JP2005200530A - 摩擦材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造の過程において、毒性のガスを発生せず、かつ製造プロセスにおける省エネルギー化を実現する環境低負荷型の摩擦材を提供する。
【解決手段】 室温で硬化する酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂樹脂を含む結合材と、これらの樹脂の硬化を促進させる硬化促進剤とが含まれる摩擦材であって、硬化促進剤にはナフテン酸コバルト、ナフテン酸ニッケル、及びナフテン酸マンガンから選ばれる少なくともいずれかを用い、結合材、硬化促進剤、及びその他の摩擦材の材料を含む組成物を成形し、この成形物における結合材中の酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を常温で硬化させる。
【選択図】 なし

Description

本発明は摩擦材及びその製造方法に関し、より詳しくは常温で硬化して形成される摩擦材及びその製造方法に関する。

ブレーキやクラッチ等に用いられる摩擦材は、結合材を含む各種摩擦材の材料を混合し、得られた混合物を成形し、得られた成形物中の結合材を硬化させることによって製造されている。このような結合材には、従来より、ノボラック型フェノール樹脂や各種変性フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられている。このようなフェノール樹脂系の熱硬化性樹脂を結合材に用いる場合では、この熱硬化性樹脂の硬化剤としては、ヘキサメチレンテトラミンが通常用いられている。また、このような熱硬化性樹脂を用いる場合では、樹脂を硬化させるために高温に加熱し、かつ加圧することによって摩擦材が形成されている（例えば、特許文献１から３参照。）。

しかしながら、ヘキサメチレンテトラミンは、加熱又は燃焼すると分解し、ホルムアルデヒドやアンモニア等の人体に有毒なガスを発生する。そのため、作業環境におけるより一層の安全性の確保や、このようなガスの無害化に要する設備及びその操作の簡略化や撤廃、及びこの設備にかかるコストの削減等の観点から、ヘキサメチレンテトラミンを用いない摩擦材の製造プロセスが求められている。

また、摩擦材の製造において、前述したガスが発生するような加熱を要する工程が不要であれば、摩擦材の製造プロセスにおける省エネルギー化の観点からも望ましい。
特公平７−８８５０１号公報 特開平７−１５００１１号公報 特開２０００−１４４１０６号公報

本発明は、製造の過程において、毒性のガスを発生せず、かつ製造プロセスにおける省エネルギー化を実現する環境低負荷型の摩擦材及びその製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、摩擦材の材料に室温で硬化する酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を用い、これを硬化促進剤の存在下、従来のような加熱加圧工程を行わずに、常温で硬化させることにより、前述した課題を解決しようとするものである。

すなわち、本発明は、結合材を含有する摩擦材の材料の組成物を成形し、得られた成形物中の結合材を硬化させることによって形成される摩擦材において、結合材は、室温で硬化する酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を含み、摩擦材の材料の組成物は、これらの樹脂の硬化を促進させる硬化促進剤を含み、硬化促進剤は、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸ニッケル、及びナフテン酸マンガンから選ばれる少なくともいずれかである摩擦材である。

また、本発明は、前記摩擦材を製造する方法であって、成形物における結合材中の酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を常温で硬化させる摩擦材の製造方法である。

本発明によれば、ヘキサメチレンテトラミンを用いなくても結合材を硬化させることができるので、摩擦材の製造の過程において毒性のガスが発生しない。したがって、製造プロセスにおける安全性を確保するための設備、発生したガスを無害化するための設備、及びこれらにかかるコストを削減することができる。

また本発明によれば、例えば結合材にノボラック型フェノール樹脂を用いて摩擦材を製造する場合のような加熱を行わなくても結合材を硬化させることができるので、製造プロセスにおける省エネルギー化を実現することができる。したがって、摩擦材の製造において、環境への負荷をより一層低減させることができる。

本発明の摩擦材は、結合材を含有する摩擦材の材料の組成物（以下、この組成物を「材料組成物」ともいう）を成形し、前記結合材を硬化させることによって形成される。

前記結合材は、室温で硬化する酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を含有する。前記結合材は、これらの樹脂のみから構成されていても良いし、熱硬化性の液状レゾール型フェノール樹脂等の他の硬化性の樹脂をさらに含有していても良い。

前記結合材は、前記材料組成物の総量に対して５〜２０重量％配合することができる。結合材の配合量が５重量％よりも少ないと、形成される摩擦材の硬さが不十分となることがあり、結合材の配合量が２０重量％よりも多いと、他の摩擦材の材料によって付与される摩擦材としての所定の特性が不十分となることがある。同様の観点から、前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂は、摩擦材の材料の総量に対して５〜２０重量％配合することができる。

