JPH06199982A - 研削砥石用ポリウレタン系バインダー - Google Patents

研削砥石用ポリウレタン系バインダー

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JPH06199982A
JPH06199982A JP5279800A JP27980093A JPH06199982A JP H06199982 A JPH06199982 A JP H06199982A JP 5279800 A JP5279800 A JP 5279800A JP 27980093 A JP27980093 A JP 27980093A JP H06199982 A JPH06199982 A JP H06199982A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 研削砥石のバインダーに使用するに好適な熱
特性に優れ、工作物への汚れの発生が少ないポリウレタ
ン系のバインダーを提供し、更に、そのバインダーを用
いた研削砥石、及び研削砥石の製造方法を提供する。 【構成】 −ＮＣＯ／−ＯＨの比を少なくとも１．５と
し、イソシアネート末端化ポリマーとヒドロキシル含有
有機化合物とを硬化触媒の存在下で反応させ、イソシア
ヌレート及び／又はオキサドリン構造を含む架橋ポリマ
ーを生成させてポリマーを合成する。−ＮＣＯ／−ＯＨ
基の比は好ましくは少なくとも４．５であり、硬化触媒
は第三アミン等を使用する。好ましくは、イソシアネー
ト末端化ポリマーは末端イソシアネート基を有する枝分
かれ鎖を含み、直鎖イソシアネートに対する枝分かれ鎖
イソシアネートの比は少なくとも０．０９である。得ら
れるポリマーは６５℃以上の軟化点を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱特性に優れる有機ポリ
マーを用いた研削砥石に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】複合材
料研削砥石は有機ポリマーによって研磨粒子を不織繊維
ウェブの繊維に接着することによって形成する。次いで
このウェブの多層を積層してスラブを形成し、それから
砥石を切りだすか、或いは巻き付けて長尺物を作成し、
それから砥石を切りだすことができる。これらの広く使
用される砥石の用途には研磨、ばり取り、仕上、金属部
品の磨きがある。
【０００３】このような砥石によって研磨されている金
属部品の表面温度は６５℃を超えることがあり、或る部
品では合金のタイプにより１２０℃の表面温度に達する
ことがある。このように、殆どの用途で高温が発生する
ため、研削砥石の性能要求において有機ポリマーの熱特
性は重要な役割をする。熱特性が劣る研削砥石は、溶融
したバインダーの工作物表面の汚染によって、工作物の
望ましくない汚れがしばしば発生する。また、バインダ
ー系の早期の熱崩壊は砥石の使用寿命を低下させる。熱
特性には軟化点、溶融点、ガラス転移点（Ｔｇ）、崩壊
温度がある。
【０００４】複合材料砥石に最も一般に使用される有機
バインダーは、例えば米国特許第2885276 号、同422735
0 号、同4609380 号に記載のようなポリウレタンであ
る。ポリウレタンは次の一般式を有する。
【０００５】
【化２】
【０００６】ポリウレタンの熱安定性は結合基Ｒ1 とＲ
2 の性質に関係し、殆どのポリウレタンは比較的低い軟
化点を有する。米国特許第4609380 号はこの問題を課題
とし、配合物に少なくとも４０℃のガラス転移点を与え
るように、少なくとも５０℃のガラス転移点を有する適
合ポリマーとポリウレタンとのポリマー配合物を使用す
る。
【０００７】本発明における適合ポリマーは、高分子量
の熱可塑ポリマー例えばB.F.Goodrich社のEstane樹脂と
配合したときに、物理的混合物の一部を単に構成する。
本発明は、最適な性能について、必要な高温安定性を有
