JP5274021B2 - 研磨用品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、研磨用品及びその製造方法に関する。

被覆研磨材やボンデッドアブレーシブなどの研磨用品は、いろいろな産業において、ワークピースの機械加工で、例えばラッピング、研削、又は研磨などによる加工で用いられる。研磨用品を用いる機械加工は、光学機器産業、自動車塗装修理産業から金属製造産業まで広範な産業分野にわたる。これらの各例において、製造設備は、バルクな物質除去のために、又は製品の表面特性に影響を及ぼすために研磨材を用いる。

表面特性としては、輝き、肌理、及び一様性などがある。例えば、金属コンポーネントの製造業者は、研磨用品を用いて表面を細かく研磨し、一様になめらかな表面を得たいと望むことが多い。同様に、光学機器の製造業者は、光の回折と散乱を防ぐために欠陥のない表面を製造できる研磨用品を望む。

製造業者は、また、いくつかの用途では物質除去速度が高い研磨用品を望む。しかし、多くの場合、物質除去速度と表面の質との間にはトレードオフがある。粒子が細かい研磨用品は、普通、よりなめらかな表面を生ずるが、物質除去速度は低くなる。物質除去速度が低いと、生産は遅くなりコストが増加する。

特に微粒子研磨用品に関して言うと、市販されている研磨材は、物質除去における平均的なスクラッチよりも深いスクラッチなど、不規則な表面欠陥を残す傾向がある。このようなスクラッチは、研磨用品から離れた粒子が転がりながら押し付けられることによって生ずる。このようなスクラッチが存在すると、光を散乱させ、レンズの光学的な透明さが低下し、装飾的な金属加工品では仕上げに曇り（ヘイズ）又はもや（ホグ）が発生する。このようなスクラッチはまた、核生成点又は付着点になり、表面の剥離特性を低下させる。例えば、衛生設備におけるスクラッチはバクテリアが表面に付着することを可能にし、研磨した反応器のスクラッチは泡の生成を可能にし、望まれない反応を開始させる表面部分として働く。

粒子の離脱は、また、研磨用品の性能を低下させ、頻繁な取り替えにつながる。研磨用品の頻繁な取り替えは製造業者にとって高いコストになる。そのような訳で、改良された研磨用品及び研磨用品の製造方法が望まれる。

ある特定実施形態では、組成物は、研磨材粒子とバインダー組成物を含む。バインダー組成物は、バインダー組成物の重量で約10重量％〜約90重量％のカチオン重合可能な化合物、約40重量％以下のラジカル重合可能な化合物、及び約5重量％〜約80重量％の粒状充填剤を含む。粒状充填剤は分散したサブミクロン粒子を含む。

本発明はまた、研磨材粒子と硬化した調合物から成るバインダーを含むある例示的な研磨用品に向けられる。この調合物は、約90重量％以下のナノ複合エポキシ前駆物質を含み、アクリル前駆物質を含む。

別の実施形態では、研磨用品は研磨材粒子と硬化した調合物から成るバインダーを含む。この調合物は、エポキシ前駆物質と、調合物の全重量を規準として少なくとも約5重量％の粒状充填剤を含む。粒状充填剤はサブミクロンの平均粒径を有する。

さらに別の例示的な実施形態では、研磨用品は研磨材粒子とコロイド状複合バインダーを含む。

別の例示的な実施形態では、研磨用品は研磨材粒子と溶液形態のナノ複合バインダーを含む。

さらに別の例示的な実施形態では、研磨用品は研磨材粒子と複合バインダーを含む。複合バインダーは、平均粒径が約3nm〜約200nmの平均粒径を有し、半値幅（half-width）が平均粒径の約２倍以下であることを特徴とする粒径分布を有する。

さらに別の例示的な実施形態では、研磨用品は、約3.0以下のRz性能（Rz Performance）を有し、エポキシ／アクリレート・コポリマーを含む。

別の例示的な実施形態では、研磨用品を製造する方法は、コロイド状複合バインダー調合物と研磨材粒子を基材上に用意するステップと、コロイド状複合バインダー調合物を硬化させるステップを含む。

さらに別の例示的な実施形態では、研磨用品を製造する方法は、基材を研磨材粒子及び第一のバインダー調合物を含むメークコート（make coat）でコーティングするステップを含む。この方法はさらに、メークコートの上にサイズコートを塗布するステップを含む。サイズコートはナノ複合ポリマー調合物を含む第二のバインダー調合物を含む。この方法はまた、メークコートとサイズコートを硬化するステップを含む。

別の例示的な実施形態では、研磨用品を製造する方法は、ナノ複合エポキシ前駆物質とアクリル前駆物質をブレンドしてバインダー調合物を形成するステップ、そのバインダー調合物を基板に塗布するステップ、研磨材粒子を基板に塗布するステップ、及びバインダー調合物を硬化させるステップを含む。

本明細書における開示の内容は、添付の図面を参照することにより、より良好に理解することができるようになり、また、その多数の特徴や利点が当業者に明らかとなるであろう。

ある特定実施形態では、研磨用品は研磨材粒子とコロイド状複合バインダーを含む。研磨用品は、被覆研磨用品であってもボンデッド研磨用品であってもよい。ある実施形態では、被覆研磨用品はパタン形成された研磨材表面構造を含む工学的又は構造的研磨用品である。

コロイド状複合バインダーは、一般にポリマーマトリクスと粒状充填剤を含む。コロイド状複合バインダーは、モノマー又はポリマーなどの高分子構成成分を含む外側相の中にコロイド状に懸濁された粒状充填剤を含むバインダー調合物から成る。バインダー調合物はさらに、触媒、重合開始剤、連鎖移動剤、反応抑制剤、可塑剤、及び分散剤を含むことができる。

別の実施形態では、本発明は溶液形態のナノ複合バインダーを含む研磨用品に向けられる。溶液形態のナノ複合バインダーは、ゾル又はゾル−ゲル法によって形成され、ポリマー成分懸濁液に懸濁されたナノサイズの粒状充填剤を含む溶液形態のナノ複合調合物から成る。ある特定実施形態では、粒状充填剤は平均粒径が約3nm〜約200nm、例えば約3nm〜約100nm、であり、粒径分布は平均粒径の約２倍以下の半値幅（half-width）で特徴づけられる。

個々の実施形態では、ナノ複合バインダー及びコロイド状バインダーは、以下で説明するRz性能が約3.0以下である。バインダーは、エポキシ成分、アクリレート成分、オキセタン成分、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるポリマー構成成分を含むことができる。さらに、ポリマー構成成分は、熱的に硬化可能又は化学線を用いて硬化可能であってもよい。

本明細書で記載される複合バインダーは、ポリマーマトリクスに分散された粒状充填剤を含む。硬化の前、複合バインダー調合物は、普通、有機ポリマー構成成分と、任意に溶媒を含む外側相を含む懸濁物である。ポリマー構成成分は、溶媒中のモノマー又はポリマーである。例えば、外側相がモノマーを含み、硬化するときにそれが重合するものであってもよい。あるいはまた、又はそれに加えて、外側相が溶媒中のポリマー物質を含んでいてもよい。粒状充填剤は一般に外側相に分散して相を形成する。

粒状充填剤は、無機粒子から、例えば金属（例えば鋼、銀、又は金など）又は金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、金属ハロゲン錯体、金属炭化物、又は金属リン酸塩など、又は無機の塩（例えば、CaCO₃）、セラミック、又はそれらの組み合わせ、などの粒子から形成できる。金属酸化物の例は、ZnO, CdO, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, CeO₂, SnO₂, MoO₃,WO₃, Al₂O₃, In₂O₃, La₂O₃, Fe₂O₃, CuO, , Ta₂O₅, Sb₂O₃, Sb₂O₅, 又はそれらの組み合わせである。異なる金属を含む混合酸化物が存在してもよい。ナノ粒子は、例えば、ZnO, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, SnO₂, Al₂O₃, 共形成されたシリカ・アルミナ、及びそれらの混合物、などである。ナノメートルサイズの粒子は、また、有機成分、例えばカーボンブラック、高度に化架橋した／コアシェル・ポリマーのナノ粒子、有機変性されたナノメートルサイズの粒子などの有機成分を含むことができる。そのような充填剤は、参照することによって本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第6,467,897号及び国際公開第98/51747号パンフレットに記載されている。

溶液に基づくプロセスで形成される粒状充填剤、例えばゾル形態及びゾル−ゲル形態セラミックスが、複合バインダーで用いるのに特に好適である。適当なゾルは市販されている。例えば、水溶液のコロイド状シリカは、「LUDOX」（E.I. DuPONT de Nemours and Co., Inc. Wilmington, Del.）、「NYACOL」（Nyacol Co., Ashland, Ma.）及び「NALCO」（Nalco Chemical Co., Oak Brook, Ill.）などの商品名で市販されている。多くの市販されているゾルは塩基性で、アルカリによって、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、又は水酸化アンモニウムによって安定化されている。適当なコロイド状シリカのその他の例は、参照することによって本明細書に組み込まれるものとする、米国特許第5,126,394号に記載されている。特に好適なものは、ゾル形態のシリカ及びゾル形態のアルミナである。ゾルは、一つ以上の適当な表面処理剤をゾル中の無機酸化物基質粒子と反応させることによって機能化させることができる。

ある特定実施形態では、粒状充填剤はサブミクロンサイズである。例えば、粒状充填剤はナノサイズの粒状充填剤、例えば平均粒径が約3nm〜約500nmの粒状充填剤である。ある例示的な実施形態では、粒状充填剤は平均粒径が約3nm〜約200nm、例えば約3nm〜約100nm、約3nm〜約50nm、約8nm〜約30nm、又は約10nm〜約25nmである。個々の実施形態では、平均粒径は約500nm以下、例えば約200nm以下、約100nm未満、又は約50nm以下である。粒状充填剤では、平均粒径は小角中性子散乱（SANS）分布カーブにおけるピーク体積分画に対応する粒径、又は、SANS分布カーブにおける0.5累積体積分画に対応する粒径と定義できる。

粒状充填剤はまた、半値幅が平均粒径の約2.0倍以下の狭い分布カーブによって特徴づけられる。例えば、半値幅は約1.5倍以下、又は約1.0倍以下である。分布の半値幅とは、最大高さの半分における分布カーブの幅、例えば分布カーブのピークにおける粒子分画の半分、である。ある特定実施形態では、粒径分布は単峰性である。別の実施形態では、粒径分布は二峰性、すなわち、粒径分布には二つ以上のピークがある。

