(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（a)繊維間の交差点および接触点を含む多数の相互に絡み合ったランダムに伸びたポリアミドステープルファイバーから形成されたロフティーオープン不織三次元繊維ウェブであって、該繊維間の交差点および接触点を共に結合して、該ウェブ全体に三次元に結合した構造体を形成し、該繊維が表面および繊維強力５g/デニール以下を有するロフティーオープン不織三次元繊維ウェブ、
(b)ウェブ全体に分散され、かつ該繊維の表面に強く接着した多数の研磨粒子、および
(c)(i)該ウェブ全体に分散され、かつ該繊維と接触したフェノール樹脂前駆体の硬化生成物として形成された第１の硬質フェノール樹脂、および
(ii)該フェノール樹脂前駆体と接触する間に該繊維の実質的な化学的劣化を防止するのに有効な種類および量の変性剤成分、
を含有する該ウェブ全体に分散した樹脂材料、
を組合せて含むオープン低密度研磨物品。
【請求項２】
(a)繊維間の交差点および接触点を含む多数の相互に絡み合ったランダムに伸びたポリアミドステープルファイバーから形成されたロフティーオープン不織三次元繊維ウェブであって、該繊維が表面および繊維強力５g/デニール以下を有するロフティーオープン不織三次元繊維ウェブを提供する工程、
(b)該ウェブ全体に分散され、かつ該繊維と接触するのに有効な方法により前結合組成物を該ウェブに適用する工程であって、該前結合組成物が第１の硬質フェノール樹脂前駆体ラテックス組成物、および該フェノール樹脂前駆体と接触する間に該繊維の実質的な化学的劣化を防止するのに有効な種類および量の変性剤成分を必須成分として含有する前結合組成物を該ウェブに適用する工程、および
(c)該含浸ウェブを該前結合組成物を硬化するのに十分な第１加熱温度で第１加熱時間加熱する工程であって、該繊維が該繊維間の交差点および接触点で共に結合されて、該ウェブ全体に三次元に結合した構造体を形成する該含浸ウェブを加熱する工程、
(d)要すれば、該ウェブ全体に分散するのに有効な方法によりメイクコートを該ウェブに適用する工程であって、該メイクコートが第２の硬質フェノール樹脂前駆体ラテックス組成物および多数の研磨粒子を含むメイクコートを該ウェブに適用する工程、
(e)該ウェブを、第２の硬質フェノール樹脂前駆体ラテックス組成物の実質的に完全硬化を提供するのに十分な第２加熱温度で第２加熱時間加熱する工程であって、該研磨粒子が該繊維の表面に接着されている該ウェブを加熱する工程、および
(f)要すれば、更に工程(e)の後に、該記ウェブ全体に分散するのに有効な方法により、第３の硬質フェノール樹脂前駆体ラテックス組成物を含むサイズコートを該ウェブに適用し、次いで実質的に該第３の硬質フェノール樹脂前駆体ラテックス組成物の完全硬化を提供するのに十分な第３加熱温度で第３加熱時間加熱する工程
をこの順に含む揮発性有機溶剤化合物を使用しない請求項１記載のオープン低密度研磨物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、耐フェノール侵食性を有するように処理し、かつ低強力を有するポリアミドステープルファイバーから形成された繊維ウェブを含むオープン低密度不織研磨物品、およびその製造方法に関する。
（背景技術）
不織研磨物品は公知であり、例えば米国特許第2,958,593号（フーバー(Hoover)等）に開示されており、一般に微小研磨粒子およびそれらに結合した硬化性バインダーを有する多孔性三次元結合網目構造体として提供される不織ウェブに形成される繊維を含有する。そのような不織研磨物品は不連続シート形状品、そして様々な加工品、例えばホイール、ディスク、およびフラップブラシに有用である。これらの加工品において、得られた物品は、金属、木材、プラスチック、ガラス、セラミック、および複合材のような材料の表面を、磨き、洗浄し、状態調節し、および/または装飾するのに有用である。
公知の不織研磨物品に用いられてきた繊維は、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンを含む様々なポリマー、および様々なコポリマーから形成される。天然繊維、例えば綿、羊毛、靭皮繊維、および様々な動物体毛も好適である。好適な研磨粒子は、フリント、ざくろ石、酸化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化ケイ素等から形成されてもよい。バインダーは通常、にかわやワニス、または１種以上の樹脂、例えばフェノール、ユリアホルム-アルデヒド、メラミン-ホルムアルデヒド、ウレタン、エポキシ、およびアクリル樹脂の硬化品を含有する。フェノール樹脂には、フェノール-アルデヒドタイプのものを含む。前述の研磨不織構造体には、所望の弾性を提供し、上記ウェブのナイロン繊維を鉱物研磨材のウェブに結合するために用いられる後で適用されたフェノールメイクコートによる攻撃から保護するために、前結合に溶剤被覆架橋ウレタンをの使用が必要なタイプのミネソタ州セントポール(St.Paul)の３Ｍ社から市販のスコッチ・ブライト(SCOTCH-BRITE)を含む。
不織研磨物品は以下の一般に公知の経路によって製造されてきた。研磨粒子を含有しないバインダー前駆体溶液の「前結合」被膜は、１種以上の前述の樹脂を含有し、ウェブ上に被覆され、加熱されて、更に処理を行う不織ウェブに十分な強度を付与する。次いで、樹脂有機バインダーをベースとした「メイク」被膜を、上記ウェブに適用して微小砥粒をロフティー繊維マット全体に固定し、硬化する。その後、樹脂バインダー材料および研磨粒子から成る「サイズ」被膜を、通常スプレー被覆により上記前結合ウェブ上に適用し、上記物品の研磨特性、例えば研磨鉱物がシェリングを生じるのを防止することを向上する。次いで、上記サイズ被膜を硬化する。様々な前結合、メイク、およびサイズ被膜樹脂は、様々な所望のウェブおよび研磨粒子特性に依存して、同一であっても、異なってもよい。
フェノール樹脂バインダーは特に、それらの熱的特性、入手可能性、低コスト性、取扱い容易性のために、不織研磨物品を製造するのに広範囲に用いられる。非常に多くの体積でフェノール樹脂を製造するのに現在用いられるモノマーは、フェノールおよびホルムアルデヒドである。他の重要なフェノール出発原料は、クレゾール、キシレノール、ｐ-t-ブチルフェノール、ｐ-フェニルフェノール、およびノニルフェノール等のアルキル置換フェノールである。ジフェノール、例えばレゾルシノール（1,3-ベンゼンジオール）およびビスフェノール-Ａ-（ビス-Ａまたは2,2-ビス（4-ヒドロキシフェニル）プロパン）が、特定の特性が要求される用途により少量で用いられる。
２つの基本的種類のフェノール樹脂、レゾールおよびノボラックフェノール樹脂がある。レゾールフェノール樹脂の分子量増大および硬化はアルカリ性触媒により促進される。アルデヒドとフェノールのモル比は1.0以上であり、通常1.0〜3.0である。不織研磨材用の接着剤被膜の製造において、１つの標準的出発フェノール樹脂組成物は、フェノール重量を基礎として添加された２％水酸化カリウム触媒との、ホルムアルデヒド：フェノール1.96：1.0の70％固形分の縮合物の混合物である。フェノール樹脂組成物は通常、水25〜27重量％およびプロピレングリコールメチルエーテル３〜５重量％を有し、それは従来のフェノール配合物の樹脂粘度の低下するのに必要であると考えられる。この樹脂をメイクまたはサイズ被膜の成分として用いる、即ちそれを被覆可能とする前に、更に粘度低下を揮発性有機化合物の添加によりしばしば行い、それは通常略語「ＶＯＣｓ」で表される。不織ウェブ用の前結合被膜を作製するのに用いられるフェノール樹脂を含有する従来のバインダー前駆体溶液は、ＶＯＣ、例えばイソプロピルアルコール40重量％以下を含有してその粘度を低下し、上記フェノール樹脂を他のバインダーと相溶性を有するようにし、一方、サイズ被膜を作製するのに用いられるバインダー前駆体溶液は、ＶＯＣ、例えばジエチレングリコールエチルエーテル20重量％以下を含有してもよい。
ＶＯＣｓの放出を低減するために、フェノール樹脂の水相溶性を向上することが提案された。J.D.フィッシャー(Fisher)はプロシーディング・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティー(Proceeding of the American Chemical Society)、デビジョン・オブ・ポリメリック・マテリアル(Division of Polymeric Material)：サイエンス・アンド・エンジニアリング(Science and Engineering)；No.65、275〜276頁（1991年）で「水相溶性フェノール性樹脂(Water Compatible Phenolic Resins)」と題する文献において、「水相溶性」フェノール性樹脂を形成する方法、その利益及びその短所を記載している。しかしながら、細心の取扱いおよび硬化系の動力学の監視の必要なしに、または機能化や他の構造的変性を行ったフェノールバインダー分子構造体を化学合成するのに更に別の操作および装置の必要なしに、上記バインダーの水相溶性を調節し得ることが望ましい。
また、特にポリアミド繊維をベースとした不織ウェブと共に用いたフェノールバインダーにより、相溶性の問題が生じる。特に有用な公知の不織研磨物品は、ポリアミド繊維のウェブおよび硬化性バインダーとしてのレゾールタイプのフェノール樹脂を含有するものである。そのような組成物は、低コストで製造され得る強度のある強靭な耐熱性研磨物品用に提供される。しかしながら、欠点として、通常レゾールフェノール樹脂中に存在する遊離フェノールがそのようなポリアミド繊維を化学的に侵蝕し、その結果それを弱化する。ポリアミド繊維のこの腐蝕性フェノール侵蝕の１つの有用な作用は、繊維の脆化であり、上記繊維個々および全体としてのウェブの可撓性、弾性、伸び等の損失を伴う。本発明の前に、この問題解決するのに用いられた実施は、高度に延伸されたポリアミド繊維を使用することである。そのような繊維は通常、強力5.5〜８g/デニール以上を示す。そのような高度に延伸した繊維の形状は、より微結晶である傾向があり、非晶質および微結晶領域が高度に配向される。そのような形状は、上記繊維へのフェノールの拡散速度が実質的に減少するため、遊離フェノールの速い侵蝕に対するバリヤーを提供する。この方法がフェノール侵蝕の問題を克服する一方、他の問題が加工中に存在する。例えば、そのような高度に延伸した繊維中に安定した捲縮(crimp)を付与することは困難であり、その結果、不織ウェブにおける加工がより困難になる。加えて、そのような高度に配向された繊維を製造するのに必要な更に別の加工装置および管理は経済的観点から重要である。特殊な配向促進方法を行う必要のない中くらいおよび低い強力低い引張強さを有する、例えば強力５g/デニール以下を有するポリアミド繊維を使用し得ることは、他の方法で上記繊維のフェノール侵蝕を防止することと同様に、工業的に非常に魅力的なことである。
