(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）その長さ方向に連続表面を有しかつ第１硬化有機高分子材料である第１伸長フィラメント構成材料；および
（ｂ）上記の第１伸長フィラメント構成材料に隣接し、上記の連続表面に沿って第１伸長フィラメント構成材料と溶融状態で付着接触した第２硬化有機高分子材料である第２伸長フィラメント構成材料であって、第２硬化有機高分子材料が第１硬化有機高分子材料と同様または異なる材料、
を有し、該第１および第２硬化有機高分子材料の少なくとも一方が研磨粒子を分散および付着した熱可塑性エラストマーであることを特徴とする研磨材フィラメント。
【請求項２】
上記の熱可塑性エラストマーが、セグメント化熱可塑性エラストマーおよびアイオノマー状熱可塑性エラストマーから成る群から選択されることを特徴とする請求項１記載の研磨材フィラメント。
【請求項３】
上記の第１硬化有機高分子材料がカップリング剤を含むことを特徴とする請求項１記載の研磨材フィラメント。
【請求項４】
上記の第２硬化有機高分子材料がカップリング剤を含むことを特徴とする請求項１記載の研磨材フィラメント。
【請求項５】
研磨材フィラメントが：
（ａ）その長さ方向に連続表面を有しかつ第１硬化有機高分子材料である第１伸長フィラメント構成材料；および
（ｂ）上記の第１伸長フィラメント構成材料に隣接し、上記の連続表面に沿って第１伸長フィラメント構成材料と溶融状態で付着接触した第２硬化有機高分子材料である第２伸長フィラメント構成材料であって、第２伸長フィラメント構成材料が第２硬化有機高分子材料を含み、硬化有機高分子材料が第１硬化有機高分子材料と同様または異なる材料、
を有し、該第１および第２硬化有機高分子材料の少なくとも一方が研磨粒子を分散および付着した熱可塑性エラストマーであることを特徴とする少なくとも１つの研磨材フィラメントを含む研磨製品。
【請求項６】
上記熱可塑性エラストマーがセグメント化熱可塑性エラストマーおよびアイオノマー状熱可塑性エラストマーから成る群から選択される性質により特徴とされる請求項５記載の研磨製品。
【請求項７】
研磨材フィラメントがその長さ方向に連続表面を有しかつ第１硬化有機高分子材料である第１伸長フィラメント構成材料；および
上記の第１伸長フィラメント構成材料に隣接し、上記の連続表面に沿って第１伸長フィラメント構成材料と溶融状態で付着接触した第２硬化有機高分子材料である第２伸長フィラメント構成材料であって、第２硬化有機高分子材料が第１硬化有機高分子材料と同様または異なる材料、
を有し、該第１および第２硬化有機高分子材料の少なくとも一方が研磨粒子を分散および付着した熱可塑性エラストマーであり、以下の方法により特徴づけられる研磨材フィラメントを製造する方法：
（ａ）熱可塑性エラストマーである第１有機高分子材料を溶融し、研磨粒子を加えること；
（ｂ）熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリマーおよびその混合物から成る群から選択される第２有機重合ポリマーを溶融すること；
（ｃ）第１および第２溶融有機材料を同じダイ内の異なる第１および第２経路を同時に通過させ、該異なる経路が、第１構成材料の連続表面に沿って第１および第２伸長フィラメント構成材料を溶融状態で付着接触させるように第１および第２溶融有機高分子材料を成形して、研磨材フィラメント前駆体を形成すること；および
（ｄ）第１および第２溶融有機高分子材料を硬化するのに十分な温度に研磨材フィラメント前駆体を冷却して、研磨材フィラメントを形成すること。
【請求項８】
上記の第１研磨材フィラメント構成材料はコアを含み、上記の第２研磨材フィラメント構成材料はシースを含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
上記の熱可塑性エラストマーがセグメント化熱可塑性エラストマーおよびアイオノマー状熱可塑性エラストマーから成る群から選択されることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項１０】
押し出し成形され、延伸されずに得られる、請求項１記載の研磨材フィラメント。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、研磨材を加えた熱可塑性エラストマーを含む少なくとも１層成分を含む研磨材フィラメントに関する。
発明の背景
研磨材充填ナイロンフィラメントは天然研磨剤フィラメントに代わる合成フィラメントとして１９５０年代後半に開発された。おおよそその時に、押し出し法が、フィラメントの形状においてナイロンマトリックス中均一に研磨材粒子を分散するために開発された（米国特許第３５２２３４２および３９４７１６９号）。ナイロン研磨材フィラメントの再研究は、１９８８年にソサエティ・オブ・マニファクチャーリング・エンジニアー・テクニカル・ペーパー社から出版のワッツ、Ｊ．Ｈ．著、「アブレイシブ・モノフィラメンツ−クリティカル・ファクターズ・ダット・アフェクト・ブラッシュ・トール・パファーマンス」に表され、それは１９８８年３月２１〜２４日に開催されたＷＥＳＴＥＣ会議でワッツ氏が発表した記録である。ワッツ氏が解説するように、この型の磨耗フィラメントとして、新規の研磨材粒子を開示する。複数のこの型のフィラメントを使用して製造した研磨材フィラメントブラシは使用中再生される。ナイロン研磨材フィラメントの複数の利点は、安全、清潔、切断速度、低価格、高い曲率の半径および仕上がりの調節、適応性および設計の容易さである。
ナイロンおよび他の熱可塑性材料の重要な性質は、その「記憶」である。ブラシフィラメントにおいて、これを「屈曲の回復」、即ち、屈曲したフィラメントがその元の配置に戻る傾向と称する。ナイロンの屈曲の回復は一般に９０％を越える。即ち、フィラメントは屈曲後に元の配置に約９０％は戻る。
操作時間中、例えば、ブラシ工具におけるように、大部分の研磨材充填ポリマーフィラメントは硬化形状を取り、ブラシ工具のフィラメントが回復しない限り、ブラッシュ工具は軟化し、その効果を失う。屈曲の回復は、フィラメントの直径、緩和時間、歪み、屈曲時間および環境条件により決定される。現在までに製造された合成フィラメントの間で、ナイロンが伸長時間に起こる歪みからの最も優れた屈曲から回復を示す。
多くの目的を満たすと同時に、発明者は様々な研磨材充填ナイロンフィラメントが、それらの研磨材フィラメントとしての使用を不適当にする性質の限界を有することを発見した。研磨材充填ナイロンフィラメントは剛性に限界があり、フィラメント温度が７０℃に近づくと剛性を失い得、従って、高いフィラメント温度が進展されるとき、ひどいスケールもしくはバリ（burrs）の除去には適し得ない。
温度抵抗性は、フィラメント剛性の維持において重要である。高温は、一般に、同じ点ですべての研磨材充填ナイロンフィラメントに同様に影響を及ぼす。剛性は、曲げ（正接）モジュラスを測定する場合、温度が上昇するのにつれて減少する。熱の発生は、ブラシ工具速度が低い場合に長いフィラメントのバリ取りにおいて通常問題でない。しかしながら、ショート・トリム・パワー・ブラシ（short・trim・power・brush）において、ある部分への工具圧力および／または乾燥環境での高速は、フィラメントの先端で高温を生じ得る。
研磨材充填ナイロンフィラメントのもう１つの限界は、いくつかの起源からの水分がそれらを組み合わせたブラシ工具の性能に悪影響を与え、それにより水分はフィラメント剛性および工具の侵略性（aggressiveness）に影響を及ぼす。ナイロン６，１２は他のナイロン材料より優れた剛性を保ち、高湿度時または油、溶媒で飽和されたとき、あるいは水が存在するとき他の型のナイロンより剛性が２〜３倍高い。
大部分の研磨材充填重合フィラメントにおいて、研磨材を混合する程度が増加するとき、引張強さおよび屈曲疲労耐性は、研磨材と重合体との不十分な結合のため、減少する傾向にある。フィラメントの曲げ弾性率は単純に曲げ抵抗性として定義され得る。これは、研磨材フィラメントに使用する重合体の固有特性である。曲げ弾性率は一般にフィラメントの直径と独立し、同じ重合体から製造した研磨材フィラメント群の曲げ弾性率は同じになるので、フィラメント剛性に影響する主要な特性は直径およびフィラメントの長さである。
