Schleifmittel

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Schleifmittel und die Verwendung von bestimmten anorganischen Fluoriden als schleifaktive Füllstoffe in Schleifmitteln. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung bestimmter anorganischer Fluoride zur Stabilisierung von Farbstoffen.

Es ist bekannt, daß die Oberflächen von Gegenständen, Werkstücken, Bauteilen oder ähnlichen Konstruktionen aus Holz, Metall, Metalllegierungen, Kunststoff, Keramik, Stein oder anderen Materialien unter Verwendung von Schleifmitteln geglättet oder bearbeitet werden.

Schleifmittel bestehen üblicherweise aus folgenden Grundkomponenten: der Unterlage, dem Schleifkorn und der Bindung, die unter Zuhilfenahme eines Bindemittelsystems gebildet wird.

Als Schleifkorn wird vor allem Aluminiumoxid (Korund), Siliciumcarbid, Siliciumdio- xid wie Glas, Flint, polykristalline Materialien wie geschmolzene Oxide von Zirkonium und Aluminium oder Schmirgel verwendet. Die Auswahl und die Körnung der Schleifkörner hängen vom Anwendungszweck ab. Die Schleifkörner werden mittels Bindemittel auf der Unterlage befestigt. Das Bindemittel erstarrt und fixiert damit das Schleifkorn auf der Unterlage. Darauf wird üblicherweise eine Deckschicht, die ebenfalls ein Bindemittel enthält, aufgetragen. Man spricht daher von einer Grundbindung und einer Deckbindung.

Mittels der Grundbindung werden die Schleifkörner auf der Unterlage verankert, das heißt, das Schleifkorn wird im wesentlichen nur mit seiner Grundfläche, also unmittelbar auf der Unterlage mit dieser verbunden, so daß sich die Schleifkörner nach außen in regellosen Höhen und Abständen erstrecken. Durch die Deckschicht oder Deckbindung werden die Schleifkörner befestigt, indem die Zwischenräume zwischen den Schleifkörnern verfüllt werden. Die Auftragmenge und somit die Schichtdicke richtet sich nach der Größe der Schleifkörner.

Man unterscheidet zwischen zwei unterschiedlichen Unterlagen, nämlich zwischen flexiblen und starren Unterlagen. Als flexible Unterlagen werden z.B. Satingewebe, Gitterleinen, Faserverbunde, Papier oder Kombinationen aus diesen Materialien eingesetzt.

Die komplett konfektionierten Schleifmittel können beispielsweise in Form von Endlosbändern, Gurten oder Blättern Verwendung finden.

Die Schleifkörner können auch auf starre Unterlagen aufgebracht werden. Schleifmittel mit starren Unterlagen sind z.B. Schleifscheiben, Schleifbohrer, Abziehsteine oder Trennscheiben.

Zur Bindung der Schleifkörner auf der Unterlage steht eine breite Palette von Bindemitteln zur Verfügung. Als Bindemittel werden Systeme eingesetzt, die beispielsweise Leime oder Kunstharze, z.B. Alkydharze, Epoxydharze, Hamstoff-Formaldehydharze, vorzugsweise Phenolharze enthalten. Die Auswahl der Bindemittelsysteme kann variieren und richtet sich nach dem Anwendungsbereich der Schleifmittel. Diesen Bindemittelsystemen können unterschiedliche Hilfsstoffe zugesetzt werden, beispielsweise Pigmente, Antioxydationsmittel, Netzmittel oder Stabilisatoren. Die Palette der bekannten Hilfsstoffe ist groß und ebenfalls abhängig vom Verwendungszweck der Schleifmittel.