更に、繊維ウェブを結合するための他の従来のフェノール系として、ポリアミド繊維不織布を強化するのに用いられるレゾールフェノール系は一般に少なくともいくらかの体積のＶＯＣｓの使用の使用を必要とする。そのようなＶＯＣｓは通常製造工程中に除去され、大気中への放出を避ける、または最小にするために回収または他の方法で処理されなければならない。存在しない場合、ＶＯＣ溶剤の取扱いおよび処理に関する付加コストおよび不便さのために、上記ポリアミド繊維/レゾールフェノール系中でのＶＯＣの使用を低減することが望ましい。更に、上記ＶＯＣ溶剤は、上記ポリアミド繊維表面のフェノール侵蝕を増大または促進すると考えられる。
不織研磨物品用のＶＯＣ放出を低減するための変性フェノール樹脂は同様に公知であり、例えば、通常譲渡された米国特許第5,178,646号（バーバー(Barber)Jr.等）に開示されており、それはポリ（オキシアルキレン）アミンおよび尿素化合物がこの用途に用いられている。ゴム変性フェノール樹脂、例えば通常譲渡された米国特許第2,958,593号（フーバー(Hoover)等）に開示の、上記構造体の片側に処理されて全研磨物品構造体の引裂き抵抗および細断抵抗を向上する要すれば用いられるゴム処理も不織研磨物品の製造に用いられてきた。例えば、フーバー(Hoover)等はフェノール-ホルムアルデヒドおよびアミン末端ポリアミド樹脂含有被膜を用いて第１に被覆され、続いて上記フェノール暴露ウェブを、放射処理ウェブを暖かい間も非粘着状態に硬化するように被覆ウェブが熱処理される硬化オーブンに移送し、その後はポリブタジエンアクリロニトリルコポリマーラテックス（即ち、B.F.グッドリッチ(Goodrich)社から商品名「ハイカー(HYCAR)・ラテックス1561」で市販）を上記ウェブの反対側に適用し、オーブン中で加熱硬化するナイロン繊維ウェブを例示する。フーバー(Hoover)等の開示した配置において、上記ナイロン繊維は露出され、上記ナイロン繊維表面のフェノール侵蝕を妨害することを確認される前述の繊維配向または変性剤成分が同時に存在することなしに、フェノールと接触する。同様に、通常譲渡された米国特許第4,189,395号（ブランド(Bland)）には、延長された期間以上の使用により界面活性剤を徐々に放出するクリーニングパッドが開示されている。ブランド(Bland)のこのクリーニングパッドは、製造時の最終処理中に、ブレンドされたグリース稀釈、石鹸水形成ノニオン界面活性剤を有する水不溶性硬化アクリル樹脂を含有する組成物を含浸したパッドを含む。ブランド(Bland)により開示された上記アクリル樹脂ローム・アンド・ハース(Rphm and Haas)社から商品名「ロープレックス(Rhoplex)」で市販のラテックスおよびB.F.グッドリッチ(Goodrich)社から市販の「ハイカー(HYCAR)H2671」であってもよい。しかしながら、ブランド(Bland)により用いられたウェブは第１にバインダー、例えばフェノール-ホルムアルデヒドを含有する熱硬化性樹脂を用いて結合し、上記ウェブを界面活性剤含有組成物を用いる別の後者の処理を行うものとして開示されている。また、通常譲渡された米国特許第4,018,575号（デービス(Davis)等）には、ガラスフィラメント束から成る繊維ウェブを含む低密度研磨物品を開示されている。デービス(Davis)等のガラスフィラメント束ウェブは、ポリアクリレート、商品名「ハイカー(HYCAR)1561」で市販されているようなブタジエン-アクリロニトリルゴム、およびポリウレタンの好ましい前結合樹脂を用いて前結合されるものとして開示されている。ガラス繊維はフェノール侵蝕を受けない。
防止しない場合、フェノールの存在下でのポリアミド繊維の劣化を解消する変性剤の存在により、あまり延伸しない、低強力ポリアミドウェブ繊維を結合するフェノール樹脂前駆体系の変性は、本発明以前には公知ではないと考えられる。
（本発明の要旨）
本発明は、物品の繊維ウェブに用いられる比較的低強力ポリアミドステープルファイバーの前述のフェノール侵蝕の問題を克服および解決するオープン低密度研磨物品に関する。本発明は、ポリアミド繊維に高延伸を付与することに関する負担およびコストを排除すると同時に、上記ウェブに適用されたバインダー組成物中におよびそれと共に揮発性有機化合物（即ち、「ＶＯＣ’ｓ」）を用いる必要性を低減する。
概して、本発明は
(a)繊維間の交差点および接触点を含む多数の相互に絡み合ったランダムに伸びたポリアミドステープルファイバーから形成されたロフティーオープン不織三次元繊維ウェブであって、上記繊維間の交差点および接触点を共に結合して、上記ウェブ全体に三次元に結合した構造体を形成し、上記繊維が表面および繊維強力５g/デニール以下を有するロフティーオープン不織三次元繊維ウェブ、
(b)ウェブ全体に分散され、かつ上記繊維の表面に強く接着した多数の研磨粒子、および
(c)(i)上記ウェブ全体に分散され、かつ上記繊維と接触したフェノール樹脂前駆体の硬化生成物として形成された硬質フェノール樹脂、および
(ii)上記フェノール樹脂前駆体と接触する間に上記繊維の実質的な化学的劣化を防止するのに有効な種類および量の変性剤成分、
を含有する上記ウェブ全体に分散した樹脂材料、
を組合せて含むオープン低密度研磨物品に関する。
本発明の目的に関して、以下に示した語は以下の意味を有する。
「不織」は、機械的、化学的、または物理的方法、またはこれらの組合せによって共に保持されたランダムまたは方向性繊維のウェブまたはバット(Batt)を意味するが、ウィービング、ニッティング、ステッチング、伝統的フェルティング、そして従来の方法により形成された紙は除外する。
本明細書中で不織ウェブに関して用いられる「低密度」は、極高ボイド体積を有するオープン構造を意味する。
本明細書中で不織ウェブに関して用いる場合の「オープン」の語により、厚さ約1/4インチ(６mm)を有するウェブが、観察者の目に位置合わせした光の実質的に全てが上記構造体を通過する条件下で、光、例えば通常の日光を当てた場合にかなり半透明またはむらなく透明であることを表す。
「強力」の語は、繊維１デニール当たりのｇ数で表される破壊応力により測定される繊維の引張強さを意味する。
「ステープルファイバー」は、短繊維、例えば比較的短く、均一長さのクリンプドファイバーおよびチョップドファイバーを表す。
「化学的劣化」の語により、例えばフェノール樹脂前駆体中のフェノールの接触したポリアミド繊維表面との反応により起こる、繊維表面または構造体への化学誘導ダメージを表す。
本発明の重要な態様では、不織研磨物品の製造時に、低強力（即ち、＜5.0g/デニール）ポリアミドステープルファイバーを含有する不織繊維ウェブが、本明細書中に記載のように、上記ウェブ中の上記ポリアミド繊維が最初にフェノールまたはフェノール樹脂前駆体に暴露され、それに接触する前に、改質剤または変性剤と接触する。本発明の目的に関して、フェノール樹脂前駆体との最初の接触の前に上記ポリアミド繊維を含有することの特徴は、変性剤が上記フェノール樹脂前駆体と同時期のウェブに適用される位置を含む。本発明は、本明細書中に記載のように、上記変性剤を、ウェット・オン・ウェット(wet on wet)で第１フェノール樹脂前駆体の次の被覆の前に、最初に上記ウェブに適用する方法で実施してもよい。これに反して、本明細書中で「同時期(contemporaneous)」の語により、上記変性剤およびフェノール樹脂を、これらの成分の完全な物理的混合物を含有する同様の被覆組成物から上記ウェブに同時に適用することを表す。その上に被覆される分離被膜は、ウェット・オン・ウェット、またはウェット・オン・ドライの被覆操作を含もうと本発明の目的に対して「同時期」とは考えられない。
従って、本発明の他の態様では、変性剤は、上記不織ウェブに適用される前結合被膜に用いられるフェノール樹脂前駆体と組合せられる。更に他の態様では、変性剤を、前結合被膜に続いて、メイクコートにも添加し、上記メイクコートもバインダーとしてのフェノール樹脂前駆体をベースとする。上記変性剤の上記メイクコート中のフェノール樹脂前駆体への添加が、他のものの内、上記不織ウェブの引張特性を改良することを見い出した。
驚くべきことに、本発明の不織研磨物品は、たとえ繊維が被覆可能な硬化性フェノールバインダーのフェノールに暴露された非配向低強力（即ち、＜5.0g/デニール）ポリアミド繊維をそれらのウェブに用いても、通常の研磨用途に対して適当な摩耗、引張および伸び特性を有する。更に、および重要なことに、例えば高強力ポリアミド繊維の代わりに低強力ポリアミド繊維を用いる場合に見られるような、本発明に従って変性されていないウェブによる引掻抵抗の損失が補われ、上記引掻抵抗が上記ウェブを本発明に用いられる変性剤で処理する場合に実際に回復されることを見い出した。
本発明の他の態様では、上記不織ウェブに適用されたバインダー組成物、例えば前結合被覆、メイクコートおよびサイズコートの内の１つまたは組合せが、ＶＯＣを含有しない溶剤、好ましくは水を用いた配合物をバインダー前駆体材料として含有する。本発明に用いられるバインダー組成物中から量を低減するか、または完全に排除されるＶＯＣｓの例には、グリコールエーテル（例えば、エチレングリコールモノエチルエーテルまたはエチレングリコールモノメチルエーテル）および低級脂肪族アルコール（例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロパノール）が挙げられる。従って、ＶＯＣ溶剤放出の取扱い、回収および適当な処理に関する負担、コストおよび不便さを生じる他のものは、本発明により完全に回避されない場合は少なくとも低減される。また、上記ポリアミド繊維表面の侵蝕を可能な限り悪化するか、または補助するのに存在するＶＯＣ溶剤はない。従来の知識下では、バインダー組成物、例えばフェノール前結合被膜中にＶＯＣｓを含まないことは、粘度基準および成分の相溶性の不適当な低下を生じて、上記ウェブの有用なバインダー被膜を妨害すると予想されていた。更に、本発明者等はフェノール樹脂の不織ウェブの繊維への濡れが、上記フェノール樹脂を前述の変性剤化合物と共に混合される場合に十分適当であることを見い出した。従って、本発明の１つの態様では、水(Ｈ2Ｏ)だけをフェノール樹脂前駆体をベースとするバインダー系の溶剤、例えば前結合被膜用として用い、本発明の不織研磨物品の製造するのに上記ポリアミド繊維に適用する。
本発明に用いられる「改質剤」、または時には本明細書中で「変性剤」と表されるものは、アクリルゴム、天然ゴム、ポリイソプレンおよびカルボキシ変性ニトリルゴムから成る群から選択されるゴム材料を含有する。好ましくは、上記改質剤はアクリルゴムを含有する。アクリルゴムは好ましくは、アクリルエステルコポリマー固形物のエマルジョンの形で上記不織ウェブに適用され、次いで乾燥される。
更に別の態様では、上記ポリアミド繊維は不織ウェブの主成分繊維として用いられる。即ち、上記ポリアミド繊維は、それらのバインダー被覆前の不織ウェブの総乾燥重量の50〜100重量％を構成する。上記ポリアミド繊維は、ポリカプロラクタ繊維（ナイロン６）および、ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸とのポリマー（ナイロン６，６）から形成される繊維から成る群から選択される。本発明の不織研磨物品のウェブに用いられるポリアミドステープル繊維は、強力値５g/デニール以下、好ましくは1.0〜4.9g/デニール、より好ましくは1.0〜4.6g/デニールを有する。
