹脂としては、ノボラック又はレゾールフェノール樹脂が挙げられる。ノボラックフェノール樹脂は、酸性触媒されること、ホルムアルデヒドのフェノールに対する比が１未満、典型的には、０．５：１〜０．８：１であることを特徴とする。レゾールフェノール樹脂は、アルカリ触媒されること、及びホルムアルデヒドのフェノールに対する比が１以上、典型的には１：１〜３：１であることを特徴とする。ノボラック又はレゾールフェノール樹脂は、（例えば、エポキシ化合物との反応によって）化学的に修飾されていてもよく、又は未修飾であってもよい。フェノール樹脂の硬化に好適な例示の酸性触媒としては、硫酸、塩酸、リン酸、シュウ酸、及びｐ−トルエンスルホン酸が挙げられる。フェノール樹脂の硬化に好適なアルカリ性触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、有機アミン、又は炭酸ナトリウムがある。

【0041】

フェノール樹脂は周知であり、市販供給源から容易に入手可能である。市販のノボラック樹脂の例としては、２ステップの粉末フェノール樹脂（Ｄｕｒｅｚ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｄｄｉｓｏｎ，Ｔｅｘａｓによって商品名ＶＡＲＣＵＭ（例えば、２９３０２）として販売されている）であるＤＵＲＥＺ １３６４、又はＨＥＸＩＯＮ ＡＤ５５３４ ＲＥＳＩＮ（Ｈｅｘｉｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙから販売されている）が挙げられる。本開示の実施に有用な市販のレゾールフェノール樹脂の例としては、Ｄｕｒｅｚ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって商品名ＶＡＲＣＵＭ（例えば、２９２１７、２９３０６、２９３１８、２９３３８、２９３５３）として販売されているもの；Ａｓｈｌａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｂａｒｔｏｗ，Ｆｌｏｒｉｄａによって商品名ＡＥＲＯＦＥＮＥ（例えばＡＥＲＯＦＥＮＥ ２９５）として販売されているもの；及びＫａｎｇｎａｍ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｔｄ．,Ｓｅｏｕｌ，Ｓｏｕｔｈ Ｋｏｒｅａによって商品名「ＰＨＥＮＯＬＩＴＥ」（例えばＰＨＥＮＯＬＩＴＥ ＴＤ−２２０７）として販売されているものが挙げられる。

【0042】

有機バインダー前駆体材料の硬化温度は、選択された材料及びホイールの設計によって異なる。好適な条件の選択は、当業者の能力の範囲内である。フェノールバインダーの例示の条件としては、室温で直径４インチ当たり約２０トン（２４４ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力を適用した後、最高約１８５℃の温度で有機バインダー前駆体材料が硬化するのに十分な時間加熱することが挙げられる。

【0043】

いくつかの実施形態において、樹脂結合研磨ホイールは、バインダー材料及び研磨粒子の総重量に基づいて、約１０〜約６５重量％、典型的には３０〜６０重量％、より典型的には４０重量％〜６０重量％の研磨粒子（例えば、成形及び／又は破砕研磨粒子）を含む。

【0044】

αアルミナ、マグネシウムアルミナスピネル、及び希土類の六方晶系アルミン酸塩の微結晶から構成される研磨粒子（例えば、成形及び／又は破砕研磨粒子）は、例えば、米国特許第５，２１３，５９１号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａら）、並びに米国特許出願公開第２００９／０１６５３９４（Ａ１）号（Ｃｕｌｌｅｒら）、及び同第２００９／０１６９８１６（Ａ１）号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に記載の方法による、ソルゲルαアルミナ粒子前駆体を使用して調製してもよい。

【0045】

いくつかの実施形態において、αアルミナ系研磨粒子（例えば成形研磨粒子）は、複数ステップのプロセスにしたがって作製することができる。簡潔に言うと、方法は、αアルミナに変換することができる種晶添加又は種晶非添加のいずれかのゾルゲルαアルミナ前駆体分散体を作製するステップと、成形研磨粒子の所望の外側形状を有する１つ以上の金型キャビティにゾルゲルを充填するステップと、ゾルゲルを乾燥させて研磨粒子前駆体を形成するステップと、成形研磨粒子前駆体を金型キャビティから取り出すステップと、成形研磨粒子前駆体をか焼し、か焼された成形研磨粒子前駆体を形成するステップと、次いでか焼された成形研磨粒子前駆体を焼結し、成形研磨粒子を形成するステップとを含む。以下にプロセスを更に詳しく説明する。

【0046】

第１のプロセスステップは、αアルミナに変換することができる種晶添加又は種晶非添加のいずれかのαアルミナ前駆体分散体を準備することを伴う。αアルミナ前駆体分散体は、揮発性成分である液体を含むことが多い。１つの実施形態において、揮発性成分は水である。分散体は、分散体の粘度を十分に低くし、金型キャビティへの充填及び金型表面の複製を可能にするために十分な量の液体を含むべきであるが、後に続く液体の金型キャビティからの取り出しが非常に高価になるような大量の液体を含むべきではない。１つの実施形態において、αアルミナ前駆体分散体は、２重量％〜９０重量％の、酸化アルミニウム一水和物（ベーマイト）粒子等のαアルミナに変換することができる粒子、及び少なくとも１０重量％、又は５０重量％〜７０重量％、又は５０重量％〜６０重量％の、水等の揮発性成分を含む。逆に、いくつかの実施形態において、αアルミナ前駆体分散体は、３０重量％〜５０重量％又は４０重量％〜５０重量％の固形物を含む。

【0047】

また、ベーマイト以外の酸化アルミニウム水和物を使用することもできる。ベーマイトは、公知の技術によって調製することが、又は市販のものを入手することができる。市販のベーマイトの例としては、両方ともＳａｓｏｌ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓから入手可能な商品名「ＤＩＳＰＥＲＡＬ」及び「ＤＩＳＰＡＬ」を有する、又はＢＡＳＦ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｆｌｏｒｈａｍ Ｐａｒｋ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙから入手可能な商品名「ＨｉＱ−４０」を有する製品が挙げられる。これらの酸化アルミニウム一水和物は、比較的純粋であり、すなわち、一水和物以外の水和物相を含んでいたとしても比較的少量であり、かつ高表面積を有する。

【0048】

得られた成形研磨粒子の物理的特性は、概ね、αアルミナ前駆体分散体に使用される材料のタイプによって決まる。１つの実施形態において、αアルミナ前駆体分散体はゲル状態である。本明細書において使用される「ゲル」は、液体に分散した固体の３次元ネットワークである。

【0049】

αアルミナ前駆体分散体は、改質用添加剤又は改質用添加剤の前駆体を含んでいてもよい。改質用添加剤は、研磨粒子のいくつかの所望の特性を強化するため、又は後に続く焼結ステップの有効性を高めるために機能することができる。改質用添加剤又は改質用添加の剤前駆体は、可溶性塩、典型的には水溶性塩の形態とすることができる。これらは、典型的には、金属含有化合物からなり、マグネシウム、亜鉛、鉄、ケイ素、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、イットリウム、プラセオジウム、サマリウム、イッテルビウム、ネオジム、ランタン、ガドリニウム、セリウム、ジスプロシウム、エルビウム、チタンの酸化物の前駆体、及びこれらの混合物とすることができる。αアルミナ前駆体分散体中に存在することができるこれらの添加剤の具体的な濃度は、当該分野の技術に基づいて変更することができる。