ある特定実施形態では、バインダー調合物は少なくとも二種の粒状充填剤を含む。各粒状充填剤は、粒状充填剤に関して上で述べた物質から選択される。これらの粒状充填剤は同じ物質であっても、異なる物質であってもよい。例えば、各粒状充填剤はシリカから構成してもよい。別の実施例では、一つの充填剤はシリカ、もう一つの充填剤はアルミナから構成される。ある実施例では、各粒状充填剤は平均粒径が約1000nm以下、例えば約500nm以下、又は約100nm未満である。別の実施例では、一つの充填剤の粒径分布は、平均粒径が約1000nm以下、例えば約500nm以下、又は約100nm未満であり、第二の粒状充填剤は平均粒径が約1ミクロンより大きく、例えば約1ミクロン〜約10ミクロン、又は約1ミクロン〜約5ミクロンである。あるいはまた、第二の粒状充填剤は約1500ミクロンの高い平均粒径を有してもよい。ある特定実施形態では、平均粒径がサブミクロンの第一の粒状充填剤と平均粒径が1ミクロンを超える第二の粒状充填剤を含むバインダー調合物が、硬化してバインダーを形成したときに改善された機械的性質を示す。

普通、第二の粒状充填剤は低いアスペクト比を有する。例えば、第二の粒状充填剤のアスペクト比は約2以下、例えば約1、すなわち、ほぼ球形である。一般に、第二の粒状充填剤は未処理であり、処理によって硬化しない。対照的に、研磨材粒子は、アスペクト比が少なくとも約2の鋭いエッジを有する硬化した粒状物質である。

第二の粒状充填剤を選ぶときには、沈降速度と粘度が一般に考慮される。サイズが大きくなると、1ミクロンを超えるサイズを有する粒状充填剤は速く沈降する傾向があるが、高い充填で粘度は小さくなる。さらに、粒状充填剤の屈折率が考慮される。例えば、粒状充填剤は、屈折率が少なくとも約1.35であるように選ばれる。さらに、塩基性残基はカチオン重合する成分の重合に悪影響を及ぼすから、粒状充填剤は塩基性残基を含まないように選ばれる。

粒状充填剤は一般に外側相に分散される。硬化前、粒状充填剤はバインダー懸濁物にコロイド状に分散され、硬化するとコロイド状複合バインダーを形成する。例えば、粒状物質は、ブラウン運動が粒状充填剤を懸濁状態に維持するように分散される。一般に、粒状充填剤は粒状集合体を実質的に含まない。例えば、粒状充填剤は実質的にモノ分散系であり、粒状充填剤が単一粒子として分散し、特定実施例では、粒状集合体は、あるとしてもとるにたりないほどである。

ある特定実施形態では、粒状充填剤の粒子は実質的に球形である。あるいはまた、粒子は、一次アスペクト比が1よりも大、例えば少なくとも約2、少なくとも約3、又は少なくとも約6である。ここで一次アスペクト比とは、最大寸法の、最大寸法と直交する最小寸法に対する比である。粒子はまた、最大寸法に略直角な平面における直交する寸法の比と定義される二次アスペクト比によっても特徴づけられる。粒子は、針の形、例えば一次アスペクト比が少なくとも約2であり、二次アスペクト比が約2以下、例えば約1であってもよい。あるいはまた、粒子は、板の形であって、アスペクト比が少なくとも約2であり、二次アスペクト比が少なくとも約2であってもよい。

ある例示的な実施形態では、粒状充填剤は水溶液で調製されて、懸濁物の外側相と混合される。そのような懸濁物を調製するプロセスは、水性シリカ溶液などの水溶液を導入するステップ；ケイ酸塩をポリ縮合して、例えば粒径を3nm〜50nmにするステップ；得られたシリカ・ゾルをアルカリ性pHに調整するステップ；任意に、ゾルを濃縮するステップ；ゾルを懸濁物の外側流体相の成分と混合するステップ；そして任意に、懸濁物から水やその他の溶媒成分を除去するステップ；を含む。例えば、水性ケイ酸塩溶液が、例えばアルカリ金属ケイ酸塩溶液（例えば、ケイ酸ナトリウム又はケイ酸カリウム溶液）が、溶液の重量を規準として20重量％から50重量％までの間の濃度で導入される。それ以上のポリ縮合、又は存在する粒子の凝集が生じないように安定化するために、得られたシリカ・ゾルのpHがアルカリ性pH（例えば、pH>8）に調整される。オプションとして、ゾルは濃縮することができる、例えば蒸留によって、普通、SiO₂濃度で約30重量％〜40重量％に濃縮することができる。ゾルは、外側流体相の成分と混合される。その後、水やその他の溶媒成分が懸濁物から除去される。ある特定実施形態では、懸濁物は実質的に水を含まない。

一般に有機ポリマー構成成分を含む、硬化前のバインダー調合物における外側相の割合は、バインダー調合物に対する比率として、約20重量％〜約95重量％、例えば約30重量％〜約95重量％、典型的には約50重量％〜約95重量％、さらに一層典型的には約55重量％〜約80重量％である。分散した粒状充填剤相の割合は、約5重量％〜約80重量％、例えば約5重量％〜約70重量％、典型的には約5重量％〜約50重量％、さらに一層典型的には約20重量％〜約45重量％である。上述のコロイド状に分散したサブミクロンの粒状充填剤は、少なくとも約5重量％、例えば少なくとも約10重量％、少なくとも約15重量％、少なくとも約20重量％、又は40重量％以上、という濃度で特に有用である。従来の充填剤と異なり、溶液形態のナノ複合バインダーは高い充填で低い粘度と優れた処理特性を示す。成分の量は、そうでないことが明記される場合を除き、複合バインダーの全重量に対する成分の重量％で表される。

外側相はポリマーを調製するための一種以上の反応成分又はポリマー構成成分を含む。ポリマー構成成分は、モノマー分子、ポリマー分子、又はそれらの組み合わせを含む。外側相はさらに、溶媒、可塑剤、連鎖移動剤、触媒、安定化剤、分散剤、硬化剤、反応媒介物、及び分散系の流動性に影響を及ぼす物質、からなる群から選択される成分を含む。

ポリマー構成成分は熱可塑プラスチック又は熱硬化プラスチックを形成できる。例えば、ポリマー構成成分は、ポリウレタン、ポリユリア、重合されたエポキシ、ポリエステル、ポリイミド、ポリシロキサン（シリコーン）、重合されたアルキル、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ポリブタジエン、又は一般に熱硬化性ポリマーの製造のための反応性樹脂、を形成するためのモノマー及び樹脂を含む。別の例としては、アクリレート又はメタクリレートポリマー構成成分がある。前駆体ポリマー構成成分は、普通、硬化性の有機物質である（すなわち、熱やその他のエネルギー源、例えば電子線、紫外線、可視光、等にさらされたとき、又は化学的触媒、水分、又はポリマーを硬化又は重合させるその他の物質を加えると時間と共に重合又は架橋することができる高分子モノマー又は物質）。前駆体ポリマー構成成分の例としては、アミノポリマー又はアミノプラストポリマー、例えばアルキル化ユリア−ホルムアルデヒドポリマー、メラミンホルムアルデヒドポリマー、及びアルキル化ベンゾグアナミンホルムアルデヒドポリマー；アクリレート及びメタクリレートポリマー、アルキルアクリレート、アクリル化エポキシ、アクリル化ウレタン、アクリル化ポリエステル、アクリル化ポリエーテル、ビニルエーテル、アクリル化オイル、又はアクリル化シリコーンを含むアクリレートポリマー；ウレタンアルキドポリマーなどのアルキドポリマー；ポリエステルポリマー；反応性ウレタンポリマー；レソールやノボラックポリマーなどのフェノールポリマー；フェノール／ラテックスポリマー；ビスフェノールエポキシポリマーなどのエポキシポリマー；イソシアネート；イソシアヌレート；アルキルアルコキシシランポリマーなどのポリシロキサンポリマー；又は反応性ビニルポリマーなどの形成のための反応性構成成分を含む。バインダー調合物の外側相は、モノマー、オリゴマー、ポリマー、又はそれらの組み合わせを含む。ある特定実施形態では、バインダー調合物の外側相は、硬化したときに架橋する少なくとも二つのタイプのモノマーを含む。例えば、外側相は、硬化するとエポキシ／アクリルポリマーを形成するエポキシ構成成分とアクリル構成成分を含むことができる。

ある例示的な実施形態では、ポリマー反応成分はアニオン重合可能な前駆物質及びカチオン重合可能な前駆物質を含む。例えば、外側相は少なくとも一種のカチオン硬化可能な成分、例えば少なくとも一種のサイクリック（環状）エーテル成分、サイクリックラクトン成分、サイクリックアセタル成分、サイクリックチオエーテル成分、スピロオルソエステル成分、エポキシ官能性成分、オキセタン官能性成分を含む。普通、外側相は、エポキシ官能性成分とオキセタン官能性成分からなる群から選択される少なくとも一種の成分を含む。外側相は、複合バインダー調合物の全重量に対して、少なくとも約10重量％のカチオン硬化可能な成分、例えば少なくとも約20重量％、典型的には少なくとも約40重量％、又は少なくとも約50重量％のカチオン硬化可能な成分を含む。一般に、外側相は、複合バインダー調合物の全重量に対して、約95重量％以下のカチオン硬化可能な成分、例えば約90重量％以下、約80重量％以下、又は約70重量％以下のカチオン硬化可能な成分を含む。

外側相は、少なくとも一種のエポキシ官能性成分、例えば芳香族エポキシ官能性成分（「芳香族エポキシ」）、又は脂肪族エポキシ官能性成分（「脂肪族エポキシ」）を含んでもよい。エポキシ官能性成分は、一種以上のエポキシ基、すなわち、一種以上の三員環構造（オキシラン）を含む成分である。

芳香族エポキシ成分は一つ以上のエポキシ基と一つ以上の芳香族リングを含む。外側相は一種以上の芳香族エポキシ成分を含んでもよい。芳香族エポキシ成分の例としては、ポリフェノール、例えばビスフェノール、例えばビスフェノールA（4,4’-イソプロピリデンジフェノール）、ビスフェノールF（ビス[4-ヒドロキシフェニル]メタン）、ビスフェノールS（4,4’-スルホニルジフェノール）、4,4’-シクロヘキシリデンビスフェノール、4,4’-ビフェノール、又は4,4’-（9-フルオレニリデン）ジフェノール、から誘導される芳香族エポキシがある。ビスフェノールは、アルコキシル化（すなわち、エトキシル化、又はプロポキシル化）又はハロゲン化（例えば、臭素化）されてもよい。ビスフェノール・エポキシの例としては、ビスフェノール・ジグリシジル・エーテル、例えばビスフェノールA又はビスフェノールFのジグリシジル・エーテルがある。

