DE3012332A1

DE3012332A1 - Fein-polier-suspension und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE3012332A1
Application number: DE19803012332
Authority: DE
Inventors: Paul Joseph Yancey
Original assignee: La Pierre Synthetique Baikowski SA
Current assignee: La Pierre Synthetique Baikowski SA
Priority date: 1979-08-08
Filing date: 1980-03-29
Publication date: 1981-02-26
Also published as: US4242842A; DE3012332C2; JPS5757511B2; FR2463173B1; JPS5626971A; FR2463173A1

Description

Anmelder: La Pierre Synthetique Baikowski, S.A.

13, Avenue Des Romains, 74001 Annecy Cedex, Frankreich

Fein-Polier-Suspension lind Verfahren zur Herstellung derselben.

Die Erfindung betrifft eine dauerhafte, flüssige Fein-Polier-Suspension und ein verfahren zur Herstellung derselben, insbesondere dauerhafte Suspensionen von feinem Polierartikeln in nicht trocknenden, ungiftigen und eingedickten Medien auf Glyzerinbasis.

Das Polieren,als Form des L4|?pens, beinhaltet im wesentlichen den Einsatz von abrasiven Substanzen unter Druck gegen die Oberfläche eines zu polierenden Gegenstandes, um ein relativ glattes Finish zu erhalten. Dem gegenüber steht das Schleifen, welches die andere Form des Läppens ist und welches hauptsächlich das Abtragen eines wesentlichen Teiles einer Oberfläche und grober Unebenheiten darin betrifft, während das Polieren das Entfernen feiner oder sogar mxkroskopischer Unebenheiten betrifft.

Das Polieren und das Schleifen wird üblicherweise unter Verwendung von Läppmitteln ausgeführt, welche aus relativ kleinen anorganischen, als abrasives Agens dienenden Sandpartikeln,, sowie aus einem Trägermedium bestehen / in welchem diese Partikel enthalten sind. Die Größe der grundsätzlich verwendeten Sandpartikel bestimmt die Glätte des Oberflächen-Finish, wobei 10 Mikron die gebräuchliche Korngröße zwischen Schleifen und Polieren darstellt. Das Feinpolieren von Materialien, wie optischen Teilen, Kuaststoffen, Metallen, Edelsteinen, Halbleitern und ähnlichem,erfordert üblicherweise den Ge-

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brauch von noch feineren abrasiven Sandpartikeln und beinhaltet teilweise bislang ungelöste Probleme.

Üblicherweise enthielten bislang in Verwendung mit dem Feinpolieren benutzte Läppmittel Suspensionen von sehr feinem, abrasiv wirkenden Sandpartikeln ( in der Größe von weniger als 5 Mikron ) . Gleichwohl war es sehr schwierig ,die abrasiven Partikel in homogener Suspension in dem Trägermittel zu halten, insbesondere in Anbetracht der relativ kleinen Zahl von abrasiven Partikeln im Verhältnis zu dem großen Anteil des Trägermediums in solchem Mittel.

Dieses Problem ist besonders zu beobachten beim Gebrauch von Wasser als Trägermedium, welches einerseits als allgemeines Medium fertig verfügbar und wohlfeil ist, andererseits aber eine Suspension ergab, in welcher die in ihr gemischten abrasiven Partikel sehr schnell ausfielen und sich auf dem Boden des Behälters absetzten. Auch unterlagen wässrige Suspensionen einem relativ schnellen Feuchtigkeitsverlust während ihres Gebrauchs, was häufige Zusätze weiterer Flüssigkeit während des Poliervorganges erforderlich machte, um die gewünschten Eigenschaften des Poliermittels zu erhalten. Verschiedentlich wurde öl als Trägermedium einer Poliersuspension verwendet, was jedoch nicht sonderlich erwünscht ist wegen der das Läppwerkzeug und das Werkstück betreffenden Probleme und der Tendenz des Öles, während des Poliervorganges zu Spülen, sowie auch wegen der Unbeständigkeit der Suspension.

Unlängst wurden Fein-Poliermittel eingeführt, welche als Haupt-

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komponente oder als Basis des Trägermediums Di-Hydroxyd-GlykoIe (wie Äthylen-Glykole) verwenden. In Verbindung mit der Glykolbasis, welche eine Glykol/Wasser~Mischung ist, mit einem gegenüber Wasser höheren Gewichtsanteil Glykol wurde eine geringe Menge von Karboxyd-Polymethylen-Polymer von hohem Molekulargewicht dem Trägermedium hinzugefügt, um das Poliermittel einzudicken und die abrasiven Partikel besser in Suspension zu halten. Bei der Herstellung solcher Verbindungen war es notwenidig, dem säurebildenden Polymer ein neutralisierendes Agens hinzuzufügen, .um die geeignete Viskosität des Trägermediums zu erreichen.