Die Schleifmittel haben anfänglich eine relativ hohe Schnittleistung. Während der Anwendung sinkt diese jedoch aus verschiedenen Gründen und erreicht schließlich einen Wert, bei dem die wirtschaftliche Anwendung nicht mehr gegeben ist und das Schleifmittel deshalb weggeworfen werden muss. Einer der Hauptgründe für das Absinken der Schnittleistung liegt darin, dass, beim Schleifen von Metall, die während des Schleifvorganges freigelegte Metalloberfläche sehr reaktionsfähig ist. Diese frischen Metallflächen, insbesondere die abgeschliffenen Metallspäne, „verschweißen" mit dem Schleifmaterial. Man kann auch eine Oxidation der freigelegten Oberfläche beobachten, wobei die gebildete Metalloxidhaut oder -oxidschicht im Allgemeinen härter als das nichtoxidierte Metall selbst ist. Das wiederum führt zu einer sehr starken Beanspruchung der Schleifkörner, verbunden mit einer Temperaturerhöhung. Man spricht in diesem Zusammenhang vom Heißlaufen der Schleifmittel.

Das Schleifkorn, welches sich am weitesten aus der Bindung erhebt, kommt zuerst mit der zu bearbeitenden Metallfläche in Berührung. Wenn dieses Schleifkorn nun sogenannte „Schweißverbindungen" bildet, treten in zunehmendem Maße Reibungskräfte am Werkstück auf, wodurch das einzelne Schleifkorn gebrochen wird bzw. ausbricht. Je öfter

das geschieht, desto mehr nimmt die schleifende Fläche ab, und es werden die Schleifkörner wirksam, die sich nicht so stark aus der Deckschicht erheben. Die Schleiffläche nähert sich damit dem Trägermaterial bzw. der Unterlage. Schließlich kommt es zu einem vollständigen Verschmieren der Schleiffläche. Das Verschmieren tritt andererseits auch oft auf, obwohl ein beträchtlicher Teil der Schleifkörner noch nicht abgenutzt ist. Also wird ein Schleifmittel auch unbrauchbar, bevor die Brauchbarkeit des Schleifkornes selbst ausgeschöpft ist.

Zur Verbesserung der Schleifwirkung werden daher Bindemittelsysteme für die Deckschicht eingesetzt, die schleifaktive Füllstoffe, die unter anderem das Verschweißen verhindern sollen, enthalten. Die bekanntesten Füllstoffe sind einfache oder komplexe Metallhalogenide, wie Alkalihexafluoroaluminate, beispielsweise Natriumfluoroaluminat, insbesondere Kryolith, oder Alkalifluoroborate, wie Kaliumfluoroborat (US-PS 3 541 737; US-PS 3 997 302).

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schleifmittel mit verbessertem Wirkungsgrad und damit verbunden erhöhter Standzeit zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Schleifmittel im Bindemittelsystem als schleifaktiven Füllstoff ein oder mehrere synthetische Fluoroaluminate der allgemeinen Formel M _n AIFy, in der M für Alkalimetall steht, n kleiner oder gleich 2 ist und y gleich n+3 ist, oder der allgemeinen Formel M _n (AIFy)2, in der M für Erdalkalimetall steht, n kleiner oder gleich 2 ist und y gleich n+3 ist, sowie mindestens einen weiteren schleifaktiven Füllstoff enthält.

Es können sowohl die reinen Verbindungen als auch die Mischungen der Verbindungen untereinander eingesetzt werden und im Bindemittelsystem enthalten sein.

Das Gewichtsverhältnis der schleifaktiven Füllstoffe der vorgenannten Formeln und des oder der weiteren schleifaktiven Füllstoffe liegt bevorzugt im Bereich von 4:2 bis 2:4, besonders bevorzugt im Bereich von 3:2 bis 2:3, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2.5:2 bis 2:2.5.

