Brevet FR2633634A1 — publié le 19900105

La présente invention se rapporte à une composition abrasive pour le polissage d'un article plastique en vue de communiquer très rapidement une surface spéculaire de haute précision à cet article et a trait également à un procédé de polissage d'un article plastique par utilisa- tion de cette composition abrasive. Plus particulière- ment, la présente invention concerne une composition a- brasive pour le polissage d'un article plastique tel qu' un verre plastique de lunettes, une lentille plastique de caméra ou une lentille plastique optique, ladite com- position comprenant de l'eau, une poudre abrasive alu- mineuse, un accélérateur de polissage, à savoir un oxala- te d'aluminium ou un lactacte d'aluminium et, au besoin, un agent emp chant la sédimentation, notamment de la cal- lulose cristalline ou de l'alumine colloïdale. La composition abrasive habituellement utilisée pour les articles plastiques est une bouillie formée en mélan- geant de l'eau, un abrasif alumineux et un accélérateur de polissage tel que du nitrate d'aluminium, comme dé- crit dans le brevet japonais accordé n 53-3518, publié en 1978. Dans la demande de brevet japonais non accordé n 62-15828, publiée le 23 janvier 1987, on revendique une composition abrasive faiblement acide ou faiblement alcali- ne se composant d'eau, d'un abrasif alumineux et d'acéta- te de nickel, d'un composé du lithium tel que l'acétate de lithium ou le sulfate de lithium, d'un composé du sodium tel que le sulfate de sodium ou l'acétate de sodium ou d' un composé du magnésium tel que le sulfate de magnésium ou l'acétate de magnésium. La composition abrasive courante comprenant du nitra- te d'aluminium comme accélérateur de polissage est désa- vantageuse à divers égards. Tout d'abord, comme l'abrasif alumineux est susceptible de se déposer sous la forme d' un solide dans le fond d'une cuve contenant la composition abrasive ou d'un réservoir de bouillie abrasive utilisée / au moment du polissage, un temps prolongé est nécessaire pour homogénéiser la bouillie par agitation avant d'uti- liser la composition abrasive. En outre, pour la m me rai- son, des agglomérés susceptibles de provoquer des rayures se forment aisément. Si on envisage de recycler la-compo- sition abrasive et de l'utiliser à plusieurs reprises, pour réduire le coot de la fabrication, l'abrasif alumi- neux est à m me de se séparer et de se déposer dans une machine à polir ou dans un système de conduits de bouil- lie et la concentration de l'abrasif alumineux est donc modifiée, le résultat est qu'une possibilité de polissa- ge stable ne peut tre obtenue. Ensuite, la composition abrasive-corrode la machine à polir et l'appareillage en- vironnant; et l'usure et la détérioration de la machine. et de l'appareillage, ainsi que la pénétration de rouille dans la composition abrasive se produisent souvent durant l'opération de polissage. Finalement, la composition abra- sive adhère à la peau ou aux vêtements des serveurs et est susceptible de poser des problèmes, par exemple, une irritation de la peau des mains. Pour réduire la proportion du coût du traitement intervenant dans le coot de fabrication total, le rende- ment du traitement au moyen de la composition abrasive doit être augmenté. Le but principal de la présente invention est de ré- soudre les problèmes précités et de préparer une composi- tion abrasive servant à polir un article plastique; cette composition possède une possibilité de polissage élevée, procure une surface bien polie, conserve une bonne propri- été de polissage, mame si la composition est recyclée et utilisée à plusieurs reprises, et exerce une action cor- rosive réduite sur les machines et une toxicité réduite sur le corps humain. La Demandaresse a poli des lentilles plastiques à l'aide de divers acides organiques et différents composés d'aluminium d'acides organiques, conjointement avec de l'eau et un abrasif alumineux, et a constaté que l'oxala- te d'aluminium et le lactate d'aluminium- exercent une ac- tivité de polissage extremement intense. Dans cette composition abrasive, on a observé que l'abrasif alumineux se dépose souvent et, de préférence, cette sédimentation est empochée. La Demanderesse a consi- déré qu'en ce qui concerne l'agent empochant la sédimenta- tion et accroissant la viscosité de la composition, mais n'exercant aucune influence adverse sur la surface polie, l'agent ampêchant la sédimentation doit être plus fin que