研磨材充填ナイロンフィラメントの研磨材切断（cutting）性能は、操作の開始時に相対的によく切断し、その後約１時間以内に研磨材の作用の明らかな損失を伴う特異な特性を示す。図７は、フィラメントをハブに付着し、ブラシを形成し、ハブを回形して、フィラメントが固定したワークピースに当たるとき、典型的なアルミニウムオキシド研磨材を充填した研磨材充填ナイロンフィラメントの切断性能の減少を示す。図７は、１．３６Ｋｇの一定荷重での時間の関数としての冷間冷却圧延鋼材（１０１８）平板上で得られたカットを表す。装置は典型的に研磨作用を原水準の活性に回復するためにブラシの操作を逆転するように設計する。カットにおける急激な増加は、ブラシが「目直し」、例えば、ワイヤスクリーンに対してブラシを操作するなら、達成し得る。これは図７中２時間１５分の時点で示される。
研磨材充填ナイロンフィラメントに付随するもう１つの問題は、それらの屈曲疲労耐性の悪さである。操作時間を延長した場合、フィラメントは、ハブへの付着点近くで壊れる傾向があり、使用者に不便なことに、このことはブラシの寿命および経済的価値の減少をもたらす。
本発明は、拡散および付着する研磨材粒子を有する熱可塑性エラストマーを含む研磨材フィラメントを提供することにより、研磨材充填ナイロンフィラメントおよび他のフィラメントの上記の問題のいくつかを解決する。
第１および第２の構成材料を含む発明中の研磨材フィラメントの実施態様は、以下に非常に詳細に記載するように、１またはそれ以上の伸長フィラメント構成材料中に研磨粒子を有し得る。これら研磨材フィラメントは、研磨材充填熱可塑性エラストマーの塗料で少なくとも部分的に被覆された「予め形成された」コアを含む複合研磨材フィラメントとは構造的に異なる。後者では、予め形成されたコアおよび塗料は、例えば、著しく異なる機械的特性、例えば、引張強さを有する。引張強さは、予め形成されたコアの引張強さのために被覆研磨材フィラメントにおいて非常に高くなり得る。
研磨材フィラメントの実験法および製造には長い歴史がある。当技術の現状の例は、アメリカ合衆国特許第２３２８９９８号、同第２６３９４５号、同第２７９３４７８号、同第２９２０９４７号、同第３１４６５６０号、同第３２６０５８２号、同第３５２２３４２号、同第３５４７６０８号、同第４１７２４４０号、同第４５０７３６１号、同第４６２７９５０号、同第４５８５４６４号、同第４８６６８８８号、同第５０６８１４２号、および同第５０８２７２０号である。
その他の重要な特許は、アメリカ合衆国特許第２６４３９４５号、同第３６６９８５０号、同第３６９６５６３号、同第３８５４８９８号および同第４０９７２４６号、およびフランス特許第２６２４７７３号、およびヨーロッパ特許第０２８２２４３号である。
出願人は、ワッツ氏がプラスチック製または樹脂フィラメントへ砥粒を配合した先駆者であることには反論しないことをこの点において明らにすべきである。コア−シース配置と砥粒で満たされたプラスチック材料を被覆したため予め形成したコアとの間には明らかに違いがある。本発明は、非常に高い研磨能力（フィラメント損失重量当たり除去された加工物の重量）および周知の研磨材フィラメントと比較して数倍の屈曲疲労寿命を示す予期しない性質を有する、研磨材充填熱可塑性エラストマー組成物を含む少なくとも１つの伸長フィラメント構成材料を含む研磨材フィラメントに関する。期待したよりも研磨作用の非常に高い水準が観察された。
熱可塑性エラストマーは、Ｎ．Ｒ．レギー、Ｇ．ホールデンおよびＨ．Ｅ．シュークロダーが編集し、ハンサー出版社（ニューヨーク、１９８７年）により編纂されたサーモプラスチック・エラストマー、ア・コンプレヘンシブ・レビュー（本明細書において「レグ等」記載する）において定義され、再検討された。熱可塑性エラストマー（ロギー等が定義し、本明細書中で使用された）は、一般に低当量の多官能価モノマーおよび高当量の多官能価モノマーの反応生成物であり、その低当量の多官能価モノマーは、重合時に硬質セグメント（および、他の硬質セグメント、結晶硬質域またはドメインと複合して）形成が可能であり、および高当量の多官能価モノマーは、重合時に硬質域またはドメインと連結する軟質かつ可とう性鎖を製造することを可能にする。この型の材料を、研磨材フィラメントに使用することはこれまで提案されなかった。
「熱可塑性エラストマー」は、「熱可塑性」および「エラストマー」（引張応力下伸長し、高い引張強さを有し、迅速に収縮し、および実質的にそれらの元の寸法を回復する天然ゴムに匹敵する物質の総称）とは異なり、熱可塑性エラストマーは硬質域の溶解温度以上に加熱する時に、均質な熔融物を形成し（エラストマーとは異なる）、射出成形、押出、吹込成形等のような熱可塑性技術により加工できる。その後の冷却により、硬質および軟質域の分離を再びもたらし、結果としてゴム状弾性を有する材料を得る（このことは熱可塑性プラスチックでは起こらない）。
市販の熱可塑性エラストマーは、セグメント化ポリエステル熱可塑性エラストマー、セグメント化ポリウレタン熱可塑性エラストマー、セグメント化ポリアミド熱可塑性エラストマー、熱可塑性エラストマーと熱可塑性ポリマーの混合物およびアイオノマー状熱可塑性エラストマーを含む。
「セグメント化熱可塑性エラストマー」、本明細書中では、高当量の多官能価モノマーおよび低当量の多官能価モノマーの反応生成物であるポリマーを基礎とする熱可塑性エラストマーのサブクラスを示す。
「アイオノマー状熱可塑性エラストマー」は、イオン状ポリマー（アイオノマー）を基礎とする熱可塑性エラストマーのサブクラスを示す。アイオノマー状熱可塑性エラストマーは、イオン会合またはイオンクラスターにより複数の位置で共に結合した２つまたはそれ以上の軟質ポリマー鎖から生成する。アイオノマーは、オレフィン不飽和モノマーと官能化モノマーの共重合化、または予備成形ポリマーの直接の官能化により典型的に製造される。カルボキシル−官能化アイオノマーは、アクリル酸またはメタアクリル酸とエチレン、スチレンおよび同様のコモノマーとのフリーラジカル共重合による直接コポリマー化により得られる。生じたコポリマーは、一般に遊離酸として利用され、その酸は金属酸化物、金属アセテートおよび同様の塩で所望の程度に中和し得る。
硬質ゴム特性と併せて加工性の容易を含む熱可塑性エラストマーの利点は、いくつかの予期しない研磨の結合および切断性質を付与する。研磨材充填熱可塑性エラストマーを含む少なくとも１つの一層成分を使用して製造したフィラメントは非常に高い水準の初期カットを生成し、平衡状態に達したら、そのカッティング能力を維持し、研磨材充填ナイロンフィラメントより高い屈曲疲労を示す。
発明の概略
本発明は、周知の研磨材フィラメント関連の多くの問題を克服または軽減する。本発明によって、熱可塑性エラストマーおよびそれに付着する研磨粒子を含む硬化有機高分子材料を含む研磨材フィラメントが与えられる。
研磨材フィラメント実施態様の１つの好ましい組合せは、伸長フィラメントの長さ方向に連続的表面を有し、第一硬化有機高分子材料を含む第１伸長フィラメント構成材料を含む。これらの実施態様において、研磨材フィラメントは、第１伸長フィラメント成分に隣接し、連続表面に沿って第１伸長フィラメント成分との溶融状態で付着接触する第２硬化有機高分子材料を含む第２伸長フィラメント成分を含む。第２硬化有機高分子材料は第１硬化有機高分子材料と同じまたは異なり得る。第１および第２硬化有機高分子材料の少なくとも１種は研磨粒子が付着した熱可塑性エラストマーを含む。
本発明の研磨材フィラメントは、既知のナイロン充填研磨材のフィラメントより改良された寿命を示す。そのような研磨材フィラメントの製造方法、研磨材フィラメントを含む製品、研磨製品を使用して表面を研磨する方法も提供する。
本明細書中において、用語「硬化」は、アメリカン・ソサエティ・オブ・テスティング・マティリアルズ（ＡＳＴＭ）テストＤ２１１７のような標準試験を通して測定されたように、温度がここに使用された熱可塑性ポリマーの融解温度以下および硬化領域（セグメント熱可塑性エラストマー）またはイオンクスタラー（イオノマー熱可塑性エラストマー）の融解または解離温度以下であるときの有機高分子材料の物理的状態を言う。本発明で使用された熱可塑性エラストマーの場合に室温（即ち、約１０〜４０℃）硬度（ショアＤスケール）も用語として使用され得る。本発明で使用された熱可塑性エラストマーの室温ショアＤジュロメーター硬度は、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０により測定された場合に、少なくとも約３０、更に好ましくは約３０〜約９０の範囲である。用語「硬化」は、その硬化を増加するために熱可塑性エラストマー／研磨粒子混合物の物理的および／または化学的処理を含まない。
