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本申请要求于2007年12月4日提交的美国临时申请号61/005,325的权益。
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发明背景
甲阶酚醛树脂是可溶于碱和醇中的可融合树脂并且是通过苯酚与一种醛的碱性缩合以形成一种酚醛树脂来形成的。酚醛树脂通常用于对纸和织物进行层压和浸渍，并且用于形成用于磨料产品的涂层。游离甲醛通常是形成酚醛树脂的一种副产物，它可以在涂覆有酚醛树脂的磨料产品的制造期间释放出来。甲醛可代表一种潜在的健康危害。
取决于应用，已经采用聚丙烯酰胺、脲以及其他化合物来清除甲醛，以便由此将其在酚醛树脂的加工和使用期间的释放减到最小。然而，已知的清除剂可有害地影响它们与之组合的树脂的操纵特性，并且可以限制掺有此类树脂的产品的性能。
因此，存在着对于酚醛树脂配制品的需求(特别是就磨料产品的涂层而言)，此类酚醛树脂配制品将与甲醛释放相关的潜在危害减到最小或消除，而不减弱掺有酚醛树脂的产品的性能。
发明概述
本发明是针对形成一种具有减小的甲醛含量的酚醛树脂的方法，并且针对磨料产品以及制造磨料产品的方法，这些磨料产品掺入了具有减小的甲醛含量的酚醛树脂配制品。
在一个实施方案中，本发明是针对形成一种具有减小的甲醛含量的烷醇胺改性的酚醛树脂的方法。该方法包括使一种碱性催化剂、甲醛、水以及一种苯类酚相结合以形成一种反应混合物从而进行化学反应。当该反应混合物的耐水性在约150％和约1000％之间的范围内时终止该反应，以便由此形成一种中间组合物。然后向该中间组合物中加入一种烷醇胺，其量值在为了形成该反应混合物而结合的苯类酚的重量的大约0.5wt％和大约15wt％之间，由此该烷醇胺与该中间组合物进行化学反应，以形成一种烷醇胺改性的酚醛树脂。
在另一个实施方案中，本发明是一种烷醇胺改性的酚醛树脂配制品，该配制品包括一种通过以上描述的本发明的方法形成的烷醇胺改性的酚醛树脂。
在又一个实施方案中，一种磨料物品是通过以下方法形成的，该方法包括：形成包括一种烷醇胺改性的酚醛树脂的一种可固化的树脂组合物、使多个磨料颗粒与该可固化的树脂组合物相接触、并且将该可固化的树脂组合物进行固化以生产该磨料产品。该烷醇胺改性的酚醛树脂组合物是通过将一种碱性催化剂、甲醛、水以及一种苯类酚相结合以形成一种反应混合物从而进行化学反应的一种方法而形成的。当该反应混合物的耐水性在约150％和约1000％之间的范围内时终止该反应，以便由此形成一种中间组合物。然后向该中间组合物中加入一种烷醇胺，其量值在为了形成该反应混合物而结合的苯类酚的重量的大约0.5wt％和大约15wt％之间，由此该烷醇胺与该中间组合物进行化学反应，以形成该烷醇胺改性的酚醛树脂。
在又一个实施方案中，本发明是通过本发明的方法而形成的一种磨料产品。
在又一个实施方案中，一种涂覆的磨料产品是通过以下方法形成的，该方法包括使一种碱性催化剂、甲醛、水以及苯类酚相结合以形成一种反应混合物从而进行化学反应。当该反应混合物的耐水性在大约150％和大约1000％之间的范围内时终止该反应，以便由此形成一种中间组合物。然后向该中间组合物中加入一种烷醇胺，其量值在为了形成该反应混合物而结合的苯类酚的重量的大约0.5wt％和大约15wt％之间，由此该烷醇胺与该中间组合物进行化学反应，以形成一种烷醇胺改性的酚醛树脂。将包括该烷醇胺改性的酚醛树脂的一个涂层施用到一种磨料产品上，并且然后将该涂层固化以形成涂覆的磨料产品。
在又一个实施方案中，本发明是通过本发明的方法而形成的一种涂覆的磨料产品。
在又一个实施方案中，一种粘结的磨料产品是通过以下方法形成的，该方法包括使一种碱性催化剂、甲醛、水以及苯类酚相结合以形成一种反应混合物从而进行化学反应。当该反应混合物的耐水性在大约150％和大约1000％之间的范围内时终止该反应，以便由此形成一种中间组合物。然后向该中间组合物中加入一种烷醇胺，其量值在为了形成该反应混合物而结合的苯类酚的重量的大约0.5wt％和大约15wt％之间，由此该烷醇胺与该中间组合物进行化学反应，以形成一种烷醇胺改性的酚醛树脂。将该烷醇胺改性的酚醛树脂与磨料颗粒进行混合，并使该混合物形成一种希望的形状。然后将该涂层进行固化以形成该粘结的磨料产品。