１つの態様では、本発明の不織研磨物品に用いられる繊維ウェブは、強力値5.0g/デニール以下を有する実質的に100％ポリアミドステープル繊維である繊維を含有してもよい。更に別の態様では、上記繊維ウェブは、ポリアミドステープル繊維と、強力値5.0g/デニール以下を有するいくつかの繊維および強力値5.0g/デニール以下を有する他のポリアミドステープル繊維との組合せから形成されてもよい。どの場合にも、本発明の不織ウェブ研磨物品は、上記ウェブが製造時に本発明に用いられる変性剤または改質剤で処理されて、存在する低強力（即ち、＜5.0g/デニール）ポリアミド繊維のフェノール侵蝕を防止および妨害する限り、上記不織物品の適当な引張、摩耗、引掻抵抗および伸び特性を損失することなく、強力5.0g/デニール以下を有する如何なる量のポリアミドステープル繊維の存在にも耐え得る。
本発明の他の態様では、フェノール樹脂またはフェノール樹脂前駆体および変性剤を含有する前結合組成物を、繊維間の交差点および接触点を含む多数の相互に絡み合ったランダムに伸びたポリアミドステープルファイバーから形成されたロフティーオープン不織三次元繊維ウェブに適用する工程であって、上記ウェブを、上記繊維が上記繊維間の交差点および接触点で共に結合されて、上記ウェブ全体に三次元に結合した構造体を形成するのに十分な前結合組成物で含浸することにより、上記繊維が繊維強力５g/デニール以下を有する前結合組成物を適用する工程を含む前述の本発明の不織研磨物品の製造方法がある。繊維が最初にフェノールバインダー前駆体と接触すると同時期またはその前に、本発明の変性剤が、上記ウェブの繊維表面に適用され、存在することは避けられない。従って、上記前結合はフェノール樹脂前駆体も含有するメイクコートおよび/またはサイズコートで被覆されて、更に上記ウェブを強化し、上記ウェブに研磨粒子を接着する。
本発明の更に別の態様では、本発明の不織研磨物品は便利な所望の加工品、例えばホイール、ディスク、およびブラシに用いられる。本発明の不織研磨物品は、そのような加工品を提供するのにコア上に螺旋状に巻いてもよい。
（好ましい態様の詳細な説明）
本発明の研磨物品は、バインダーによりウェブ繊維に結合した研磨粒子を有する接着剤で相互連結した繊維の三次元結合構造体を有するオープンロフティー不織繊維ウェブを含む。本発明では、上記ウェブ内の繊維のウェブ繊維を接触点で結合し、かつ研磨粒子をウェブ繊維に結合するのに用いられるフェノール樹脂前躯体での被覆の前、または少なくとも同時期であるが、それより遅れることはない時期に、変性剤（または改質剤）を上記ウェブ内の繊維に適用する。この時点で理論に拘束されようとは考えないが、化学的常識では本発明の改質剤または変性剤はフェノール樹脂前駆体を変性しない。代わりに、上記繊維がフェノール樹脂前駆体により最初に接触する前の上記繊維表面上の改質剤の存在は、上記フェノール樹脂前駆体中のフェノールが接触した低強力（即ち、５g/デニール以下）ポリアミド繊維表面を化学的侵蝕（即ち、劣化）するのを妨害さもなければ防止すると本発明者等は考える。
本発明の好ましい態様では、変性剤または改質剤は水をベースとするフェノール樹脂と相溶性を有する乳化可能なゴムである。本発明に対して好適な改質剤には、アクリルゴム、天然ゴム、ポリイソプレンおよびカルボキシ変性ニトリルゴムのエマルジョンが挙げられる。好適な改質剤には、オハイオ州クリーブランド(Cleaveland)のB.F.グッドリッチ(Goodrich)社から商品名「ハイカー(HYCAR)」シリーズで市販のゴムラテックスが含まれる。これらの内、好適な特定ラテックスには、加熱反応性アクリルラテックスポリマーであり、特に中性から酸性のpＨを有するアクリルエステルコポリマーの水中アニオン性エマルジョンである商品名「ハイカー(HYCAR)2679」で市販されているもの、およびアルカリ性pＨ7.0以上を有するカルボキシ変性ブタジエン-アクリロニトリルラテックスである「ハイカー(HYCAR)1581」を含む。加熱反応性アクリルラテックスポリマーは、比較的低剪断で容易にフェノール樹脂中に分散する傾向があるため、本発明に好ましい。カルボキシ変性ブタジエン-アクリロニトリルラテックスは、上記フェノール樹脂中に分散するのに上記アクリルラテックスより高い剪断力が必要であることが認められ、従って改質剤-フェノール樹脂混合方法の適当な取扱いはこれらの所見の見解を取り入れるべきである。また、上記変性剤のpＨが９以上の場合は、アルカリ性変性剤が上記フェノール樹脂の早期硬化を起こすという大きな危険性が存在する。これに反して、変性剤が非常に強酸性であるpＨを有する場合は、上記変性剤は（アルカリ性である）フェノール樹脂触媒を中性化してもよい。従って、本発明の変性剤は一般にpＨ２〜９、より好ましくはpＨ約４〜約７を有する。
更に詳述すると、本発明の不織ウェブ繊維は上記繊維が有機バインダーの比較的硬質剛性小球により互いに交差および接触する点で共に強く結合され、その結果、三次元結合構造体を形成する。上記研磨粒子は上記ウェブ内に分散され、バインダー小球により上記繊維に沿った様々な距離で離れた点で強く接着されている。上記繊維間の隙間は実質的には樹脂または研磨剤により充填されず、空隙を形成する。上記研磨粒子は、例えば通常の顕微鏡により、上記バインダー小球中に固定され、その結果、上記繊維に強く結合されていることを観察されてもよい。上記バインダーおよび研磨剤による上記ウェブの、通常その語が用いられるような含浸は起こらない。代わりに、上記物品全体に広がる大きな連続ボイドの三次元に広がる網目が、バインダー処理繊維内に明確化される。上記繊維は主に被覆されないか、または上記バインダーにより非常に薄く被覆されるだけである。
上記フェノール樹脂および研磨粒子が、変性剤添加剤を含有しない従来のフェノールバインダー被膜に観察されるほど均一には、全繊維表面中に分散されていないことは、本発明の不織ウェブの結合網目の１つの見解である。代わりに、繊維接合点にバインダーおよび研磨粒子を有することが本発明により増加することが観察される。この作用は上記バインダー組成物の表面張力を変化させる変性剤および上記研磨粒子からの湿潤に起因すると仮定される。どの場合にも、上記バインダーおよび研磨粒子の含有量が増加するこの現象は結合不織布のウェブ引掻抵抗を改良する。また、ビーズでの増加した研磨粒子濃度は、理論化されるものとして、繊維表面全体でのより均一な分布としてより、研磨物品、例えば研磨ホイールとしての最終ウェブの性能を低下させない。本発明の不織研磨粒子の切削性能は、メイクコートから適用されるような、上記ウェブの繊維交差点でバインダーおよび鉱物から形成された高密度凝集体は、外層が取れる傾向が少なく、更にウェブ摩耗は、上記ウェブ内のナイロン繊維の非結合部から起因する弾性（研磨衝撃特性）およびより大きな引掻特性のために低減する。更に、切削性能は研磨材料の密度、種類およびサイズに大きく依存するので、更に切削性能を向上するのにこれらのパラメーターも当業者に公知の原理に従って調節されてもよい。
相溶性および一定の制御された研磨接触を提供するオープンウェブは、研磨ウェブに要求される主な特性である。切削量は、鉱物により生じ、鉱物の種類、不織キャリヤー内の鉱物のサイズ（粒径）および密度に依存する。研磨ウェブを、例えば前述の技術により研磨ホイールに加工する場合、研磨ホイールの寿命または摩耗は装置パラメータ、例えば速度および圧力により影響され、繊維、被膜および鉱物パラメータを含むそれ自体のホイール構造体に大きく依存する。研磨ホイールの性能は、可能な限り最長期間での（即ち、摩耗）ホイールの最小作用力（ホイール上に働く）を有するワークピースによる所望の切削量を得るホイールの能力（即ち、切削量）により評価される。上記研磨ホイールの切削量/摩耗りこの特性を分析するために、固定研削条件、例えば金属ワークピースの固定特定種類および固定装置条件下でで比較されてもよい。
ハイカー(HYCAR)ラテックス被膜の弾性は、より強靭な、より摩耗抵抗の優れたウェブを提供することによる全性能に起因し、より低強力を有するポリアミド繊維が上記不織布に有効に用いられてもよい。
どの場合にも、本発明の結合ウェブ内の繊維は弾性および降伏性を有するままであり、許されるなら逆に、上記ウェブ構造体は非常に可撓性および降伏性を有するままであり、その結果上記研磨粒子は非常に有効である。従って、本発明の研磨物品構造体は可撓性を有し、かつ容易に圧縮可能であり、圧力の実質的解放により本質的に完全に初期の未圧縮形状に回復する。
前述の説明のように、隣接する繊維間の多くの隙間がバインダーおよび研磨粒子により実質的に未充填のままである状態で、多くの比較的大きな連続ボイドを有する非常に低密度の複合構造体が提供される。得られる軽量ロフティーな、非常にオープンな繊維構造体は、特に液体、例えば水および油と共に用いられる場合、本質的に目詰まりおよび充填(filling)がどこにもない。これらの構造体は、洗浄液を用いる簡単なフラッシングにより容易に洗浄され、乾燥され、かなりの期間放置され、次いで再使用されてもよい。これらの目的に対して、本発明の研磨物品内のボイドは、上記複合構造体により占有される総空隙の少なくとも約75％、好ましくはそれ以上で作製される。本発明の研磨物品のウェブの大きなオープン性および低い密度が重要である。一般に、上記研磨物品のボイド体積、即ちボイド空隙体積/総物品体積の比は、約75〜約98％、好ましくは約85〜約95％内に維持される。上記ボイド体積が約75％以下の構造体は、洗浄能力、フラッシング能力(flushability)および低研削速度を低下する。また、上記研磨物品の高い反透明性が、そのような低いボイド体積およびオープン性の領域では早く低下する。ボイド体積が85％以下である構造体は、通常最適なものとして推奨されないけれども、ほとんどの研磨用途に有用である。これに反して、ボイド体積約95％以上では、適当なウェブ強度および耐久性を提供するには不十分な三次元繊維網目中の物理的構造体となる。
本発明の研磨物品の不織ウェブに用いられるのに好適な繊維は主に、強力1.0〜5.0g/デニール、好ましくは1.0〜4.6g/デニールを有するポリアミドステープル繊維をベースとする。上記ポリアミド繊維は、バインダー被膜の適用前の不織ウェブの総乾燥繊維重量の50〜100重量％を構成する。上記ポリアミド繊維と共に、上記不織ウェブ中の少数成分として用いられる繊維には、天然繊維および合成繊維、例えば綿、レーヨン、ポリエステル、およびポリエステルテレフタレートが挙げられる。上記繊維は一部分、例えばシーズ-コア構造を有する二成分繊維により構成されてもよい。即ち、二成分繊維はコア部分に比較的高融点ポリマー材料を用い、かつ二成分繊維のシーズ部分に低融点ポリマー材料を用いるバインダー繊維として用いられてもよい。上記二成分繊維は概して、上記繊維ウェブに用いられる場合、上記ウェブの総繊維含量の約20〜40重量％を含有する。