本明細書中において、用語「研磨材フィラメント」は、硬化有機高分子材料が研磨粒子を少なくとも一部充填している構造を意味する。第１および第２伸長フィラメント構成材料を含む実施態様において、研磨材粒子を含む硬化有機高分子材料の横断面領域対フィラメントの残部の横断面領域の比は広範囲で変化し得る。もし本発明の研磨材フィラメントがコア−シース構造を有するなら、およびもしコアまたはシースの一方だけがその中に研磨粒子有するなら、研磨粒子を有するフィラメントのその部分の断面領域対研磨粒子を有しない領域の比は約１：１〜約２０：１、好ましくは約１：１〜約１０：１、更に好ましくは約１：１〜約４：１の範囲であり、横断面は研磨材フィラメント主軸に垂直な平面として定義される。研磨材フィラメントの横断面に対するシースの横断面は、好ましくは約４０％またはそれ以上である。研磨材フィラメントは所望によりいかなる長さであったもよく、およびもちろん横断面は円形、卵形、正方形、三角、長方形、多角形またはマルチローバール（multilobal）（例えば、トリローバル（trilobal）、テトラローバル（tetralobal）および同様のもの）であり得る。
セグメント熱可塑性エラストマーは、好ましくは、少なくとも２の平均官能価および少なくとも約３５０の当量を有する高当量多官能価モノマーと少なくとも約２の平均官能価および約３００までの当量を有する低当量の多官能価モノマーの縮合反応物である。高当量多官能価モノマーは重合時にソフトセグメントを形成を可能にし、低当量多官能価モノマーは重合時にハードセグメントを形成を可能にする。本発明で有効なセグメント化熱可塑性エラストマーは、各々ＴＰＥを製造するために適当に選択される低および高当量多官能価モノマーを有するポリエステルＴＰＥ類、ポリウレタンＴＰＥ類およびポリアミドＴＰＥ類およびシリコンエラストマー／ポリイミドブロック共重合ＴＰＥ類を含む。
セグメント化ＴＰＥ類（Thermoplastic elastomer）は、約２〜８活性水素官能価を有する低分子量（典型的に、３００までの当量を有する）化合物である「連鎖延長剤」を含み、それはＴＰＥ分野で周知である。特に好ましい例は、エチレンジアミンおよび１，４−ブタンジオールを含む。
本明細書中において、「熱可塑性ポリマー」、即ち「ＴＰ」は、一般的定義よりより限定的な定義を有し、「圧力および熱の適用において軟化および流動化する材料のことである。ＴＰＥ類が圧力および熱の適用において流動化するので、ＴＰＥ類はＴＰの一般的定義と合致することを当然認識される。従って、本発明の目的における「熱可塑性」の定義は特異的であることが必要である。ここで使用される「熱可塑性」は、圧力および熱の適用において流動化する物質を定義するが、その融点温度以下の時エラストマーの弾性を有しない。
ＴＰＥおよび熱可塑性（ＴＰ）材料の配合物も本発明の範囲であり、本発明の研磨材フィラメントの所望の力学的性質においてより優れた柔軟性を付与する。
本発明のもう１つの態様は、上記の本発明内の少なくとも１つの研磨材フィラメントを含む研磨製品であり、好ましくは、高速度の回転で回転されるハブのような支持体上に載置される。
本発明の異なる態様は、上記の本発明内のコア−シース型の研磨材フィラメントを製造する方法であり、その方法は以下の工程を含む。
（ａ）  熱可塑性エラストマーを含む第１の有機高分子材料を熔融し、研磨粒子を加えること；
（ｂ）  熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリマーおよびその混合物から成る群から選択される第２の有機重合ポリマーを溶融すること；
（ｃ）  第１および第２溶融有機材料を同じダイ内の異なる第１および第２経路を同時通過させ、該異なる経路が、第１構成材料の連続表面に沿って第１および第２伸長フィラメント構成材料を溶融状態で付着接触させるように第１および第２溶融有機高分子材料を成形して、研磨材フィラメント前駆体を形成すること；
（ｄ）  第１および第２溶融有機高分子材料を硬化するのに十分な温度に研磨材フィラメント前駆体を冷却して、研磨材フィラメントを形成すること。
第１（および、ＴＰＥを使用するなら、第２）構成材料のＴＰＥがセグメントされ、そこで押出機を融解された第１および第２有機高分子材料を提供するのに使用される方法が好ましい。本明細書において、用語「溶融」は有機高分子材料を少なくともＴＰＥ類のソフトセグメントの溶融温度以上、更に好ましくはＴＰＥ類の硬化領域またはイオンクラスターの解離温度以上、またはＴＰ類の溶融温度以上の温度に加熱することと定義する。
【図面の簡単な説明】
図１〜５各々は、本発明の研磨材フィラメントの５種のコア−シース態様の１つの拡大透視図を示し、各々はコアを示すために除去されたそのシースの部分を有する；
図６は、本発明の研磨材フィラメントを組み込むブラシ工具の１つの態様の透視図である。
図７は、大多数の先行技術の研磨材充填ナイロンフィラメントを有する回転ブラシ工具における時間の関数としてワークピース（当分野で「カット」とも称する）から除去されるグラムにおける重量を示す棒グラフである。
図８は、本発明内のコア−シース研磨材フィラメント態様を製造するのに使用されるフィラメント押出ダイの透視図である。
図９は、図８に示されたダイの平面図である。
図１０は、図８および９に示されたダイの横断面であり、図９のライン１０に沿って切断される。
好ましい態様の記載
コア−シース研磨材フィラメント態様
本発明による研磨材フィラメントの５種のコア−シース態様１０、２０、３０、４０および５０は、図１〜５における拡大透視図に例示され、シースの部分は除去され、各々のコアを示したということを各々の態様において認識されるであろう。研磨粒子を含むコアまたはシース（または両方）は、充填されたコアまたはシースの断片または部分のみを有し得るということも認識されるであろう。
図１に示すように、研磨材フィラメント１０は、ＴＰＥ１４および研磨粒子１６を含むコア１２の形態で第１伸長フィラメント構成材料を有する。伸長フィラメント構成材料コア１２のＴＰＥ１４は、全体に拡散し、その中に大多数の研磨粒子１６、例えば、アルミニウムオキシドまたは炭化ケイ素研磨粒子を付着した。
図２は、別の研磨材フィラメント構成材料実施態様２０を例示し、その中で第１伸長フィラメント構成材料がコア１２ａの第１のＴＰＥ１４ａから形成され形態であり、シースは第２ＴＰＥ１８ａおよび研磨粒子１６ａから形成される。本態様において、そのシースだけが研磨粒子を含む。
図３は、第１のＴＰＥ１４ｂおよび第２のＴＰＥ１８ｂを有するもう１つのコア−シース研磨材フィラメント実施態様３０を例示し、そこでコアおよびシースはともに研磨粒子１６ａおよび１７各々を含む。研磨粒子１６ａおよび１７は、型、粒子サイズ、粒子サイズ分布およびコアおよびシース内への分布に関して当然同様または異なり得る。
図４および図５は、第１および第２構成材料として２種の異なるＴＰＥｓ、またはＴＰＥおよびＴＰＥ／ＴＰ配合物を使用するコア−シース研磨材フィラメント実施態様４０および５０各々を表す。態様４０のフィラメントは、シース構成材料１８ｃとして第２ＴＰＥまたはＴＰＥ／ＴＰ配合物とともにコア構成材料１２ｃ中に第１ＴＰＥ１４ｃおよび研磨粒子１６ｃを含む。図５の実施態様５０は、ＴＰＥまたはＴＰＥ／ＴＰ配合物１４ｄで形成したコア１２ｄおよび第２のＴＰＥ１８ｄおよび研磨粒子１６ｄを含むシースを有し、実施態様４０の逆転である。
コア−シース構造である本発明の研磨材フィラメントにおける直径、典型的な手動工具において使用される研磨材フィラメントにおけるコア直径は、好ましくは少なくとも０.１ｍｍであり、他方研磨材フィラメント自身は好ましくは約１.０ｍｍから約０.２ｍｍまでの範囲である直径を有する。
約１.０ｍｍから約０.２ｍｍまでの範囲である直径を有する本発明の研磨材フィラメントは、少なくとも約０.５ｋｇ（未引張）、好ましくは少なくとも約１.０ｋｇ（未引張）の極限切断力（試験法に記載の試験に従って商品名「シンテック」で周知である標準引張試験機を使用して測定された）；少なくとも約１５分の５０％疲れ破損抵抗性（試験法に記載の試験に従って）；および少なくとも約２の冷間圧延の鋼（１０１８）板上での研磨効率（除去されたワークピースの重量／フィラメント損失の重量）を有する。以下の実施例によって解り得るように、これらの優位を評価することはワークピースに依存する。
熱可塑性エラストマー
