ES2240158T3 - Grano abrasivo con proyectabilidad mejorada. - Google Patents

Grano abrasivo con proyectabilidad mejorada.

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Abstract

Grano abrasivo con proyectabilidad mejorada que tiene un primer revestimiento de superficie sobre el grano, comprendiendo un material conductor y un segundo revestimiento de superficie sobre el primero que comprende un compuesto conteniendo silicio seleccionado del grupo consistente en silicatos, aminosilanos y sus mezclas.

Description

Grano abrasivo con proyectabilidad mejorada.
Esta invención se refiere a grano abrasivo que tiene idoneidad mejorada en la producción de abrasivos revestidos.
Los abrasivos revestidos se fabrican frecuentemente depositando sobre un sustrato una capa de formulación de resina ligante curable llamada capa "formadora" y depositando a continuación sobre la capa formadora, no curada o incompletamente curada, granos abrasivos. Los granos se pegan a la capa formadora que es después parcial o completamente curada antes de ser provista de otra capa de ligante de resina curable, (la capa de "encolado"), recubriendo al grano abrasivo. Esta capa de encolado, una vez curada, está destinada a mantener el grano abrasivo en su sitio cuando se está usando el abrasivo revestido.
Esta invención se refiere primeramente a la técnica para depositar el grano abrasivo sobre la capa formadora. Hay dos enfoques básicos: el grano puede alimentarse por gravedad sobre la superficie de la capa formadora; o bien puede proyectarse sobre la misma superficie. Esta última técnica es la más usada y la fuerza de proyección es de naturaleza electrostática. El grano se coloca sobre un lecho o bandeja y el sustrato con la capa formadora encima es pasado sobre el lecho con la capa formadora dirigida hacia abajo. Se establece un diferencial electrostático entre placas detrás del sustrato, (y directamente por encima del lecho), y debajo del lecho mismo. Las partículas abrasivas quedan cargadas y se proyectan hacia la capa formadora y se adhieren a ella. Esto se llama frecuentemente deposición UP.
Esta es la teoría, y para muchos granos abrasivos resulta muy eficaz. Sin embargo, algunos granos abrasivos tales como particularmente los granos abrasivos de alúmina/circonia, son muy sensibles al contenido de humedad del aire en términos de la cantidad de carga que pueden contener y el tiempo durante el cual se puede mantener el cambio. Es conocido tratar los granos abrasivos con una sal tal como cloruro de magnesio para mejorar la proyectabilidad, pero el efecto de la humedad es un factor dominante incluso entonces. A menudo, si se permite variar la humedad del área de proyección, la cantidad de grano depositada en cualquier operación será diferente al final de lo que fue al principio o la cobertura del grano resultará desigual.
La solución estándar a este problema consiste en usar solamente grano recién tratado y/o depositar el grano dentro de un entorno de temperatura y humedad controladas.
La gravedad del problema es en parte dependiente del tamaño del grano. Evidentemente, cuanto mayor sea el grano, más carga habrá que retener para permitirle ser proyectado con éxito. El problema parece alcanzar su más grave expresión con los granos de alúmina/circonia de tamaño 24 grit o más grueso.
El documento FR-A-2 739 864 describe un proceso para el tratamiento de granos abrasivos consistente en -preparar un gel mezclando una solución de silicato sódico y una solución coloidal de hidrato de aluminio en medio ácido, -revestir los granos abrasivos con ese gel en una cantidad comprendida entre el 0,1 y 5% de su peso, -secando los granos revestidos a una temperatura comprendida entre 100 y 500ºC.
La presente invención proporciona un grano abrasivo que mantiene una proyectabilidad relativamente constante en un intervalo de condiciones de humedad. La invención proporciona también un método de tratamiento de grano abrasivo para mejorar su proyectabilidad. Aunque la invención es de amplia aplicabilidad, resulta principalmente útil con los granos que son sensibles a la humedad tales como los granos de alúmina-circonia.
Descripción de la invención
La presente invención proporciona grano abrasivo con proyectabilidad mejorada que tiene un primer revestimiento de superficie comprendiendo un material conductor y un segundo revestimiento de superficie sobre el primero que comprende un compuesto conteniendo silicio seleccionado del grupo consistente en silicatos, organosilanos y sus mezclas.
El material conductor, que es un componente del primer revestimiento de superficie, puede ser un material de carbono tal como negro de carbón o grafito u otra forma elemental de carbono que sea conductora. Para permitir al carbono adherirse más fácilmente a la superficie del grano abrasivo, es preferible aplicar el carbono como una suspensión acuosa en un ligante orgánico tal como una solución de alcohol polivinílico. Otros ligantes que se puede usar incluyen los poliésteres insaturados como el acetato de polivinilo.
El segundo revestimiento comprende frecuentemente un silicato tal como un silicato de metal o un silicato orgánico que hidroliza fácilmente a ácido silícico. El silicato más fácilmente disponible es un silicato de metal alcalino tal como silicato sódico. Este tiene la ventaja de estar fácilmente disponible, ser dispersable en agua, y barato. Sin embargo, también se puede usar un silicato de alquilo tal como el silicato de etilo. Alternativa o adicionalmente, el compuesto que contiene silicio puede ser un organosilano de la clase comúnmente usada como aditivos de control de adhesión o de copulación. Tales compuestos pueden obtenerse en la actualidad comercialmente de Dow Corning Corporation como Z-6030 y de Union Carbide Corporation como A-174 y A-1100. Algunos de los organosilanos más preferidos son los aminosilanos tales como A-1100.
