JP2000500508A - アルミナ系の研磨粒子とこの粒子の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は細かく分散したアルミナ水和物と珪酸ナトリウムの混合物から成る被膜を有するアルミナ系の研磨粒子に関するものである。さらに、かかる粒子に製造法において、珪酸ナトリウム溶液とアルミナ水和物コロイド溶液を酸性媒質内で混合してゲルを調製する過程と、それらの重量で0.1％から 5％の間の量で研磨粒子をこのゲルで被覆する過程と、被覆された粒子を 100℃から 500℃の間の温度で乾燥させる過程とから成る方法にも関するものである。本発明による粒子は研磨布、研磨紙ならびに砥石の製造に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 アルミナ系の研磨粒子とこの粒子の製造法 技術分野 本発明は研磨布、研磨紙ならびに砥石の製造に使用される、電気溶解された鋼 玉あるいは鋼玉・ジルコニア粒子あるいは焼結ボーキサイトの粒子などの、アル ミナ系の研磨粒子の分野に関するものである。 背景技術 ますます高性能になる研磨剤の研究によって、近年、きわめて精巧なセラミッ クス技術から高品位の製品が誕生した。 例えば、NORTON の特許 EP 0168606，EP 0171034，EPO291029、３Ｍの特許 EP 0200487，EP273569，EP0373765，EP0471389、TREIBACHER CHEMISCHE WERKE の特 許 EP 0263810，EP 0368837 には多結晶焼結アルミナ性の研磨剤の獲得が記載さ れている。それらの大半は、ゾル・ゲル技術、実現する材料と同じ性質の微粒子 の撒種による結晶化誘発技術、およびセラミック複合材料の実現から生まれた合 成法の長所を組み合わせて得られたものである。 これらの材料の特性は、ジルコニアまたは窒化チタンの分散質の複合材料の場 合を除いて、一般的に 95％を越える、アルミナ含有率が高い微小結晶セラミッ クのそれに近い。それらの微小硬度と靭性は電気溶解生成物よりも高く、研磨力 ははるかに優れている。 しかしながら、高価な原材料を使用し、精巧な合成法を使用するこれらの材料 は、電気溶解生成物よりも原価がはるかに高くなる。 他方、LONZA の特許 EP 0304616 は吸湿性および／または親水性物質で表面処 理したアルミナ系の研磨粒子を記載している。この処理の目的は、あらかじめ糊 付けした布または紙の上に付着させる際に粒子の配向のために使用される静電場 dans le champ)」と呼ばれる粒子が静電場内を移動する能力はこのとき吸水量に 依存し、後者自体も気象条件に、もっと正確には布または紙への付着作業の際の 大気中の湿度に大きく左右される。 発明の目的 本発明の目的は、電気溶解した褐鋼玉または白鋼玉あるいは鋼玉・ジルコニア 、および焼結ボーキサイトまたは焼結アルミナなどの従来の原価が安い材料から 、上述の高品位材料のものに近い使用特性、ならびに研磨布および研磨紙の製造 の場合に時と場所の気象条件を問わず静電場に乗るための十分な能力を得ること を目的とする。 発明の対象 本発明は出願人が研究の際に確認した次の３つの事実に基づいている： ・第一に、迅速に、また大気中の湿度にかかわらず静電場に乗る能力は吸湿性 または親水性被覆ではなく、水和水を含む被覆、すなわちその中で水の分子が例 えば、水和物の形で物質の化学組成の不可欠な一部を構成し、水に反応しない、 すなわち、少なくとも通常の条件下で、非水溶性で水に対して化学的に不活性な 被覆を使用することによって得られる。 ・第二に、媒体上の顆粒状の材料の接着力は媒体が例えば、紙の布の上の樹脂 などの有機媒体であっても、ガラス化した砥石などの無機媒体であってもその表 面状態に密接に結びつく。材料が粗いほど、その対象とする媒体への定着点が数 多く提供される。この能力に結びつく物理特性は比表面積である。 ・第三に、この接着力は媒体との化学的結合を実現する顆粒状材料の能力にも 依存する。 したがって、本発明の対象は、細かく分散したアルミナ水和物（重量で 5％か ら 95％）と珪酸ナトリウム（重量で 5％から 95％）の混合物から主として構成 される被膜を有する、電気溶解された鋼玉あるいは鋼玉・ジルコニアあるいは焼 結ボーキサイトの粒子などの、アルミナ系の研磨粒子である。好適にはこの被膜 は粒子を重量で0.1％から5％を含む。 被覆された粒子は非被覆粒子に比べて５倍から100倍の比表面積を有し、この 倍率は被覆する粒子の粒度が粗いほど大きくなる。 本発明の対象はかかる粒子の製造法において、 ・弱酸性の水の媒質内でコロイド状のアルミナ水和物と珪酸ナトリウムの混合 物から成るゲルを調製する過程と、 ・粒子の重量の 0.1％から 5％の間の量で研磨粒子をこのゲルで被覆する過程 と、 ・被覆された粒子を 100℃から 500℃の間の温度で乾燥させる過程： とから成る方法である。 