在又一个实施方案中，本发明是通过本发明的方法而形成的一种粘结的磨料产品。
在本发明的仍然另一个实施方案中，一种具有减小的甲醛含量的烷醇胺改性的酚醛树脂配制品是通过以下方式形成：使甲醛、与甲醛的摩尔比在约1∶1和约1∶2.3之间的范围内的苯酚、以及量值按苯酚的重量计在大约1％和大约5％之间的范围内的氢氧化钠相结合，以便由此形成一种反应混合物从而进行化学反应。将该反应混合物的温度调节至具有在大约85℃和大约95℃之间的范围内的温度。当该反应混合物的耐水性在约150％和约1000％之间的范围内时，通过将其温度降低至等于或小于大约50℃的温度下而终止该反应混合物的反应，以便由此形成一种中间组合物。向该中间组合物中加入一种烷醇胺，其量值在为了形成该反应混合物而结合的苯酚量值的大约0.5wt％和大约15wt％之间的范围内。将该烷醇胺与该中间组合物的混合物的温度调节为在大约55℃和大约65℃之间的范围内的一个温度，由此该烷醇胺与该中间组合物进行化学反应。将来自该反应混合物的至少一部分水通过真空蒸馏除去，以便由此得到一种烷醇胺改性的酚醛树脂配制品，该配制品具有的粘度在约25℃下在大约2000cps和大约20000cps之间的范围内。
本发明具有许多优点。例如，甲醛含量可以被实质性地降低、而不影响该树脂的特性。另外，本发明的烷醇胺改性的酚醛树脂配制品经延长的时间段在室温下具有相对稳定的粘度。因此，使用本发明的烷醇胺改性的酚醛树脂配制品可以形成涂覆的磨料产品，而没有与甲醛释放相关的多种加工上的忧虑，并且不减弱该树脂的稳定性或其他特性。另外，用本发明的烷醇胺改性的酚醛树脂配制品涂覆的磨料产品可具有优于采用已知酚醛树脂的涂覆产品的性能特征。
附图简要说明
图1是本发明的涂覆的磨料产品的一个实施方案的一个截面视图的示意图。
图2是本发明的涂覆的磨料产品的另一个实施方案的一个截面视图的示意图。
发明详细说明
本发明的上述的以及其他的目的、特征以及优点从以下对本发明优选实施方案的更具体的描述中将是清楚的，如在附图中所说明，其中贯穿不同视图的相同参考符号是指相同的部分。这些图不必是按比例的，而是对本发明的原理加以强调。
本发明总体上涉及用于制备一种稳定的烷醇胺改性的酚醛树脂配制品的一种方法，该配制品是用于磨料产品、并且用于减小在这些磨料产品的制造和/或贮存期间的甲醛释放。本发明还涉及一种烷醇胺改性的酚醛树脂，该酚醛树脂是用于改进磨料产品的机械和热特性。尽管不希望受任何具体的机理所限制，人们相信作为本发明的方法的部分所加入的一种烷醇胺在树脂的合成期间起到一种甲醛清除剂的作用，以便由此产生一种相对稳定的配制品，并且该配制品减小了在该树脂产品的后续加工过程中的甲醛释放。
形成一种具有减小的甲醛含量的烷醇胺改性的酚醛树脂配制品的方法包括形成一种包括甲醛、一种苯类酚以及一种碱性催化剂的反应混合物。如在此使用的，一种“苯类酚”是指一种由选自下组的结构式所代表的酚型化合物，该组的构成为：
其中每个R独立地是-H或一个任选取代的C1-C6烷基；每个n独立地是1、2或3；并且每个x是1、2或3。优选地，每个R独立地是-H或一个未取代的C1-C6烷基，诸如-CH3或-C2H5。环A可任选地被一个或多个除-OH之外的取代基所取代。合适的取代基包括卤素(例如，F、Cl、Br、I)、一个C1-C5烷基基团(例如，甲基、乙基、叔丁基、正戊基等等)、苯基以及苄基。酚型化合物的合适的具体实例包括：苯酚(即，C6H4OH)、对叔丁基苯酚、对戊基苯酚、CH2(C6H4OH)2或C(CH3)2(C6H4OH)2。在一个具体的实施方案中，环A是未取代的。优选地，该苯类酚是一种由结构式(A)所代表的酚型化合物。可替代地，该苯类酚是一种由结构式(B)代表的酚型化合物，其中每个R独立地是-H或一个未取代的C1-C6烷基，诸如-CH3或-C2H5。可替代地，该苯类酚是一种由结构式(B)所代表的酚型化合物，其中每个R独立地是-H或一个未取代的C1-C6烷基，诸如-CH3或-C2H5，并且x是1或2。更优选地，该苯类酚是一种由结构式(A)所取代的酚型化合物并且环A是未取代的。甚至更优选地，该苯类酚是苯酚(即，C6H5OH)。在一个实施方案中，使用了具有大约94％的最低纯度的苯类酚(它是工业级的苯酚)。