El segundo revestimiento se aplica preferiblemente sobre el primer revestimiento antes de secarse. No se precisa por tanto etapa de secado intermedia.
La cantidad del revestimiento de carbono conductor que comprende la primera capa puede ser una cualquiera entre el 0,03% del peso del grano abrasivo y superior, probablemente hasta un 0,1% en peso del grano. No obstante, preferiblemente la cantidad usada es del 0,04 al 0,08% del peso de grano abrasivo.
La cantidad del silicato depositado sobre el grano en el segundo revestimiento, (medida como sílice), es preferiblemente del 0,01 al 0,5%, y más preferiblemente del 0,02 al 0,04%, del peso del grano mismo.
Cuando se usa un organosilano, la cantidad añadida es preferiblemente del 0,05 al 0,2%, y particularmente del 0,08 al 0,15% basado en el peso del grano.
El grano mismo puede ser cualquiera de los granos abrasivos típicos que se usa hoy en día tales como alúmina fundida o cerámica, carburo de silicio y alúmina/circonia. Como se ha indicado antes, el problema es más intenso con respecto a los granos abrasivos de alúmina/circonia fundida. La cantidad de circonia en tal mezcla fundida puede ser una cualquiera desde aproximadamente el 20% en peso hasta el valor eutéctico teórico de aproximadamente el 43% en peso.
Dibujos
La figura 1 muestra la variación de actividad del grano con variación del nivel de carbono en la primera capa con un nivel de silicato constante en la segunda capa.
La figura 2 muestra la variación de actividad del grano con variación del nivel de silicato en la segunda capa con un nivel constante de carbono en la primera capa.
La figura 3 es un gráfico de barras que muestra la actividad del grano con un segundo revestimiento de silicato y con un segundo revestimiento de organosilano.
Descripción de realizaciones preferidas
Se va a ilustrar ahora la invención con referencia a los siguientes ejemplos, que se comprenderá no implican limitaciones necesarias en el ámbito de la invención.
En los ejemplos el componente carbono de la primera capa es negro de carbón en polvo y el ejemplar escogido es vendido bajo el nombre comercial de "Vulcan-XC72R" por Cabot Corporation. El grano abrasivo escogido fue uno de alúmina/circonia de 24 grit vendido por Norton Company bajo la marca de fábrica registrada "NORZON" NZP.
Ejemplo 1
Se mezcló una solución acuosa al 7,5% en peso de alcohol polivinílico con negro de carbón para producir un material con el fin de formar la primera capa. La cantidad de grano abrasivo tratado fue de 454 gr y el material de la primera capa comprendió 3,5 gramos de una solución al 7,5% de alcohol polivinílico, 0,8 gr de agua y 0,23 gr de negro de carbón. La mezcla fue vertida sobre el grano y mezclada con un aparato mezclador para dar una capa uniforme sobre la superficie del grano.
El grano revestido fue tratado entonces con una solución que contenía 0,40% en peso de silicato sódico. Esta fue vertida dentro del aparato mezclador antes de secarse la primera capa. El secado se inició únicamente después de haberse completado la segunda capa. Esto se efectuó a 100ºC durante la noche.
Se calculó entonces el "Índice de Actividad del Grano". Este índice es definido como la recíproca de la "Actividad del Grano" multiplicada por 20. "Actividad del Grano" es el número de segundos que tarda una cantidad fija de grano en ser proyectada a una distancia fija bajo un diferencial de carga fijo. Resulta por consiguiente principalmente útil como herramienta comparativa para mostrar la variación de proyectabilidad con condiciones variables. Se mide poniendo un peso conocido de grano sobre una placa de un par de placas opuestas mantenidas a una separación estándar y adaptadas para ser cargadas con un diferencial de voltaje entre las dos a un nivel fijo, (en este caso 14,5 voltios). Se midió el peso del grano sobre la superficie de la placa según una base continua y es estableció el diferencial de carga a través de las placas. Se midió el tiempo para todo excepto dos gramos del grano a proyectar a través del entrehierro. El tiempo de proyección, (la Actividad del Grano), para esta prueba particular, inferior a 20 segundos, se considera aceptable.
Se midió el Índice de Actividad del Grano a 1,9 aproximadamente y el valor mínimo aceptable es 0,9 aproximadamente. El doble revestimiento de la invención es en consecuencia extremadamente eficaz para dar un grano que puede proyectarse en una operación de revestimiento UP.
Como extensión de este estudio, se llevó a cabo una serie de experimentos en los que primeramente se mantuvo constante todo el contenido de negro de carbón de la primera capa y se varió la cantidad de silicato de sodio en la segunda capa. Los resultados están tabulados en el gráfico presentado en la figura 1.
Varió el resultado de variar la cantidad de negro de carbón en la primera capa mientras se mantenía constante la cantidad de silicato sódico en la segunda capa. Los resultados son presentados en el gráfico que aparece en la figura 2.
Considerados juntos, los gráficos indican que se obtienen niveles óptimos de negro de carbón y silicato sódico a 500 ppm aproximadamente. Esto corresponde al 0,05% en peso de carbono y 0,05% en peso de silicato sódico, (o aproximadamente 0,025% medido como sílice).
Ejemplo 2
En este ejemplo la actividad del grano obtenida con a) el mismo silicato sódico del segundo revestimiento que se usó en el ejemplo 1 y b) con un 0,1% en peso de revestimiento, basado en el peso del grano, de un aminosilano ("A-1100"), segundo revestimiento. En cada caso, el primer revestimiento fue exactamente como se ha descrito en el ejemplo 1 y el método de ensayo de la actividad fue también el mismo.
El gráfico de barras presentado como figura 3 muestra que aunque no es tan eficaz como el silicato, el aminosilano logró niveles satisfactorios de proyectabilidad para el grano revestido. Aportó además rendimiento de trituración mejorado, al parecer como resultado de la mejor adhesión entre el enlace y el grano que promovió este aditivo.