芳香族エポキシの別の例としては、トリフェニロールメタントリグリシジルエーテル、1,1,1-tris(p-ヒドロキシフェニル)エタントリグリシジルエーテル、又はモノフェノールから、例えばレソルシノールから誘導された芳香族エポキシ（例えばレソルシンジグリシジルエーテル）又はヒドロキノン（例えばヒドロキノンジグリシジルエーテル）がある。

さらに、芳香族エポキシの例として、エポキシノボラック、例えばフェノールエポキシノボラック及びクレゾールエポキシノボラックがある。クレゾールエポキシノボラックの市販されている例としては、例えば、Dainippon Ink and Chemical, Inc.が製造しているEPICLON N-660, N-665, N-667, N-670, N-673, N-680, N-690, 又はN-695がある。フェノールエポキシノボラックの例としては、例えば、Dainippon Ink and Chemical, Inc.が製造しているEPICLON N-740, N-770, N-775, 又はN-865がある。

ある実施形態では、外側相は複合バインダー調合物の全重量に対して、少なくとも10重量％の一種以上の芳香族エポキシを含む。

脂肪族エポキシ成分は、一つ以上のエポキシ基を有し、芳香族リングを含まない。脂肪族エポキシの例としては、C2-C30アルキルのグリシジルエーテル；C3-C30アルキルの1,2-エポキシ；脂肪族アルコール又はポリオール、例えば1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ジブロモネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ポリテトラメチレンオキシド、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、グリセロール、及びアルコキシル化脂肪族アルコール；又はポリオールのモノ又はマルチグリシジルエーテルなどがある。

ある実施形態では、脂肪族エポキシは、一つ以上の環式脂肪族リング構造を含む。例えば、脂肪族エポキシは、一つ以上のシクロヘキセンオキシド構造、例えば二つのシクロヘキセンオキシド構造を含む。リング構造を含む脂肪族エポキシの例は、水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水素添加ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水素添加ビスフェノールSジグリシジルエーテル、ビス（4-ヒドロキシシクロヘキシル）メタンジグリシジルエーテル、2,2-ビス（4-ヒドロキシシクロヘキシル）プロパンジグリシジルエーテル、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキサンカルボキシレート、ジ（3,4-エポキシシクロヘキシルメチル）ヘキサンジオエート、ジ（3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチル）ヘキサンジオエート、エチレンビス（3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート）、エタンジオールジ（3,4-エポキシシクロヘキシルメチル）エーテル、又は2-（3,4-エポキシシクロヘキシル-5,5-スピロ-3,4-エポキシ）シクロヘキサン-1,3-ジオキサンなどである。脂肪族エポキシの例は、参照することによって本明細書に全体が組み込まれたものとする、米国特許第6,410,127号にもリストされている。

ある実施形態では、外側相は、複合バインダー調合物の全重量に対して少なくとも約5重量％の一種以上の脂肪族エポキシを、少なくとも約10重量％、又は少なくとも約20重量％の一種以上の脂肪族エポキシを含む。一般に、外側相は、複合バインダー調合物の全重量に対して約70重量％以下の脂肪族エポキシを、例えば約50重量％以下、約40重量％以下の脂肪族エポキシを含む。

普通、外側相は一種以上の脂肪族アルコール、脂肪族ポリオール、ポリエステルポリオール、又はポリエーテルポリオールのモノ又はポリグリシジルエーテルを含む。このような成分の例は、1,4-ブタンジオールグリシジルエーテル、分子量が約200から約10,000のポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレングリコール又はトリオールのグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコール又はポリ（オキシエチレンオキシブチレン）ランダム又はブロックコポリマーのグリシジルエーテルなどである。市販されているグリシジルエーテルの例は、Heloxy 48, Heloxy 67, Heloxy 68, Heloxy 107, 及びGrilonit F713などの多官能基グリシジルエーテル；又はHeloxy 71, Heloxy 505, Heloxy 7, Heloxy 8, Heloxy 61などの単官能基グリシジルエーテルなどである（Resolution Performanceによって市販されている）。

外側相は、約3重量％から約40重量％、より典型的には約5重量％から約20重量％の脂肪族アルコール、脂肪族ポリオール、ポリエステルポリオール、又はポリエーテルポリオールのモノ又はポリグリシジルエーテルを含んでもよい。

外側相は、一種以上のオキセタン官能性成分（「オキセタン類」）を含んでもよい。オキセタン類は、一つ以上のオキセタン基、すなわち、一つ以上の一つの酸素と三つの炭素を含む四員環リング構造を有する成分である。

オキセタン類の例としては、次の化学式によって表される成分がある。

上式において、
Q₁は、水素原子、1から6個の炭素原子を有するアルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、又はブチル基）、1から6個の炭素原子を有するフッ化アルキル基、アリル基、アリール基、フリル基、又はチエニル基を表し、
Q₂は、1から6個の炭素原子を有するアルキレン基（例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、又はブチレン基）、又はエーテル結合を含むアルキレン基、例えば、オキシアルキレン基、すなわち、オキシエチレン、オキシプロピレン、又はオキシブチレン基など、を表し、
Zは、酸素原子又はイオウ原子を表し、そして
R₂は、水素原子、1から6個の炭素原子を有するアルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、又はブチル基）、2から6個の炭素原子を有するアルケニル基（例えば、1-プロペニル基、2-プロペニル基、2-メチル-1-プロペニル基、2-メチル-2-プロペニル基、1-ブテニル基、2-ブテニル基、又は3-ブテニル基）、6から18個の炭素原子を有するアリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基、アンスラニル基、又はフェナンスリル基）、7から18個の炭素原子を有する置換された又は置換されないアラルキル基（例えば、ベンジル基、フルオロベンジル基、メトキシベンジル基、フェネチル基、スチリル基、シンナミル基、エトキシベンジル基）、アリールオキシアルキル基（例えば、フェノキシメチル基又はフェノキシエチル基）、2から6個の炭素原子を有するアルキルカルボニル基（例えば、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、又はブチルカルボニル基）、2から6個の炭素原子を有するアルコキシカルボニル基（例えば、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基、又はブトキシカルボニル基）、2から6個の炭素原子を有するN-アルキルカルバモイル基（例えば、エチルカルバモイル基、プロピルカルバモイル基、ブチルカルバモイル基、又はペンチルカルバモイル基）、又は2−1000個の炭素原子を有するポリエーテル基を表す。特に有用なオキセタンは、3-エチル-3-(2-エチルヘキシルオキシメチル)オキセタンである。

一種以上のカチオン硬化可能な成分の他に、又はその代わりに、外側相は一種以上のフリーラジカル硬化可能な成分、例えば一つ以上のエチレン的に不飽和な基を含むフリーラジカル重合可能な成分、例えばすなわち、（メタ）アクリレート（すなわち、アクリレート又はメタクリレート）官能性成分、を含んでもよい。

単官能基のエチレン的に不飽和な成分の例としては、アクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、（メタ）アクリロイル・モルフォリン、7-アミノ-3,7-ジメチルオクチル（メタ）アクリレート、イソブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、イソボルニルオキシエチル（メタ）アクリレート、t-オクチル（メタ）アクリルアミド、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタジエン（メタ）アクリレート、N,N-ジメチル（メタ）アクリルアミドテトラクロロフェニル（メタ）アクリレート、2-テトラクロロフェノキシエチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、テトラブロモフェニル（メタ）アクリレート、2-テトラブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、2-トリクロロフェノキシエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェニル（メタ）アクリレート、2-トリブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、2-ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、2-ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ビニルカプロラクタム、N-ビニルピロリドン、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、ペンタクロロフェニル（メタ）アクリレート、ペンタブロモフェニル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ボルニル（メタ）アクリレート、メチルトリエチレンジグリコール（メタ）アクリレート、又はそれらの組み合わせがある。

多官能基のエチレン的に不飽和な成分の例としては、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジイルジメチレンジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、エトキシル化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロポキシル化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルの両端（メタ）アクリル酸付加物、1,4-ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、（メタ）アクリレート官能基ペンタエリスリトール誘導体（例えば、ペンタエリスリトール・トリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトール・ヘキサ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトール・ペンタ（メタ）アクリレート、又はジペンタエリスリトール・テトラ（メタ）アクリレート）、ジトリメチロールプロパン・テトラ（メタ）アクリレート、エトキシル化ビスフェノールAジ（メタ）アクリレート、プロポキシル化ビスフェノールAジ（メタ）アクリレート、エトキシル化水素添加ビスフェノールAジ（メタ）アクリレート、プロポキシル化改質水素添加ビスフェノールAジ（メタ）アクリレート、エトキシル化ビスフェノールFジ（メタ）アクリレート、又はそれらの組み合わせなどがある。

ある実施形態では、バインダー調合物は、少なくとも三つの（メタ）アクリレート基、例えば3から6個の（メタ）アクリレート基、又は5から6個の（メタ）アクリレート基を有する一種以上の成分を含む。

個々の実施形態では、外側相は、複合バインダー調合物の全重量に対して、少なくとも約3重量％の一種以上のフリーラジカル重合可能成分、例えば少なくとも約5重量％、又は少なくとも約9重量％の一種以上のフリーラジカル重合可能成分を含む。一般に、外側相は、約50重量％以下のフリーラジカル重合可能成分、例えば約35重量％以下、約25重量％以下、約20重量％以下、又は約15重量％以下、のフリーラジカル重合可能成分を含む。

一般に、ポリマー反応の成分又は前駆物質は、平均して少なくとも二つの官能基、例えば平均して少なくとも2.5個の官能基、又は少なくとも3個の官能基、を有する。例えば、エポキシ前駆物質は、2個以上のエポキシ官能基を有する。別の例では、アクリル前駆物質は二つ以上のメタクリレート官能基を有する。