Solche auf Glykol basierenden Verbindungen waren den auf Wasser basierenden Verbindungen hinsichtlich Dauerhaftigkeit der Suspension und Wiederstandsfähigkeit gegen Austrocknen überlegen, aber sie konnten die vorbestehenden Unzulänglichkeiten nicht voll beheben und haben tatsächlich weitere unerwünschte Eigenschaften hervorgebracht. Beispielsweise sind Glykole im allgemeinen giftige Substanzen, so daß bei dem unter Verwendung von Poliermitteln auf Glykolbasis durchgeführten Poliervorgang der menschliche Kontakt mit Umsicht zu erfolgen hatte und in einer kontrollierten Umgebung zu überwachen war, damit wiederholter Kontakt nicht zu unerwünschten Ergebnissen führte. Die toxischen Eigenschaften der Glykole machte darüberhinaus die Beseitigung unbrauchbarer Teile von Glykol-Verbindungen zu einem komplizierten und notwendigerweise kostspieligen Verfahren.

Darüberhinaus trocknet das auf Glykol basierende Poliermittel weiterhin auf dem Polierwerkzeug während des normalen Poliervofcganges^

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aus, obleich. es weniger schnell zum Austrocknen neigt als das auf Wasser basierende Mittel. Dieses stellt insbesondere dann ein Problem dar, wenn ein ausgedehnter Fein-Pöliervorgang durchgeführt wird, und es werden unerwünschte Flüssigkeitszusätze erforderlich, um den Poliervorgang zu vollenden. Außerdem zeigen auf Glykol basierende Poliermittel eine Neigung, mit bestimmten polierten ' Oberflächen zu reagieren, Flecken zu bilden und diese anzugreifen, wenn sie nicht augenblicklich abgespült und abgewaschen werden. Diese unvollkommene Wirksamkeit scheint zu erklären, warum auf Glykol basierende Suspensionen oft außergewöhnliche Schwierigkeiten beim Entfernen von polierten Metalloberflächen bereiten.

Zusätzlich zu den oben genannten, die flüssigen Suspensionsmedien betreffenden Unzulänglichkeiten der bestehenden Poliermittel wurden weitere Mängel in Verbindung mit dem gebräuchlichen Poliermaterial erkannt. So war es beispielsweise üblich, ein Schleifmittel aus Aluminiumoxyd oder Tonerde mit einer nominalen Korngröße von 3 Mikron oder weniger bei klassischen Fein-Polier-Vorgängen zu benutzen. Gleichwohl wuide beobachtet-,· daß Agglomerate in der Tonerde enthalten sind, so daß die effektive Teilchengröße des Schleifmittels in unerwünschter Weise wächst.Das Ergebnis ist das der GEbrauch von solcher agglomerierten Tonerde eine verkratzte Oberfläche nach dem Polieren ergeben kann, so daß dann zum Nachpolieren ein noch feineres Schleifmittel zu verwenden ist, um eine relativ kratzerfreie Oberfläche zu erhalten.

Die vorstehenden Mangel und Unzulänglichkeiten zu beheben ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, welche sich im wesentlichen auf

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ein verbessertes, ungiftiges, flüssiges Fein-Poliermittel bezieht, welches einen relativ feinkörnigen, abrasiv wirkenden Polierstaub enthält, welcher wahrhaft in einem auf Glyzerin basierenden, durch ein Karboxyl-Polymethylen-Polymer eingedicktes Medium suspendiert ist, und worin das Glyzerin mindestens einen Anteil von 25 Gewichts-Prozenten der Mischung ausmacht. Obgleich dieses der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, eine auf Glyzerin basierende dauerhafte Fein-Poliersuspension vorzusehen, welche während des Poliervorganges nicht austrocknet.

Weiter zielt die Erfindung darauf, eine auf Glyzerin basierende Fein-Poliersuspension anzugeben, welche den zu polierenden Werkstoff nicht angreift.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur Herstellung solcher Suspensionen vorzuschlagen.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung herzuleiten.

Das Fein-Poliermittel der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Suspension eines relativ feinen (mit einer Korngröße von weniger als 5 Mikron) abrasiv wirkenden Polier-Materials in einem auf Glyzerin basierenden Medium, in welchem weniger als 1 Anteil Polier-Material gegenüber 5 Teilen Lösungsmittel enthalten ist, so daß der Anteil an Polier-Material weniger als 20 Gewichts-Prozent der gesamten Mischung ausmacht.

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Das verwendete Polier-Material kann in einer der möglichen Varianten Aluminium-Oxyd, Diamantstaub/ Silikon-Karbide, Silikate u.a. von der gewünschten Korngröße enthalten, wobei Aluminium-Oxyden wegen ihrer Verfügbarkeit, Geeignetheit und relativen Wohlfei lheit sowie ihres Vorkommens in üblicherweise kalzinierter Form gewöhnlich der Vorzug gegeben wird. Im Falle der Verwendung herkömmlicher kalzinierter Tonerde wie auch, wenn diese in der für das Fein-Polieren erforderlichen nominalen Korngröße vorliegt,besteht durch Zusammenbacken der gemeinsamen- Partikel die Neigung zum Agglomerieren. Dieses führt zu einem wesentlichen Anwachsen der effektiven Korngröße des Polier-Materiales über die gewünschte hinaus, und zwar zu einer solchen von über 15 bis 30 Mikron. Poliervorgänge mit solch 'herkömmlicher Tonerde führen deshalb häufig zu einem in unbeabsichtigter Weise zerkratztem Finish, welches ein erneutes Polieren mit einer feineren Tonerde erforderlich macht, um das gewünschte_vFinish zu erhalten» Solchem Material ist deshalb, und das zusätzliche Polieren zwingt häufig dazu, "der Gebrauch von kalzinierter Tonerde in de-agglomerierter Form vorzuziehen. Diese ist in einer Form unter dem Handelsnamen "Baikalox" wirtschaftlich verfügbar. Wie erwähnt besteht de-agglomerierte, kalzinierte Tonerde::aus einem Teil Tonerde nominaler Partikelgröße und einigen Agglomeraten daraus, worin aber die Agglomerate im wesentlichen bei einer Korngröße von 4 Mikron oder weniger wiegen. Auf diese Weise ist solche eine de-agglomeriette Tonerde praktisch in sich hinsichtlich der PattikelgrÖße feiner. Darüberhinaus sind.die verbliebenen Agglomerate von 4 Mikron oder weniger nur von losem Zusammenhalt, so daß sie während des Poliervorganges dazu neigen, ihre Größe weiter zu zerkleinern. Bei ihrer Verwen-