強力1.0g/デニール以下を有するポリアミド繊維は一般に非常に脆くてウェブ形成装置によっては加工できないため、実際には制約を受ける。強力5.0g/デニール以上を有するポリアミド繊維は、そのような強力レベルを達成するのに通常必要となる特殊延伸法のため製造コストが高く、また、それらは安定な捲縮を付与することが難しい。しかしながら、低繊維強力５g/デニール以下を有する繊維および高繊維強力５g/デニール以上を有する繊維の物理的混合物を含有する異なる強力を有するポリアミド繊維の混合物を用いることは、本発明の範囲内である。例えば、強力5.0g/デニール以下、例えば4.0〜4.9g/デニールを有するポリアミドステープル繊維１〜99重量％および強力5.0g/デニール以上、例えば8.0〜8.5g/デニールを有するポリアミドステープル繊維99〜１重量％を含有するウェブを用いることが可能である。本発明の不織研磨物品の不織ウェブ成分として用いる異なる強力を有するポリアミドステープル繊維の有用な混合物の１つの例には、強力約4.5〜4.9g/デニールを有するポリアミドステープル繊維を含有するウェブ（被覆重量なし）約80重量％を含有するウェブ（被覆重量なし）約20重量％の物理的混合物が含まれる。
最大ロフト、オープン性および三次元性を得ることに関して、全量または実際量の繊維が捲縮を施されることが好ましい。しかしながら、それら自体容易に互いと織り交ぜて形成ウェブ内に高度なオープンロフティー関係を形成かつ保有する繊維を用いる捲縮保有は必要ない。本発明の目的に対して、繊維強力を工業的標準方法ＡＳＴＭデザイネーション(Designation)：Ｄ 3822-91「テンサイル・プロパティー・オブ・シングル・テキスタイル・ファイバーズ(Tensile Properties of Single Textile Fibers)」に従って決定する。
本発明の研磨物品にうまく導入され得る特定種のポリアミドに限定されることが考えられるが、ポリカプロラクタムを含有するナイロン６、およびヘキサメチレンジアミンとアジピン酸とのポリマーを含有するナイロン６，６が、入手可能性および適当な性能の見解から好ましい。ナイロン６，６は、本発明に用いられるウェブ繊維として最も好ましい。本発明の繊維のステープル長さは、約1.75〜15cm、好ましくは3.0〜7.5cmであってもよい。適当な捲縮レベル（全サイクル測定して）は、約3.75〜約6.5クリンプ/cm、好ましくは約3.9〜約5.9クリンプ/cmであってもよい。本発明の実施に有用なステープル繊維は、強力4.0g/デニールおよび繊維長さ約3.8cmを有するポリアミド繊維、デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-852」および「タイプ(Type)T-101」で市販の約3.8cmステープル長さにカットされたナイロン６，６の15デニールステープル繊維を含む。得られるウェブに非常に所望の弾性および強靭性を有する限りは、上記繊維の直径は重要ではない。「ランド・ウェバー(Rando-Webber)」の装置を用いて、繊維直径は通常約25〜250μmである。
本発明の実施に好適なウェブ形成装置には、前述の繊維からファブリックを形成し得るそのような装置が挙げられる。カード、ガーネット、ウェット・レイ、およびエアー・レイ装置を用いてもよい。エアー・レイが好ましい。適当なエアー・レイ装置には、市販され公知の「ランド・ウェバー(Rando-Webber)」または「ドクター・オー・アングライトナー(Dr.O Angleitner)」が挙げられる。
多くの型および種類の研磨鉱物を用いてもよい。好適な研磨粒子には、フリント、タルク、ざくろ石、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、ダイヤモンド、シリカ、およびミネソタ州セントポール(St.Paul)の３Ｍ社から商品名「キュービトロン(CUBITRON)」で市販のα-アルミナセラミック材料等の研磨粒子が挙げられる。上記研磨粒子は概して平均粒径20〜100μmを有する。上記研磨粒子は概してウェブ中に80〜400g/m2の量で含まれる。上記研磨粒子およびウェブ中の総量の硬質フェノール樹脂はそれぞれ重量比１：１〜４：１を有する。
バインダーは三次元ウェブ網目中の繊維を強化し、および/または上記研磨粒子を上記繊維表面、即ちそれらの交差点および接触点に結合するのに用いられる。本発明では、本発明に用いられる研磨鉱物バインダーはフェノール樹脂である。
本発明の好ましい態様では、フェノール樹脂前駆体は上記ウェブの更に別の加工に耐え得るのに十分なウェブ強度を付与するのに十分に上記ウェブに軽く結合する前結合材料として用いられる。前結合被膜、または他のどんな前被膜が、それに関して言えば、フェノール樹脂を含有しない場合を除いて、この前結合被膜の上記ウェブへの適用の前または同時期であるが、それより遅れることはない時期に、変性剤または改質剤を上記ウェブの繊維に適用しなければならない。
上記ウェブはメイクコート付加物用のロールコーターを通過するのに可撓性を有さなければならないため、上記前結合ウェブ中では弾性を有することが好ましい。上記ウェブの弾性は繊維および被膜の組成に関係する。ウェブ伸張性は、繊維強度およびポリマー配向に親密に関係する。ウェブの横方向引掻(cross-tear)は、不織布の絡み合い、繊維被膜付加物、結合位置の剪断抵抗等により反映される。
ハイカー(HYCAR)をフェノールに添加することにより、発明者等は複合ウェブの弾性を向上させた。フェノール被膜は低い伸びを有し、その結果脆性ウェブとなる。ハイカー(HYCAR)量増加に伴ってウェブ伸張性および引掻に見られる改良は、この現象および非排他的に上記ナイロンも起因すると考えられる。
しかしながら、前結合作業、即ち上記繊維の接触点および交差点の三次元結合ウェブ構造体への内部結合の提供による上記ウェブの強化を、要すれば非フェノール樹脂バインダー、例えばにかわ、ウレタン、アクリル樹脂、ユリアホルム-アルデヒド、メラミン-ホルムアルデヒド、エポキシまたはそれらの組合せを用いる前結合処理の使用により達成してもよい。好ましくは、上記非フェノール前結合被膜は完全に水性であって、ＶＯＣ溶剤の存在を完全に排除する。非フェノールである１種の水性前結合被膜は、「ウィトコボンド(WITCOBOND)」および「エピレッツ(EPIREZ)」のエポキシノボラック混合物であり、「ウィトコボンド(WITCOBOND)」はイリノイ州シカゴ(Chicago)のウィトコ(Witco)社から市販されている。必須成分ではないが、変性剤を上記不織ウェブに非フェノール前結合被膜の１成分として初めて導入してもよい。フェノールまたは非フェノール前結合のどちらかの位置に、このようにウェブを前結合するのに用いられるバインダー量は通常、繊維を共にそれらの交差接触点で結合するのに一致する最小に調節し、研磨バインダーの場合、更に、砥粒の強い結合に一致する最小に調節する。
前述のように、上記研磨粒子はフェノール樹脂の使用により、通常本発明の研磨物品内の繊維に結合される。上記フェノール樹脂は、使用時の低摩擦係数の組合せた特性（例えば、それらは摩擦熱に対応してペースト状または粘着性とならない）を考えて特に環境および手での供給に好適であり、硬化により比較的硬質で剛性となる。本発明に好適なフェノール樹脂は、レゾールおよびノボラック型両方のフェノール樹脂が含む。通常、フェノール樹脂を生成するのに用いられるモノマーはフェノールおよびホルムアルデヒドである。他の重要なフェノール出発原料は、クレゾール、キシレノール、ｐ-t-ブチルフェノール、およびノニルフェノールを含むアルキル置換フェノールである。ジフェノール類、例えばレゾルシノール（1,3-ベンゼン-ジオール）およびビスフェノール-Ａ（ビス-Ａまたは2,2-ビス（4-ヒドロキシフェニル）プロパン）を、特定特性を必要とする用途用に少量用いてもよい。
レゾールフェノール樹脂の分子量増加および硬化は、アルカリ性触媒により促進される。アルデヒドとフェノールのモル比は1.0以上、通常1.0〜3.0である。本発明の不織研磨物品用の接着剤被膜の作製では、１種の標準出発フェノール樹脂組成物は、フェノールの重量をベースとして加えられた２％水酸化カリウム触媒を有する1.96：1.0のホルムアルデヒド：フェノール混合物の70％固形分縮合物である。好ましいのはフェノールおよびアルデヒドを含有するレゾール型フェノール樹脂、例えばＮａＯＨ触媒を有する２：１のホルムアルデヒド：フェノール組成物である。ＶＯＣ溶剤の必要性を排除するために、好ましいフェノール樹脂は後述の方法により測定した耐水性少なくとも100％、最も好ましくは少なくとも140％を有する。上記ウェブ中に用いられるフェノール樹脂は概して、硬化後ヌープ(Knoop)硬度値少なくとも40を有する。上記ウェブ中に含有する総フェノール樹脂固形分は概して、50〜250g/m2である。
本発明に用いられるバインダー被膜は好ましくは、水性であり、ＶＯＣ溶剤および補助剤を含有しない。本発明のフェノール樹脂ベースのロール被膜（メイクまたはサイズ被膜）の水成分は一般に、水およびフェノール樹脂成分の組合せた重量をベースとして、水約20〜45重量％を含有する。
研磨粒子に加えて、レゾールフェノール樹脂前駆体を含む、本発明に用いられる被覆性、硬化性バインダー前駆体組成物は、要すれば他の添加剤を含有してもよい。例えば、炭酸カルシウムまたは微細繊維のような従来の樹脂充填材は、要すれば総バインダー被膜組成物をベースとして０〜50重量％の量で用いられてもよい。また、滑剤、例えばステアリン酸のアルカリ金属塩を上記バインダー被膜組成物の30重量％以下の量で用いてもよい。研削助剤、例えばフルオロホウ酸カリウムを総樹脂の０〜約50重量％の量で用いてもよい。湿潤剤または界面活性剤、例えばラウリル硫酸ナトリウムを総樹脂の０〜約５重量％の量で用いてもよい。消泡剤を、要すれば総樹脂の０〜約５重量％の量で用いてもよい。顔料または染料を総樹脂の０〜約30重量％の量で加えてもよい。カップリング剤、例えばオルガノ官能性シランを総樹脂の０〜約２重量％の量で加えてもよい。可塑剤、例えばポリアルキレンポリオールまたはフタレートエステルを総樹脂の０〜約20重量％の量で加えてもよい。例えば、ポリアルキレングリコールのような高分子量ポリオール、例えばジェファーミン(JEFFAMINE) (PEG 400) を上記フェノールを可塑化するのに用いてもよい。更に、粘度改質剤または乳化剤、例えばメチルセルロースを総樹脂の０〜約30重量％の量で加えてもよい。ホルムアルデヒドを掃去し、耐水性を向上するのに、尿素を上記フェノール樹脂に加えてもよい。上記尿素を総樹脂の０〜約５重量％の量で用いてもよい。
本発明の不織研磨物品の１つの典型的製造工程には、以下の順に、前結合被膜を上記ウェブに、例えばロール被覆またはスプレー被覆により適用する工程、要すれば、上記前結合ウェブを更に別の加工用に不連続形状、例えばディスク形状に切断する工程、メイク被膜を上記ウェブに、ロール被覆またはスプレー被覆のどちらかにより適用する工程、および要すればサイズ被膜を上記ウェブに例えばロールオンスプレー(roll-on-spray)被覆により適用する工程、が含まれる。上記前結合被膜およびメイクコートの１つの違いは、上記前結合被膜をメイクコートより少ない量のバインダーで上記ウェブを適用することであり、上記前結合被膜は繊維接触点で上記ウェブを、上記ウェブが十分に強度を有し、かつ更に別のウェブ加工に耐えるように結合する程度に、軽く結合する目的を供するだけである。また、本発明のメイクコートが研磨粒子を含有するのに対して、上記前結合被膜は研磨粒子を含有しない。また、上記メイクコートは連続した研磨粒子を上記ウェブの繊維に接着するのに十分なフェノールバインダーを含有する。