するバインダーを提供する種々の有益なルートを提供す
るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】本発明は複
合材料研削砥石の構成に有用な新規な架橋ポリウレタン
バインダーを提供する。更に、本発明はそのような砥石
を含む複合材料研削砥石、及びその研削砥石の製造方法
を提供する。本発明の新規なポリウレタンは、非ブロッ
ク型のイソシアネートを末端基とするポリマーとヒドロ
キシル含有ポリマーとを、少なくとも１．５の−ＮＣＯ
／−ＯＨの比、好ましくは少なくとも４．０の比を提供
する比率で反応させ、イソシアヌレート及び／又はオキ
サゾリドン構造を含む架橋ポリウレタンを生成させるこ
とによって得る。イソシアヌレート及び／又はオキサゾ
リドン構造は、エポキシド基と化学量論的に過剰な量の
イソシアネート基との触媒反応によって生成することが
できる。
【０００９】このようなポリウレタンバインダーは典型
的に約６５℃より高い軟化点、またしばしば約１２０℃
よりも高い軟化点を有するため非常に効力がある。複合
材料研削砥石の製造において、通常は繊維ウェブをバイ
ンダー／砥粒の混合物で含浸し、次いで浸したウェブを
タックのない状態まで硬化させ、再度バインダー／砥石
の混合物を用いて２回の含浸処理を行う。
【００１０】本発明の好ましい方法において、新規なバ
インダーはこの２回目の適用のときに使用する。最初の
適用はフェノール、メラミン、ＵＦ、放射線硬化樹脂を
含む任意の従来のバインダー処方でよい。イソシアヌレ
ートは第三アミン、金属カルボキシレート、双生イオ
ン、N-ヒドロキシアルキル第四アンモニウムカルボン酸
塩、及び組み合わせ触媒系を含む各種の触媒系を用いた
イソシアネートの三量化によって最も好ましく調製され
る。したがって、反応処方が−ＯＨ基より過剰な化学量
論の−ＮＣＯを含むことは本質的である。所望な構造を
生むために使用する三量化触媒は、Air Products andCh
emicals社を含む多くの化学会社から市販されている。
【００１１】ポリ（オキサゾリドン）は比較的新しいク
ラスのポリマーである。オキサゾリドンポリマーの合成
は第三アミン、第四アンモニウムとホスホニウムの塩、
金属塩、金属アルキル、ルイス酸、ルイス酸の錯体、ル
イス塩基を含む従来技術で公知の適切な触媒の１種又は
組み合わせを用いてイソシアネート及び／又はイソシア
ヌレートとエポキシドの反応によって行うことができ
る。
【００１２】モノマーのイソシアネートとエポキシドと
の反応で得られる固い熱硬化樹脂バインダーは優れた熱
特性を提供するが、この種の用途には望ましくない脆さ
がある。本発明においてイソシアネートプレポリマー
は、熱特性を下げることなく脆さを抑えるために使用す
る。ブロック型イソシアネート末端化ポリマーが多官能
価活性水素を含む硬化剤、例えばビス(4- アミノフェニ
ル）メタン、（ＭＤＡ）と反応する場合、１：１よりや
や大きいＮＣＯ／アミンの当量比の使用が典型的であ
り、これはウレタンの合成を満足するだけであることが
分かる。ポリウレタンの化学では、非ブロック型反応性
ＮＣＯ基は最初に硬化剤の第一アミン基と反応するであ
ろうことがよく知られている。次いで未反応のフリーの
イソシアネート基はいずれかの有用な第一ヒドロキシル
と反応し、最後にいずれかの有用な第二ヒドロキシル基
と反応するであろう。この場合、実際には架橋は殆ど生
じない。イソシアネート／アミンの当量比と反応性の相
違により、イソシアネート末端化ポリマーと、米国特許
第4689380 号のような従来技術の処方に記載の配合物中
に存在することがあるいずれかのポリマーとの直接の反
応は殆どない。
【００１３】本発明の複合材料研削砥石は、当該業界で
よく知られる適切な方法によって調製することができ
る。一般に研削砥石は、最終ユーザーが要求する寸法を
有する円板又は円筒の形状である。研削砥石のマトリッ