甲醛通常以几种形式存在，包括由H2CO所代表的单体形式、环状三聚物(三噁烷(troxane))以及多聚物的形式(多聚甲醛)。另外，在水中，它作为水合物H2C(OH)2存在。如在此使用的，一种“甲醛”包括所有这些形式。在本发明中可以使用任何合适的可商购的甲醛，包括甲醛溶液。在一个实施方案中，在本发明中采用了一种甲醛水溶液，其中该甲醛水溶液具有在大约30wt％和大约38.5wt％之间、并且优选在大约35wt％和大约38.5wt％之间的甲醛含量，诸如大约35wt％、大约36.5wt％、大约37wt％、大约37.5wt％、38wt％以及大约38.3wt％。在一个优选的实施方案中，向该甲醛溶液中加入甲醇以使该甲醛稳定并避免多聚甲醛的形成。在一个特别优选的实施方案中，该水溶液中的甲醇的量是在1wt％和约5wt％之间的范围内，并且更优选是3.5wt％。在另一个实施方案中，本发明中采用多聚甲醛。
如在此使用的，一种“烷醇胺”是指NR′(3-x)(R″OH)x所代表的一种化合物，其中x是1、2或3，特别是1；R′是-H或一个C1-C10烷基基团，特别是-H；并且R″是一个C1-C10亚烷基基团。每个由R′和R″分别代表的烷基基团和亚烷基基团可以独立地被一个或多个取代基所取代。合适的取代基的实例包括：卤素(例如，F、Cl、Br、I)、C1-C6烷氧基、C1-C6卤代烷氧基、C1-C6卤烷基、苯基以及苄基。在一个具体的实施方案中，R′是-H或一个C1-C6烷基基团(例如，-CH3或-C2H5)，特别是-H；并且R″是一个C1-C6亚烷基基团。在一个更具体的实施方案中，x是1；R′是-H或一个C1-C6烷基基团(例如，-CH3或-C2H5)，特别是-H；并且R″是一个C1-C6亚烷基基团。在另一个具体的实施方案中，该烷醇胺是NR′(3-x)(C2H5OH)x所代表的一种乙醇胺，其中x是1、2或3，特别是1；并且R′是-H或一个C1-C10烷基基团。在另一个具体的实施方案中，该乙醇胺是NR′(3-x)(C2H5OH)x所代表的，其中x是1、2或3，特别是1；并且R′是-H或一个C1-C6烷基基团，特别是-H。在又一个具体的实施方案中，该乙醇胺由NH2(C2H5OH)或NH(C2H5OH)2代表。
典型地，该苯类酚(诸如苯酚)在反应混合物中存在的量为与甲醛的摩尔比在大约1∶1和大约1∶2.3之间的范围内，并且优选为大约1∶1.73的摩尔比。
所加入的烷醇胺的量是在大约0.5wt％和大约15wt％之间(诸如大约0.5wt％和大约10wt％之间、或大约1wt％和大约15wt％之间、大约1wt％和大约10wt％之间、大约5wt％和大约15wt％之间、或大约5wt％和大约10wt％之间)的一个量，这是基于为了形成该反应混合物而结合的(即，为了制备一种稳定的烷醇胺改性的酚醛树脂配制品所采用的)苯类酚的重量。
在本发明中可以使用在酚醛树脂领域已知的任何合适的碱性催化剂。在一个实施方案中，一种合适的碱性催化剂是选自下组，其构成为：氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钡以及它们的水合物。还可以使用这些催化剂的组合，例如，氢氧化钡和氢氧化锂的混合物。在一个优选的实施方案中，该碱性催化剂是氢氧化钠。典型地，氢氧化钠催化剂的量是在该混合物中的苯类酚(如苯酚)量值的大约1wt％和大约5wt％之间的范围内。在一个具体的实施方案中，氢氧化钠催化剂的量为该混合物中的苯类酚(诸如苯酚)的量的大约2wt％。典型地，该反应混合物中的苯类酚的量是基于该苯类酚的一个来源的浓度或纯度而计算的。