一般に、前結合被膜はウェブの片面に例えばロールまたはスプレー被覆により適用され、次いで上記被覆ウェブは、120〜210℃で加熱するように設定されたオーブンに移送され、滞留時間約1.5〜４分間加熱されて、上記前結合バインダー前駆体を硬化する。
次いで、上記メイクコートを上記ウェブの片面にロールまたはスプレー被覆により適用する。上記研磨物品は、両側から上記ウェブ内にブローされる。次いで、上記被覆ウェブは、130〜205℃で加熱するように設定されたオーブンに移送され、滞留時間約1.5〜４分間加熱されて、上記フェノール樹脂前駆体を硬化する。オーブン条件および上記オーブン中のウェブ滞留時間は、非常に高い温度または非常に長い滞留時間により、顕微鏡により観察されるような上記樹脂小球の膨れを生じることなく、まだ暖かい内に触れても非粘着性であるメイクコートを提供するのに必要なものとして調節および管理されるべきであることは重要である。上記メイクコートウェブのこの硬化レベルは、上記ウェブが更に加工される前に適当なウェブ強度を有し得ることを補助する。第２メイクコートを、要すれば、初期メイクコートを適用および硬化後に適用してもよく、次に上記オーブン中で加熱硬化される。
その後、要すれば用いられる場合、フェノール樹脂前駆体および要すれば用いられる付加的研磨粒子の樹脂を用いてスラリー状に提供されたサイズコートは、更に研磨粒子用のウェブ強化および接着が望ましいか、または必要であると考えられる場合、上記メイクコートで前述のように処理されたウェブの同一面の一方または両方あるいは上記ウェブの向かい合う面に適用される。上記サイズコートを、スプレーブース等でこのように適用してもよく、次いで上記被覆ウェブを160〜212℃に設定したオーブン内に滞留時間約1.5〜４分間入れる。更に、フェノール樹脂前駆体の第２の被膜を、上記オーブン条件およびウェブ滞留時間の管理を注意深くして、顕微鏡による上記小球の膨れを回避するように、まだ暖かい内に触れても非粘着状態である程度まで硬化するように注意しなければならない。更に、上記のように連続的に形成された生成物を、全樹脂成分の硬化を完結するのに有効な温度および滞留時間でのサイズコート適用後、オーブン中で加熱する。サイズコートまたは第２メイクコートの添加を含むか、なしで済ませるかのどちらかに決定する主な問題は、サイズコートが加工研磨ウェブ形成品に必要なことである。本発明の加工形成品として、ウェブ層を積重ねる工程、上記素材を加熱加圧下に硬化する工程、回旋状形成品はマンドレル上で張力下に上記ウェブを巻く工程を含むが、次いで上記バンを硬化する工程から成る単一化形成品が含まれる。加工形成品および加工方法の両方は、上記ウェブをより硬質形成品に強化および高密度化する。硬化に続いて、上記生成品は所望のサイズに切断され、商用の船積み用に包装されてもよい。
本発明の実施におけるバインダー被覆不織ウェブを加熱硬化する加熱装置は、初期および後の被膜の次の乾燥および硬化のために、一般に熱を照射、対流または伝導し得る装置を含む。対流加熱が好ましい。この種のオーブンは多くのオーブン製造元、例えばウィスコンシン州フランクリン(Franklin)のインダストリアル・ヒート・エンタープライゼス・インターナショナル(Industrial Heat Enterprises International)社、ウィスコンシン州ミルウォーキー(Milwaukee)のインフラットロール・マニュファクチュアリング(Infratrol Manufacturing)社、およびミネソタ州ミネアポリス(Minneapolis)のドライング・システム(Drying System)社、それから補助的にイリノイ州シカゴ(Chicago)のミシガン・オーブン(Michigan Oven)から市販されている。
乾燥および硬化対流オーブンの有用な設計には、パラメータ、例えば加熱空気温度、加熱空気供給圧力、使用空気排出圧力、清浄空気供給圧力（「補給(make-up)」空気圧としても公知）および再循環空気圧の範囲の管理を含む。供給、排出、補給および再循環圧力を、主要コンベヤーダクト機構内に配置されたダンパーにより制御してもよく、各圧力範囲を各主要空気経路に関して通常最大供給空気流量約18,000〜20,000立方インチ/分（約8.5〜9.4m3/秒）から得られるようにする。ドライング・システムズ(Drying Systems)社と同様の設計のオーブンの有用なパラメータは、設定するダンパー位置を調節する能力を含む。
前結合被膜にフェノール樹脂前駆体を用いる態様を含む本発明の前結合被覆不織ウェブを乾燥および硬化するための１つの集成装置では、補給空気圧を最大空気流量の40〜60％になるように設定したダンパーにより制御し、供給圧力を最大空気流量の80〜100％になるように設定したダンパーにより制御し、再循環圧力を最大空気流量の80〜100％になるようなダンパー位置に設定する。
前結合被覆不織ウェブを乾燥および硬化するための別の方法は、上記オーブンの空気流量パラメータの調節を以下のように集中させる。上記補給空気圧を最大空気流量の10〜20％になるように設定したダンパーにより制御し、供給圧力を最大空気流量の60〜90％になるように設定したダンパーにより制御し、排出ダンパーを最大空気流量の40〜80％になるように設定し、再循環圧力を最大空気流量の５〜25％になるようなダンパー位置に設定する。
本発明中に記載の前結合被覆不織ウェブを乾燥および硬化するための１つの好ましい方法は、設定温度範囲110〜157℃およびオーブン滞留時間1.5〜2.5分を含む。上記空気流量パラメータは、この好ましいモードでは、最大空気流量の40〜50％になるように設定したダンパーにより制御される補給空気圧、最大空気流量の80〜90％になるように設定したダンパーにより制御される供給圧力、最大空気流量の80〜90％になるように設定した排出ダンパー、および最大空気流量の80〜90％になるようなダンパー位置により設定される再循環圧力を含む。
メイクコートが前結合適用後にウェブ上に適用される次の第１バインダー被膜である本発明のメイクコート不織ウェブを乾燥および硬化するための１つの集成装置では、補給空気圧を最大空気流量の40〜60％になるように設定したダンパーにより制御し、供給圧力を最大空気流量の80〜100％になるように設定したダンパーにより制御し、排出圧力を最大空気流量の80〜100％になるように設定したダンパーにより制御し、再循環圧力を最大空気流量の80〜100％になるようなダンパー位置に設定する。
メイクコート不織ウェブを乾燥および硬化するための別の構成は、上記オーブンの空気流量パラメータの調節を以下のように集中させる。上記メイクコートウェブを乾燥および硬化するための構成は、最大空気流量の10〜20％になるように設定したダンパーにより制御される補給空気圧、最大空気流量の60〜90％になるように設定したダンパーにより制御される供給圧力、排出ダンパーを最大空気流量の40〜80％になるように設定し、再循環圧力を最大空気流量の５〜25％になるようなダンパー位置に設定する。
本発明中に記載の初期メイクコートを用いて被覆した不織ウェブを乾燥および硬化するための１つの好ましい方法は、設定温度範囲110〜147℃およびオーブン滞留時間1.0〜2.0分を含む。この好ましいモードの空気流量パラメータに関して、補給空気圧を最大空気流量の40〜60％になるように設定したダンパーにより制御し、供給圧力を最大空気流量の80〜100％になるように設定したダンパーにより制御し、排出ダンパーを最大空気流量の80〜100％になるように設定し、再循環圧力を最大空気流量の80〜100％になるようなダンパー位置に設定する。
上記不織ウェブに適用されたサイズコートまたは第２メイクコートを乾燥および硬化するための１つの集成装置では、即ち前述の前結合および初期メイクコートの適用および熱処理の後、補給空気圧を最大空気流量の40〜60％になるように設定したダンパーにより制御し、供給圧力を最大空気流量の80〜100％になるように設定したダンパーにより制御し、排出ダンパーを最大空気流量の80〜100％になるように設定し、再循環圧力を最大空気流量の80〜100％になるようなダンパー位置に設定する。
サイズコート不織ウェブ、または適用された第２メイクコートを有するウェブを乾燥および硬化するための別の方法では、上記オーブンの空気流量パラメータの調節を以下のように集中させる。この別の構成では、ダンパーにより制御される補給空気圧を最大空気流量の10〜20％になるように設定し、供給圧力を最大空気流量の60〜90％になるように設定したダンパーにより制御し、排出ダンパーを最大空気流量の40〜80％になるように設定し、再循環圧力を最大空気流量の５〜25％になるようなダンパー位置に設定する。
サイズコートウェブ、または第２メイクコートで被覆したウェブを乾燥および硬化するための１つの好ましい方法は、設定温度範囲160〜190℃およびオーブン滞留時間3.0〜4.0分を含む。この好ましいモードでの空気流量パラメータに関して、補給空気圧を最大空気流量の40〜60％になるように設定したダンパーにより制御し、供給圧力を最大空気流量の80〜100％になるように設定したダンパーにより制御し、排出ダンパーを最大空気流量の80〜100％になるように設定し、再循環圧力を最大空気流量の80〜100％になるようなダンパー位置に設定する。
ハイブリッド設計のオーブンは、非常に詳細に後述され、ウィスコンシン州フランクリン(Franklin)のインダストリアル・ヒート・エンタープライゼス・インターナショナル(Industrial Heat Enterprises International)社、およびミネソタ州ミネアポリス(Minneapolis)のドライング・システムズ(Drying Systems)社により開発され、本発明の用途のためのオーブンとして好適である。
このオーブンは、衝突対角３〜５ラジアンで実物材料、この場合には乾燥されるバインダー被覆不織ウェブに向かう加熱空気流を提供し得るように設計されている。空気温度を周囲温度から約250℃まで、空気供給圧力容量約-0.5〜約0.5インチＨ2Ｏ、および空気排出圧力容量約-0.5〜0.5インチＨ2Ｏに調節するような制御、そして加熱空気再循環圧力および清浄空気補給圧力を大気圧から約0.5インチＨ2Ｏに制御する能力を提供する。空気流の方向性制御は、実物材料と接触する前に、加熱空気を１組のノズルおよび多孔板を通過させることにより行う。そのような方向性補助による圧力低下は、最小孔面積４〜５％を保持することにより最小にされる。
ウィスコンシン州フランクリン(Franklin)のインダストリアル・ヒート・エンタープライゼス・インターナショナル(Industrial Heat Enterprises International)社、またはミネソタ州ミネアポリス(Minneapolis)のドライング・システムズ(Drying Systems)社から市販のハイブリッド設計のオーブンは、圧力、温度、および加熱空気流量の間の以下の有用な関係に従って運転される。
Ｖ＝［Ｐ×(460＋Ｔ)×30356］1/2
（式中、Ｖ＝計算加熱空気流量(フィート/分)、
Ｐ＝加熱空気供給と使用空気排出との圧力差(インチＨ2Ｏ)
Ｔ＝温度(°F)）