本発明の研磨材フィラメント中に有効なセグメントＴＰＥｓは、一般におよび好ましくは、重合においてソフトセグメントを形成するのに適応する少なくとも約２の官能価および少なくとも約３５０の当量を多官能価モノマーおよび重合においてハードセグメントを形成するのに適応する多くて約２の官能価および多くても約３００の当量を有する相対的低当量多官能価モノマーの反応生成物を含む。連鎖延長剤は、典型的に、セグメント熱可塑性エラストマー中に使用され、ハードセグメントおよびハードドメインサイズを増大し、従って、結果として生じるセグメントＴＰＥの物理的性質を変化させる１種の機構を提供する。本発明のセグメントＴＰＥｓ中に有効な連鎖延長剤は、約２〜８、好ましくは約２〜４、および更に好ましくは約２〜３の範囲の活性水素官能価、および、好ましくは約３００まで、更に好ましくは約２００までの当量を有する。相当適した連鎖延長剤は、直鎖状グリコール、例えば、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオールおよびヒドロキノンビス（２−ヒドロキエチル）エーテルである。
本発明の研磨材フィラメント中に有効なセグメントＴＰＥｓは、好ましくは、セグメントポリエステルＴＰＥｓ、セグメントポリウレタンＴＰＥｓおよびセグメントポリアミドＴＰＥｓを含む。低および高当量多官能価モノマーは、上記のセグメントＴＰＥｓの１種を製造するために種々に選択される。例えば、ＴＰＥがセグメントポリエステル、例えば、セグメントコポリ（エーテルエステル）を含むなら、低および高当量多官能価モノマーは、好ましくは各々ポリ（テトラメチレンテレフタレート）およびポリ（テトラメチレンオキシド）である。もしＴＰＥがセグメントポリウレタンを含むなら、低当量多官能価モノマーは、多官能価イソシアネートであり、高当量多官能価モノマーは好ましくは多官能価アミンである。
セグメントＴＰＥｓを製造するために反応するモノマーの総重量中低当量多官能価モノマーの重量比は、好ましくは約２０〜約６０パーセント、更に好ましくは約２０〜約４０パーセントの範囲である。
イオノマーＴＰＥｓを形成するのに有効なイオノマーは、典型的および好ましくは、オレフィン不飽和モノマーとの官能基化モノマーの反応生成物を含み、または多官能基化予備形成化ポリマーを含む。用語「イオノマーＴＰＥｓ」および「イオノマー」に、アニオノマー、カチオノマーおよび両性イオノマーは含まれる。
本発明の研磨材フィラメント中に有効なＴＰＥｓ（セグメントおよびイオノマー）は、好ましくは約３０から約９０までの範囲の、更に好ましくは約５０から約８０までの範囲のショアーＤジュロメータ硬度を有する。
セグメント熱可塑性エラストマー（例えば、引張強さおよび切断点伸び）の力学的性質は種々の因子に依存する。ＴＰＥｓを形成するポリマー中のハードセグメントの割合、それらの化学組成それらの分子量分布、製造方法およびＴＰＥの熱履歴すべては、ハードドメイン形成の程度に影響を及ぼす。低当量多官能価モノマーの割合を増加することは、結果として生じるＴＰＥの硬度および弾性率を増加し、極限伸びは減少すると思われる。
セグメントＴＰＥｓの上限使用温度は、ハードセグメント含有低当量多官能価モノマーの軟化点または融点に依存する。長期保存のために、ソフトセグメントを含む高当量多官能価モノマーの安定性も重要である。高温およびハードドメインに供与し得る低いパーセントのハードセグメントにより、ＴＰＥの曲げ弾性率および引張強さは一般に減少される。
上記の性質を有し、本発明中の有効な好ましいＴＰＥｓは、一般式I:
0003676804.tif 000002
（式中、
ｄおよびｅは、各々約２から約６までの範囲の整数であり（但し、ｄおよびｅは、同じまたは異なり得るが、整数１以上は異ならない）：および
ｘおよびｙは、生じたセグメントポリエステルＴＰＥが約３０から約９０までの範囲のショアーＤジュロメータ硬度を有するように選択される整数である）で表されるセグメントポリエステルおよびそれら混合物から形成されたものおよびそれらの混合物を含む。
一般式Ｉ中のセグメントポリエステルの総分子量（数平均分子量）は、約２００００から約３００００までの範囲であり；ｘは、約１１０から約１２５までの範囲であり；およびｙは約３０から約１１５まで、更に好ましくは、約５から約７０までの範囲である。
本発明中に有効なイオノマーＴＰＥｓを形成するのに使用される好ましいイオノマーは、官能化モノマーとオレフィン不飽和モノマーの共重合反応生成物を含み、そのイオノマーは、一般式II：
0003676804.tif 000003
（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、同様または異なってもよく、水素、アルキル、置換アルキル、アリールおよび置換アリールから成る群から選択される；
ｍおよびｎは、同一または異なってもよく、官能化モノマーの重量パーセントが総イオノマー重量の約３から約２５重量％までの範囲であるようにおよび生じたイオノマーＴＰＥが約３０から約９０までの範囲であるショアーＤジュロメータ硬度を有するように選択される；
ＤはＣＯＯおよびＳＯ3から成る群から選択される官能基であり：および
ＭはＮａ、Ｚｎ、Ｋ、Ｌｉ、Ｍｇ、ＳｒおよびＰｂから成る群から選択される）で表される。
一般式ＩＩ（式中、Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝ＣＨ3およびＤ＝ＣＯＯである）により表されるこれらイオノマーは、特に好ましい。更に好ましいイオノマーは、Ｒ1＝ＣＨ3、Ｄ＝ＣＯＯおよびＭ＝Ｎａであるとき、例えば、商品名「スリン（Surlyn）８５５０」（デュポン社製）で周知の市販のイオノマーである。ｍおよびｎの値は、製造業者により通常与えられないが、約３０から約９０までの範囲の室温ショアーＤジュロメータ硬度を有する生じたイオノマーＴＰＥを提供するために選択される。その他として、ｍおよびｎは、約１ｇｍ／１０分から約１０ｇｍｓ／１０分（ＡＳＴＭ試験Ｄ１２３８−８６、条件１９０／２．１６、以前はＤ１２３８−７９条件Ｅにより）の範囲の流速（以前は当分野において「メルトインデックス」と定義された）を有する溶融イオノマーＴＰＥを供与すると特徴付けられる。簡潔すると、試験は口径の底にオリフィスを装備した垂直な加熱したシリンダーの口径内に試料を入れることを含む。重り付きピストンをついでシリンダー口径に入れ、オリフィスからシリンダーを出る溶融ポリマーのグラムにおける量は、１０分間におけるグラムにおいて記録される。
官能化モノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、酢酸ビニルおよび同様のものおよびそれらのコポリマーから選択され得、アクリル酸およびメタアクリル酸が特に好ましい。
オレフィンモノマーは、エチレン、プロピレン、ブタジエン、スチレンおよび同様のものおよびそれらのコポリマーから選択され得、その利用性および相対的な低コストのためにエチレンが好ましいオレフィンモノマーの選択である。
官能化モノマーおよびオレフィンモノマーは、典型的におよび好ましくは、遊離ラジカルを使用して直接的に共重合され、そのような方法は当分野では周知であり、更にここで説明する必要性はない。
本発明中有効なセグメントポリアミドＴＰＥｓを製造するのに有効な特に好ましいセグメントポリアミドは、一般式III：
0003676804.tif 000004
（式中、
ＰＡ＝約３００までの当量を有する二官能性ポリアミド；
ＰＥ＝少なくとも３５０の当量を有するジヒドロキシポリエーテルブロックであり、ジヒドロキシポリオキシエチレン、ジヒドロキシポリオキシプロピレンおよびジヒドロキシポリオキシテトラメチレンをから成る群から選択されるポリマーを含む、および
Ｚ＝約３０から約９０までの範囲のショア−Ｄジュロメータ硬度を有する結果として生じるセグメントポリアミドＴＰＥを提供するために選択された整数）で表されるこれらのセグメントポリアミドおよびそれらの混合物である。
式III内のセグメントポリアミドは、市販品、例えば、本発明に特に好ましい６３および７０ショアーＤジュロメータを有するエルフ・アキテーヌ社のアトケミ・グループから市販の商品名「ペバックス（Pebax）」で周知のものである。
ｚの値は、製造業者に専有のものであり、一般式ＩＩＩ中のポリマーが硬度に.従って特徴付けられ得るけれども、溶融流量（上記のように）に従って、それらは好ましい約１ｇｍ／１０分から約１０ｇｍ／１０分までの範囲である値（ＡＳＴＭ１２３８−８６、１９０／２．１６）で選択的に特徴付けられ得る。
本発明に有効なポリウレタンＴＰＥｓを製造するのに有効な特に好ましいセグメントポリウレタンは、式ＩＶ：