Alkalimetalle im Sinne der Erfindung sind Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Caesi- um, vorzugsweise Kalium, Erdalkalimetall ist bevorzugt Calcium. Vorzugsweise enthält das Bindemittelsystem als schleifaktiven Füllstoff der oben genannten Formel Alkalimetall- tetrafluoroaluminat, insbesondere Kaliumtetrafluoroaluminat (KAIF4), oder, in einer Alter-

native, Gemische von Kaliumtetrafluoraluminat mit Dikaliumpentafluroaluminat. Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Schleifmittel als Alkalimetallfluoraluminat in dieser Alternative ein Gemisch von Kaliumtetrafluoraluminat (KAIF4) und Dikaliumpentafluoraluminat (K2AIF5), das einen Schmelzpunkt im Bereich von 560 bis 572 ⁰ C aufweist, insbesondere eine Mischung aus Kaliumtetrafluoroaluminat und Kaliumpentafluoraluminat mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 560 bis 572 ⁰ C enthalten ist und zusätzlich K-Kryolith und/oder Na-Kryolith und/oder Kaliumtetrafluoroborat und/oder Kaliumfluorid enthält.

Eine Mischung aus Kaliumtetrafluoroaluminat oder Kaliumtetrafluoraluminat mit Dikaliumpentafluroaluminat und anderen schleifaktiven Füllstoffen, wie z.B. Alkalihexaflu- oroaluminat wie Natrium-Kryolith oder Kalium-Kryolith, und/oder Alkalitetrafiuoroborat wie Kaliumtetrafluoroborat (KBF4) und/oder Metallfluoriden beispielsweise Kaliumfluorid ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Das Gewichtsverhältnis von Kaliumtetrafluoraluminat bzw. Kaliumtetrafluoraluminat und Dikaliumpentafluoraluminat und des oder der weiteren schleifaktiven Füllstoffe liegt bevorzugt im Bereich von 4:2 bis 2:4, besonders bevorzugt im Bereich von 3:2 bis 2:3, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2.5:2 bis 2:2.5.

Die komplexen Metallfluoride erhält man in bekannter Weise beispielsweise durch Umsetzung von entsprechenden Aluminiumverbindungen mit Flußsäure unter Zugabe von entsprechenden Alkali- oder Erdalkalifluoriden, -carbonaten oder -hydroxiden.

Im Schleifprozess werden ca. 60% der Zerspanungsenergie in Wärmeenergie umgesetzt. Durch das Einbinden der schleifaktiven Füllstoffe in die Grund- oder Deckbindung wird die Spanbildung zeitlich begünstigt, so daß ein Teil der sonst durch Reibung verlorengegangenen Energie in Zerspanungsenergie umgewandelt werden kann.

Es wurde gefunden, daß durch die Zugabe von synthetischen Alkalimetalltetrafluo- roaluminat als schleifaktiver Füllstoff zusammen mit weiteren Füllstoffen die Schnittleistung und die Standzeit der Schleifmittel stärker verbessert werden kann als erwartet.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schleifmittel ein flexibles Trägermaterial als Unterlage, einen Kleber, insbesondere ein duroplastisches Klebemitte! als Grund- und Deckbindemittel sowie die Schleifkörner, wobei erfindungsgemäß der schleifaktive Füllstoff sowohl in der Grundbindung als auch in der Deckbindung oder nur in der Deckbindung enthalten sein kann.

Die Deckbindung besteht im Wesentlichen aus einem polymeren, insbesondere einem elastomeren Material, das bei den relativ hohen Temperaturen während des Schleifens gut haftet und im gewünschten Maß erweicht, ohne daß es sich ablöst. Derartige Polymerisate sind bekannt. In einer Ausführungsform wurden Bindemittelsysteme eingesetzt, deren pH-Wert im sauren Bereich liegt. Diese sauren Bindemittelsysteme haben den Vorteil, daß auch bei Zugabe von Füllstoffen keine gravierenden Viskositätsänderungen eintreten. Die Bindemittelsysteme können neben den Polymeren auch übliche Zusatzstoffe wie Pigmente, Farbstoffe, Antioxydationsmittel, Netzmittel oder Stabilisatoren enthalten. üblicherweise werden in die Deckbindung die schleifaktiven Füllstoffe wie Kryo- lith oder Alkalifluoroborat in disperser Verteilung eingebracht.