前述のような変性剤を用いてプリフォームバットまたはウェブを被覆することは通常便利であるが、連続した個々の繊維を上記変性剤で被覆し、次いで上記繊維上の被膜を加熱硬化することも考えられる。その後、これらの前処理繊維をステープルファイバーに切断され、レゾールフェノールバインダー前駆体をベースとする前処理、メイクおよび/またはサイズコート処理用ウェブに形成される。
本発明の例示の組成物に用いられるのに好適な不織ウェブは、選択される装置が前述のステープルファイバーをうまく加工し得るという条件付で、如何なる従来のウェブ形成装置によって作製されてもよい。好適なウェブ形成装置ウェットレイ(wet-lay)システム、エアーレイシステム、または機械的システム、例えばカードおよびガーネットによるそれらの操作を含む。特に有用な装置には、それらに限定されないが、「ランド・ウェバー(Rando-Webber)」または「ＤＯＡ」または「ハーゲス(Hergeth)」ランダム化カードとして公知のハイブリッドシステムとして市販されている公知のエアーレイ装置が挙げられる。そのような装置用の操作パラメータは通常、当業者に公知である。
本発明の範囲内の不織研磨物品は、様々な従来の加工品の形、例えばシート、ブロック、ストリップ、ベルト、ブラシ、回転フラップ、ディスク、または固体や発泡ホイールをとってもよい。特に有用な形は、ディスク、シートおよびホイールである。これらの形は、本発明の多層不織研磨物品を積み重ねまたは巻く方法で多層形に組み立て、次いで上記ウェブを研削、磨きおよび仕上げに有用なラミネートに強化することにより提供され、例えば動力駆動研削装置と連結するのに用いられる。１つの態様では、前結合平坦素材ウェブを円形ディスク形状に、例えばダイを用いて切断し、そのディスク形状物を次いでメイクおよびサイズコートする。
本発明の不織研磨物品は、前述の加工品を提供するのにコアの回りに螺旋状に巻いてもよい。例えば、本発明の不織研磨物品を螺旋状に巻いた形状に加工し、続いて上記回旋状に巻いたバンを硬化してもよい。好適な幅を有する研磨ホイールをこのバンからのカットスライスとして形成してもよく、上記カット品は巻いた支持体またはコアの軸に垂直方向に形成される。上記ホイールは通常、非常に小さい、例えば円柱高さ数mmのオーダー、または非常に大きな、例えば２m以上、であってもよい寸法、および非常に小さい、例えば数cmのオーダー、または非常に大きな、例えば１m以上、であってもよい直径を有する真円柱の形である。上記ホイールは通常、適当なアーバーまたは他の機械的保持手段による支持用の中心開口部を有し、使用時に上記ホイールを回転させる。当業者は、本発明の研磨ホイールを研削、磨きおよび/または仕上げ作業に用いるのに、賢明にホイール寸法、形状、支持手段、および回転手段等を選択し得る。
より大きい寸法を有する研磨物品を多層「スラブ」または「バン」の作製により製造してもよい。実際の寸法を有する有用な物品に加工され得る層状複合構造体を製造するのに、本発明の不織研磨シート材料の未硬化または部分硬化層を、積み重ね、圧縮し、十分に硬化してもよい。この層状複合材を、ユーザーにより要求されるそれぞれ様々な寸法を有するか、または全て同一寸法を有する多数の本発明の物品の源として用いてもよい。本発明の物品は、当業者に公知の適当な技術を用いる装置により、層状複合材から製造されてもよい。例えば、ホイール形状品を上記層状複合材のスラブから打ち抜きされてもよい。
更に、上記研磨シートのリボン、ストリップ、または細長いセグメントをホイール形状に螺旋状に巻いてもよく、一方、上記バインダーは未硬化または部分硬化され、その後十分に硬化されて、研磨ホイール構造体が直接得られる。
本発明の研磨物品を、異なる取扱適性、強度特性、研磨特性等を組合せる少なくとも１つの他の異なる層と共にラミネートした形に用いて、多数の使用目的および/または方法が可能な複合物品を形成することも本発明の範囲内であると考えられる。また、本発明の研磨物品は、要すれば適当な接着剤または機械的結合手段によって、硬質ホルダーおよびハンドルに結合されてもよい。
本発明の特徴および有用性を更に以下の非限定的な例により説明する。上記例中のすべての部数、％、比等は、他に表示しない限り重量による。
実施例
試験方法：
切削量試験
ウェット・シーファー・テスト(Wet Schiefer Test)：この試験は切削量（ワークピースから除去された材料）の測定を提供する。直径10.16cmを有する円形試料片を上記研磨材料から切断して、ミネソタ州セントポール(St.Paul)の３Ｍ社から市販のフック・アンド・ループ駆動パッド、デュアル・ロック(Dual-Lock)170型により評価および固定される。デュアル・ロック(Dual-Lock)170型の片側を、モーター駆動スピンドルのチャックにロックしたマンドレルに取り付けた。デュアル・ロック(Dual-Lock)170型は、ディスクの向い合う表面から伸びるフック（マッシュルーム状バーブ）を有する直径10.2cmのディスク支持体を有して、研磨ウェブ試料片と結合する。上記研磨試料片は水中への浮動により前湿潤した。アクリルディスクを、湿潤試験用に設置されたシーファー・アブレーション・テスター(Schiefer Abrasion Tester)（メリーランド州ガイサースバーグ(Gaithersburg)のフラジアー・プレシジョン(Frazier Precision)社から市販）の駆動プレートに固定した。ミネソタ州ブルーミントン(Bloomington)のシーリー・プラスチックス(Seelye Plastics)から商品名「ポリキャスト(POLYCAST)」アクリルプラスチックで市販の、直径10.16cm、厚さ317cmの円形アクリルプラスチックワークピースを用いた。各ワークピースの初期重量を研磨試験機のワークピースホルダーに搭載する前に、最も近似のミリグラム数で示した。浸水速度は60(±6)g/分に設定した。荷重2.26kgを研磨試験機重りプラットホームに載せ、搭載した研磨試料片を上記ワークピースまで下げた。上記装置を5,000サイクル作動し、次いで自動停止するように設定した。上記試験の各5,000サイクル後、ワークピースから水および屑を拭い去り、秤量した。各5,000サイクル試験の累積切削量は、初期重量と各試験後の重量との差である。
摩耗試験
以下の加速摩耗試験方法を用いて、実施例の研磨ウェブを比較した。メリーランド州シルバースプリング(Silver Spring)のパシフィック・サイエンティフィック，ガードナー/ネオテック・インスツルメント・ディビジョン(Pacific Scientific, Gardner/Neotec Instrument Division)社から市販の「ガードナー・ヘビー・デューティー・ウエアー・テスター(Gardner Heavy Duty Wear Tester)No.250」を締結手段と共に供して、オープンメッシュ研磨ファブリックの4''×26''(102mm×660mm)シート（ミネソタ州セントポール(St.Paul)の３Ｍ社から商品名「ウェッタードライ・ファブリカット(WETORDRY Fabricut)21N型」で市販のグレード32の炭化ケイ素）および湿潤試験中に水を保持するステンレス鋼トレーを保持した。操作中、上記試験装置は、試料片を研磨メッシュファブリックと接触して左から右、および右から左に速度45サイクル/分で直線的に移動しながら、下向き荷重2.5kgを負荷するように設計されている。
上記オープンメッシュ研磨ファブリックを、試験プラットホームの底部と締結した。試験片を寸法2.5''×9.25''(63.5×235mm)に切断し、最も近似のミリグラム数まで秤量した。約１カップ（約240ミリリットル）の水を上記プラットホームに注いだ。試験片を上記含浸研磨メッシュファブリック上に載せ、重りをその上に下ろし、装置をスタートさせた。200サイクル後、上記試験片を取り外し、オーブン中で250°F(116℃)で15分間乾燥し、秤量した。摩耗試験を各実施例に対して２試料、研磨物品の上部および底部の両方にそれぞれ１つで行った。％摩耗を、上記試験片の摩耗面積の補正により計算した。％摩耗を次いで、
％摩耗＝（(ＩＷ−ＦＷ)/ＩＷ）（摩耗面積）（補正ファクター）−4.27
（式中、ＩＷ＝mg単位の初期重量、
ＦＷ＝）mg単位の最終重量、
摩耗面積＝2.54×100
補正ファクター＝0.632）
により計算した。
引掻試験
装置方向(md)および直角装置方向(cd)の引掻試験を、ＡＳＴＭ規格D 1424「ティア・レジスタンス・オブ・ウォブン・ファブリックス・バイ・フォーリング・ペンジュラム（エルメンドルフ）・アパレータス(Tear Resistance of Woven Fabrics by Falling-Pendulum(Elmendorf)Apparatus)」の仕様に従って行った。6.4kg振り子を用いた。結果を０〜100スケールの無次元数として示した。
ウェブ引張試験
装置方向(md)および直角装置方向(cd)の引張試験を、ＡＳＴＭ規格D1682、方法2C-Tの仕様に従って行い、その記載をここに挿入する。引張強さおよび％伸びを示した。
耐水性
フェノール樹脂が相分離前に耐える水量（樹脂の重量％）が、どれだけの水が溶媒として加えられ得るか、およびどれだけの樹脂が分子量増加したかに関するインジケーターとして提供される。評価されるべき樹脂試料50.0gを250ミリリットルビーカー中で25℃にし、そのビーカーおよび内容物を秤量した。上記試料をマグネチックスターラーにより混合しながら、少量の蒸留水を加え、均質混合物になるまでそれぞれ水を加えた後、上記樹脂を水と混合した。樹脂/水溶液の外観が永続的に乳白色に変化した時、即ち、水および樹脂が完全に混合後も残存する乳白色外観なしに混合され得ない時が、終点であった。終点に到達した後、上記ビーカーおよび内容物を秤量し、その耐水性を(Ａ−Ｂ)×100％として計算し、ここでＡ＝ビーカー内容物の最終重量、およびＢ＝樹脂およびビーカーの初期重量である。
フェノール樹脂
フェノール樹脂を以下の実施例に用い、概して、それぞれは水酸化ナトリウムを有する水中のホルムアルデヒド：フェノールの２：１混合物のレゾール前縮合物である。用いられた様々なフェノール樹脂に関する商品名および配合の更に詳細を実施例に示した。
実施例１〜３および比較例Ａ〜Ｃ
ナイロン６，６ステープルファイバーから形成された不織研磨物品を以下のように作製した。２種の被膜、ゴム変性フェノール樹脂の前結合被膜および最終被膜としてのフェノール樹脂および鉱物研磨剤を含有するメイク被膜を各実施例ウェブに適用した。上記変性剤を実施例１〜３に用いた前結合被膜に加えたが、比較例Ａ〜Ｃの前結合被膜からは省いた。
重量130g/m2の厚さ15mm低密度不織ウェブを、未処理ウェブの総重量の80重量％の強力4.6g/デニールおよび繊維長さ約38mmを有する低強力ナイロン６，６ステープルファイバー（デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-852」で市販）および残りの20重量％の強力8.2g/デニールおよび繊維長さ約38mmを有する高強力ナイロン６，６繊維（デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-885」で市販）により構成されるウェブを組合せることにより作製した。上記ウェブをオーストリアのヴェルス(Wels)のドクター・オー・アングライトナー(Dr.O Angleitner)から商品名「ドクター・オー・アングライトナー(Dr.O Angleitner)」で市販のウェブ形成装置により作製した。