クスは不織繊維ウェブ、又は強化材有り又は無しの発泡
有機ポリマーのいずれかである。また、本発明は、ポリ
ウレタンバインダーの架橋密度を増加させ、架橋結合の
中にイソシアヌレート及び／又はオキサゾリドン構造を
含ませることによって改良した熱特性を有する複合材料
研削砥石の製造に関係する。高純度のポリウレタン構造
をベースにした改良研削砥石は通常のバインダーの汚れ
やすさを大きく低下する。
【００１４】本発明による好ましい研削製品は、水ベー
スのラテックスで予備結合した不織繊維ウェブ、固い熱
硬化樹脂と研磨粒子をベースにした一次バインダー系、
及びここで記載のイソシアヌレート及び／又はオキサゾ
リドン構造を含む架橋ポリウレタンと研磨粒子をベース
にした二次バインダー系を含む。好ましい架橋性プレポ
リマーはイソシアネート末端化ポリエーテル又はポリエ
ステルであり、これらを第三アミン三量化触媒の存在下
でＮＣＯ／ＯＨ基の比が少なくとも１．５、より好まし
くは少なくとも４．０として、多官能価ポリオール、又
はポリオールとエポキシ樹脂の混合物と反応させる。硬
化したバインダーの架橋密度を調節し、ポリマー中のオ
キサゾリドン及び／又はイソシアヌレート構造の所望の
レベルを得るために、イソシアネート末端化ポリマーと
共にモノマーのイソシアネートとポリマーのイソシアヌ
レートを使用することができる。モノマー又はポリマー
のイソシアネートは、本発明の架橋ポリマーを生成する
反応の前にイソシアネートプレポリマーに配合すること
が好ましい。
【００１５】最も好ましいバインダーは、ＮＣＯ／ＯＨ
の比を少なくとも４．０、好ましくは少なくとも４．５
となる量の成分の存在において触媒の存在下でポリオー
ルとエポキシ樹脂の混合物と共に硬化させた、芳香族の
線状と枝分かれのイソシアネート末端化ポリマーの混合
物によって提供される。好ましいイソシアネート末端化
プレポリマーの例は、Uniroyal社より商品名Vibrathane
A8020、B635、B670として販売の製品を含む。
【００１６】好ましい多官能価ポリオールの例はトリメ
チロールプロパン、BASF Wyandotte社より入手可能なPl
uracol TP440、トリイソプロパノールアミン、グリセロ
ール、ヒドロキシル含有エポキシドを含む。好ましい硬
化剤は商品名Curimid-PTI として市販の第三アミンがPo
ly-Organix社より入手可能であり、樹脂固形分の０．１
％以上の濃度とする。
【００１７】本発明による好ましいバインダー処方は、
最適熱特性の改良を達成するために次の基準に適合させ
る： １．イソシアネート／第一ＯＨの比は４．０以上、 ２．イソシアネート／全ＯＨの比は１．５以上、 ３．枝分かれ／線状のイソシアネートの比は０．０９以
上、 ４．有用なフリーのＮＣＯ（ＮＣＯ−ＯＨの反応後）対
エポキシドの比は１２．０以下である。
【００１８】バインダー系は複合材料研磨製品の製造に
通常使用されるタイプの一般的な滑剤を含むことができ
る。本発明で使用することができる好ましい滑剤の例は
金属ステアリン酸塩の混合物、例えば亜鉛ステアレート
又はリチウムステアレート、及びタルクである。本発明
の研削砥石を製造するために使用する研磨粒子は、研磨
工業で通常使用れさる任意の既知の研磨材料でよい。
【００１９】
【実施例】本発明を次の例によって更に説明するが限定
されるものではない。部は特に明記がなければ全て重量
部である。例１ 厚さ９．４ｍｍ、低密度、重さ９５ｇ／ｍ2 の不織繊維
ウェブをウェブ製造機で１５デニールのナイロン６−６
繊維より作製した。得られた低密度のウェブに予備結合
バインダーをスプレーして４０〜４８ｇ／ｍ2 の乾燥附
加重量を提供した。スプレーは５５．９％のスチレンブ
タジエンラテックス(Reichold 社より商品名Tylac 6813
2 として販売）、３１．１％の水、１０．５％のメラミ
ン樹脂(American Cyanamide 社より商品名Cymel 385 と