前記酵素触媒重合樹脂は、触媒としての酵素の存在下で室温で重合させて形成される樹脂である。このような酵素触媒重合樹脂としては、例えば特開平１１−３２３２５８号公報に記載されているような、カシューナット殻液又はその重合性成分を酵素触媒で、好ましくはさらに過酸化物の存在下で重合して形成した液状樹脂が挙げられる。特に好ましい前記酵素触媒重合樹脂には、例えばカルダノールをペルオキシターゼの存在下で重合させてなる樹脂が挙げられる。

前記金属錯体触媒重合樹脂は、触媒としての金属錯体の存在下で室温で重合させて形成される樹脂である。このような金属錯体触媒重合樹脂としては、例えば特開２００２−１９４０７６号公報に記載されているような、フェノール化合物を含有する植物性油を、前記置換フェノールの共存下で、遷移金属錯体と酸化剤とを用いて重合して形成した硬化性樹脂組成物が挙げられる。特に好ましい前記金属錯体触媒重合樹脂には、例えばカルダノールを、遷移金属が鉄であり、これに配位する配位子がＮ，Ｎ’−ジサリシリデンエチレンジアミンである鉄サレン錯体の存在下で重合させてなる樹脂が挙げられる。

前記材料組成物には、前記結合材の他に、少なくとも硬化促進剤が含まれる。前記硬化促進剤は、前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂と混合したときに、室温におけるこれらの樹脂の硬化を促進させることができる化合物である。本発明では、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸ニッケル、及びナフテン酸マンガンから選ばれる一種又は二種以上である。特に好ましい前記硬化促進剤には、ナフテン酸コバルトが挙げられる。

前記硬化促進剤は、酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂の全量に対して１〜１０重量％配合されることが好ましい。硬化促進剤の配合量が１重量％よりも少ないと、硬化に長時間を要し、形成される摩擦材の硬さが不十分となることがあり、硬化促進剤の配
合量が１０重量％よりも多くても、樹脂の硬化を促進する効果が頭打ちとなる。

前記材料組成物は、前述した結合材と硬化促進剤の他にも、通常用いられる摩擦材の材料を、通常用いられる量や通常の用法で用いることができる。このような他の摩擦材の材料としては、例えば、レーヨン、アラミド繊維、アクリル繊維、リンターパルプ及びアラミドパルプ等の有機繊維や、ガラス繊維、ロックウール、銅繊維及び真鍮繊維等の無機繊維等の補強繊維；珪藻土、バーミキュライト、ジルコニア、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化鉄、アルミナ、マグネシア等の充填材；二硫化モリブデン粉、黒鉛、カシューダスト、ゴム粒等の摩擦調整材；亜鉛粉、アルミニウム粉、銅粉、真鍮粉、鋳鉄粉等の金属粉、等が挙げられる。

本発明の摩擦材は、前記材料組成物を成形し、得られた成形物における結合材中の前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を常温で硬化させることによって製造される。

前記材料組成物は、摩擦材の製造において通常用いられる手段を用いて摩擦材の各種材料を混合することにより得ることができる。

前記材料組成物の成形は、通常の摩擦材の材料の組成物の成形と同様に、例えば金型に収容して常温で加圧することによって行うことができる。

前記成形物における前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂の硬化は、成形物を常温に所定の期間放置することによって行うことができる。本発明では、これらの樹脂の硬化に際して、熱硬化性樹脂を硬化させるほどの従来の加熱工程を含まないことが、その特徴の一つとして挙げられる。ここで本発明における「常温」とは、前記成形物中の摩擦材の材料の熱による変性を伴わない温度であれば良いが、より好ましくは１５〜２５℃である。

また、前記成形物における前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂の硬化は、硬化するのに十分な時間、前記成形物を放置しておくことによって硬化することができる。前記成形物を放置しておく期間としては、樹脂の種類や配合量、及び成形物が放置される環境の温度等によって異なるが、おおむね二週間以上であることが好ましく、さらに好ましくは一ヶ月以上である。

なお、前記硬化促進剤と前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂とを混合する時期は、前記成形物における前記樹脂の硬化前であれば特に限定されないが、前記材料組成物の成形前であることが、前記硬化促進剤による効果を高める観点から好ましい。さらに本発明では、前記硬化促進剤による効果をより高める観点から、硬化促進剤を酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂に予め添加して混合しておき、この混合物を他の摩擦材の材料と混合することがより好ましい。

また、本発明では、前記硬化促進剤を添加した前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を、前記結合材に対して７０〜１００重量％配合することが好ましい。前記配合量が７０重量％よりも少ないと、形成される摩擦材の硬さが不十分となることがある。

また、本発明では必ずしも必要ではないが、品質安定化のため、酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂の硬化後、従来と同様の加熱処理（アフターキュア）を行っても良い。