【0050】

典型的には、改質用添加剤又は改質用添加剤の前駆体を導入することによって、αアルミナ前駆体分散体はゲルになる。αアルミナ前駆体分散体はまた、一定の時間をかけて加熱することによってゲルにすることもできる。αアルミナ前駆体分散体はまた、水和又はか焼された酸化アルミニウムのαアルミナへの転移を促進するために、核形成剤（種晶）を含むこともできる。本開示に好適な核形成剤としては、αアルミナ、α酸化第二鉄若しくはその前駆体、酸化チタン及びチタン酸塩、酸化クロム、又は転移の核となる任意の他の材料の微粒子が挙げられる。核形成剤を使用する場合、その量は、αアルミナの転移をもたらすのに十分な量とするべきである。このようなαアルミナ前駆体分散体の核を生成することは、米国特許第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）に開示されている。

【0051】

解膠剤をαアルミナ前駆体分散体に添加し、より安定なヒドロゾル又はコロイド状αアルミナ前駆体分散体を製造することができる。好適な解膠剤は、酢酸、塩酸、ギ酸及び硝酸等の、一塩基酸又は酸化合物である。多塩基酸を使用してもよいが、多塩基酸はαアルミナ前駆体分散体を急速にゲル化することがあり、取り扱い又は追加成分をそこに導入することを困難にする。ベーマイトの一部の市販供給源は、安定なαアルミナ前駆体分散体の形成を助ける（吸収されたギ酸又は硝酸等の）酸タイターを含む。

【0052】

αアルミナ前駆体分散体は、例えば単に、酸化アルミニウム一水和物を解膠剤含有水と混合することによって、又は酸化アルミニウム一水和物のスラリーを生成し、そこに解膠剤を加えることによって等、任意の好適な手段によって形成することができる。

【0053】

消泡剤又は他の好適な化学物質を添加し、気泡を形成する傾向又は混合中に空気が混入する傾向を低減することができる。湿潤剤、アルコール、又はカップリング剤等の追加の化学物質を必要に応じて添加することができる。αアルミナ研磨粒子は、米国特許第５，６４５，６１９号（Ｅｒｉｃｋｓｏｎら）に開示されているように、シリカ及び酸化鉄を含んでいてもよい。αアルミナ研磨粒子は、米国特許第５，５５１，９６３号（Ｌａｒｍｉｅ）に開示されているように、ジルコニアを含んでいてもよい。あるいは、αアルミナ研磨粒子は、米国特許第６，２７７，１６１号（Ｃａｓｔｒｏ）に開示されているように、マイクロ構造体又は添加剤を有することができる。

【0054】

第２のプロセスステップは、少なくとも１つの金型キャビティ、好ましくは複数のキャビティを有する金型を準備することを伴う。金型は、概ね、平面の底面と複数の金型キャビティとを有することができる。複数のキャビティを、生産工具に形成することができる。生産工具は、ベルト、シート、連続ウェブ、輪転グラビア等のコーティングロール、コーティングロール上に取り付けられたスリーブ、又はダイとすることができる。１つの実施形態において、生産工具はポリマー材料を含む。好適なポリマー材料の例としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、若しくはこれらの組み合わせ等の熱可塑性樹脂、又は熱硬化性材料が挙げられる。１つの実施形態において、工具全体がポリマー材料又は熱可塑性材料から作製される。他の実施形態において、乾燥中にゾルゲルと接触する工具表面、例えば複数のキャビティ表面は、ポリマー材料又は熱可塑性材料を含み、工具の他の部分は、他の材料から作製することができる。好適なポリマーコーティングを金属工具に適用して、実施例の方法によって表面張力特性を変更してもよい。

【0055】

ポリマー工具又は熱可塑性工具は、金属マスター工具から複製することができる。マスター工具は、生産工具に望ましい逆パターンを有することになる。マスター工具は、生産工具と同一の方法で作製することもできる。１つの実施形態において、マスター工具は、金属、例えばニッケルで作製し、ダイヤモンドターニング加工される。ポリマーシート材料は、マスター工具とともに、２つを一緒に加圧成形することによりポリマー材料がマスター工具パターンでエンボス加工されるように、加熱することができる。ポリマー又は熱可塑性材料をまた、マスター工具上へ押し出し又はキャスティングし、次いで加圧成形することもできる。熱可塑性材料を冷却し、固化させ生産工具を生産する。熱可塑性生産工具を利用する場合、熱可塑性生産工具を歪めて寿命を制限するような過度の熱を生成しないよう注意が必要である。生産工具又はマスター工具の設計及び作製に関する更なる情報は、米国特許第５，１５２，９１７号（Ｐｉｅｐｅｒら）、同第５，４３５，８１６号（Ｓｐｕｒｇｅｏｎら）、同第５，６７２，０９７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９４６，９９１号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、同第５，９７５，９８７号（Ｈｏｏｐｍａｎら）、及び同第６，１２９，５４０号（Ｈｏｏｐｍａｎら）に見出すことができる。

【0056】

キャビティへは、金型の天面又は底面にある開口部からアクセスすることができる。場合によっては、キャビティは、金型の厚さ全体まで延在することができる。あるいは、キャビティは、金型の厚さの一部分のみに延在することができる。１つの実施形態において、天面は、実質的に一様な深さを有するキャビティを備えた金型の底面と実質的に平行である。金型のうちの少なくとも１つの側、すなわちキャビティが形成される側は、揮発性構成成分を除去するステップの間、周囲の外気に曝露したままにすることができる。

【0057】

キャビティは、成形研磨粒子を作製するための特定の３次元形状を有する。深さの寸法は、天面から底面の最下点までの垂直距離と等しい。所与のキャビティの深さは、一様とすることができ、又はその長さ及び／若しくは幅に沿って変化することができる。所与の金型のキャビティは、同一の形状又は異なる形状とすることができる。

【0058】

第３のプロセスステップは、金型内のキャビティにαアルミナ前駆体分散体を（例えば、従来の技法によって）充填することを伴う。いくつかの実施形態において、ナイフロールコーター又は真空スロットダイコーターを使用することができる。必要に応じて、金型からの粒子の取り出しを支援するために離型剤を使用することができる。典型的な離型剤としては、ピーナッツオイル又は鉱油、魚油等の油、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛、及び黒鉛が挙げられる。概して、離型剤を所望の場合、金型の単位面積当たり、約０．１ｍｇ／ｉｎ^２（０．０２ｍｇ／ｃｍ^２）〜約３．０ｍｇ／ｉｎ^２（０．４６ｍｇ／ｃｍ^２）、又は約０．１ｍｇ／ｉｎ^２（０．０２ｍｇ／ｃｍ^２）〜約５．０ｍｇ／ｉｎ^２（０．７８ｍｇ／ｃｍ^２）の離型剤が存在するように、水又はアルコール等の液体中でピーナッツオイル等の離型剤が、ゾルゲルと接触する生産工具の表面に適用される。いくつかの実施形態において、金型の天面は、αアルミナ前駆体分散体で被覆される。αアルミナ前駆体分散体は、天面上にポンプ注入することができる。

【0059】

次に、スクレーパ又はならし棒を使用し、αアルミナ前駆体分散体を金型のキャビティに完全に押し入れることができる。キャビティに入らないαアルミナ前駆体分散体の残り部分は、金型の天面から除去し、再利用することができる。いくつかの実施形態において、αアルミナ前駆体分散体のごく一部分が天面に残ることがあり、他の実施形態において、天面は分散体が実質的に存在しない。スクレーパ又はならし棒により適用される圧力は、典型的には、１００ｐｓｉ（０．７ＭＰａ）未満、５０ｐｓｉ（０．３ＭＰａ）未満、又は更には１０ｐｓｉ（６９ｋＰａ）未満である。いくつかの実施形態において、αアルミナ前駆体分散体の曝露表面が実質的に天面を超えて延在することはなく、結果として得られる成形研磨粒子の一様な厚さが確保される。