実施例１〜３および比較例Ａ〜Ｃの様々な研磨物品に用いられた特定のフェノール樹脂および変性剤を表１に、重量％単位で示した前結合被膜の様々な成分として示した。上記前結合被膜を、従来の２ロールコーターにより上記ウェブに適用した。前結合被膜に続いて、上記ウェブおよび前結合被膜を、前述のオーブンの操作方法に従って、オーブン中で硬化のために加熱した。各前結合ウェブを次いで逆さにし、上記ウェブの反対側を、カナダのオンタリオ州ミシソーガ(Mississauga)のネステ・レジンズ(Neste Resins)社から商品名「BB062」で市販のフェノール樹脂25.2部、水10.2部、グレード280以上に微小な酸化アルミニウム研磨粒子58部、炭酸カルシウム4.4部、イソプロピルアルコール1.1部、および着色用水性赤色染料1.1部から成るスプレー被覆を含むメイク被膜で被覆した。これらの実施例の不織ウェブを上記メイクコートから完成し、かつサイズコートまたは第２のメイクコートをこれらの実施例ウェブには適用しなかった。如何なる場合にも、上記硬化研磨物品を、上記メイクコート工程の完了後、物理特性および最終使用特性に関して評価した。これに関して、全試料ウェブを摩耗（上部および底部）、上部切削量、引掻抵抗、引張強さおよび伸び特性に関して評価した。
0003685804.tif 000002
1：BB062、カナダのオンタリオ州ミシソーガ(Mississauga)のネステ・レジンズ(Neste Resins)社から市販のフェノール樹脂、
2：RZ680、ＮａＯＨ触媒フェノール樹脂、固形分74％、レゾール/フェノール
3：RLS 55 440、ＫＯＨ触媒フェノール樹脂、固形分73％、レゾール/フェノール
4：オハイオ州クリーブランド(Cleaveland)のB.F.グッドリッチ(Goodrich)社から市販のカルボキシ変性ブタジエン-アクリロニトリルラテックス、固形分46％
5：J.T.ベーカー・ケミカル(Baker Chemical)社から市販の試薬グレードの尿素、固形分５％溶液
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表２に示した結果は、たとえ低強力繊維（即ち、4.6g/デニール）をこれらの実施例のウェブに用いても、他の特性を有用な限界内に維持しながら実施例１〜３の引掻抵抗が増加し、かつ引張強さが適度に増加することを示している。これらの結果は、別の理由で低下した低強力繊維の耐フェノール侵蝕性を抑制することにより低減した繊維配向を補うような、前結合被膜に加えた変性剤の作用を示す。
オーブン装置および操作方法
以下の実施例４〜８、Ｄ〜Ｆのすべてに用いられるオーブン配置は、ウィスコンシン州フランクリン(Franklin)のインダストリアル・ヒート・エンタープライゼス・インターナショナル(Industrial Heat Enterprises International)社、およびミネソタ州ミネアポリス(Minneapolis)のドライング・システムズ(Drying Systems)社により開発されたハイブリッド設計のオーブンである。上記実施例において特に他に表示しない限りは、以下のオーブン設定をさまざまなバインダー被膜用に以下の実施例４〜８およびＤ〜Ｆのすべてに同様に用いた。
(a)前結合被膜の乾燥および硬化：
平均設定温度＝171℃、各主要空気経路用最大使用空気速度＝180フィート/分（55m/分）、滞留時間＝3.0分、平均補給空気ダンパー設定＝最大空気流量の38％、平均供給圧力ダンパー設定＝最大空気流量の44％、平均排出圧力ダンパー設定＝最大空気流量の72％、および平均再循環圧力ダンパー設定＝最大空気流量の74％
(b)メイク被膜の乾燥および硬化：
平均設定温度＝167℃、各主要空気経路用最大使用空気速度＝180フィート/分（55m/分）、滞留時間＝3.0分、平均補給空気ダンパー設定＝最大空気流量の35％、平均供給圧力ダンパー設定＝最大空気流量の44％、平均排出圧力ダンパー設定＝最大空気流量の71％、および平均再循環圧力ダンパー設定＝最大空気流量の67％
(c)次のメイク被膜の乾燥および硬化：
平均設定温度＝167℃、各主要空気経路用最大使用空気速度＝180フィート/分（55m/分）、滞留時間＝3.0分、平均補給空気ダンパー設定＝最大空気流量の35％、平均供給圧力ダンパー設定＝最大空気流量の44％、平均排出圧力ダンパー設定＝最大空気流量の71％、および平均再循環圧力ダンパー設定＝最大空気流量の67％
実施例４〜８および比較例Ｄ〜Ｆ
実施例４〜８および比較例Ｄ、ＥおよびＦを、以下の違い以外は、前述の実施例１〜３および比較例Ａ〜Ｃと同様に調製した。実施例４〜８および比較例Ｄ〜Ｆに関しては、ウェブは排他的に低強力ポリアミド繊維または高強力ポリアミド繊維それぞれから構成される。即ち、実施例４〜８は、強力4.6g/デニールおよび繊維長さ約38mmを有する未処理ウェブナイロン６，６ステープルファイバー（デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-852」で市販）100重量％を用い、一方、比較例Ｄ、ＥおよびＦは、強力8.2g/デニールおよび繊維長さ約38mmを有する高強力ナイロン６，６繊維（デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-885」で市販）により構成される未処理ウェブ100重量％を用いた。上記ウェブを構成するのに用いられた繊維の強力を表４に示した。更に、代わりに用いた前結合ロール被膜およびメイクスプレー被膜は、表３に重量％単位で示した特定の配合を有した。どの実施例にも用いた連続の前結合被膜およびメイクコートの組合せを表４に示した。表３および４において、「ＰＣ」は前結合被膜組成物を表し、一方、「ＭＣ」はメイク被膜組成物を表す。上記研磨物品を、前結合被膜の硬化後、物理特性に関して評価し、その結果を表５に示した。最終用途性能も、メイクスプレー被膜を適用し、硬化した後、評価し、その結果を表６に示した。
0003685804.tif 000004
6：BB062、カナダのオンタリオ州ミシソーガ(Mississauga)のネステ・レジンズ(Neste Resins)社から市販のフェノール樹脂、
7：着色用の水性赤色染料
8：オハイオ州クリーブランド(Cleaveland)のB.F.グッドリッチ(Goodrich)社から市販の水中のアクリルエステルコポリマーのアニオン性エマルジョン
9：グレード280以上に微小な粒径
10：ミシガン州ミッドランド(Midland)のダウ・コーニング(Dow Corning)社から市販の「1520」消泡剤
0003685804.tif 000005
0003685804.tif 000006
表５（前結合ウェブデータ）には、低強力を有する研磨物品ウェブに導入される場合の変性前結合樹脂の有用性を示された。フェノール樹脂と最初に接触する前または同時期に変性剤、即ちハイカー(HYCAR)2679と接触しない強力4.6g/デニールを有する繊維を含有する比較例Ｅの引掻強さは、強力8.2g/デニールを有するウェブ繊維を含有する比較例Ｄの引掻強さより実際に低い。上記変性剤を実施例４〜８に加えるので、他の物理特性は上記変性剤の存在により損なわれることなく、引掻抵抗は適当なレベルに向上した。これに反して、低強力繊維を前結合被膜中のフェノール樹脂と接触させずに、変性剤をメイクコートまで前結合被膜に加えない比較例Ｆでは、前結合被覆ウェブの伸び特性は実施例４〜８の伸び特性よりかなり劣った。また、変性フェノール樹脂を用いる実施例４〜８の前結合被膜は、有用な結果を得るのに、ＶＯＣ材料のイソプロパノールを含有したり、それと戦う必要はない。
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表６（メイク被覆ウェブデータ）は、比較例Ｄに低強力繊維（即ち、4.6g/デニール）を変性剤を前結合被膜に加えない比較例Ｅの高強力繊維（即ち、8.2g/デニール）の代わりに用いる場合、引掻抵抗の実質的損失が観察されることを示す。これに反して、比較例Ｆに低強力繊維（即ち、4.6g/デニール）を変性剤を前結合被膜に加えず、その代わり上記繊維を前結合工程でフェノール樹脂に暴露した後でメイク被膜に加える比較例Ｅの高強力繊維（即ち、8.2g/デニール）の代わりに用いる場合、引掻強さ、伸び(cd)、切削量および摩耗特性の実質的損失が観察される。対照的に、実施例４〜８の被覆不織ウェブは、評価した物理特性の他の項目で適当な特性を維持しながら引掻特性にかなりの改良を示した。
実施例９〜14および比較例ＧおよびＨ
その結果の制度および再現性の検討として、更に以下の試験を行った。実施例９〜14および比較例ＧおよびＨを、以下の違い以外は、前述の実施例１〜３および比較例Ａ〜Ｃと同様に調製した。実施例９〜14および比較例ＧおよびＨに関しては、ウェブは排他的に低強力ポリアミド繊維または高強力ポリアミド繊維それぞれから構成される。即ち、実施例９〜14は、強力4.6g/デニールおよび繊維長さ約38mmを有する未処理ウェブナイロン６，６ステープルファイバー（デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-852」で市販）100重量％を用い、一方、比較例ＧおよびＨは、強力8.2g/デニール、繊維長さ約38mmおよび繊度12を有する高強力ナイロン６，６繊維（デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-885」で市販）により構成される未処理ウェブ100重量％を用いた。上記ウェブを構成するのに用いた繊維の強力は表７に示した。
更に、用いた前結合ロール被膜およびメイクスプレー被膜は表７に示した配合を有した。同様のフェノール樹脂を実施例９〜14および比較例ＧおよびＨの全前結合被膜に用い、それは２：１のフェノール：ホルムアルデヒド（ＮａＯＨ触媒化）、耐水性100〜200％、および水中の固形分69〜75％および280/F以上に微小なＡｌ2Ｏ3である。表７において、「ＰＣ」は前結合被膜組成物を表し、一方、「ＭＣ」はメイク被膜組成物を表す。上記前結合被膜またはメイク被膜はＶＯＣｓを含有しない。各ウェブに適用した前結合被膜およびメイク被膜を、前述のオーブンの操作方法に従って、加熱処理した。
得られた不織研磨物品を、前結合被膜およびメイク被膜の両方の完成および硬化後に物理特性に関して評価し、その結果を表８に示した。
0003685804.tif 000008
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実施例15〜18および比較例ＩおよびＪ
実施例15〜18および比較例ＩおよびＪを調製して、螺旋巻きホイールの形に繊維結合樹脂として用いられた変性フェノール樹脂の有効性を説明した。一般に、様々な組成の前結合被膜を適用および硬化した。次いで、メイク被膜を適用し、ウェブを螺旋状「バン」に巻き、被膜を完全硬化した。上記硬化バンから、直径に沿って上記バンの長さ方向軸に垂直にスライスすることにより、不織研磨ホイールを得た。