驚くべきことに、ポリエーテル骨格を有する成分を含む外側相は、複合バインダー調合物の硬化後に優れた機械的性質を示すということが見出された。ポリエーテル骨格を有する化合物の例としては、ポリテトラメチレンジオール、ポリテトラメチレンジオールのグリシジルエーテル、ポリテトラメチレンジオールのアクリレート、一つ以上のポリカーボネート基を含むポリテトラメチレンジオール、又はそれらの組み合わせがある。ある実施形態では、外側相は、5重量％から20重量％のポリエーテル骨格を有する化合物を含む。

外側相は、また、触媒と重合開始剤を含んでもよい。例えば、カチオン重合開始剤は、カチオン重合可能な成分の間の反応を触媒する。ラジカル重合開始剤は、ラジカル重合可能な成分のフリーラジカル重合を活性化できる。重合開始剤は、熱エネルギー又は化学線によって活性化される。例えば、重合開始剤は、化学線に曝露されるとカチオン重合反応を触媒するカチオン性光重合開始剤を含む。別の例では、重合開始剤は、化学線に曝露されるとフリーラジカル重合反応を開始させるラジカル光重合開始剤を含む。化学線は、粒子放射又は非粒子放射を含み、電子ビーム放射や電磁放射を含むものとする。ある特定実施形態では、電磁放射は、少なくとも一つの波長が約100nmから約700nmまでの範囲にある放射、特に電磁スペクトルの紫外領域にある波長を含む。

一般に、カチオン性光重合開始剤は、化学線に曝露された場合にエポキシド又はオキセタンを少なくとも部分的に重合させることができる活性分子種を形成する物質である。例えば、カチオン性光重合開始剤は、化学線に曝露されたとき、カチオン重合可能な成分、例えばエポキシド又はオキセタン、の反応を開始させることができるカチオンを形成する。

カチオン性光重合開始剤の例としては、例えば弱い求核性のアニオンを有するオニウム塩があげられる。例としては、ハロニウム塩、イオドシル塩、又はスルホニウム塩、例えば欧州特許公開第153904号及び国際公開第98/28663号パンフレットに記載されているようなもの、スルフォキソニウム塩、例えば欧州特許公開第35969号, 同第44274号, 同第54509号及び同第16314号に記載されているようなもの、又はジアゾニウム塩、例えば米国特許第3,708,296号及び同第5,002,856号に記載されているようなものがある。なお、これら８件の特許の開示はすべて、参照することによって本明細書に全体が組み込まれるものとする。カチオン性光重合開始剤のその他の例は、メタロセン塩、例えば欧州特許公開第94914号及び同第94915号に記載されているようなものである。なお、これらの特許出願は両方共、参照することによって全体が本明細書に組み込まれるものとする。

例示的な実施形態では、外側相は、次の化学式（２）又は（３）で表される一種以上の光重合開始剤を含む。

上式において、
Q₃は、水素原子、1から18個の炭素原子を有するアルキル基、又は1から18個の炭素原子を有するアルコキシル基を表し、
Mは、金属原子、例えばアンチモン、を表し、
Zは、ハロゲン原子、例えばフッ素、を表し、そして
tは、金属の原子価である。例えばアンチモンの場合は5である。

個々の実施例では、外側相は、複合バインダー調合物の全重量に対して、約0.1重量％から約15重量％までの一種以上のカチオン性光重合開始剤、例えば約1重量％から約10重量％までのチオン性光重合開始剤を含む。

典型的には、オニウム塩光重合開始剤は、イオドニウム錯塩又はスルホニウム錯塩を含む。有用な芳香族オニウム錯塩は、参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第4,256,828号(Smith)にさらに詳しく記載されている。芳香族イオドニウム錯塩の例としては、ジアリールイオドニウムヘキサフルオロホスフェート、又はジアリールイオドニウムヘキサフルオロアンチモネートなどがある。芳香族スルホニウム錯塩の例としては、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、p-フェニル（チオフェニル）ジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、又はスルホニウム（チオジ-4,1-フェニレン）ビス（ジフェニル-ビス（（OC-6-11）ヘキサフルオロアンチモネートなどがある。

芳香族オニウム塩は、普通、スペクトルの紫外領域でのみ感光性がある。しかし、知られている光分解性有機ハロゲン化合物に関する増感剤によって、スペクトルの近紫外領域及び可視領域に対して感光性を与えることができる。増感剤の例としては、芳香族アミン又は有色多環芳香族炭化水素などがあり、これは、参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第4,250,053号に記載されている。

好適な光活性型有機金属錯塩としては、参照することによってそれらの開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第5,059,701号(Keipert);同第5,191,101号(Palazzotto et al.); 及び同第5,252,694号(Willett ey al.)に記載されている。光活性型重合開始剤として有用な有機金属錯塩の例としては、(η⁶-ベンゼン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹SbF₆ ^-, (η⁶-トルエン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹AsF₆ ^-, (η⁶-キシレン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹SbF₆ ^-, (η⁶-クメン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹PF₆ ^-, (η⁶-キシレン(混合異性体))(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹SbF₆ ^-, (η⁶-キシレン(混合異性体))(η⁵-シクロペンタジエニル) Fe⁺¹PF₆ ^-, (η⁶-o-キシレン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹CF₃SO₃ ^-, (η⁶-m-キシレン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹BF₄ ^-, (η⁶-メシチレン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹SbF₆ ^-, (η⁶-ヘキサメチルベンゼン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹SbF₅OH^-, (η⁶-フルオレン)(η⁵-シクロペンタジエニル)Fe⁺¹SbF₆ ^-, 又はそれらの組み合わせなどがある。

任意に、有機金属塩触媒に促進剤、例えば第三級アルコールの蓚酸エステルを添加することができる。存在する場合、促進剤はバインダー調合物の全重量の約0.1重量％〜約4重量％の割合であることが望ましい。

市販されている有用なカチオン性光重合開始剤としては、例えばMinnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minn.から商品名「FX-512」の下で提供されている芳香族スルホニウム錯塩、Dow Chemical Co. から商品名「UVI-6974」の下で提供されている芳香族スルホニウム錯塩、又はChivacure 1176がある。

外側相は、任意に、光硬化するフリーラジカル多官能性アクリレートで有用な光重合開始剤を含んでもよい。フリーラジカル光重合開始剤の例としては、ベンゾフェノン（例えば、ベンゾフェノン、アルキル置換ベンゾフェノン、又はアルコキシ置換ベンゾフェノン）；ベンゾイン（例えば、ベンゾイン、ベンゾインエーテル、例えばベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、及びベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル、及びベンゾインアセテート）；アセトフェノン、例えばアセトフェノン、2,2-ジメトキシアセトフェノン、4-（フェニルチオ）アセトフェノン、及び1,1-ジクロロアセトフェノン；ベンジルケタール、例えばベンジルジメチルケタール、及びベンジルジエチルケタール；アントラキノン、例えば2-メチルアントラキノン、2-エチルアントラキノン、2-tertブチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン、及び2-アミルアントラキノン；トリフェニルフォスフィン；ベンゾイルフォスフィンオキシド、例えば2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド；チオキサントン又はキサントン；アクリジン誘導体；フェナゼン誘導体；キノキサリン誘導体；1-フェニル-1,2-プロパンジオン-2-O-ベンゾイルオキシム；1-アミノフェニルケトン又は1-ヒドロキシフェニルケトン、例えば1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、フェニル（1-ヒドロキシイソプロピル）ケトン及び4-イソプロピルフェニル（1-ヒドロキシイソプロピル）ケトン；又はトリアジン化合物、例えば、4'''-メチルチオフェニル-1-ジ（トリクロロメチル）-3,5-S-トリアジン、S-トリアジン-2-（スチルベン）-4,6-ビストリクロロメチル、又はパラメトキシスチリルトリアジンなどがある。

光重合開始剤の例は、ベンゾイン又はその誘導体、例えばα-メチルベンゾイン；U-フェニルベンゾイン；α-アリルベンゾイン；α-ベンジルベンゾイン；ベンゾインエーテル、例えばベンジルジメチルケタール（例えば、「IRGACURE 651」という商品名でCiba Specialty Chemicalsから入手可能）、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインnブチルエーテル；アセトフェノン又はその誘導体、例えば2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-1-プロパノン（例えば、「DARCOUR 1173」という商品名でCiba Specialty Chemicalsから入手可能）及び1-ヒドロキシシクロヘキシル・フェニル・ケトン（例えば、「IRGACURE 184」という商品名でCiba Specialty Chemicalsから入手可能）；2-メチル-1-[4-（メチルチオ）フェニル]-2-（4-モルフォリニル）-1-プロパノン（例えば、「IRGACURE 907」という商品名でCiba Specialty Chemicalsから入手可能）；２−ベンジル-2-（ジメチルアミノ）-1-[4-(4-モルフォリニル)フェニル]-1-ブタノン（例えば、「IRGACURE 369」という商品名でCiba Specialty Chemicalsから入手可能）；又はそれらのブレンドである。

別の有用な光重合開始剤としては、ピバロインエチルエーテル、アニソンエチルエーテル、アントラキノン類、例えばアントラキノン、2-エチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン、1,4-ジメチルアントラキノン、1-メトキシアントラキノン、ベンズアントラキノンハロメチルトリアジンなど；ベンゾフェノン又はその誘導体；上述したようなイオドニウム塩又はスルホニウム塩；チタン錯塩、例えばビス（η5-2,4-シクロペンタジエニル）ビス[2,-6-ジフルオロ-3-(1H-ピロリル)フェニル]チタン（やはりCiba Specialty Chemicalsから商品名「CG1784DC」で商業的に入手可能）；ハロメチルニトロベンゼン、例えば4-ブロモメチルニトロベンゼンなど；又はモノ−又はビス−アシルホスフィン（例えば、「IRGACURE 1700」、「IRGACURE 1800」、「IRGACURE 1850」、及び「DARCOUR 4265」という商品名でCiba Specialty Chemicalsから入手可能）などがある。好適な光重合開始剤は、上記の分子種のブレンド、例えばα-ヒドロキシ・ケトン／アクリルホスフィンオキシドブレンド（例えば、IRGACURE 2022という商品名でCiba Specialty Chemicalsから入手可能）などである。

さらに別の好適なラジカル光重合開始剤としては、化学線を吸収してフリーラジカルを生成することができ、アクリレートの重合を開始させることができるイオン性染料−対イオン化合物がある。例えば、欧州特許公開第2235874,772,53号、米国特許第4,751,102号, 同第4,772,53号及び同第4,772,541号を参照。これら４件の特許はすべて、参照によってそれらの全体が本明細書に組み込まれるものとする。