【0060】

第４のプロセスステップは、揮発性構成成分を除去し、分散体を乾燥することを伴う。望ましくは、揮発性構成成分は速い蒸発速度で除去される。いくつかの実施形態において、蒸発による揮発性構成成分の除去は、この揮発性構成成分の沸点を上回る温度で生じる。乾燥温度の上限は、金型を作製する材料によって決まることが多い。ポリプロピレン工具に関しては、温度はプラスチックの融点未満とするべきである。１つの実施形態において、固体が約４０〜５０％の水分散体及びポリプロピレン製金型に関しては、乾燥温度は、約９０℃〜約１６５℃、又は約１０５℃〜約１５０℃、又は約１０５℃〜約１２０℃とすることができる。高い温度によって、生産速度を向上することができるが、ポリプロピレン工具が劣化し、金型としての耐用年数が制限されることがある。

【0061】

第５のプロセスステップは、結果として得られた成形研磨粒子前駆体を金型キャビティから取り出すことを伴う。成形研磨粒子前駆体は、重力、振動、超音波振動、真空、又は加圧空気のプロセスを、単独で又は組み合わせて金型に使用し、金型キャビティから粒子を取り出すことによって、キャビティから取り出すことができる。

【0062】

研磨粒子前駆体は、金型の外で更に乾燥することができる。αアルミナ前駆体分散体を、金型内で所望のレベルに乾燥する場合には、この追加の乾燥ステップは不要である。しかし、場合によっては、この追加の乾燥ステップを採用し、金型内にαアルミナ前駆体分散体が滞留する時間を最低限にすることが経済的であり得る。典型的には、成形研磨粒子前駆体は、１０〜４８０分間又は１２０〜４００分間、５０℃〜１６０℃又は１２０℃〜１５０℃の温度で乾燥する。

【0063】

第６のプロセスステップは、成形研磨粒子前駆体をか焼することを伴う。か焼の間、本質的に全ての揮発性材料は除去され、αアルミナ前駆体分散体に存在していた種々の構成成分が金属酸化物へ変換される。成形研磨粒子前駆体は、概ね、４００℃〜８００℃の温度に加熱され、水分がなくなり、かつ９０重量％を超える任意の揮発性結合材料が除去されるまで、この温度範囲内で維持される。任意選択のステップにおいて、含浸プロセスによって改質用添加剤を導入することが望ましい場合がある。水溶性塩は、か焼された成形研磨粒子前駆体の孔に含浸することによって導入できる。次いで、成形研磨粒子前駆体を再び予備燃焼する。この選択肢は、米国特許第５，１６４，３４８号（Ｗｏｏｄ）に更に記載されている。

【0064】

第７のプロセスステップは、か焼された成形研磨粒子前駆体を焼結し、αアルミナ粒子を形成することを伴う。焼結前は、か焼された成形研磨粒子前駆体は完全に緻密ではなく、したがって、成形研磨粒子として使用するには所望の硬度に欠けている。か焼された成形研磨粒子前駆体を１０００℃〜１６５０℃の温度に加熱し、実質的に全てのαアルミナ一水和物（又は同等のもの）がαアルミナに変換され、多孔率が１５体積％未満に低減されるまで、それらをこの温度範囲内で維持することにより焼結を行う。このレベルの変換を達成するために、か焼された成形研磨粒子前駆体を焼結温度に曝露しなくてはならない時間の長さは、種々の因子によって決まるが、通常、５秒〜４８時間が典型的である。

【0065】

他の実施形態において、焼結ステップの持続時間は１分間〜９０分間の範囲である。焼結後、成形研磨粒子は、１０ＧＰａ、１６ＧＰａ、１８ＧＰａ、２０ＧＰａ、又はこれらを超えるビッカース硬度を有することができる。

【0066】

他のステップを使用して、例えば、か焼温度から焼結温度まで材料を急速に加熱すること、αアルミナ前駆体分散体を遠心分離し、スラッジ及び／又は廃棄物を除去することによって、記載したプロセスを変更することができる。更に、必要に応じて、２つ以上のプロセスステップを組み合わせることによってこのプロセスを変更することができる。本開示のプロセスを変更するために使用できる従来のプロセスステップは、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒ）により完全に記載されている。

【0067】

成形研磨粒子を作製する方法に関する更なる情報は、米国特許出願公開第２００９／０１６５３９４（Ａ１）号（Ｃｕｌｌｅｒら）に開示されている。

【0068】

成形研磨粒子は、好ましくは、ダイヤモンド工具を使用して彫られた工具（すなわち、金型）を使用して作製し、それによって例えばスタンピング又はパンチング等の他の作製代替手段よりも、極めて精細な形状が得られる。典型的には、工具表面におけるキャビティは、鋭角沿いに合流する平坦な面を有し、切頭角錐形の側部及び頂部を形成する。結果として得られる成形研磨粒子は、それぞれの名目上の平均形状を有し、これは工具表面におけるキャビティの形状（例えば切頭角錐形）に対応するが、名目上の平均形状からの変形（例えばランダムな変形）が製造中に生じる場合があり、このような変形を呈する成形研磨粒子は、本明細書において使用される成形研磨粒子の定義内に含まれる。

【0069】

好ましくは、成形研磨粒子の底部及び頂部は実質的に並行であり、プリズム形状又は切頭角錐形状をもたらし、かつ底部と各側部との間の２面角は独立して４５〜９０度、典型的には７０〜９０度、より典型的には７５〜８５度の範囲であってもよいが、これらは必須要件ではない。

【0070】

本明細書において成形研磨粒子に言及して使用される「長さ」という用語は、成形研磨粒子の最大寸法を指す。「幅」は、長さに垂直である成形研磨粒子の最大寸法を指す。「厚さ」又は「高さ」は、長さ及び幅に垂直である成形研磨粒子の寸法を指す。

【0071】

成形研磨粒子は、典型的には、０．００１ｍｍ〜２６ｍｍ、より典型的には０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、より典型的には０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲の長さを有するように選択されるが、他の長さも使用してもよい。いくつかの実施形態において、長さは、樹脂結合研磨物品（例えば、ホイール）の厚さの分数として表してもよく、樹脂結合研磨物品の厚さに含まれる。例えば、成形研磨粒子は、樹脂結合研磨ホイールの厚さの半分を超える長さを有していてもよい。いくつかの実施形態において、成形研磨粒子の長さは、樹脂結合研磨ホイールの厚さを超えていてもよい。

【0072】

成形研磨粒子は、典型的には、０．００１ｍｍ〜２６ｍｍ、より典型的には０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、より典型的には０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲の幅を有するように選択されるが、他の長さも使用してもよい。

【0073】

成形研磨粒子は典型的には、０．００５ｍｍ〜１．６ｍｍ、より典型的には０．２〜１．２ｍｍの範囲の厚さを有するように選択される。

【0074】

いくつかの実施形態において、成形研磨粒子は、少なくとも２、３、４、５、６、又はこれらを超えるアスペクト比（長さ対厚さ）を有していてもよい。

【0075】

成形研磨粒子上の表面コーティングを使用し、研磨物品中の成形研磨粒子とバインダー材料との間の接着性を改質してもよく、又は成形研磨粒子の静電沈着を促進することができる。１つの実施形態において、米国特許第５，３５２，２５４号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａ）に記載されているような表面コーティングを、成形研磨粒子の重量に対して０．１〜２％表面コーティング量で使用してもよい。このような表面コーティングは、米国特許第５，２１３，５９１号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａら）、同第５，０１１，５０８号（Ｗａｌｄら）、同第１，９１０，４４４号（Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ）、同第３，０４１，１５６号（Ｒｏｗｓｅら）、同第５，００９，６７５号（Ｋｕｎｚら）、同第５，０８５，６７１号（Ｍａｒｔｉｎら）、同第４，９９７，４６１号（Ｍａｒｋｈｏｆｆ−Ｍａｔｈｅｎｙら）、及び同第５，０４２，９９１号（Ｋｕｎｚら）に記載されている。更に、表面コーティングは成形研磨粒子のキャッピングを防ぐことができる。キャッピングは、金属粒子が研磨中の被加工物から成形研磨粒子の頂部に溶着される現象を説明する用語である。上記の機能を果たす表面コーティングは、当業者には公知である。

