一種用于磨料載體紡織品的新型水性膠乳分散體

M. Karnop， S. Butz Synthomer 公司(德國)

目前，磨料可通過不同的形式制得，其不僅可用于銳化，還可用于平滑和拋光物體，使物體尺寸穩定。常見的磨料形式有砂帶、纖維盤、彈性磨盤、研磨套及拋光工具，這些磨料具有不同的尺寸和格式，以滿足各種應用需求(圖1)。

圖1 各種類型的磨料

紡織品基工業磨料是一類重要的磨料形式。30多年來，水性聚合物分散體越來越多地用于制造此類產品，以增強磨料的力學性能、耐熱性和層間黏附力，延長其使用壽命。

通常磨料采用由棉、聚酯或其混紡物制成的浸漬編織物作為載體，并在載體的背面和上方涂覆磨料顆粒，將磨料顆粒置于載體上方，同時采用酚醛樹脂固結而成(圖2)。

圖2 磨料結構示意圖

使用水性聚合物分散體浸漬并涂覆載體可以改變織物的手感和剛性，增強磨料顆粒層與載體之間的力學性能和剝離強度，提升磨料對冷卻液的耐熱性與耐久性，同時還可防止載體上方的酚醛樹脂涂層損壞紡織品載體。

隨著技術和監管要求的不斷提高，德國Synthomer公司開發出新一代水性聚合物產品Acralen SNX。與久經市場基準考驗的Acralen BS產品相比，新產品具有更好的力學性能，更高的剝離強度和耐熱性，且更環境友好。

在產品開發過程中，Synthomer公司對不同的主要原料，如基礎單體、功能單體、交聯劑和表面活性劑進行了改進，并對聚合工藝參數進行優化，以確保產品為具有低碳足跡的清潔型低揮發性有機化合物(VOC)產品。

1 聚合物分散性能

與Acralen BS產品40%(質量分數)的乳膠固含量相比，Acralen SNX的固含量提高了10%，其乳膠固含量達50%。新產品的開發目標是在改善水性聚合物分散體力學性能的同時，保持前一代產品的其他性能，如耐化學性和耐熱性。為此，對聚合工藝進行優化，以確保所得聚合物分散體在乳膠固含量提高10%的情況下仍具有較少的凝結物，同時確保顆粒粒徑均勻，以改善產品質量(圖3和表1)。

a) Acralen BS

b) Acralen SNX

表1 Acralen BS和Acralen SNX產品的典型聚合物分散性能對比

2 剝離強度和黏附力

在基于紡織品的磨料中，聚合物分散體的關鍵作用之一是增強研磨顆粒與載體之間的力學黏合，且這種黏合作用與紡織品中纖維的類型無關。研磨顆粒和載體間的黏合與磨料的耐久性和使用壽命有關。磨料的力學黏合通過測量膠合到定義基材上的完全精制的研磨織物在90°下的剝離黏合力表征。采用拉伸機測量適當拉伸角度下材料的剝離力，以衡量磨料涂層與紡織品載體間的黏合質量。

研究將新開發的Acralen SNX產品與Acralen BS產品及Synthomer公司的其他3種產品(試樣1～試樣3)的剝離強度進行了對比。結果發現，所有試樣中Acralen SNX產品表現出的剝離強度最高，相比前一代Acralen BS產品及其他競爭產品，其剝離強度提高了約10%(圖4)。

圖4 幾種聚合物分散體的剝離強度對比(90°下剝離)

3 耐熱性

研磨和拋光加工通常以非常高的速度進行。因此，在開發用于工業磨料的高性能分散體時，耐熱性是一項重要特性。

聚合物分散體的配方，尤其是單體和交聯劑的組分對其耐熱性有顯著的影響。為此，項目對Acralen SNX產品及其他含不同單體組分與交聯劑的Synthomer產品進行了評估。

通過熱力學分析(TMA)測試，測量溫度為-50～ 150 ℃范圍內，在恒定負載(500 mN)作用下，隨著測試溫度的增加，測試試樣的針刺穿透程度，以衡量聚合物的耐熱性。

對每種試樣進行2次循環測試，以獲得相關結論。測試結果如圖5所示，圖中實線為探頭位置測試結果，虛線為應變測試結果。由圖5可以看出，Acralen SNX在溫度約為40 ℃時略微軟化，并在溫度達150 ℃時保持相對穩定，試樣3則在整個測試期間顯示出更高程度的軟化。

圖5 TMA測試方法

Acralen SNX產品在第二次循環測試中表現出更好的耐熱性，表明經第一次循環測試后，交聯劑在高溫下活化。與試樣3相比，Acralen SNX的耐熱性和熱穩定性明顯提高。

4 與酚醛樹脂共混

酚醛樹脂常用于表面研磨砂的固定，Acralen SNX產品與酚醛樹脂具有良好的相容性。將少量的Acralen SNX與樹脂混合，可使樹脂具有柔韌性，從而使磨料成品可承受終端制造過程中的各種彎曲。所得磨料可經受各種角度的拉伸和彎曲，更好地適應磨削工具和基材。

5 結論

新開發的Acralen SNX產品具有非常好的剝離強度、黏附力和耐熱性，熱穩定性較高，可改善用于工業的紡織品基磨料的耐久性。通過工藝參數優化和現代質量控制，開發的Acralen SNX產品粒徑分布均勻，固含量相比前一代產品提高10%。