在一个实施方案中，将该反应混合物(包括甲醛和一种苯类酚)加热至具有在约40℃和约50℃之间的范围内的一个温度以便引发反应，诸如大约在约45℃和约50℃之间(例如，大约45℃)。然后向该反应混合物中加入一种碱性催化剂。在一个具体的实施方案中，该反应混合物(碱性催化剂被加入其中)的温度不超过大约50℃。优选地，将该反应混合物的温度控制在约1℃以内。在另一个具体的实施方案中(其中采用了多聚甲醛)，将所产生的包括甲醛、一种苯类酚以及一种碱性催化剂的反应混合物保持在约40℃和约50℃之间的范围内的温度下以便引发反应，诸如大约在约45℃和约50℃之间(例如，约45℃)持续至少约30分钟，诸如持续至少约1小时、或持续至少约2小时(例如，持续约2.5小时)。
然后将所产生的包括甲醛、苯类酚以及一种碱性催化剂的反应混合物，在一个实施方案中，加热至具有在约50℃和约90℃之间的范围内的一个温度以便引发反应。在一个具体的实施方案中，使该反应混合物的温度以大约1℃/min和大约10℃/min之间的范围内的速率增加。该反应是放热的，并且优选地，一旦达到所希望的最大反应温度，则控制在+/-1℃以内。优选地，所希望的最大反应温度是在约80℃和约95℃之间的范围内，诸如在约80℃和约90℃之间或者在约85℃和约95℃之间。该反应混合物在所希望的最大温度下维持的时间的量可以改变，这取决于该反应的规模并且取决于所希望的耐水性，这是本领域的普通技术人员鉴于本申请的传授内容不需要过度实验就可以确定的。典型地，该反应混合物在所希望的最大温度下维持的时间的量小于大约1.5小时，并且最优选是大约1小时。在一个优选的实施方案中，将该反应混合物在大约85℃和大约95℃之间或大约85℃和大约90℃之间的温度下维持大约0.5小时和大约1.5小时之间的范围内的一个反应时段。优选地，使用一种浴(诸如水浴)来控制该反应混合物的温度。
在另一个实施方案中，将该反应混合物(包括多聚甲醛、苯类酚以及一种碱性催化剂)热至具有约40℃和约50℃之间的范围内的一个温度以便引发反应。在一个具体的实施方案中，使该反应混合物的温度以大约1℃/min和大约10℃/min之间的范围内的速率增加。该反应是放热的，并且优选地，一旦达到所希望的最大反应温度，则控制在+/-1℃以内。优选地，所希望的最大反应温度是在大约45℃和大约50℃之间的范围内。该反应混合物在所希望的最大温度下维持的时间的量可以改变，这取决于该反应的规模并且取决于所希望的耐水性，这是本领域的普通技术人员鉴于本申请的传授内容不需要过度实验就可以确定的。典型地，该反应混合物在所希望的最大温度下维持的时间的量小于大约1.5小时，并且最优选是大约1小时。在一个优选的实施方案中，将该反应混合物在不超过约50℃，如在大约40℃和大约50℃之间、或在大约45℃和大约50℃之间的温度下，维持大约0.5小时和大约1.5小时之间的范围内的一个反应时段。优选地，使用一种浴(诸如水浴)来控制该反应混合物的温度。
该范围混合物的pH优选是在大约8.3和大约9.3之间的范围内，并且最优选为大约8.9。可以使用一种合适的酸、或通过加入一种合适的碱来调节该反应混合物的pH。在本发明中可以使用本领域中已知的任何合适的酸和碱。酸类的合适的实例包括磺酸类，诸如对甲苯磺酸类、酚类磺酸类、异丙苯磺酸类和甲磺酸类，以及磷酸类。碱类的合适的实例包括碱和/或碱金属氢氧化物，诸如NaOH、LiOH、KOH、Mg(OH)2、Ca(OH)2和Ba(OH)2、以及它们的组合物，如Ba(OH)2和Li(OH)的混合物。
在该苯类酚与甲醛的反应时段期间，酚醛树脂的分子量增加，并且该反应的进程可由耐水性指示。耐水性总体上指示了来自该苯类酚与甲醛之间的反应的这种酚醛树脂的近似分子量。一旦该反应进行，则撤出该反应混合物的一部分，例如大约10至20ml的该反应混合物，用于一个耐水性测试。将撤出的混合物(重量为W1)倒进一个载体中，诸如一个玻璃烧杯中。然后向该载体中加入去离子水(重量为W2)直到出现混浊度。一旦混浊度形成，则可按如下计算其耐水性：
％耐水性＝(W2)/(W1)*100 (1)