【0076】

樹脂結合研磨物品は、破砕研磨粒子を含んでいてもよく、砕研磨粒子だけで含んでいても、成形研磨粒子との組み合わせで含んでいてもよい。成形研磨粒子と破砕研磨粒子の両方を使用する場合、破砕研磨粒子は、典型的には、成形研磨粒子よりも細かいサイズ等級又は複数のサイズ等級（例えば、複数のサイズ等級を使用する場合）であるが、それは必須要件ではない。

【0077】

有用な破砕研磨粒子としては、例えば、溶融酸化アルミニウム、熱処理した酸化アルミニウム、白色溶融酸化アルミニウム、商品名３Ｍ ＣＥＲＡＭＩＣ ＡＢＲＡＳＩＶＥ ＧＲＡＩＮとして３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａから市販されているもの等のセラミック酸化アルミニウム材料、黒色炭化ケイ素、緑色炭化ケイ素、二ホウ化チタン、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、ガーネット、溶融アルミナジルコニア、ゾルゲル由来研磨粒子、酸化鉄、クロミア、セリア、ジルコニア、チタニア、ケイ酸塩、酸化スズ、（石英、ガラスビーズ、ガラス泡、及びガラスファイバーなどの）シリカ、（タルク、粘土（例えば、モンモリロナイト）、長石、雲母、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸塩カルシウム、アルミノケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム等の）ケイ酸塩、フリント、並びにエメリーの粉砕粒子が挙げられる。ゾルゲル由来研磨粒子の例は、米国特許第４，３１４，８２７号（Ｌｅｉｔｈｅｉｓｅｒら）、同第４，６２３，３６４号（Ｃｏｔｔｒｉｎｇｅｒら）、同第４，７４４，８０２号（Ｓｃｈｗａｂｅｌ）、同第４，７７０，６７１号（Ｍｏｎｒｏｅら）、及び、同第４，８８１，９５１号（Ｍｏｎｒｏｅら）に見出すことができる。研磨粒子は、例えば、米国特許第４，６５２，２７５号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒら）又は同第４，７９９，９３９号（Ｂｌｏｅｃｈｅｒら）に記載されているもの等の研磨粒塊を含み得ることも考えられる。

【0078】

典型的には、破砕研磨粒子は、研磨剤工業界で認められている特定の名目上の等級にしたがって独立して分級される。研磨剤工業界で認められている例示的な等級規格としては、ＡＮＳＩ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）、ＦＥＰＡ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）、及びＪＩＳ（日本工業規格）によって公表されているものが挙げられる。このような工業界で認められている等級規格としては、例えば、ＡＮＳＩ４、ＡＮＳＩ６、ＡＮＳＩ８、ＡＮＳＩ１６、ＡＮＳＩ２４、ＡＮＳＩ３０、ＡＮＳＩ３６、ＡＮＳＩ４０、ＡＮＳＩ５０、ＡＮＳＩ６０、ＡＮＳＩ８０、ＡＮＳＩ１００、ＡＮＳＩ１２０、ＡＮＳＩ１５０、ＡＮＳＩ１８０、ＡＮＳＩ２２０、ＡＮＳＩ２４０、ＡＮＳＩ２８０、ＡＮＳＩ３２０、ＡＮＳＩ３６０、ＡＮＳＩ４００、及びＡＮＳＩ６００、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、及びＦＥＰＡ Ｆ２４、並びにＪＩＳ８、ＪＩＳ１２、ＪＩＳ１６、ＪＩＳ２４、ＪＩＳ３６、ＪＩＳ４６、ＪＩＳ５４、ＪＩＳ６０、ＪＩＳ８０、ＪＩＳ１００、ＪＩＳ１５０、ＪＩＳ１８０、ＪＩＳ２２０、ＪＩＳ２４０、ＪＩＳ２８０、ＪＩＳ３２０、ＪＩＳ３６０、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ４００、ＪＩＳ６００、ＪＩＳ８００、ＪＩＳ１０００、ＪＩＳ１５００、ＪＩＳ２５００、ＪＩＳ４０００、ＪＩＳ６０００、ＪＩＳ８０００、及びＪＩＳ１０，０００が挙げられる。より典型的には、破砕酸化アルミニウム粒子及び種晶非添加ゾルゲル由来アルミナ系研磨粒子は、個別にＡＮＳＩ６０及び８０、又はＦＥＰＡ Ｆ３６、Ｆ４６、Ｆ５４及びＦ６０、又はＦＥＰＡ Ｐ６０及びＰ８０の等級規格に分級される。

【0079】

あるいは、研磨粒子は、ＡＳＴＭ Ｅ−１１「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｗｉｒｅ Ｃｌｏｔｈ ａｎｄ Ｓｉｅｖｅｓ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｐｕｒｐｏｓｅｓ」に適合するＵＳＡ標準試験用ふるいを使用して名目上のふるい等級に等級分けすることができる。ＡＳＴＭ Ｅ−１１は、指定された粒子サイズにしたがって物質を分類するために、枠に取り付けられた織ワイヤクロス媒体を使用している試験用ふるいの設計及び構造に関する必要条件を規定している。典型的な表記は、−１８＋２０のように表される場合があり、これは、成形研磨粒子が、１８号ふるいのＡＳＴＭ Ｅ−１１規格に適合する試験用ふるいを通過し、２０号ふるいのＡＳＴＭ Ｅ−１１規格に適合する試験用ふるいに残ることを意味する。１つの実施形態において、成形研磨粒子は、大部分の粒子が１８号のメッシュ試験用ふるいを通過し、２０、２５、３０、３５、４０、４５、又は５０号のメッシュ試験用ふるいに残ることができるような粒子サイズを有する。種々の実施形態において、成形研磨粒子は、−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、又は−５００＋６３５を含む名目上のふるい等級を有することができる。あるいは、−９０＋１００などのカスタムメッシュサイズを使用してもよい。

【0080】

研磨粒子は、例えば、樹脂結合研磨物品全体に一様に又は多様に分配されてもよい。例えば、樹脂結合研磨ホイールが研削ホイール又はカットオフホイールである場合は、研磨粒子は、（例えば、研削ホイール若しくはカットオフホールの外周面から離れて位置する）中央部に向かって、又は外側縁部に、すなわち、研削ホイール若しくはカットオフホイールの外縁部のみに集中していてもよい。中央部分は、より少量の研磨粒子を含んでもよい。他の変形において、第１の研磨粒子がホイールの片側に存在し、別の研磨粒子が反対側に存在していてもよい。しかし、典型的には、ホイールの製造が容易であるため、全ての研磨粒子は互いの間で均質的に分布する。

【0081】

本開示による樹脂結合研磨ホイールは、他の構成成分の重量範囲必要要件が満たされていることを条件として、上述のもの以外の追加の研磨粒子を含んでいてもよい。例としては、（溶融アルミナジルコニアを含む）溶融酸化アルミニウム、褐色酸化アルミニウム、青色酸化アルミニウム、（緑色炭化ケイ素を含む）炭化ケイ素、ガーネット、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、クロミア、セリア、及びこれらの組み合わせが挙げられる。