光重合開始剤は、バインダー調合物の全重量を基準として、約20重量％以下、例えば約10重量％以下、典型的には約5重量％以下の量で存在できる。例えば、光重合開始剤は、バインダー調合物の全重量を基準として、0.1重量％から20.0重量％、例えば0.1重量％から5.0重量％、又は最も典型的には0.1重量％から2.0重量％の量で存在するが、これらの範囲から外れた量も用いることができる。ある例では、光重合開始剤は少なくとも約0.1重量％、例えば少なくとも約1.0重量％、又は1.0重量％から10.0重量％までの量で存在する。

任意に、外側相に熱硬化剤を含めることができる。そのような熱硬化剤は、一般に成分の混合が行われる温度では熱的に安定している。エポキシ樹脂とアクリレートにおける熱硬化剤の例は、当業者に周知であり、その開示が参照によって本明細書に組み込まれるものとする、例えば米国特許第6,258,138号 (De Voe et al.) に記載されている。熱硬化剤はバインダー前駆物質中にどんな有効な量で存在してもよい。そのような量は、普通、バインダー調合物の全重量を基準として重量で約0.01重量％から約5.0重量％までの範囲にあり、望ましくは約0.025重量％から約2.0重量％までの範囲にあるが、この範囲から外れた量を用いることもできる。

外側相はまた、他の成分、例えば溶媒、可塑剤、架橋剤、連鎖移動剤、安定化剤、分散剤、硬化剤、反応助剤、及び分散の流動性を変える物質などを含んでもよい。例えば、外側相はまた、ポリオール、ポリアミン、線状又は分枝状ポリグリコール・エーテル、ポリエステル及びポリラクトンからなる群から選択される一種以上の連鎖移動剤を含むことができる。

別の例では、外側相は、付加的な成分、例えばヒドロキシ官能基又はアミン官能性成分及び添加剤を含むことがある。一般に、特定ヒドロキシ官能性成分は、欠乏硬化基（例えば、アクリレート−、エポキシ−、又はオキセタン基など）であり、光重合開始剤からなる群から選択されない。

外側相は、一種以上のヒドロキシ官能性成分を含んでもよい。ヒドロキシ官能性成分は、硬化後のバインダー調合物の機械的性質をさらに調整するのに役立つことがある。ヒドロキシ官能性成分としては、モノール（一つのヒドロキシ基を含むヒドロキシ官能性成分）又はポリオール（二つ以上のヒドロキシ基を含むヒドロキシ官能性成分）がある。

ヒドロキシ官能性成分の代表的な例は、アルカノール、ポリオキシアルキレングリコールのモノアルキルエーテル、アルキレングリコールのモノアルキルエーテル、アルキレン及びアリールアルキレングリコール、例えば1,2,4-ブタントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,3-ヘプタントリオール、2,6-ジメチル-1,2,6-ヘキサントリオール、(2R, 3R)-(-)-2-ベンジルオキシ-1,3,4-ブタントリオール、1,2,3-ヘキサントリオール、1,2,3-ブタントリオール、3-メチル-1,3,5-ペンタントリオール、1,2,3-シクロヘキサントリオール、1,3,5-シクロヘキサントリオール、3,7,11,15-テトラメチル-1,2,3-ヘキサデカントリオール、2-ヒドロキシメチルテトラヒドロピラン-3,4,5-トリオール、2,2,4,4-テトラメチル-1,3-シクロブタントリオール、1,3-シクロペンタントリオール、trans-1,2-シクロオクタンジオール、1,16-ヘキサデカンジオール、3,6-ジチア-1,8-オクタンジオール、2-ブチン-1,4-ジオール、1,2-又は1,3-プロパンジオール、1,2-又は1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7 -ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9 -ノナンジオール、1-フェニル-1,2-エタンジオール、1,2-シクロヘキサンジオール、1,5-デカリンジオール、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオール、2,2,4-トリメチルペンタン-1,3-ジオール、ネオペンチルグリコール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、2,7-ジメチル-3,5-オクタジイン-2-7-ジオール、2,3-ブタンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、分子量が約200〜約10,000のポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレングリコール、いろいろな分子量のポリテトラメチレングリコール、ポリ（オキシエチレン−オキシブチレン）ランダム又はブロックコポリマー、酢酸ビニルコポリマーの加水分解又は部分的加水分解によって形成されるペンダント（側基）のヒドロキシ基を含むコポリマー、ペンダントヒドロキシ基を含むポリビニルアセタル樹脂、ヒドロキシ官能性（例えば、ヒドロキシ末端）ポリエステル又はヒドロキシ官能性（例えば、ヒドロキシ末端）ポリラクトン、脂肪族ポリカーボネートポリオール（例えば、脂肪族ポリカーボネートジオール）、ヒドロキシ官能性（例えば、ヒドロキシ末端）ポリエーテル（例えば、数平均分子量が150-4000g/mol, 150-1500g/mol, 又は150-750g/molの範囲にあるポリテトラヒドロフランポリオール）、又はそれらの組み合わせである。ポリオールの例としては、さらに、脂肪族ポリオール、例えばグリセリン、トリメチロールプロパン、又は糖アルコール、例えばエリスリトール、キシリトール、マンニトール、又はソルビトールなど、がある。個々の実施形態では、バインダー調合物の外側相は、一種以上の脂環式ポリオール、例えば1,4-シクロヘキサンジメタノール、スクロース、又は4,8-ビス（ヒドロキシメチル）トリシクロ（5,2,1,0）デカンを含む。

外側相に適当なポリエーテルは、特に、ポリオール、例えば前述のポリオールの存在下での環状エーテルの開環重合によって得られる線状又は分枝ポリグリコール：ポリグリコールエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール又はポリテトラメチレングリコール、又はそれらのコポリマーなどである。

調合物の外側相に適当な別のポリエステルは、ポリオール及び脂肪族、環式脂肪族、又は芳香族多官能性カルボン酸（例えば、ジカルボン酸）に基づくポリエステル、又は特に、18℃から300℃、典型的には18℃から150℃の温度で液体であるすべての対応する飽和ポリエステル、典型的にはコハク酸エステル、グルタル酸エステル、アジピン酸エステル、クエン酸エステル、フタル酸エステル、イソフタル酸エステル、テレフタル酸エステル、又はアルコール成分がモノマー又はポリマーポリオールの、例えば上記の種類のポリオールの対応する水素添加産物のエステルなどである。

その他のポリエステルとしては、脂肪族ポリラクトン、例えばε-ポリカプロラクトン、又はポリカーボネート、例えばジオールとホスゲンのポリ縮合によって得られるものがある。外側相では、平均分子量が500から100,000のビスフェノールAのポリカーボネートを用いるのが典型的である。

外側相の粘度を変え、特に粘度を低下させる又は液化するために、ポリオール、ポリエーテル又はポリエステル、又はそれらの混合物は、必要な場合、別の適当な補助物質、特に溶媒、可塑剤、希釈剤などと混合してもよい。ある実施形態では、本組成物は、バインダー調合物の全重量に対して、約15重量％以下、例えば約10重量％以下、約6重量％以下、約4重量％以下、約2重量％以下、又は約0重量％のヒドロキシ官能性成分を含む。ある例では、バインダー調合物は、実質的な量のヒドロキシ官能性成分を含まない。実質的な量のヒドロキシ官能性成分を含まないと、バインダー調合物又はそれによって得られる製品の吸湿性が減少する。

アルキレンオキシドとの縮合産物を形成するためのヒドロキシ又はアミン官能性化合物の例は、3から20炭素原子を有するポリオール、（C8-C18）脂肪酸（C1-C8）アルカノールアミド、例えば脂肪酸エタノールアミド、脂肪アルコール、アルキルフェノール、又は2から5炭素原子を有するジアミンである。これらの化合物をアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、又はそれらの混合物と反応させる。反応は、ヒドロキシ又はアミンを含有する化合物のアルキレンオキシドに対するモル比を、例えば1:2から1:65として行われる。縮合生成物は、典型的には重量平均分子量が約500から約10,000、分枝状、環状、線状であり、ホモポリマー、コポリマー、又はターポリマーである。

外側相はさらに、粒状充填剤の表面に作用し改質する分散剤を含んでもよい。例えば、分散剤は、有機シロキサン、官能化された有機シロキサン、アルキル置換ピロリドン、ポリオキシアルキレンエーテル、エチレンオキシドプロピレンオキシドコポリマー又はそれらの組み合わせである。いろいろな粒状充填剤、特にシリカ充填剤では、好適な表面改質剤はシロキサンなどである。

シロキサンの例としては、官能化シロキサン又は非官能化シロキサンがある。シロキサンの一例は、次の化学式によって表される化合物である。

上式において、各Rは、独立に、置換された又は置換されない、線状、分枝、又は環状C1-10アルキル、C1-10アルコキシ、置換された又は置換されないアリール、アリールオキシ、トリハロアルキル、シアノアルキル又はビニル基であり、B₁又はB₂は、水素、シロキシ基、ビニル、シラノール、アルコキシ、アミン、エポキシ、ヒドロキシ、（メタ）アクリレートメルカプト又は疎溶媒性の基、例えば親油性又は親水性（例えば、アニオン性、カチオン性）の基である；nは約1から約10,000まで、特に約1から約100までの整数である。

一般に、官能化されたシロキサンは、分子量が約300から約20,000までの範囲にある化合物である。そのような化合物は、例えば、General Electric Company又はGoldschmidt, Inc. から市販されている。典型的な官能化されたシロキサンは、アミン官能化シロキサンであり、官能基は普通、シロキサンの末端にある。

有機シロキサンの例としては、Silwetという商品名でWitco Corporationから市販されているものがある。このような有機シロキサンは、普通、重量平均分子量が約350から約15,000までの範囲にあり、水素又はC1-C4アルキルでキャップされ、加水分解可能又は不能である。典型的な有機シロキサンは、Silwet L-7602, L-7604及びL-7605という商品名で市販されているもので、これはポリアルキレンオキシド改質ジアルキルポリシロキサンである。

好適なアニオン性分散剤の例としては、（C8-C16）アルキルベンゼンスルホネート、（C8-C16）アルカンスルホネート、（C8-C18）α−オレフィンスルホネート、α−スルホ（C8-C16）脂肪酸メチル・エステル、（C8-C16）脂肪アルコールスルフェート、モノ−又はジ−アルキルスルホスクシネートで各アルキルが独立に（C8-C16）アルキル基であるもの、アルキルエーテルスルフェート、カルボン酸の（C8-C16）塩又は約8〜約18個の炭素原子の脂肪鎖を有するイセチオネート、例えばジエチルヘキシルスルホスクシネートナトリウム、メチルベンゼンスルホネートナトリウム、又はビス（2-エチルヘキシル）スルホスクシネートナトリウム（例えば、Aerosol OT又はAOT）などがある。