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dung ist das Ergebnis deshalb eine weitgehend kratzerfreie Oberfläche, welche ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen Polierschrittes erzielbar ist. Tatsächlich bewirkt der Gebrauch solcher de-agglomerierten Tonerden in Verbindung mit der neuen erfindungsgemäßen Suspension eine unerwartet positive Ergänzung, welche zu besten Ergebnissen führt.

Das auf Glyzerin basierende Medium der Erfindung besteht im wesentlichen aus Glyzerin und Wasser, wobei der Glyzerin-Anteil mindestens 25 Gewichts-Prozente der gesamten Lösung beträgt, um die gewünschten Suspensions·^ und Antitrocknungseigenschaften zu erzielen. Ungeachtet dessen, daß die gewünschte Viskosität des Mediums durch noch höhere Glyzerin-Konzentration erreicht werden kann, sogar bis zu dem Punkt 1OOprozentigen Anteiles Glyzerin, sind solche gewöhnlich nicht erwünscht, weil gefunden wurde, daß unter den meisten Bedingungen genügend Glyzerin vorhanden ist, sogar wenn es gegenüber Wasser in geringeren Gewichtsanteilen vorliegt. Dieses ist in Anbetracht der im Vergleich mit denen des Wassers höheren Kosten des Glyzerins erwünscht. Dieses steht im Gegensatz zu vergleichbaren, auf Glykol basierenden Polier-Suspensionen, welche mehr Gewichtsanteile Glykol als Wasser in der fertigen Suspension erfordern.

Insbesondere bei Fein-Poliermitteln macht die Glyzerinbasis das gewünschte Suspensionsmedium aus. Eine auf Glyzerin basierende Suspension ist besser gegenüber einer solchen auf Glykol- oder Wasserbasis, weil sie während des Poliervorganges ihre .Viskosität beibehält dank des geringeren Dampfdruckes des Glyzerins und seiner

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höheren Hygroskopie. Darüberhinaus stellt das Glyzerin anders als die auf Glykol, insbesondere den allgemeinen Glykolen, wie Äthylen-Glykol basierenden Suspensionen einen ungiftigen Grundstoff dar. Das ist angesichts des bei Fein-Poliervorgängen häufig erforderlichen menschlichen Kontaktes sowie -der Probleme und Unkosten bei der Beseitigung von giftigen PoIier-Abfällen entscheidend.

Weiter bleibt die erfindungsgemäße, auf Glyzerin basierende Suspension wegen ihres gegenüber den meisten Glykolen wesentlich · · geringeren Dampfdruckes und ihrer im Gebrauch wesentlich?höheren Hygroskopie in der durch den Poliervorgang erzeugten Reibungswärme viel länger flüssig und funktionsfähig, sogar wenn entsprechend geringere Anteile als Glykol verwendet werden. Außerdem hat Glyzerin eine gegenüber öl höhere Schmierwirkung, während es in Wasser beim Reinigen und Entfernen leicht"löslich ist. Darüberhinaus ist Glyzerin im Gegensatz zu Glykol im wesentlichen impert, so.daß es auf polierten Oberflächen ohne Angriff derselben längere Zeit verbleiben kann, während es gleichzeitig viskos genug ist, um an der Oberfläche des iM.pp-Werkzeuges anzuhaften.

Zusätzlich zu den hauptsächlich erfindungsgemäßen Suspensionskomponenten Glyzerin und Wasser ist es auch wünschenswert, diese mit einer geringen Anzahl von Eindick-Agentien zu versehen, um * die Dauerhaftigkeit und Homogenität zu sichern. Dank der viskosen Natur des Glyzerins wird nur eine geringe Menge von Eindick-Mitteln gebraucht, welche helfen,die abrasiven Partikel in Suspension zu halten.