【0082】

研磨粒子のうちの少なくとも一部は、本開示によるエポキシ官能性カップリング剤で表面処理され、バインダー材料に対する研磨粒子の接着性が強化される。研磨粒子を処理してから、それをバインダー材料前駆体と組み合わせても、又はエポキシ官能性カップリング剤をバインダー材料前駆体中に含ませることによって、それをｉｎ ｓｉｔｕで表面改質してもよい。

【0083】

いくつかの実施形態において、本開示による樹脂結合研磨ホイールは、他の構成成分の重量範囲必要要件が満たされていることを条件として、例えばポリテトラフルオロエチレン粒子、氷晶石、塩化ナトリウム、ＦｅＳ_２（二硫化鉄）、又はＫＢＦ_４等の追加の研削助剤を、典型的には１〜２５重量％、より典型的には１０〜２０重量％の量で含む。研削助剤は、概ね、切断境界面の温度を低下させることによってカットオフホイールの切断特性を改良するために添加される。研削助剤は、研削助剤粒子の単一粒子又は粒塊の形態であってもよい。精確に成形された研削助剤粒子の例は、米国特許出願公開第２００２／００２６７５２（Ａ１）号（Ｃｕｌｌｅｒら）に教示されている。

【0084】

いくつかの実施形態において、バインダー材料は、例えばＳＡＮＴＩＣＩＺＥＲ １５４ ＰＬＡＳＴＩＣＩＺＥＲとしてＵＮＩＶＡＲ ＵＳＡ，Ｉｎｃ．Ｃｈｉｃａｇｏ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓから入手可能なもの等の可塑剤を含む。

【0085】

本開示による樹脂結合研磨物品は、他の構成成分の重量範囲必要要件が満たされていることを条件として、例えば充填剤粒子等の追加成分を含んでいてもよい。充填剤粒子は、すき間を占有するためにかつ／又は多孔性をもたらすために添加してもよい。多孔性は、樹脂結合研磨物品が、使用済みの又は摩耗した研磨粒子を取り除き、新規の又は未使用の研磨粒子を露出させることを可能にする。

【0086】

本開示による樹脂結合研磨物品（例えば、ホイール）は、任意の範囲、例えば、約１体積％〜５０体積％、典型的には１体積％〜４０体積％の多孔率を有する。充填剤の例としては、バブル及びビーズ（例えば、ガラス、セラミック（アルミナ）、粘土、ポリマー系、金属）、コルク、石膏、大理石、石灰岩、フリント、シリカ、ケイ酸アルミニウム、並びにこれらの組み合わせが挙げられる。

【0087】

本開示による樹脂結合研磨物品（例えば、ホイール）は、任意の好適な方法にしたがって作製することができる。１つの好適な方法において、種晶非添加ゾルゲル由来アルミナ系研磨粒子は、カップリング剤で被覆してから硬化性レゾールフェノールと混合する。エポキシ官能性シランカップリング剤の量は、概ね、有効量となるように選択される。例えば、エポキシ官能性シランの量は、研磨粒子１００部当たり、０．０１〜３部、好ましくは０．１〜０．３の量で存在するように選択されるが、この範囲外の量も用いてもよい。得られた混合物に、液状樹脂、並びに硬化性ノボラックフェノール樹脂及び氷晶石が添加される。混合物は、室温で金型に（例えば、直径４インチ当たり２０トンの適用圧力（２４４ｋｇ／ｃｍ^２で）加圧成形される。次いで、成型ホイールを、最高約１８５℃の温度で、硬化性フェノール樹脂が硬化するのに十分な時間加熱することによって硬化させる。

【0088】

本開示による樹脂結合研磨ホイールは、例えば、切削ホイール及び研磨剤工業Ｔｙｐｅ２７（例えば、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＮＳＩ Ｂ７．１−２０００（２０００）、１．４．１４項にあるような）中央部落ち込み型研削ホイールとして有用である。

【0089】

カットオフホイールは、典型的には、厚さ０．８０ミリメートル（ｍｍ）〜１６ｍｍ、より典型的には１ｍｍ〜８ｍｍであり、典型的には、直径２．５ｃｍ〜１００ｃｍ（４０インチ）、より典型的に約７ｃｍ〜１３ｃｍを有するが、他の寸法もまた使用してもよい（例えば、直径１００ｃｍの大きさのホイールも公知である）。任意選択の中央孔は、カットオフホイールを動力駆動工具に取り付けるために使用してもよい。中央孔は、存在する場合には、典型的には直径０．５ｃｍ〜２．５ｃｍであるが、他のサイズを使用してもよい。任意選択の中央孔は、例えば金属フランジによって補強されていてもよい。あるいは、機械的留め具を、カットオフホイールの１つの表面に対して軸方向に固定してもよい。例としては、ねじ切りポスト、ねじ切りナット、Ｔｉｎｎｅｒｍａｎナット、及び差し込みピン取り付けポストが挙げられる。

【0090】

任意選択で、本開示による樹脂結合研磨ホイール、特にカットオフホイールは、例えば樹脂結合研磨ホイールの１つ若しくは２つの主表面上に配置された、又は樹脂結合研磨ホイール内に配置された、樹脂結合研磨ホイールを強化するスクリム及び／又はバッキングを更に含んでいてもよい。例としては、紙、ポリマーフィルム、金属箔、バルカン繊維、合成繊維及び／又は天然繊維の不織材（例えば、目の粗い不織合成繊維ウェブ及びメルトスパンスクリム）、合成及び／又は天然繊維の編み布地、合成繊維及び／又は天然繊維の織布（例えば、織ガラス布地／スクリム、織ポリエステル布地、これらを処理したもの、及びこれらの組み合わせ）が挙げられる。好適な多孔質強化スクリムの例としては、（例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、酢酸セルロース、ポリイミド、及び／又はポリウレタンを含む）多孔質繊維ガラススクリム及び多孔質ポリマースクリムが挙げられ、例えば、これらはメルトスパン式、メルトブロー式、湿式、又は乾式であり得る。場合によっては、強化短繊維が結合媒体内に含まれることが望ましい場合があり、これによって繊維はカットオフホイール全体に均質的に分散される。

【0091】

本明細書において述べられている種々の補強部材（例えば、スクリム及びバッキング）の多孔率及び基本重量の選択は、研磨剤技術分野における当業者の能力の範囲内であり、典型的には目的の用途によって決まる。

【0092】

本開示による樹脂結合研磨ホイールは、例えば被加工物を研磨するのに有用である。例えば、これらは、良好な研削特性を呈すると同時に、被加工物への熱による損傷を回避し得る比較的低い操作温度を維持する研削ホイール若しくはカットオフホイールに形成されてもよい。

【0093】

カットオフホイールは、例えばＩｎｇｅｒｓｏｌｌ−Ｒａｎｄ、Ｓｉｏｕｘ、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ及びＤｏｔｃｏから入手可能なものなどの任意の直角研削工具に使用することができる。工具は、概ね、約１０００〜５００００ＲＰＭの速度で、電気式又は空気圧式で駆動することができる。

【0094】

使用中、樹脂結合研磨ホイールは、湿式又は乾式で使用することができる。湿式研削中、ホイールは、水、油性潤滑剤、又は水性潤滑剤と併用して使用される。本開示による樹脂結合研磨ホイールは、例えばカーボン鋼鉄シート若しくはバーストック、更にエキゾチック（exotic）な金属（例えば、ステンレス鋼若しくはチタン）等の種々の被加工物、又は更に柔軟な鉄系金属（例えば、軟鋼、低合金鋼、鋳鉄）に特に有用であり得る。