典型的には、分散剤は、有機シロキサン、官能化有機シロキサン、アルキル置換ピロリドン、ポリオキシアルキレンエーテル、又はエチレンオキシドプロピレンオキシドブロックコポリマーから選択される化合物である。

市販されている分散剤の例としては、環状有機シリコーン（例えば、SF1204, SF1256, SF1328, SF1202 (デカメチル−シクロペンタシロキサン（ペンタマー）),SF1258, SF1528, Dow Corning 245 fluids, Dow Corning 246 fluids, ドデカメチル−シクロ−ヘキサシロキサン（ヘキシマー）、及びSF1173）；オリゴマーを含む線状シリコン（例えば、Dow Corning 200(R) fluids)；Silwet L-7200, Silwet L-7600, Silwet L-7602, Silwet L-7605, Silwet L-7608, 又はSilwet L-7622；非イオン性界面活性剤（例えば、Triton X-100, Igepal CO-630, PVP series, Airvol 125, Airvol 305, Airvol 502, 及びAirvol 205）；有機ポリエーテル（例えば、Surfynol 420, Surfynol 440, 及びSurfynol 465）；又はSolsperse 41000などがある。

別の市販されている分散剤の例としては、SF1173 (GE Siliconesから)；有機ポリエーテル、例えばSurfynol 420, Surfynol 440, 及びSurfynol 465 (Air Products Inc.から)；Silwet L-7200, Silwet L-7600, Silwet L-7602, Silwet L-7605, Silwet L-7608,又はSilwet L-7622 (Witcoから)；又は非イオン性界面活性剤、例えばTriton X-100 (Dow Chemicalから)、Igepal CO-630 (Rhodiaから)、PVPシリーズ（ISP Technologyesから）及びSolsperse 41000 (Aveciaから)などがある。

分散剤の量は、0重量％から5重量％までの範囲にある。より典型的には、分散剤の量は、0.1重量％から2重量％までの範囲にある。シランは普通、ナノサイズ粒状充填剤の表面上の分子量表面活性部位に対して40モル％から200モル％までの濃度で、特に60モル％から150モル％までの濃度で用いられる。一般に、バインダー調合物は、バインダー調合物の全重量を基準として、約5重量％以下の、例えば約0.1重量％から約5.0重量％までの分散剤を含む。

ある特定実施形態では、バインダー調合物は、バインダー調合物の全重量を基準として、約10重量％から約90重量％のカチオン重合可能な化合物、約40重量％以下のラジカル重合可能な化合物、及び約5重量％から約80重量％の粒状充填剤を含む。バインダー調合物成分の量の合計は100重量％になることは言うまでもなく、したがって、一つ以上の成分の量が指定されると、他の成分の量は合計が100重量％以下になるように対応する。

カチオン重合可能な化合物は、例えば、エポキシ官能性成分又はオキセタン官能性成分を含む。例えば、バインダー調合物は、バインダー調合物の重量を基準として約10重量％から約60重量％のカチオン重合可能な化合物、例えば約20重量％から約50重量％のカチオン重合可能な化合物を含んでもよい。例示的なバインダー調合物は、約20重量％以下の、例えば約5重量％から約20重量％の脂肪族アルコール、脂肪族ポリオール、ポリエステルポリオール、又はポリエーテルポリオールのモノ又はポリグリシジルエーテルを含むことができる。例示的なバインダー調合物は、約50重量％以下の、例えば約5重量％から約50重量％のポリエーテル骨格を有する成分、例えばポリテトラメチレンジオール、ポリテトラメチレンジオールのグリシジルエーテル、ポリテトラメチレンジオール又は一つ以上のポリカーボネート基を含むポリテトラメチレンジオールのアクリレートを含むことができる。

上記した例のラジカル重合可能な化合物は、例えば、一つ以上のメタクリレート基を、例えば少なくとも三つのメタクリレート基を有する成分を含む。別の例では、バインダー調合物は、約30重量％以下の、例えば約20重量％以下の、約10重量％以下の、又は約5重量％以下のラジカル重合可能な化合物を含む。

調合物はさらに、約20重量％以下の、例えば約0.1重量％から約20重量％までのカチオン性光重合開始剤、又は約20重量％以下の、例えば約0.1重量％から約20重量％までのラジカル光重合開始剤を含んでもよい。例えば、バインダー調合物は約10重量％以下の、例えば約5重量％以下のカチオン性光重合開始剤を含むことができる。別の例では、バインダー調合物は約10重量％以下の、例えば約5重量％以下のフリーラジカル光重合開始剤を含むことができる。

粒状充填剤は分散したサブミクロン粒状物質を含む。一般に、バインダー調合物は5重量％から80重量％までの、例えば5重量％から60重量％までの、例えば5重量％から50重量％までの、又は20重量％から45重量％までのサブミクロン粒状充填剤を含む。個々の実施形態では、少なくとも約5重量％の粒状充填剤、例えば少なくとも約10重量％又は少なくとも約20重量％の粒状充填剤を含む。ある特定実施形態では、粒状充填剤は溶液形態の粒状シリカであり、ポリマー成分にコロイド状に分散される。例示的なバインダー調合物はさらに、有機シロキサン、官能化有機シロキサン、アルキル置換されたピロリドン、ポリオキシアルキレンエーテル、及びエチレンオキシドプロピレンオキシドコポリマーから選択された約5重量％以下の分散剤、例えば0.1重量％から5重量％までの分散剤を含むことができる。

ある特定実施形態では、バインダー調合物は、ナノ複合エポキシ又はアクリレート前駆物質、すなわち、サブミクロン粒状充填剤を含む前駆物質を混合して形成される。例えば、バインダー調合物は、約90重量％以下のナノ複合エポキシを含み、アクリル前駆物質を、例えば50重量％以下のアクリル前駆物質を含むことができる。別の例では、ナノ複合アクリル前駆物質がエポキシと混合される。

ポリマー又はモノマー構成成分から成る外側相を含み、分散した粒状充填剤を含むバインダー調合物を用いて、被覆研磨用品のメークコート、サイズコート、コンプライアンスコート（compliant coat）又はバックコートを形成できる。メークコートを形成する例示的なプロセスでは、バインダー調合物が基材にコーティングされ、研磨材粒子がメークコートに塗布され、メークコートが硬化される。メークコートと研磨材粒子の上にサイズコートを塗布できる。別の例示的なプロセスでは、バインダー調合物が研磨材粒子とブレンドされて研磨材スラリーが作られ、それが基材に塗布され硬化される。あるいはまた、研磨材スラリーが型に注入される形で塗布され、硬化されてボンデッド研磨用品が形成される。

研磨材粒子は、シリカ、アルミナ（溶融又は焼結）、ジルコニア、ジルコニア／アルミナ酸化物、炭化ケイ素、ガーネット、ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素、窒化ケイ素、セリア、二酸化チタン、二ホウ化チタン、炭化ホウ素、酸化錫、炭化タングステン、炭化チタン、酸化鉄、クロミア、フリント、エメリーなどの研磨材粒子の組み合わせの何れによって構成してもよい。例えば、研磨材粒子は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ガーネット、ダイアモンド、共融アルミナジルコニア、セリア、二ホウ化チタン、炭化ホウ素、フリント、エメリー、窒化アルミナ、及びそれらのブレンドからなる群から選択することができる。特定の実施形態は、主にアルファアルミナから成る濃い研磨材粒子を用いて作り出された。

研磨材粒子はまた特定の形を有することもできる。そのような形の例としては、棒状、三角形、ピラミッド、円錐、中実の球、中空の球などがある。あるいはまた、研磨材粒子は不規則な形であってもよい。

研磨材粒子は、一般に、平均粒径が2000ミクロン以下、例えば約1500ミクロン以下、である。別の例では、研磨材粒子の粒径は750ミクロン以下、例えば約350ミクロン以下、である、例えば、研磨材粒子の粒径は少なくとも0.1ミクロン、例えば約0.1ミクロンから約1500ミクロンまで、より典型的には約0.1ミクロンから約200ミクロンまで、又は約1ミクロンから約100ミクロンまでである。研磨材粒子の粒径は、普通、研磨材粒子の最大寸法であると指定される。一般に、粒径には分布範囲がある。場合によっては、粒径分布は厳しく統制される。

研磨材粒子とバインダー調合物を含むブレンドされた研磨材スラリーでは、研磨材粒子が研磨材スラリーの重量の約10%から約90%、例えば約30%から約80%を占める。

研磨材スラリーはさらに、研磨効率と切削速度を高めるために研磨助剤を含んでもよい。有用な研磨助剤は、無機物をベースとしたもの、例えばハロゲン塩、例えばナトリウム氷晶石やテトラフルオロホウ酸カリウムなど、又は有機物をベースとしたもの、例えば塩素化ワックス、例えばポリ塩化ビニルなど、があり得る。ある特定実施形態は、氷晶石とテトラフルオロホウ酸カリウムを、1ミクロンから80ミクロンまでの粒径で、最も典型的には5ミクロンから30ミクロンまでの粒径で含む。研磨助剤の重量パーセントは、一般にスラリー全体（研磨材粒子を含む）の約50%以下、例えば約0%から50%まで、最も典型的には約10%から30%までである。

硬化して研磨用品になると、バインダーは一般に研磨材粒子を基材上に、又は表面構造又は接着構造の内部に固定するように働く。バインダーの性能は、標準的な研磨材粒子でバインダー調合物を変えて研磨用品を作ることによって決定できる。ある特定の例では、バインダーは、以下の実施例の項で説明するようなRz性能テストで測定されるRz性能が約3.0以下である。例えば、バインダーのRz性能は、約2.75以下、例えば約2.5以下、又は約1.5以下であってよい。

バインダーは、さらに、以下の実施例の項で説明するような物質除去性能テストで測定される物質除去性能（Stock Removal Performance）が少なくとも約0.7gである。例えば、物質除去性能は少なくとも約0.9g、例えば少なくとも約1.0g、又は少なくとも約1.1gであってよい。