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Das Eindick-Agens kann ein Karboxy-Polymethylen-Polymer von hohem Molekulargewicht sein, wie das bei G.F. Goodrich Chemical unter dem Haridelsnamen Carbopol 941 erhältliche. Das in den Service Bulletin GC-36 dieser Firma beschriebene Carbopol 941 ist ein auf dem Markt verfügbares, wasserlösliches Karboxyl-Vinyl-Polymer mit folgenden physikalischen Eigenschaften: Aussehen: Flockiges, saures, weißes Pulver Fülldichte: Ca 13 pounds/Kubikfuß
Dichte: 1,41

Feuchtigkeitsgehalt beim Versand: Maximal 2% Feuchte -Sättigung bei Raumtemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit von 50%: 8%
Ph-Wert einer 1% Wasserlösung: 3

Das Carbopol 941 wird als trockenes, flockiges Pulver geliefert, welches durch geeignete Mischverfahren sorgfältig in den Trägerflüssigkeiten verteilt werden sollte. Darüberhinaus bewirkt das Neutralisieren der sauren Eigenschaft des Polymers mit einem organischen oder anorganischen Neutralisierungs-Agens oder einer Base oprimal schnelles Eindicken bei einem minimalen Bedarf^an Carbopol. Auch geeignete Gele können mit auf Glyzerin basierenden Medien gebildet werden, und zwar durch Verwendung einer größeren Menge nicht neutralisierter Polymere. Das erfordert längeres und langsameres Mischen bis zu der angestrebten Eindickung.

Die Neutralisation wird mittels einer Base, wie Sodium-Hydroxid, Ammonium-Hydroxid oder anderen anorganischen Basen, oder alternativ mit einer der organischen Basen, wie Di-tisopropanolamin., Tri-

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Äthanolamin o.a. durchgeführt. Die so der Mischung aus Glyzerin-Lösung und Carbopol hinzugefügte Base bewirkt/ daß die Neutralisation unter Eindickung vor.-sich ^geht.

Das zu suspendierende abrasive Pulver wird entweder in Wasser, Wasser/Glyzerin oder Glyzerin dispergiert, welches dann zu einem getrennt gebildeten Gel hinzugefügt und vollständig eingemischt wird, um eine dauerhafte Suspension zu gewinnen.

Die dabei erhaltene 'Suspension besteht hauptsächlich wie gewünscht aus einem de-agglomerierten Tonerde-Polier-Pulver, welches in einem durch neutralisiertes oder nicht neutralisiertes Karboxyl-Polymethylen-Polymer eingedickten,glyzerinhaltigen Medium suspendiert ist. Der sich so in der neutralisierten Suspension einstellende Ph-Wert liegt zwischen 7 und 8 und höher, wenn ein Übermaß Base hinzugefügt würde. Der Ph-Wert der nicht neutralisierten Suspension liegt bei 4 bis 5 und hängt ab von der Art des abrasiven Mittels, welches in der Formulierung verwendet wurde. Abhängig von der Art des durchzugührenden Poliervorganges sowie dem zu polierenden Werkstoff, kann eine Suspension mit einem erünschten Ph-Wert durch weitere Zusätze eingestellt werden, falls dieses nötig ist.

Es wurde gefunden, daß die Verwendung der de-agglomerierten Tonerde in Verbindung mit den hygroskopischen Beimengungen zu einem Poliermittel führt, welches außergewöhnlich an dem Läpp-Werkzeug festhält und ein bemerkenswert glattes, kratzfreies Finish ergibt.

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Nach der Beschreibung der Erfindung sind folgende Beispiele vorgesehen, um einige der unterschiedlichen Formen darzulegen, welche die Erfindung einnehmen kann, wie auch einige Verfahren, um die erfindungsgemäße dauerhafte Suspension zu erzielen.

Beispiel 1:

Unter Benutzung eines Hochleistungs-Scherblatt-Mischers vom Typ Waring wurden 105 g der-.agglomerierter Tonerde (1 Mikron nominale Partikelgröße) in 300 cm destilliertem Wassers eingemischt und beiseitegestellt. In einem anderen Mischer wurden unter hoher Scherbehandlung 1,5 g Carbopol 941 in eine Mischung von 200cm Glyzerin und 100 cm dispergiert. Diese Mischung wurde dann neutralisiert durch Zusatz von 15 cm einer 12-volumenprozentigen Tri-Äthanolamin-Lösung zwecks Bildung eines dicken Geles oder Schleimes. Der anfangs vorbereitete Pulver/Wasser-Brei wurde dann sofort hinzugefügt und dem Gel beigemengt, um eine gleichmäßige Suspension der Tonerde in der Flüssigkeit'zu erhalten. Der Ph-Wert der fertigen Suspension betrug 7,0 bis 7,2. Beispiel 2:

Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 angewendet, ausgenommen, daß 105 g de-agglomerierter Tonerde von 3 Mikron nominaler Partikelgröße zugesetzt wurde. Der sich einstellende Ph-Wert betrug 6,4 bis 6,8.
Beispiel-3:

Unter Benutzung eines Hochleistungs-Scherblatt-Mischers des Typs Waring wurden 105 g de-agglomerierter Tonerde (nominale Korngröße 0,3 Mikron) in 3OO cm destillierten Wassers eingemischt. In einem anderen Behälter wurden mittels eines Scherblatt-Mischers 2 g Car-

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bopol 941 in 100 cm Wasser und 200 cm Glyzerin dispergitert,

worauf die Mixtur mit 20 cm einer 12-volumenprozentigen wässrigen Tri-Äthanolamin-Lösung neutralisiert wurde/ um ein dickes Gel zu erhalten. Die Pulver/Wasser-Mischung wurde dann sofort zwecks Bildung einer gleichmäßigen, dauerhaften Suspension in das Gel eingemischt. Die Zugabe einer größeren Menge von Carbopol-Harz, setzte eine viskosere Suspension als die vorstehend beschriebene voaraus. Der Ph-Wert dieser Suspension betrug 7,2 bis 7,6. Beispiel 4:

In diesem Beispiel wird der Gebrauch eines vorgemischten Gels beschrieben. Dieses Beispiel beschreibt auch die Verwendung eines langsam laufenden Mischers des Scher-Propeller-Typs in Verbindung mit dem Carbopol.