【0095】

本開示の目的及び利点を、以下の非限定的な実施例によって更に例証するが、これらの実施例で述べられる特定の材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に限定するものとして解釈されるべきではない。

【0096】

本開示の選択的実施形態
実施形態１． 化学結合した表面水酸基を有する基材の表面を処理する方法であって、
ポリエポキシドと
式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
各Ｚは独立して１〜１８個の炭素原子を含む二価結合基を表し、
各Ｌは独立して加水分解性基を表す］
によって表されるアミノシランとの反応生成物を含むエポキシ官能性カップリング剤を用意することと、
エポキシ官能性カップリング剤を基材表面と接触させることと、
を含む方法。

【0097】

実施形態２．平均すると、ポリエポキシドのエポキシ基のうち半分以下がアミノシランと反応している、実施形態１に記載の方法。

【0098】

実施形態３．ポリエポキシドがエポキシ化大豆油の構成成分を含む、実施形態１又は２に記載の方法。

【0099】

実施形態４．Ｒ２が−Ｚ−ＳｉＬ_３を表す、実施形態１〜３のいずれか一項に記載の方法。

【0100】

実施形態５．Ｌが独立してメトキシ、エトキシ、及びアセトキシからなる群から選択される、実施形態１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【0101】

実施形態６．基材が研磨粒子を含む、実施形態１〜５のいずれか一項に記載の方法。

【0102】

実施形態７．外面を有する研磨粒子であって、外面に共有結合された接着性改質層を有しており、表面改質層が、エポキシ官能性カップリング剤と研磨粒子の外面に共有結合している水酸基との反応生成物を含み、エポキシ官能性カップリング剤が、
ポリエポキシドと
式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
各Ｚは独立して１〜６個の炭素原子を有する二価結合基を表し、
各Ｌは独立して加水分解性基を表す］
によって表されるアミノシランとの反応生成物を含む、研磨粒子。

【0103】

実施形態８．ポリエポキシドがエポキシ化大豆油の構成成分を含む、実施形態７に記載の研磨粒子。

【0104】

実施形態９．平均すると、ポリエポキシドのエポキシ基のうち半分以下がアミノシランと反応している、実施形態７又は８に記載の研磨粒子。

【0105】

実施形態１０．Ｒ２が−Ｚ−ＳｉＬ_３を表す、実施形態７〜９のいずれか一項に記載の研磨粒子。

【0106】

実施形態１１．Ｌが独立してメトキシ、エトキシ、及びアセトキシからなる群から選択される、実施形態７〜１０のいずれか一項に記載の研磨粒子。

【0107】

実施形態１２．アルミナを含む、実施形態７〜１１のいずれか一項に記載の研磨粒子。

【0108】

実施形態１３．バインダー材料内に保持された実施形態７〜１２のいずれか一項に記載の複数の研磨粒子を含む、樹脂結合研磨物品。

【0109】

実施形態１４．バインダー材料がフェノール樹脂を含む、実施形態１３に記載の樹脂結合研磨物品。

【0110】

実施形態１５．樹脂結合研磨ホイールを含む、実施形態１３又は１４に記載の樹脂結合研磨物品。

【0111】

実施形態１６．樹脂結合研磨カットオフホイールを含む、実施形態１３又は１４に記載の樹脂結合研磨物品。

【0112】

実施形態１７．ポリエポキシドと
式
ＨＮＲ^１Ｒ^２
［式中、Ｒ^１は−Ｚ−ＳｉＬ_３を表し、
Ｒ^２は−Ｚ−ＳｉＬ_３又は１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を表し、
各Ｚは独立して１〜１８個の炭素原子を有する二価結合基を表し、
各Ｌは独立して加水分解性基を表す］
によって表されるアミノシランとの反応生成物を含むエポキシ官能性カップリング剤であって、平均すると、ポリエポキシドのエポキシ基のうち半分以下がアミノシランと反応している、エポキシ官能性カップリング剤。

【0113】

実施形態１８．ポリエポキシドがエポキシ化大豆油の構成成分を含む、実施形態１７に記載のエポキシ官能性カップリング剤。

【0114】

実施形態１９．有する基材

【0115】

本開示の目的及び利点を、以下の非限定的な実施例によって更に例証するが、これらの実施例で述べられる特定の材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に限定するものとして解釈されるべきではない。

【実施例】

【0116】

別途記載のない限り、実施例及び本明細書の残りの部分における全ての部、百分率、比率等は、重量による。実施例において、別途記載のない限り、グラムは「ｇ」と省略され、ｗｔ％は、総重量を基準とした重量パーセントを意味する。

【0117】

以下の表１に、実施例で使用された種々の材料を一覧で示す。

【表1】

【0118】

研磨粒子ＳＡＰ１〜ＳＡＰ３の調製
実施例中の正確に成形されたαアルミナ研磨粒子ＳＡＰ１〜ＳＡＰ３は、米国特許第８，１４２，５３１号（Ａｄｅｆｒｉｓら）実施例１の開示内容にしたがって、正三角形のポリプロピレン金型キャビティでアルミナゾルゲルを成型することによって調製した。ＳＡＰ２及びＳＡＰ３は、９３．１重量％のＭｇ（ＮＯ_２）_３、６．４３重量％の脱イオン水、及び０．４７重量％のＣｏ（ＮＯ_３）_２からなる溶液を含浸させることを除いて同様に作製した。更に、ＳＡＰ１及びＳＡＰ２は、アルミナ微（約０．５マイクロメートル）粒子（ＨＹＤＲＡＬ ＣＯＡＴ ５、Ａｌｍａｔｉｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから入手した）のコーティングを有しており、この粒子コーティングは米国特許第５，２１３，５９１号（Ｃｅｌｉｋｋａｙａら）の教示にしたがって適用した。

【0119】

接着促進剤の合成
ＡＰ１
ＥＳＯ（２０ｇ）を、５０ｍＬガラスバイアル中のＳＣＡ８．５ｇへ添加した。不均一な混合物は、激しく撹拌することによって急速に均一な液体になり、結果として色が（淡黄色から淡ピンク色に）変化した。次いで、混合物を、室温で少なくとも２４時間連続的に混合した。混合後に得られた溶液は、典型的には淡黄色に戻っていた。

【0120】

ＡＰ２
ＥＰＢ（２６ｇ）を、５０ｍＬガラスバイアル中のＳＣＡ８．５１ｇへ添加した。不均一な混合物は、激しく撹拌することによって均一な液体になった。次いで、混合物を、少なくとも４８時間連続的に混合した。得られた生成物は、典型的には無色の液状物であった。

【0121】

ＡＰ３
ＥＰＲ（１００ｇ）を、２００ｍＬガラスバイアル中のＳＣＡ９．９０ｇへ添加した。不均一な混合物は、激しく撹拌することによって均一な液体になった。次いで、混合物を、少なくとも４８時間連続的に混合した。得られた生成物は、典型的には無色の液状物であった。

【0122】

ＡＰ４
ＤＧＯ（２．７７ｇ）を、１００ｍＬガラスバイアル中のＳＣＡ４．２６ｇ及びＴＯＬ２８．１ｇへ添加した。混合物を、少なくとも４８時間連続的に混合した。得られた生成物は、典型的には無色の液状物であった。