当耐水性已经达到一个合适的百分比时，终止该苯类酚与甲醛之间的反应，以便由此形成一种中间组合物。合适的耐水性的一个实例是在大约150％和1000％之间的范围内的耐水性。优选地，该耐水性是在大约150％和800％之间的范围内。更优选地，该耐水性在大约150％和600％之间的范围内。甚至更优选地，该耐水性在大约300％和500％之间的范围内。在一个特定的实施方案中，一旦该反应混合物终止，耐水性为大约390％。该反应的终止是通过将该反应混合物的温度调节至具有等于或小于大约50℃、优选等于或小于大约40℃的一个温度而实现的。在一个优选的实施方案中，该反应混合物的温度在大约85℃和大约95℃之间、更优选在大约90℃和大约95℃之间的范围内，并且一旦已经达到目标耐水性，此后将该反应混合物冷却至大约40℃或以下。该反应温度的降低可以按本领域中已知的任何合适的方法完成。在一个实施方案中，该温度是通过使该反应容器经受冷却液体(如水)、通过施加真空(例如，200-700mmHg)、和/或通过使用一种蒸发技术来降低的。优选地，通过使该反应容器经受一种冷却液体(如冷却水)、和/或通过使用减压(即，通过施加真空)而终止该反应。优选地，在冷却期间持续搅动该反应混合物。冷却的速率优选是在大约5℃/min和大约1℃/min之间的范围内，并且最优选为大约2℃/min。
在将该反应混合物进行冷却以由此形成该中间组合物之后，向该中间组合物中加入合适量的一种烷醇胺。该烷醇胺可以按任意形式与该中间组合物混合。在一个实施方案中，该烷醇胺是以一种水溶液的形式加入该中间组合物之中，诸如包括量值在该总溶液的大约50wt％和大约99wt％之间的烷醇胺的一种烷醇胺溶液，该溶液的余量包括水。可替代地，在本发明的方法中还可以采用一种基本上纯的烷醇胺。
然后将该反应混合物(具有一种烷醇胺)加热至在大约50℃和大约70℃之间的范围内、优选在大约55℃和大约65℃之间的范围内、并且更优选为大约60℃的一个温度。在一个优选的实施方案中，将该提升的温度维持一个反应时段，以允许该烷醇胺与该中间组合物，例如存在于该中间组合物中的至少一部分甲醛进行反应。该反应时段的任何特殊应用的最佳值可以取决于该反应的规模而改变，这是本领域的技术人员不需要过度实验就可以发现的。在一个具体的实施方案中，该反应时段是在大约45分钟和大约90分钟之间的范围内，并且更具体地说在大约45分钟和大约75分钟之间。在一个更具体的实施方案中，将该反应温度维持在约60℃下持续大约60分钟的一个时间段。
在一个实施方案中，在该烷醇胺的反应之后，通过一种适当的方法去除所存在的至少一部分水。在一个具体的实施方案中，通过一种适当的方法，诸如通过真空蒸馏，除去在大约60wt％和大约80wt％之间的存在的水。在一个实施方案中，真空蒸馏是在大约55℃和大约65℃之间的范围内的一个温度下进行。优选地，真空蒸馏是在大约60℃的温度下进行。
优选地，该烷醇胺改性的酚醛树脂的粘度是在大约25℃的温度下在500cps和大约20,000cps之间的范围内。优选地，该烷醇胺改性的酚醛树脂的粘度是在大约2000cps和大约10000cps之间的范围内、更优选是在大约2,000cps和大约5000cps之间的范围内，诸如大约3000cps。该烷醇胺改性的酚醛树脂的粘度典型地至少约1小时保持实质恒定。如在此使用的，“实质恒定”的粘度是指粘度随时间的改变小于初始粘度的大约10％。优选地，该烷醇胺改性的酚醛树脂的粘度至少约3小时保持实质恒定。
优选地，该烷醇胺改性的酚醛树脂具有至少约1小时实质恒定的耐水性。如在此使用的，“实质恒定”的耐水性是指耐水性随时间的改变小于初始耐水性的大约10％。优选地，该烷醇胺改性的酚醛树脂的耐水性至少约3小时保持实质恒定。
所产生的树脂的甲醛含量典型地小于100g该树脂的大约0.3wt％，如在100g该树脂的大约0.1wt％和大约0.295wt％之间的范围内。可以通过优化该树脂形成期间的烷醇胺的填充以及耐水性而将所产生的树脂的游离甲醛含量减小至小于100g该树脂的大约0.05wt％。甲醛的含量可以通过本领域中已知的任何合适的方法进行测量。例如，可以通过用羟胺(NH2HOH)，诸如盐酸羟胺(NH2HOH·HCl)滴定游离甲醛(HCHO)来测量，如以下反应所示：