Claims (20)

1. Grano abrasivo con proyectabilidad mejorada que tiene un primer revestimiento de superficie sobre el grano, comprendiendo un material conductor y un segundo revestimiento de superficie sobre el primero que comprende un compuesto conteniendo silicio seleccionado del grupo consistente en silicatos, aminosilanos y sus mezclas.
2. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el material conductor del primer revestimiento de superficie es seleccionado entre el negro de carbón y el grafito.
3. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad de material conductor depositada en la superficie del grano representa a lo sumo el 0,1% del peso de grano.
4. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cantidad de material conductor depositada en la superficie del grano representa del 0,04 al 0,08% del peso de grano.
5. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo revestimiento de superficie comprende un silicato de metal alcalino.
6. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo revestimiento comprende un silicato en una cantidad, (medida como sílice), de aproximadamente 0,01 a 0,5% del peso de
grano.
7. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo revestimiento comprende un silicato en una cantidad, (medida como sílice), de 0,02 a 0,04% del peso de grano.
8. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segundo revestimiento comprende un aminosilano.
9. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el segundo revestimiento comprende un aminosilano en una cantidad que es del 0,05 al 0,2% del peso de grano.
10. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el grano es una alúmina/circonia fundida.
11. Grano abrasivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el grano abrasivo es del tamaño 24 grit o más grueso.
12. Proceso para la producción de grano abrasivo con proyectabilidad mejorada que consiste en:
a)
proporcionar un grano abrasivo seleccionado del grupo consistente en alúmina y alúmina/circonia fundida;
b)
aplicar un primer revestimiento de superficie a dicho grano que comprende un material conductor dispersado en un vehículo;
c)
aplicar un segundo revestimiento sobre el primer revestimiento de superficie cuyo segundo revestimiento comprende un compuesto que contiene silicio seleccionado del grupo consistente en silicatos, organosilanos y mezclas de los mismos; y
c)
secar el grano revestido.
13. Proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el primer revestimiento no se seca antes de la aplicación del segundo.
14. Proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el vehículo para el primer revestimiento es un líquido polimérico hidrófilo.
15. Proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el vehículo es alcohol polivinílico y el material conductor es negro de carbón.
16. Proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el segundo revestimiento se aplica como una solución acuosa de silicato sódico.
17. Proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el segundo revestimiento comprende un organosilano.
18. Proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el primer revestimiento se aplica en una cantidad suficiente para depositar de 0,04 a 0,08% en peso basado en el peso del grano del material conductor.
19. Proceso de acuerdo con la reivindicación 16, en el que la cantidad del segundo revestimiento aplicado es suficiente para depositar de 0,02 a 0,04%, basado en el peso del grano, del silicato, (medido como sílice).
20. Proceso de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el la cantidad del segundo revestimiento aplicado es suficiente para depositar de 0,05 a 0,2%, basado en el peso del grano de un organosilano.
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