別の例では、バインダーは硬化後に、少なくとも約500MPa、例えば少なくとも約750MPa、というヤング率を示す。例えば、バインダーの示すヤング率は、少なくとも約3100MPa (450ksi)、少なくとも約4067MPa (590ksi)、少なくとも約5615MPa (815ksi)、少なくとも約5684MPa (825ksi)、又は少なくとも約6132MPa (890ksi)であってよい。バインダーは硬化後に、少なくとも約1.0%の破断時の伸びを示す。例えば、バインダーの示す破断時の伸びは、少なくとも約1.7%、少なくとも約2.2%、少なくとも約4.0%、少なくとも約9.0%、又は少なくとも約11.0%であってよい。ある特定の例では、バインダーは少なくとも約4065MPaのヤング率、及び少なくとも約9%の破断時の伸びを示す。別の例では、バインダーは少なくとも約3100 MPa のヤング率、及び少なくとも約11.2%の破断時の伸びを示す。さらに別の例では、バインダーは少なくとも約5615 MPa のヤング率、及び少なくとも約4.0%の破断時の伸びを示す。さらに、バインダーは硬化後に、少なくとも約20MPaの引っ張り強度、例えば少なくとも約30MPa、又は少なくとも約40MPaの引っ張り強度を示す。

図１は、被覆研磨用品１００のある例示的な実施形態を示す。被覆研磨用品１００は基材又は支持部材１０２に固定された研磨材粒子１０６を含む。一般に、研磨材粒子１０６はメークコート１０４によって基材１０２に固定される。メークコート１０４はバインダーを含み、普通、それは硬化したバインダー調合物である。

被覆研磨用品１００はさらに、メークコート１０４と研磨材粒子１０６の上に載ったサイズコート１０８を含んでもよい。サイズコート１０８は一般に研磨材粒子１０６を基材１０２にさらに固定する機能を有し、研磨助剤を含んでもよい。サイズコート１０８は一般に硬化したバインダー調合物で構成され、それはメークコートのバインダー調合物と同じであっても異なっていてもよい。

被覆研磨用品１００はまた、オプションとして、バックコート１１２を含んでもよい。バックコート１１２は静電気防止層として機能し、研磨材粒子が基材１０２の裏面に付着するのを防止し、研磨時に削り屑が電荷をためることを防止する。別の例では、バックコート１１２は基材１０２の強度を高め、基材１０２を環境的な曝露から保護するように働く。別の例では、バックコート１１２はコンプライアンス層としても作用する。コンプライアンス層は、メークコート１０４と基材１０２の間の応力を緩和するように働く。

基材１０２は柔軟であっても硬くてもよい。基材１０２は、被覆研磨用品の製造で通常用いられる材料を含むいろいろな材料から作ることができる。柔軟な基材の例としては、ポリオレフィンフィルム（例えば、二軸延伸ポリプロピレンを含むポリプロピレン）、ポリエステルフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート）、ポリアミドフィルム、セルロースエステルフィルムなどのポリマーフィルム（プライムコーティングサレタフィルムを含む）、金属ホイル、メッシュ、フォーム（例えば、天然スポンジ材料、又はポリウレタン・フォーム）、クロス（例えば、ポリエステル、ナイロン、シルク、木綿、ポリコットン、又はレーヨンなどを含む繊維又はヤーンから作られる布）、紙、加硫紙、加硫ゴム、加硫ファイバー、不織布、又はそれらの組み合わせ、又はそれらを処理したものなどがある。クロス基材は、織られていてもステッチ結合でもよい。個々の例では、基材１０２は、ペーパー、ポリマーフィルム、クロス、コットン、ポリコットン、レーヨン、ポリエステル、ポリナイロン、加硫ゴム、加硫ファイバー、金属ホイル、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。他の例では、基材１０２は、ポリプロピレンフィルム又はポリエチレンテレフタレート（PET）フィルムを含む。

基材１０２は、任意に、含浸層（saturant）、プレサイズ層、又はバックサイズ層の少なくとも一つを含む。これらの層の目的は、普通、基材１０２をシールする、又は基材１０２の糸や繊維を保護することである。基材１０２がクロス材料である場合、普通はこれらの層のうち少なくとも一つが用いられる。プレサイズ層又はバックサイズ層の追加は、さらに、基材の表側又は裏側に“よりなめらかな”表面を生ずる。当業者に公知の他のオプショナルな層も用いることができる（例えば、結合層（タイ層）；参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第5,700,302号(Stoetzel et al.)を参照されたい）。

静電気防止剤をクロス処理物質に含めることができる。静電気防止剤は、被覆研磨用品が木材又は木材様の材料を研磨するときに静電気がたまる傾向を減少させる。静電気防止基材及び基材処理についてさらに詳しいことは、参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第5,108,463号(Buchanan et al.);同第5,137,542号(Buchanan et al.);同第5,328,716号(Buchanan et al.); 及び同第5,560,753 (Buchanan et al.)号に認めることができる。

基材１０２は、参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第5,417,726号(Stout et al.)に記載されているような繊維強化された熱可塑プラスチック、又は例えば米国特許第5,573,619号(Benedict et al.)に記載されているようなエンドレスの継ぎ目なしのベルトであってもよい。同様に、基材１０２は、参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第5,505,747号(Chesley et al.)に記載されているようなかぎ状のフックが突出しているポリマー基板であってもよい。同様に、基材１０２は、参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、例えば米国特許第5,565,011号(Follett et al.)に記載されているようなループ織物であってもよい。

別の例では、感圧接着剤が被覆研磨用品の裏側に組み込まれ、その被覆研磨用品をパッドに固定できるようになっている。感圧接着剤の例としては、ラテックス、クレープ、松脂、アクリルポリマー又はコポリマー、例えばポリアクリレートエステル（例えば、ポリ（ブチルアクリレート））、ビニルエーテル（例えば、ポリ（ビニルｎブチルエーテル））、アルキド接着剤、ゴム接着剤（例えば、天然ゴム、合成ゴム、及び塩素化ゴム）、又はそれらの混合物などがある。

硬い基材の例としては、金属プレート、セラミックプレートなどがある。適当な硬い基材の別の例は、参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、米国特許第5,417,726号(Stout et al.)に記載されている。

被覆研磨用品、例えば図１の被覆研磨用品１００は、基材にバインダー調合物又は研磨スラリーをコーティングすることによって形成される。任意に、基材にメークコートをコーティングする前にコンプライアンスコート又はバックコートをコーティングすることができる。普通、バインダー調合物が基材に塗布されてメークコートを形成する。ある実施形態では、研磨材粒子がバインダー調合物とブレンドされて研磨材スラリーを形成した後に基材に塗布される。あるいはまた、バインダー調合物を基材に塗布してメークコートを形成し、研磨材粒子がメークコートに、静電的方法や空気圧法などの方法によって注入される。バインダー調合物は、熱的方法又は化学線への曝露などの方法によって硬化される。

任意に、メークコート及び研磨材粒子の上にサイズコートが塗布される。サイズコートは、メークコートを硬化させる前に塗布して、メークコートとサイズコートを同時に硬化させることもできる。あるいはまた、サイズコートの塗布の前にメークコートを硬化させ、サイズコートは別に硬化させることもできる。

メークコート、サイズコート、コンプライアンスコート又はバックコートを形成するバインダー調合物は、コロイド状バインダー調合物を含んでもよい。コロイド状バインダー調合物はサブミクロンの粒状充填剤、例えば狭い粒径分布を有するナノサイズ粒状充填剤を含んでもよい。ある特定実施形態では、コロイド状バインダー調合物を硬化させてメークコートを形成する。あるいはまた、コロイド状バインダー調合物を硬化させて、任意にコンプライアンスコート又は任意にバックコートを形成することができる。

個々の実施形態では、コートと研磨材粒子をパターン化して構造を形成してもよい。例えば、メークコートをパターン化して、研磨用品の性能を高める表面構造を形成することができる。パターンは、例えば建材用グラビア印刷装置を用いてコートにプレス又は圧延で印刷して、構造化(structured)又は工学化(engineered)的研磨材を形成することができる。

工学化又は構造化研磨材の例が図２に示されている。構造化研磨材は、基材上に成形された有形の構造物が配設された被覆研磨材である。構造化研磨材の例は、参照することによってその開示内容が本明細書に組み込まれたものとする、米国特許第6,293,980号に記載されている。構造化研磨材は、基材２０２と研磨材粒子を含む層２０４を含む。基材２０２は、図１の基材１０２に関して上記したような材料から作られる。一般に、層２０４はパターン化されて表面構造物２０６を有する。

層２０４は一つ以上のコートとして形成することができる。例えば、層２０４はメークコート及び任意にサイズコートを含んでもよい。層２０４は、一般に研磨材粒子とバインダーを含む。ある例示的な実施形態では、研磨材粒子はバインダー調合物とブレンドされて研磨材スラリーを形成する。あるいはまた、研磨材粒子は、バインダーが基材２０２にコーティングされた後にバインダーに加えてもよい。任意に、機能性パウダーを層２０４の上に散布して層２０４がパターンを形成する工具に付着することを防ぐことができる。

メークコート又はサイズコートのバインダーは、コロイド状バインダーであって、硬化してバインダーを形成する調合物は粒状充填剤を含むコロイド状懸濁物であってもよい。あるいはまた、又はそれに加えて、バインダーはサブミクロン粒状充填剤を含むナノ複合バインダーである。

構造的研磨用品２００は、オプションとしてコンプライアンスコート及びバックコート（図示せず）を含んでもよい。これらのコートは上述のように機能する。

さらに別の例では、コロイド状バインダー調合物を用いて図３に示されている研磨用品３００のようなボンデッド研磨用品が形成される。ある特定実施形態では、コロイド状バインダー調合物と研磨材粒子がブレンドされて研磨材スラリーを形成する。この研磨材スラリーが鋳型に加えられ、コロイド状バインダー調合物が硬化される。得られた研磨用品、例えば研磨用品３００，は所望の形でナノ複合バインダーに結合された研磨材粒子を含む。

ある特定の実施形態では、研磨用品はナノ複合前駆物質と他のポリマー前駆物質や構成成分をブレンドして形成される。例えば、ナノサイズの粒状充填剤とエポキシ前駆物質を含むナノ複合エポキシ前駆物質がアクリル前駆物質と混合されてナノ複合バインダー調合物が形成される。このバインダー調合物が基板、例えば基材又は鋳型に塗布される。研磨材粒子も基板に塗布され、バインダー調合物が硬化される。