HCHO+NH2HOH·HCl→H2O+CH2NOH+HCl (2)
反应(2)中形成的盐酸用一种试剂等级的NaOH溶液用电位法测定。
单独使用的或作为一个更大部分(诸如“烷氧基”、“卤烷基”等等)的部分使用的术语“烷基”，包括(如在此使用的含义)饱和的直链、环状或支链的脂肪烃基。典型地，一个烷基基团包括1至10个碳原子。在一些实施方案中，一个烷基基团包括1至6个碳原子，确切地，1至5个碳原子。可替代地，一个烷基基团包括1至4个碳原子。
术语“烷氧基”是指-O-烷基。
术语“卤烷基”和“卤代烷氧基”是指烷基或烷氧基，在这种情况下可能是被一个或多个卤素原子所取代。术语“卤素”是指F、Cl、Br或I。卤烷基或卤代烷氧基中的卤素优选是F或Cl。
一个“亚烷基基团”由-[CH2]z-代表，其中z是一个正整数，如从一至十、从一至六、或从一至四。
本发明的可固化的树脂组合物包括通过以上描述的方法制备的一种烷醇胺改性的酚醛树脂配制品。如在此使用的，一种未固化的或未交联的“树脂”是用于固化或交联的一种组合物，包括选自单体类、低聚物类、以及聚合物类的一种或多种组分，并且可以任性地包含其他添加剂，诸如着色剂类、稳定剂类、增塑剂类、填充剂类、溶剂类、抗填充剂类、等等。总体而言，一种树脂包括在固化时硬化的多个部分地聚合的组分的一个混合物，该树脂典型地是交联反应的结果。未固化的或未交联的树脂可以通过用光、电子束辐射、酸、碱、热以及它们的组合的引发而进行固化。
本发明的可固化的树脂组合物(包括通过以上描述的一种方法制备的一种烷醇胺改性的酚醛树脂配制品)，可以作为一种树脂粘合剂用于磨料产品中，诸如粘结的磨料产品(例如，磨轮、磨盘以及珩磨石(horns))以及涂覆的磨料产品(例如，磨料膜和纸)。在一个实施方案中，本发明的磨料产品包括许多磨料颗粒以及由该树脂组合物固化而来的一种树脂粘合剂。该树脂组合物可与多个磨料颗粒共混，或在替代方案中，被施用在多个磨料颗粒上，并且然后进行固化，以形成在一个磨料产品的基底层和多个磨料颗粒之上的一个制作涂层或一个胶料涂层。在施用该树脂组合物之后，作为一种粘合剂、一个制作涂层或一个胶料涂层，将该树脂组合物在适合的条件(如一种本领域中已知的条件)下固化。
在一个实施方案中，本发明的磨料产品是一种涂覆的磨料产品，该产品包括一个基底层、多个磨料颗粒、以及将这些磨料颗粒粘附在该基底层上的一个树脂涂层。该树脂涂层是由以上描述的本发明的一种可固化的树脂组合物固化而来的。在另一个实施方案中，本发明的磨料产品是一种粘结的磨料产品，该产品包括多个磨料粉末以及由以上描述的一种可固化的树脂组合物固化而来的一种树脂粘合剂。在这种粘结的磨料产品中，这些磨料粉末典型地是通过使用该树脂粘合剂粘合在一起的，并形成一种三维形状，如一个轮。
本发明的涂覆的磨料产品总体上包括一个基质(即，基底层)、多个磨料颗粒以及将该磨料颗粒保持在该基质上的至少一种粘合剂。如在此使用的，术语“涂覆的磨料产品”包括一种非织造的磨料产品。图1和图2展示了本发明的涂覆的磨料产品10和30。参照图1，在涂覆的磨料产品10中，用任选的背胶料涂层16和任选的预胶料涂层18处理基质12。覆盖任选的预胶料涂层18的是制作涂层20，制作涂层上施用了研磨材料14，诸如磨料粒料或颗粒。将胶料涂层22任选施用在制作涂层20和磨料颗粒14之上覆盖胶料涂层22的是任选的超级胶料涂层24。涂覆的磨料产品10取决于它们的具体应用可以包括或不包括背胶料涂层16和/或预胶料涂层18。同样，取决于涂覆的磨料产品10的具体应用，它们可以包括或不包括胶料涂层22和/或超级胶料涂层24。图2中示出的是涂覆的磨料产品30，它包括磨料颗粒14和一种或多种添加剂的一个单一的层(粘合剂-磨料层32)以及任选的背胶料涂层16。任选地，如图1所示，在涂覆的磨料产品30中可以包括预胶料涂层18、胶料涂层22以及超级胶料涂层24。