l'abrasif alumineux et doit être chimiquement inactif ou inerte; à ce propos, divers additifs ont été examinés en se fondant sur cette considération. Par conséquent, on a constaté que la cellulose cristalline et l'alumine collo- Ydale sont très efficaces comme agents empêchant la sédi- mentation, et on a aussi remarqué que ces deux additifs contribuent à augmenter la vitesse de polissage par sui- te de l'action physique décrite ci-dessous. En se basant sur ces découvertes, il a été possible de compléter la présente invention, en ce sens qu'une len- tille plastique ou analogue est efficacement polie en u- tilisant une poudre abrasive alumineuse et un accéléra- teur de polissage, préférablement en combinaison avec un agent empochant la sédimentation. Plus spécifiquement, conformément à la présente in- vention, on a-préparé une composition abrasive se compo- sant d'eau, d'un abrasif alumineux et d'au moins un accé- lérateur de polissage choisi dans le groupe comprenant un oxalate d'aluminium et un lactate d'aluminium, avec facultativement au moins un agent prévenant le dépôt choi- si dans le groupe comprenant de la cellulose cristalline et de l'alumine colloïdale. En outre, conformément à la présente invention, on a mis au point un procédé de polissage d'un article plas- tique, en particulier une lentille plastique, dans lequel on utilise la composition abrasive mentionnée ci-dessus. 263-3634 Selon la présente invention, les effets suivants peuvent tre créés: 1) l'oxalate d'aluminium et le lactate d'aluminium exercent une action chimique sur l'article plastique et l'effet de polissage en est favorisé; 2) la cellulose cristalline et l'alumine colloida- le accroissent la viscosité de la composition et sont dispersées sous la forme colloidale dans ladite composi- tion en vue de retenir l'abrasif alumineux, de sorte qu' on empêche efficacement la sédimentation de cet abrasif alumineux. De plus, la cellulose cristalline et l'alumi- ne colloïdale maintiennent l'abrasifalumineux en un bon état sur son tampon au cours du stade de polissage; ain- si, l'effet de polissage mécanique est accentué. La teneur en oxalate d'aluminium ou lactate d'alu- minium est de préférence de 0,5 à 10% en poids, préféra- blement de 0,5 à 4% en poids, par rapport au poids total de la composition abrasive de la présente invention. Si la teneur an oxalate d'aluminium (A12(C204)3;xH20) ou en lactate d'aluminium (Al(CH3CH(OH)CD0)3) est de moins de 0,5% en poids (sauf l'eau de cristallisation; celle- ci sera appliquée dans la suite) de la composition, 1' effet requis n'est pas créé, et si la teneur en oxalate d'aluminium ou en lactate d'aluminium est de plus de 10% en poids, l'effet n'est pas davantage accentué et l'effi- cacité du polissage ou la précision de la surface est ré- duite. Dans la présente invention, la teneur en cellulose cristalline ou en alumine colloïdale est de 0,1 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 1% en poids, par rapport au poids total de la composition abrasive. Si la teneur en cellulose cristalline ou en alumine colloïdale est de moins de 0,1% en poids (sauf l'eau de cristallisation dans le dernier cas; celle-ci sera appliquée dans la sui- te), l'effet requis n'est pas obtenu, et si la teneur en cellulose cristalline ou en alumine colloidale est de plus de 5% en poids, la viscosité de la composition aug- mente trop largement et, par conséquent, une dispersion uniforme de l'abrasif alumineux devient difficile et une manipulation, par exemple, un apport à une machine à po- lir, devient aussi incommode.-En outre, dans ce cas, une agglomération de l'abrasif alumineux se produit souvent. La cellulose cristalline est une substance cristal- line obtenue en hydrolysant une pulpe raffinée d'une hau- te pureté avec un acide minéral et en éliminant la partie amorphe par lavage et pulvérisation, raffinage et sécha- ge de la partie cristalline résiduelle. Cette cellulose cristalline est sous la forme d'une poudre fine d'une di- mension ou d'un ordre de moins d'un micron. La cellulose cristalline est dispersée sous une forme colloïdale dans la composition et en augmente la viscosité. L'alumine colloïdale est un hydrate d'alumine (A1203 nH20, n = 1 à 2,0) de boehmite ou pseudoboehmite sous la forme d'une poudre fine d'une dimension ou d'un ordre in- férieur au micron. L'alumine colloïdale est dispersée sous une forme colloidale dans une zone acide afin d'accroître la viscosité. Dans la présente invention, comme la