Mittels eines 2-Zoll- 3 Blatt-Propeller-Mixers bei einer. Drehzahl von 1200 ümdrehunen pro Minute werden 2,25 g Carbopol 941 in 900 cm destillierten Wassers" dispergiert. Die Mischung wurde annähernd eine Stunde ruhiggestellt, um das Carbopol-Harz feucht werden zu lasseh und aufzulösen. Nach dem Einweichen wurde der Mixer erneut gestartet, worauf 27 cm einer 12-prozentigen wässrigen Tri-Äthanolamin-Lösung zu dem Gemisch hinzugefügt wurde, um bei der Neutralisation des Harzes ein klares,dickes Gel zu erzielen. Die Mischung wurde dann in einem Vorratsbehälter für den späteren Gebrauch gegeben.

Unter Gebrauch eines Hochleistungs-Scher-Mischers wurden 118 g Tonerde (nominale Partikelgröße 3 Mikron) in einer Mischung von

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100 cm Wasser und 200 cm dispergiert. Diesde Mischung wurde dann

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300'.cm dels' vorbeschriebenen, vorbereiteten Geles unter Benutzung

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des langsam laufenden Scher-Propeller-Mischers bei 1200 Umdrehungen beigemengt. Die erhaltene Suspension wies ausgezeichnete Konsistenz und Fließeigenschaften auf. Die nach diesem Preparier-Verfahren, - Gebrauch eines langsam laufenden Seher-Mischers zur Bereitung des Carbopol-Gels und noch einmal beim Mischen des Gels und Puder-Reis - hergestellte Suspension war dickflüssiger als die vorstehend beschriebenen Suspensionen und erforderte über 1/3 mehr Carbopol-Volumeneinheiten. Dieses Phänomen war im wesentlichen dem niedrig scherenden Mischen zuzuschreiben. Der Ph-Wert dieser Suspension lag bei 7,2 bis 7,6.
Beispiel 5:

In dem letzten Beispiel wurde ein vorgemischtes Gel bereitet, wenngleich in diesem Beispiel das Glyzerin/Wasser-Verhältnis vorher auf jeden der Mischvorgänge eingestellt war.

Mittels eines 2- Zoll - 3-Blatt-Propeller wurden bei einer Drehzahl von 1200 Umdrehungen pro Minute 5 g Carbopol 941 in einer 1000cm Mischung von 1/3 Glyzerin und 2/3 Wasser (Volumenverhältnis) disperg'iert. Die Dispersion wurde zum Durchfeuchten für ungefähr eine Stunde ruhig-gestellt, worauf der Mischer erneut gestartet und die Mischung mit 60 cm einer 12-volumenprozentigen wässrigen Tri-Äthanolamin-Lösung neutralisiert wurde, wodurch ein sehr dickes, klares Gel entstand.

In einem Hochleistungs-Scher-Mischer wurden 118g Tonerde (nominale Partikelgröße 3 Mikron) in eine Lösung aus 1/3 Glyzerin und 2/3 Wasser (Volumenverhältnis) dispergiert. Dieser Brei wurde dann zu 300 cm des vorgemischten Gels hinzugefügt ..und von Hand gemischt,

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ORIGINAL INSPECTED

dem ein kurzer Homogenisier ungs vor gang mittels eines Mischers folgte. Es ergab sich eine sehr gleichmäßige dicke Suspension, deren Ph-Wert bei 7.0 bis 7.2 lag.

Beispiel 6:

Dieses Beispiel wird aufgeführt, um zu zeigen, daß eine dauerhafte Schleif-Suspension mit nicht-neutralisiertem Carbopol-Formulierungen hergestellt werden kann, falls dieses gewünscht wird.

Mittels eines Hochleistungs-Scher-Mischers wurden 2 g Carbopol in 400 cm einer 50-volumenprozentigen wässrigen Glyzerin-Lösung dispergiert. Die Dispersion wurde dann ±ή einen anderen Behälter gegeben und dann während zwei Stunden mittels eines 2-Zoll-Propeller-Mischers bei über 300 Umdrehungen pro Minute kontinuierlich gerührt. Das Carbopol-Harz dickte durch Wirkung der Wasserstoffbindung in Verbindung·.mit dem Glyzerin ein. Nach .zwei Stunden wurde die eingedickte Lösung in den Hochleistungsmischer zurückgegeben, -worauf 70 g de-agglomerierter Tonerde (Partikelgröße nominal 1 Mikron) in die eingedickte Mischung durch mehrminütiges Mischen bei niedriger Mischgeschwindigkeit (zwischen 4500 und 6000 pro Minute unter Belastung) dispergiert. Es wurde eine sehr dickflüssige Dispersion mit einem Ph-Wert von 4,5 bis 5.erzielt.