して販売）、少量の界面活性剤と酸触媒よりなる混合物
を用いた。予備結合バインダーは、スプレーしたウェブ
を１４８．８℃に維持した対流加熱器に３．３分間の滞
留時間で通過させることによってタックのない状態まで
硬化させた。得られた予備結合不織繊維ウェブは厚さ約
８ｍｍで、重さ約１２８ｇ／ｍ2 であった。
【００２０】２３．７％の水、２８．０％のメラミン樹
脂(American Cyanamide 社のCymel385)、３８．０％の
２２０グリット炭化ケイ素、０．１５％の消泡剤、２．
１５％の酸触媒(Auralux社のCatalyst 700) を含んでな
る接着バインダー（以降は一次処理バインダーと称す）
を含浸剤として予備結合ウェブに１２３ｇ／ｍ2 の乾燥
附加重量で使用した。接着バインダーは含浸したウェブ
を１５７℃に維持した対流加熱器に３分間の滞留時間で
通過させることによってタックのない状態まで硬化させ
た。得られたウェブは厚さ約６．４ｍｍで、重さ約２５
２ｇ／ｍ2 であった。
【００２１】次いで研磨材／バインダーで含浸したウェ
ブの断片に、表１の１〜６に示した別の研磨材／バイン
ダーの混合物（以降は二次処理バインダーと称す）を再
度含浸させ、部分的に乾燥して複合材料研削砥石を作製
するためのスラブと称する貼り合わせ用の層を得た。同
じタイプの二次処理バインダーを用いて部分的に乾燥し
た２７５ｍｍ平方の１５〜１８枚の断片を２枚の金属板
の間に配置し、２５．４ｍｍの厚さに圧縮することによ
って貼り合わせた。次いで全体のアセンブリーを１２１
℃に保持したオーブンに１時間入れた。１時間後に金属
板を除去し、硬化を更に１５時間続けた。硬化した積層
スラブを室温まで冷やした後、直径２２９ｍｍで真ん中
に２５．４ｍｍの穴を有する砥石を厚さ２５．４ｍｍの
積層スラブから打ち抜いた。
【００２２】表１の例１〜６に示す砥石について、直径
７５ｍｍで長さ１２５ｍｍの管状のチタン又はステンレ
スのテスト用工作物を用い、バインダー転移(transfer)
の評価を行った。砥石は２８５０ｒｐｍで回転するモー
ターのシャフトに装着した。テスト用工作物は約７００
０Ｎ／ｍ2 の負荷を与えて研削砥石に対して１５ｒｐｍ
で回転させた。横送り機構を用いて試験の間にテスト用
工作物に水平移動をさせた。テスト砥石からの物質の移
動量を測定した。
【００２３】第二ヒドロキシル側基を有するエポキシ樹
脂をイソシアネート末端化ポリマーと配合した例におい
ては、エポキシド基とイソシアネートとの反応を開始さ
せるための触媒は使用しなかった。イソシアヌレートを
形成するための充分に過剰なフリーのイソシアネート基
は存在しなかった。例２ ヘテロ環式イソシアヌレートの熱特性への影響を評価す
るために、種々のタイプのイソシアネート末端化樹脂と
ウレタンイソシアヌレート樹脂を用いて圧縮成形ポリ
（ウレタン−イソシアヌレート）を調製した。
【００２４】イソシアネート末端化樹脂、又は高分子 M
DI(PAPI 901)樹脂との混合物を９０℃に予熱し、次いで
三量化触媒のDabco TMR-2(0.02%)及びPolycat 41(0.01
%) と強く混合した。充分に混合した樹脂混合物を予熱
（１１０℃）したテフロンコートの型に注ぎ入れ、液圧
を与えた。１１０℃で１時間後にサンプルを型から外
し、続いて更に１５時間後硬化させた。
【００２５】Instron Series IX, Model 4204 試験機を
用いてASTM D412 にしたがって引張特性を測定した。AS
TM D412 にしたがってショアー硬度を測定した。成形サ
ンプルを２４００ｒｐｍで回転する８インチのアルミニ
ウム砥石に押しつけて成形サンプルのバインダー転移量
を評価した。結果を表２に示す。フリーのイソシアヌレ
ートで三量化して調製したポリ（ウレタン−イソシアヌ
レート）（サンプル８、１０、１２）は、処理していな