0003676804.tif 000005
（式中、
ポリオール＝約６００から４０００までの範囲の平均分子量を有するポリエステルポリオールまたはポリエーテルポリオールおよび
ｔ＝約３０から約９０までのショアーＤジュロメータ硬度を有する結果として生じるセグメントポリウレタンＴＰＥを提供するために選択される整数）で表されるそれらのセグメントポリウレタンおよびそれらの混合物である。
「ｔ」の値は、以下の分子量の範囲を与えるポリオールの分子量に対応して選ばれる：典型的におよび好ましくは、一般式ＩＶにより表されるセグメントポリウレタンの数平均分子量は約３５０００から約４５０００までの範囲である。
一般に、セグメントポリウレタンは、約８０℃以上の温度で第１および第２多官能価モノマーおよび連鎖延長剤をともに混合することにより製造され得る。好ましくは、イソシアネート官能基対イソシアネート反応基の比は、約０．９６から約１．１までの範囲である。約０．９６以下の値は、不十分な分子量のポリマーを生じ、同時に約１．１より上の熱可塑性加工は、過剰の架橋反応のために困難となる。
上述のように、ＴＰＥｓおよび他のポリマーの配合物、例えば、ダウ・ケミカル社より商品名「プレベール（Prevail）」、グレード３０５０、３１００および３１５０で周知のポリウレタン／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン配合物が有効であることが判明した。グレード３０５０は、２６ｇｍ／１０分の溶融流速（ＡＳＴＭ−１２３８−８６，２３０／２．１６）および約６２のショアＤ硬度を有する。
ＴＰＥｓとしてプラスチック加工分野における熟練者により評価されたブロックコポリマーにはシリコーンおよびポリイミドの熱可塑性コポリマーを含み、本発明の研磨材フィラメントに有効であることも判明した。熱可塑性シリコーンおよびポリイミドの市販の熱可塑性コポリマーは、ジー・イー・シリコーン社より商標「シルテム（Siltem）ＳＴＭ−１５００」で市販の周知のものを含む。
上記のように、式Ｉ−ＩＶの中でポリマーの各々は、現在非常に詳細に論議されている。
セグメントポリエステル
上記のように、もしＴＰＥがセグメントポリエステル、例えば、式Ｉ中で示すようにセグメントコポリ（エーテルエステル）を基礎とするなら、低および高当量多官能価モノマーは、好ましくは重合化においてハードセグメントを形成するポリ（テトラメチルテレフタレートおよび重合化においてソフトセグメントを形成するポリ（テトラメチレンオキシド）各々を基礎とする。コポリ（エーテルエステル）のポリ（エーテル）構成材料は、約１０００から約２０００までの範囲である数平均分子量のα−ヒドロ−ω−ヒドロキシオリゴ（テトラメチレンオキシド）から誘導される。コポリ（エーテルエステル）のコポリ（エステル）構成材料は、好ましくは重合化においてハードセグメントを形成するポリ（テトラメチレンテレフタレート）を基礎とし、約６００から約３０００までの範囲である平均分子量を有する。式Ｉ中のコポリ（エーテルエステル）ポリエステルの分子量は、好ましくは、約２００００から約４００００までの範囲である。
イオノマー
イオノマーＴＰＥｓとして反応し得、従って本発明に有効なイオノマー、例えば、商品名「スリン」（式II）で周知のこれらイオノマーは、好ましくは、上記のように、多官能基化モノマーとオレフィン不飽和モノマーの共重合化により、または予備形成されたポリマーの直接官能基化により製造される。式II中のイオノマーは、本発明の研磨材フィラメント中の硬化組成物中必要なイオノマーＴＰＥｓを形成するために特に好ましい。市販用の品質であるエチレン／メタクリル酸のコポリマーの多量は、例えば、約５から約２０重量％までのメタクリル酸構成材料を含み、これらイオノマーを本発明に特に有効とする。
式IIのＭは、典型的および好ましくは、ナトリウム（Ｎａ）および亜鉛（Ｚｎ）から選択されるが、カリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）および鉛（Ｐｂ）を使用するイオノマーも式ＩＩの範囲内で考慮される。
セグメントポリアミド
式III中の、および本発明に必要なセグメントポリアミドＴＰＥｓを形成するのに有効なポリアミドは、ポリエーテルブロックアミド（または「ＰＥＰＡ」）として典型的に記載され、そのうち後者はジヒドロキシポリエーテルブロックと式ＩＩＩ（式中、ＰＡは「ポリアミド」を示し、ＰＥは「ポリエーテル」を示す）中に示されるポリアミドブロックを基礎とするジカルボン酸との溶融重縮合反応により得られ得る。ジカルボン酸ポリアミドブロックは、ジカルボン酸鎖制限剤とポリアミド前駆体との反応により製造され得る。反応は、好ましくは高温（好ましくは２３０℃以上）および好ましくは圧力（２．５ＭＰａまで）下で行われる。ポリアミドブロックの分子量は、典型的に鎖制限剤の量により調節される。
ポリアミド前駆体は、アミノ酸、例えば、アミノウンデカン酸およびアミノデカン酸；ラクタム、例えば、カプロラクタム、ラウリルラクタムおよび同様のもの；ジカルボン酸（例えば、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカン酸および同様のもの）；ジアミン（例えば、ヘキサメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミンおよび同様のもの）から選択され得る。
ジヒドロキシポリエーテルブロックは、２種の反応（ジヒドロキシポリオキシエチレンおよびジヒドロキシポリオキシプロプレンポリエーテル前駆体を形成するためのエチレンオキシドとプロピレンオキシドとのイオン重合：およびジヒドロキシポリオキシテトラメチレンポリエーテル前駆体を製造するためのテトラヒドロフランのカチオン重合）のいずれかによりポリエーテル前駆体から製造され得る。
ポリエーテルブロックアミドは、ついでポリアミド前駆体とジヒドロキシポリエーテル前駆体とのブロック共重合により製造される。ブロック共重合は、ポリエステル化であり、典型的に高温（好ましくは２３０から２８０℃までの範囲である）で真空下（１０〜１４００Ｐａ）および適当な触媒、例えば、Ｔｉ(ＯＲ)4（式中、Ｒは短鎖アルキルである）を使用して成し遂げられる。重合化中に添加剤、例えば、酸化防止剤および／または蛍光増白剤を入れることも一般に必要である。
生じたポリエーテルブロックアミドの構造は、硬質ポリアミドセグメントおよびフレキシブルポリエーテルセグメントの規則的直鎖を含む。ポリアミドおよびポリエーテルセグメントは混和しないので、ポリエーテルブロックアミド、例えば、式IIIにより表されるものは、各々セグメントがそれ自身の性質をポリマーに与える「二相」構造を表す。
セグメントポリウレタン
本発明中有効なセグメントポリウレタンＴＰＥｓは、好ましくは式ＩＶ中のセグメントポリウレタンから形成され、上記の高当量多官能価モノマーおよび低当量モノマーを含み、および上記に記載の低分子量連鎖延長剤を含む。熱可塑性ポリウレタンエラストマー中、ハードセグメントは連鎖延長剤、例えば、１，４−ブタンジオールをジイソシアネート、例えば、４，４’−ジフェニルメタジイソシアネート（ＭＤＩ）に添加して形成する。ソフトセグメントは、２またはそれ以上のハードセグメントと連結する長い可とう性ポリエーテルまたはポリエステル重合鎖を含む。室温で低溶融ソフトセグメントは極性の高溶融ハードセグメントと相溶せず、ミクロ相分離をもたらす。
セグメントポリウレタンＴＰＥｓを形成するのに有効なポリウレタンは、一般に、約６００から４０００までの範囲の平均分子量を有する直鎖ポリオール（高当量多官能価モノマー）、約６０から約４００までの範囲の分子量を有する連鎖延長剤およびポリイソシアネート（低当量多官能価モノマー）から製造される。好ましい直鎖ポリオールは、ヒドロキシル末端ポリエステルおよびヒドロキシル末端ポリエーテルである。
好ましくはヒドロキシル末端ポリエステルは、アジピン酸および過剰のグリコール、例えば、エチレングリコール、１,４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールまたはこれらジオールの混合物から製造される。