cellulose cristalline ou l'alumine colloïdale augmente la viscosité et retient l'abrasif-alumineux, bien qu'elle soit disper- sée sous la forme colloïdale, on empêche efficacement la sédimentation dudit abrasif alumineux. Au surplus, puis- que cet abrasif alumineux est retenu sur un tampon dans un bon état durant le stade du polissage par la cellulose cristalline ou ltalumine colloïdale, on accentue l'action de polissage. La teneur en poudre abrasive alumineuse est de 5 à % en poids, de préférence 15 à 20% en poids par rapport au poids total de la composition abrasive de la présente invention. Si la teneur en poudre abrasive alumineuse est inférieure à 5% en poids, l'efficacité du polissage est réduite et la précision de la surface est abaissée. Si la teneur en poudre abrasive alumineuse dépasse 25% en poids, l'efficacité du polissage n'est pas particulièrement ac- centuée, mais la viscosité devient trop élevée et l'adap- tabilité de l'opération est altérée. Dans la présente invention, la dimension maximale des particules est plus petite que 15/ m et la dimension moyenne des particules est inférieure à 5/ m en ce qui concerne la poudre abra- sive a-lumineuse. Si la dimension maximale des particules dépasse 15 /m et la dimension moyenne des particules 5 m relativement à la poudre abrasive alumineuse, la ru- -gosité de la surface s'agrandit et des rayures apparais- sent ultérieurement. Eu égard à l'efficacité du polissa- ge et à la rugosité de surface, la dimension des parti- cules de-la poudre abrasive alumineuse est de préférence de 1 à 3 /m. La présente invention est décrite à présent en dé- tail en se référant aux exemples qui suivent. Dans ces exemples, les caractéristiques de polis- sage sont déterminées par l'essai de polissage suivant. Une machine à polir les lentilles du type Udagaua (diamètre du plateau de polissage: 120 mm) est utili- sée pour l'opération de polissage, un tampon du type su- ède (CIEGAL 7355 fourni par Chiyoda K.K.) est relié au plateau de polissage et une lentille en plastique d'un diamètre de 70 mm (CR-39 fourni par PPG Company, Etats- Unis d'Amérique, diéthylèneglycol-carbonate de bisacry- le) est polie pendant 20 minutes. En pratique, la composition de polissage de la présente invention est utilisée pour la finition spécu- laire, par exemple, la surface polie d'une lentille plas- tique d'un fini satin obtenue par un polissage brut à l'aide d'un tampon adoucissant au carbure de silicium d'environ 600 mailles, puis par un polissage fin au moyen d'un tampon adoucissant à l'oxyde d'aluminium d'environ 1200 mailles. Toutefois, dans le présent essai, en vue d'établir une comparaison dans les mêmes conditions, des lentilles plastiques à surface spéculaire, finies dans des conditions déterminées, on été utilisées. Les condi- tions de polissage étaient une pression de traitement de 275 g/cm2, un nombre de tours du plateau inférieur de 400 t/mn, un nombre de mouvements alternatifs de la bro- che de 70, une amplitude de la broche de 36 mm et un dé- bit de 100 ml de bouillie par minute. Après l'opération de polissage, le poids de la lentille plastique a été me- suré et la vitesse de polissage déterminée à partir de la perte de poids calculée. La rugosité de la surface est mesurée au moyen d'un Talystep et Talydata 2000 four- ni par la Rank Taylor Hobson Company. La surface a été observée à l'aide d'un microscope a interférence diffé- rentielle et sous une lumière de spot de 100.000 lux, puis la présence ou l'absence de rayures ou de "zestes d'orange" a été déterminée. Exemple comparatif 1 Une bouillie contenant 20% en poids d'alumine en pou- dre (a-Al203) d'une dimension maximale de particules de 56,4p m et d'une dimension moyenne de particules de 1,9 ,/m est diluée dans de l'eau pure pour former une pâte ne contenant que 15% en poids d'abrasif alumineux. L'es- sai de polissage d'une lentille plastique (CR-39) est effectué en utilisant cette pàte; les résultats sont donnés au tableau I. Exemples 1 à 5 Une quantité prédéterminée d'oxalate d'aluminium est ajoutée à la bouillie contenant 20% en poids d'abra- sif alumineux, préparée à l'exemple comparatif 1; puis la bouillie est diluée dans de l'eau pure pour obtenir une composition abrasive selon la présente invention, comprenant 15% en poids d'abrasif alumineux et 0,5, 1, 0, 2,0, 4,0 ou B,0% d'oxalate d'aluminium. L'essai de po- lissage d'une lentille plastique (CR-39) est effectué en utilisant la composition abrasive préparée; les