在一些实施方案中，本发明的一种可固化的树脂组合物是用于形成至少一个选自下组的层，该组的构成为：粘合剂-磨料层32、背胶料涂层16、预胶料涂层18、制作涂层20、胶料涂层22以及超级胶料涂层24。在一个具体的实施方案中，本发明的一种可固化的树脂组合物是用于形成至少一个选自下组的粘合剂层，该组的构成为：预胶料涂层18、制作涂层20以及胶料涂层22。在一个优选的实施方案中，本发明的一种可固化的树脂组合物是用来形成一种用于将磨料颗粒14固定在基质12上的粘合剂，例如，用于形成粘合剂-磨料层32或涂层20(制作涂层)和22(胶料涂层)中的至少一个涂层。在一个特别优选的实施方案中，本发明的可固化的树脂组合物是用来形成一种用于粘合剂-磨料层32的粘合剂。在这些实施方案中，磨料颗粒14可以通过重力、静电沉积或在空气流中单独施用，或与该可固化的树脂组合物作为淤浆一起施用。
基质12可以或者用一种树脂-磨料淤浆或一种不含磨料粒料的树脂粘合剂进行浸渍，这取决于该最终的涂覆的研磨工具(如以上所描述的)所要求的侵入性能(aggressiveness)。在本发明中有用的基质12可以是刚性的，但总体上是柔性的。基质12可以是纸、布、膜、纤维、聚合物材料、非纺织材料、固化橡胶或纤维，等等，或者是这些材料中的一种或多种的一个组合，或者是它们的经过处理的形式。该基质材料的选择总体上取决于有待形成的该涂覆的研磨工具的预期的应用。在一个优选的实施方案中，基质12是一种非织造的材料。如在此使用的，“非织造的”是指以机械、化学或物理方式或它们的任何组合保持在一起的随机的或定向的纤维的网。非织造的材料的实例包括形成一种非织造的网的纤维，这种非织造的网提供了一个三维整合的网络结构。已知的在非织造的研磨工具中有用的任何纤维均可用在本发明中。这类纤维总体上是由不同的聚合物形成的，这些聚合物包括聚酰胺类、聚酯类、聚丙烯、聚乙烯以及它们的不同的共聚物。棉、毛的防暴纤维以及不同的动物毛也可用于形成非织造的纤维。在一些应用中，该非织造的基质可以包括松散纤维的一种集合，向其中加入磨料颗粒14以提供具有遍布的磨料颗粒14的一种磨料网。
取决于本发明的可固化的树脂组合物被用于哪个或哪些粘合剂层，在将该可固化的树脂组合物施用在一个基质上之前、之后或与此同时，将磨料颗粒14施用在该基质之上。可以通过喷射(通过重力、静电沉积或气流)或通过涂覆将磨料颗粒14施用在基质12之上。在一个具体的实施方案中，将磨料颗粒14与该可固化的树脂组合物同时使用在基质12之上。在该实施方案的一个实例中，如图2所示，将该可固化的树脂组合物与磨料颗粒混合在一起以形成一种粘合剂-磨料组合物淤浆，并将该淤浆施用在基质12之上以形成单独的粘合剂-磨料组合物层32。在另一个具体的实施方案中，将磨料颗粒14施用在该可固化的树脂组合物的一个涂层之上。在该实施方案的一个实例中，将该可固化的树脂组合物用于形成背胶料、预胶料以及制作涂层中的至少一种。在还有另一个实施方案中，在该可固化的树脂组合物施用在基质12上之前施用磨料颗粒14。在该实施方案的一个实例中，该可固化的树脂组合物是被用于形成胶料和超级胶料涂层中的至少一种。
在本发明中有用的磨料颗粒14的一种合适的材料可以是在涂覆的研磨工具的形成中所利用的任何常规的磨料颗粒材料。用于本发明的合适的磨料材料包括金刚石、刚玉、金刚砂、石榴石、含杂燧石、石英、砂岩、玉髓、燧石、石英岩、硅石、长石、浮石和滑石、碳化硼、立方氮化硼、熔融氧化铝、陶瓷氧化铝、热处理的氧化铝、氧化铝氧化锆、玻璃、碳化硅、氧化铁类、碳化钽、二氧化铈、氧化锡、碳化钛、合成金刚石、二氧化锰、氧化锆、以及氮化硅。取决于这些涂覆的研磨工具的具体的所希望的特性，这些研磨材料可以被定向地或者无定向地(即，随机地)施用在该基质上。在选择一种合适的研磨材料时，总体上要考虑多种特征，诸如尺寸、硬度、与工件的相容性以及热传导性。在本发明中有用的研磨材料典型地具有范围从大约0.1微米至大约1500微米，诸如从大约10微米至大约1000微米的粒度。