【0123】

研磨粒子上へのＡＰ１の適用−方法１
ＡＰ１を、ＡＣＥを用いて５％固形物に希釈した。次いで、ＡＰ１の１００部当たりＣＡＴ１の１部を添加した。得られた溶液をよく混合し、スプレーガン（ＰＲＥＶＡＬ ＳＰＲＡＹＥＲ、Ｐｒｅｖａｌ，Ｃｏａｌ Ｃｉｔｙ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓから入手した）を使用することによって研磨粒子上に適用した。典型的なコーティングプロセスを、研磨粒子２５０〜３５０ｇを含むガラスビーカー（１Ｌ）で行った。スプレープロセス中は、一様なコーティングを促進するために、ガラスビーカーを連続的に振とうした。スプレープロセスが完了したらすぐに、ビーカーを、被覆粒子表面が乾燥してくるまで室温で連続的に撹拌した。次いで、処理された粒状物を、６５℃のオーブン中で３０分間更に乾燥した。調製された粒状物は、カットオフホイール調製前は、プラスチックバッグ又はガラスジャーで保管した。

【0124】

研磨粒子上へのＡＰ１の適用−方法２
１００部当たりＣＡＴ１ １部をＡＰ１へ添加し、完全に混合した。得られた溶液を、溶媒を添加せずに、純粋な研磨粒子へ適用し、研磨粒子を市販のＫｉｔｃｈｅｎＡｉｄミキサーで混合した。典型的なコーティングプロセスを、研磨粒子１０００〜２０００ｇを含むステンレス鋼ボウルで行った。研磨粒状物を連続的に混合しながら、ＡＰ１及びＣＡＴ１溶液を、ピペットを用いて研磨粒状物へ添加した。研磨粒状物の混合を、一様なコーティングが達成されるまで継続した。研磨粒子をそのままにし、室温で１０分〜１カ月間静置してから使用した。混合後の長期にわたる時間によって、ＡＰ１と研磨粒子との縮合反応が可能になった。

【0125】

研磨粒子上へのＡＰ１の適用−方法３
ＡＰ１を、ＡＣＥを用いて５％固形物に希釈した。次いで、ＡＰ１の１００部当たりＣＡＴ２の１部を添加した。得られた溶液をよく混合し、スプレーガン（ＰＲＥＶＡＬ ＳＰＲＡＹＥＲ、Ｐｒｅｖａｌ，Ｃｏａｌ Ｃｉｔｙ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓから入手した）を使用することによって研磨粒子上に適用した。典型的なコーティングプロセスを、研磨粒子２５０〜３５０ｇを含むガラスビーカー（１Ｌ）で行った。スプレープロセス中は、一様なコーティングを促進するために、ガラスビーカーを連続的に振とうした。スプレープロセスが完了したらすぐに、ビーカーを、被覆粒子表面が乾燥してくるまで室温で連続的に撹拌した。次いで、処理された粒状物を、６５℃のオーブン中で３０分間更に乾燥した。調製された粒状物は、カットオフホイール調製前は、プラスチックバッグ又はガラスジャーで保管した。

【0126】

研磨粒子に対するＡＰ１の適用−方法４
ＡＰ１を、ＡＣＥを用いて５％固形物に希釈した。得られた溶液をよく混合し、スプレーガン（ＰＲＥＶＡＬ ＳＰＲＡＹＥＲ、Ｐｒｅｖａｌ，Ｃｏａｌ Ｃｉｔｙ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓから入手した）を使用することによって研磨粒子上に適用した。典型的なコーティングプロセスを、研磨粒子２５０〜３５０ｇを含むガラスビーカー（１Ｌ）で行った。スプレープロセス中は、一様なコーティングを促進するために、ガラスビーカーを連続的に振とうした。スプレープロセスが完了したらすぐに、ビーカーを、被覆粒子表面が乾燥してくるまで室温で連続的に撹拌した。次いで、処理された粒状物を、６５℃のオーブン中で３０分間更に乾燥した。調製された粒状物は、カットオフホイール調製前は、プラスチックバッグ又はガラスジャーで保管した。

【0127】

ガラス基材上への接着促進剤の適用
対照材料及び前項で合成された接着促進剤を、ＴＯＬで５％固形物に希釈した。次いで、選択された接着促進剤１００部当たりＣＡＴ１の１部を溶液へ添加し、数分間完全に混合した。調製された接着促進剤を、３６番のマイヤーコーティングロッド（ＲＤ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，３．２４ミル（０．０８２３ｍｍ）名目上の湿潤厚さ）を用いてソーダ石灰ガラスプレート（２．５インチ×５．０インチ×１／８インチ（６．４ｃｍ×１２．７ｃｍ×０．３２ｃｍ）（ＩＰＡで予め洗浄した））に適用した。適用されたコーティングを、６５℃のオーブン中で３０分間乾燥し、乾燥したコーティングを観察し、コーティング品質を確認した。観察されたコーティング品質を表２に要約する。

【表2】

【0128】

接着促進剤で処理されたガラス基材上へのフェノール樹脂の適用
ＡＣＥで１：１の重量比に希釈されたＰＲの薄層を、３６番のマイヤーコーティングロッド（ＲＤ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ）を用い、接着促進剤で被覆されたガラス基材上に作製した。次いで、調製されたフェノール樹脂コーティングを、対流式オーブン中で硬化させた。実験用の温度プロファイル及び時間は、７０℃（２時間）、１００℃（２時間）、１４０℃（２時間）、１８８℃（２４時間）、及び４０℃（１時間）であった。

【0129】

接着性試験
次いで、硬化したフェノール樹脂を有する調製されたガラス基材試料を、ダイヤモンドガラスカッターを使用することによって１インチ×２インチ（２．５ｃｍ×５．１ｃｍ）のサイズに切断した。次いで、切断した試料を、２５℃又は１００℃の脱イオン水を含むビーカー中に沈めた。浸した試料を、指定の間隔（最初の１０分に関しては１分毎に、かつ後の間隔に関しては６０分毎に）で水浴から取り出し、フェノール樹脂コーティングを、スポンジパッドがプラスチック棒に取り付けられているスワブで静かに擦った。次いで、擦った試料を、脱イオン水で流しながら静かに洗浄した。接着性を、擦った後に残っているコーティング面積を測定することによって決定した。試験は、各試料に対して３検体で行った。結果を、室温での評価に関しては表３に、１００℃での評価に関しては表４に示す。表３及び４において、測定値は３検体の平均を示す。

【表3】

【表4】

【0130】

実施例５
ＲＰ（１２０ｇ）を、ＳＡＰ１−３Ｓｎの４００ｇ及びＳＡＰ２−３Ｓｎの８００ｇへ添加し、市販のＫｉｔｃｈｅｎＡｉｄミキサー（５ＫＰＭ５０モデル）にてスピード１で７分間混合した。次いで、この混合物をＰＰの６８０ｇと合わせ、更に７分間混合した。第２の混合ステップの途中で、ＰＯ ５ｍＬを混合物へ添加した。