いサンプルよりも少ない汚れを示した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル ピー．ブロック アメリカ合衆国，ニューヨーク 12138, ピータースバーグ，ルーラルデリバリー ２ ボックス ９エー

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 −ＮＣＯ／−ＯＨの比を少なくとも１．
    ５とし、イソシアネート末端化ポリマーとヒドロキシル
    含有有機化合物とを硬化剤の存在下で反応させ、イソシ
    アヌレート及び／又はオキサゾリドン構造を含む架橋ポ
    リウレタンを生成させて合成した６５℃以上の軟化点を
    有するポリウレタン。
  2. 【請求項２】 −ＮＣＯ／−ＯＨの比を少なくとも４．
    ５とし、イソシアネート末端化ポリマーとヒドロキシル
    含有有機化合物との反応によって合成した請求項１に記
    載のポリウレタン。
  3. 【請求項３】 次の式を有するポリウレタンであって、 【化１】 Ｒ1 とＲ2 の基は少なくとも部分的にオキサゾリドン構
    造及び／又はイソシアヌレートである請求項１に記載の
    ポリウレタン。
  4. 【請求項４】 硬化触媒が第三アミン又はその誘導体で
    ある請求項１に記載のポリウレタン。
  5. 【請求項５】 イソシアネート末端化ポリマーが、イソ
    シアネート末端化ポリエーテルとイソシアネート末端化
    ポリエステルからなる群より選択された請求項１に記載
    のポリウレタン。
  6. 【請求項６】 イソシアネート末端化ポリマーが末端イ
    ソシアネート基を有する枝分かれ鎖を含み、直鎖イソシ
    アネートに対する枝分かれ鎖イソシアネートの比が少な
    くとも０．０９である請求項５に記載のポリウレタン。
  7. 【請求項７】 ヒドロキシル含有化合物がポリオール、
    ヒドロキシル含有エポキシ樹脂、及びこれらの混合物か
    らなる群より選択された請求項１に記載のポリウレタ
    ン。
  8. 【請求項８】 ヒドロキシル含有化合物が、イソシアネ
    ート基と第一ヒドロキシル基の反応の後に−ＮＣＯ基対
    エポキシド基の比が約１２．０以下である比率で第一ヒ
    ドロキシル基とエポキシ基を含む請求項７に記載のポリ
    ウレタン。
  9. 【請求項９】 第三アミン硬化剤の存在下でポリオール
    とエポキシ樹脂との混合物と、末端直鎖イソシアネート
    基対枝分かれ鎖イソシアネート基の比が少なくとも０．
    ０９であるイソシアネート基を末端とする枝分かれ鎖を
    有するイソシアネート末端化ポリマーとの反応によって
    得られるポリウレタンであって、存在する全ての第一ヒ
    ドロキシル基との反応の後にイソシアネート対エポキシ
    基の比は１２．０以下であり、−ＮＣＯ／−ＯＨの比は
    少なくとも４．０である５０℃以上の軟化点を有するポ
    リウレタン。
  10. 【請求項１０】 請求項１のポリウレタンを用いて繊維
    基材の繊維に研磨粒子を接着することを含んでなる複合
    材料研削砥石の製造方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９のポリウレタンを用いて繊維
    基材の繊維に研磨粒子を接着することを含んでなる複合
    材料研削砥石の製造方法。
  12. 【請求項１２】 繊維基材の繊維に接着させた研磨粒子
    を含み、研磨粒子は請求項１のポリウレタンを用いて繊
    維に接着させた複合材料研削砥石。
  13. 【請求項１３】 繊維基材の繊維に接着させた研磨粒子
    を含み、研磨粒子は請求項９のポリウレタンを用いて繊
    維に接着させた複合材料研削砥石。
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