Erfindungsgemäß werden in das Bindemittelsystem als schleifaktiver Füllstoff die synthetischen Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallfluoroaluminate in Kombination mit einem oder mehreren bekannten schleifaktiven Füllstoffen eingemischt oder dispergiert.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die schleif aktiven Füllstoffe sowohl in der Grundbindung als auch in der Deckbindung enthalten.

Die Deckbindung kann als einfache Schicht oder in Form einer „Multibindung" durch Auftragen einer zweiten Deckschicht erfolgen. Diese zweite Schicht kann ebenfalls die aktiven Füllstoffe enthalten. Der Zweck dieser „Multibindung" besteht darin, die aktiven Füllstoffe auch an den Spitzen des Schleifkornes zur Verfügung zu haben, um deren Eigenschaften schon zu einem frühen Zeitpunkt beim Schleifen nutzen zu können.

Die Bindemittelzusammensetzungen für die Grund- oder Deckbindung können sowohl identisch als auch unterschiedlich sein. Die Wahl der Zusammensetzungen richtet sich jeweils nach dem Anwendungszweck der Schleifmittel.

Die Menge des aufzutragenden Bindemittelsystems hängt von einer Reihe von Faktoren ab, z.B. von der Partikelgröße der Schleifkömer, der aufgebrachten Menge der Schleifkömer, also den Abständen der Schleifkörner, dem Feststoffgehalt des Bindemittelsystems usw. Es sollte in jedem Fall eine ausreichende Menge aufgetragen werden, damit während der Anwendung die Deckschicht der abzuschleifenden Fläche möglichst nahe kommt. Es ist nicht erwünscht, daß die Schleifkörner vollständig bedeckt werden. Das führt bekanntlich zu einem „Schmieren" auf der zu bearbeitenden Fläche und damit zu einem geringen oder gar keinem Materialabtrag. Die Spitzen der Schleifkörner müssen frei bleiben oder freigemacht werden. Ganz allgemein kann man sagen, daß bei gröberen

Schleifkörnern eine größere Menge für die Deckschicht aufgetragen werden muss, als bei feineren Schleifkörnern. Die optimale Menge der Bindemittelsystemzusammensetzung lässt sich jedoch leicht ermitteln und ist nicht Gegenstand der Erfindung.

In einer Ausführungsform enthält die Deckbindung den schleifaktiven Füllstoff in einer Gesamtmenge von maximal 60 Gew.-%, vorzugsweise 4 bis 45 Gew.-%, insbesondere 10 bis 45 Gew.-% (bezogen auf das Trockengewicht der Deckbindung). In einer anderen Ausführungsform wird Alkalimetalltetrafluoroaluminat, vorzugsweise Kalium- tetrafluoroaluminat, als schleifaktiver Füllstoff zusammen mit mindestens einem weiteren schleifaktiven Füllstoff in der genannten Gesamtmenge verwendet. Die zugesetzte Füllstoffmenge ist abhängig vom Feinheitsgrad (der Korngröße) des Füllstoffes.

Eine Mischung, die aus Kaliumtetrafluoroaluminat oder seinem Gemisch mit Dika- liumpentafluoraluminat und den bekannten schleifaktiven Füllstoffen wie z.B. Kryolith und/oder Alkalifluoroborat wie Kaliumfluoroborat und/oder Metallfluoriden besteht, oder diese enthält, vorzugsweise zu mindestens 85 Gew.-%, ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Bevorzugte Gewichtsverhältnisse sind oben angegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Gewichtsanteil der erfindungsgemäßen schleifaktiven Füllstoffe insgesamt 30 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Deckbindung.

In anderen Ausführungsfomen wurde als schleifaktiver Füllstoff eine Mischung aus synthetischen Kaliumtetrafluoroaluminat und Kryolith bzw. Kaliumtetrafluoroaluminat und Kaliumtetrafiuoroborat in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen, beispielsweise im Verhältnis 50 : 50, 40 : 60 oder 20 : 80 in das Bindemittelsystem dispergiert bzw. eingearbeitet. Die Mischungsverhältnisse können so gestaltet werden, daß die gesamte Bandbreite erfasst wird.