使用されるアルミナ水和物は好適にはベーマイトの形の一水和物である。ゲル の調整に使用される酸性溶液は、好適には、重量で0.5％から30％の硝酸、酢酸 または過塩素酸を含む溶液である。 発明の開示 本発明にかかる方法は先ず、市販の珪酸ナトリウム溶液と弱酸性の水溶液内に 分散可能なアルミナ水和物のコロイド溶液の混合物を調整することから成る。ア ルミナ水和物は好適にはベーマイトの結晶の形の一水和物である。酸はアルミナ 水和物のペプチゼーション能力がなければならない。これに該当するのは、とく に酢酸、過塩素酸および硝酸である。酸性の水溶液の濃度は重量で0.5％から30 ％と低く、好適には1.5％から 5％の間でなければならない。 数分間攪拌した後、アルミナのコロイド溶液は安定し、珪酸溶液と混合して粒 子被覆ゲルを得ることができる。 被覆は、例えばコンクリートの調製に使用されるタイプの回転ドラムなどの無 機粉混合機内で行われる。次に実施する乾燥は、混合機の出口のベルトコンベア ー上で連続的に実施することができる。 被覆された粒子の比表面積は一方では珪酸塩・アルミナ混合物の組成に、他方 では乾燥温度に依存する。図１に、30分間 150℃から 450℃の間の乾燥温度につ いて、Al/Siの比で表した組成に応じたゲルのBET比表面積の変化を示した。 10％程度の珪酸塩と 90％のアルミナ水和物を含有する溶液の場合、150℃の乾 燥温度でも、200m²／g を越える、高い比表面積が得られることがわかる。この 結果は興味深い、なぜなら低い乾燥温度の使用はエネルギーの節約になり、製造 コストを下げることができるからだ。さらに対象とする用途分野の所望の特性に 応じて混合物の組成を調整することができる。 いずれにしても、本発明にかかる方法によって、非被覆粒子に対して比表面積 を少なくとも５倍、また数多くの場合、50倍以上増加させることができる。 本発明にかかる研磨粒子は研磨布または研磨紙の製造に使用できる。次に、40 kV程度の、高電圧がその間にかけられた２枚の導体板によって発生した静電場に よってあらかじめ糊付けした媒体上に付着させられる。研磨粒子は電気板の一方 の方に上昇して、その途中で、そこに配置されたあらかじめ糊付けされた媒体に 衝突する。本発明による粒子の高い比表面積はピーク効果と類似の効果によって もっと多量の静電付加を捕獲することを可能にすると思われ、とくに大気中の相 対湿度が低くなりすぎたとき（例えば、＜30％）あるいは粒子があまりに大きく 、あるいは小さくなりすぎたときに、場内をより早く上昇することになる。他方 、それらの被膜は大きな比表面積を有するので、またアルミナ水和物の場合は、 粒子の残りの部分と同じ化学的性質なので粒子の剥離強度が高くなる。 本発明にかかる粒子は樹脂に混入することで砥石の製造にも使用できる。これ らの砥石は、とくに高温で、非被覆粒子から得られた砥石に比べてはるかに優れ た機械的特性と研磨特性を示し、製鉄業における鋼鉄のスカーフィングなどの用 途にとくに適している。 実施例 「液体珪酸ナトリウム16N34」という名称で RHONE-POULENC 社から市販されて いるシリカを28.1％含む珪酸ナトリウム溶液Ａを調達した。 更に、CONDEA CHIMIE 社から市販されている分散可能なアルミナ一水和物DISP ERAL を、密度1.40 の硝酸 PROLABO"Rectapur"の重量で 2％の水溶液内に、 分散して溶液Ｂを調製した。これによっておよそ10分間攪拌した後、重量で30％ のアルミナのコロイド溶液が得られ、室温でのその安定性は少なくとも８時間で ある。 実施例１ 18％（重量比）の溶液Ａを82％の溶液Ｂに添加して混合物Ｃを調製する。 この混合物Ｃで、研磨粒子１トンあたり10kgの量を使用して、欧州研磨剤生産 者連盟（FEPA）の分類方式で平均粒度が P50，P100 と P800 の PECHINEYELECTR OMETALLURGE 社の褐鋼玉 SE154 の粒子と、平均粒度 P80 の白鋼玉の粒子を処理 した。被覆は 20 分間コンクリートミキサ型の装置内で実施され、流量を毎時50 0kgに調節したベルト式連続乾燥機で150℃で乾燥させた。 未処理および処理済み粒子の BET 比表面積をm²／gで比較した。結果は下記の 通りである。 比表面積は一番小さい粒度では５倍、その他の場合は 50 倍を越えることがわ かる。 研磨布・研磨紙の製造の際の静電場を上る能力を特性化するために、それぞれ 相対湿度20％と60％に制御された湿度の室内に、互いに10cmの間隔で置かれた２ つの電極の間に40kVの電圧をかけて得られた静電場内で2.5gの研磨粒子を移動さ せるのに必要な時間を測定した。 結果は以下の通りであった： 明らかに、本発明によって処理された粒子の比表面積の増加は静電場内での上 昇能力をはるかに向上させ、この向上は大気の湿度に左右されない。 