本発明の研磨材フィラメント中有効なセグメントポリウレタンＴＰＥｓを製造することにおいて有効な式ＩＶにおけるポリウレタンを製造することに有効な長鎖ポリエーテルポリオールは、好ましくは、ポリ（オキシプロプレン）グリコールおよびポリ（オキシテトラメチレン）グリコールの２種類である。前者のグリコールは、二官能価開始剤、例えば、プロプレングリコールまたは水にプロプレンオキシドおよび／またはエチレンオキシドの塩基触媒付加により製造され得、他方、後者はテトラヒドロフランのカチオン重合化により製造され得る。これらの種類のポリエーテルの両方は、約２の官能価を有する。テトラヒドロフランおよびエチレンまたはプロピレンオキシドの混合ポリエーテルは、ポリウレタンＴＰＥ中ソフトセグメントとして有効に使用され得る。
他のポリウレタンと比較して、数種のポリイソシアネートだけが、熱可塑性エラストマーポリウレタンを製造するのに適当である。最も有効で好ましいポリイソシアネートは、上記のＭＤＩである。他にヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、１−イソシアナト−３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキサン（ＩＰＤＩ）；２，４および２，６−トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）；１，４−ベンゼンジイソシアネートおよびトランス−シクロヘキサン−１，４−ジイソシアネートを含む。
研磨粒子
研磨粒子は、好ましくは全体に分散し、硬化ＴＰＥ被覆内に付着する。本発明の研磨材フィラメント中有効な研磨粒子は、個々の砥粒または個々の研磨粒子の研磨凝集塊であり得る。適当な凝集した研磨粒子は、米国特許第４，６５２，２７５号および同第４，７９９，９３９号に開示されている。研磨粒子は、研磨分野で常用の周知の研磨材料のいずれかであり得る。研磨粒子は、好ましくは約７モース（Mohs）以上、更に好ましくは約９モース以上の硬度を有する。適当な研磨粒子の例は、個々の炭化ケイ素研磨粒子（耐熱性被覆炭化ケイ素研磨粒子を含む）、溶融アルミニウムオキシド、熱処理溶融アルミニウムオキシド、アルミナジルコニア、立方晶窒化ホウ素、ザクロ石、軽石、砂、エメリー、雲母、鋼玉（コランダム）、石英、ダイヤモンド、炭化ホウ素、溶融アルミナ、焼結アルミナ、α−アルミナ基礎セラミック材料を含む。
研磨粒子は、好ましくは、約０．１から約６０まで、更に好ましくは約２５から約５０までの（研磨粒子を含むフィラメント構成材料の）重量％で存在する。
より高い研磨粒子の充填を完成するために、使用されたＴＰＥおよびまたはＴＰに応じて、溶融ポリマーへ導入する前にカップリング剤で研磨粒子を被覆する必要があり得る。選択的に、カップリング剤は約１０から約３０重量パーセントのカップリング剤、およびＴＰＥの約７０から約９０重量パーセントを含むペレットの形態において溶融されたポリマーに加えられる。
有効であると判明し、従って本発明中有効な好ましいカップリング剤は、ネオペンチル（ジアリル）オキシチタネート、例えば、ネオペンチル（ジアリル）オキシ、トリ（ｍ−アミノ）フェニルチタネートおよびネオペンチル（ジアリル）オキシ、トリ（ジオクチル）ホスファトチタネートである。
本発明の研磨材フィラメントへ組み込まれる研磨粒子のサイズはフィラメントの意図する使用次第である。切断または荒ら仕上げを必要とする適当のために、大きい研磨粒子が好ましく、小さいサイズを有する研磨粒子は、仕上げの適用に好ましい。好ましくは、研磨粒子の平均直径は、研磨材フィラメントの直径の約１／２以下であり、更に好ましくは研磨材フィラメントの直径の約１／３以下である。
研磨製品
本発明の研磨材フィラメントは、非常に様々なブラシへ組み込まれ得、集めて、崇高い研磨パッドを形成するか、様々な支持体に付着する。
図６は、ポリマーのハブ６２に接着または付着された多数の研磨材フィラメント６１を有する本発明中の回転ブラシ６０の１実施態様を示し、そのような付着方法は、当分野において周知である。
以下の実施例において、標題「試験ブラシ構成」で説明される構成である金属ハブを使用した。
ポリマーハブを製造するために、型は、典型的には、研磨材フィラメントが、本発明の図６に示される研磨用ブラシの形態において使用され得るように作製される。円形ベースプレートは、３．１８ｃｍよりわずかに小さい外径を有する固体のシリンダーコアピースを受容するように適応される穴を通して３．１８ｃｍの直径のセンターを有するように作製される。スロットは、薄い金属のスペーサーがその内に挿入され得るようにラジアルパターンを造るためのベースプレートの１表面に機械加工される。スロットは放射状に延長し、穴を通って中心から約５ｃｍの点からはじまり、プレートの周囲に延長される。右シリンダー（２００ｍｍＩ．Ｄ．）は、ついで、スロットを有するベースプレートの表面に固定され得、ベースプレート中の穴およびシリンダーは同心となる。
スペーサーは、ついで、スロット中に置かれ得、固体シリンダーコアピースは穴を通して挿入され、スロットの長さより５ｃｍ長い長さを有する多数の研磨材フィラメントは、スペーサーの間の左のスペース内に整列される。スペーサーは、前以て決定された長さを放射状に有する研磨材フィラメントを均一におよび密に分配する方法を提供する。研磨材フィラメントは、ついで、締め具用輪でしっかりと固定し、中心の通し孔に向かって位置を示すフィラメントの末端を越えて取り付けられた。
ポリマーのキャストハブは、ついで、液体エポキシまたは他の樹脂を固体シリンダー中心コアピースと締め具用の輪の間で形成された中心キャビティへ注入することにより形成される。譲受人の同時係属出願において有効なことが判明した樹脂は、スリーエム社から市販の商品名「ＤＰ−４２０」で周知である二液型エポキシ樹脂であった。樹脂が完全に硬化したとき、ブラシが装置から取り外され、ついで試験された。
本発明の研磨材フィラメントを使用する研磨ブラシを製造するもうひとつの方法は、常用の「チャンネル（channel）」ブラシ製造機を使用することによるものである。
本発明の研磨材フィラメントは、多くの型のブラシおよび無数の使用、例えば、洗浄、ばり取り、丸みをつけること、金属、プラスチックおよびガラスの支持体へ化粧仕上げを付与することおよび同様の使用のためのブラシへ組み込まれ得る。ブラシの型は、輪状のブラシ、シリンダーブラシ（例えば、印刷回転洗浄ブラシ）、ミニ−グラインダーブラシ、床掃除ブラシ、カップブラシ、エンドブラシ、フレアード・カッブ・エンド・ブラシ（flared・cup・end・brush）、サーキュラー・フレアード・カッブ・エンド・ブラシ（circular・flared・cup・end・brush）、被覆カップおよび様々のトリム・エンド・ブラシ、インカプセレート・エンド・ブラシ（encapsulated・end・brush）、パイロット・ボンディング・ブラシ（pilot・bonding・brush）、様々な形のチューブブラシ（tube・brush）、らせん状バネブラシ、送気管洗浄ブラシ、煙突および導管ブラシおよび同様のものを含む。いずれかのブラシにおけるフィラメントは、構築、形状、長さにおいて確かに同じまたは異なり得る。
本発明のフィラメントを使用するブラシの２種の特に好ましい使用は、印刷回路板の掃除および鋼板の掃除である。
研磨材フィラメントの製造方法
以下の段落は、本発明内のコア−シース研磨材フィラメントを製造する方法を論議している。ＴＰＥおよびそこに付着される研磨粒子を含む実施態様は同じ設備を使用して製造され得、しかしながら「シース」は、フィラメント構造に加えられない。
本発明のコア−シース研磨材フィラメントは、押出法により製造され、少なくとも２つの押出機の使用を包含し、出口は図８において透視図で示されるようなダイに連結する。ＴＰＥまたはＴＰを含み、１種のフィラメント構成材料（またはＴＰＥとＴＰの配合物）を形成するのに適用される第１の溶融有機ポリマー材料および第２の伸長フィラメント構成材料を形成するのに適用されるＴＰＥまたＴＰを含む第２溶融有機ポリマー材料は、同じダイ内の異なる第１および第２経路を通って同時に押出される。異なる経路が、第１および第２溶融有機ポリマー材料を第１および第２伸長フィラメント構成材料の形状を保証するために、ダイからの１またはそれ以上の押出品として、第１構成材料の表面に沿って溶融付着性接触において押し込む。
研磨粒子は、最適なカップリング剤とともに、フィラー、ピグメント、および同様のものを、ダイの第１および第２の溶融有機ポリマー材料上流に少なくとも１つに加えられる。１またはそれ以上の研磨材フィラメント前駆体は、第１および第２溶融有機ポリマー材料を硬化するのに十分な温度に（好ましくは冷却槽中急冷すること、または冷却水の水蒸気を流すことにより）押出品を冷却することにより押出品から形成される。研磨材フィラメント前駆体は、ついで当分野で周知のワインド機により適当なコアに巻き取られ、そこでそれらは個々の研磨材フィラメントへの切断まで保持される。