本発明における摩擦材は、従来の摩擦材と同様に、自動車、鉄道車両、及び産業機械等
の幅広い分野において用いることができる。

また、本発明では、酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂の原材料であるフェノール類を含む前記モノマーに、カシューナット殻液やその処理品等の、植物油又は植物由来の成分を用いることができることから、環境に優しいイメージの製品を提供することができる。

以下に本発明の実施例を示す。まず、本実施例で用いた酵素触媒重合樹脂、及び金属錯体触媒重合樹脂について説明する。これらの樹脂は、特開平１１−３２３２５８号公報、特開２００２−１９４０７６号公報、及びMacromolecular. Rapid Communications、２１、４９６−４９９（２０００）等に示されている方法に準じて製造した。

＜酵素触媒重合樹脂の例＞
大豆由来のペルオキシターゼを含むイソプロパノール・リン酸緩衝液（ｐＨ７．０）にカルダノールを溶解し、この溶液に室温下で３０％過酸化水素水を４時間かけて徐々に滴下し、２４時間攪拌し、酵素触媒重合樹脂を製造した。

＜金属錯体触媒重合樹脂の例＞
遷移金属が鉄であり、これに配位する配位子がＮ，Ｎ’−ジサリシリデンエチレンジアミンである鉄サレン錯体を含む１，４−ジオキサンにカルダノールを溶解し、この溶液に室温下で３０％過酸化水素水を４時間かけて徐々に滴下し、２４時間攪拌し、金属錯体触媒重合樹脂を製造した。

＜実施例１〜４＞
硬化促進剤としてのナフテン酸コバルトを、前記酵素触媒重合樹脂及び前記金属錯体触媒重合樹脂のそれぞれに３重量％加え、これを用いて表１に示す結合材を用意し、この結合材及び表２に示す成分を、表２に示す配合量で攪拌機を用いて均一に混合し、予備成形した。この予備成形は、常温下、５０ＭＰａの条件で行った。得られた予備成形物を室温下で２週間以上放置し、硬化させて摩擦材１〜４をそれぞれ得た。

＜比較例＞
表１に示すように、１０重量％のヘキサメチレンテトラミンが添加されたノボラック型フェノール樹脂を結合材として用い、この結合材及び表２に示す成分を、表２に示す配合量で攪拌機を用いて均一に混同し、予備成形した。この予備成形は、常温下、５０ＭＰａの条件で行った。得られた予備成形物を加熱加圧成形した。この加熱加圧成形は、１５０℃、４０ＭＰａの条件で５分間行った。得られた加熱加圧成形物を加熱処理して比較用摩擦材を得た。この加熱処理は、２２０℃の条件で６時間行った。

摩擦材１〜４は、比較用摩擦材と同等の硬さを有していた。以上の説明から明らかなように、酵素触媒重合樹脂や金属錯体触媒重合樹脂に硬化促進剤を添加した組成物を結合材として用い、これを成形した後に常温で硬化させると、ノボラック型フェノール樹脂にヘキサメチレンテトラミンを添加した組成物を結合材として成形した後に加熱加圧した比較用摩擦材と同等の、摩擦材として十分な硬さを有する摩擦材を得ることができる。

また、酵素触媒重合樹脂や金属錯体触媒重合樹脂と液状レゾール型フェノール樹脂との混合物に硬化促進剤を添加した組成物を結合材として用い、これを成形した後に常温で硬化させても、比較用摩擦材と同等の、摩擦材として十分な硬さを有する摩擦材を得ることができる。

Claims (6)

1. 結合材を含有する摩擦材の材料の組成物を成形し、得られた成形物中の前記結合材を硬化させることによって形成される摩擦材において、
   前記結合材は、室温で硬化する酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を含み、
   前記摩擦材の材料の組成物は、前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂の硬化を促進させる硬化促進剤を含み、
   前記硬化促進剤は、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸ニッケル、及びナフテン酸マンガンから選ばれる少なくともいずれかであることを特徴とする摩擦材。
2. 前記酵素触媒重合樹脂は、カルダノールをペルオキシターゼの存在下で重合させてなる樹脂であることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。
3. 前記金属錯体触媒重合樹脂は、カルダノールを鉄サレン錯体の存在下で重合させてなる樹脂であることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。
4. 前記硬化促進剤はナフテン酸コバルトであることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の摩擦材を製造する方法であって、前記成形物における前記結合材中の前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を常温で硬化させることを特徴とする摩擦材の製造方法。
6. 前記硬化促進剤を添加した前記酵素触媒重合樹脂又は金属錯体触媒重合樹脂を、前記結合材に対して７０〜１００重量％配合することを特徴とする請求項５記載の摩擦材の製造方法。