実施例２ 2.4kg（すなわち30％）の溶液Ａと5.6kg（すなわち70％）の溶液Ｂの添加によ って混合物Ｃを調製した。この8kgの混合物Ｃを、直径が0.9mmと1.1mmの間で、 粒子の85％の長さと直径の比が2.5と１の間になるような長さの、PECHINEYELECT ROMETALLURGIEの１ｔの焼結ボーキサイト粒子SO 200 G 20 に混合した。 20 分間攪拌した後、被覆された粒子を、流量を毎時 500kg に調節したベルト 式乾燥機に通して250℃の温度で乾燥させた。 一方は重量で 50％の未処理粒子が充填され、他方は同じ比率で処理済み粒子 が充填された、直径610mm、重量63kgの２種類のレジノイド砥石を実現した。 室温と高温（250℃で30分後）での機械的強度を評価するために、長さ120mm、 厚み 10mmの一連の試験片を作成して、INSTRON INSTRUMENTS 牽引試験器で牽引 試験にかけて、破断強度Ｒと弾性率を測定した。 結果は下記の通りである： 処理済み粒子については一般的に向上が認められ、とくに高温での弾性率が25 ％増加した。 鋼鉄のスカーフィングに使用されるこれらの砥石の研磨特性に対する粒子の処 理の影響を評価するために、クロムが 17％のフェライトステンレススチールに 低温で、クロム 18％、ニッケル 10％のオーステナイトステンレススチールに高 温で、下記の条件で研磨試験を実施した： ・砥石圧：１トン ・研磨角度：70度 ・研磨速度：毎秒80m 砥石によって除去された金属（kg）で表した結果は下記の通りである： 被覆粒子を用いた砥石の効率が顕著に向上し、また作業温度が高いほど、その 向上が明白であることがわかる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１１月１４日（１９９７．１１．１４） 【補正内容】 請求の範囲 １．アルミナ系の研磨粒子において、粒子の重量の0.1％から5％にあたり、その 重量の5％から95％の細かく分散したアルミナ水和物とその重量の5％から95％の 珪酸ナトリウムの混合物で主として構成される被膜を有することを特徴とする研 磨粒子。 ２．請求の範囲1に記載の研磨粒子において、電気溶解された褐色または白色の 鋼玉から成ることを特徴とする研磨粒子。 ３．請求の範囲1に記載の研磨粒子において、焼結ボーキサイトまたはアルミナ から成ることを特徴とする研磨粒子。 ４．あらかじめ糊付けされた布または紙に請求の範囲1から3のいずれか一つに記 載の研磨粒子を付着させて実現した研磨布または研磨紙。 ５．樹脂の中に請求の範囲1から3のいずれか一つに記載の研磨粒子を混入して実 現した砥石。 ６．研磨粒子の処理方法において、 ・酸性の媒質内で珪酸ナトリウム溶液とアルミナ水和物のコロイド溶液の混合に よってゲルを調製する過程と、 ・粒子の重量の0.1％から5％の間の量で研磨粒子をこのゲルで被覆する過程と、 ・被覆された粒子を100℃から500℃の間で乾燥させる過程： とから成る方法。 ７．請求の範囲６に記載の方法において、アルミナ水和物がベーマイトの形の 一水和物であることを特徴とする方法。 ８．請求の範囲６または７のいずれか一つに記載の方法において、酸性溶液が重 量で0.5％から30％の硝酸、酢酸または過塩素酸であることを特徴とする方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アルミナ系の研磨粒子において、その重量の５％から95％の細かく分散した アルミナ水和物とその重量の５％から95％の珪酸ナトリウムの混合物で主として 構成される被膜を有することを特徴とする研磨粒子。 ２．請求の範囲１に記載の研磨粒子において、被膜が粒子の重量の0.1％から５ ％にあたることを特徴とする研磨粒子。 ３．請求の範囲１または２のいずれか一つに記載の研磨粒子において、電気溶解 された褐色または白色の鋼玉から成ることを特徴とする研磨粒子。 ４．請求の範囲１または２のいずれか一つに記載の研磨粒子において、焼結ボー キサイトまたはアルミナから成ることを特徴とする研磨粒子。 ５．あらかじめ糊付けされた布または紙に請求の範囲１から４のいずれか一つに 記載の研磨粒子を付着させて実現した研磨布または研磨紙。 ６．樹脂の中に請求の範囲１から４のいずれか一つに記載の研磨粒子を混入して 実現した砥石。 ７．研磨粒子の処理方法において、 ・酸性の媒質内で珪酸ナトリウム溶液とアルミナ水和物のコロイド溶液の混合に よってゲルを調製する過程と、 ・粒子の重量の0.1％から５％の間の量で研磨粒子をこのゲルで被覆する過程と 、 ・被覆された粒子を100℃から500℃の間で乾燥させる過程： とから成る方法。 ８．請求の範囲７に記載の方法において、アルミナ水和物がベーマイトの形の一 水和物であることを特徴とする方法。 ９．請求の範囲７または８のいずれか一つに記載の方法において、酸性溶液が重 量で0.5％から30％の硝酸、酢酸または過塩素酸であることを特徴とする方法。