涂覆的磨料产品10和30的一个或多个粘合层可以通过任何合适的方法(如本领域中普遍已知的一种)来制备。在一个实施方案中，将任选的背胶料涂层16和任选的预胶料涂层18(不含磨料颗粒14)涂覆在基质12上并通过暴露于热量下进行固化以赋予基质12足够的强度用于进一步处理。然后，将制作涂层20施用在基质12上以将磨料颗粒14遍布基质12进行固定，并且当该涂层仍然发粘时，将磨料颗粒14施用在制作涂层20之上。随后将该制作涂层固化以将磨料颗粒14保持在原位。此后，将胶料涂层22施用在基质12之上，并且然后固化。胶料涂层22的主要作用总体上是将磨料颗粒14锚定在原位并允许它们磨削工件而并不在它们的研磨能力耗尽之前从该涂覆的磨料结构中拉出。在另一个实施方案中，将一种磨料颗粒14的淤浆以及以上描述的一种树脂粘合剂组合物施用在基质12之上，任选地在基质12之上的预胶料涂层18上，并且然后固化。
在一些情况下，超级胶料涂层24被沉积在胶料涂层22之上。超级胶料涂层24可以使用或不使用一种粘合剂(如上所描述)来沉积。总体而言，超级胶料涂层24的作用是在涂覆的研磨材料14的表面上放置一种添加剂，该添加剂提供特别的特征，如提高的研磨能力、表面润滑作用、防静电特性或抗填充特性。合适的研磨助剂的实例包括KBF4和碳酸钙。适合于超级胶料涂层24的润滑剂的实例包括硬脂酸锂。合适的抗静电剂的实例包括碱金属磺酸盐、叔胺、以及类似物。适当的抗填充剂的实例包括脂肪酸的金属盐类，例如，硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸锂、月桂硫酸钠、以及类似物。阴离子的有机表面活性剂也可以用作有效的抗填充剂。这类阴离子表面活性剂以及包含这样一种阴离子表面活性剂的抗填充组合物的多种实例描述在美国专利申请公开号2005/0085167A1中，其全部传授内容通过引用结合在此。适当的抗填充剂的其他实例包括无机的抗填充剂类，如金属硅酸盐类、硅酸盐类、金属碳酸盐类、以及金属硫酸盐类。这类无机抗填充剂的实例可在WO 02/062531中找到，其全部传授内容通过引用结合在此。
在一些具体的实施方案中，本发明的涂覆的磨料产品包括一种非织造的基质，诸如用一种在本领域中熟知的气流铺置法(air-laid process)制造的一种非纺织基质。该非纺织基质用一种以上披露的涂覆组合物、以及一种研磨材料(诸如精细的磨料颗粒)浸渍。将该未固化的、浸渍的非纺织基质螺旋缠绕以形成一个圆木状。可替代地，将该未固化的浸渍的非纺织基质切成片并且将这些片堆叠在两个金属板之间以形成一个平板。然后将该圆木状或平板加热以形成非织造的研磨工具。可任选地，将固化的圆木状或平板转换为通常用于金属或木材工业中的抛光、清理毛刺、或最终处理应用的一种最终形状。
本发明的可固化的树脂组合物可任选地进一步包括一种或多种添加剂，诸如填充剂类、偶联剂类、纤维类、润滑剂类、表面活性剂类、颜料类、染料类、湿润剂类、研磨助剂类、抗填充剂类、抗静电剂类以及助悬剂类。可以取决于该树脂组合物所用于的一个或多个粘合层(例如，图1和图2中的涂层16、18、20、22、24和32)来选择包含在该树脂组合物中的一种或多种具体的添加剂。例如，如以上所讨论的，预胶料涂层24可以包括一种或多种抗填充剂。在胶料涂层22和/或制作涂层20中可以包含一种或多种研磨助剂。这些材料的量的选择取决于有待实现的所希望的特性。
本发明的磨料产品总体上可以采用片、盘、带、条以及类似的形式，它们可进一步被调适为安装在滑轮、车轮、或鼓轮上。本发明的涂覆的磨料产品可以用于对例如钢和其他金属、木材、木材样的叠层板、塑料、纤维玻璃、皮革或陶器的不同的表面进行砂磨、研磨或抛光。在一个实施方案中，本发明的磨料产品是用于通过以研磨运动来应用该磨料产品而对工件表面进行研磨，以除去该工件表面的一部分。
等效物
虽然通过参考本发明的示例性实施方案对本发明进行了具体的展示和说明，但本领域中的普通技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求书所涵盖的本发明的范围的前提下，可以在形式和细节上对这些实施方案作出不同的变更。