ré- sultats de l'essai sont groupés au tableau I. Exemples 6 à 10 Une composition abrasive conforme à la présente in- vention, comprenant 15% en poids d'abrasif d'alumine et 0,5, 1,0, 2,0, 4,0 ou 8,0% en poids de lactate d'alumini- um, est préparée de la m me façon que celle décrite aux exemples 1 à 5, sauf que du lactate d'aluminium est uti- lisé au lieu d'oxalate d'aluminium. L'essai de polissage d'une lentille plastique (CR-39) est effectué an employant la composition abrasive préparée; les résultats sont re- pris au tableau I. Exemple comparatif 2 Une quantité prédéterminée de nitrate d'aluminium (Al(N03)3;9H20) est ajoutée à la bouillie contenant 20% en poids d'abrasif alumineux, préparée à l'exemple com- paratif 1; la bouillie est diluée dans de l'eau pure pour obtenir une composition abrasive courante comparative contenant 15% an poids d'abrasif alumineux et 4% en poids de nitrate d'aluminium. L'essai de polissage d'une len- tille plastique (CR-39) est effectué en utilisant cette composition abrasive; les résultats sont donnés au ta- bleau I. D'après les résultats groupés au tableau I, il est clair que la composition abrasive comprenant de l'oxala- te d'aluminium ou du lactate d'aluminium a un degré de po- lissage plus élevé et une rugosité de surface plus faible que ceux de la composition abrasive courante contenant du nitrate d'aluminium. Exemples 11 à 14 De la cellulose cristalline ("Avicel" fournie par Asahi Kasei K.K.) est ajoutée à la composition abrasive comprenant 15% en poids d'abrasif alumineux et 4% en poids d'oxalate d'aluminium et préparée selon l'exemple 4; de cette façon, la teneur en cellulose cristalline de la composition est de 0,1, 0,25, 0,5 ou 1,0% en poids. Ensuite, la composition est énergiquement agitée pour ob- tenir une composition abrasive conforme à la présente in- vention. Tableau I Accélérateur de pH Degré de Rugosité de Défauts de polissage polissage surface surface (% en poids) (mg/20 mn) () Produits de Exeamiple 1oxalate d'Ail0,5 3,9 225 256 non observés laprésentesit la présenteExemple 2 dito 1,0 3,8 230 258 dito invention Exemple 3 dito 2,0 3,6 232 255 dito Exemple 4 dito 4,0 3,3 242 256 dito Exemple 5 dito 8,0 2,8 240 255 dito Exemple 6 lactate dtAl0,5 3,9 224 263 dito Exemple 7 dito 1,0 3,8 230 260 dito Exemple 8 dito 2,0 3,6 236 253 dito Exemple 9 dito 4,0 3,4 239 252 dito Exemple 10 dito 8,0 3,3 237 254 dito Ce Exemple C comparatif 1 - 9,5 134 390 dito c Produit Exemple com- courant paratif 2 nitrate dtAl 4,0 3,1 224 279 dito L'essai de polissage d'une lentille plastique (CR-39) est effectué en utilisant la composition abrasive prépa- re; les résultats sont donnés au tableau II. Exemples 15 à 18 Une composition abrasive selon la présente invention, comprenant 0,1, 0,25, 0,5 ou 1,0% en poids d'alumine col- loidale est préparée de la m me manière que celle décrite aux exemples 11 à 14, sauf que de l'alumine colloïdale (pseudoboehmite; A1203.1,5H20) est utilisée au lieu de cel- lulose cristalline. L'essai de polissage d'une lentille plastique (CR-39) est effectué au moyen de la composition abrasive préparée; les résultats sont donnés au tableau II. D'après les résultats groupés au tableau II, on obser- ve que la composition abrasive contenant de la cellulose cristalline ou de l'alumine colloidale a un pouvoir de polissage et une rugosité de surface améliorés, en compa- raison de la composition abrasive exempte de cellulose cristalline ou d'alumine colloidale. En outre, dans la composition abrasive comprenant de la cellulose cristal- line ou de l'alumine colloidale, la vitesse de sédimen- tation de l'abrasif alumineux est plus petite que celle de la composition abrasive sans cellulose cristalline ou alumine colloïdale; m me si des précipités se forment, ces derniers sont aisément dispersés par agitation. Par conséquent, la composition abrasive de la présente in- vention a une stabilité au stockage et une adaptabilité à l'usage excellentes. Effectivement, après un mois de stoc- kage, on peut aisément dispersés par agitation les préci- pités formés dans la composition contenant de la cellulo- se cristalline ou de l'alumine colloidale, alors que les précipités des exemples comparatifs se coagulent sous la forme de solides et ne sont pas facilement dispersés par agitation. Il résulte de la description ci-avant que la compo- sition abrasive de la présente invention comprenant de l'oxalate d'aluminium ou du lactate d'aluminium comme ac- célérateur de polissage est améliorée