ナノ複合バインダーが被覆研磨用品のメークコートを形成する場合、ナノ複合バインダー調合物が基材に塗布され、調合物の上に研磨材粒子が塗布される。あるいはまた、バインダー調合物が研磨材粒子上に塗布されてサイズコートを形成する。別の例では、バインダー調合物と研磨材粒子がブレンドされ、同時に塗布されて基板上にメークコートを形成する、又は鋳型を充填する。一般に、バインダー調合物は、熱エネルギー又は化学線、例えば紫外線、を用いて硬化される。

上述したバインダー調合物、バインダー、研磨用品、そしてそれを形成する方法の実施形態はきわめて大きな利点がある。例えば、上述のバインダー調合物から形成される研磨用品は、研磨材粒子の損失が少なく、表面の質が改善される。例えば、細かい研磨材粒子、例えば200ミクロン以下の研磨材粒子が用いられる場合、レンズの光学的な品質や金属加工品の光沢仕上げが改善される。さらに、いくつかの実施形態では、研磨用品の寿命が伸び、研削及び研磨ステップのコスト減少につながり、製品のコストも減少する。

バインダーの性能は標準化された研磨用品の構成でバインダー調合物を試験して決定される。ある特定の試験では、バインダー調合物は研磨材粒子とメークコートの上のサイズコートとして用いられる。研磨材粒子はTreibacher (BFRPL) P180 grittの80ミクロン熱処理半破砕性酸化アルミニウムであり、メークコートはUV硬化性アクリレートから形成される。研磨材粒子とメークコートはポリエステル基材に載っている。

寸法が1インチ x 30インチの研磨材テープがマイクロ仕上げ試験機に取り付けられる。1045鋼で作られた直径1.983インチのワークピース・リングが装置に挿入される。試験の間、ワークピースはその中心軸のまわりで両方向に回転し、また中心軸に沿って前後に振動する。冷却剤としてミネラルシールオイルがワークピースに加えられる。IMPCOから提供されたセグメンテッドIndia stoneで作られたシューが研磨材テープを裏からサポートする。マイクロ仕上げ試験機の設定は、1.25にセットされた駆動モーター・キー、14にセットされた回転数、2.5にセットされた振動モーター・キー、及び75psiにセットされた圧力を含む。これらの条件は、210RPM及び5HZの振動で約5秒というサイクル時間を与える。

試験の前に、ワークピース・リングは100ミクロン・フィルム（Q151）を用いて前処理された後、研磨材を含まない洗浄剤で洗浄され、空気乾燥される。リングとリング表面の初期測定が行われる。リングの重量がToledo PB 303スケールを用いて測定される。表面の質は、Taylor-Hobson Surtronic 3+を用いて測定される。リングが装置に取り付けられ、研磨材テープが挿入される。リングは各方向に5秒間研磨された後、洗浄され、測定される。

バインダーのRz性能と物質除去性能（Stock Removal Performance）が、リング表面のRzとリングから除去される物質によって決定される。Rzは、表面の平均最大高さである。Rz性能は、ワークピースのRz測定値にバインダー調合物が及ぼす効果を測定する。物質除去性能は、物質除去速度にバインダー調合物が及ぼす効果を測定する。あるいはまた、物質除去はリングの直径の減少で示される。

実施例１
本実施例は、バインダーの性能、すなわちRz性能と物質除去性能、に粒状充填剤の装荷量が及ぼす影響を示す。サンプル研磨用品のサイズコートは、Hanse Chemieから入手できるNanopox XP 22/0314を含むバインダー調合物から形成される。これは、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキシルカルボキシレートと40重量％のコロイド状シリカ粒状充填剤を含むエポキシ樹脂である。このバインダー調合物は、また、UVR 6105を含み、これは3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキシルカルボキシレートを含み、粒状充填剤を含まない。バインダー調合物は、さらに、ポリオール（4,8-ビス（ヒドロキシメチル）トリシクロ(5,2,1,0)デカン）、カチオン性光重合開始剤（Chivacure 1176）、ラジカル光重合開始剤（Irgacure 2022, Chiba（登録商標）から入手できる）、及びアクリレート前駆物質（SR 399, ジペンタエリスリトール、Atofina-Sartomer, Exton, PA, から入手できる）を含む。表１は、バインダー調合物における成分の濃度と得られるRz性能及び物質除去性能を示す。

この実施例に示されるように、16.00重量％の粒状充填剤を含むサンプル1.3で、Rz性能は最小値2.95に到達し、物質除去性能は最大値1.14に到達する。

実施例２
別の実施例では、ポリオール分子種がRz性能、物質除去性能、ガラス転位温度（Tg）、及び弾性率に及ぼす影響が測定される。サンプル研磨用品のサイズコートを形成するバインダー調合物は、Terathane 250, Terathane 1000, 4,8-ビス（ヒドロキシメチル）トリシクロ(5.2.1.0)デカン、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、及び1,5-ペンタンジオールからなる群から選択される一種のポリオールを含む。選択されたポリオールは、Nanopox XP 22/0314, Irgacure 2022, Chivacure 1176, 及びNanocryl XP21/0940と混合される。Nanocryl XP21/0940は、50重量％のコロイド状シリカ粒状充填剤を含むアクリレート前駆物質（テトラアクリレート）であり、Hanse Chemie, Berlin, から入手できる。濃度と結果を表２に示す。

1,5-ペンタンジオールを含むサンプル2.5は、Rz性能が1.43と最小であるが、物質除去性能は低い。1.00gという最高の物質除去性能は、4,8-ビス（ヒドロキシメチル）トリシクロ(5.2.1.0)デカンで形成されるサンプル2.3で見られる。サンプル2.3は、また、弾性率が3258MPa、Tgが139.8とこの実施例のサンプルでは最高である。

実施例３
この実施例では、アクリレート・モノマーのタイプがRz性能及び物質除去性能に及ぼす影響がテストされる。三種のアクリレート樹脂（Nanocryl XP21/0940（テトラアクリレート）、Nanocryl XP21/0930（ジアクリレート）、及びNanocryl XP21/0954（トリメチロールプロパンエトックストリアクリレート）、各50重量％のコロイド状シリカ粒状充填剤を含み、いずれもHanse Chemieから入手できる）がテストされる。サイズコートのバインダー調合物はさらに、Nanopox XP 22/0314、1,5-ペンタンジオール、Irgacure 2022、及びChivacure 1176を含む。組成及び結果を表３に示す。

Nanocryl XP21/0940を含むサンプル3.4が最小のRz性能を示し、物質除去性能はこの実施例の他のサンプルと同程度である。

実施例４
さらに別の実施例で、エポキシ・モノマーがRz性能と物質除去性能に及ぼす影響がテストされる。ナノサイズのシリカ粒状充填剤を有する二つのエポキシ成分（Nanopox XP 22/0314とNanopox XP 22/0516（ビスフェノールAジグリシジルエーテル）、各Hanse Chemieから入手できる）の濃度を変える。さらに、オキセタン成分、OXT-212（3-エチル-3-(2-エチルヘキシルオキシメチル)オキセタン）、が含まれる。ポリオール（Terathane 250）及び光触媒（Chivacure 1176）が含まれる。組成と結果を表４に示す。

サンプル4.4が最小のRz性能2.00を示している。他のサンプル（4.1、4.2、及び4.3）は同程度のRz性能2.65-2.75を示している。各サンプルは同程度の物質除去性能（0.69-0.74ｇ）を示している。

実施例５
別の実施例では、表５に示されるバインダー調合物を有するサイズコートを用いてサンプルが調製される。バインダー調合物は、Nanopox A610を加えて得られるナノサイズ充填剤粒子と平均粒径が3ミクロンのミクロンサイズ充填剤（NP-30及びATH S-3）の両方を含む。NP-30は、平均粒径が約3ミクロンの球形シリカ粒子を含む。ATH S-3は、平均粒径が約3ミクロンの非球形無水アルミナ粒子を含む。サンプルのヤング率は8.9GPa（1300ksi）、引っ張り強度が77.2MPa（11.2ksi）、そして破断時の伸びは1%である。さらに、この調合物で形成されるサイズコートを有する研磨用品は、Rz性能は1.75であり、物質除去性能は0.0082mmである。物質除去性能は上の実験方法で記載されたテスト・リングの直径の変化0.0082mmによって示されている。

上記した事項は、例示的なものであって、制限的ではないと考えるべきであり、添付された特許請求の範囲が、本発明の真の範囲に含まれるすべての変更、補強、及びその他の実施形態を包含するものとする。

例示的な被覆研磨用品を示す断面図である。 例示的な構造研磨用品を示す断面図である。 例示的なボンデッド研磨用品を示す斜視図である。

Claims (5)

1. 研磨材粒子と、バインダー組成物とを含む研磨用品であって、該バインダー組成物が、該バインダー組成物の重量を基準として、
   20重量％〜80重量％の、カチオン硬化可能なポリマー成分の外側相にコロイド状に分散された二酸化ケイ素のコロイド状懸濁物であって、二酸化ケイ素は、3nm〜50nmの平均粒径及び該平均粒径の二倍以下の半値幅をもった粒径分布を有している、コロイド状懸濁物、
   10重量％〜60重量％のエポキシ官能性成分、及び
   20重量％以下のラジカル重合可能な化合物
   を含むことを特徴とする研磨用品。
2. 該ラジカル重合可能な化合物が３〜６個の（メタ）アクリレート基を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨用品。
3. 研磨用品を形成する方法であって：
   基材上にバインダー組成物及び研磨材粒子を用意するステップであって、該バインダー組成物が、該バインダー組成物の重量を基準として、
   20重量％〜80重量％の、カチオン硬化可能なポリマー成分の外側相にコロイド状に分散された二酸化ケイ素のコロイド状懸濁物であって、二酸化ケイ素は、3nm〜50nmの平均粒径及び該平均粒径の二倍以下の半値幅をもった粒径分布を有している、コロイド状懸濁物、
   10重量％〜60重量％のエポキシ官能性成分、及び
   20重量％以下のラジカル重合可能な化合物
   を含むステップ；及び
   該バインダー組成物を硬化させるステップ；
   を含むことを特徴とする方法。
4. 用意する前記ステップは、研磨材粒子を該バインダー組成物と混合し、該バインダー組成物及び該研磨材粒子を該基板にコーティングすることによって実行されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 用意する前記ステップは、まず該バインダー組成物を該基板にコーティングし、その後でそのコーティングの上に該研磨材粒子をコーティングすることによって実行されることを特徴とする請求項３に記載の方法。

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