Obgleich in diesem Teil-Beispiel im Vergleich zu den anderen Zubereitungen ein höherer Anteil Glyzerin gegenüber Wasser benutzt wurde, konnten geringere Anteile von Glyzerin in Verbindung mit nicht-neutralisierten Verbindungen benutzt und noch befriedigende Ergebnisse erzielt werden. Beispielsweise· konnte sogar bei einem Glyzerin-Gewichtsanteil von weniger als 30% der Gesamt-Verbindung-

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bei gleichen Mengen der anderen Komponenten eine ausreichend nicht* neutralisierte Verbindung erhalten werden.

Beispiel 7:

Dieses Beispiel dient dazu, den Gebrauch eines vorgemischten Gels, wie auch eines anderen Amins, Diölsopropanol-Amins, als Neutralisierungs-Agens zu zeigen.

Eine vorbereitete Lösung aus 1/3 Glyzerin und 2/3 Wasser (Volumenverhältnis) wurde als Basis für die Herstellung von Suspensionen gemischt. Davon wurden 1000 cm genommen, und diesem 5 g Carbopol 941 unter Benutzung eines Propeller-Rührers beigemengt. Diese Mischung wurde etwa eine Stunde lang ruhiggestellt, worauf erneut gemischt wurde, um das befeuchtete Carbopol vollständig zu verteilen. Während des Rührens wurde dann die Lösung durch Hinzufügen von 60 cm einer 10-volumenprozentigen, wässrigen Lösung von Di-Isopropanolamin zu der Carbopol/Wasser/Glyzerin-Lösung neutralisiert. Es bildete sich sofort ein dickes Gel.

Eine Suspension wurde durch Beimischen von 118 g de-agglomerierter Tonerde (nominale Korngröße 0,3 Mikron) in 300 cm der oben genann-

3 ten Glyzerin/Wasser-Lösung hergestellt, worauf diese in 300cm des vorgenannten Gels eingemischt wurden. Die Mischung wurde zunächst von Hand gemischt und dann kurz in einem Hochleistungs-Scher-Mischer zu einer homogenen-cremigen Konsistenz nachgemischt. Der Ph-Wert dieser Suspension" betrug 7,6 bis 8. Es schien kein Unterschied in den Suspensions-Eigenschatten zwischen dieser Suspension und eir ner mit Tri-Äthanolamin als Neutralisations-Agens formulierten .zu sein.

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Beispiel 8:

Dieses Beispiel soll ein anderes Verfahren zur Herstellung einer Polier-Suspension gemäß der Erfindung zeigen, welche speziell gewünscht wird, wenn relativ hohe Konzentrationen des Carbopol-Harzes gebraucht werden. Solch hohe Konzentrationen kann man in dem Herstellungsprozess antreffen, wo gemäß den dargelegten Beispielen zunächst ein Gel vorbereitet -wird, welches lediglich zu 50% oder einer Teilmenge des endgültigen Volumens verwendet wird, oder wenn relativ hohe Konzentrationen von Carbopol zur Unterdrückung der Wirkung".hoher Ionen-Konzentration in bestimmten abrasiven Materialien gebraucht werden.

Diesem Beispiel folgend werden 3 g·Carbopol 941 in eine Mischung

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von 200 cm Glyzerin und 400 cm Wasser unter Verwendung eines Propeller-Mischers dispergiert. Zu dieser Dispersion wurden 75 g Tonerde von 0,06 Mikron nominaler Partikelgröße hinzugefügt, um eine ziemlich dicke, cremige Mischung zu erhalten. Diese Mischung wurde in einen Hochleistungs-Scher-Mischer gegeben, worauf 36 cm eienr 10-prozentigen Lösung von Di-Isopropanolamin während des Mischens beigemengt wurden, welches als letzten Schritt des Vorganges das Carbopol neutralisierte.Es wurde eine sehr gleichmäßige Suspension erzielt.

In dem Fall, ^daß sehr feinkörnige Tonerde (weni.ger als 0,1 Mikron nominale.Körngröße) bei der Herstellung von Poliermitteln verwendet wird, ist es sehr schwierig »solche Partikel in Flüssigkeiten in geeigneter Weise zu dispergieren, und sie enthalten auch charakteristischerweise eine relativ große Menge von Verunreinigungen

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durch SuIfat-Ionen, welche in Carbopol-Formulierungen schädlich sind, wenn nicht eine relativ hohe Konzentration'von Carbopol verwendet wurde. Die Technik dieses Beispieles ist brauchbar bei der Herstellung solch problematischer Verbindungen, da es schließlich das Eindicken und meistens den Verdünnungszustand der Formulierung beendet.

Die Gewichtsprozente der Bestandteile der obigen Suspensions-Beispiele gehen aus der folgenden Tabelle hervor.