特に、これらの各実施例に関して、重量125g/m2の15mm厚の低密度不織ウェブをナイロン６，６の38mmステープルファイバーから作製した。実施例15および17、および比較例Ｉは、それぞれ強力4.0g/デニールおよび繊維長さ約38mmを有する未処理ウェブナイロン６，６ステープルファイバー（デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-101」で市販）100重量％を用いた。これに反して、実施例16および18、および比較例Ｊは、それぞれ強力4.6g/デニールおよび繊維長さ約38mmを有する高強力ナイロン６，６繊維（デラウェア州ウィルミントン(Wilmington)のE.I.デュポン・デ・ネモアーズ(DuPont de Nemours)社から商品名「タイプ(Type)T-852」で市販）により構成される未処理ウェブ100重量％を用いた。
各実施例の不織ウェブを、商品名「ランド・ウェバー(Rando-Webber)」で市販のウェブ形成装置により作製し、表９に示した組成（重量％単位）および乾燥固形付加物重量の前結合樹脂で被覆した。上記前結合樹脂を、前述のオーブンの操作方法に従って被覆ウェブを対流オーブンを通過させることにより、非粘着状態まで硬化した。得られた前結合ウェブはそれぞれ厚さ約10mmであり、表９に示した前結合ウェブ重量（乾燥重量）を有した。表９のデータは、実施例の前結合ウェブの繊維強力、前結合被膜組成、および様々な物理特性を示した。
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11：メチレンジアニリン35重量％および2-エトキシエタノール65重量％から成るコモノマー溶液
12：コネチカット州ミドルバリー(Middlebury)のユニローヤル・ケミカル(Uniroyal Chemical)社から商品名「アジプレン(Adiprene)BL-16」で市販の分子量約1500を有するケトキシムブロックポリ-1,4-ブチレングリコールジイソシアネート
13：ミシガン州ミッドランド(Midland)のダウ・コーニング(Dow Corning)社から商品名「Ｑ２」で市販のシリコーン消泡剤
14：ＮａＯＨ触媒２重量％を有する水中の固形分75重量％の２：１のホルムアルデヒド：フェノール前縮合物
15：オハイオ州クリーブランド(Cleaveland)のB.F.グッドリッチ(Goodrich)社から市販の水中のアクリルエステルコポリマーのアニオン性エマルジョン
実施例15および16、および比較例ＩおよびＪの前述の前結合ウェブのそれぞれに、以下の配合：
「アジプレン(Adiprene)BL-16」21.7重量部、
メチレンジアニリン7.5重量部、
イリノイ州シカゴ(Chicago)のユニオン・カーバイド。ケミカル(Union Carbide Chemical)社から市販の、フェノール樹脂の25重量％プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液であるコモノマー「ユーカー・フェノキシ・レジン(UCAR Phenoxy Resin)PKHH」9.7重量部、
ステアリン酸リチウムプレミックス（イリノイ州シカゴ(Chicago)のウィトコ(Witco)社から商品名「タイプ(Type)FS」で市販の社から市販されている、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート中のステアリン酸リチウムの44重量％分散体である滑剤）6.8重量部、
コロラド州イングルウッド(Englewood)のシプレス・インダストリアル・ミネラルズ(Cypress Industrial Minerals)社から商品名「ビーバーホワイト(Beaverwhite)」で市販の粘度調整剤、タルク7.8重量部、
ニュージャージー州テターボロ(Teterboro)のデグサ(Degussa)社から市販の変性シリカ粘度調整剤「アエロジル(AEROSIL)R-202」0.25重量部、
ワシントン州カークランド(Kirkland)のユニバー・ケミカルズ(Univar Chemicals)社から市販のコモノマー、二塩基性エステル0.85重量部、
グレード150炭化ケイ素研磨粒子22.7重量部、および
グレード180炭化ケイ素研磨粒子22.7重量部、
を有するメイク被膜スラリーを２ロールコーターにより各前結合ウェブに適用した。
前述のオーブン操作方法からの変法には、約150℃で滞留時間約2.1分間操作する以外は、各メイク被覆ウェブを前述のオーブンの操作方法に従って対流オーブンを通過して、部分的に乾燥し、被覆ウェブ最終乾燥重量をベースとしてメイクコートの不揮発成分の約８重量％を除くすべてを除去した。
次いで、上記メイク被覆ウェブを、巻き取りスタンドによりコアの回りに巻き付けた。上記メイク被膜1,250g/m2（乾燥重量）を前結合ウェブに加えた。
次いで、上記メイク被覆ウェブをほどき、内径7.62cmおよび壁厚0.32cmを有する接着剤被覆ガラス繊維強化コアに巻き付けた。等重量の(1)エポキシ数約190g/エポキシ当量およびヒドロキシ数約80g/ヒドロキシ当量を有する、ビスフェノールＡおよびエピクロロヒドリンの反応生成物である、液状エポキシ樹脂（テキサス州ヒューストン(Houston)のシェル・ケミカル(Shell Chemical)社製）、および(2)21℃での粘度約50,000cpsおよびアミン価約305g樹脂/アミン当量を有する、重合性脂肪酸および脂肪族ポリアミンの固形分100％のアミン末端ポリアミド樹脂反応生成物である、硬化性樹脂（ミネソタ州ミネアポリス（Minneapolis）のヘンケル・ケミカル(Henkel Chemical)社製）
を含有する接着剤混合物を用いて、上記コア表面を厚さ約２mmに均一に被覆した。「竹の子巻き(telescoping)」の回避として当業者に公知の、エッジの正確な配置のためのウェブのステアリング、適当な張力およびこの用途のためのダンサー(dancer)ロール、およびかたく巻いた螺旋を提供するための上記コアに接するパッキングロールの必要性はすべて、可撓性シート製品の全種類の製造においてウェブを取扱う当業者に公知である。巻き付けた硬化バンの公称密度が約11g/in3となるのに十分なウェブを上記コアの回りに巻き付けた場合、上記ウェブをカットし、上記バンをシールし、ラップしたバンを130℃に設定した対流オーブンに入れた。上記バンを約２時間硬化しながら、20トールに減圧した。上記硬化バンをオーブンから取り出し、室温まで冷却した。上記バンを、旋盤および帯鋸を用いて、公称2.54cm幅のディスク状部分にスライスした。個々の部分を旋盤のマンドレル上に載せ、ダイヤモンドツールを用いて公称外径20.32cmに仕上げた。
螺旋巻きホイールの評価
上記ホイールを旋盤上に載せ、表面速度約6,000フィート/分（1829/分）となるように回転した。各ホイールおよびワークピースを試験前に秤量した。厚さ0.04"（1.02mm）を有する1-304型ステンレス鋼試験片のエッジを、上記ホイールの幅１インチ当たり一定荷重約８ポンドで、回転ホイールの表面に対して保持した。１回の研削「サイクル」は、１分間ワークピースを回転ホイールに対して接触させ、続いて20秒間上記ホイールからワークピースを取り除くことから構成される。研削４サイクル後、上記ホイールおよびワークピースを再度秤量した。上記ホイールおよびワークピースの重量損失を計算した。上記ワークピースの重量損失はグラム単位であり、一方、上記ホイールの重量損失は無次元の「ホイール重量損失の％」で表される。その試験データ結果を表10に示した。
0003685804.tif 000011
表10のデータは、実施例15および16のウェブに用いられた低強力型ナイロンステープルファイバーに関して、上記前結合ウェブは、レゾールフェノール樹脂およびハイカー(HYCAR)アクリルエマルジョン改質剤の混合物で前結合されており、それでもウェブが硬化バンを得るための研磨スラリー被覆および強化螺旋巻き工程により適当な強度を提供した。また、実施例16のホイールが比較例ＩおよびＪのホイールより高いホイールの同一％重量損失に対する標準化切削量を生じる限り、実施例16のホイールは比較例ＩおよびＪのホイールより良好に作動した。実施例15および16の標準化切削量の平均（即ち、4.8）は、比較例ＩおよびＪの上記平均（即ち、3.65）よりかなり高い。更に、実施例15および16は、水性前結合被膜の使用によるＶＯＣｓの取扱いおよび処置の必要性を有効に低減する。対照的に、比較例ＩおよびＪにおいては、ウレタンベースの前結合被膜中のバインダー用溶剤は非水性であり、その結果、キシロールおよびウレタンプレポリマーのケトキシムブロッキング剤の硬化の間にＶＯＣ’ｓを取扱いおよび処理する予防策を取ることが必要となる。
即ち、比較例ＩおよびＪに用いられたキシロールおよびケトキシムＶＯＣ’の全量は、それらの総末乾燥組成物量の約55重量％を構成し、実施例15および16の変性フェノール前結合被膜から回避および排除された。実施例15および16の未乾燥組成物のフェノール樹脂成分はそれぞれ少しの全量約１〜２重量％の残存ホルムアルデヒドを含有し、そしてＶＯＣ’ｓを完全には排除されないけれども、上記前結合被膜中におけるＶＯＣ’ｓの低減は、比較例ＩおよびＪに用いられたウレタンベースの前結合被膜に用いられたＶＯＣ’ｓ量約55重量％と比較した場合に非常に大きい。
実施例19および比較例Ｋ
実施例19および比較例Ｋを、層状または「単位化(unitized)」不織研磨ホイールの製造を実施する場合に本発明の有効性を示すのに調製した。
実施例19の前結合およびメイク被膜は、上記実施例15に用いられたものと同一であった。比較例Ｋの前結合およびメイク被膜は、上記比較例Ｉに用いられたものと同一であった。
実施例19および比較例Ｋの前結合およびメイク被膜の４つの層をそれぞれ共に積み重ね、135℃に加熱した段プレスに入れた。上記ウェブ材料を厚さ1.26cmに圧縮し、その温度で15分間保持して、研磨「スラブ」を作製した。上記部分硬化スラブを次いで上記プレスから取り除き、対流オーブン中で135℃で90分間更に硬化した。上記スラブを室温まで冷却後、研磨ホイールを、寸法外径４"×内径0.5"×厚さ0.5"（外径10.2cm×内径1.26cm×厚さ1.26cm）を有するスラブからカットした。評価のために、２種の前秤量した1.26cm幅のホイールを共に操作できるように取付けて、各実施例に対して幅2.54cmの作業表面を作製した。旋盤のマンドレルに搭載後、共に操作できるように取付けたホイールを4775rpmで回転し、既知重量のステンレス鋼クーポンを回転しているホイールの外面に対して圧力13psiで４分間接触した。上記ホイールおよびクーポンを再度秤量した。上記試験用クーポンおよびホイールの重量差からそれぞれ、グラム単位の切削量および％重量損失で表される摩耗が得られた。その結果を表11に示した。
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表11は、本発明の前結合被膜ウェブから構成された多層単位化ホイールは、研磨物品の不織ウェブに高強力ポリアミドステープルファイバーを用いる必要のない現行実施の比較例と本質的に同一に作動することを示した。
本発明の範囲および意図から逸脱することなく、本発明の様々な変形や変更が当業者に明らかとなり、本発明は本明細書中に列挙した例示的態様に不当に限定されるべきものではないと解されるべきである。