Es wurde gefunden, daß eine erhebliche Verbesserung der Schleifleistung im Vergleich zu einer nur mit Kryolith als schleifaktiven Füllstoff versehenen Deckschicht erzielt wurde. Die Schleifleistung konnte allein durch die Zugabe von Kaliumtetrafluoroaluminat anstelle von Kryolith um 20 % verbessert werden. Bei Verwendung einer Mischung aus Kaliumtetrafluoroaluminat mit Kryolith betrug die Verbesserung der Abtragsleistung 60 %. Die Mischung aus Kaliumtetrafluoroaluminat mit Kaliumtetrafiuoroborat führte sogar zu einer Steigerung der Abtrag leistung von nahezu 150 % gegenüber einem Schleifmittel, welches nur Kryolith als schleifaktiven Füllstoff enthält.

Bevorzugt verwendet man die erfindungsgemäßen Schleifmittel zum Schleifen von Metall.

Es wurde gefunden, daß durch die erfindungsgemäße Zugabe die Fließfähigkeit und die Benetzbarkeit des Bindemittelsystems positiv beeinflusst wurden. Bei Verwendung von Phenolharzbindemittelsystemen konnte außerdem eine positive Beeinflussung der Grenzflächeneigenschaften beobachtet werden. Es ist ebenfalls zu beobachten gewesen, dass bei der Verwendung von Phenolharzbindemittelsystemen eine stabile Farbmatrix erzielt werden kann, insbesondere wurde keine temperaturabhängige Farbveränderung des Bindemittelsystems beobachtet. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist deshalb die Verwendung von Alkalimetall- oder Erdalkalimetallfluoraluminaten der Formel M _n AIFy oder Mn(AIFy)2 worinM, x und y die oben genannte Bedeutung besitzen, zur Stabilisierung von Polymeren gegen Farbveränderung durch Hitzeeinwirkung.

Eine bevorzugte Art der Verwendung sieht vor, dass man Kaliumtetrafluoraluminat oder ein Gemisch von Kaliumtetrafluoraluminat und Dikaliumpentafluoraluminat einsetzt, z.B ein Gemisch von Kaliumtetrafluoraluminat und Dikaliumpentafluoraluminat mit einem Schmelzpunkt von 560 bis 572 ⁰ C.

Die Polymere enthalten Leime oder Kunstharze, z.B. Alkydharze, Epoxydharze, Harnstoff-Formaldehydharze, vorzugsweise Phenolharze, oder sie bestehen daraus.

Die Leime oder Kunstharze sind bevorzugt Bindemittel zur Bindung von Schleifkörnern.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, jedoch nicht einschränken.

Beispiel 1 bis 5 :

Auf die Unterlage, ein imprägniertes Trägermaterial aus Baumwoll/PE-Gewebe, wurde der Grundbinder, ein Phenolharz, mittels einer Gummiwalze aufgetragen. Danach wurden die Schleifkörner in den noch feuchten Grundbinder aufgebracht. Nach der Trocknung wurde die Deckschicht, bestehend aus Phenolharz und Zusätzen aufgetragen. Als aktive Füllstoffe wurden Kaliumtetrafluoroaluminat, Kryolith, Kaiiumtetrafluoroborat sowie deren Mischungen in das Bindmittelsystem der Deckschicht eingemischt. Metallplatten

aus rostfreiem Stahl ST 37 wurden unter Standardbedingungen bei einem Anpressdruck von 2,5 bar geschliffen.

Ergebnis:

Beispiel Deckschicht Abtragsleistung %

Kein aktiver Füllstoff 100

2 Kryσlith 170

3 KAIF4 200

4 Kryolith/KAIF ₄ 270

50:50

5 KAIF4/KBF4 420

50:50

Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Verbesserung der Abtragsieistung. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen schleifaktiven Füllstoffe besteht darin, daß durch deren Zugabe die Verfügbarkeit der Schleifmittel stark erhöht werden kann, also die Standzeit der Schleifmittel verlängert werden kann.