本発明の好ましい方法において、図８〜１０に示されるようなダイは、少なくとも２つの押出機の出口に付着され、押出機は有機ポリマー材料を溶融させ、研磨粒子を混合する好ましい１種の技術である。各々のＴＰＥにおいて、押出機の領域温度およびダイ温度は好ましくは各々ＴＰＥで工業用に推奨される温度（表Ａ参照のこと）にセットされ、ハードドメインまたはＴＰＥのイオンクラスターの溶融または分解温度は制限される。好ましい押出機領域およびダイ温度は表Ａに一覧される。
図８〜９を特に参照するとき、図８は、上記の製造法により本発明のコア−シース研磨材フィラメントを製造するのに使用され得るダイを透視図で詳細に説明し、図９は平面図である。取付板８１はスクリュー９１ａおよび９１ｂから第１ステージ板８２に付着し、ボルト９０ａおよび９０ｂから第２および第３ステージ板に順に連結する。導管８５は溶融有機材料を第１の押出機からおよび８７で示されるコア経路からダイへ流出することを許容する。第２導管８６は第２溶融有機材料を経路８８を通って流出させ、従って、押出機８９中シースを形成する。もしシースを有しない本発明の研磨材フィラメントを所望するなら、溶融有機材料は、導管８６からダイを入れさせない。
図１０を参照すると、プラグ９２ａおよび９２ｂは、チューブインサート９３ａおよび９３ｂ（図１０）中へ溶融有機材料の直接流入へ供与される。一定の内径または形状を有するインサート９３ａおよび９３ｂは容易に除去され得、コア−シース実施態様においてコアの形状およびサイズを調節するために他のインサートと置き換えられ得る。同様に、インサート９４ａおよび９４ｂは出口９５ａおよび９５ｂからダイを出る押出品のシースの厚さを調節するために提供される。例示されたようにダイの構造の小部品における変形は、様々であり得る。例えば、２つ以上の押出機はシングルダイから製造され得、大多数のダイはマニホールド調節において使用され得る。
0003676804.tif 000006
研磨材フィラメント前駆体は、本発明で得られる研磨材フィラメントの引張強さを増大するために約５：１まで延伸比で延伸され得る；しかしながら、これにより研磨材フィラメント（実施例２９、４７、４９、５１および５３参照）の研磨能力を徹底的に減少することが明白であるとき、これは好ましくない。
研磨材フィラメント前駆体が硬化した後、最適な被覆（例えば、プラスティック被覆）は、美観、保管またはその他の目的のためにそこに適応された。
研磨材フィラメントおよび研磨粒子には、研磨業者間において通常用いられるレベルでフィラー、潤滑剤および研削助剤を含み得ることがさらに解されるべきである。
実施例
以下の実施例は、本発明を説明するものであって、それを限定するものではない。すべての実施例において、すべての割合および部数は特に断らない限り重量対で表す。「Ｐ」は、研磨粒子名称に関して使用される熱処理研磨粒子を示し、研磨粒子の「グレード」は、グライデイング・ホィール・インスティチュート（ANSI ASC B74.18-1984）により使用されるものを示す。「CRS」は、「冷間圧延スチール」を示し、「a-Ａｌ2Ｏ3-cer」はα−アルミナベースのセラミック研磨粒子を示す。除去された加工物およびフィラメント総重量損失値は、初期３０分の運転時間を含まない。
試験方法
疲労破損抵抗
本試験は、その結果は研磨フィラメントの疲労破損を評価するのに使用され、その結果は本発明の研磨フィラメントから製造されたブラシの相対的な有効寿命を予測するために使用され得る。使用された試験方法は、テクニカル・ブリトン、第６巻、「ファテギュ・レジスタンス・アンド・サム・オブ・ザ・ファクターズ・ザット・アフェクト・フレックス・ライフ・オブ・ブラッシュ・フィリング・マティリアルズ」、１９７８年２月、デュポン社のプラスティック・プロダクツ・アンド・レジンズ・デパートメントのコードＥ−１９７４３により刊行および開示されている。試験方法は、試験機上のフィラメント保持装置が４つのチャックに変わる以外は以下の通りで、それらの各々はを１つの研磨材フィラメントをしっかりと固定するのを調節し得る。この試験において、４つのチャックは駆動軸に固定され、それらの各々は研磨材フィラメントを固定するまたはフィラメントを調節するために使用された。チャックを駆動軸の中央から５０ｍｍの間隔をあけて配置された各々から離れて９０°に取り付けした。駆動軸を５００ｒｐｍで操作した。試験方法により、フィラメントの直径に応じてフィラメントと衝撃試験片の干渉を調節した。直径１.０２ｍｍのフィラメントにおいて、その干渉は１２.２２ｍｍであった；直径１．１４ｍｍのフィラメントにおいて、干渉は１３.２１ｍｍであった；直径１．２７ｍｍのフィラメントにおいて、干渉は１６.５１であった；および、直径１．４０ｍｍのフィラメントにおいて、干渉は、１８．１６ｍｍであった。４つの同じ試験フィラメントを駆動軸に固定した後、駆動軸を回転し、フィラメントの５０％を崩壊するのに必要な時間を記録した。実施例１〜５７および比較例Ａ〜Ｆのこの値は表７において報告される。
試験ブラシ構成
本発明の研磨材フィラメントを、研磨材フィラメントの一端を鋳造アルミニム製の機械加工した二部分ハブに付着することにより本発明の研磨ブラシを形成するために使用した。
鋳造アルミニウム製の機械加工したハブの第１の部分は、１０２ｍｍの外径を有し、３２ｍｍの中心孔を有する５ｍｍの厚さのアルミニウム円板から成り、４ｍｍ隆起した外面に隆起した正方形断面を有した。
鋳造アルミニウムハブの第２部分を同様に１０２ｍｍの外径を有する３２ｍｍの中心孔を有する１９ｍｍの厚さの鋳造アルミニウム円板から機械加工した。鋳造アルミニウムハブの第２部分を、各々が中心孔と同軸の円板（円板主要表面に平行な全３種の隆起した円表面である外部、中間および内部円形隆起表面）の片側の３種の円形隆起表面を除いて、５ｍｍの厚さになるように機械加工した。外部円形隆起表面は、４ｍｍ×４ｍｍの正方形断面および１０２ｍｍの外端直径を有した。中間円形隆起表面は７３ｍｍの外端直径および６８ｍｍの内端直径を有し、円板主要表面上１３ｍｍ隆起した。
円板主要表面および中間隆起表面の１つにより形成される環を機械加工し、環を通って放射状に延長する８つの同じ大きさのおよび等間隔の内腔（各々内腔が約３ｍｍの隣接内腔間の間隔を有する直径９ｍｍである）を製造した。これらの内腔は、研磨粒子がその中へその後配置される孔を限定する。内部円形隆起表面は３２ｍｍの内端直径を有し、それは２つのハブ部分をかみ合されたとき、ハブの中心孔を限定する。内部隆起表面外端はハブ中心から測定して直径４４ｍｍを有し、円板主要表面上１３ｍｍを隆起していた。
第２ハブ円板の内部表面および中間表面は、第１ハブを配置するのと反対の平面を限定する。第１および第２ハブ部分の正方形断面は互いに逆向きである。
各々約８３ｍｍの長さである約５００〜２０００の研磨材フィラメントの一端を８つの孔の各々に配置された。各孔を完全に満たすのに十分な数のフィラメントは各孔に配置した。二液性のエポキシ接着剤液状樹脂組成物（ローヌ・プーラン社製のエポキシである「エピレッツ」ＷＤ−５１０およびテキサコ・ケミカル・カンパニー（テキサス州、ベラリー）から市販のアミンである「ジェファーミン」Ｄ−２３０の組合せ）を孔へ突出させるフィラメント末端上に配置する。機械加工ハブの第１部分を、機械加工アルミニウムハブの中心から４２ｍｍ等間隔の４つの孔から４つのスクリュー（直径４ｍｍ）を使用して、第２部分に固定した。これは研磨材フィラメントを約５０ｍｍのフィラメント断裁長さを残して僅かに扇形にする。室温（約２５℃、エポキシ樹脂を硬化させておく）で約２４時間保持した後、研磨フィラメントブラシを続いて行う評価用に準備した。ブラシは３２ｍｍの中心孔および約２００ｍｍ外径を有した。
平板研磨試験
５７個の実施例および比較実施例Ａ〜Ｆの各々において記載されたように製造された研磨材フィラメントブラシは重量を測定され、１７５０ｒｐｍで操作された２.２４Ｋｗ（３ｈｐ）モーターに連結する軸上に配置された。約６ｍｍの厚さのまでの１００ｍｍの正方形である１０１８ＣＲＳ鋼板は重量を測定され、ついで１３．３Ｐａの力を有する各々ブラシと接触させた。１５分間隔で、試験ブラシおよび鋼板を再び重量測定し、鋼板の重量損失量および試験ブラシの重量損失量を決定した。８回の試験（１２０分間）後、試験を完結し、総切削量（鋼板重量損失量）を計算した。この値を２分割し、各々ブラシによる平均グラムカット／時間を与えた。ブラシの効率（η）を総研磨材フィラメント重量損失により総鋼板重量損失を分割することにより計算された。結果は表２〜６に報告される。