Tabelle Ϊ

Gewichtsbestandteile in Prozent

Beispiel

Nr. Tonerde Wasser Glyzerin Carbopol Amine

1 und 2	13,6	53,4	32,5	0,19	0,19
3	13,5	53,5	32,3	0,25	0,25
4	15,1	52,4	32,3	0,10	0,12
5	14,9	52,8	31,9	0,19	0,23
6	13,3	38,2	48,1	0,38	0,0 ■
7	14,9	52,8	31 ,9	0,19	0,23
8	9,8	56,5	32,7	0,39	0,47

Wie aus der vorstehenden Beschreibung und Tabelle hervorgeht, bestehen die Beispiele der erfindüngsgemäßen Poliermittel aus 9,8% bis 15,1% Tonerde mit einer nominalen Korngröße von weniger als 3 llikron; aus 38,2% bis 56,5% Wasser; aus 30% bis 48,1% Glyzerin; aus 01% bis· 039% Karboxid-Polymethylen-Polymer; und aus 0 bisO,47%

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organischer Amine (Prozentangaben in Gewichtsprozenten der gesam- · ten Mischung). Betrachtet man diese Beispiele, welche eine Base zur Neutralisierung des Carbopols verwenden, so sind die Bereiche reduziert von O,8% bis 15,1% Tonerde; von 52,4% bis 56,5% Wasser; von 31,9% bis 32,7% Glyzerin; von 0,10% bis 0,39% Karboxyl-Polymethylen-Polymer; und von 0,12% bis 0,47% organischer Amin-Basen (wieder in Gewichtsprozenten).

In den vorstehenden Beispielen, in welchen das Carbopol neutralisiert wurde, wurde lediglich ein schwacher Auszug eines neutralisierenden Agens verwendet, welches die Suspensionen im neutralen oder sehr schwach alkalischen Zustand beließ. Den organischen Neutralisierungs-Ageritien wurde üblicherweise der Vorzug gegeben vor den stärkeren anorganischen Basen, da die organischen Agentien nicht zu Ionen-Konzentrationen in den Suspensionen führen, welche beim Polieren von Elektronik- und Halbleiter-Substraten schädlich sein können.

Die folgenden zusätzlichen Beispiele befassen sich,mit dem Gebrauch und der" Bildung von Poliermitteln gemäß der Erfindung im Vergleich zu konventionellen Mitteln.
Beispiel 9:

Eine Poliermaschine vom -lyp Büehler Minimet '.wurde .für eine Muster-Polierung benutzt. Die polierten Muster waren kleine Zylinder von Einzeldurchmesser aus schweißbarem Stahl, welcher an einem Ende mit dem getesteten Mittel poliert wurdeft. Die Muster wurden über gleiche Zeitabschnitte, bei gleichem Drücken und auf gleichem Polierkissen poliert und dann unter 20-facher und 40-facher Vergrößerung

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bei schräg reflektierender Beleuchtung verglichen.

Hier wurden zwei Poliermuster zubereitet, in dem zunächst ein relativ grobes 6-Mikron-Finish unter Verwendung einer Diamantpaste hergestellt wurde. Die Muster wurden dann einzeln auf getrennten, gleichermaßen vorgefeuchteten Polierkissen poliert, wobei bei einem Muster ein Poliermittel verwendet wurde, welches aus konventioneller kalzinierter Tonerde einer Korngröße von nominal 0,3 Mikron bestand, und welches in einem Medium aus hauptsächlich Äthylen-Glykol und Wasser mit mehr Gewichtsprozenten Glykol als Wasser bestand, und welches mit neutralisiertem Carbopol eingedickt wurde; an dem anderen Muster wurde das erfindungsgemäße, im obigen Beispiel 3 vorgesehene Mittel mit de-agglomerierter, kalzinierter Tonerde von 0,3 Mikron nominaler Korngröße benutzt.

Beide Muster wurden mit den entsprechenden Mitteln vier Minuten lang poliert und dann gewaschen und unter dem Mikroskop betrachtet. Das Finish auf dem Muster, welches mit dem erfindungsgemäßen Mittel poliert worden war, war von hoher Qualität mit nur einem Kratzer auf. der Hintergrundpolitur, während das andere Muster viele Kratzer aufwies, welche die gesamte Oberfläche bedeckten. Dieses zerkratzte Muster wurde dann 55 Sekunden lang auf dem Kissen, welches das erfindungsgemäße Mittel enthielt, poliert, worauf es das gleiche Qualitäts-Finish wie das andere Muster erhielt.

Fünf Minuten nach den Polierversuchen wurden die Polierkissen verglichen^ Das Kissen mit dem konventionellen Mittel hatte zu trock-

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nen begonnen und war zusammen gebackt; das Kissen mit dem erfindungsgemäßen Mittel dagegen war noch sehr feucht,und es war leicht, das Mittel von dem Kissen abzuwaschen.
Beispiel '10:

Hier wurde ein Versuch gemacht, um die relativen Korrosionseigenschaften des erfindungsgemäßen Mittels - im Vergleich zu einer konventionellen, auf Glykol/Wasser basierenden Tonerde-Polier-Suspension zu

bestimmen. Insbesondere wurde eine Mustermenge von 2 cm des entsprechend Beispiel 7 vorbereiteten erfindungsgemäßen Mittels auf die Oberfläche einer polierten Aluminiumplatte aufgebracht. Eine entsprechende Menge des Mittels, welche Äthylen-Glykol anstelle von Glyzerin verwendet, wurde ebenso auf der Oberfläche der Platte aufgebracht.