【0131】

比較例Ｆ
使用した研磨粒状物がＳＡＰ１の４００ｇ及びＳＡＰ２の８００ｇであったことを除いて、実施例５を繰り返した。

【0132】

実施例６
使用した研磨粒状物がＳＡＰ３−３Ｓｎの１２００ｇであったことを除いて、実施例５を繰り返した。

【0133】

比較例Ｇ
使用した研磨粒状物がＳＡＰ３の１２００ｇであったことを除いて、実施例５を繰り返した。

【0134】

研磨物品の調製
４０％の相対湿度及び１９℃で１４時間劣化（aging：エージング）させた後に、実施例５〜１２及び比較例Ｆ〜Ｉの混合物を、１．５ｍｍ×１．５ｍｍの開口部を有する振動メッシュを通してそれぞれふるいにかけた。直径１２５ｍｍの金型キャビティを６個有するＭａｔｅｒｎｉｎｉ加圧成形機を使用し、ホイールを加圧成形した。全てのホイールに関して、６個のキャビティ全てに対する加圧成形力は、３秒の滞留時間で２１０ｂａｒ（２１ＭＰａ）であった。充填する間の底部プレートの深さは−３．００ｍｍであり、かつ鉱物が反応する間の底部プレートの深さは＋０．１ｍｍであった。加圧成形中の室温は１８．０〜１９．４℃であり、湿度範囲は３９〜４０％の相対湿度（ＲＨ）であった。１２５ｍｍ径ディスクのＳＣＲＩＭ２を、１２５ｍｍ径金型キャビティの底部に置いた。金型は、２３ｍｍの内径を有していた。次いで、加圧成形機の自動シャトルボックスによって、充填混合物３３．５ｇをスクリム頂部の各キャビティ中に広げた。次いで、ＳＣＲＩＭを充填混合物の頂部に置き、直径の小さい実験ラベルをスクリムの頂部に置いた。Ｌｕｍｅｔ ＰＰＵＨ ｉｎ Ｊａｓｌｏ，Ｐｏｌａｎｄ製の２８ｍｍ×２２．４５ｍｍ×１．２ｍｍの金属フランジを各ラベルの頂部に置いた。金型を閉じ、スクリム−充填物−スクリムのサンドイッチを、２１０バール（２１ＭＰａ）の荷重、３秒の滞留時間で加圧成形した。２４個のホイールが各ロットから作成され、硬化前のホイール厚さは１．２５〜１．３０ｍｍであり、硬化前のホイール重量は約３３．５±０．５ｇであった。加圧成形後に、ホイールは、硬化プログラム中に形状を維持するために、アルミニウムプレートとＰＴＦＥシートとの間に積層体状に置いた。次いで、カットオフホイール前駆体を金型から取り出し、積層体中で、３０時間の硬化サイクルで、詳細には、２時間で７５℃に上昇、２時間で９０℃に上昇、５時間で１１０℃に上昇、３時間で１３５℃に上昇、３時間で１８８℃に上昇、１３時間に亘り１８８℃に維持、次いで２時間で６０℃に冷却、で硬化した。ホイールの最終的な厚さは約０．０５３インチ（１．３５ｍｍ）であった。

【0135】

切断試験方法
シート長が４０インチ（１６ｃｍ）、厚さが１／８インチ（３．２ｍｍ）のステンレス鋼を、その主表面が水平に対して３５度の角度で傾斜した状態で固定した。ガイドレールを、傾斜しているシートの下り傾斜の天面に沿って固定した。ＤｅＷａｌｔ Ｍｏｄｅｌ Ｄ２８１１４ ４．５インチ（１１．４ｃｍ）／５インチ（１２．７ｃｍ）のカットオフホイールアングルグラインダーを、工具が重力によって下方に導かれるようにガイドレールに固定した。

【0136】

評価されるカットオフホイールを、カットオフホイール工具が解放され、重力によりレールに沿って下向きに移動したとき、カットオフホイールがステンレス鋼シートの全厚みに当たるように、工具に取り付けた。カットオフホイール工具を作動し、カットオフホイールを１００００ｒｐｍで回転させ、工具を解放してその下降を開始し、ステンレス鋼シートの切断された長さを、６０秒後に測定した（１分の切断）。切断試験の前後にカットオフホイールの寸法を測定し、摩耗量を決定した。各実施例及び比較例から６個のカットオフホイールを、作製後そのままで試験し、かつ９０％ＲＨ及び９０°Ｆ（３２℃）の環境室で３週間劣化させ、次いで５０℃で２時間コンディショニングした後にも試験を行った。

【0137】

１分の切断は、切断ホイールがステンレス鋼シートを１分で切断する距離である。摩耗速度は、ホイールの切断時間の関数としてのホイール体積の損失である。Ｇ比率とも呼ばれる性能係数は、１分の切断を摩耗速度で割ったものである。

【0138】

実施例５〜６及び比較例Ｆ〜Ｇに関する切断試験の結果を以下の表５に示す。測定値は３検体の平均を示す。

【表5】

【0139】

各実施例において、研磨グリット上のＡＰ１コーティングは、被覆されていないグリットと比較して、製品を水分から保護するのを改善した。ＡＰ処理された粒状物で作製された劣化製品の１分の切断は、処理されていない粒状物のものの１４０％である。劣化ホイールの摩耗速度は８〜１５％に低下し、処理された粒状物を含む劣化ホイールの総合的性能（１分の切断／摩耗速度）は、処理されていない粒状物を使用して作製されたホイールのものの１．４〜１．７５倍である。接着促進剤もまた、非劣化試料の性能を１．１８〜１．２５に改善した。

【0140】

実施例７
使用した研磨粒状物がＳＡＰ１−１Ｓｎの４００ｇ及びＳＡＰ２−１Ｓｎの８００ｇであったことを除いて、実施例５を繰り返した。

【0141】

実施例８
実施例５を繰り返した。

【0142】

実施例９
使用した研磨粒状物がＳＡＰ１−５Ｓｎの４００ｇ及びＳＡＰ２−５Ｓｎの８００ｇであったことを除いて、実施例５を繰り返した。

【0143】

実施例１０
使用した研磨粒状物がＳＡＰ１−５Ｔｉの４００ｇ及びＳＡＰ２−５Ｔｉの８００ｇであったことを除いて、実施例５を繰り返した。

【0144】

実施例１１
使用した研磨粒状物がＳＡＰ１−５ＮＣの４００ｇ及びＳＡＰ２−５ＮＣの８００ｇであったことを除いて、実施例５を繰り返した。

【0145】

実施例１２
使用した研磨粒状物がＳＡＰ１−３Ｓｎ−ＳＬの４００ｇ及びＳＡＰ２−３Ｓｎ−ＳＬの８００ｇであったことを除いて、実施例５を繰り返した。

【0146】

比較例Ｈ
実施例Ｆを繰り返した（使用した研磨粒状物はＳＡＰ１の４００ｇ及びＳＡＰ２の８００ｇであった）。

【0147】

比較例Ｉ
実施例Ｆを繰り返した（使用した研磨粒状物はＳＡＰ１の４００ｇ及びＳＡＰ２の８００ｇであった）。

【0148】

実施例７〜１２及び比較例Ｈ〜Ｉに関する切断試験の結果を以下の表６に示す。測定値は３検体の平均を示す。

【表6】

【0149】

各実施例において、研磨グリット上のＡＰ１コーティングは、被覆されていないグリットと比較して、製品を水分から保護するのを改善した。ＡＰ処理された粒状物で作製された劣化製品の１分の切断は、処理されていない粒状物を使用して作製された製品と比較して改善された。劣化ホイールの摩耗速度は低下した。粒状物上のＡＰ１コーティング（実施例７〜８）の量は性能に対して有意な影響を有しており、ＡＰ１コーティングレベルが低いことが好ましい。触媒のタイプ及び使用（実施例９〜１１）は、ホイールの総合的性能に対して影響を有さない。接着促進剤は、溶媒を用いずに使用したとき（実施例１２）に有効に作用し、このことは製造プロセスをより単純なものにする。

【0150】

上記の特許出願において引用された全ての参考文献、特許及び特許出願は、一貫してその全文が参照によって本明細書に組み込まれるものとする。組み込まれた参照文献の一部分と本出願の一部分との間に不一致又は矛盾がある場合は、前述の説明の情報が優先されるものとする。前述の説明は、特許請求されている開示を当業者が実施することを可能にするために示されており、特許請求の範囲及びその全ての均等物によって規定される本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】