研磨材フィラメント引張強さ
本発明の研磨材フィラメントを、標準引張試験機（商品名「シンテック（Sintech２）」で周知である）の２つの口（口は、始め２５ｍｍ間隔の部分であり、ついで１分間５０ｍｍの率で分けられた）の１つにより各々の端で固定された長さ１００ｍｍの研磨材フィラメントを破壊するのに必要な力を測定することによりこれらの引張強さを評価した。各々フィラメントを破壊するのに必要な力を示し、必要な力をキログラムとして記録し、表７に報告されている。
研磨材フィラメント押出
本発明に従って製造された５７個の研磨材フィラメントを溶融押出工程により製造された。３０：１のＬ／Ｄ比を有する直径３０ｍｍ共回転スクリュー（モデルＺＳＫ−３０、ワーナー−フレイデール社製）を装備する二軸スクリュー押出機は、一軸スクリュー押出機（Ｃ．Ｗ．ブラベンダー社製、直径１.７８ｃｍのバレル、３０：１Ｌ／Ｄ比を有する）とともに各々の場合に使用された。使用された熱可塑性エラストマーは、第一に、二軸スクリュー押出機（各ＴＰＥにおける上記の表Ａ中の領域およびダイ温度を使用して）により熔融させ、その上、研磨粒子を押出機バレルの供給口を通って加えられた。
使用された押出ダイを図８−１０中に例示されたものと同じであるが、図に示されるように４押出物、むしろ２押出物を提供するために装備された。押出ダイの流出後、押出物を出口から約１５０ｍｍに位置する水流を通過させることにより冷却し、その後、研磨材フィラメント前駆体を同じ巻取ロールで巻き取られた（分離巻取ロールも使用され得る）。研磨粒子をロールから続いて切断された。いくつかの研磨材フィラメント前駆体が研磨性能を延伸していない試料と比較するために３：１の延伸比（３：１に延伸比は最終の長さが元の長さの約３倍であることを意味する）で延長されるけれど、上記方法により製造される被覆フィラメントのどれもが、ロール上で蓄積される前に延伸することを必要としないことに注目されることは重要である。
それらの物理的性質のいくつかを含む使用されたＴＰＥｓを表１に掲げる。表２〜６は、摩耗試験データに加えて、各実施例フィラメントにおいて使用されたＴＰＥ、研磨粒子型、サイズ等を一覧する。表７は、対照フィラメントおよび本発明の研磨材フィラメントの機械的性質（切断力、疲れ破損抵抗性）を一覧する。各々フィラメントにおける研磨粒子含有量を標準熱焼去技術を使用することにより測定された。
４種の研磨充填ナイロン対照フィラメントＡ−Ｆを実施例１〜５７と比較するために使用した。対照フィラメントの組成物は、表に示される。比較実施例フィラメントＡ〜Ｄは、デュ・ポン社から（商標「ティネックス（TYNEX）」で）市販のものを利用され得た。比較実施例ＥおよびＦは、本発明の発明者により製造された。
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１重量％研磨材（中心重量の％）は以下の通りであった；
実施例１＝約３５；
実施例２＝３０；
実施例３＝４５；
実施例４＝１６；
実施例５〜７＝３０；
実施例８＝４５；
実施例Ａ，Ｂ，Ｃ＝３０。
横断面積の研磨含有量（総重量に対する％）は以下である：
実施例１        約７０〜８０％；
実施例２，３      ８０〜９０％；
実施例４          ７０〜８０％；
実施例５〜７      ７０〜８０％；
実施例８          ８０〜９０％；
実施例Ａ〜Ｃ          １００％．
このコアは、０．２重量％のカップリング剤であるネオペンチル（ジアリル）オキシ、−トリ（ジオクチル）ホスファトチアンネートを含んでいた。
このコアは０．２重量％（コア重量％の）カップリング剤であるネオペンチル（ジアリル）オキシ、トリ（ｍ−アミノ）フェニルチアネートを含んでいた。
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１重量％研磨材（中心重量の％）は以下の通りであった；
実施例９＝３８；
実施例１０〜１２＝４４；
実施例１３〜２０＝３５；
横断面積の研磨含有量（総重量に対する％）は以下である：
実施例９              ７０〜８０％；
実施例１０〜１４      ８０〜９０％；
実施例１５〜１６          〃
実施例１７                〃
実施例１８                〃
実施例１９                〃
実施例２０                〃
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１重量％研磨材（中心重量の％）は以下の通りであった；
実施例２１〜２２      ＝３５％
実施例２３              ５０
実施例２４              ３０
実施例２５              ４０
実施例２６〜２７        ３０
実施例２８〜２９        ２５
実施例３０〜３２        ３５
実施例３３              ５５
実施例３４              ２５
実施例３５              ３０
実施例３６              ２５
実施例３７              ３０
実施例３８              ３５
実施例３９              ４０
実施例４０〜４２        ３０
実施例４３〜４５        ３５
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結果の検討
効果
一般に、本発明の研磨フィラメントを含むブラシは、実施例１１、１４、１８、２１、２６、２７、２９、３２、３９、４７〜４９、５１および５３を除いて、対照フィラメントを使用するブラシより有効であった。対照（対照フィラメントＤにおいてη＝２.４６）において成し遂げられた最高の効果を上回らなかった実施例は以下のように説明され得る。
実施フィラメント１１および１４を含むブラシは、コントロールフィラメントＤ（Ｐ１８０Ａｌ2Ｏ3対８０ＳｉＣ）より非常に小さい研磨粒子サイズを使用した。
実施フィラメント１８を含むブラシは、１２０ＳｉＣを含むポリエステルＴＰＥコアを有するポリプロピレンシースを使用して、対照フィラメントＤと同程度に有効でないけれど、対照フィラメントを使用するブラシより有効であった。
実施例２１のフィラメントを含むブラシは、ポリエステルＴＰＥ「ハイトレル(Hytrel)８２８３」の存在のためにコアのチッピングを示した。実施フィラメント２６を使用するブラシは１８０グレードＳｉＣ研磨粒子を使用し、それはアグレッシブでないと思われる。実施フィラメント２７を使用するブラシは、非常に性能が優れているコントロールフィラメントＡ、ＢおよびＣを除いてＴＰＥ（「ハイトレル５５２６」）のソフターグレードを使用した。
実施フィラメント２９、４７、４９、５１および５３を含むブラシはすべて延伸比３：１で引張し、より低い研磨能力を示した。
実施フィラメント３２を含むブラシは５４５フィラメントだけであった。同様に、実施フィラメント３９を有するブラシは実施フィラメント３６〜３９のブラシのフィラメント最低量を有し、他の全ての条件は同じであった。
実施フィラメント４８を含むブラシは対照実施フィラメントＤより約３５％少ないフィラメントを有した。
機械的性質
本発明の実施研磨材フィラメントは、実施例９、１３、１４、１８、２１、２３、３３〜３５、３９および４１を除いて、対照（対照Ｃは５０％損失において１６分間を有した）より優れている屈曲疲れ抵抗性を有した。これらの実施フィラメントは対照フィラメントよりより高い研磨粒子充填を有した。
切断力は本発明の引張されたフィラメント（実施例２９、４７、４９、５１および５３）において非常に高かったが、有効値はこれらフィラメントにおいて優位に下がるので、もし最適研磨能力を所望するなら、フィラメントを引張することは好ましくない。平衡は引張強さ（切断力／フィラメント直径）と研磨能力の間で打撃されなければならず、不適当な実験なしに上記の教示に従ってなしに決定され得る。
本発明の種々の修正および変形は本発明の範囲および意図からはずれないで当業者間に明らかになり、本発明は例示された上記のの実施態様に不当に限定されないものと解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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