Die Muster würden- 1-9 stunden lang- auf dem Aluminium belassen und dann in heißem-Wasser abgewaschen und darauf die Platte getrocknet. Das auf Äthylen-Glykol basierende Muster hatte die Aluminiumplatte sichtbar heftig geätzt, während das erfindungsgemäße Muster lediglcih eine schwach erscheinende Ätzung bewirkt hatte. In der Tat wurde gefunden, daß sogar ein Kontakt von 30 Sekunden mit auf Äthy- - len-Glykol basierenden Polüermitteln ausreichte, polierte Metalloberflächen so stark anzuätzen,-; daß ein Nachpolieren erforderlich ist, um ein gewünschtes spiegelähnliches Finish zu erhalten; ein solch kurzer Kontakt mit dem erfindungsgemäßen Mittel bewirkte keine : solche Ätzung.

Für manche AnwendungsfälIe kann es vorteilhaft sedn, Suspensionen- ; mi^:t entweder sehr hohem oder sehr niedrigem Ph-Wert zu haben.. \.-_~.=

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Dieses kann mit Carbopol-neutralisierten Suspensionen gemäß der Erfindung erreicht werden, solange der Ph-Wert eingestellt wird, nachdem das Carbopol-Gel neutralisiert/ und bevor die abrasive Mischung endgültig beigemengt wurde, um die Suspension zu erhalten.

In den obigen Beispielen 1 bis 8 wurden Tonerden in verschiedenen Formen und Korngrößen als abrasive Substanzen verwendet. Während diese allgemein wegen ihrer Verfügbarkeit vorgezogen werden, können dafür andere abrasive Substanzen von geeigneter Korngröße eingesetzt werden.

Wie früher :bemerkt, werden die erfindungsgemäßen Suspensionen beim Feinschleifen solcher Werkstoffe wie optischer Komponenten, Kunststoffe, Metallen, Edelsteinen, Halbleitern oder wenn immer eine extrem glatte undCim wesentlichen kratzerfreie Oberfläche gewünscht wird,gebraucht. Beim Polieren von Kunststoffen und optischen Teilen aus Kunststoff werden insbesondere die Suspensionen j dieser Erfindung, welche de-agglomerierte Tonerde verwenden,vorgezogen, da Kunststoff ein relativ weicher Werkstoff ist, welcher sehr leicht zerkratzt werden kann, sogar bei lose gehaltenen Agglomeraten.

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Claims

Anmelder: La Pierre Synthetique Baikowski, S.A.

• 13, Avenue Des Romains/ 74001 Annecy Cedex, Frankreich

Patentansprüche

M .J Ein im wesentlichen nicht —toxisches, flüssiges .Fein-Polier-

mittel mit nichttrocknenden Eigenschaften, in welchem ein feiner, abrasiv wirkender Polierstaub von einer nominalen Korngröße von weniger als ca 5 Mikron im wesentlichen dauerhaft in einer viskosen Flüssigkeit suspendiert ist, welche Glyzerin und ein eindickendes Carboxy1-Polymethylen-Polymer-Agens umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Polierstaub weniger als ca 20 Gewichtsanteile und das Glyzerin mindestens ca 25 Gewichtsanteile der gesamten Mischung ausmacht.
2. Poliermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polierstaub ein de-agglomeriertes Tonerde-Pulver mit einer nominalen Korngröße von weniger als 3 Mikron ist.
3. Poliermittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium zusätzlich Wasser beinhaltet, wobei der Wasser-Gewichtsanteil an der gesamten Mischung größer als der des Glyzerins ist.
4. Poliermittel nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich ein neutralisierendes Agens aus der Gruppe der anorganischen Hydroxide und organischen Amine enthält.
5. Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-

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ORIGINAL INSPECTCSD

zeichnet, daß das Polierpulver ein de-agglomeriertes/ kalziniertes Tonerde-Pulver mit einer nominalen Korngröße von weniger als 5 Mikron ist, welches mit einem Anteil von ca 9,8 bis 15,1 Gewichts-Prozenten vorliegt, daß Wasser mit einem Anteil von ca 38,2 bis 56,5 Gewichts-Prozenten, Glyzerin mit einem Anteil von ca 30 bis 48,1 Gewichts-Prozenten, daß Karboxyl-Polymethylen-Polymer mit einem Anteil von ca 0,1 bis 0,39 Gewichts Prozenten und die organischen Amine mit einem Anteil von 0 bis 0,47 Gewichts-Prozenten vorhanden sind.
6. Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierpulver ein de-agglomeriertes, kalziniertes Tonerde-Pulver mit einer nominalen Korngröße von weniger als 3 Mikron ist, welches mit einem Anteil von ca 15 Gewichts-Prozenten vorliegt, daß Wasser mit einem Anteil von ca 53 Gewichts-Prozenten, Glyzerin mit einem Anteil von 32 Gewichts-Prozenten, daß Karboxyl-Polymethylen-Polymer mit einem Anteil von ca 0,2 Gewichts-Prozenten und die organischen Amine mit ca 0,2 Gewichts-Prozenten vorhanden sind.
7. Poliermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Polierpulver ein de-agglomeriertes, kalziniertes Tonerde-Pulver mit einer nominalen Korngröße von weniger als 3 Mikron ist, welches mit einem anteil von ca 13 Gewichts-Prozenten vorliegt, daß Wasser mit einem Anteil von ca 38-56 Gewichts-Prozenten, Glyzerin mit einem Anteil von ca 30 bis 48 Gewichts-Prozenten und daß Karboxyl-Pölymethylen-Polymer mit einem Anteil von weniger als 1 Gewichts-Prozent vorhanden sind. 130009/0663