si on la compare à la composition abrasive courante contenant du nitrate d' aluminium comme accélérateur de polissage; l'améliora- tion porte d'ailleurs sur les points suivants relative- ment à l'efficacité du traitement et à la précision de la surface finies: a) le pouvoir de polissage est élevé; b) la rugosité de la surface est faible. De plus, si un agent empêchant la sédimentation, par exemple, de la cellulose cristalline ou de l'alumine col- loidale est ajouté à la composition abrasiv.e de la pré- sente invention, les effets suivants concernant la stabi- lité au stockage et l'adaptabilité à l'usage peuvent créés outre leseffets précités relatifs à l'efficacité du traitement et à la précision de la surface finie: c) le pouvoir de polissage est davantage augmenté; d) la rugosité de surface est davantage réduite; e) la vitesse de sédimentation de l'abrasif alumi- neux est diminuée; f) le précipité formé à base d'abrasif alumineux est mou et peut âtre dispersé facilement; par conséquent, la composition abrasive peut âtre stockée pendant un temps prolongé; g) même si la composition abrasive est recyclée et u- tilisée à maintes reprises, un rendement de polissage ex- cellent et stable peut âtre obtenu. En conséquence, des effets excellents sont exercés lorsque la composition abrasive de la présente invention est mise en application. Tableau II Accélérateur de Agent empochant pH Degré de Rugosité de Défauts de polissage la sédimentation polissage de surface surface (% en poids) (% en poids) (mg/20 mn) (A) Produits Exemple 4 oxalate dta- non obser- de la luminium 0,4 - 3,3 242 256 vés présen- Exemple 11 dito cellulose cristalline 0,1 3,3 271 228 dito te inven- Exemple 12 dito dito 0,25 3,3 282 225 dito tion tion Exemple 13 dito dito 0,5 3,3 295 226 dito Exemple 14 dito dito 1,0 3,3 300 225 dito P Exemple 15 dito alumine colloïdale 0, 1 3,3 278 233 dito Exemple 16 dito dito 0,25 3,3 288 230 dito Exemple 17 dito dito 0,5 3,3 302 223 dito Exemple 1l dito dito 1,0 3,3 307 222 dito _ _o REVENDICATIONS 1. Composition abrasive se composant d'eau, d'un a- brasif alumineux et d'au moins un accélérateur de polis- sage choisi dans le groupe comprenant de l'oxalate d'a- luminium et du lactate d'aluminium. 2. Composition abrasive selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il comprend en outre un agent empê- chant la sédimentation choisi dans le groupe comprenant de la cellulose cristalline et de l'alumine colloadale. 3. Composition abrasive selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'abrasif alumineux a une dimen- sion maximale de particules de 15 /lm ou moins et une di- mension moyenne de particules de 5, m ou moins et est contenu en une quantité de 5 à 25% en poids basé sur la composition totale. 4. Composition abrasive selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accélérateur de polissage est contenu en une quantité de 0,5 à 10% en poids basé sur la composition totale et en ce que la valeur pH de la composition est de l'ordre de 2 à 4. 5. Composition abrasive selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'agent empêchant la sédimenta- tion est contenu en une quantité de 0,1 à 5% en poids basé sur la composition totale. 6. Procédé de polissage d'un article plastique à l'aide d'une composition abrasive, caractérisé en ce que la composition abrasive comprend de l'eau, un abrasif a- lumineux et au moins un accélérateur de polissage choisi dans le groupe composé d'oxalate d'aluminium et de lac- tate d'aluminium. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'article plastique est une lentille. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la composition abrasive comprend en outre au moins un agent empêchant la sédimentation choisi dans le groupe composé de cellulose cristalline et d'alumine col- loldale. 9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'abrasif alumineux a une dimension maximale de particules de 15 m ou moins et une dimension moyenne de particules de 5 m ou moins st est contenu en une quanti- té de 5 à 25% en poids basé sur la composition totale. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'accélérateur de polissage est contenu en une quantité de 0,5 à 10% an poids basé sur la composition totale et en ce que la valeur pH de la composition est de l'ordre de 2 à 4. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'agent empochant la sédimentation est contenu en une quantité de 0,1 à 5% en poids basé sur la composition totale.